CN208752466U - 一种三毫米波连续波雷达天馈伺系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三毫米波连续波雷达天馈伺系统，偏馈抛物面天线通过俯仰角调节机构安装于二维转台上，俯仰角调节机构用于调节偏馈抛物面天线的俯仰角度，二维转台用于调节偏馈抛物面天线的方向角度；还包括校平校北机构，校平校北机构包括测平测北机构和伺服控制器；通过测平测北机构可实时检测偏馈抛物面天线的水平度和方向角，伺服控制器根据偏馈抛物面天线的水平度和方向角进行计算，得出偏馈抛物面天线的待调整水平度和方向角信息，并根据该信息通过俯仰角调节机构和二维转台调整偏馈抛物面天线的水平度和方向角，使其满足预期需求。

Description

一种三毫米波连续波雷达天馈伺系统

【技术领域】

本实用新型涉及雷达技术领域，具体涉及一种三毫米波连续波雷达天馈伺系统。

【背景技术】

雷达的出现，是在一战期间当时英国和德国交战时，英国急需一种能探测空中金属物体的雷达(技术)，能在反空袭战中帮助搜寻德国飞机。二战期间，雷达就已经出现了地对空、空对地(搜索)轰炸、空对空(截击)火控、敌我识别功能的雷达技术。

雷达所起的作用跟眼睛和耳朵相似，当然，它不再是大自然的杰作，同时，它的信息载体是无线电波。事实上，不论是可见光或是无线电波，在本质上是同一种东西，都是电磁波，在真空中传播的速度都是光速C，差别在于它们各自的频率和波长不同。原理是雷达设备的发射机通过天线把电磁波能量射向空间某一方向，处在此方向上的物体反射碰到的电磁波；雷达天线接收此反射波，送至接收设备进行处理，提取有关该物体的某些信息(目标物体至雷达的距离，距离变化率或径向速度、方位、高度等)。

传统雷达一般用来探测高空大目标快速运动的物体，微波频率一般较低，最高要求不会超过几个GHz，而对于低空小目标慢速(低小慢)的物体，传统的雷达探测精度低，只能采用高频微波信号进行探测，频率可达九十多G，但是高频微波发射装置控制精度低，无法满足要求。

【实用新型内容】

本实用新型的目的是提供一种三毫米波连续波雷达天馈伺系统，提升发射高频微波信号的雷达的控制精度，以使三毫米波连续波雷达可探测低小慢目标。

本实用新型采用以下技术方案：一种三毫米波连续波雷达天馈伺系统，包括偏馈抛物面天线，偏馈抛物面天线通过俯仰角调节机构安装于二维转台上，俯仰角调节机构用于调节偏馈抛物面天线的俯仰角度，二维转台用于调节偏馈抛物面天线的方向角度；

还包括校平校北机构，校平校北机构包括测平测北机构和伺服控制器，测平测北机构用于实时测量偏馈抛物面天线的水平度和方向角，并发送至伺服控制器；伺服控制器用于根据水平度和方向角进行计算，得出偏馈抛物面天线的待调整信息，还用于将待调整信息发送至俯仰角调节机构和二维转台，以通过俯仰角调节机构和二维转台调节偏馈抛物面天线的水平度和方向角。

进一步地，二维转台包括本体，本体上安装有转台支臂，转台支臂上安装俯仰角调节机构；

本体上通过传动机构安装有方位伺服驱动电机，方位伺服驱动电机用于根据伺服驱动器发出的待调整信息，通过传动机构带动转台支臂水平转动，以调整偏馈抛物面天线的方向角。

进一步地，俯仰角调节机构包括水平安装在转台支臂上部的转轴，转轴通过传统机构连接有俯仰伺服驱动电机，俯仰伺服驱动电机用于根据伺服驱动器发出的待调整信息，通过传动机构带动转轴转动，以调整偏馈抛物面天线的俯仰角度。

进一步地，测平测北机构包括安装于二维转台上、且与伺服控制器连接的双轴倾角传感器，双轴倾角传感器用于测量偏馈抛物面天线的水平度，并发送至伺服控制器。

进一步地，测平测北机构包括分别安装于偏馈抛物面天线两侧的两个GPS/北斗时统天线，两个GPS/北斗时统天线均安装在GPS/北斗天线支架的两端，GPS/北斗天线支架与二维转台固定连接，两个GPS/北斗时统天线之间的距离大于2m。

进一步地，两个GPS/北斗时统天线与二维转台之间的距离相等。

本实用新型的有益效果是：本实用新型以伺服控制器为核心，通过测平测北机构可实时检测偏馈抛物面天线的水平度和方向角，伺服控制器根据偏馈抛物面天线的水平度和方向角进行计算，得出偏馈抛物面天线的待调整水平度和方向角信息，并根据该信息通过俯仰角调节机构和二维转台调整偏馈抛物面天线的水平度和方向角，使其满足预期需求。

【附图说明】

图1为本实用新型的一种三毫米波连续波雷达天馈伺系统的结构示意图；

图2为图1的左视结构示意图。

其中：1.偏馈抛物面天线；2.转台支臂；3.二维转台；4.双轴倾角传感器；5.GPS/北斗天线支架；6.GPS/北斗时统天线；7.方位伺服驱动电机；8.俯仰伺服驱动电机；9.转轴。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型公开了一种三毫米波连续波雷达天馈伺系统，如图1所示，包括偏馈抛物面天线1，在实施例中，其采用高精度的反射面，且对高精度反射面的加工，采用直接机械加工成型的工艺方来实现，目的是为了保证技术要求，使其工作频率在83.8GHz～103.8GHz，以用来发射3mm电磁波信号。

偏馈抛物面天线1通过俯仰角调节机构安装于二维转台3上，俯仰角调节机构用于调节偏馈抛物面天线1的俯仰角度，二维转台3用于调节偏馈抛物面天线1的方向角度。

二维转台3采用二维设计，为框架结构，通过这样的设计，使其和俯仰角调节机构形成了下方位和上俯仰结构，可以减轻系统重量，确保系统结构强度，在方位上可进行360度旋转，在俯仰位上可进行-30°～90°旋转。

二维转台3包括转台本体，转台本体上安装有转台支臂2，转台支臂2上安装俯仰角调节机构。转台本体上通过蜗轮蜗杆传动机构安装有方位伺服驱动电机7，方位伺服驱动电机7用于根据伺服驱动器发出的待调整信息，通过传动机构带动转台支臂2水平转动，以调整偏馈抛物面天线1的方向角。

俯仰角调节机构包括水平安装在转台支臂2上部的转轴9，偏馈抛物面天线1的天线支架安装在转轴9上，保证偏馈抛物面天线1跟随转轴9转动，可以方便调节。为了减少遮挡，天线支架采用斜劈状支架。转台支臂2可以选择U型，转轴9水平穿设在U型转台支臂2的两条平行边上，保证转轴9与二维转台3的水平面平行。转轴9通过蜗轮蜗杆传动机构连接有俯仰伺服驱动电机8，俯仰伺服驱动电机8用于根据伺服驱动器发出的待调整信息，通过传动机构带动转轴9转动，以调整偏馈抛物面天线1的俯仰角度。

伺服控制器还连接有上位机，操作人员可通过上位机直接连通伺服控制器进行操作，进而操作整个系统。一个上位机可同时连接多个系统，即连接多个伺服控制器，方便进行整体操控。通过用户上位机人为的发送控制指令给伺服控制器，伺服控制器通过方位角度编码器和俯仰角度编码器直接获取系统天线当前的姿态信息，以确定自身的位置。

通过测平测北机构来获取二维转台3自身的真北指向和俯仰角度信息，根据控制指令解析得到目标位置的运动控制信息，并将控制信息发送给方位伺服器驱动电机7和俯仰伺服驱动电机8运动。监控负载端的角度编码器信息与目标信息进行对比，在出现偏差时进行自动校正，如此形成一个闭环控制系统，控制完成后将控制结果反馈给用户上位机。伺服控制系统是通过用户上位机的人机交互界面对二维转台3进行的控制和操作。

伺服控制器的控制驱动系统主控制板选择TMS320F2812定点DSP作为主控芯片，该系列处理器是基于TMS320C2xx内核的定点数字信号处理器，器件上集成了多种先进的外设，为电机及其他运动控制领域应用的实现提供了良好的平台，同时代码和指令与F24x系列数字信号处理器完全兼容，从而保证了产品设计的可延续性。

本系统还包括校平校北机构，校平校北机构包括测平测北机构和伺服控制器，测平测北机构用于实时测量偏馈抛物面天线1的水平度和方向角，并发送至伺服控制器。伺服控制器用于根据水平度和方向角进行计算，得出偏馈抛物面天线1的待调整信息，还用于将待调整信息发送至俯仰角调节机构和二维转台3，以通过俯仰角调节机构和二维转台3调节偏馈抛物面天线1的水平度和方向角。

测平测北机构包括安装于二维转台3上、且与伺服控制器连接的双轴倾角传感器4，双轴倾角传感器4用于测量偏馈抛物面天线1的水平度，并发送至伺服控制器。双轴倾角传感器4的供电和通信接口通过信号线连接到伺服控制器上，且随二维转台3一起旋转，安装时一轴平行于二维转台3的俯仰轴。

双轴倾角传感器4(该传感器型号可采用PM-TS)安装在二维转台3平台上，其供电和通信接口连接到伺服控制器上，随二维转台3一起旋转，安装时一轴平行于二维转台3的俯仰轴，另一轴平行于二维转台3的横滚轴，在运动中随时通过双轴倾角传感器4检测到二维转台3载体平台的不平度(俯仰和横滚轴的倾角)，即可根据得到俯仰和横滚轴的当前双轴倾角传感器4反馈的角度值分别与俯仰和横滚轴的倾角的差值，然后使用相对运动差值的方法驱使俯仰和横滚轴电机(即方位伺服驱动电机7和俯仰伺服驱动电机8)工作，使偏馈抛物面天线1向差值减小的方向运动，并实时都处于动态监测中，确保误差值在允许的范围之内。

双轴倾角传感器4利用高精度数字采样，内部温度传感器进行修正补偿，并采用卡尔曼滤波算法，保证产品在高低温环境下的高重复性和精度，接口可选RS485\RS232\TTL\CAN，输出速度可达100次/秒，属于真正工业级产品，性能可靠稳定，扩展性好，适合应用于各种恶劣工业控制环境。

测平测北机构还包括分别安装于偏馈抛物面天线1两侧的两个GPS/北斗时统天线6，两个GPS/北斗时统天线6对称安装在GPS/北斗天线支架5的两端，两个GPS/北斗时统天线6与二维转台3之间的距离相等，即GPS/北斗天线支架5与二维转台3的中心重合。GPS/北斗天线支架5与二维转台3固定连接，两个GPS/北斗时统天线6之间的距离大于2m，且必须保证GPS/北斗时统天线6的角度穿过偏馈抛物面天线1的零位，具体可根据实际需要设定，以满足系统获取真北方向角的精度。

两个GPS/北斗时统天线6(该天线型号可采用SC3608)之间的连线为测角基线，在安装二维转台3时需将二维转台3的方位零线和测角基线平行或重合，才能保证系统的精准度。在使用时，通过测角基线获得二维转台3相对于真北的偏角(该偏角就是真北角)，即可根据磁偏角和目标方位角度的动态差值来驱动方位伺服驱动电机7向差值减小的方向调整，该系统实时都处于动态监测中，确保误差值始终在允许的范围之内。两个GPS/北斗时统天线6和伺服控制器中的解算模块使用GPS L1、L2、北斗B1、B3四个频段信号，融合航向解算算法，精确解算出GPS/北斗时统天线6的位置信息和两个GPS/北斗时统天线6相位中心连线与真北之间的夹角，并可在定向的同时接收地面基准站差分数据链，实现实时载波相位差分定位功能，提高位置精度至1cm。

本实用新型在使用时，首先要接通用户电源，然后启动上位机软件，对系统进行自检(方位俯仰轴角度编码器自检、方位俯仰轴运动状态自检、方位俯仰轴零位开关状态自检、正负限位开关状态自检)，若自检通过则用户通过上位机发送运动指令，否则再次进行自检。然后伺服控制器解析且判断制指令，若正确则执行运动指令，否则提示用户重新发送指令；接着检测运动控制指令执行结果，若满意本次运动指令执行结束，否则一种是循环执行运动指令，另一种是直接将错误反馈给用户上位机。

本实用新型将W波段高增益窄波束天线(即偏馈抛物面天线1)及高精度二维转台3用于该一个系统，可实现高精度目标跟踪的目的。通过偏馈抛物面天线1可以接收3mm波段的信号；通过自动校北校平系统，实现实时载波相位差分定位及保证产品在高低温环境下的高重复性和精度。自动和手动两种控制模式，可以方便的对伺服控制器进行控制；伺服驱动电机转台转速可调，还可实现驻留及扇扫功能；当有多个系统是，多个二维转台级联工作，可实现同步扫描功能。

Claims (6)

1.一种三毫米波连续波雷达天馈伺系统，其特征在于，包括偏馈抛物面天线(1)，所述偏馈抛物面天线(1)通过俯仰角调节机构安装于二维转台(3)上，所述俯仰角调节机构用于调节偏馈抛物面天线(1)的俯仰角度，所述二维转台(3)用于调节偏馈抛物面天线(1)的方向角度；

还包括校平校北机构，所述校平校北机构包括测平测北机构和伺服控制器，所述测平测北机构用于实时测量偏馈抛物面天线(1)的水平度和方向角，并发送至伺服控制器；所述伺服控制器用于根据所述水平度和方向角进行计算，得出偏馈抛物面天线(1)的待调整信息，还用于将所述待调整信息发送至俯仰角调节机构和二维转台(3)，以通过所述俯仰角调节机构和二维转台(3)调节偏馈抛物面天线(1)的水平度和方向角。

2.如权利要求1所述的一种三毫米波连续波雷达天馈伺系统，其特征在于，所述二维转台(3)包括本体，所述本体上安装有转台支臂(2)，所述转台支臂(2)上安装所述俯仰角调节机构；

所述本体上通过传动机构安装有方位伺服驱动电机(7)，所述方位伺服驱动电机(7)用于根据伺服驱动器发出的待调整信息，通过传动机构带动所述转台支臂(2)水平转动，以调整所述偏馈抛物面天线(1)的方向角。

3.如权利要求2所述的一种三毫米波连续波雷达天馈伺系统，其特征在于，所述俯仰角调节机构包括水平安装在转台支臂(2)上部的转轴(9)，所述转轴(9)通过传统机构连接有俯仰伺服驱动电机(8)，所述俯仰伺服驱动电机(8)用于根据伺服驱动器发出的待调整信息，通过传动机构带动转轴(9)转动，以调整所述偏馈抛物面天线(1)的俯仰角度。

4.如权利要求3所述的一种三毫米波连续波雷达天馈伺系统，其特征在于，所述测平测北机构包括安装于二维转台(3)上、且与伺服控制器连接的双轴倾角传感器(4)，所述双轴倾角传感器(4)用于测量所述偏馈抛物面天线(1)的水平度，并发送至所述伺服控制器。

5.如权利要求3所述的一种三毫米波连续波雷达天馈伺系统，其特征在于，所述测平测北机构包括分别安装于所述偏馈抛物面天线(1)两侧的两个GPS/北斗时统天线(6)，两个所述GPS/北斗时统天线(6)均安装在GPS/北斗天线支架(5)的两端，所述GPS/北斗天线支架(5)与二维转台(3)固定连接，两个所述GPS/北斗时统天线(6)之间的距离大于2m。

6.如权利要求5所述的一种三毫米波连续波雷达天馈伺系统，其特征在于，两个所述GPS/北斗时统天线(6)与二维转台(3)之间的距离相等。