CN117031420A - 一种无光轴雷达真方位角基准标定装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种无光轴雷达真方位角基准标定装置及方法，属于雷达研制生产领域，包括电子经纬仪、辐射喇叭天线、喇叭支架、微波信号源、雷达伺服系统、雷达天线测试装置、陀螺经纬仪；电子经纬仪架设在天线测试塔上，辐射喇叭天线通过喇叭支架架设在电子经纬仪上，辐射喇叭天线与微波信号源电连接，雷达伺服系统与雷达天线测试装置用于使待标定雷达天线电轴方位对准辐射喇叭天线，陀螺经纬仪、待标定雷达均架设在电子经纬仪远端，陀螺经纬仪用于将其真北基准传递给电子经纬仪，通过电子经纬仪瞄准待标定雷达天线中心标识点，将待标定雷达方位角与电子经纬仪水平角读数按圆周取补后即可得到待标定雷达天线电轴指向真方位角。

Description

一种无光轴雷达真方位角基准标定装置及方法

技术领域

本发明属于雷达产品研制生产领域，具体涉及一种无光轴雷达真方位角基准标定装置及方法，适用于在天线测试塔对无光轴的大型预警雷达方位基准标定。

背景技术

某点从北向基准依顺时针方向到目标方向线之间的水平夹角称为方位角。常使用的北向基准有磁北、图北和真北三种，同一目标使用不同北向基准方位角就会产生不同的方位角。

磁北(Magnetic North,MN)地球是有磁场的,磁北是根据地磁点确定的北极。某点指向磁北极的方向线叫磁北方向线，也叫磁子午线。从某点的磁北方向线起，依顺时针方向到目标方向线间的水平夹角称为该点的磁方位角。

图北也称为方格北(Grid North,GN)是指在某张地图上纵向方格线指示的“上”方。从某点的坐标纵线北起，依顺时针方向到目标方向线间的水平夹角，称为该点的坐标方位角。

真北(True North,TN)是地球所有经线的起始点,也称为地理北极。某点指向北极的方向线叫真北方向线，从某点的真北方向线起，依顺时针方向到目标方向间的水平夹角，叫该点的真方位角。

三种北向基准在雷达上均有使用，大部分雷达使用的GPS、北斗系统及惯导设备均采用真北作为北向基准。某些搜索雷达使用的电子罗盘则以磁北作为定向基准，先测得磁方位角再通过修正磁偏角转换为真北方位角。雷达电子地图中则普遍使用图北作为北向基准，这就需要先进行真北基准测定，再修正子午线收敛角转换为坐标方位角。

由于雷达产品上使用的GPS、北斗系统及惯导设备不可避免存在固定的安装偏差，即雷达初始北向与设计基准存在偏差，导致雷达目标方位角中包含真北基准系统误差，需要通过标定消除系统误差。

雷达真北基准标定是雷达研制生产过程重要的调试项目，其标定精度直接影响到雷达目标方位角测量精度。雷达方位基准主要通过固定场地方位标、RTK(实时动态载波相位差分技术)、陀螺经纬仪等种方式进行标定。

使用固定场地方位标进行雷达方位标定是GJB3153-98《精密测量雷达标定与校正》中规定的方法，但该方法标定精度不高，且仅能在固定场地开展作业，在RTK标定系统和陀螺经纬仪广泛应用后该方法已很少使用。RTK标定系统由接收机、定向模块、电台、电源等构成，标定过程操作繁琐，且对标定场地电磁环境要求较为严苛。雷达研制生产单位经常需要在天线测试场进行方位基准标定，由于电磁环境复杂，RTK标定精度会受到较大影响，一般需使用陀螺经纬仪进行标定。陀螺经纬仪在中低纬度具备极高的测量精度，但常规标定方法要求陀螺经纬仪与雷达光轴互瞄，对于大型预警雷达，由于其作用距离一般超过数百千米，故一般不安装用作光轴的光学望远镜或电视标定镜，也就无法使用光轴对瞄的方式进行真北基准标定，致使目前尚不能使用陀螺经纬仪标定。

因此，对于无光轴的雷达产品，如大型预警雷达在天线测试场地使用陀螺经纬仪进行方位基准标定，应该开展技术研究摸索标定方法，满足此类雷达标定需求。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种无光轴雷达真方位角基准标定装置及标定方法，适用于无光轴的雷达产品的真北基准标定，解决了无光轴的雷达无法使用陀螺经纬仪进行真北基准标定的问题。

本发明的技术方案是：一种无光轴雷达真方位角基准标定装置，包括电子经纬仪、辐射喇叭天线、喇叭支架、微波信号源、雷达伺服系统、雷达天线测试装置、陀螺经纬仪；所述电子经纬仪带有三脚架架设在天线测试塔上；所述辐射喇叭天线通过喇叭支架架设在电子经纬仪上，辐射喇叭天线与微波信号源电连接，辐射喇叭天线用于为待标定雷达发送微波信号；所述雷达伺服系统用于驱动待标定雷达方位或俯仰转动，所述雷达天线测试装置用于测量待标定雷达在某个方位或俯仰角下发射和接收信号的强度，雷达伺服系统与雷达天线测试装置配合用于使待标定雷达天线电轴方位对准辐射喇叭天线；所述陀螺经纬仪架设在电子经纬仪远端，用于将其真北基准传递给电子经纬仪，所述待标定雷达架设在电子经纬仪远端；通过使电子经纬仪瞄准待标定雷达天线中心标识点，将待标定雷达方位角与电子经纬仪水平角读数按圆周取补后即可得到待标定雷达天线电轴指向真方位角。

本发明的进一步技术方案是：所述喇叭支架包括夹持架、支架底座，所述夹持架用于将辐射喇叭天线固定夹持，夹持架的底部与支架底座铰接；所述支架底座通过螺栓安装于电子经纬仪的横梁中心的安装孔；所述横梁中心的安装孔与电子经纬仪水平转轴同轴，使辐射喇叭天线的中心轴线与电子经纬仪的水平转轴轴线在一个平面内。

本发明的进一步技术方案是：所述夹持架包括上夹持架、下夹持架，所述上夹持架和下夹持架相配合，二者通过紧固件连接将辐射喇叭天线固定夹持在中间；所述下夹持架的底部通过水平设置的转轴与支架底座铰接。

本发明的进一步技术方案是：所述横梁中心的安装孔与电子经纬仪水平转轴同轴的偏差不大于0.02mm。

本发明的进一步技术方案是：所述架设在电子经纬仪远端的陀螺经纬仪、待标定雷达均距离天线测试塔300m-1000m，保证电子经纬仪分别与待标定雷达、陀螺经纬仪通视。

本发明的进一步技术方案是：所述雷达天线测试装置包括频谱仪。

一种用无光轴雷达真方位角基准标定装置进行标定的方法，步骤如下：

步骤1、运行雷达主控计算机的雷达天线方向性控制程序，输入需测试的频率点以及零点方向，微波信号源开机，通过辐射喇叭天线送出对应频率的微波；操作人员控制待标定雷达天线在方位上来回扫描2次，读取频谱仪输出的对应频率点的信号强度，找出信号强度最大点，记录方位角度，取两次扫描测量的平均值作为待标定雷达初始北方向为基准的信号源方位角A；

步骤2、将陀螺经纬仪调平后加电完成寻北，陀螺经纬仪与电子经纬仪对瞄；根据陀螺经纬仪光轴真方位角B，计算得到电子经纬仪光轴水平角C；在该角度位置将电子经纬仪水平角置零，并将水平角测量方向更改为逆时针，逆时针转动电子经纬仪至水平角C位置，再次将电子经纬仪水平角置零，并将水平角测量方向更改为顺时针；

此时，电子经纬仪水平角零度方向即为真北方向，其测得目标水平角即为真方位角；

步骤3、使用电子经纬仪瞄准待标定雷达天线中心标识点，根据此时电子经纬仪读数D，计算得到信号源真方位角角E；待标定雷达真方位角基准误差标定值δ＝A-E，在雷达主控计算机控制软件中按标定值δ对雷达目标方位角进行修正，消除待标定雷达方位测角系统误差，完成待标定雷达真方位角基准标定。

有益效果

本发明的有益效果在于：本发明所述一种无光轴雷达真方位角基准标定装置及方法，将雷达方位基准与雷达电轴直接关联起来，使标定过程不依赖雷达光轴；将辐射喇叭天线通过喇叭支架安装在电子经纬仪水上，辐射喇叭天线与微波信号源电连接，置于天线测试塔上；待标定雷达、陀螺经纬仪架设于天线测试塔远端，使电子经纬仪与待标定雷达和陀螺经纬仪通视；通过待标定雷达天线指向测量，使待标定雷达天线电轴方位对准辐射喇叭天线，通过将陀螺经纬仪真北基准传递到电子经纬仪上，并通过电子经纬仪瞄准待标定雷达天线中心标识点，将待标定雷达方位角与电子经纬仪水平角读数按圆周取补即可得到待标定雷达天线电轴指向真方位角。

本发明将电子经纬仪与辐射喇叭天线结合起来组成一种实现雷达电轴测量与真方位角标定的工装，通过将辐射喇叭天线安装于电子经纬仪特定位置，使辐射喇叭天线的中心轴线铅锤投影过电子经纬仪的水平转轴中心，在完成雷达电轴测量后利用电子经纬仪与陀螺经纬仪对瞄实现真方位角基准传递，完成待标定雷达电轴方位角基准标定的测量方法是本发明首创。

本发明辐射喇叭天线中心轴线与电子经纬仪光轴在垂直方向最大偏差<0.02mm，在300米及以远标定距离上瞄准偏差≤0.00007mrad，可忽略；待标定雷达电轴与辐射喇叭天线对准误差≤0.16mrad；陀螺经纬仪寻北误差加对瞄误差≤0.1mrad，则本发明雷达方位基准标定精度优于0.26mrad。

本发明所述无光轴雷达真方位角基准标定装置及标定方法，解决了无光轴的大型预警雷达无法使用陀螺经纬仪进行高精度方位基准的问题，且该装置不需要将陀螺经纬仪架设在天线测试塔上，提高了其寻北精度，由于陀螺经纬仪工作时对架设位置稳定性极为敏感，高层建筑物的微小晃动会导致其寻北精度急剧降低。

附图说明

图1为本发明标定装置功能模块图；

图2为标定装置中辐射喇叭天线、喇叭支架、电子经纬仪的连接结构示意图；

图3为喇叭支架连接示意图；

图4为辐射喇叭天线与微波信号源连接示意图；

图5为雷达真北基准标定方法示意图。

附图标记说明：1.辐射喇叭天线 2.喇叭支架 21.上夹持架 22.下夹持架 23.转轴24.支架底座 3.电子经纬仪 31.三脚架 32.横梁 4.微波信号源 5.陀螺经纬仪 6.待标定雷达。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参阅图1-4，本发明所述一种无光轴雷达真方位角基准标定装置及标定方法，解决大型预警雷达一般不安装作为雷达光轴的标定望远镜或电视标定镜，无法通过与陀螺经纬仪等真北测量装置互瞄方式进行方位基准标定的问题。

所述无光轴雷达真方位角基准标定装置包括：电子经纬仪3、辐射喇叭天线1、喇叭支架2、微波信号源4、雷达伺服系统、雷达天线测试装置、陀螺经纬仪5；电子经纬仪3设有三脚架31架设在天线测试塔上；辐射喇叭天线1通过喇叭支架2架设在电子经纬仪3上，具体的，本实施例喇叭支架2包括上夹持架21、下夹持架22、支架底座24和转轴23，上夹持架21和下夹持架22相配合，二者通过紧固件连接将辐射喇叭天线1固定夹持在中间，下夹持架22的底部通过水平设置的转轴23与支架底座24的顶部铰接，使辐射喇叭天线1在俯仰方向可以调整角度；支架底座24通过螺栓安装于电子经纬仪3的横梁32中心，横梁32中心位置设有安装孔，所述安装孔与电子经纬仪3水平转轴同轴，使辐射喇叭天线1的中心轴线的铅锤投影过电子经纬仪3的水平转轴的中心轴线，在测试时不要求辐射喇叭天线1在俯仰方向与待测雷达6天线对准，但要求保证辐射喇叭天线1的中心轴线投影与电子经纬仪3的水平转轴中心在沿电子经纬仪3光轴垂直方向的偏差不大于0.02mm，以保证标定精度。

辐射喇叭天线1与微波信号源4通过电缆连接，微波信号源4为测试提供合适的频率；辐射喇叭天线1用于为待标定雷达6的天线发送微波信号；雷达伺服系统为雷达组成部分，用于驱动雷达方位或俯仰转动，雷达天线测试装置是专门用于雷达天线电性能测试的一组测试仪表，用于测量待标定雷达在某个方位或俯仰角下发射和接收信号的强度，雷达伺服系统与雷达天线测试装置配合用于待标定雷达6天线电轴的指向测量，使待标定雷达6天线电轴方位对准辐射喇叭天线1。

陀螺经纬仪5架设在电子经纬仪3远端，用于将其真北基准传递给电子经纬仪3，待标定雷达6架设在电子经纬仪3远端。具体的，在距离天线测试塔满足天线远场测试条件(天线远场最小测试距离与天线口径、工作频率相关)位置架设待标定无光轴雷达6及陀螺经纬仪5，二者距离天线测试塔300m-1000m，保证电子经纬仪3分别与待标定雷达6、陀螺经纬仪5通视。通过使待标定雷达6天线电轴方位对准辐射喇叭天线1，电子经纬仪3与陀螺经纬仪5对瞄实现基线真方位角测量，通过2次电子经纬仪3水平角置零将陀螺经纬仪5真北基准传递到电子经纬仪3上，电子经纬仪3瞄准待标定雷达6天线中心标识点，将待标定雷达6方位角与电子经纬仪3水平角读数按圆周取补后即可得到待标定雷达6天线电轴指向真方位角。

同时参阅图5，本发明所述标定装置的标定测试方法步骤如下：

步骤1、在待标定雷达6主控计算机上运行实时控制计算机的雷达天线方向性控制程序，输入需要测试的频率点以及零点方向；天线测试塔上的微波信号源4设置好正确的测试频率并开机，通过辐射喇叭天线1送出对应频率的微波。操作人员控制待标定雷达天线在方位上来回扫描2次，同时读取雷达天线测试装置中的频谱仪输出的对应频率点的信号强度，找出信号强度的最大点，记录方位角度，取两次扫描测量的平均值作为以待标定雷达6初始北方向为基准的信号源方位角A。

步骤2、将陀螺经纬仪5调平后加电完成寻北，陀螺经纬仪5与电子经纬仪3对瞄；根据陀螺经纬仪5光轴真方位角B，计算可得到电子经纬仪3光轴水平角C；在该角度位置将电子经纬仪3水平角置零，并将水平角测量方向更改为逆时针，逆时针转动电子经纬仪3至水平角C位置，再次将电子经纬仪3水平角置零，并将水平角测量方向更改为顺时针；此时，电子经纬仪3水平角零度方向即为真北方向，其测得目标水平角即为真方位角。

步骤3、使用电子经纬仪3瞄准待标定雷达6天线中心标识点，根据此时电子经纬仪3读数D，计算得到待标定雷达6天线中心与电子经纬仪3(即与辐射喇叭天线1)连线即信号源真方位角角E；待标定雷达6真方位角基准误差标定值δ＝A-E，在雷达主控计算机控制软件中按标定值δ对雷达目标方位角进行修正，即可消除待标定雷达6方位测角系统误差，完成待标定雷达6真方位角基准标定。

根据待标定雷达6与电子经纬仪3连线在真北坐标系下所处象限的不同，使用本发明所述标定装置进行雷达真方位角基准标定的测量数据计算方式略有不同，正北为真北0，顺时针真北角度增加，因此在不同象限内使用180°+连线方位角或连线方位角-180°的方法计算。按照步骤1-3亦可完成雷达真方位角基准标定。

根据待标定雷达6天线工作频段不同，无光轴雷达方位角基准标定装置可适配相应频段辐射喇叭天线1，标定装置结构形式不变，雷达真方位角基准标定步骤相同。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种无光轴雷达真方位角基准标定装置，其特征在于：包括电子经纬仪(3)、辐射喇叭天线(1)、喇叭支架(2)、微波信号源(4)、雷达伺服系统、雷达天线测试装置、陀螺经纬仪(5)；所述电子经纬仪(3)带有三脚架(31)架设在天线测试塔上；所述辐射喇叭天线(1)通过喇叭支架(2)架设在电子经纬仪(3)上，辐射喇叭天线(1)与微波信号源(4)电连接，辐射喇叭天线(1)用于为待标定雷达(6)发送微波信号；所述雷达伺服系统用于驱动待标定雷达(6)方位或俯仰转动，所述雷达天线测试装置用于测量待标定雷达(6)在某个方位或俯仰角下发射和接收信号的强度，雷达伺服系统与雷达天线测试装置配合用于使待标定雷达(6)天线电轴方位对准辐射喇叭天线(1)；所述陀螺经纬仪(5)架设在电子经纬仪(3)远端，用于将其真北基准传递给电子经纬仪(3)，所述待标定雷达(6)架设在电子经纬仪(3)远端；通过使电子经纬仪(3)瞄准待标定雷达(6)天线中心标识点，将待标定雷达(6)方位角与电子经纬仪(3)水平角读数按圆周取补即可得到待标定雷达(6)天线电轴指向真方位角。

2.根据权利要求1所述无光轴雷达真方位角基准标定装置，其特征在于：所述喇叭支架(2)包括夹持架、支架底座(24)，所述夹持架用于将辐射喇叭天线(1)固定夹持，夹持架的底部与支架底座(24)铰接；所述支架底座(24)通过螺栓安装于电子经纬仪(3)的横梁(32)中心的安装孔；所述横梁(32)中心的安装孔与电子经纬仪(3)水平转轴同轴，使辐射喇叭天线(1)的中心轴线与电子经纬仪(3)的水平转轴轴线在一个平面内。

3.根据权利要求2所述无光轴雷达真方位角基准标定装置，其特征在于：所述夹持架包括上夹持架(21)、下夹持架(22)，所述上夹持架(21)和下夹持架(22)相配合，二者通过紧固件连接将辐射喇叭天线(1)固定夹持在中间；所述下夹持架(22)的底部通过水平设置的转轴(23)与支架底座(24)铰接。

4.根据权利要求2所述无光轴雷达真方位角基准标定装置，其特征在于：所述横梁(32)中心的安装孔与电子经纬仪(3)水平转轴同轴的偏差不大于0.02mm。

5.根据权利要求1所述无光轴雷达真方位角基准标定装置，其特征在于：所述架设在电子经纬仪(3)远端的陀螺经纬仪(5)、待标定雷达(6)均距离天线测试塔300m-1000m，保证电子经纬仪(3)分别与待标定雷达(6)、陀螺经纬仪(5)通视。

6.根据权利要求1所述无光轴雷达真方位角基准标定装置，其特征在于：所述雷达天线测试装置包括频谱仪。

7.一种用权利要求1所述无光轴雷达真方位角基准标定装置进行标定的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1、运行雷达主控计算机的雷达天线方向性控制程序，输入需测试的频率点以及零点方向，微波信号源(4)开机，通过辐射喇叭天线(1)送出对应频率的微波；操作人员控制待标定雷达天线在方位上来回扫描2次，读取频谱仪输出的对应频率点的信号强度，找出信号强度最大点，记录方位角度，取两次扫描测量的平均值作为待标定雷达(6)初始北方向为基准的信号源方位角A；

步骤2、将陀螺经纬仪(5)调平后加电完成寻北，陀螺经纬仪(5)与电子经纬仪(3)对瞄；根据陀螺经纬仪(5)光轴真方位角B，计算得到电子经纬仪(3)光轴水平角C；在该角度位置将电子经纬仪(3)水平角置零，并将水平角测量方向更改为逆时针，逆时针转动电子经纬仪(3)至水平角C位置，再次将电子经纬仪(3)水平角置零，并将水平角测量方向更改为顺时针；

此时，电子经纬仪(3)水平角零度方向即为真北方向，其测得目标水平角即为真方位角；

步骤3、使用电子经纬仪(3)瞄准待标定雷达(6)天线中心标识点，根据此时电子经纬仪(3)读数D，计算得到信号源真方位角角E；待标定雷达(6)真方位角基准误差标定值δ＝A-E，在雷达主控计算机控制软件中按标定值δ对雷达目标方位角进行修正，消除待标定雷达(6)方位测角系统误差，完成待标定雷达(6)真方位角基准标定。