淺談雷達測量誤差的產(chǎn)生原因及減小措施

康耀興 井偉 王濬

摘要：雷達的出現(xiàn)，是由于戰(zhàn)爭需要的產(chǎn)物;雷達發(fā)展至今，已應(yīng)用到生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域。不論是軍用還是民用，不論是車載、艦載還是機載雷達;從最早的單脈沖雷達發(fā)展到現(xiàn)在的多手段融合雷達;雷達的測量誤差一直是我們關(guān)注而且要減小的重要指標。通過多年來雷達的調(diào)試，我們就來探討某一類地面架設(shè)雷達測量誤差的產(chǎn)生原因及減小措施。希望能對我們雷達系統(tǒng)的調(diào)試起到有價值的參考。

關(guān)鍵詞：雷達調(diào)平;標定;伺服系統(tǒng);天線;溫度

引言：

雷達系統(tǒng)不論是設(shè)計定型階段還是生產(chǎn)階段，減小測量誤差提高測量精度永遠是不變的目標。引起誤差的原因很多;首先是雷達的調(diào)平，雷達伺服系統(tǒng)的精度（碼盤精度、方位齒輪回差，高低角誤差），雷達天線指向，標定，還有一年四季溫度變化對雷達的影響等等。所以在設(shè)計和生產(chǎn)中盡量減小各個方面引起的誤差，下面我就這幾個重要影響雷達測量誤差的引述分別進行討論。

1雷達水平調(diào)整

雷達為了測量目標的信息通常是將雷達與被測目標放在同一個坐標系中，為了得到準確的目標信息，首先雷達要調(diào)整好水平，這樣才能保證雷達有正確的指向（包括高低指向和方位指向），也就是說保證雷達的波束指向正確;雷達設(shè)計階段定型階段要考慮材料既輕便又有小的剛性形變;在生產(chǎn)階段要保證這個雷達的水平，也就是雷達的天線、伺服系統(tǒng)等的水平，尤其是雷達在轉(zhuǎn)動時保證方位360度每個角度都是水平的，如果是車載的還要考慮在車上時保證整體的水平，而且當長時間后還要考慮道車體的剛性形變發(fā)生形變，還要重新檢查車體是否發(fā)生形變;雷達的水平雖然看起來簡單，但是雷達的水平與否對雷達的測量精度影響非常大。

2雷達標定（光電軸校準）

雷達的標定有很多種方法，雷達應(yīng)用的環(huán)境不同那標定方法也不同，但是目的為了精確定位。為了雷達得到高精度的目標位置，那么標定至關(guān)重要，精確標定可以減小雷達的系統(tǒng)誤差;地面?zhèn)刹炖走_的標定主要有兩點標定法、GPS加指北針定位法、加裝GPS標定系統(tǒng)以及現(xiàn)在我國的北斗定位系統(tǒng)等等。

兩點標定法是較早的、較原始的標定方法之一，兩點標定法的原理是找一個相對孤立的參照物作為被測物，參照物距離雷達的位置不能太遠也不能太近，保證用標定鏡可以清晰的看到參照物，選定參照物后用高精度GPS測得參照物和雷達的大地坐標，在保證雷達水平的前提下，通過標定鏡對準參照物，然后將雷達和參照物的坐標輸入雷達，通過雷達軟件計算確定雷達碼盤的當前所在位置的正北位置，到此雷達的標定已經(jīng)完成了;雖然看起來很簡單，但是在雷達出廠前要做一項工作，那就是光電軸校準，光電軸校準的精度直接影響了雷達標定的精度，校準鏡一般裝在天線上，要么和高低法線重合要么和水平法線重合，即使這樣也存在誤差，除非將校準鏡放在天線的中心，所以在標定計算時要將校準鏡的誤差補上，而且在用戶使用時，標定參照物也要在一定的距離范圍內(nèi)，這樣才能減小雷達的測量誤差。

隨著科技的發(fā)展，成本的下降，慢慢的雷達的標定也越來越簡單，現(xiàn)在已經(jīng)不用兩點標定了，現(xiàn)在利用慣導系統(tǒng)即可實現(xiàn)雷達的標定，即及確定了雷達在大地坐標的位置也確定了雷達碼盤在大地坐標的正北（也就是碼盤的“0“位置），開始用GPS慣性系統(tǒng)，隨著國家的強大，北斗組網(wǎng)完成，我國的北斗慣性系統(tǒng)已經(jīng)普及。

3雷達天線

天線是雷達的眼睛，天線的好壞直接影響到雷達的精度、雷達的探測距離和雷達的分辨率等等;通常都認為天線的波束中心正好對準目標中心，即認為最大輻射方向?qū)誓繕耍珜嶋H工作中天線是掃描的，當天線波束掃過目標時收到的目標回波信號振幅按天線波束形狀調(diào)制。天線的好壞直接影響到發(fā)射信號及接收信號的質(zhì)量;天線生產(chǎn)時最重要的工作是測試天線的方向圖，這樣不論是電掃描還是機械掃描可以使天線波束的最大輻射方向?qū)誓繕耍焖俣鴾蚀_的接收到最強的目標回波信號;雖然說起來簡單，但是實際上天線方向圖的測試過程枯燥而耗時，而且還要耐心和細心;例如：在某雷達天線在試驗階段測試方向圖時測試是準確無誤的，但是給整機提供方向圖參數(shù)時頻率指向差了很小的頻率差，結(jié)果導致雷達測量的目標信息誤差很大，經(jīng)過細心的排查找到了問題所在，修改天線指向參數(shù)后誤差消除了。

4雷達伺服系統(tǒng)（碼盤精度、方位角齒輪回差、高低角誤差）

伺服系統(tǒng)是控制雷達在高低和方位上運動，測量目標的各種運動參數(shù)的電子設(shè)裝置，是典型的機電自動控制技術(shù)?！八欧到y(tǒng)”實際上是控制天線機械傳動系統(tǒng)按設(shè)定的運動規(guī)律，去自動地轉(zhuǎn)動天線去捕獲、跟蹤目標或使天線轉(zhuǎn)動到某位置。伺服系統(tǒng)也被稱為“隨動系統(tǒng)”。伺服系統(tǒng)與其他控制系統(tǒng)的區(qū)別是被控制的輸出量是機械位移（角位移）、速度（角速度）或加速度（角加速度）。

高精度的雷達伺服系統(tǒng)首先要選高精度的碼盤，伺服系統(tǒng)是控制天線機械轉(zhuǎn)動的機械裝置，其次是好伺服系統(tǒng)齒輪的機械加工精度必須高，減小齒輪回差帶來的誤差;還有就是伺服系統(tǒng)在運動到靜止、靜止到運動過程中既要快速啟動又要快速制動，要達到高精度的控制，那么控制系統(tǒng)的阻尼振蕩要小;伺服系統(tǒng)是雷達搜索、捕獲目標并跟蹤、測定目標所在位置及各種運動參數(shù)的電子設(shè)備?？焖俨东@目標，按特定要求平穩(wěn)跟蹤目標，并精確定位是雷達最基本的要求，也是伺服自動控制設(shè)計和天線轉(zhuǎn)動設(shè)計的基本要求。

5環(huán)境溫度

一年四季環(huán)境溫度對一般雷達的影響很小，但是對于特定天線的雷達就影響很大了，比如裂縫天線雷達，因為裂縫天線主要是由多根裂縫波導形成天線陣面，那么裂縫波導的材料會隨著環(huán)境溫度的變化，裂縫的大小隨之而變化，即使加工精度很高，只能保證加工當時溫度下的精度，當環(huán)境溫度變化后，裂縫的大小也會發(fā)生變化，裂縫大小變了那么天線的指向就變了，那么隨之雷達的測量精度就降低了;例如某雷達由于種種原因冬季生產(chǎn)調(diào)試的，但是到了夏季，同一部雷達在同一個場地復測光電軸時發(fā)現(xiàn)，方位的碼盤值跑了幾個密位，經(jīng)過反復的實驗，反復的驗證，經(jīng)過分析得出的結(jié)果是由于裂縫天線因環(huán)境溫度的變化導致裂縫尺寸的變化引起的;實測發(fā)現(xiàn)為了減少環(huán)境帶來的影響，我們做了大量的工作，通過一年多的測量實驗，將一年四季的測量數(shù)據(jù)對比分析，通過討論研究，為雷達增加溫度補償措施，從而降低了環(huán)境溫度對此類雷達的影響。

6總結(jié)

綜上所述，為了使雷達精確的測量目標在空間的位置，我們要將雷達的主要的戰(zhàn)術(shù)參數(shù)和技術(shù)參數(shù)都要裝訂到最佳狀態(tài)。首先要保證調(diào)整雷達水平、雷達精確標定、天線的波束形狀增益和掃描方式、接收機的靈敏度、發(fā)射機功率等指標都要調(diào)整到設(shè)計的規(guī)定范圍內(nèi)。有些重要參數(shù)可能要不定期檢查，摸索其隨環(huán)境溫度的變化規(guī)律，在參數(shù)裝訂時也要將這些因素考慮進去，始終使雷達工作在最佳狀態(tài)，這樣才會使雷達的系統(tǒng)誤差變小，捕捉目標的能力和準確度更高。

參考文獻

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