CN112731313B - 一种球载雷达无源稳定平台状态分析系统及状态分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种球载雷达无源稳定平台状态分析系统及状态分析方法，所述系统包括固定于稳定平台上的传感器、控制部、数据部、判定部以及显示部，控制部用于发送控制指令至判定部；数据部用于存储传感器的检测数据，并输出至判定部及显示部；判定部用于分析数据部输出的传感器数据及控制部输出的控制指令，判断稳定平台的运行状态，并将判断结果输出至显示部；显示部用于显示数据部输出的传感器数据及判定部输出的稳定平台的运行状态；本发明的优点在于：判断稳定平台是否异常，若状态异常则对稳定平台作出对应的处理，避免影响稳定平台转速的平稳性。

Description

一种球载雷达无源稳定平台状态分析系统及状态分析方法
技术领域
本发明涉及球载雷达技术领域，更具体涉及一种球载雷达无源稳定平台状态分析系统及状态分析方法。
背景技术
系留气球载雷达系统是以系留气球为搭载平台，以雷达为任务系统的一种综合信息系统，在军事和民用领域有着广阔的应用前景。雷达是整个系留气球载雷达系统中的任务系统，集中悬挂在球体下方的整流罩内。
系留气球载雷达在搜索或跟踪目标时，天线因球体运动的影响，指向会随之变化，影响探测效果。为保证天线对目标的探测效果，可采用稳定平台减弱气球姿态角的影响，使天线波束指向稳定。
稳定平台有无源和有源两种稳定方式。无源稳定平台利用雷达重力及阻尼装置达到稳定精度；有源稳定平台通过电气系统实时调节姿态的策略，满足精度要求。相较于有源稳定平台，无源稳定平台可靠性高、重量轻、维修方便且成本低，但其稳定精度不高且响应速度慢。
球载雷达稳定平台的设计要求表明，稳定平台的负载惯量较大，响应速度与稳定精度要求不高，但需具备体积小、重量轻的特点。故选取基于阻尼技术的无源三轴稳定平台实现需求。无源稳定平台通过定基座的安装接口与气球连接，主要由伺服控制器、电机、减速机、传感器系统、阻尼装置、回转支承等组成。
在系留气球雷达地面联调测试过程中，发现有4种因素影响无源稳定平台的工作性能，包括：
1、若试验场的风力等级较大，则稳定平台姿态角的变化程度与变化频率较大，最终影响稳定平台转速的平稳性。
2、与机载雷达和车载雷达不同，地面联调测试环境下，稳定平台距离地面约20米。维修时，稳定平台处于静止状态，工作人员需站在平台上进行测试。为保障人员安全、防止地面站误操作且保证维修工作的进行，需适时限制稳定平台的功能。
3、球载雷达地面联调测试的电磁环境较为复杂，稳定平台执行转速功能时，经常有多种雷达的发射系统同时段不同方向的工作，极大影响稳定平台的转速平稳性。
4、与机载雷达和车载雷达不同，球载雷达未搭载阵面波控系统。稳定平台执行定位功能时，雷达扫描线由稳定平台上搭载的角度传感器配合伺服控制器以增量编码的方法形成。由于增量编码的传送路径(经汇流环系统、信号处理系统、无线通信系统传送至地面站)较为复杂，故当扫描线状态异常时，排查工作耗时耗力。
中国专利申请号CN202010653330.6，公开了一种移动分体式激光雷达，提供一种能够在移动式平台上实现移动过程中自动化观测、姿态补偿、环境数据采集的高精度分体式激光多普勒雷达三维风场剖面探测系统。包括测风激光雷达光学扫描部分、测风激光雷达数据采集处理部分、移动载具、稳定平台、大气参数测量模块、水面参数测量模块，平台姿态与运动状态测量模块、卫星定位模块、热管理模块、数据显示模块、供电模块和通信单元组成。其中，若安装稳定平台时，测风激光雷达光学扫描部分、平台姿态与运动状态测量模块、卫星定位模块、热管理模块安装在稳定平台上，稳定平台再与大气参数测量模块、通信单元直接安装于移动载具的安装板上，否则上述功能模块直接安装在移动载具的安装板上。虽然该专利申请提供了稳定平台以及平台姿态与运动状态测量模块，但是并没有具体论述如何分析稳定平台状态且该专利申请应用于分体式激光雷达，并不适用于球载雷达。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于现有技术缺乏球载雷达无源稳定平台状态分析系统及状态分析方法，若试验场的风力等级较大，则稳定平台姿态角的变化程度与变化频率较大，最终影响稳定平台转速的平稳性。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种球载雷达无源稳定平台状态分析系统，包括固定于稳定平台上的传感器、控制部、数据部、判定部以及显示部，
控制部，用于发送控制指令至判定部；
数据部，用于存储传感器的检测数据，并输出至判定部及显示部；
判定部，用于分析数据部输出的传感器数据及控制部输出的控制指令，判断稳定平台的运行状态，并将判断结果输出至显示部，具体判定过程为：
判定部每隔A秒分析1次传感器反馈的俯仰角的当前值；
当俯仰角连续C次大于B度且小于D度时，则判定稳定平台状态异常，并将稳定平台转速限制于E度/秒之内；
当俯仰角连续C次大于D度时，则判定稳定平台状态异常，禁用圆周旋转及定位功能，其中，A、B、C、D、E均为预设的常数；
显示部，用于显示数据部输出的传感器数据及判定部输出的稳定平台的运行状态。
本发明提供一种球载雷达无源稳定平台状态分析系统，该系统设置判定部，若试验场的风力等级较大，判定部分析传感器反馈的俯仰角的当前值，根据俯仰角的当前值范围判定稳定平台是否状态异常，根据状态异常的两种情形对稳定平台作出对应的处理，避免影响稳定平台转速的平稳性。
进一步地，所述控制指令为稳定平台的圆周旋转和/或定位指令。
进一步地，所述传感器包括角度传感器、速度传感器、惯性导航系统，
所述角度传感器，用于检测稳定平台当前的方位角；
所述速度传感器，用于检测稳定平台当前的转速；
所述惯性导航系统，用于检测稳定平台当前的航向角、横滚角、俯仰角、角速度、角加速度。
更进一步地，所述数据部存储的传感器的检测数据包括稳定平台的方位角、转速、航向角、横滚角、俯仰角、角速度、角加速度。
本发明还提供一种球载雷达无源稳定平台状态分析系统的状态分析方法，所述方法包括：
判定部每隔A秒分析1次俯仰角的当前值；
当俯仰角连续C次大于B度且小于D度时，则判定稳定平台状态异常，并将稳定平台转速限制于E度/秒之内；
当俯仰角连续C次大于D度时，则判定稳定平台状态异常，禁用圆周旋转及定位功能，其中，A、B、C、D、E均为预设的常数。
进一步地，所述方法还包括：
稳定平台处于静止状态时，判定部每隔F秒计算当前稳定平台方位角与上一时刻稳定平台方位角之差的绝对值；
若计算结果累计C次大于B度且小于D度，则判定稳定平台状态异常，禁用定位功能，转速限制于E度/秒之内；
若计算结果累计C次大于D度，则判定稳定平台状态异常，禁用圆周旋转及定位功能，其中，F为预设的常数。
更进一步地，所述方法还包括：
稳定平台执行转速功能，且当前转速恒为N度/秒时，判定部每隔1s计算当前稳定平台方位角与上一时刻稳定平台方位角的差值；
若计算结果处于6N±N/6度区间之内且包括区间端值，则判定稳定平台状态正常；
若计算结果处于6N±N/6度的区间之外，则判定稳定平台状态异常，禁用圆周旋转功能，其中，N为正常数。
更进一步地，所述方法还包括：
稳定平台执行定位功能，判定部每隔G秒计算当前稳定平台方位角与定位角度之差的绝对值；
若计算结果连续C次大于H度，则判定稳定平台状态异常，禁用圆周旋转及定位功能，其中，G和H均为预设的常数。
更进一步地，所述A、B、C、D、E、F、G、H分别设置为0.5、0.5、20、1.8、6、0.2、2、2。
本发明的优点在于：
(1)本发明提供一种球载雷达无源稳定平台状态分析系统，该系统设置判定部，若试验场的风力等级较大，判定部分析传感器反馈的俯仰角的当前值，根据俯仰角的当前值范围判定稳定平台是否状态异常，根据状态异常的两种情形对稳定平台作出对应的处理，避免影响稳定平台转速的平稳性。
(2)本发明提供一种球载雷达无源稳定平台状态分析系统的状态分析方法，若试验场的风力等级较大，判定部分析传感器反馈的俯仰角的当前值，根据俯仰角的当前值范围判定稳定平台是否状态异常，根据状态异常的两种情形对稳定平台作出对应的处理，避免影响稳定平台转速的平稳性。
(3)本发明提供一种球载雷达无源稳定平台状态分析系统的状态分析方法，稳定平台处于静止状态时，判定部计算当前稳定平台方位角与上一时刻稳定平台方位角之差的绝对值，根据计算结果判定稳定平台是否状态异常，根据状态异常的两种情形对稳定平台作出对应的处理，保障人员安全、防止地面站误操作且保证维修工作的进行，适时限制稳定平台的功能。
(4)本发明提供一种球载雷达无源稳定平台状态分析系统的状态分析方法，稳定平台执行转速功能时，经常有多种雷达的发射系统同时段不同方向的工作，极大影响稳定平台的转速平稳性，本发明当前转速恒为N度/秒时，判定部每隔1s计算当前稳定平台方位角与上一时刻稳定平台方位角的差值，计算结果处于6N±N/6度的区间之外，则判定稳定平台状态异常，禁用圆周旋转功能，保证稳定平台的转速平稳性。
(5)本发明提供一种球载雷达无源稳定平台状态分析系统的状态分析方法，稳定平台执行定位功能时，判定部每隔G秒计算当前稳定平台方位角与定位角度之差的绝对值，若计算结果连续C次大于H度，则判定稳定平台状态异常，禁用圆周旋转及定位功能，及时判断异常情况，避免当扫描线状态异常时，排查工作耗时耗力。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的一种球载雷达无源稳定平台状态分析系统的结构框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种球载雷达无源稳定平台状态分析系统，包括固定于稳定平台上的传感器5、控制部1、数据部2、判定部3以及显示部4，
控制部1，用于发送控制指令至判定部3；
数据部2，用于存储传感器5的检测数据，并输出至判定部3及显示部4；
判定部3，用于分析数据部2输出的传感器数据及控制部1输出的控制指令，判断稳定平台的运行状态，并将判断结果输出至显示部4，具体判定过程为：
判定部3每隔A秒分析1次传感器5反馈的俯仰角的当前值；
当俯仰角连续C次大于B度且小于D度时，则判定稳定平台状态异常，并将稳定平台转速限制于E度/秒之内；
当俯仰角连续C次大于D度时，则判定稳定平台状态异常，禁用圆周旋转及定位功能，其中，A、B、C、D、E均为预设的常数，本实施例中，上述各预设的常数分别设置为分别设置为0.5、0.5、20、1.8、6；
显示部4，用于显示数据部2输出的传感器数据及判定部3输出的稳定平台的运行状态。
具体的，所述控制指令为稳定平台的圆周旋转和/或定位指令。
具体的，所述传感器5包括角度传感器、速度传感器、惯性导航系统，
所述角度传感器，用于检测稳定平台当前的方位角；
所述速度传感器，用于检测稳定平台当前的转速；
所述惯性导航系统，用于检测稳定平台当前的航向角、横滚角、俯仰角、角速度、角加速度。
具体的，所述数据部2存储的传感器5的检测数据包括稳定平台的方位角、转速、航向角、横滚角、俯仰角、角速度、角加速度。
基于上述一种球载雷达无源稳定平台状态分析系统，本发明还提供一种球载雷达无源稳定平台状态分析系统的状态分析方法，本实施例提供的是根据实验室对球载雷达实测以及各种综合分析得到的一种最优化的实现方式，实际中，以下各数值可以采取合理范围内的其他值，也可取其他与本值偏差较小的值，例如对于时间的偏差范围在±0.1s，对于度数的偏差范围在±1度，对于次数的偏差范围在±1次，因此当每隔0.5秒分析1次俯仰角的当前值，其中0.5秒是最优化的方案，可以选取0.4秒至0.6秒之间的任意取值，其他取值同理，在此不做赘述，所述方法包括：
判定部3每隔0.5秒分析1次俯仰角的当前值；
当俯仰角连续20次大于0.5度且小于1.8度时，则判定稳定平台状态异常，并将稳定平台转速限制于6度/秒之内；
当俯仰角连续20次大于1.8度时，则判定稳定平台状态异常，禁用圆周旋转及定位功能。
作为本发明进一步的改进，所述方法还包括：
稳定平台处于静止状态时，判定部3每隔0.2秒计算当前稳定平台方位角与上一时刻稳定平台方位角之差的绝对值；
若计算结果累计20次大于0.5度且小于1.8度，则判定稳定平台状态异常，禁用定位功能，转速限制于6度/秒之内；
若计算结果累计20次大于1.8度，则判定稳定平台状态异常，禁用圆周旋转及定位功能。
作为本发明进一步的改进，所述方法还包括：
稳定平台执行转速功能，且当前转速恒为N度/秒时，判定部3每隔1s计算当前稳定平台方位角与上一时刻稳定平台方位角的差值；
若计算结果处于6N±N/6度区间之内且包括区间端值，则判定稳定平台状态正常；
若计算结果处于6N±N/6度的区间之外，则判定稳定平台状态异常，禁用圆周旋转功能。
作为本发明进一步的改进，所述方法还包括：
稳定平台执行定位功能，判定部3每隔2秒计算当前稳定平台方位角与定位角度之差的绝对值；
若计算结果连续20次大于2度，则判定稳定平台状态异常，禁用圆周旋转及定位功能。
通过以上技术方案，本发明提供一种球载雷达无源稳定平台状态分析系统及状态分析方法，该系统设置判定部3，若试验场的风力等级较大，判定部3分析传感器5反馈的俯仰角的当前值，根据俯仰角的当前值范围判定稳定平台是否状态异常，根据状态异常的两种情形对稳定平台作出对应的处理，避免影响稳定平台转速的平稳性。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种球载雷达无源稳定平台状态分析系统，其特征在于，包括固定于稳定平台上的传感器、控制部、数据部、判定部以及显示部，
控制部，用于发送控制指令至判定部；
数据部，用于存储传感器的检测数据，并输出至判定部及显示部；
判定部，用于分析数据部输出的传感器数据及控制部输出的控制指令，判断稳定平台的运行状态，并将判断结果输出至显示部，具体判定过程为：
判定部每隔A秒分析1次传感器反馈的俯仰角的当前值；
当俯仰角连续C次大于B度且小于D度时，则判定稳定平台状态异常，并将稳定平台转速限制于E度/秒之内；
当俯仰角连续C次大于D度时，则判定稳定平台状态异常，禁用圆周旋转及定位功能，其中，A、B、C、D、E均为预设的常数；
稳定平台处于静止状态时，判定部每隔F秒计算当前稳定平台方位角与上一时刻稳定平台方位角之差的绝对值；
若计算结果累计C次大于B度且小于D度，则判定稳定平台状态异常，禁用定位功能，转速限制于E度/秒之内；
若计算结果累计C次大于D度，则判定稳定平台状态异常，禁用圆周旋转及定位功能，其中，F为预设的常数；
显示部，用于显示数据部输出的传感器数据及判定部输出的稳定平台的运行状态。
2.根据权利要求1所述的一种球载雷达无源稳定平台状态分析系统，其特征在于，所述控制指令为稳定平台的圆周旋转和/或定位指令。
3.根据权利要求1所述的一种球载雷达无源稳定平台状态分析系统，其特征在于，所述传感器包括角度传感器、速度传感器、惯性导航系统，
所述角度传感器，用于检测稳定平台当前的方位角；
所述速度传感器，用于检测稳定平台当前的转速；
所述惯性导航系统，用于检测稳定平台当前的航向角、横滚角、俯仰角、角速度、角加速度。
4.根据权利要求3所述的一种球载雷达无源稳定平台状态分析系统，其特征在于，所述数据部存储的传感器的检测数据包括稳定平台的方位角、转速、航向角、横滚角、俯仰角、角速度、角加速度。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种球载雷达无源稳定平台状态分析系统的状态分析方法，其特征在于，所述方法包括：
判定部每隔A秒分析1次俯仰角的当前值；
当俯仰角连续C次大于B度且小于D度时，则判定稳定平台状态异常，并将稳定平台转速限制于E度/秒之内；
当俯仰角连续C次大于D度时，则判定稳定平台状态异常，禁用圆周旋转及定位功能，其中，A、B、C、D、E均为预设的常数；
稳定平台处于静止状态时，判定部每隔F秒计算当前稳定平台方位角与上一时刻稳定平台方位角之差的绝对值；
若计算结果累计C次大于B度且小于D度，则判定稳定平台状态异常，禁用定位功能，转速限制于E度/秒之内；
若计算结果累计C次大于D度，则判定稳定平台状态异常，禁用圆周旋转及定位功能，其中，F为预设的常数。
6.根据权利要求5所述的一种球载雷达无源稳定平台状态分析系统的状态分析方法，其特征在于，所述方法还包括：
稳定平台执行转速功能，且当前转速恒为N度/秒时，判定部每隔1s计算当前稳定平台方位角与上一时刻稳定平台方位角的差值；
若计算结果处于6N±N/6度区间之内且包括区间端值，则判定稳定平台状态正常；
若计算结果处于6N±N/6度的区间之外，则判定稳定平台状态异常，禁用圆周旋转功能，其中，N为正常数。
7.根据权利要求6所述的一种球载雷达无源稳定平台状态分析系统的状态分析方法，其特征在于，所述方法还包括：
稳定平台执行定位功能，判定部每隔G秒计算当前稳定平台方位角与定位角度之差的绝对值；
若计算结果连续C次大于H度，则判定稳定平台状态异常，禁用圆周旋转及定位功能，其中，G和H均为预设的常数。
8.根据权利要求7所述的一种球载雷达无源稳定平台状态分析系统的状态分析方法，其特征在于，所述A、B、C、D、E、F、G、H分别设置为0.5、0.5、20、1.8、6、0.2、2、2。
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