某型雷達方位自動標校系統(tǒng)設(shè)計與應用

孫國平

(中國船舶重工集團公司 723所,江蘇揚州 225001)

雷達方位的標校是指使雷達天線的實際方位與雷達監(jiān)控軟件中的示意方位相互統(tǒng)一的過程。雷達裝備在轉(zhuǎn)場時,載車停放的方位存在隨機性,雷達天線的實際方位和雷達監(jiān)控軟件的示意方位存在相對差量,造成雷達在工作時對目標方位判別有誤。因此在雷達轉(zhuǎn)場時需要對天線方位進行標校,以避免雷達天線實際方位和示意方位之間角度存在相對差量,使雷達正確判別目標的方位。這種標校通常由系統(tǒng)自動完成,但某型雷達伺服系統(tǒng)功能不夠完善,雷達的方位標校不能自動完成,在雷達轉(zhuǎn)場時需對雷達方位進行人工標校,其標校過程較為復雜,標校效果不理想,且存在角度偏差。本文針對該型雷達人工標校的問題,提出了一種自動標校方法,并進行軟硬件設(shè)計,以降低雷達標校工作的復雜性,實現(xiàn)對天線方位的準確標校。

1 人工方位標校分析

1.1 某型雷達天線方位回傳系統(tǒng)

雷達工作時,需要了解雷達天線的當前工作狀態(tài),包括天線的方位、仰角及掃描方式等,這些信息通過雷達天線的反饋系統(tǒng)回傳到控制端。對于方位標校而言,只涉及到天線的方位狀態(tài),所以只討論天線方位信息的回傳。該雷達天線方位是由自整角機通過軸角編碼后形成 12位二進制數(shù)的天線方位數(shù)據(jù),再將此數(shù)據(jù)并行四路分別送至數(shù)采分系統(tǒng)、信處分系統(tǒng)、監(jiān)控分系統(tǒng)、終端分系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)圖如1所示。

圖1 某型雷達天線方位回傳系統(tǒng)

1.2 人工標校的方法步驟

該雷達天線的人工標校是通過調(diào)整自整角機轉(zhuǎn)子位置來實現(xiàn)的,自整角機位于密封腔內(nèi),同密封罩分別用螺釘固定在天線底座上,其剖面結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 自整角機剖面圖

雷達在進行標校時需要同時拆下密封罩和自整角機,然后調(diào)整自整角機轉(zhuǎn)子,調(diào)整完畢后重新固定自整角機,最后再安裝密封罩進行密封,其標校步驟如下:

(1)確定雷達天線所指向的實際方位。

(2)雷達加電,打開監(jiān)控計算機執(zhí)行監(jiān)控主程序,查看監(jiān)控軟件所示雷達天線方位,以確定自整角機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向及轉(zhuǎn)動量。

(3)拆開自整角機的密封罩固定螺釘,取下密封罩。

(4)拆下自整角機并對其轉(zhuǎn)子進行角度調(diào)整,調(diào)整時需監(jiān)控端職守人員配合,轉(zhuǎn)動自整角機轉(zhuǎn)子,直到監(jiān)控軟件天線示意指向方位與天線指向方位相同。

(5)安裝自整角機,將調(diào)整好的自整角機用螺釘固定于天線底座上。

(6)安裝密封罩并用硅膠等密封材料進行密封。

1.3 人工標校存在的缺點

通過對人工標校過程的分析可以看出其存在以下缺點:

(1)需要拆卸密封罩及自整角機,其拆卸過程較為復雜,容易導致自整角機傳輸線路斷開,經(jīng)常拆卸會對部件造成不良影響,且標校完畢需對自整角機進行密封。

(2)自整角機調(diào)整后不可再將其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動,但在安裝過程中由于人為因素而難以避免,往往造成一定角度的偏差。

(3)標校操作在裝備加電情況下進行,對于裝備及人員的安全存在一定影響。

(4)人員需求多,需要多人配合完成。

(5)標校過程所耗費時間較長。

針對以上所述人工標校存在的各種缺點,本文設(shè)計了一種自動標校系統(tǒng),從根本上避免人工標校所存在的不足。

2 自動標校系統(tǒng)設(shè)計

2.1 自動標校設(shè)計原理

自動標校系統(tǒng)是在原來標校系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,采用軟硬件結(jié)合的方法實現(xiàn)。即在軸角編碼之后及四路并行信號輸出之前,添加天線方位補償電路板對實時方位數(shù)據(jù)進行補償調(diào)整,具體實現(xiàn)方法如下:首先確定雷達天線所指方位,然后將此方位數(shù)據(jù)輸入到標校軟件,軟件將之轉(zhuǎn)化成相應的 12位二進制數(shù)送至補償電路板,當補償電路板收到這一數(shù)據(jù)時,表明將要完成一次標校工作,此時補償電路板采集一次天線當前傳輸?shù)姆轿粩?shù)據(jù)(即由天線傳到補償電路板還未對其進行補償運算的天線方位數(shù)據(jù)),并計算出其反碼,在將此反碼與計算機傳來的方位數(shù)據(jù)相加,將結(jié)果存儲到補償電路板上 E2ROM中,稱之為方位補償數(shù)據(jù)。然后再將方位補償數(shù)據(jù)與方位初始數(shù)據(jù)相加的結(jié)果作為補償后的天線方位數(shù)據(jù)輸出。在以后裝備每次開機時方位補償數(shù)據(jù)直接從 E2ROM中調(diào)用即可,不必再次進行標校。

由于雷達在工作過程中,需要實時對天線方位進行調(diào)整運算,為避免天線方位調(diào)整運算對監(jiān)控計算機造成負擔,故整個運算過程由硬件電路來完成,以保證監(jiān)控計算機正常工作。自動標校系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 自動標校系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 標校軟件設(shè)計

當需要對雷達進行標校時,操作人員只需在標校軟件輸入天線實際指向方位數(shù)據(jù),為十進制方位數(shù),然后點擊“標?！奔纯?由于原裝備軸角編碼使用 12位二進制數(shù),所以標校軟件在收到操作人員輸入的方位數(shù)據(jù)時必須對其進行二進制數(shù)字量化,將其轉(zhuǎn)化為相應的二進制數(shù),然后通過計算機串口發(fā)送至補償電路板[1]。軟件結(jié)構(gòu)流程如圖4所示。

圖4 軟件結(jié)構(gòu)流程

2.3 硬件程序設(shè)計

當補償電路板上電時,單片機硬件程序即開始運行,首先程序進行初始化,之后單片機循環(huán)從E2ROM中讀取方位補償數(shù)據(jù)并將之輸出到加法器,以便對天線初始方位進行補償。標校軟件通過單片機的串口通信中斷來控制單片機的標校動作[2],當單片機產(chǎn)生串口中斷時則接收計算機發(fā)送的數(shù)據(jù),同時采集一次天線當前方位數(shù)據(jù)并求出其反碼,然后將這兩個數(shù)據(jù)的和作為方位補償數(shù)據(jù)存入 E2ROM中,以供單片機主程序調(diào)用。程序流程圖如圖5所示。

圖5 硬件程序流程圖

2.4 自動標校的優(yōu)點

使用自動標校系統(tǒng)對雷達天線方位進行標校時,只需將雷達天線所指向的實際方位數(shù)據(jù)輸入到標校軟件進行標校即可。自動標校系統(tǒng)避免了人工標校的各種不足,極大的簡化了天線標校工作,不必對雷達任何部件進行拆卸,保證了自整角機等部件的良好性,延長其工作壽命,整個標校過程對于人員及標校時間的需求得到相當?shù)母纳?僅需一人在短時間內(nèi)即可完成天線標校工作,完全用軟件控制,自動化程度高,并且標校結(jié)果準確。另外,自動標校的設(shè)計幾乎不必對裝備進行物理改動,只需在軸角編碼中天線方位數(shù)據(jù)送出之前添加一塊標校電路板即可,保證了原有裝備的完好性。目前該系統(tǒng)已成功應用于實際裝備,工作穩(wěn)定可靠,效果良好,具有一定的實用價值。

3 結(jié)束語

通過對某型雷達方位人工標校過程的分析,針對存在的問題,提出了雷達方位軟件控制自動標校方法,彌補了人工標校存在的不足,實現(xiàn)了在不需拆裝雷達部件的情況下完成雷達的標校工作,降低雷達標校工作的復雜性,縮短雷達標校的工作時間,減少了雷達標校對人員的需求,提高了雷達標校的準確性及工作效率。

[1] 李現(xiàn)勇.V isualC++串口通信技術(shù)與工程實踐[M].2版.北京:人民郵電出版社,2004.

[2] 楊文龍.單片機原理及應用[M].西安:西安電子科技大學出版社,1993.