某型雷达天线中轴激光测量系统的设计与实现

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1、万方数据第24卷第1期空军雷达学院学报V01．24No．12010年2月JoumalofAirForceRadarAcademyFeb．2010文章编号：1673-8691(2010)01—0012-04某型雷达天线中轴激光测量系统的设计与实现任超西1，张爱元1，张显才2(1．空军雷达学院科研部，武汉430019；2．空军雷达学院电子对抗系，武汉430019)摘要：针对某型机载火控雷达天线安装完毕后，由于工装面结构复杂，不便于进行安装精度测量的问题，提出了一种以激光射线为基础的间接测量的手段，完成对其安装精度的测量．根据整个系统的

2、测量原理，给出了该测量系统的硬件及软件的实现方法及相应的实验数据．该测量方法可以移植应用于其它精度要求较高、测量角度范围较小的场合．关键词：雷达天线；中轴线；激光测量中图分类号：TM93；TN95文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8691．2010．01．004某型机载火控雷达在雷达天线维修或400h定检时可能会重新安装天线底座，安装后必须重新测定天线中轴线在水平和垂直方向的偏差角度，以便送入计算机予以校正，从而保证武器系统进行攻击时的精度．传统的测量方法是采用测量器具或仪表完成相关测试，但由于飞机天线

3、工作面比较复杂，而且要求测量精度也比较高，因此完成相关工作比较困难．本文所设计系统以激光射线为基础，采用高精度加工的机械移动靶架作为飞机定位依据，将机械设计与光学技术、成像技术及计算机图像处理技术相结合，较好地解决了自然光干扰、镜头边缘失真所带来的测量误差，并采用适当的算法成功地解决了不规则图像原点的计算问题．本文给出了实现该系统的测量原理、系统的硬件构成以及软件框图．1测量原理雷达天线的安装如图l所示，在正常情况下，当天线位于零度时，天线的中轴线应该与飞机构造垂线和飞机构造水平线的夹角为一定值．这一定值是由天线底座在飞机1框工装

4、面上的正确安图1某型飞机雷达天线安装示意图装所保汪的．由雷达天线的安装示意图可知，正确的安装应保证天线的中轴线和飞机1框工装面的角度为一定值．由于飞机结构和相应工作面的限制，以及测最精度的要求，使我们无法直接测量该角度，为此可以采用间接手段来进行测量．激收划。●÷—————一‘，———————÷，图2激光测量系统测量方法示意图设x为激光源和水平线间距，s为分划板中心点到飞机天线在l框上中轴线的间距，日为飞机水平线到地面高度，∞为1框和垂线夹角，a：为激光接收机分划板和垂线夹角，a3为接收机和水平支架的夹角，系统的基本测量方法示意图

5、如图2所示．在天线底座某一合适的位置安装激光点光源，使得该激光瞄准线与雷达天线的中轴线在垂直及水平方向都平行；在离天线中轴线端点适当距离安放1个靶架，使得该靶架的中垂线与飞机构造垂线平行；再在靶架的某一水平面上安放激光接收机，且使该接收机分划板(成像平面)和水平面的夹角与天线的中轴线和飞机1框工装面角度的理论值相等．这样，当分划板的高度及到天线收稿日期：2009—09．17作者简介：任超西(1958-)，男，副教授，主要从事雷达信号仿真与模拟研究万方数据第1期任超西，等：某型雷达天线中轴激光测量系统的设计与实现13中轴线端点距离合

6、适时，激光瞄准线在理想状态下，应打在分划板的中心．如有偏差，则可根据激光点偏离分划板垂直及水平方向的距离，换算成相应的角度，即可得知天线中轴线在垂直及水平方向的偏离角度【lJ．具体测量方法如下：当飞机构造垂直线和分划板垂直线吻合，分划板位置安装正确，∞=a：=a．，且天线中轴线与l框工装面垂直的条件下，激光瞄准线应照射到分划板的中点；产生误差时，激光光点将偏离分划板的中心点，当a．不等于理论值时，将在分划板垂直方向上产生偏移距离D；当天线中轴线与1框+T：装面不垂直时，将在分划板水平方向一t-．产生偏移距离￡．由于天线中轴线端点到

7、分划板中心的距离s是已知的，则在方位及俯仰角上产生的偏差角a和∥的计算公式为吐=al'ctan(D／S)夕=arctan(L／s)由上式可知，测量误差是由D、三及S的误差决定．由于该系统测量角度范围不大，但精度要求较高，所以在实际应用中，尽可能地增加S，以减少由于D、三、S3个参数误差所带来的角度的测量误差．本文取S=6875．5mill，实验数据表明，该方法可以将精度控制在允许范同内．2系统硬件组成及工作原理2．1系统组成整个测试系统分为激光发射组件、激光接收机、图像分析及信息处理单元(笔记本电脑)、可移动靶架等部分组成．系统组

8、成结构如图3所示．图3系统组成结构图激光发射组件采用半导体激光器．其基本要求是激光束的光谱特性要好、激光束的发散性要小，以保证图像的精度．激光接收机部分主要由滤光板、CMOS图像传感器、CPLD及高速RAM构成图像数据采集电路；单片机MCU及USB