摘 要:首先分析天線座結(jié)構(gòu)因素對(duì)雷達(dá)技術(shù)參數(shù)的主要影響和誤差來源，并針對(duì)某型雷達(dá)天線座底盤更換對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)造成的各種誤差進(jìn)行了分析。結(jié)果證明，更換符合設(shè)計(jì)精度要求的底盤后，所造成的誤差均在雷達(dá)系統(tǒng)指標(biāo)范圍內(nèi)，從理論上證明了維修中僅更換底盤是可行的，大大提高了工程實(shí)用性。

關(guān)鍵詞:天線座; 底盤; 誤差分析; 雷達(dá)精度檢測(cè)

中圖分類號(hào):TN95文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1004-373X(2010)15-0060-03

Error Analysis on Antenna Pedestal Base Replacement by Some Type of Radar

WANG Jing

(The 20th Institute of CETC， Xi’an 710068， China)

Abstract: The error sources and influence of antenna pedestal structure factors on technical parameters of radar， the errors of radar system caused by the replacement of antenna pedestal base are analyzed. The results prove that the produced errors are meeting the need of radar system after replacing antenna pedestal base which meets the design accuracy requirement. It is proved in theory that the replacement of the antenna pedestal base in the service is feasible and the practicability in engineering is improved.

Keywords: antenna pedestal; base; error analysis; radar prcision measurement

收稿日期:2010-04-15

某型號(hào)雷達(dá)天線座因底盤損壞需進(jìn)行維修，若完全更換天線座，則工程成本以及周期均不允許，因此提出僅更換底盤。由于每一件底盤的水平度在加工過程中不盡相同，則可能產(chǎn)生不一致的誤差，進(jìn)而影響到雷達(dá)系統(tǒng)的總體性能。為保證雷達(dá)系統(tǒng)最終的系統(tǒng)誤差滿足指標(biāo)要求，必須對(duì)因更換底盤可能產(chǎn)生的各種誤差進(jìn)行分析。

1 誤差對(duì)各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)產(chǎn)生的影響

1.1 雷達(dá)測(cè)角誤差種類及來源

雷達(dá)測(cè)角誤差種類及來源如表1所示。

1.2 更換天線座底盤對(duì)水平歸正的影響

該型號(hào)雷達(dá)天線座的水平度主要由底盤安裝面的加工精度保證，中間未有任何歸正措施。在設(shè)計(jì)中對(duì)于安裝面的垂直度要求為005 mm，按國(guó)標(biāo)對(duì)此垂直度的解釋可算出方位軸的不鉛垂度。

設(shè)方位軸實(shí)際位置與鉛垂線的傾斜角為γ，由此可得到由于加工所引起方位軸的不鉛垂度為:

tg γ=0.05/1 500=3.3×10-5

則:γ=6.8″

式中:1 500為底盤直徑(單位:mm)。

表1 雷達(dá)測(cè)角誤差種類及來源

誤差種類系統(tǒng)誤差隨機(jī)誤差

與雷達(dá)有關(guān)的跟蹤誤差

瞄準(zhǔn)軸線的安裝誤差和漂移

穩(wěn)態(tài)風(fēng)和重力引起的力矩誤差

伺服系統(tǒng)不平衡和漂移

熱噪聲

多路性

陣風(fēng)引起的力矩誤差

伺服系統(tǒng)的電噪聲和機(jī)械噪聲

與雷達(dá)有關(guān)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換誤差

天線座的水平誤差

方位定北誤差

方位軸與俯仰軸的不正交性

重力引起的天線座變形

日光照射不均勻引起的變形

軸承跳動(dòng)

數(shù)據(jù)齒輪的非線性和齒隙

數(shù)據(jù)取出的非線性和離散性

加速度引起的天線座變形

1.3 更換天線座底盤對(duì)正交性的影響

首先了解正交性的測(cè)量方法:先將天線座調(diào)平，使方位軸盡量鉛垂，如果方位軸調(diào)到完全鉛垂，則俯仰軸的不水平度就反映了俯仰軸與方位軸的不垂直度。但由于天線座的水平度總有誤差，方位軸不可能完全鉛垂，但可通過以下方法消除調(diào)平誤差的影響。

如圖1所示，設(shè)方位軸的不垂直度為γ，俯仰軸與方位軸的不垂直度為δ。

在方位0°時(shí)，測(cè)得俯仰軸的不水平度為:

β0°=δ+γ

在方位180°時(shí)，測(cè)得俯仰軸的不水平度為:

β180°=δ-γ

將方位0°和180°兩次讀數(shù)(取代數(shù)值，規(guī)定某一方向?yàn)檎?相加，就可抵消調(diào)平誤差γ，從而求出俯仰軸與方位軸的不垂直度:

δ=(β0°+β180°)/2。

圖1 天線底座正交性分析

而影響正交性的因素主要有:

(1) 俯仰軸驅(qū)動(dòng)支臂軸承孔與數(shù)據(jù)支臂軸承孔的同心度;

(2) 俯仰軸與方圓殼體安裝軸承平面的平行度;

(3) 安裝在驅(qū)動(dòng)支臂與數(shù)據(jù)支臂內(nèi)軸承的徑向跳動(dòng);

1.4 更換天線座底盤對(duì)光電匹配的影響

天線的電軸應(yīng)與俯仰軸垂直(即與天線的機(jī)械軸重合)，具體測(cè)量方法是在隨俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)的部件上安裝光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，先將望遠(yuǎn)鏡的光軸調(diào)成與俯仰軸垂直，再把電軸與光軸調(diào)到一致，這樣電軸就與俯仰軸垂直。由圖2可清楚地看到，在該型號(hào)雷達(dá)天線座中，光學(xué)望遠(yuǎn)鏡位于與俯仰軸垂直的法蘭板上，一旦裝好，其與俯仰軸的相對(duì)位置便不會(huì)再發(fā)生變化。也就是說，當(dāng)天線座水平度發(fā)生變化時(shí)，光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的光軸與電軸的相對(duì)位置并不發(fā)生變化，而天線電軸是始終對(duì)準(zhǔn)跟蹤目標(biāo)的，即跟蹤精度是與天線座的水平誤差無關(guān)的。

圖2 當(dāng)水平度發(fā)生變化時(shí)，俯仰軸與方位軸的相對(duì)位置

1.5 更換天線座底盤對(duì)測(cè)角精度的影響

由于底盤水平度具體數(shù)值分布的不同可能會(huì)造成對(duì)測(cè)角精度有一定影響。對(duì)于該型號(hào)雷達(dá)而言，其跟蹤精度為1.5毫弧度，折算成角度為309″。

該型號(hào)雷達(dá)天線座為俯仰-方位型，方位軸不鉛垂引起的測(cè)角誤差分析如下:

假定方位軸與俯仰軸垂直，電軸與俯仰軸垂直，只是方位軸不鉛垂，如圖3所示。

圖3 方位軸不鉛垂引起的測(cè)角誤差分析

在這種情況下，方位轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，俯仰軸在傾斜面上轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)方位軸實(shí)際位置與鉛垂線的傾角為γ，因此俯仰軸的實(shí)際運(yùn)動(dòng)平面與水平面的夾角也是γ。

令x軸與上述兩平面的交線重合，以y軸作為方位角的起始位置。

(1) 俯仰角誤差

當(dāng)俯仰軸轉(zhuǎn)角為0°時(shí)，由于方位軸傾斜，電軸也在傾斜面上，電軸與水平面的夾角就是俯仰角誤差。方位轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電軸也在傾斜面上轉(zhuǎn)動(dòng)，即俯仰角誤差也是隨方位角變化的。經(jīng)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，可得到以下公式:

ΔE≈γcos A

式中:ΔE為俯仰角誤差;γ為方位軸實(shí)際位置與鉛垂線的傾角;A為任意方位角。

由于方位軸實(shí)際位置與鉛垂線的傾角最大為68″，因此，由于方位軸不鉛垂所造成的俯仰角誤差最大為6.8″309″ 。

(2) 方位角誤差

因?yàn)楦┭鲚S與電軸垂直，俯仰軸對(duì)水平面的傾角δ的變化規(guī)律與俯仰角誤差ΔE的變化規(guī)律在相位上差90°。經(jīng)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，可得到以下公式:

ΔA≈γtg Esin A

式中:ΔA為方位角誤差;γ為方位軸實(shí)際位置與鉛垂線的傾角;E為雷達(dá)與目標(biāo)連線與水平面的夾角;A為任意方位角。

該型號(hào)在放氣球的狀態(tài)下，氣球高度為400 m，距離雷達(dá)為3 000 m，則有:

tg E=4003 0002-4002=0.134 5

即:

ΔA≈γtg Esin A=6.8×0.134 5=0.91″309″

按運(yùn)動(dòng)范圍求軸系誤差引起的測(cè)角誤差概率值。設(shè):

(1) 俯仰角E在-10°~+84°范圍內(nèi)等概率分布;

(2) 方位角E在0°~360°范圍內(nèi)等概率分布;

(3) δ，γ均為對(duì)稱分布，平均值為零，標(biāo)準(zhǔn)差σ(γ)=σ(δ)=6.8″。

則:

M(tg E)=57.385-(-10)∫85°-10°tg EdE=

11.66[-lncos E]85°-10°=1.46

D(tg E)=57.385-(-10)∫85°-10°tg2 EdE-M2(tg E)=

11.66[tg E-E]85°-10°-1.472=3.84

M(sin A)=0，M(cos A)=0

D(sin A)=1/2，D(cos A)=1/2

由于方位軸不鉛垂引起的方位測(cè)角誤差:

ΔA=γtg Esin A

M(ΔA)=0

D(ΔA)=D(γ)D(sin A)[D(tg E)+M2(tg E)]

=D(γ)×(1/2)×[ 3.84+1.462 ]

=2.98D(γ)

得到:

σ(ΔA)≈1.732×6.8=11.8″309″

即方位軸不鉛垂引起的方位測(cè)角誤差僅占跟蹤精度的3%。

同樣，由于方位軸不鉛垂引起的俯仰測(cè)角誤差:

ΔE≈γcos A

M(ΔA)=0

D(ΔA)=D(γ)D(cos A)= D(γ)/2

得到:

σ(ΔE)≈0.707×6.8=4.8″309″

即由于方位軸不鉛垂引起的俯仰測(cè)角誤差為1.5%。

2 結(jié) 語

通過以上4種情況分析，更換天線座底盤后，可以得到以下結(jié)論:

(1) 換上一個(gè)符合設(shè)計(jì)要求的底盤，水平歸正是完全有保證的，只不過是具體數(shù)值分布與原水平度數(shù)值分布不一定相同。

(2) 通過俯仰軸與方位軸不垂直度的公式可清楚地看出，天線座水平度的變化對(duì)于其正交性毫無影響。

(3) 由1.4節(jié)分析可知，天線座的水平誤差對(duì)光電匹配是沒有影響的。

(4) 在加工精度范圍內(nèi)，方位軸不鉛垂對(duì)錄取數(shù)據(jù)的影響非常小，可忽略不計(jì)。

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