CN114061537B - 一种采用电子经纬仪标定雷达转台置位精度的装置和方法 - Google Patents

Abstract

为了快速、有效地对待测雷达转台天线座方位轴的角运动精度和安装的同轴度实现测量标定，本发明提供了一种采用电子经纬仪标定雷达转台置位精度的装置和方法。该装置由AC220V电源、DC28V电源、工控机、经纬仪、Uport转接卡、转接工装、连接线缆及打印有“十”字线的A4信标纸片组成。该方法通过对被测雷达转台正反向标定误差δ的最小二乘拟合，实现了转台在进行正、反转运动过程的角度输出误差补偿。该方法直观、简单，实现过程稳定、可靠，不会受使用环境的限制，适合各种尺寸类型的雷达天线座方位轴运动精度的标定和误差补偿。

Description

一种采用电子经纬仪标定雷达转台置位精度的装置和方法

技术领域

本发明涉及雷达装备伺服控制领域中，天线座转台转动精度的测量、标定与误差补偿技术，更具体的说是涉及一种采用电子经纬仪标定雷达转台置位精度与同轴度的方法。

背景技术

天线座作为雷达的关键组成部分，不仅是雷达天线和伺服传动件的重要承载机构，同时也是实现雷达天线方位轴按要求跟踪控制的传动机构，其转动的角度虽然可以通过多通道旋转变压器获得，但由于受旋转变压器及天线座制造工艺及安装水平的限制，往往会造成旋转变压器与天线座安装不同轴或卡滞不动的问题，进而影响实际测量的天线座方位轴角运动精度。现有的专利及论文对已经安装完成的天线座方位轴角运动精度复测与标定方法进行了大量的研究和论述，通常的做法是在天线座方位轴上依次标记若干个位置点，然后电动或手动推动天线座转台依次到达之前已经标记的若干个位置点，经历多遍测量转台正反转运动后，通过对比每个标记位置点处的读数误差来判断天线座方位轴的角运动精度，这种方法虽然容易实现，但测量的是角运动重复性误差，并不能反映天线座方位轴角运动实际测量的精度水平，也不能给出天线座与旋转变压器安装同轴度误差的测量结果；也有人试图将更高精度等级的旋转变压器(或光电编码器)与待测的转台进行同轴安装，然后电动或手动推动天线座转台依次到达前述标记的若干个位置点，经历多遍转台正反转运动过程测量后，通过对比高精度等级的旋转变压器(或光电编码器)和待测旋转变压器的读数误差来判断天线座方位轴的角运动精度，这种方法虽然直观、简单，但安装高精度等级的旋转变压器(或光电编码器)容易受使用环境的限制，同时其测量结果还需要后序的解码电路才能完成读取，另外，这种测量方法也不能给出天线座与旋转变压器安装同轴度误差的测量结果，因此，在不增加额外信息处理电路的同时，如何快速、有效地对待测天线座方位轴及其测量旋转变压器的角运动精度和安装的同轴度实现测量是目前雷达转台置位精度测量与标定中需要解决的重要问题。

电子经纬仪是一种根据测角原理设计的测量水平角和竖直角的测量仪器，由望远镜、水平度盘、水准器和基座组成。由于其抗干扰能力强、稳定性高、可靠性好，所以本发明拟采用电子经纬仪来对待测转台的转动精度和同轴度进行测量和标定。

发明内容

要解决的技术问题

由于受旋转变压器及天线座制造工艺及安装水平的限制，往往会造成旋转变压器与天线座安装不同轴或卡滞不动的问题，进而影响实际测量的天线座方位轴角运动精度。为了快速、有效地对待测雷达转台天线座方位轴角运动精度和安装的同轴度实现测量，本发明提供一种采用电子经纬仪标定雷达转台置位精度与同轴度的装置和方法。

技术方案

一种采用电子经纬仪标定雷达转台置位精度与同轴度的装置，其特征在于包括AC220V电源、DC28V电源、工控机、电子经纬仪、Uport转接卡及打印有十字线的A4信标纸片；

所述AC220V电源用于给工控机供电；

所述DC28V电源用于给被测雷达转台配装的旋转变压器所用的轴角解码板供电；

所述工控机安装有Uport转接卡的驱动软件，在工控机运行上位机标定程序后，能通过Uport转接卡和连接线缆读取到被测雷达转台配装旋转变压器送至轴角解码板处理之后的被测转角数字量信号；

所述电子经纬仪水平固定在雷达转台天线座；

所述打印有十字线的A4信标纸片被平整的粘贴在距电子经纬仪至少30m之外的建筑物或设备表面，并且调整电子经纬仪的望远镜焦线处于水平位置时，通过望远镜刚好能瞄准该纸片打印的十字线中心点。

本发明进一步的技术方案：所述的打印有十字线的A4信标纸片的十字线图案的长宽均为15cm，字体笔画的宽度均为2.5cm。

一种采用上述的装置标定雷达转台置位精度与同轴度的方法，其特征在于包括正向标定和反向标定，其中正向标定的步骤如下：

步骤a1：按要求接好AC220V电源、工控机、DC28V电源、轴角解码板、Uport转接卡之间各自的连接线缆，检查无误后，开启AC220V电源和DC28V电源进行供电；

步骤a2：在工控机运行上位机标定程序，检查是否能通过Uport转接卡和连接线缆读取到被测雷达转台转动角度数字量信号，如果能读取到被测雷达转台转动的角度数字量信号，则转至步骤3，否则返回步骤1重新执行；

步骤a3：将被测雷达转台转至事先标记的初始0位置，并停止转动；

步骤a4：操作员A调整通过转接工装被水平固定在雷达转台天线座的电子经纬仪，直到刚好能通过望远镜水平瞄准远处粘贴纸片打印的“十”字线中心点，然后按动电子经纬仪上的清“0”按钮，使电子经纬仪刻度窗口显示的方位角数据Y₀和垂直角数据Z₀均显示为0；

步骤a5：操作员B按位置对应关系记录此时通过上位机标定程序读取的被测雷达转台转动的角度值X₀，并记录操作员A读取的经纬仪方位角数据Y₀和垂直角数据Z₀；

步骤a6：操作员A基于操作员B通过上位机标定程序实时读取的被测雷达转台转动的角度值，使被测雷达转台接着顺时针缓慢转动10°，至下一个角位置X_i处并停止，其中，i＝1,2,3…36，然后调整电子经纬仪的方位调节旋钮，直到能通过望远镜清晰水平瞄准远处粘贴纸片打印的“十”字线中心点为止，最后将电子经纬仪刻度窗口显示的方位角数据Y_i和垂直角数据Z_i报送操作员B进行记录；

步骤a7：操作员B记录此时通过上位机标定程序读取的被测雷达转台转动的角度值X_i，并记录操作员A读取的经纬仪方位角数据Y_i和垂直角数据Z_i；

步骤a8：重复上述步骤a6-a7，直到被测雷达转台以10°为间隔，顺时针遍历完成36个测点后转至步骤9；

步骤a9：按下式计算雷达转台正向置位精度δ_正的大小：

步骤a10：读取的经纬仪垂直角数据Z_i反应了被测雷达转台在每个正向转动角位置X_i处的同轴度误差；

步骤a11：按下式计算被测雷达转台在每个正向转动角位置X_i由经纬仪标定的误差δ_i的大小：

δ_i＝X_i-Y_i

步骤a12：基于最小二乘拟合法求取被测雷达转台在每个正向转动角位置X_i由经纬仪标定的误差δ_i的拟合函数；误差δ_i的拟合函数表达式如下：

在上式中，A，M，K，N分别为被拟合参数。

其中反向标定的步骤如下：

步骤b1：将被测雷达转台停止在正向标定完成后的最终角位置处，也即角度值为360°处；

步骤b2：操作员A调整通过转接工装被水平固定在雷达转台天线座的电子经纬仪，直到刚好能通过望远镜水平瞄准远处粘贴纸片打印的“十”字线中心点为止，然后将经纬仪刻度窗口显示的方位角数据Y₃₆和垂直角数据Z₃₆报送给操作员B；

步骤b3：操作员B按位置对应关系记录此时通过上位机标定程序读取的被测雷达转台转动的角度值X₃₆，并记录操作员A读取的经纬仪方位角数据Y₃₆和垂直角数据Z₃₆；

步骤b4：操作员A基于操作员B通过上位机标定程序实时读取的被测雷达转台转动的角度值，使被测雷达转台逆时针缓慢转动10°至下一个角位置X_j处并停止，其中，j＝36，35，34…3，2，1，然后调整电子经纬仪的方位调节旋钮，直到能通过望远镜清晰瞄准远处粘贴纸片打印的“十”字线中心点为止，最后将电子经纬仪刻度窗口显示的方位角数据Y_j和垂直角数据Z_j报送操作员B进行记录；

步骤b5：操作员B记录此时通过上位机标定程序读取的被测雷达转台转动的角度值X_j，并记录操作员A读取的经纬仪方位角数据Y_j和垂直角数据Z_j；

步骤b6：重复上述步骤b4-b5，直到被测雷达转台以10°为间隔，逆时针遍历完成36个测点后转至步骤7；

步骤b7：按下式计算被测雷达转台反向置位精度δ_反的大小：

步骤b8：读取的经纬仪垂直角数据Z_j反应了被测雷达转台在每个反向转动角位置X_j处的同轴度误差；

步骤b9：按下式计算被测雷达转台在每个反向转动角位置X_j处，由经纬仪标定的误差δ_j的大小：

δ_j＝X_j-Y_j

步骤b10：基于最小二乘拟合法求取被测雷达转台在每个转动角位置X_j处，由经纬仪标定的误差δ_j的拟合函数；误差δ_j的拟合函数表达式如下：

在上式中，H，φ，λ，L，P分别为被拟合参数；

对标定的误差δ_i和δ_j的拟合函数进行反复测试，确定没有问题后写入轴角解码板，进行每次转台正、反转运动过程的角度输出误差补偿。

有益效果

本发明提出的一种采用电子经纬仪标定雷达转台置位精度与同轴度的方法，该方法既不需要增加额外的信息处理电路，也不需要反复推动待测天线座转台进行正反转运动，就可以快速、有效地实现对待测天线座方位轴的角运动精度和安装同轴度的测量。

与现有技术相比，有益效果如下：

1.本发明涉及的一种采用电子经纬仪标定雷达转台置位精度与同轴度的方法，在不增加额外信息处理电路的同时，可以快速、有效地对待测天线座方位轴的角运动精度和安装的同轴度实现测量；

2.本发明涉及的一种采用电子经纬仪标定雷达转台置位精度与同轴度的方法，该方法直观、简单，实现过程稳定、可靠，不会受使用环境的限制，适合各种尺寸类型的雷达天线座方位轴运动精度的标定和误差补偿；

3、所述的打印有十字线的A4信标纸片的十字线图案的长宽均为15cm，字体笔画的宽度均为2.5cm，这是个最优值，能保证清楚的前提下达到测试要求；

4、使被测雷达转台接着顺时针缓慢转动10°，i＝1,2,3…36，这是个最优值，能保证精度的前提下节省测量时间。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为采用电子经纬仪标定雷达转台置位精度与同轴度方法的原理框图；

图2为采用电子经纬仪正向标定雷达转台置位精度与同轴度的工作流程图；

图3为采用电子经纬仪反向标定雷达转台置位精度与同轴度的工作流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供了一种采用电子经纬仪标定雷达转台置位精度与同轴度的装置和方法。该装置由AC220V电源、DC28V电源、工控机、经纬仪、Uport转接卡、转接工装、连接线缆及打印有“十”字线的A4信标纸片组成。如图1所示，所述AC220V电源用于给工控机供电，所述DC28V电源用于给被测雷达转台配装的旋转变压器所用的轴角解码板供电；所述电子经纬仪通过转接工装被水平固定在雷达转台天线座；在标定雷达转台置位精度与同轴度的过程中，所述打印有“十”字线的A4信标纸片被平整的粘贴在距电子经纬仪至少30m之外的建筑物或设备表面，调整电子经纬仪的望远镜焦线直到处于水平位置时，通过望远镜刚就能瞄准该纸片打印的“十”字线中心点。所述的打印有“十”字线的A4信标纸片的十字线图案的长宽均为15cm，字体笔画的宽度均为2.5cm。

采用电子经纬仪正向标定雷达转台置位精度与同轴度的工作流程如图2所示。具体步骤如下：

(1)按要求接好AC220V电源、工控机、DC28V电源、轴角解码板、Uport转接卡之间各自的连接线缆，检查无误后，开启AC220V电源和DC28V电源进行供电；

(2)在工控机运行上位机标定程序，检查是否能通过Uport转接卡和连接线缆读取到被测雷达转台转动角度数字量信号，如果能读取到被测雷达转台转动的角度数字量信号，则转至步骤(3)，否则返回步骤(1)重新执行；

(3)将被测雷达转台转至事先标记的初始0位置，并停止转动；

(4)操作员A调整通过转接工装被水平固定在雷达转台天线座的电子经纬仪，直到刚好能通过望远镜水平瞄准远处粘贴纸片打印的“十”字线中心点，然后按动电子经纬仪上的清“0”按钮，使电子经纬仪刻度窗口显示的方位角数据Y₀和垂直角数据Z₀均显示为0；

(5)操作员B按位置对应关系记录此时通过上位机标定程序读取的被测雷达转台转动的角度值X₀，并记录操作员A读取的经纬仪方位角数据Y₀和垂直角数据Z₀；

(6)操作员A基于操作员B通过上位机标定程序实时读取的被测雷达转台转动的角度值，使被测雷达转台接着顺时针缓慢转动10°，至下一个角位置X_j处并停止(其中，i＝1，2，3…36)，然后调整电子经纬仪的方位调节旋钮，直到能通过望远镜清晰水平瞄准远处粘贴纸片打印的“十”字线中心点为止，最后将电子经纬仪刻度窗口显示的方位角数据Y_i和垂直角数据Z_i报送操作员B进行记录；

(7)操作员B记录此时通过上位机标定程序读取的被测雷达转台转动的角度值X_i，并记录操作员A读取的经纬仪方位角数据Y_i和垂直角数据Z_i；

(8)重复上述步骤(6)、(7)，直到被测雷达转台以10°为间隔，顺时针遍历完成36个测点后转至步骤(9)；

(9)按下式计算雷达转台正向置位精度δ_正的大小：

(10)读取的经纬仪垂直角数据Z_i反应了被测雷达转台在每个正向转动角位置X_i处的同轴度误差；

(11)按下式计算被测雷达转台在每个正向转动角位置X_i由经纬仪标定的误差δ_i的大小：

δ_i＝X_i-Y_i

(12)基于最小二乘拟合法求取被测雷达转台在每个正向转动角位置X_i由经纬仪标定的误差δ_i的拟合函数。误差δ_i的拟合函数表达式如下：

在上式中，A，M，K，N分别为被拟合参数。

采用电子经纬仪反向标定雷达转台置位精度与同轴度的工作流程如图3所示。具体步骤如下：

(1)将被测雷达转台停止在正向标定完成后的最终角位置处(也即角度值为360°

处)；

(2)操作员A调整通过转接工装被水平固定在雷达转台天线座的电子经纬仪，直到刚好能通过望远镜水平瞄准远处粘贴纸片打印的“十”字线中心点为止，然后将经纬仪刻度窗口显示的方位角数据Y₃₆和垂直角数据Z₃₆报送给操作员B；

(3)操作员B按位置对应关系记录此时通过上位机标定程序读取的被测雷达转台转动的角度值X₃₆，并记录操作员A读取的经纬仪方位角数据Y₃₆和垂直角数据Z₃₆；

(4)操作员A基于操作员B通过上位机标定程序实时读取的被测雷达转台转动的角度值，使被测雷达转台逆时针缓慢转动10°至下一个角位置X_j处并停止(其中，j＝36，35，34…3，2，1)，然后调整电子经纬仪的方位调节旋钮，直到能通过望远镜清晰瞄准远处粘贴纸片打印的“十”字线中心点为止，最后将电子经纬仪刻度窗口显示的方位角数据Y_j和垂直角数据Z_j报送操作员B进行记录；

(5)操作员B记录此时通过上位机标定程序读取的被测雷达转台转动的角度值X_j，并记录操作员A读取的经纬仪方位角数据Y_j和垂直角数据Z_j；

(6)重复上述步骤(4)、(5)，直到被测雷达转台以10°为间隔，逆时针遍历完成36个测点后转至步骤(7)；

(7)按下式计算被测雷达转台反向置位精度δ_反的大小：

(8)读取的经纬仪垂直角数据Z_j反应了被测雷达转台在每个反向转动角位置X_j处的同轴度误差；

(9)按下式计算被测雷达转台在每个反向转动角位置X_j处，由经纬仪标定的误差δ_j的大小：

δ_j＝X_j-Y_j

(10)基于最小二乘拟合法求取被测雷达转台在每个转动角位置X_j处，由经纬仪标定的误差δ_j的拟合函数。误差δ_j的拟合函数表达式如下：

在上式中，H，φ，λ，L，P分别为被拟合参数。

对标定的误差δ_j和j_j的拟合函数进行反复测试，确定没有问题后写入轴角解码板，进行每次转台正、反转运动过程的角度输出误差补偿。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种标定雷达转台置位精度与同轴度的方法，其特征在于采用的装置包括AC220V电源、DC28V电源、工控机、电子经纬仪、Uport转接卡及打印有十字线的A4信标纸片，所述AC220V电源用于给工控机供电；所述DC28V电源用于给被测雷达转台配装的旋转变压器所用的轴角解码板供电；所述工控机安装有Uport转接卡的驱动软件，在工控机运行上位机标定程序后，能通过Uport转接卡和连接线缆读取到被测雷达转台配装旋转变压器送至轴角解码板处理之后的被测转角数字量信号；所述电子经纬仪水平固定在雷达转台天线座；所述打印有十字线的A4信标纸片被平整的粘贴在距电子经纬仪至少30m之外的建筑物或设备表面，并且调整电子经纬仪的望远镜焦线处于水平位置时，通过望远镜刚好能瞄准该纸片打印的十字线中心点；包括正向标定和反向标定，其中正向标定的步骤如下：

步骤a1：按要求接好AC220V电源、工控机、DC28V电源、轴角解码板、Uport转接卡之间各自的连接线缆，检查无误后，开启AC220V电源和DC28V电源进行供电；

步骤a2：在工控机运行上位机标定程序，检查是否能通过Uport转接卡和连接线缆读取到被测雷达转台转动角度数字量信号，如果能读取到被测雷达转台转动的角度数字量信号，则转至步骤a3，否则返回步骤a1重新执行；

步骤a3：将被测雷达转台转至事先标记的初始0位置，并停止转动；

步骤a4：操作员A调整通过转接工装被水平固定在雷达转台天线座的电子经纬仪，直到刚好能通过望远镜水平瞄准远处粘贴纸片打印的“十”字线中心点，然后按动电子经纬仪上的清“0”按钮，使电子经纬仪刻度窗口显示的方位角数据Y₀和垂直角数据Z₀均显示为0；

步骤a5：操作员B按位置对应关系记录此时通过上位机标定程序读取的被测雷达转台转动的角度值X₀，并记录操作员A读取的经纬仪方位角数据Y₀和垂直角数据Z₀；

步骤a6：操作员A基于操作员B通过上位机标定程序实时读取的被测雷达转台转动的角度值，使被测雷达转台接着顺时针缓慢转动10°，至下一个角位置X_i处并停止，其中，i＝1,2,3…36，然后调整电子经纬仪的方位调节旋钮，直到能通过望远镜清晰水平瞄准远处粘贴纸片打印的“十”字线中心点为止，最后将电子经纬仪刻度窗口显示的方位角数据Y_i和垂直角数据Z_i报送操作员B进行记录；

步骤a7：操作员B记录此时通过上位机标定程序读取的被测雷达转台转动的角度值X_i，并记录操作员A读取的经纬仪方位角数据Y_i和垂直角数据Z_i；

步骤a8：重复上述步骤a6-a7，直到被测雷达转台以10°为间隔，顺时针遍历完成36个测点后转至步骤a9；

步骤a9：按下式计算雷达转台正向置位精度δ_正的大小：

步骤a10：读取的经纬仪垂直角数据Z_i反应了被测雷达转台在每个正向转动角位置X_i处的同轴度误差；

步骤a11：按下式计算被测雷达转台在每个正向转动角位置X_i由经纬仪标定的误差δ_i的大小：

δ_i＝X_i-Y_i

步骤a12：基于最小二乘拟合法求取被测雷达转台在每个正向转动角位置X_i由经纬仪标定的误差δ_i的拟合函数；误差δ_i的拟合函数表达式如下：

在上式中，A,M,K,N分别为被拟合参数；

其中反向标定的步骤如下：

步骤b1：将被测雷达转台停止在正向标定完成后的最终角位置处，也即角度值为360°处；

步骤b2：操作员A调整通过转接工装被水平固定在雷达转台天线座的电子经纬仪，直到刚好能通过望远镜水平瞄准远处粘贴纸片打印的“十”字线中心点为止，然后将经纬仪刻度窗口显示的方位角数据Y₃₆和垂直角数据Z₃₆报送给操作员B；

步骤b3：操作员B按位置对应关系记录此时通过上位机标定程序读取的被测雷达转台转动的角度值X₃₆，并记录操作员A读取的经纬仪方位角数据Y₃₆和垂直角数据Z₃₆；

步骤b4：操作员A基于操作员B通过上位机标定程序实时读取的被测雷达转台转动的角度值，使被测雷达转台逆时针缓慢转动10°至下一个角位置X_j处并停止，其中，j＝36,35,34…3,2,1，然后调整电子经纬仪的方位调节旋钮，直到能通过望远镜清晰瞄准远处粘贴纸片打印的“十”字线中心点为止，最后将电子经纬仪刻度窗口显示的方位角数据Y_j和垂直角数据Z_j报送操作员B进行记录；

步骤b5：操作员B记录此时通过上位机标定程序读取的被测雷达转台转动的角度值X_j，并记录操作员A读取的经纬仪方位角数据Y_j和垂直角数据Z_j；

步骤b6：重复上述步骤b4-b5，直到被测雷达转台以10°为间隔，逆时针遍历完成36个测点后转至步骤b7；

步骤b7：按下式计算被测雷达转台反向置位精度δ_反的大小：

步骤b8：读取的经纬仪垂直角数据Z_j反应了被测雷达转台在每个反向转动角位置X_j处的同轴度误差；

步骤b9：按下式计算被测雷达转台在每个反向转动角位置X_j处，由经纬仪标定的误差δ_j的大小：

δ_j＝X_j-Y_j

步骤b10：基于最小二乘拟合法求取被测雷达转台在每个转动角位置X_j处，由经纬仪标定的误差δ_j的拟合函数；误差δ_j的拟合函数表达式如下：

在上式中，H,φ,λ,L,P分别为被拟合参数；

对标定的误差δ_i和δ_j的拟合函数进行反复测试，确定没有问题后写入轴角解码板，进行每次转台正、反转运动过程的角度输出误差补偿。