1、Vo135，No2 Feb，2010 火力与指挥控制 Fire Control&Command Control 第35卷第2期 2010年2月 文章编号：10020640(2010)02016903 舰载雷达零位标校新法 赵馨，王世峰，佟首峰，宋鸿飞 (长春理工大学，长春130022) 摘要：对目前现有舰载火控雷达零位标校的方法和技术做了简单概述，提出了一种基于差分GPS、CCD、激光经纬仪等 技术相结合的零位标校新法，给出了系统硬件组成和算法原理，对系统误差影响因素做了分析。实践标明此系统可以有效的 克服由于舰体的摆动而对测量精度的影响，并极大的改善了标校的灵活性与机动性。标校系统测量真值位
2、置精度优于50 am， 相应真值角度精度优于005 mrad，满足舰载雷达标校精度要求 关键词：雷达标校，差分GPS，CCD，激光经纬仪 中图分类号：TN95972 文献标识码：A New Method on Zero Position Calibration of Shipborne Radar ZHAO Xin，WANG Shifeng，TONG Shoufeng，SONG Hongfei (Chang Chun University of Science and Technology，Changchun 1 30022，China) Abstract：Method and overall
3、 technology about zero position calibration of shipborne radar were introduced in briefA new method on zero position calibration was proposed integrated the technology of differential GPS，CCD camera，laser theodolite and SO onHardware composition and algorithm of system were elaborated in detail，and
4、the error of system was analyzedIt was proofed by practice that measuring accuracy was enhanced，the influence of shipbody wiming was eliminated，and system performance of flexibility and mobility were improvedAnd position precision of calibration was higher than 50 cm and accuracy of angle was higher
5、 than 005mradwhich was suit of calibration of shipborne radar Key words：radar ealibration，differential GPS，CCD camera，laser theodolite 言 雷达出厂前和长期使用后都需要对雷达的测量 精度进行标校。雷达零位误差是雷达标校中的一个 重要技术指标，如果使雷达跟踪与雷达距离为R， 处于雷达方位、俯仰基准上的目标，若不考虑雷达测 量的随机误差，雷达输出的目标距离、方位、俯仰角 值应该为R、0、0。而实际上雷达输出的目标距离、方 位、俯仰角为(R+AR)、Aa、 ，这里的A
6、R、Aa、 的偏移量就是雷达的静态零位误差。对舰载雷达进 行标校时需要满足一定的条件：雷达载体、目标 均处于静止状态；雷达载体处于水平状态；目 收稿日期：200811-19 修回日期：20090213 *基金项目：某基地重点基金资助项目 作者简介：赵 馨(1977一)，男，吉林柳河人，博士研究 生，主要研究方向：光电检测、图像处理等。 标最好处于雷达最大作用距离的三分之一，雷达方 位和俯仰测量基准处。传统标校需要在载舰使用经 纬仪和电子水平仪，要求载舰靠码头、系缆状态；海 上风浪较小，舰上无关设备关机，减少人员走动； 舰上有可通视的大于10 m的首尾线，但是被标校 雷达一般与固定耙标相距较远，
7、使用经纬仪对耙标 点进行瞄准较困难，还必须将经纬仪位置和雷达馈 源点位置进行换算。也可以使用码头岸边的已知坐 标点，使用激光经纬仪和CCD相机相结合的方法来 实现标校，使用CCD相机实时跟踪雷达馈源点的位 置变化达到精确测量，但是这种测量方法必须要求 岸边有两个以上的基准坐标已知点，限制了标校的 灵活性和机动性，标校时还必须对测量点进行投影 运算，算法复杂。使用差分GPS进行标校，可以提高 测量精度，机动性也很高，但是不适合在载舰上直接 安装GPS，主要考虑是载舰上层建筑物较多，对 GPS卫星信号有遮挡，使GPS定位精度下降且工 170 (总第35340) 火力与指挥控制 2010年第2期 作
8、不可靠，同时雷达回转体的原因也不适合直接在 其上安装GPS天线。综上所述，如果在地面点上使 用差分GPS，并结合激光经纬仪和CCD相机不但 实现高精度标校系统，简化系统算法，同时可以极大 地提高标校的灵活性和机动性。 1 标校过程及系统组成 由于雷达随载舰一起摆动，其位置坐标是实时 变化的，进行标校时如何高精度地获得雷达馈源点 的位置坐标是关键所在。其测量原理如图1所示。 载 码 位 固定靶标 口GPS差分站 位置2 图1标校原理图 标校时使用差分GPS在位置1进行测量，得到 该点的位置坐标，并进行记录。而后将系统置于位置 2上进行测量，并得到位置坐标，并以该点位置为原 心建立测量坐标系。在该
9、坐标系下使用激光经纬仪 和CCD相机求得雷达馈源点的实时位置坐标，将其 实时位置坐标与固定靶标点坐标进行运算得到标校 真值，经过统计处理后可验证雷达零位误差是否满 足要求。由上述分析可知标校系统主要由差分 GPS、激光经纬仪、CCD相机、GSM模块等部分组 成，其关系如图2所示。 激 被 葬 GSM 光 OCD 标 PS 模J 经 机 校 模 块I 纬 相 雷 块 仪 达 U U U 主控计算机 土 I存储设备 l 图2标校系统组成框图 2 标校原理 标校过程及系统组成给出图3所示软件流程。 位置坐标测量：包括位置1和位置2的坐标 测量，使用GSM模块与差分GPS相结合的技术(目 前此技术已经
10、很成熟)实现位置参数的高精度测量。 实际应用中需要进行极坐标与直角坐标之间的转换 公式，包括正变换与逆变换过程。具体转换过程按 WGS一84椭球转换即可。 建立测量坐标系：以位置2为原心建立测量 对雷达进 行调整 求雷达馈源点坐标 I 堡堇塞篁 标校真值与雷达输出值作 差，并对差值统计处理 l将统计处理值与雷达 统计值 l出厂标称值比较 大于标一 l ，则雷达零位误差合格， ，则雷达零 位误差不合格，需要对雷达输出的信号进行调整，重 复上述标校过程，直到合格为止，标校过程结束。 3误差分析及实验 31误差分析 按有雷达标校精度规定，在雷达标校时，要求标 校设备的测量精度高于被测雷达精度3倍以上
11、。通 常情况雷达输出俯仰角和方位角误差优于 058 mrad，考虑综合影响如果将标校真值精度定为 0145 mrad，雷达馈源点与靶标的基线距离为 10 km(实际一般为13 km左右)，则对雷达馈源点的 测量精度方差应为： L0145：L(km)0145(mrad)一145 m 由上式可知，对馈源点坐标测量精度必须小 145 m，才能保证标校真值测量精度。 实际测量时位置l与位置2的距离为100 1TI， 雷达馈源点距离仪器架设点(位置2)的距离一般取 200 m。对测量误差引起的视轴指向精度进行了分 析。具体见表1。 表1系统误差分析 误差源 误差(mrad) 差分GPS位置误差10 cm
12、， 引入的测量坐标系轴向误差 电子经纬仪角误差2 S CCD相机脱靶量角误差16 S 差分GPS位置误差10 cm，测量 距离200 m，引入的位置误差 激光测距机10 cm误差 相机视轴与经纬仪视轴 不重合引起的误差 其他安装、调平、温度变化等引起的误差 总误差 测量距离为200 m，所以总的测量位置误差为 48 cm。此值远小于145 ITI的标校真值位置精度要 求。本系统满足测量要求。雷达和固定耙标的距离 按10 km算的话，则系统的标校真值角度优于 005 mrad，满足有关雷达标校的精度要求。 32相关实验 根据上述系统组成及相关原理对摆动馈源点进 行实时跟踪测量，使用UTM平面坐标
13、进行记录，实 验数据见表2。 表2测量数据 静态误差(cm) 方位 譬 O2 馈源 点动上下运动 O4 态测06 测量值(m) 误差(cm) O25 O48 O63 5O 80 30 量02 018 左右运动04 050 06 065 动态误差最大值(cm) 系统总位置误差(cm) 20 1O0 50 100 l850 上述实验数据是在测量距离为100 m时得到 的，实际工作时距离一般选取为200 121左右。 (下转第176页) 蛐 ” O O 2 9 176 (总第35346) 火力与指挥控制 2010年第2期 图6液压系统压力脉动频谱分析仪面板图 行，通过VI Sever技术来辅助实现控
14、件的动态移 动。VI Sever技术的另外一个重要功能就是实现VI 的动态加载。实现动态加载的框图程序如图7所示， 主要由Open VI Reference、Call By Reference和 Close Reference 3个函数构成。在本测试系统中通 道配置、试验原理背景图编辑、数据采集和数据分析 是几个相对独立的过程，所以通过动态加载上述各 个子VI可以加快程序的运行。 图7动态加载程序框图 本测试方案中通过全局变量在各个子VI之间 传递试验代号，实现文件的自动命名、参数的自动搜 索等。当该全局变量是一个大容量的数组或字符串 时，必然会产生很大的内存开销，因为全局变量的生 命周期与整
15、个大程序的运行时间一致，所以不能过 度地使用全局变量。系统中使用的全局变量都是数 字或者小容量的字符串。另外，屏幕刷新影响测试程 序的性能，系统中尽量避免使用减少控件的数量，并 使其显示尽可能简单。 5 结 论 基于虚拟仪器测量技术的PXI总线型测试平 台，可充分利用计算机强大的软件功能，提高仪器的 数据处理能力；系统集成度高，可降低水压仿真器液 压系统的测试设备成本；其测试精度高、开发时间 短，能自动实现各测试点数据的实时采集、记录，并 能进行一系列相关的事后分析。本文采用虚拟仪器 图形化的软件开发工具LabVIEW，设计开发水压 仿真器液压测试系统，可实现智能化的压力和流量 的监测显示以及
16、频谱分析的功能，该测试系统的设 计方案可实际应用于水压仿真器液压系统的动态跟 踪监测试验中。 参考文献： 13 薛得凤基于图形化编程语言LabVIEW的一种虚 拟仪器的实现EJ自动化与仪器仪表，2003，25(5)： 2425 2 潘罗平水轮机压力脉动实验方法的研究J水力 发电学报，2003，21(3)：07110 3 万亚民，王孙安一种高性能水压仿真器的研究J 机床与液压，2003，28(4)：1516 4 程学庆LabVlEW图形化编程与应用实例M北 京：中国铁道出版社，2005 E5 沈凤林飞机液压起落架电液伺服加载系统的研究 D西安：西北工业大学，2002 63 张 毅虚拟仪器技术分析
17、与应用M北京：机械 工业出版社，2004 (上接第171页) 4 结 论 使用本系统可成功实现对舰载雷达坐标进行零 位静态标校。由于本系统采用CCD相机对雷达馈源 点进行摄像，可以克服由于船体的摆动而带来的测 量精度不高的缺点。通过存储设备储存大量图片和 数据使系统既可实时处理又便于事后分析处理。同 时在标校时不开启CCD相机，本系统还适合对机载 及岸基雷达进行标校，实现了标校系统的统一。由于 使用差分GPS系统，极大地提高了标校系统的测量 精度，而且差分系统选择测量位置点较方便，提高了 标校系统的机动性和灵活性，可以有效地克服由于 舰体的摆动对测量精度的影响。 参考文献： 1 李兴民，朱家移
18、，赵贤超战术导弹火控雷达零位标 校方法研究J战术导弹技术，2004，24(1)：5558 2 林华，石章松，玄兆林同一地球椭球体上不同 坐标系之间的坐标转换口火力与指挥控制， 2002，27(5)：5355 3 曾宪伟，张智军，丁东涛，等某型机载雷达的地面标 校方法J现代雷达，2005，27(12)：6870 4 侯宏录，李宏光电经纬仪测量飞行器三维坐标方 法及误差分析J光电工程，2002，29(3)：4-8 5Lu G，Lu Y M，Deng T O，et a1Automatic Alignment of Optical Beam Based GPS for Free space Laser Communication SystemJSPIE，2003 (5160)；432438 6 常 军机载雷达目标的大地坐标定位J电讯技 术，200343(2)：97-100
