車載雷達機電式自動調平系統的方案

現代戰爭對雷達機動性能的要求越來越高，特別是機動陸面載體如車載雷達天線、發射架等設備，到達預定位置后，要求快速架設精確的水平基準。車載平臺的人工手動調平已很難滿足軍方對雷達快速架設、快速撤收，以及平臺高精度調平的要求。機電式自動調平與人工調平相比具有調平時間短、調平精度高、可靠性高等特點。本設計是以單片機和CPLD為控制核心，伺服控制器和伺服電機為執行單元的機電式四點支撐自動調平隨動控制系統，能夠實現機電式車載平臺自動調平的全自動化、全閉環控制。其優點在于調平時間短(少于3分鐘)、調平精度高(小于3’)、可靠性高、可在惡劣環境下工作等方面。

　　系統組成

　　調平原理

　　調平方式通常有3點式或4點式，特殊的還有多點式如6腿或更多腿平臺。本系統根據實際的應用情況，采用4點式調平方式。四點支撐的工作平臺X 軸、Y 軸是根據水平傳感器的安裝位置確定工作平臺面上互相垂直的兩個軸向，調平原理如圖1所示。

　　在工作平臺的支撐腿著地后, 控制系統開始進行調平。通過水平傳感器的檢測信號，可以找出工作平臺的最高點。將水平傳感器按如圖1 所示方向安置于工作平臺上，傳感器輸出含有X 和Y 軸信號，它們是與水平誤差(角度) 成線性關系的數字信號。當X>0，Y<0時，撐腿A為最高點;X<0，Y<0時，撐腿B為最高點;X<0，Y>0時，撐腿C為最高點;X>0，Y >0 時，撐腿D為最高點。

　　假設撐腿著地后撐腿A為最高點(其他撐腿為最高點的情況相似)，根據水平傳感器的信號，可以分別進行X軸和Y軸方向的調節。如先進行X軸調節，其過程如下：撐腿A和D不動，撐腿B和C同時上升一定位移，即工作平臺繞撐腿A和D為軸線旋轉，撐腿B和C同時上升，上升的數值由控制系統根據水平傳感器的X軸反饋值決定，直至X軸呈水平狀態。Y軸調節與X軸類似。若工作臺的X軸和Y軸調節成水平狀態，則可認為工作臺已處于水平狀態。4點調平的水平誤差為q2=q12+q22，q1和q2分別為水平傳感器的角度精度。若兩個傳感器的控制精度都為δ時，則水平誤差。

4點及多點調平設計面臨的一個主要問題是虛腿現象，即有一個腿受力很小或者懸空，這在調平過程中是不能允許的。當平臺的負載均勻時，4個支撐點的受力應該均勻。本系統設計的處理辦法是把平臺支撐起來后，先進行一次粗調平(設定一個粗精度)，目的是使4個支撐點的受力比較接近。然后，再按照系統設定的調平精度進行調平。這樣，調節的過程就中不會出現一腿受力過小(虛腿)，從而有效的預防虛腿現象的出現。

　　硬件組成

　　該自動調平系統硬件組成如圖2所示。系統主要由控制部分、水平傳感器、壓力傳感器、伺服控制器、伺服電機及伺服電動缸等組成。

　　水平傳感器(X、Y兩個方向)測量車載平臺的傾斜度，通過RS232串行口向控制部分發送X方向和Y方向的傾角數據，波特率采用9600bit/s。本系統采用的水平傳感器其測量精度(零位)為0±20"，分辨率≤4"，完全滿足平臺傾角測量和調平的要求。

　　壓力傳感器用于測量4個支撐腳承受的壓力，測量范圍0～9000kg，通過RS232串行口向控制部分發送壓力數據，波特率采用9600bit/s。

　　控制部分主要由控制板、伺服驅動器和驅動接口單元組成。控制板是控制部分的核心，主要由單片機、CPLD、多路DAC、多串口擴展電路、RS232電平轉換電路、看門狗電路等組成。當操作人員通過按鍵將控制指令發送到控制板，CPU讀取水平傳感器、壓力傳感器送來的數據進行判斷并形成控制策略，產生控制信號由DAC送達伺服控制器，再控制驅動接口電路驅動某一路伺服電機運轉，直至調平。為了操作安全起見，整個調平運行過程通過聲、光進行指示。控制部分實時地將傾角、壓力數據進行顯示，方便操作人員監控。

本車載雷達平臺調平過程具體分兩個階段完成。第一階段為架設階段，即車載雷達到達陣地后，先控制四個支撐腿著地，進行落地檢測。系統通電后，操作人員只需按操作面板上的“架設”鍵，控制系統驅動伺服電機升支撐腿，同時檢測各支撐腿是否著地，當某一支撐腿著地后停止該腿的升動作。當四個支撐腿全部著地后，落地檢測結束。第二階段為調平階段。操作人員按操作面板上的“調平”鍵，單片機讀取水平傳感器送來當前車載平臺的傾斜度數據以及壓力傳感器送來的各支撐腿的受力數據，根據傾角數據和壓力數據，按照控制策略驅動相應電機上升相應支撐腿，直至座車傾斜度達到雷達系統的要求。

　　系統程序工作流程

　　本系統的工作流程框圖如圖3所示。

結語

　　雷達自動調平系統是車載雷達的一個重要的組成部分，對提高雷達的測量性能，如目標角度的測量精度以及整機架設、撤收的速度等，起著決定性的作用。本系統采用單片機和CPLD控制，應用交流伺服控制，大大提高了雷達天線架設時平臺的水平精度和調整的時間，而且具有高可靠性和維護性好的特點。