CN111044982B - 一种雷达方位定位的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种雷达方位定位的方法，包括以下步骤：在雷达的第一个零点定位点处将所述旋转编码器的值设为0，此时雷达主轴旋转到所述辅助检测器为高电平的位置；建立雷达到达零点定位点时的旋转编码器读数表：│a×n/m│％a、│2a×n/m│％a、……、│(m‑1)a*n/m│％a，其中a为所述旋转编码器旋转一圈的读数；雷达主轴运动到辅助检测器产生高电平信号的位置，记录此时旋转编码器读数值，然后在旋转编码器读数值的±第一预设宽度范围内查找所述旋转编码器读数表即可确定唯一的雷达零点位置。本发明在不占用雷达主轴安装空间，无法使用雷达主轴安装位置的情况下实现了雷达主轴的高精度方位，突破了主轴编码器安装的限制。

Description

一种雷达方位定位的方法

技术领域

本发明涉及雷达工程领域，特别涉及一种雷达方位定位的方法。

背景技术

雷达是一种利用电磁波发现目标并测定它们的空间位置的设备。雷达的方位测角精度由两部分组成，第一部分为指北精度，即雷达的零值精度；第二部分为传动测量精度，即雷达由零点运动到目标点时，由于传动链误差及测角设备测量误差带来的角度测量误差。随着旋转编码器技术的飞速发展，测角设备的测量精度在飞快提升。所以，雷达指北精度成为了雷达方位测角精度的瓶颈。

面对雷达指北精度的问题，目前常规有两个解决方案：1、每次开机后立即对雷达进行指向标定。每次雷达开机后都使用“太阳法”或陀螺寻北仪或GPS 对雷达进行指向标定，并记录当前零点数值。该方案的指向精度由测量方法和设备决定，并且当雷达布置在野外时有些测量条件不一定能达到。每次标定均需要花费不短的时间，在情况紧急的情况下，可能会因为开机时间过长而错过目标。其使用局限性较大，更适合于定时的雷达标定，而不适用于每次开机后的雷达找北；2、将旋转编码器与雷达主轴同轴安装。旋转编码器安装到雷达主轴上之后旋转编码器读数与雷达方位角是1：1且没有传动误差。当雷达在第一次安装后进行指向标定后，就可以把雷达指北时的旋转编码器值记录为雷达的零点。每次雷达开机之后，雷达直接去寻找记录的旋转编码器零值点以实现雷达的指北。雷达的零位误差与旋转编码器的测量误差的精度等级相同。这种方法是最经济最实用有效的方法，也是一般雷达设计优选的方案。但由于雷达设备的特殊性，雷达的中心主轴上一般都会有电滑环、光纤滑环、波导滑环、液体关节等设备，严重侵占了主轴空间。这使得雷达主轴上的空间不足，难以安装高精度的旋转编码器或只能安装大码盘的分离式旋转编码器，导致定位精度不足或结构复杂，体积增大。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种雷达方位定位的方法，无需在主轴上安装旋转编码器就可以定位雷达零点，结构简单，测量精度高。

根据本发明的一种雷达方位定位的方法，包括以下步骤：

安装测速轴，所述测速轴上设有旋转编码器，测速轴和雷达主轴通过齿轮传动连接，使雷达主轴与测速轴的传动比为m：n；在雷达上安装辅助检测器，并在雷达主轴上安装检测部，当所述检测部旋转经过所述辅助检测器时，所述辅助检测器检测到检测部后发出高电平到位信号，所述到位信号的高电平宽度及数据漂移量优于第一预设宽度；在雷达的第一个零点定位点处将所述旋转编码器的值设为0，此时雷达主轴旋转到所述辅助检测器为高电平的位置；建立雷达到达零点定位点时的旋转编码器读数表：│a×n/m│％a、│2a×n/m│％a、……、│(m-1)a*n/m │％a，其中a为所述旋转编码器旋转一圈的读数；雷达主轴运动到辅助检测器产生高电平信号的位置，记录此时旋转编码器读数值，然后在旋转编码器读数值的±第一预设宽度范围内查找所述旋转编码器读数表。

根据本发明实施例的一种雷达方位定位的方法，至少具有如下有益效果：在不占用雷达主轴安装空间，在无法使用雷达主轴安装位置的情况下实现了雷达主轴的高精度方位，突破了主轴编码器安装位置的限制。

根据本发明实施例的一种雷达方位定位的方法，所述第一预设宽度所对的圆心角为360/(3×m)度。

根据本发明实施例的一种雷达方位定位的方法，所述m和所述n为一对互质的数。

根据本发明实施例的一种雷达方位定位的方法，所述测速轴与雷达主轴之间采用消隙齿轮进行传动。

根据本发明实施例的一种雷达方位定位的方法，所述辅助检测器为接触开关或接近开关，所述检测部为挡块。

根据本发明实施例的一种雷达方位定位的方法，所述旋转编码器为绝对值编码器。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的流程图；

图2为本发明实施例的俯视图；

图3为本发明实施例的剖视图；

图4为本发明实施例雷达主轴零点对应编码器读数值分布图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。本发明实施例的各个步骤的执行循序没有先后关系。

参见图1，本发明实施例的一种雷达方位定位的方法，包括以下步骤：安装测速轴4，所述测速轴4上设有旋转编码器5，使雷达主轴7与测速轴4通过齿轮传动连接，传动比为m：n；在雷达上安装辅助检测器9，并在雷达主轴7 上安装检测部8，当所述检测部8旋转经过所述辅助检测器9时，所述辅助检测器9检测到检测部8后发出高电平到位信号，所述到位信号的高电平宽度及数据漂移量优于第一预设宽度；在雷达的第一个零点定位点处将所述旋转编码器5 的值设为0，此时雷达主轴7旋转到所述辅助检测器9为高电平的位置；建立雷达到达零点定位点时的旋转编码器5读数表：│a×n/m│％a、│2a×n/m │％a、……、│(m-1)a*n/m│％a，其中a为所述旋转编码器5旋转一圈的读数；雷达主轴7运动到辅助检测器9产生高电平信号的位置，记录此时旋转编码器5 读数值，然后在旋转编码器5读数值的±第一预设宽度范围内查找所述旋转编码器5读数表即可确定唯一的雷达零点位置。

根据本实施例的方法，当雷达在工厂内部组装时，根据接近开关及测速轴 4的绝对值编码器，雷达的运动控制器建立了雷达零点位置的编码器读数表，该表内共有m个数值。当雷达部署到工作地点后，雷达进行找北操作只需要运动到接近开关产生高电平信号位置，记录编码器读数值，然后在编码器读数值的±360/(3×m)度范围内与雷达零点位置的编码器读数表进行匹配即可确定唯一的雷达零点位置。这样即可实现雷达的方位定位。该定位系统的理论精度高达±(m/n)*LSB,远高于编码器的分辨率的定位精度。

本发明在不占用雷达主轴7安装空间，无法使用雷达主轴7安装位置的情况下实现了雷达主轴7的高精度方位，突破了主轴编码器安装的限制；不添加额外的装置和设备，使用低精度的接近开关和编码器实现了雷达主轴7高于编码器分辨率的定位精度，具有极高的工程实用性和经济效应。

在本发明的一些实施例中，所述第一预设宽度所对的圆心角为360/(3×m) 度。使辅助检测器9的高电平持续角度不超过360/(3×m)度。因为a为所述旋转编码器5旋转一圈的读数，故360/(3×m)度对应的旋转编码器5读数为 a/(3×m)。

在本发明的一些实施例中，所述m和所述n为一对互质的数。所以，当雷达主轴7旋转到每圈零点位置时，绝对值编码器上读数都不一致。但经过消隙齿轮的齿数m个周期后，绝对值编码器上的读数开始重复出现。

在本发明的一些实施例中，所述测速轴4与雷达主轴7之间采用齿轮进行传动。在雷达主轴7上安装第一齿轮6，在测速轴4上安装第二齿轮，第一齿轮 6和第二齿轮啮合，测速轴4通过第一齿轮6和第二齿轮受雷达主轴7驱动旋转。第一齿轮6和第二齿轮的齿数比为n：m。

在本发明的一些实施例中，雷达主轴7上安装第一齿轮6，在测速轴4上安装消隙齿轮1，第一齿轮6和消隙齿轮1啮合，测速轴4通过第一齿轮6和消隙齿轮1受雷达主轴7驱动旋转。消隙齿轮1可以消除间隙，传动精确。第一齿轮6和消隙齿轮1的齿数比为n：m。

在本发明的一些实施例中，所述辅助检测器9为接触开关或接近开关，接近开关种类可以是电感式、电容式、霍尔式、交、直流型，所述检测部8为挡块。

在本发明的一些实施例中，所述旋转编码器5为绝对值编码器，绝对值编码器可以为磁电式或触点电刷式。

下面结合实施本发明实施例方法的装置结构来进一步说明本发明原理。

参见图2和图3，本发明的一个实施例，使用1根测速轴4，测速轴4通过一对角接触球轴承3安装在测速轴承座2中。测速轴4的尾端安装第二齿轮，第二齿轮采用一对机械消隙齿轮1，消隙齿轮1使用扭簧提供消隙力矩。测速轴4 通过消隙齿轮1与雷达主轴7的第一齿轮6相配合，雷达主轴7方位转动的角度通过齿轮传递到测速轴4上。测速轴4的上端使用轴套的方式安装旋转编码器5，本实施例中编码器采用绝对值编码器，具体的可以采用磁电式或触点电刷式的绝对值编码器，旋转编码器5用于记录测速轴4转动的角度。在雷达主轴7上还安装了一个检测部8，在雷达上还安装了一个辅助检测器9，辅助检测器9采用接近开关，检测部8采用挡块，接近开关种类可以是电感式、电容式、霍尔式、交、直流型。当检测部8转动到接近开关附近时，接近开关能产生定位用的高电平信号。接近开关的高电平持续角度不超过360/(3*m)。m为消隙齿轮1的齿数。

本发明是实施例的实现原理如下：由于雷达结构空间限制及传动系统设计的需要，测速轴4的消隙齿轮1与雷达主轴7的第一齿轮6之间减速比不为1:1。所以，当雷达主轴7旋转到每圈零点位置时，绝对值编码器上读数都不一致。但经过消隙齿轮1的齿数m个周期后，绝对值编码器上的读数开始重复出现。将雷达转动到接近开关为高电平信号的位置，这是将测速轴4上编码器的读数设置为0,确定了雷达的第一个零点定位点。参见图4，继续转动雷达，当雷达主轴7 旋转到下一个零点定位点时，绝对值编码器的读数为:│a×n/m│％a，再下一个零点定位点编码器数值为：│2a×n/m│％a。一直到第m个零点定位点编码器数值为：│(m-1)a*n/m│％a。n和m分别为第一齿轮6和第二齿轮的齿数，a为绝对值编码器旋转一周的值，绝对值编码器旋转一周后值变为0，因此将a乘以 n/m然后取整，再把结果对a求余得到绝对值编码器的读数。这m个主轴零点定位点的编码器数值将编码码盘等分为m等份。辅助定位的接近开关的高电平宽度及数据漂移量优于360/(3×m)度，那么辅助定位的接近开关的高电平点将出现在雷达主轴7零点定位点的±360/(3×m)度范围内。参见图4可以知道，当辅助定位的接近开关的高电平宽度及数据漂移量优于360/(3×m)度时，当辅助定位的接近开关出现高电平信号时，其所对应的主轴零点定位点的编码器值是唯一固定的。

因此当雷达在工厂内部组装时，根据接近开关及测速轴4的绝对值编码器，雷达的运动控制器建立了雷达零点位置的编码器读数表，该表内共有m个数值。当雷达部署到工作地点后，雷达进行找北操作只需要运动到接近开关产生高电平信号好位置，记录编码器读数值，然后在编码器读数值±360/(3×m)度范围内与雷达零点位置的编码器读数表进行匹配即可确定唯一的雷达零点位置，编码器读数值±360/(3×m)度的值转化为编码器读数即为编码器读数值±a/(3× m)。这样即可实现雷达的方位定位。该定位系统的理论精度高达±(m/n)*LSB, 远高于编码器的分辨率的定位精度。

Claims (6)

1.一种雷达方位定位的方法，其特征在于，包括以下步骤：

安装测速轴，所述测速轴上设有旋转编码器，测速轴和雷达主轴通过齿轮传动连接，使雷达主轴与测速轴的传动比为m：n；在雷达上安装辅助检测器，并在雷达主轴上安装检测部，当所述检测部旋转经过所述辅助检测器时，所述辅助检测器检测到检测部后发出高电平到位信号，所述到位信号的高电平宽度及数据漂移量优于第一预设宽度；在雷达的第一个零点定位点处将所述旋转编码器的值设为0，此时雷达主轴旋转到所述辅助检测器为高电平的位置；建立雷达到达零点定位点时的旋转编码器读数表：│a×n/m│％a、│2a×n/m│％a、……、│(m-1)a*n/m│％a，其中a为所述旋转编码器旋转一圈的读数，n和m为雷达主轴与测速轴的传动比为m：n对应的数值，“││”为取整运算符号，％为取余数运算符；雷达主轴运动到辅助检测器产生高电平信号的位置，记录此时旋转编码器读数值，然后在旋转编码器读数值的±第一预设宽度范围内查找所述旋转编码器读数表。

2.根据权利要求1所述的一种雷达方位定位的方法，其特征在于：所述第一预设宽度所对的圆心角为360/(3×m)度。

3.根据权利要求1所述的一种雷达方位定位的方法，其特征在于：所述m和所述n为一对互质的数。

4.根据权利要求1所述的一种雷达方位定位的方法，其特征在于：所述测速轴与雷达主轴之间采用消隙齿轮进行传动。

5.根据权利要求1所述的一种雷达方位定位的方法，其特征在于：所述辅助检测器为接触开关或接近开关，所述检测部为挡块。

6.根据权利要求1所述的一种雷达方位定位的方法，其特征在于：所述旋转编码器为绝对值编码器。

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