高精度雷达天线调平误差补偿方法技术

本发明专利技术涉及雷达探测技术领域，具体涉及一种高精度雷达天线调平误差补偿方法。其不对雷达平台调平装置进行任何改造，仅利用天线内部自身安装的高精度双轴倾角传感器实现对方位轴倾斜角的测量。利用波束空间指向不变性原理，将横滚倾斜误差γ与纵滚倾斜误差δ作为目标的天线阵面极坐标值（R

【技术实现步骤摘要】
高精度雷达天线调平误差补偿方法

：
[0001]本专利技术涉及雷达探测
，具体涉及一种高精度雷达天线调平误差补偿方法。

技术介绍
：
[0002]相控阵雷达由于采用电扫描方式，其天线波束可以实现无惯性快速扫描，具有抗干扰能力强，可进行多目标跟踪探测等特点。相控阵天线不可能实现全空域360
°
扫描，需要俯仰随动系统和方位随动系统相配合的机械扫描与电扫描结合方式实现全空域360
°
波束全覆盖。天线波束实现对探测目标精确探测与跟踪，都是基于雷达平台绝对水平的条件。实际情况下，雷达平台与水平面存在一定误差，在方位随动系统或俯仰随动系统运行时，其测角传感器测得方位角和俯角并不是雷达天线真正与正北方向或水平方向夹角，造成了实际探测到目标坐标信息与指标要求精度出现较大误差，严重地影响了雷达整体工作指标。
[0003]为了解决雷达方位轴倾斜误差对目标探测精度的影响，国内外雷达行业通常是采用两种方法：采用雷达平台调平装置和雷达平台倾斜误差补偿。
[0004]雷达平台调平装置通过利用安装在平台上倾角传感器上测得倾斜度，来调整3个支撑腿或者4个支撑腿高度实现雷达平台达到水平要求。但调平装置结构较为复杂，特别是调平误差调节闭环控制系统算法较为复杂，导致雷达架设和撤收过程复杂，时间较长。特别是由于调平装置的传动机构各个组成零件误差间隙配合的影响，这个局限性造成了调平精度很难有所提高。目前，国内的调平装置可以达到最高精度仅为3
′
(中国兵器工业第206研究所的《雷达数字平台调平装置和调平方法》专利，调平范围
‑
30
°
～30
°
)。而某些高精度雷达测量误差甚至小于1
′
，平台倾斜精度显然无法满足这些高精度雷达要求。
[0005]雷达平台倾斜误差补偿，该种方法不依赖于调平装置，避免了调平装置的局限。采取高精度双轴倾角传感器对雷达平台的倾斜度进行高精度测量，使用数学方法将方位轴倾斜误差补偿到被测目标定位误差中。虽然高精度倾角传感器精度较高(秒级)，通常测量范围较窄(小于10
°
)。但雷达平台严重倾斜时是无法正常使用的。
[0006]上述两种方法均有其明显局限性，显然已经不能满足当今相控阵雷达对被测目标具有高定位精度的要求。

技术实现思路
：
[0007]有鉴于此，本专利技术为了减小雷达平台倾斜误差对对被探测目标定位精度所带来的影响，且避免雷达平台调平装置和倾斜误差补偿两种方法的局限性，提供一种高精度雷达天线调平误差补偿方法，其不对雷达平台调平装置进行任何改造，仅利用天线内部自身安装的高精度双轴倾角传感器实现对方位轴倾斜角的测量。
[0008]为解决现有技术存在的问题，本专利技术所采用的技术方案为：高精度雷达天线调平误差补偿方法，其特征在于：步骤为：
[0009]1)：雷达平台调平工作完成后，将天线的俯仰随动装置俯角设置为0，即ε
T
＝0，并
锁定状态；
[0010]2)方位随动装置开始以等步进角β
Ti
转动，转动一圈回到初始点，方位随动装置停止时，二维倾角传感器测得一组i个纵滚倾斜角δ
i
和横滚倾斜角γ
i
序列，通过公式求该点的方位轴倾斜值θ；
[0011]3)利用步骤2)获得的方位轴倾斜值，通过公式求出此时的纵滚倾斜角的绝对值，利用纵滚倾斜角与方位角关系δ
i
＝f1(β
Ti
)，判定此时的纵滚倾斜角正负号
[0012]4)建立以雷达方位旋转中心在大地平面投影点为原点的雷达北东天坐标系(X，Y，Z)，据此求出相同原点的雷达极坐标(R，ε，β)形式；
[0013]5)建立以天线阵面为中心的阵面直角坐标系(X
′
，Y
′
，Z
′
)，据此求出相同原点的阵面极坐标(R
m
，ε
z
，β
z
)形式；
[0014]6)将雷达北东天坐标系(X，Y，Z)转换为天线阵面直角坐标系(X
′
，Y
′
，Z
′
)，得到雷达极坐标(R，ε，β)与阵面极坐标(R
m
，ε
z
，β
z
)对应关系；
[0015]7)根据6)步骤结论，将已知目标在阵面极坐标下的所测到坐标值(R
m
，ε
z
，β
z
)，转化为其雷达极坐标值(R，ε，β)的形式；
[0016]8)用高精度定位装置测到已知目标大地北东天坐标值(X
o
，Y
o
，Z
o
)，并根据步骤4) 方法转换为雷达极坐标下的坐标值(R
o
，ε
o
，β
o
)；
[0017]9)将第7)步和第8)步获得两类雷达极坐标值进行相减，两者差值(ΔR，Δε，Δβ)为最终要进行补偿的调平误差。
[0018]与现有技术相比，本专利技术包括以下有益效果：
[0019]1)本专利技术摆脱了之前的调平误差补偿方法的固有思路，根据几何原理推出横滚倾斜角与纵滚倾斜角正交关系，通过数学方法用横滚倾斜角推导出天线在不同俯角和方位角下的纵滚倾斜角，突破了高精度倾角传感器使用条件的局限。
[0020]2)本专利技术与之前的各类调平装置和补偿方法不同是：之前的调平装置或误差补偿方法使用的倾角传感器不是安装在雷达平台上，所测得仅是雷达平台本身倾斜度，但由于各个部件之间的误差传递，测量倾斜度与真实的方位轴倾斜度有较大误差。安装在天线内部的倾角传感器测量是雷达平台的倾斜度，雷达平台、方位随动装置及俯仰随动装置之间的安装误差，方位轴承间隙配合误差等叠加的结果，测得是真实的方位轴的倾斜度，由此才能获得真实的调平误差补偿值。
[0021]3)本专利技术在不对原有雷达平台的调平装置改造的前提下，仅使用雷达天线自带的二维倾角传感器实现方位轴倾斜度的测量，该方法易于实现，可靠性高，成本低，将调平装置和采用补偿方法的精度从分级提高到了秒级。
[0022]说明书附图：
[0023]图1是雷达调平系统组成与布局示意图；
[0024]图2是方位轴倾斜误差分解为两个正交误差示意图；
[0025]图3是以雷达为中心北东天坐标系和极坐标系的关系示意图；
[0026]图4是天线阵面极坐标系与天线阵面直角坐标系的关系示意图。
[0027]标记说明：1.雷达平台2.方位随动装置3.俯仰随动装置4.雷达天线5.二维倾角传感器；6.方位轴7.大地平面8.横滚误差参考轴Y 9纵滚误差参考轴X。
具体实施方式：
[0028]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高精度雷达天线调平误差补偿方法，其特征在于：步骤为：1)：雷达平台(1)调平工作完成后，将天线的俯仰随动装置(3)俯角设置为0，即ε
T
＝0，并锁定状态；2)方位随动装置(2)开始以等步进角β
Ti
转动，转动一圈回到初始点，方位随动装置(2)停止时，二维倾角传感器(5)测得一组i个纵滚倾斜角δ
i
和横滚倾斜角γ
i
序列，通过公式求该点的方位轴(6)倾斜值θ；3)利用步骤2)获得的方位轴倾斜值，通过公式求出此时的纵滚倾斜角的绝对值，利用纵滚倾斜角与方位角关系δ
i
＝f1(β
Ti
)，判定此时的纵滚倾斜角正负号4)建立以雷达方位旋转中心在大地平面投影点为原点的雷达北东天坐标系(X，Y，Z)，据此求出相同原点的雷达极坐标(R，ε，β)形式；5)建立以天线阵面为中心的阵面直角坐标系(X
′
，Y
′
，Z
′
)，据此求出相同原点的阵面极坐标(R
m
，ε

【专利技术属性】
技术研发人员：陈丁，牧迪，黄鹏，王笑，张文辉，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：