精密測量雷達軸系正交精度檢測方法研究

陳 戈，糜 敏，楊 林

(南京電子技術研究所， 南京210039)

0 引言

軸系精度是測量雷達天線座的重要技術指標之一，該精度會直接影響測量雷達的測角精度。因此，在加工及裝配過程中測量并控制軸系精度，對于保證天線座測角精度十分重要。

測量雷達天線座常用結構形式為燕尾式結構和叉臂式結構，兩類天線座結構形式俯仰部分有較大不同。兩者結構形式的差異，保證軸系精度所采用的方法及測量手段也有所不同。

目前普遍采用的軸系精度檢測方法是利用水銀盤、五棱鏡等測量裝置對天線座軸系精度進行最終評估。該方法對環境要求較高，需在無震動源、噪聲源環境下進行測量，無震動源、噪聲源環境是一種絕對理想的環境。一般天線座軸系精度要求在25 s內，振動源、噪聲源對軸系正交誤差高影響約4 s左右［1］。為了減少環境因素對軸系精度的影響，本文提出了一種新的虛擬定位檢測方法。該方法能克服對測量環境苛刻要求。該方法在雷達裝配中可為操作人員提供數據支撐，在裝配前期發現問題并進行預防，節省測量時間，降低工作強度。

1 天線座軸系精度

燕尾式結構天線座采用俯仰為雙短軸、雙懸臂結構，如圖1所示。左右俯仰軸安裝孔在俯仰箱兩側，通過機加工保證左右俯仰軸保持同軸和等高，同時滿足俯仰軸與方位軸的垂直度。

圖1 軟件架構圖

叉臂式天線座結構形式，如圖2所示。天線座方位轉臺左右支臂上的軸承支座與天線陣面兩側的短軸形成簡支梁形式，俯仰軸系采用組合軸形式，俯仰軸承的支撐跨距大，并且天線質量較大。通過修配左右支臂底部的墊板，保證左右俯仰軸保持同軸和等高，同時滿足俯仰軸與方位軸的垂直度［2］。

圖2 叉臂式結構天線座

天線座的軸系精度主要有:方位軸與大地的垂直度γ;俯仰軸與方位軸的垂直度δ;天線電軸與俯仰軸的垂直度κ［1］。通常將γ、δ、κ三項誤差的均方根值作為天線座軸系精度的綜合指標。其中俯仰軸與方位軸的垂直度δ即軸系正交精度［3-4］。

2 軸系正交精度檢測方法

2.1 燕尾式結構天線座軸系精度檢測方法

目前，檢測燕尾式結構天線座俯仰軸和方位軸的垂直度，常用方法為使用自準直光管配合水銀盤、五棱鏡完成。該方法原理為建立標準基準面，利用自準直光管在反光鏡中投影反射像的角度差檢測。

用水銀盤、五棱鏡測量方法要求檢測環境無震動源、噪聲源，對燕尾式結構天線座裝配后的精度，只能做出最終符合性判斷。

2.2 叉臂式結構天線座軸系精度檢測方法

為保證叉臂式結構天線座左右軸的等高及同軸要求，通常需配磨左右支臂底板的墊板。根據該類型天線座結構特點，提出了一套新的測量方法—虛擬定位檢測法。

虛擬定位檢測法是建立一條平行于大地的俯仰軸虛擬的公共軸線，將天線箱體上左右軸頭空間位置確立，檢測出天線座俯仰軸與俯仰公共軸線偏差量并加以修正。檢測示意圖如圖3所示。

圖3 測量示意圖

具體檢測方法為:

1)將測微準直光管放置在被測天線座體外，在天線座俯仰軸的一端將測微準直光管的基準水平軸線建立，并保證基準水平軸線通過天線方位旋轉中心。

2)在俯仰左右軸的被測軸孔中放置專用靶架，保證靶架中心通過軸心線，且靶架平面與軸心線垂直。

3)通過微調機構，調整靶架上的目標分劃板1#、2#、3#、4#四塊，使目標分劃板的中心和俯仰軸內徑基準同軸，以靶心體現孔的中心。

4)將目標分劃板1#、4#連線作為測微光管儀器的定位基準軸，后旋轉天線座180°后建目標分劃板4#、1#基準，消除天線座不水平度。

5)觀察目標分劃板1#和目標分劃板4#的高差。如果有差別，通過測微鼓輪將儀器十字線與分劃板中心相重合讀出偏差值，通過對叉臂轉臺上平面修磨調整。

6)調整好后，如儀器中心和1#、4#分劃板中心重合，則證明光管與目標分劃板1#和4#確立了公共軸線基準視線。

7)利用確立的公共軸線基準視線觀察1#、2#和3#、4#兩軸頭的軸心線測得差值△Ⅰ和△Ⅱ，根據式(1)計算出相應的傾斜調整量，結合反變形的修磨系數，配磨墊板。

式中:H為傾斜修磨量;Δ為與基準軸線差值;a為1#、2#或3#、4#墊板長度;L 為 1#、2#或 3#、4#目標分劃板距離。

8)X方向將左右軸頭軸心線向測微準直光管建立的基準水平軸線調整至最小值，通過測微準直光管觀察1#、2#和3#、4#分劃板的軸線和基準軸線的偏差，利用測微鼓輪測出結果，結合Y方向1#、2#和3#、4#的差值，通過式(2)、式(3)、式(4)、式(5)，計算獲得左軸及右軸的測量值，取最大值作為靜態軸系誤差值［5］。

式中:L為1#、2#或3#、4#目標分劃板距離;a為左軸或右軸的長度;Δx為1#、2#或3#、4#和基準軸線X 方向的差值;Δy為1#、2#或3#、4#和基準軸線 Y方向的差值;θ'i為左軸的軸系誤差值;θ″i為右軸的軸系誤差值。

9)考慮到天線箱體非球體結構，上下前后重量不等，會產生相應的變形，導致俯仰軸撓度的變化。為測出最大的動態軸系誤差，用上述測量方法，通過轉動天線箱體俯仰角度，測出0°～90°的雷達俯仰工作行程中動態的軸系正交最大值。

2.3 測量方法誤差分析

俯仰軸和方位軸正交精度測量誤差的影響因素主要有以下幾點:一是自準直平行光管光軸與俯仰軸不重合引起的誤差;二是自準直平行光管光軸與天線方位旋轉中心不相交引起的誤差;三是儀器、測量裝置本身誤差;四是瞄準、讀數不穩定等視覺誤差［6］。

自準直平行光管光軸與俯仰軸不重合引起的誤差、自準直平行光管光軸與天線方位旋轉中心不相交引起的誤差、瞄準、讀數不穩定等視覺誤差等與測量者有直接關系，屬于人為因素，可通過技術培訓提高測量人員操作技能。儀器、測量裝置本身誤差屬于測量系統固有誤差，測量儀器的精度在固定周期內需專業鑒定，測量儀器誤差在0.5 s內。對于天線座軸系正交精度，測量儀器固有誤差可忽略不計。

2.4 小結

1)燕尾式天線座和叉臂式天線座結構形式的不同，保證軸系精度所采用的加工、裝配方法及測量手段也有所不同。

2)水銀盤、五棱鏡測量方法要求檢測環境無震動源、噪聲源;虛擬定位檢測法克服了對測量環境的苛刻要求。

3)水銀盤、五棱鏡測量方法對燕尾式天線座裝配后的精度，只能做出最終符合性判斷;虛擬定位檢測法能夠對叉臂式天線座裝配過程控制檢測，對天線座裝配有指導性。

3 結束語

本文針對精密測量雷達天線座軸系的正交精度測量，分析了兩種天線座結構，并根據結構特點對比了兩種軸系精度檢測方法，對叉臂式天線座提出了一種新的虛擬定位檢測方法。該方法對測量環境要求低，并能有效測量雷達的軸系誤差。該方法在雷達裝配中可為操作人員提供數據支撐，在裝配前期發現問題并進行預防，節省測量時間，降低工作強度。

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