CN110556630B - 一种异型天线罩瞄准线误差补偿方法 - Google Patents

Abstract

一种异型天线罩瞄准线误差补偿方法，分别采用带天线罩的雷达系统和不带天线罩的雷达系统测量同样运动范围内的目标方位角和俯仰角，计算带天线罩的雷达系统和不带天线罩的雷达系统测量得到的目标方位角和俯仰角的差值，对得到的方位向瞄准线误差和俯仰向瞄准线误差进行非线性插值拟合得到方位向和俯仰向瞄准线误差的补偿系数，根据得到的瞄准线误差补偿系数，利用查表法对带天线罩的雷达系统测量得到的目标角度进行补偿，根据补偿后的目标角度调整天线电轴指向，使其瞄准目标方向。本发明可以有效消除天线罩瞄准线误差对导弹系统的影响，有效减少导弹系统失稳和导弹脱靶的情况，以改善雷达带罩天线系统的电性能。

Description

一种异型天线罩瞄准线误差补偿方法

技术领域

本发明涉及制导控制系统领域，尤其涉及一种异型天线罩瞄准线误差补偿方法。

背景技术

导引头天线的作用是准确接收波束范围内的所有电磁波信息，为天线能够指向真实的目标并得到真实目标运动信息奠定基础。但是具有不同外形和材质的天线罩，对电磁波产生不同程度的反射和折射作用，会对天线的测量精度产生一定的影响，进而产生瞄准误差。当瞄准误差超过一定的限度，会导致导弹系统失稳并造成导弹脱靶。通常依靠提高制导系统的稳定裕度弥补由天线罩瞄准误差导致的裕度损失，但此法牺牲了导弹的快速性。因此有必要将对天线罩瞄准误差斜率的补偿加入到系统设计中。在保证快速性的同时保证稳定性，从而保证系统的制导精度。

常用的一种机械加工补偿方法，通过分析天线罩罩壁的电磁波反射或折射的不均匀性，在天线罩相应的位置适当的增加或减小天线罩罩壁的厚度，或在天线罩的某些部位安装天线罩补偿器，增加一个与天线罩导致的电磁波畸变相反的不均匀性，来补偿由于天线罩对电磁波的畸变导致的天线罩瞄准线误差。另一种是在导弹控制回路系统中采用滤波器或微型计算机实现对天线罩瞄准线误差的补偿，即在导引头模拟器中引入一个相应的对消分量和导引头信号进行叠加，实现天线罩瞄准误差斜率的消除。

许万业等人在2013年的论文《基于远场的薄壳式天线罩壁厚修磨量反求方法》中建立求解天线罩体各处透射系数的反演模型，根据透射系数、天线罩外形、厚度等信息确定壁厚修磨量，通过修磨罩壁几何厚度补偿天线罩罩体各处的材料介电常数的不一致性。这种方法需要精确掌握天线罩厚度、透射系数等信息，且修磨罩壁的实现工艺相对复杂，效果不是特别理想，过分依赖认为工艺和检验要求，工程实现较为困难。

居加祥在2014年的论文《防空导弹天线瞄准线误差补偿方法研究》中通过寻零法测试天线罩的电性能，采用数据拟合的方法建立了天线罩瞄准线误差补偿模型并设计了补偿系统。文中的方法设计天线罩瞄准线误差模型时未考虑天线垂直平面的交叉误差，对防空导弹的制导精度产生相应的影响。

发明内容

本发明提供一种异型天线罩瞄准线误差补偿方法，可以有效消除天线罩瞄准线误差对导弹系统的影响，有效减少导弹系统失稳和导弹脱靶的情况，以改善雷达带罩天线系统的电性能。

为了达到上述目的，本发明提供一种异型天线罩瞄准线误差补偿方法，分别采用带天线罩的雷达系统和不带天线罩的雷达系统测量同样运动范围内的目标方位角和俯仰角，计算带天线罩的雷达系统和不带天线罩的雷达系统测量得到的目标方位角和俯仰角的差值，得到天线罩造成的方位向瞄准线误差和俯仰向瞄准线误差，对得到的方位向瞄准线误差和俯仰向瞄准线误差进行非线性插值拟合得到方位向和俯仰向瞄准线误差的补偿系数，根据得到的瞄准线误差补偿系数，利用查表法对带天线罩的雷达系统测量得到的目标角度进行补偿，根据补偿后的目标角度调整天线电轴指向，使其瞄准目标方向。

所述的雷达系统的天线设置在转台上，所述的转台带动天线在方位运动范围和俯仰运动范围内匀速转动。

在测量目标方位角和俯仰角之前，调整目标位置，使雷达系统的天线电轴正对目标，且天线测量得到的目标方位角和俯仰角均为零度。

所述的雷达系统的运动范围为：

θ_min≤θ≤θ_max

其中，θ是方位角，

是俯仰角，θ_min是最小方位角，θ_max是最大方位角，

是最小俯仰角，

是最大俯仰角。

所述的不带天线罩的雷达系统在测量目标方位角和俯仰角时，控制转台俯仰向在

范围内从

开始以δ度为间隔步进运动，转台俯仰向每步进δ度，等待方位向在θ_min～θ_max范围内从θ_min开始以δ度为间隔步进运动，并遍历整个方位向范围，将测量得到的M×N个目标方位角记为向量矩阵θ_nr，M×N个俯仰角记为向量矩阵

N＝(θ_max-θ_min)/δ

所述的带天线罩的雷达系统在测量目标方位角和俯仰角时，控制转台俯仰向在

范围内从

开始以δ度为间隔步进运动，转台俯仰向每步进δ度，等待方位向在θ_min～θ_max范围内从θ_min开始以δ度为间隔步进运动，并遍历整个方位向范围，将测量得到的M×N个目标方位角记为向量矩阵θ_rd，M×N个俯仰角记为向量矩阵

N＝(θ_max-θ_min)/δ

所述的方位向瞄准线误差和俯仰向瞄准线误差为：

ε_θ＝θ_nr-θ_rd

其中，ε_θ为天线罩方位向瞄准误差，

为天线罩俯仰向瞄准误差，θ_nr表示不带天线罩的雷达系统测量得到的目标方位角，θ_rd表示带天线罩的雷达系统测量得到的目标方位角，

表示不带天线罩的雷达系统测量得到的目标俯仰角，

表示带天线罩的雷达系统测量得到的目标俯仰角。

所述的采用插值拟合法计算天线罩瞄准线误差补偿系数的方法包含：

其中，η_cθ表示插值拟合得到的方位向天线罩瞄准误差补偿系数，

表示插值拟合得到的俯仰向天线罩瞄准误差补偿系数，θ_l表示方位向插值点位置，

表示俯仰向插值点位置。

本发明适用范围广泛，操作简单，可以有效消除天线罩瞄准线误差对导弹系统的影响，有效减少导弹系统失稳和导弹脱靶的情况，以改善雷达带罩天线系统的电性能。

附图说明

图1是本发明提供的一种异型天线罩瞄准线误差补偿方法的流程图。

图2表示本发明搭建的雷达补偿系统的示意图。

图3表示天线罩对天线瞄准线的影响视觉图。

图4表示瞄准线误差补偿系数理论值的三维坐标图。

图5表示瞄准线误差补偿系数理论值的二维曲线图。

图6表示瞄准线误差补偿系数理论值的误差曲线图。

图7为方位向和俯仰向的补偿效果图。

图8为方位向和俯仰向补偿误差曲线图。

具体实施方式

以下根据图1～图8，具体说明本发明的较佳实施例。

如图1所示，本发明提供一种异型天线罩瞄准线误差补偿方法，包含以下步骤：

步骤S1、搭建完整的雷达补偿系统，如图2所示，该雷达补偿系统包含转台，设置在转台上的雷达系统的天线，以及目标，所述的天线随转台在方位和俯仰范围内均匀间隔匀速转动，所述的目标可以通过目标模拟器或者目标模拟平台来实现，通过目标模拟器或者目标模拟平台的移动来改变目标的位置。

天线罩造成的瞄准线误差如图3所示，图中真实目标为不带罩天线雷达系统实际测量得到的目标位置，带罩可视虚假目标为带罩天线雷达系统测量得到的目标位置，由于天线罩的折射作用使得测量得到的目标角度偏移了ε度，天线电轴也偏移ε度指向虚假目标方向。

步骤S2、根据需要补偿的天线罩瞄准误差方位，确定转台方位向和俯仰向的运动范围：

θ_min≤θ≤θ_max

其中θ是方位角，

是俯仰角，本实例中，取最小方位角θ_min＝-40°，最大方位角θ_max＝40°，最小俯仰角

最大俯仰角

步骤S3、目标零位校准：

调整目标位置，使雷达系统的天线正对目标，且天线测量得到的目标方位角和俯仰角均为零度。

步骤S4、用不带天线罩的雷达系统测量目标角度：

控制转台俯仰向在

范围内从

开始以δ度为间隔步进运动，转台俯仰向每步进δ度，等待方位向在θ_min～θ_max范围内从θ_min开始以δ度为间隔步进运动，并遍历整个方位向范围。

其中，方位向每步进δ度等待转台稳定，记录目标角度，得到目标方位角和俯仰角。

最后将测量得到的M×N个目标方位角记为向量矩阵θ_nr，M×N个俯仰角记为向量矩阵

N＝(θ_max-θ_min)/δ

本实例中，选用角度测量间隔δ＝1°。

步骤S5、用带天线罩的雷达系统测量目标角度：

控制转台俯仰向在

范围内从

开始以δ度为间隔步进运动，转台俯仰向每步进δ度，等待方位向在θ_min～θ_max范围内从θ_min开始以δ度为间隔步进运动，并遍历整个方位向范围。

其中，方位向每步进δ度等待转台稳定，记录目标角度，得到目标方位角和俯仰角。

最后将测量得到的M×N个目标方位角记为向量矩阵θ_rd，M×N个俯仰角记为向量矩阵

N＝(θ_max-θ_min)/δ

本实例中，选用角度测量间隔δ＝1°。

步骤S6、计算带天线罩的雷达系统相对于不带天线罩的雷达系统测量得到的角偏差：

将带天线罩的雷达系统测得的目标向量矩阵与不带天线罩的雷达系统测得的目标向量做差值得到瞄准线误差：

ε_θ＝θ_nr-θ_rd

其中，ε_θ为天线罩方位向瞄准误差，

为天线罩俯仰向瞄准误差，θ_nr表示不带天线罩的雷达系统测量得到的目标方位角，θ_rd表示带天线罩的雷达系统测量得到的目标方位角，

表示不带天线罩的雷达系统测量得到的目标俯仰角，

表示带天线罩的雷达系统测量得到的目标俯仰角。

步骤S7、采用插值拟合法计算天线罩瞄准线误差补偿系数：

分析得到天线罩瞄准误差是平滑变化的，所以采用一种较为圆滑的插值方法，对天线罩瞄准线误差进行插值计算，得到需求间隔的天线罩瞄准线误差补偿系数：

其中，η_cθ表示插值拟合得到的方位向天线罩瞄准误差补偿系数，

表示插值拟合得到的俯仰向天线罩瞄准误差补偿系数，θ_l表示方位向插值点位置，

表示俯仰向插值点位置。

使

形式的曲面与向量

中的散点数据拟合，在

指定的查询点对曲面进行插值并返回插入的值η_cθ，曲面始终穿过θ_rd和

定义的数据点；

的计算同理。

图4表示瞄准线误差补偿系数理论值的三维坐标图。可以直观的看出瞄准线误差补偿系数在方位维和俯仰维坐标的相对位置。

图5表示瞄准线误差补偿系数理论值的二维曲线图。可以看出异型天线不同角度的瞄准线误差补偿系数差异较大。

图6表示瞄准线误差补偿系数理论值的误差曲线图。为将插值拟合得到的天线罩瞄准线误差补偿系数与测量得到的瞄准线误差值相减得到差值，方位向差值小于0.15，俯仰向差值小于0.2。方位向误差在0～6.3％之间，俯仰向误差在0～6.6％之间；可知，采用拟合插值法得到的补偿系数相较于测量得到的瞄准线误差值误差较小，本发明采用的拟合插值法可以准确反映瞄准线误差值。

步骤S8、根据瞄准线误差补偿系数调整雷达系统的天线电轴，使其瞄准目标：

根据得到的天线罩瞄准线误差系数，利用查表法，对带罩天线的雷达系统测量得到的目标角度进行补偿，然后根据补偿后的目标角度控制伺服，调整天线电轴指向，使其瞄准目标方向，最后用补偿后带天线罩的雷达系统测量得到目标角度。

如图7所示，将补偿后带天线罩的雷达系统测量得到的目标角度与不带天线罩的雷达系统测量得到的目标角度进行参照对比，可以直观的看出，补偿后测量得到的目标角度基本上等于不带天线罩的雷达系统测量得到的目标角度。并进行误差分析如图8所示，补偿后的最大误差不超过0.03，可知，本发明所提出的补偿方法完全可以满足角度测量误差要求。

本发明适用范围广泛，操作简单，可以有效消除天线罩瞄准线误差对导弹系统的影响，有效减少导弹系统失稳和导弹脱靶的情况，以改善雷达带罩天线系统的电性能。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (3)

1.一种异型天线罩瞄准线误差补偿方法，其特征在于，分别采用带天线罩的雷达系统和不带天线罩的雷达系统测量同样运动范围内的目标方位角和俯仰角，计算带天线罩的雷达系统和不带天线罩的雷达系统测量得到的目标方位角和俯仰角的差值，得到天线罩造成的方位向瞄准线误差和俯仰向瞄准线误差，对得到的方位向瞄准线误差和俯仰向瞄准线误差进行非线性插值拟合得到方位向和俯仰向瞄准线误差的补偿系数，根据得到的瞄准线误差补偿系数，利用查表法对带天线罩的雷达系统测量得到的目标角度进行补偿，根据补偿后的目标角度调整天线电轴指向，使其瞄准目标方向；所述的雷达系统的运动范围为：

θ_min≤θ≤θ_max

其中，θ是方位角，

是俯仰角，θ_min是最小方位角，θ_max是最大方位角，

是最小俯仰角，

是最大俯仰角；

所述的不带天线罩的雷达系统在测量目标方位角和俯仰角时，控制转台俯仰向在

范围内从

开始以δ度为间隔步进运动，转台俯仰向每步进δ度，等待方位向在θ_min～θ_max范围内从θ_min开始以δ度为间隔步进运动，并遍历整个方位向范围，将测量得到的M×N个目标方位角记为向量矩阵θ_nr，M×N个俯仰角记为向量矩阵

N＝(θ_max-θ_min)δ

所述的带天线罩的雷达系统在测量目标方位角和俯仰角时，控制转台俯仰向在

范围内从

开始以δ度为间隔步进运动，转台俯仰向每步进δ度，等待方位向在θ_min～θ_max范围内从θ_min开始以δ度为间隔步进运动，并遍历整个方位向范围，将测量得到的M×N个目标方位角记为向量矩阵θ_rd，M×N个俯仰角记为向量矩阵

N＝(θ_max-θ_min)/δ

所述的方位向瞄准线误差和俯仰向瞄准线误差为：

ε_θ＝θ_nr-θ_rd

所述的采用插值拟合法计算天线罩瞄准线误差补偿系数的方法包含：

其中，η_cθ表示插值拟合得到的方位向天线罩瞄准误差补偿系数，

表示插值拟合得到的俯仰向天线罩瞄准误差补偿系数，θ_l表示方位向插值点位置，

表示俯仰向插值点位置。

2.如权利要求1所述的异型天线罩瞄准线误差补偿方法，其特征在于，所述的雷达系统的天线设置在转台上，所述的转台带动天线在方位运动范围和俯仰运动范围内匀速转动。

3.如权利要求1所述的异型天线罩瞄准线误差补偿方法，其特征在于，在测量目标方位角和俯仰角之前，调整目标位置，使雷达系统的天线电轴正对目标，且天线测量得到的目标方位角和俯仰角均为零度。

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