車載雷達(dá)機(jī)電式自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

謝明軍

（榆林職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 榆林　719000）

車載雷達(dá)機(jī)電式自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

謝明軍

（榆林職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 榆林719000）

針對(duì)縮短某型車載雷達(dá)調(diào)平時(shí)長(zhǎng)，提高調(diào)平精度的目的，采用了車載平臺(tái)的四點(diǎn)式調(diào)平原理，也即一種基于單片機(jī)和可編程邏輯器件（CPLD）的車載平臺(tái)機(jī)電式自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)的方法，通過(guò)樣機(jī)調(diào)試試驗(yàn)，使得車載雷達(dá)調(diào)平時(shí)間由10分鐘縮短到3分鐘，調(diào)平精度由20“提高到3”。

機(jī)電式自動(dòng)調(diào)平；水平傳感器；壓力傳感器；伺服控制

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)雷達(dá)機(jī)動(dòng)性能的要求越來(lái)越高，特別是機(jī)動(dòng)陸面載體，如：車載雷達(dá)天線，發(fā)射架等設(shè)備。車載雷達(dá)到達(dá)預(yù)定位置后，要求其快速架設(shè)且保證其精確的水平基準(zhǔn)。車載平臺(tái)的人工手動(dòng)調(diào)平己很難滿足軍方對(duì)雷達(dá)快速架設(shè)、快速撤收，以及平臺(tái)高精度調(diào)平的要求［1-2］。機(jī)電式自動(dòng)調(diào)平與人工調(diào)平相比具有調(diào)平時(shí)間短、調(diào)平精度高、可靠性高等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)和CPLD為控制核心，伺服控制器和伺服電機(jī)為執(zhí)行單元的機(jī)電式四點(diǎn)支撐自動(dòng)調(diào)平隨動(dòng)控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)電式車載平臺(tái)自動(dòng)調(diào)平的全自動(dòng)化、全閉環(huán)控制。其優(yōu)點(diǎn)：在于調(diào)平時(shí)間短（少于3分鐘）、調(diào)平精度高（小于3"）、可靠性高，可在惡劣環(huán)境下工作等。

1　系統(tǒng)組成

1.1調(diào)平原理

調(diào)平方式通常有3點(diǎn)或4點(diǎn)式，特殊的還有多點(diǎn)式如6腿或更多腿的平臺(tái)［3］。本系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況，采用4點(diǎn)式調(diào)平方式。4點(diǎn)支撐的工作平臺(tái)的X軸、Y軸是根據(jù)水平傳感器的安裝位置確定的工作平臺(tái)面上互相垂直的兩個(gè)軸。調(diào)平原理如圖1所示。

圖1　四點(diǎn)式調(diào)平原理圖

工作平臺(tái)的支撐腿著地后，控制系統(tǒng)開始調(diào)平。通過(guò)水平傳感器的檢測(cè)信號(hào)，可以找出工作平臺(tái)的最高點(diǎn)。將水平傳感器按如圖1所示方向安置于工作平臺(tái)上，傳感器輸出含有X和Y軸信號(hào)，它們是與水平誤差（角度）成線性關(guān)系的數(shù)字信號(hào)。

當(dāng)X＞0，Y＜0時(shí)，撐腿A為最高點(diǎn)；

當(dāng)X＜O，Y＜0時(shí)，撐腿B為最高點(diǎn)；

當(dāng)X＜O，Y＞0時(shí)，撐腿C為最高點(diǎn)；

當(dāng)X＞0，Y＞0時(shí)，撐腿D為最高點(diǎn)。

假設(shè)撐腿著地后撐腿A為最高點(diǎn)（其他撐腿為最高點(diǎn)時(shí)與A點(diǎn)的情況相似），根據(jù)水平傳感器的信號(hào)，可以分別進(jìn)行X軸和Y軸方向的調(diào)節(jié)。如先進(jìn)行X軸調(diào)節(jié)，其過(guò)程如下：撐腿A和D不動(dòng)，撐腿B和C同時(shí)上升一定位移，即工作平臺(tái)繞撐腿A和D為軸線旋轉(zhuǎn)，撐腿B和C同時(shí)上升，上升的數(shù)值由控制系統(tǒng)根據(jù)水平傳感器的X軸反饋值決定，直至X軸呈水平狀態(tài)。Y軸調(diào)節(jié)與X軸類似。若工作臺(tái)的X軸和Y軸調(diào)節(jié)成水平狀態(tài)，則可認(rèn)為工作平臺(tái)已處于水平狀態(tài)。4點(diǎn)調(diào)平的水平誤差為：θ=，θ1和θ2分別為水平傳感器的角度精度。若兩個(gè)傳感器的控制精度都為δ時(shí)，則水平誤差為

4點(diǎn)及多點(diǎn)調(diào)平設(shè)計(jì)面臨的一個(gè)主要問(wèn)題是虛腿現(xiàn)象，即有一個(gè)腿受力很小或者懸空，這在調(diào)平過(guò)程中是不允許的。當(dāng)平臺(tái)的負(fù)載均勻時(shí)，4個(gè)支撐點(diǎn)的受力應(yīng)該均勻。本系統(tǒng)處理辦法是把平臺(tái)支撐起來(lái)后，先進(jìn)行一次粗調(diào)平（設(shè)定一個(gè)粗精度），目的是使4個(gè)支撐點(diǎn)的受力比較接近。然后，再按照系統(tǒng)設(shè)定的調(diào)平精度進(jìn)行調(diào)平。這樣，調(diào)節(jié)的過(guò)程就中不會(huì)出現(xiàn)一腿受力過(guò)?。ㄌ撏龋?，從而有效的預(yù)防虛腿現(xiàn)象的出現(xiàn)。

1.2硬件組成

該自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)硬件組成如圖2所示。

圖2　自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)硬件組成框圖

該系統(tǒng)主要由控制部分、水平傳感器、壓力傳感器、伺服控制器、伺服電機(jī)及伺服電動(dòng)缸等組成。水平傳感器（X，Y兩個(gè)方向）測(cè)量車載平臺(tái)的傾斜度，通過(guò)RS232串行口向控制部分發(fā)送X方向和Y方向的傾角數(shù)據(jù)，波特率采用9600bit/s。本系統(tǒng)采用的水平傳感器其測(cè)量精度（零位）為+20″，分辨率≤4″，完全滿足平臺(tái)傾角測(cè)量和調(diào)平的要求。

壓力傳感器用于測(cè)量4個(gè)支撐腳承受的壓力，測(cè)量范圍0～9 000 kg，通過(guò)RS232串行口向控制部分發(fā)送壓力數(shù)據(jù)，波特率采用9 600 bit/s［4］?？刂撇糠种饕煽刂瓢?、伺服驅(qū)動(dòng)器和驅(qū)動(dòng)接口單元組成?？刂瓢迨强刂撇糠值暮诵?，主要由單片機(jī)，CPLD、多路DAC、多串口擴(kuò)展電路、RS232電平轉(zhuǎn)換電路、看門狗電路等組成。當(dāng)操作人員通過(guò)按鍵將控制指令發(fā)送到控制板，CPU讀取水平傳感器、壓力傳感器送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷并形成控制策略，產(chǎn)生控制信號(hào)由DAC送達(dá)伺服控制器，再控制驅(qū)動(dòng)接口電路驅(qū)動(dòng)某一路伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，直至調(diào)平［5-6］。為了操作安全起見(jiàn)，整個(gè)調(diào)平運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)聲，光進(jìn)行指示。同時(shí)，控制部分實(shí)時(shí)的將傾角、壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，方便操作人員監(jiān)控。

本車載雷達(dá)平臺(tái)調(diào)平過(guò)程具體分兩個(gè)階段完成。第一階段為架設(shè)階段：即車載雷達(dá)到達(dá)陣地后，先控制4個(gè)支撐腿著地，進(jìn)行落地檢測(cè)。系統(tǒng)通電后，操作人員只需按操作面板上的“架設(shè)”鍵，控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)升支撐腿，同時(shí)檢測(cè)各支撐腿是否著地，當(dāng)某一支撐腿著地后停止該腿的升動(dòng)作。當(dāng)4個(gè)支撐腿全部著地后，落地檢測(cè)結(jié)束。第二階段為調(diào)平階段：操作人員按操作面板上的“調(diào)平”鍵，單片機(jī)讀取水平傳感器送來(lái)當(dāng)前車載平臺(tái)的傾斜度數(shù)據(jù)以及壓力傳感器送來(lái)的各支撐腿的受力數(shù)據(jù)，根據(jù)傾角數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)，按照控制策略驅(qū)動(dòng)相應(yīng)電機(jī)上升相應(yīng)支撐腿，直至平臺(tái)傾斜度達(dá)到雷達(dá)系統(tǒng)的要求。

2　系統(tǒng)程序工作流程

本系統(tǒng)的工作流程框圖如圖3所示。

圖3　系統(tǒng)工作流程框圖

3　結(jié)束語(yǔ)

雷達(dá)自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)是車載雷達(dá)的一個(gè)重要的組成部分，對(duì)提高雷達(dá)的測(cè)量性能，如目標(biāo)角度的測(cè)量精度以及整機(jī)架設(shè)、撤收的速度等，起著決定性的作用。本系統(tǒng)采用單片機(jī)和CPLD控制，應(yīng)用交流伺服控制，大大提高了雷達(dá)天線架設(shè)時(shí)平臺(tái)的調(diào)整時(shí)間和水平精度，而且具有可靠性高，維護(hù)性好等特點(diǎn)。

［1］褚新峰，楊曙東.車載雷達(dá)自動(dòng)調(diào)平與舉升系統(tǒng)初步研究［D］.武漢：華中科技大學(xué)，2007.

［2］倪江生，翟羽健.雷達(dá)天線座車調(diào)平問(wèn)題的研究［J］.測(cè)控技術(shù)，1994，12（4）：36-39.

［3］郭世軍，魏峰，徐金娟.某車載雷達(dá)的調(diào)平設(shè)計(jì)［J］.電子世界，2013（17）：134.

［4］楊興瑤，劉行景.高精度電子傾角傳感器及其在自動(dòng)調(diào)平儀中的作用［J］.江蘇機(jī)械制造與自動(dòng)化，1994（6）：34-35.

［5］鄧先榮.天線伺服系統(tǒng)多電機(jī)同步控制方法［J］.現(xiàn)代雷達(dá)，2005，27（6）：45-47，51.

［6］鄧立民.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002.

The design of the vehicular radar electromechanical automatic leveling system

XIE Ming-jun
（Yulin Vocational and Technical College，Yulin 719000，China）

To shorten the time of leveling for the vehicle-mounted radar；to improve the precision of levelin.Using the four point leveling principle for the vehicle platform，which is a method basing on single chip microcomputer and programmable logic device（CPLD）of the automatic leveling system for the vehicle platform electromechanical，through the test of the debugging prototype，the leveling time of the vehicle-mounted radar is reduced from 10 minutes to 3 minutes and the leveling precision of the vehicle-mounted radar is improved by 20“to 3”.

electromechanical automatic leveling；level sensor；pressure sensor；servo control

TP

A

1674－6236（2016）09-0108-02

2015-05-26稿件編號(hào)：201505221

謝明軍（1982—），男，陜西榆林人，碩士，講師。研究方向：自動(dòng)控制理論。