地物波譜rcs測量系統(tǒng)運載平臺圓周運動方位誤差修正方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種地物波譜RCS測量系統(tǒng)運載平臺圓周運動方位誤差修正方法，通過設(shè)置激光跟蹤儀的位置和使用方法，修正地物波譜實驗室南北軌道小車由于結(jié)構(gòu)形變所引起的徑向的運動誤差。本發(fā)明控制收發(fā)天線指向球心的偏差及雙站測試收發(fā)站之間的站角符合測試需求在準(zhǔn)許誤差范圍內(nèi)，從而提高了測試精度。
【專利說明】
地物波譜RCS測量系統(tǒng)運載平臺圓周運動方位誤差修正方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及光電技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種地物波譜RCS測量系統(tǒng)運載平臺圓周運 動方位誤差修正方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 衛(wèi)星遙感地物波譜特征實驗室可模擬衛(wèi)星對地面物體的電磁波散射、福射特性進(jìn) 行觀測，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行解譯與判讀，掲示電磁波與地物的相互作用規(guī)律，從而為衛(wèi)星偵察、 民用機(jī)載及星載微波遙感、武器研制等提供科學(xué)依據(jù)。為了模擬衛(wèi)星及多種雷達(dá)傳感器運 載平臺的運動模式，實驗室內(nèi)建造了直徑為20米的圓弧導(dǎo)軌。收發(fā)雷達(dá)系統(tǒng)均搭載在軌道 小車上，在連續(xù)掃頻測試過程中，雷達(dá)天線隨小車在圓弧軌道上運動發(fā)射電磁波，并與矢網(wǎng) 交互數(shù)據(jù)，通過位置信息控制電磁波的發(fā)射及接收，小車可在弧形導(dǎo)軌上圓周運動。
[0003] 地物波譜實驗室的建設(shè)長達(dá)20年之久，主要原因是實驗室主體結(jié)構(gòu)是球形微波暗 室，由于采用鋼結(jié)構(gòu)主體的建造技術(shù)，在設(shè)計過程中并未考慮結(jié)構(gòu)自重過大帶來的型變，在 重力的作用下圓弧導(dǎo)軌在徑向和法向均產(chǎn)生結(jié)構(gòu)型變。由于徑向上的誤差，使發(fā)射天線及 接收線的主瓣發(fā)生偏移，無法準(zhǔn)確的照射球屯、目標(biāo)位置，造成測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。同時由于電 磁波發(fā)射方向偏移，雙站測試中兩測試?yán)走_(dá)之間的夾角也發(fā)生改變，致使測試數(shù)據(jù)無法與 仿真數(shù)據(jù)相匹配。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出一種地物波譜RCS測量系統(tǒng)運載平臺圓周運 動方位誤差修正方法，用于修正地物波譜實驗室南北軌道小車由于結(jié)構(gòu)形變所引起的徑向 的運動誤差，滿足地物波譜實驗室測試需求，需要保證測量系統(tǒng)收發(fā)天線指向誤差在± 0.1°范圍內(nèi)。
[0005] 本發(fā)明提供的地物波譜RCS測量系統(tǒng)運載平臺圓周運動方位誤差修正方法，其改 進(jìn)之處在于，所述方法包括如下步驟：
[0006] (1)建造圓弧導(dǎo)軌；
[0007] (2)收發(fā)雷達(dá)系統(tǒng)搭載在導(dǎo)軌的小車上；
[000引（3)設(shè)計所述雷達(dá)系統(tǒng)的圓極化天線口面尺寸，并固定所述圓極化天線，使其照射 方向為圓極化天線口面中屯、到球形暗室球屯、方向；
[0009] (4)架立調(diào)整所述激光跟蹤儀；
[0010] (5)將所述激光跟蹤儀的紅圈反射球放在所述圓極化天線口面的中屯、空位處，其 激光反射方向指向所述激光跟蹤儀;所述紅圈反射球的下方使用反射球底托進(jìn)行熱烙膠固 定；
[0011] (6)調(diào)整所述圓極化天線口面方向，使其垂直于小車沿圓弧軌道運動的切線方向；
[0012] (7)所述小車在圓弧導(dǎo)軌上步進(jìn)運動，所述激光跟蹤儀采集每個角度下所述反射 球的=維空間坐標(biāo)，傳輸?shù)綔y試軟件，并模擬圓周軌跡；
[0013] (8)檢測得到運載平臺圓周運動方位的偏移值，進(jìn)行相對應(yīng)運動誤差補(bǔ)償。
[0014] 優(yōu)選的，步驟(3)所述固定所述圓極化天線的步驟為：
[0015] 在雷達(dá)小車上安裝固定金屬框架，小車搭載載重為100KG，在所述固定金屬框架上 安裝天線轉(zhuǎn)臺，所述天線轉(zhuǎn)臺上豎直安裝圓柱型滑動導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上安裝兩個可延滑軌上下 滑動的二維調(diào)節(jié)底座(可調(diào)節(jié)方位角和俯仰角，用于調(diào)整天線口面指向），將所述圓極化天 線安裝在調(diào)節(jié)底座上。
[0016] 較優(yōu)選的，步驟(4)所述架立調(diào)整激光跟蹤儀的步驟為：
[0017] ①調(diào)整支撐=腳架，觀察所述激光跟蹤儀的電子水平泡，使所述激光跟蹤儀與大 地水平一致；
[0018] ②所述運載平臺通過網(wǎng)口連接所述激光跟蹤儀，所述運載平臺的測試軟件初始化 所述激光跟蹤儀，定義所述激光跟蹤儀所在位置為空間坐標(biāo)(〇,〇,〇)點，初始照射方向為X 軸，垂直大地水平為Z軸。
[0019] 較優(yōu)選的，步驟(7)所述小車在圓弧導(dǎo)軌上步進(jìn)運動時，其運動間隔為2度。
[0020] 較優(yōu)選的，步驟(8)所述檢測得到運載平臺圓周運動方位的偏移值的步驟為:將測 試各點與反射球屯、連線與大地水平面的夾角為實際擦地角，通過所述測試軟件得到理論擦 地角位置，并計算各點與理論擦地角點之間的角度偏差和天線指向誤差A(yù) 0。
[0021] 其中，所述角度偏差A(yù)#的求取方法包括：
[0022] A:根據(jù)圓極化天線的口面尺寸，設(shè)計與其匹配的圓形口蓋，在口蓋中屯、開口，將所 述激光跟蹤儀的紅圈反射球固連在口蓋中屯、處；
[0023] B:通過所述運載平臺的控制端，將運載平臺依次移動至巧（i = l，2,3...N)處，用 所述激光跟蹤儀記錄下紅圈反射球球屯、點的坐標(biāo)Pi (x'i，y'i，z'i);
[0024] C:利用測得的點pi，在所述測試軟件中進(jìn)行圓擬合，得到圓屯、坐標(biāo)p〇(xo，yo，zo)3 圓的半徑，W得到的圓屯、坐標(biāo)為新的原點(〇,〇,〇)，平行于大地水平指向擦地角零度方向為 X軸方向，垂直于大地水平向上為Z軸方向，重新定義坐標(biāo)系，得到Pi新的坐標(biāo)PiUi,yi,Zi);
[0025] D :計算平臺實際擦地角
得到運載平臺位置角度偏差
[0026] 其中，所述天線指向誤差A(yù) 0的求取方法包括：
[0027] I :計算所述運載平臺運動至點Pi時在擬合圓平面內(nèi)速度方向單位矢量
?. ?
[0028] II:計算所述運載平臺運動至點Pi時在擬合圓平面內(nèi)速度的法向單位矢量 % 二(均《:為*..)'，其中
，.
[0029] III:計算天線指向誤差：
[0030] 較優(yōu)選的，步驟(8)所述進(jìn)行相對應(yīng)運動誤差補(bǔ)償包括：
[0031] 角度偏差^^>:通過所述測試軟件得到實際雷達(dá)小車實際的角度偏差A(yù)巧，將每點所 的偏差角度，導(dǎo)入至雷達(dá)小車運動控制系統(tǒng)中的碼盤角度中，對碼盤上指示角度進(jìn)行加減 修正；
[0032] 天線指向誤差A(yù) 0:在雷達(dá)系統(tǒng)的測試軟件中，將天線指向誤差A(yù) 0修正天線方向 圖及數(shù)據(jù)仿真時擦地角度。
[0033] 較優(yōu)選的，步驟C中，將所測到點進(jìn)行圓擬合時，得到所述圓極化天線口面中屯、點 在圓弧導(dǎo)軌上運動的圓周，通過計算得到圓周的圓屯、坐標(biāo)po(xo，yo，zo)，即為所述圓弧導(dǎo)軌 的圓屯、，擬合圓周的半徑即為理想半徑，記為R' ；
[0034] 將采集到的所述圓極化天線口面中屯、各點向圓周平面投影，投影點與圓屯、的連線 即為各個點位置實際半徑，記為Rl，R2, 一Rn;
[0035] 將各點實際半徑與理想半徑做差，得到各點AR,即為個點徑向誤差補(bǔ)償值;在所 述測試軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時，將對應(yīng)角度的AR補(bǔ)償至實際半徑中，使其結(jié)果與仿真數(shù)據(jù)參 數(shù)一致。
[0036] 較優(yōu)選的，所述激光跟蹤儀的型號為Leica AT402型。
[0037] 本發(fā)明的技術(shù)方案中，通過測量，建立空間模型，測量出球形暗室的球屯、及天線口 面中屯、點的=維坐標(biāo)，并模擬出軌道平面和運動軌道的圓弧曲線，因而得到天線口面中屯、 偏移的方向和距離，反映出軌道的型變量。通過軟件補(bǔ)償?shù)姆绞竭M(jìn)行誤差修正，保證收發(fā)天 線指向球屯、的偏差及雙站測試收發(fā)站之間的站角符合測試需求在準(zhǔn)許誤差范圍內(nèi)，從而提 高了測試精度。
【附圖說明】
[0038] 圖1為地物波譜實驗室內(nèi)的圓弧軌道運動示意圖；
[0039] 圖2為本發(fā)明實施例的流程圖；
[0040] 圖3為本發(fā)明實施例的天線口面固定50mm反射球工裝的俯視圖；其中，工裝外圈直 徑為110mm，中屯、孔直徑為10mm，內(nèi)圈直徑為100mm，深度為IOmm;
[0041] 圖4為本發(fā)明實施例的天線口面固定50mm反射球工裝的底面的俯視結(jié)構(gòu)圖；
[0042] 圖5為本發(fā)明實施例的天線口面固定50mm反射球工裝的底面的平視結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0043] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，W下參照附圖并舉出優(yōu)選實 施例，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。然而，需要說明的是，說明書中列出的許多細(xì)節(jié)僅僅是為 了使讀者對本發(fā)明的一個或多個方面有一個透徹的理解，即便沒有運些特定的細(xì)節(jié)也可W 實現(xiàn)本發(fā)明的運些方面。
[0044] 地物波譜實驗室內(nèi)建造了直徑為20米的圓弧導(dǎo)軌，收發(fā)雷達(dá)系統(tǒng)均搭載在軌道小 車上，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。由于徑向上的誤差，使發(fā)射天線及接收線的主瓣發(fā)生偏移，無法準(zhǔn) 確的照射球屯、目標(biāo)位置，造成測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。本實施例針對其不足之處，提出了地物波譜 RCS測量系統(tǒng)運載平臺圓周運動方位誤差修正方法，提高了測試精度，其流程圖如圖2所示， 步驟如下：
[0045] (1)建造圓弧導(dǎo)軌，將激光跟蹤儀放置在室內(nèi)中間位置；
[0046] (2)收發(fā)雷達(dá)系統(tǒng)搭載在導(dǎo)軌的小車上；
[0047] (3)設(shè)計雷達(dá)圓極化天線口面尺寸工裝，將工裝樞裝到天線口面，鎖緊工件使用M4 螺釘連接，周邊使用熱烙膠固定;調(diào)整圓極化天線方向，使其照射方向為圓極化天線口面中 屯、到球形暗室球屯、方向；
[0048] 圓極化天線口面的工裝結(jié)構(gòu)圖如圖3、圖4和5所示，圖4和圖5中，較小部分為用于 將工裝固定在天線口面裝配附件的俯視圖和平視圖。
[0049] (4)架立調(diào)整激光跟蹤儀，本實施例采用激光跟蹤儀的型號為Leica AT402型，其 調(diào)整步驟為：
[0050] ①調(diào)整支撐=腳架，觀察激光跟蹤儀的電子水平泡，使激光跟蹤儀與大地水平一 致；
[0051] ②運載平臺通過網(wǎng)口連接激光跟蹤儀，運載平臺的測試軟件初始化所述激光跟蹤 儀，定義激光跟蹤儀所在位置為空間坐標(biāo)(〇,〇,〇)點，初始照射方向為X軸，垂直大地水平為 巧由。
[0052] (5)將紅圈反射球放在圓極化天線口面的中屯、空位處，其下方采用8mm圓柱形50mm 反射球底托進(jìn)行熱烙膠固定，且紅圈反射球的激光反射方向指向激光跟蹤儀，使測試軟件 采集到紅圈反射球中屯、點空間坐標(biāo)；
[0053] (6)調(diào)整圓極化天線口面方向，使其垂直于小車沿圓弧軌道運動的切線方向；
[0054] (7)小車在圓弧導(dǎo)軌上步進(jìn)運動，運動間隔為2度，激光跟蹤儀采集每個角度下反 射球的=維空間坐標(biāo)，傳輸?shù)綔y試軟件，并模擬圓周軌跡；
[0055] (8)將測試各點與反射球屯、連線與大地水平面的夾角為實際擦地角，通過所述測 試軟件得到理論擦地角位置，并計算各點與理論擦地角點之間的角度偏差和天線指向 誤差A(yù)0。
[0056] 其中；
[0化7]角度偏差的求取方法為：
[0化引A:根據(jù)圓極化天線的口面尺寸，設(shè)計與其匹配的圓形口蓋，在口蓋中屯、開口，將所 述激光跟蹤儀的紅圈反射球固連在口蓋中屯、處；
[0化9] B:通過所述運載平臺的控制端，將運載平臺依次移動至巧（i = l，2,3...N)處，用 所述激光跟蹤儀記錄下跟蹤球的坐標(biāo)Pi (x'i,y'i,z'i);
[0060] C:利用測得的點Pi，在所述測試軟件中進(jìn)行圓擬合，得到圓屯、坐標(biāo)p〇(xo，yo，zo)3 圓的半徑R'，W坐標(biāo)為原點，得到Pi新的坐標(biāo)Pl(Xl，yl，Zl);值得注意的是:將所測到點進(jìn)行 圓擬合時，得到所述圓極化天線口面中屯、點在圓弧導(dǎo)軌上運動的圓周，通過計算得到圓周 的圓屯、坐標(biāo)9〇^〇,7〇,2〇)，即為所述圓弧導(dǎo)軌的圓屯、，擬合圓周的半徑即為理想半徑，記為 R'；
[0061] 將采集到的所述圓極化天線口面中屯、各點向圓周平面投影，投影點與圓屯、的連線 即為各個點位置實際半徑，記為Rl，R2,……化；
[0062] 將各點實際半徑與理想半徑做差，得到各點AR,即為個點徑向誤差補(bǔ)償值。在實 際測試數(shù)據(jù)處理時，將對應(yīng)角度的AR補(bǔ)償至處理計算算法中，使其結(jié)果與仿真數(shù)據(jù)參數(shù)相 一直。才能得到真實有效的實驗數(shù)據(jù)。
[0063] D :計算平臺實際擦地角
，得到運載平臺位置角度偏差
[0064] 天線指向誤差A(yù) 0的求取方法為：
[0065] I :計算所述運載平臺運動至點Pi時在擬合圓平面內(nèi)速度方向單位矢量
[0066] II:計算所述運載平臺運動至點Pi時在擬合圓平面內(nèi)速度的法向單位矢量
[0067] III:計算天線指向誤差
[0068] 角度偏差^^?>用于修正至雷達(dá)小車運動控制系統(tǒng)，通過測試軟件分析得到實際雷 達(dá)小車實際的角度角度偏差A(yù)炒，將測量的每一個點所的偏差角度，導(dǎo)入至雷達(dá)小車運動控 制系統(tǒng)中的碼盤角度中，對碼盤上指示角度進(jìn)行加減修正。天線指向誤差A(yù) 0用于修正至雷 達(dá)測試數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)中進(jìn)行補(bǔ)償，將指向誤差數(shù)據(jù)修正天線方向圖，及數(shù)據(jù)仿真時擦 地角度。使實際測試各角度參數(shù)與數(shù)據(jù)仿真角度參數(shù)一致。由于雷達(dá)測試屬于近場測試，電 磁波發(fā)射扇形波束，且波長很短，發(fā)射天線與目標(biāo)中屯、距離（即實際半徑R)的準(zhǔn)確性對測試 結(jié)果的影響很大，所W還需得到修正指向后實際天線至目標(biāo)中屯、的距離進(jìn)行修正。
[0069] 通過上述數(shù)據(jù)的誤差補(bǔ)償，本發(fā)明簡單、快速地修正了地物波譜實驗室南北軌道 小車由于結(jié)構(gòu)形變所引起的徑向的運動誤差，滿足了地物波譜實驗室測試需求，提高了測 試精度。
[0070] W上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可W作出若干改進(jìn)和潤飾，運些改進(jìn)和潤飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1. 地物波譜RCS測量系統(tǒng)運載平臺圓周運動方位誤差修正方法，其特征在于，所述方法 包括如下步驟： (1) 建造圓弧導(dǎo)軌； (2) 收發(fā)雷達(dá)系統(tǒng)搭載在導(dǎo)軌的小車上； (3) 設(shè)計所述雷達(dá)系統(tǒng)的圓極化天線口面尺寸，并固定所述圓極化天線，使其照射方向 為圓極化天線口面中心到球形暗室球心方向； (4) 架立調(diào)整所述激光跟蹤儀； (5) 將所述激光跟蹤儀的紅圈反射球放在所述圓極化天線口面的中心空位處，其激光 反射方向指向所述激光跟蹤儀； (6) 調(diào)整所述圓極化天線口面方向，使其垂直于小車沿圓弧軌道運動的切線方向； (7) 所述小車在圓弧導(dǎo)軌上步進(jìn)運動，所述激光跟蹤儀采集每個角度下所述反射球的 三維空間坐標(biāo)，傳輸?shù)綔y試軟件，并模擬圓周軌跡； (8) 檢測得到運載平臺圓周運動方位的偏移值，進(jìn)行相對應(yīng)運動誤差補(bǔ)償。2. 如權(quán)利要求1所述的修正方法，其特征在于，步驟(3)所述固定所述圓極化天線的步 驟為： 在雷達(dá)小車上安裝固定金屬框架，在所述固定金屬框架上安裝天線轉(zhuǎn)臺，所述天線轉(zhuǎn) 臺上豎直安裝圓柱型滑動導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上安裝兩個可延滑軌上下滑動的二維調(diào)節(jié)底座，將所 述圓極化天線安裝在調(diào)節(jié)底座上。3. 如權(quán)利要求1所述的修正方法，其特征在于，步驟(4)所述架立調(diào)整激光跟蹤儀的步 驟為： ① 調(diào)整支撐三腳架，觀察所述激光跟蹤儀的電子水平泡，使所述激光跟蹤儀與大地水 平一致； ② 所述運載平臺通過網(wǎng)口連接所述激光跟蹤儀，并初始化所述激光跟蹤儀，定義所述 激光跟蹤儀所在位置為空間坐標(biāo)(〇,〇,〇)點，初始照射方向為X軸，垂直大地水平為Z軸。4. 如權(quán)利要求1所述的修正方法，其特征在于，步驟(7)所述小車在圓弧導(dǎo)軌上步進(jìn)運 動時，其運動間隔為2度。5. 如權(quán)利要求1所述的修正方法，其特征在于，步驟(8)所述檢測得到運載平臺圓周運 動方位的偏移值的步驟為：將測試各點與反射球心連線與大地水平面的夾角為實際擦地 角，通過所述測試軟件得到理論擦地角位置，并計算各點與理論擦地角點之間的角度偏差 .Δ爐和天線指向誤差Δ Θ。6. 如權(quán)利要求5所述的修正方法，其特征在于，所述角度偏差Δ免的求取方法包括： A:根據(jù)圓極化天線的口面尺寸，設(shè)計與其匹配的圓形口蓋，在口蓋中心開口，將所述紅 圈反射球固連在口蓋中心處； B:通過所述運載平臺的控制端，將運載平臺依次移動至釣(i = l，2,3...N)處，用所述激 光跟蹤儀記錄下紅圈反射球球心點的坐標(biāo)Pi (x'i，y'i，z'i); C:利用測得的點Pl，在所述測試軟件中進(jìn)行圓擬合，得到圓心坐標(biāo)?心()，7()，2())，和圓的 半徑，以得到的圓心坐標(biāo)為新的原點（〇,〇,〇)，平行于大地水平指向擦地角零度方向為X軸 方向，垂直于大地水平向上為Z軸方向，重新定義坐標(biāo)系，得到pi新的坐標(biāo)pi(Xi，yi,Zi); D :計算平臺實際擦地肩I到運載平臺位置角度偏差△切， /Sip. = φ'. _Spi η7. 如權(quán)利要求6所述的修正方法，其特征在于，所述天線指向誤差△ Θ的求取方法包括： I :計算所述運載平臺運動至點P :時在擬合圓平面內(nèi)速度方向單位矢量II:計算所述運載平臺運動至點P1時在擬合圓平面內(nèi)速度的法向單位矢量 ， 其中//.^ = 0;I I J III:計算天線指向誤差8. 如權(quán)利要求7所述的修正方法，其特征在于，步驟(8)所述進(jìn)行相對應(yīng)運動誤差補(bǔ)償 包括： 角度偏差通過所述測試軟件得到實際雷達(dá)小車實際的角度偏差Δ&將每點所的偏 差角度，導(dǎo)入所述測試軟件的碼盤角度中，對碼盤上指示角度進(jìn)行加減修正； 天線指向誤差A(yù) Θ:在雷達(dá)系統(tǒng)的測試軟件中，將天線指向誤差ΔΘ修正天線方向圖及 數(shù)據(jù)仿真時擦地角。9. 如權(quán)利要求6所述的修正方法，其特征在于，步驟C中，將所測到點進(jìn)行圓擬合時，得 到所述圓極化天線口面中心點在圓弧導(dǎo)軌上運動的圓周，通過計算得到圓周的圓心坐標(biāo)PO (幼，7〇,2())，即為所述圓弧導(dǎo)軌的圓心，擬合圓周的半徑即為理想半徑，記為1?'； 將采集到的所述圓極化天線口面中心各點向圓周平面投影，投影點與圓心的連線即為 各個點位置實際半徑，記為Rl，R2，…Rn; 將各點實際半徑與理想半徑做差，得到各點AR，即為各點徑向誤差補(bǔ)償值;在所述測 試軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時，將對應(yīng)角度的AR補(bǔ)償至實際半徑，使其結(jié)果與仿真數(shù)據(jù)參數(shù)一 致。10. 如權(quán)利要求1所述的修正方法，其特征在于，所述激光跟蹤儀的型號為Leica AT402 型。
【文檔編號】G01S7/40GK106019247SQ201610339270
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月19日
【發(fā)明人】孔德旺, 呂鳴, 莫崇江, 李寧
【申請人】北京環(huán)境特性研究所