地面測(cè)控雷達(dá)角度標(biāo)校技術(shù)

蔣立民

（91245部隊(duì)，遼寧 葫蘆島 125000）

軍用衛(wèi)星地面測(cè)控雷達(dá)角度標(biāo)校是一項(xiàng)系統(tǒng)性工作，以地面測(cè)控誤差性質(zhì)為主要依據(jù)，對(duì)系統(tǒng)誤差系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)標(biāo)定，建立誤差模型，并圍繞這一模型對(duì)系統(tǒng)誤差進(jìn)行修正，可以提高軍用衛(wèi)星地面測(cè)控精度，為準(zhǔn)確定航提供可靠的數(shù)據(jù)支持。隨機(jī)誤差往往會(huì)對(duì)地面雷達(dá)測(cè)角精度產(chǎn)生一定影響，因而積極探討軍用衛(wèi)星地面測(cè)控雷達(dá)角度標(biāo)校技術(shù)，有助于實(shí)時(shí)且準(zhǔn)確地開(kāi)展測(cè)角標(biāo)校，提高軍用衛(wèi)星地面雷達(dá)的測(cè)角精度。

1 軍用衛(wèi)星地面測(cè)控雷達(dá)角度系統(tǒng)誤差模型分析

軍用衛(wèi)星地面雷達(dá)角度標(biāo)校主要包含兩部分，一是標(biāo)定，即給出系統(tǒng)誤差系數(shù)；二是校準(zhǔn)，是采取措施對(duì)系統(tǒng)誤差進(jìn)行降低或消除。在地面測(cè)控工作中，雷達(dá)角度標(biāo)定與校準(zhǔn)往往是結(jié)合在一起的，統(tǒng)稱為標(biāo)校。軍用衛(wèi)星地面測(cè)控雷達(dá)角度系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，誤差模型包含多種類(lèi)型，A-E型座架雷達(dá)的主要誤差項(xiàng)相同，存在通用性。在軍用衛(wèi)星地面測(cè)控雷達(dá)角度系統(tǒng)誤差模型的修正方面，以真值作為參考對(duì)誤差項(xiàng)符號(hào)進(jìn)行定義，當(dāng)某項(xiàng)誤差存在時(shí)，測(cè)量值縮小時(shí)誤差本身取“正”，測(cè)量值增大時(shí)誤差本身取“負(fù)”[1]。軍用衛(wèi)星地面測(cè)控雷達(dá)角度系統(tǒng)誤差模型中涉及到的要素主要有目標(biāo)方位角真值、目標(biāo)俯仰角真值、設(shè)備方位角測(cè)量值、設(shè)備俯仰角測(cè)量值、重力下垂蘇所引起的俯仰誤差、光電軸不匹配所引起的方位誤差等。

2 軍用衛(wèi)星地面測(cè)控雷達(dá)角度標(biāo)校設(shè)施和設(shè)備

2.1方位標(biāo)

軍用衛(wèi)星地面測(cè)控雷達(dá)角度標(biāo)校的實(shí)現(xiàn)，離不開(kāi)測(cè)控雷達(dá)四個(gè)象限的支持，不同象限內(nèi)分別建造方位標(biāo)，為軍用衛(wèi)星地面測(cè)控雷達(dá)角度標(biāo)校提供支持，一般情況下方位標(biāo)數(shù)量不可少于4個(gè)，不可多于6個(gè)。方位標(biāo)的建設(shè)，應(yīng)保持天線仰角在2°左右，其相對(duì)測(cè)量設(shè)備距離應(yīng)不低于500 m，但不可超出5 000 m，以免影響方位標(biāo)相對(duì)測(cè)量設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用效果。一般情況下，方位標(biāo)照準(zhǔn)部涂有標(biāo)準(zhǔn)的“十”字，為黑白色調(diào)，“十”字中心設(shè)置光標(biāo)，便于加強(qiáng)軍用衛(wèi)星地面測(cè)控精準(zhǔn)度控制。對(duì)于軍用衛(wèi)星地面測(cè)控來(lái)說(shuō)，其大地測(cè)量成果應(yīng)具備三等大地測(cè)量控制網(wǎng)精度，否則會(huì)影響軍用衛(wèi)星地面測(cè)控雷達(dá)實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的充分發(fā)揮。

2.2校準(zhǔn)塔

校準(zhǔn)塔也是軍用衛(wèi)星地面測(cè)控雷達(dá)角度標(biāo)校過(guò)程中的重要組成部分，一般布置于測(cè)控雷達(dá)周?chē)瑢?biāo)校板設(shè)于校準(zhǔn)塔頂部，標(biāo)校板呈標(biāo)準(zhǔn)“十”字形，標(biāo)校板中心設(shè)置測(cè)試信標(biāo)天線，標(biāo)校板角部設(shè)置校準(zhǔn)光標(biāo)。為提高軍用衛(wèi)星地面測(cè)控雷達(dá)角度標(biāo)校的準(zhǔn)確性與可靠性，應(yīng)保持“十”字形標(biāo)校板板面與測(cè)控雷達(dá)視準(zhǔn)軸處于標(biāo)準(zhǔn)的垂直狀態(tài)，并控制好標(biāo)校板與測(cè)控雷達(dá)的通視狀態(tài)，確?！?°范圍內(nèi)不存在測(cè)控遮擋，以免影響軍用衛(wèi)星地面測(cè)控雷達(dá)角度標(biāo)校的整體效果。

3 軍用衛(wèi)星地面測(cè)控雷達(dá)角度誤差系數(shù)標(biāo)定

3.1方位軸與俯仰軸不正交度測(cè)試

在軍用衛(wèi)星地面測(cè)控雷達(dá)角度誤差系數(shù)標(biāo)定過(guò)程中開(kāi)展方位軸與俯仰角不正交度測(cè)試時(shí)，需在測(cè)量工裝上妥善安置水平儀，調(diào)整好天線角度，使A=0°、E=0°，選用水平儀作為讀值設(shè)備，準(zhǔn)確讀取水平儀值；之后結(jié)合軍用衛(wèi)星地面測(cè)控需求調(diào)整天線俯仰角，旋轉(zhuǎn)180°后讀值，再旋轉(zhuǎn)180°并繼續(xù)讀值；最后將俯仰角旋轉(zhuǎn)至初始位置，E=0°，再次讀出水平儀值。至此完成一個(gè)測(cè)回，以同樣方法繼續(xù)測(cè)回。一般情況下需將倒鏡置于水平儀位置上，以消除儀器零點(diǎn)誤差和測(cè)量工裝誤差，進(jìn)而計(jì)算方位軸與俯仰軸不正角度，明確工裝誤差及水平儀誤差。

3.2光軸與俯仰軸不正交度測(cè)試

第一步，對(duì)光軸與俯仰軸不正角度進(jìn)行標(biāo)校。在光軸與俯仰軸不正角度測(cè)試過(guò)程中，首先應(yīng)當(dāng)由望遠(yuǎn)鏡正鏡讀數(shù)和倒鏡讀數(shù)進(jìn)行標(biāo)校。在正鏡讀數(shù)過(guò)程中，適當(dāng)調(diào)整天線，將正鏡望遠(yuǎn)鏡分化板中心對(duì)準(zhǔn)校準(zhǔn)塔上的光標(biāo)，在望遠(yuǎn)鏡分化線的合理劃分下，讀取坐標(biāo)讀數(shù)，結(jié)合倒鏡讀數(shù)需求，從天線俯仰方面入手調(diào)整其角度，待天線俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)180°后，倒裝望遠(yuǎn)鏡，保持方位角處于固定狀態(tài)，再次對(duì)塔上光標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)，確定望遠(yuǎn)鏡中讀數(shù)。依據(jù)正鏡讀數(shù)和倒鏡讀數(shù)計(jì)算光軸與俯仰軸不正交誤差[2]。以望遠(yuǎn)鏡“十”字左為正，右為負(fù)，確定望遠(yuǎn)鏡讀數(shù)，并反復(fù)調(diào)整，確保讀數(shù)最小，以此確定光軸與俯仰軸保持垂直狀態(tài)。

其次，由軸角編碼器讀數(shù)進(jìn)行標(biāo)校，同樣依據(jù)正鏡讀數(shù)和倒鏡讀數(shù)對(duì)天線俯仰角度進(jìn)行調(diào)整，將正鏡光標(biāo)與望遠(yuǎn)鏡“十”字分化板中心相對(duì)準(zhǔn)，在方位軸角編碼器的協(xié)助下讀取正鏡讀數(shù)。將天線方位轉(zhuǎn)動(dòng)180°，調(diào)整俯仰角與天線座，確保望遠(yuǎn)鏡倒鏡光標(biāo)與“十”字中心相對(duì)準(zhǔn)，以同樣方式讀取倒鏡讀數(shù)。正鏡讀數(shù)與倒鏡讀數(shù)應(yīng)記錄準(zhǔn)確，為光軸與俯仰角不垂直度計(jì)算提供可靠的數(shù)據(jù)支持。若所獲取的值較大，應(yīng)隨時(shí)調(diào)整望遠(yuǎn)鏡位置，并重新讀取正鏡讀數(shù)與倒鏡讀數(shù)，以提高數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度與可靠性。

第二步，電軸的調(diào)整應(yīng)全面考量方向方位因素，以標(biāo)校塔為基準(zhǔn)，建立光標(biāo)與電標(biāo)，此時(shí)方位上電軸與光軸應(yīng)保持平行狀態(tài)，必要情況下需調(diào)整電軸，以免影響不正角度測(cè)試的有效性。

第三步，將電軸與塔上電標(biāo)保持一致，在俯仰上對(duì)光軸進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，確保這一方面光軸與電軸保持良好的平行狀態(tài)。

3.3天線光電不匹配誤差標(biāo)定

以望遠(yuǎn)鏡讀數(shù)對(duì)天線光電不匹配誤差進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，需要經(jīng)過(guò)正鏡觀測(cè)與倒鏡觀測(cè)，分別讀取正、倒鏡光標(biāo)“十”字在望遠(yuǎn)鏡中的脫靶量，并依次為依據(jù)計(jì)算大天線光電不匹配誤差，包括天線橫向光電不匹配誤差和天線縱向光電不匹配誤差[3]。若實(shí)際標(biāo)校過(guò)程中望遠(yuǎn)鏡存在倒相問(wèn)題，則應(yīng)在獲取望遠(yuǎn)鏡讀數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行反號(hào)，并重新代入計(jì)算，以保證大天線光電不匹配誤差計(jì)算的合理性和準(zhǔn)確度。

在此基礎(chǔ)上，以軸角編碼器讀數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，依據(jù)所獲取的正鏡自跟蹤讀數(shù)和倒鏡自跟蹤讀數(shù)計(jì)算光電失配相關(guān)數(shù)據(jù)，當(dāng)電軸落后光軸時(shí)，光電失配為負(fù)；當(dāng)光軸落后于電軸時(shí)，光電失配為正。

3.4重力下垂誤差標(biāo)定

重力下垂誤差標(biāo)定技術(shù)與天線光電不匹配誤差標(biāo)定技術(shù)存在高度一致性，在獲取望遠(yuǎn)鏡讀數(shù)后，對(duì)重力下垂誤差進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)重力下垂所引起的仰角誤差進(jìn)行修正。當(dāng)重力下垂引起電軸向下時(shí)，重力下垂誤差為負(fù)，反之則為正。

3.5大盤(pán)不水平及最大傾斜方向

在軍用衛(wèi)星地面測(cè)控雷達(dá)角度標(biāo)校過(guò)程中，大盤(pán)不水平及最大傾斜方向的標(biāo)定比較特殊，需全面掌握天線方位轉(zhuǎn)盤(pán)平臺(tái)，于其上放置合象水平儀，從0°起對(duì)天線方位進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，以15°為間隔，定期讀取合象水平儀讀數(shù)和方位編碼器讀數(shù)，直至轉(zhuǎn)動(dòng)至345°.在這一操作過(guò)程中，當(dāng)方位轉(zhuǎn)盤(pán)外沿向下傾斜時(shí)，記為正，密切觀察方位轉(zhuǎn)盤(pán)最大傾斜量與最大傾斜方位角，并進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，得出最大不水平角與方位角，掌握天線座不水平誤差，進(jìn)一步計(jì)算方位與俯仰誤差修正量。

3.6角度零值標(biāo)定

在方位角零度值方面，主要依據(jù)正、倒鏡法測(cè)量方位標(biāo)，一般連續(xù)測(cè)量三個(gè)測(cè)回。零值方向的確立上，陸站與船站有所不同，陸站零值方向取正北，船站零值方向則以船艏艉線為依據(jù)。與此同時(shí)，船的航向角是船站塢內(nèi)標(biāo)校的重要考量因素，之后依據(jù)方位標(biāo)大地方位角及方位標(biāo)正反向測(cè)量值為依據(jù)計(jì)算方位角零值。在俯仰角零值方面，則主要是依靠方位標(biāo)俯仰正反向測(cè)量值等為依據(jù)計(jì)算度仰角零值。

3.7天線定向靈敏度標(biāo)定

測(cè)控雷達(dá)對(duì)信標(biāo)喇叭實(shí)現(xiàn)自跟蹤，對(duì)跟蹤零點(diǎn)進(jìn)行記錄。保持天線俯仰不動(dòng)，對(duì)方位支路輸出誤差電壓進(jìn)行測(cè)量，調(diào)整交叉耦合；保持天線方位不動(dòng)，對(duì)俯仰支路輸出誤差電壓進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)而調(diào)整交叉耦合，計(jì)算誤差靈敏度。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，現(xiàn)代航天技術(shù)不斷發(fā)展，航天器軌道測(cè)量對(duì)地面測(cè)控雷達(dá)測(cè)角精度提出了更高的要求。為保證軍用衛(wèi)星地面測(cè)控精準(zhǔn)度，應(yīng)積極做好雷達(dá)角度標(biāo)校工作，這就需要對(duì)雷達(dá)角度系統(tǒng)誤差模型開(kāi)展深入分析，規(guī)范雷達(dá)角度標(biāo)校設(shè)施與設(shè)備，充分發(fā)揮其使用功能，并認(rèn)真做好軍用衛(wèi)星地面測(cè)控雷達(dá)角度誤差系數(shù)標(biāo)定工作，為地面雷達(dá)測(cè)角精度的提升提供可靠支持，從而改善軍用衛(wèi)星地面測(cè)控工作成效。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊 兵.某型衛(wèi)星地面站標(biāo)校技術(shù)研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2010.

[2]袁 勇，李 革，馬鵬斌，等.雷達(dá)的衛(wèi)星標(biāo)定技術(shù)方法[J].陜西科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008（04）：109-113.

[3]楊斌峰.地面測(cè)控雷達(dá)角度標(biāo)校技術(shù)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2005（17）：47-49，52.