車載雷達(dá)機(jī)電式自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)的方案

現(xiàn)代戰(zhàn)爭對(duì)雷達(dá)機(jī)動(dòng)性能的要求越來越高，特別是機(jī)動(dòng)陸面載體如車載雷達(dá)天線、發(fā)射架等設(shè)備，到達(dá)預(yù)定位置后，要求快速架設(shè)精確的水平基準(zhǔn)。車載平臺(tái)的人工手動(dòng)調(diào)平已很難滿足軍方對(duì)雷達(dá)快速架設(shè)、快速撤收，以及平臺(tái)高精度調(diào)平的要求。機(jī)電式自動(dòng)調(diào)平與人工調(diào)平相比具有調(diào)平時(shí)間短、調(diào)平精度高、可靠性高等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)和CPLD為控制核心，伺服控制器和伺服電機(jī)為執(zhí)行單元的機(jī)電式四點(diǎn)支撐自動(dòng)調(diào)平隨動(dòng)控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)電式車載平臺(tái)自動(dòng)調(diào)平的全自動(dòng)化、全閉環(huán)控制。其優(yōu)點(diǎn)在于調(diào)平時(shí)間短(少于3分鐘)、調(diào)平精度高(小于3’)、可靠性高、可在惡劣環(huán)境下工作等方面。

　　系統(tǒng)組成

　　調(diào)平原理

　　調(diào)平方式通常有3點(diǎn)式或4點(diǎn)式，特殊的還有多點(diǎn)式如6腿或更多腿平臺(tái)。本系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用情況，采用4點(diǎn)式調(diào)平方式。四點(diǎn)支撐的工作平臺(tái)X 軸、Y 軸是根據(jù)水平傳感器的安裝位置確定工作平臺(tái)面上互相垂直的兩個(gè)軸向，調(diào)平原理如圖1所示。

　　在工作平臺(tái)的支撐腿著地后, 控制系統(tǒng)開始進(jìn)行調(diào)平。通過水平傳感器的檢測(cè)信號(hào)，可以找出工作平臺(tái)的最高點(diǎn)。將水平傳感器按如圖1 所示方向安置于工作平臺(tái)上，傳感器輸出含有X 和Y 軸信號(hào)，它們是與水平誤差(角度) 成線性關(guān)系的數(shù)字信號(hào)。當(dāng)X>0，Y<0時(shí)，撐腿A為最高點(diǎn);X<0，Y<0時(shí)，撐腿B為最高點(diǎn);X<0，Y>0時(shí)，撐腿C為最高點(diǎn);X>0，Y >0 時(shí)，撐腿D為最高點(diǎn)。

　　假設(shè)撐腿著地后撐腿A為最高點(diǎn)(其他撐腿為最高點(diǎn)的情況相似)，根據(jù)水平傳感器的信號(hào)，可以分別進(jìn)行X軸和Y軸方向的調(diào)節(jié)。如先進(jìn)行X軸調(diào)節(jié)，其過程如下：撐腿A和D不動(dòng)，撐腿B和C同時(shí)上升一定位移，即工作平臺(tái)繞撐腿A和D為軸線旋轉(zhuǎn)，撐腿B和C同時(shí)上升，上升的數(shù)值由控制系統(tǒng)根據(jù)水平傳感器的X軸反饋值決定，直至X軸呈水平狀態(tài)。Y軸調(diào)節(jié)與X軸類似。若工作臺(tái)的X軸和Y軸調(diào)節(jié)成水平狀態(tài)，則可認(rèn)為工作臺(tái)已處于水平狀態(tài)。4點(diǎn)調(diào)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(gè)傳感器的控制精度都為δ時(shí)，則水平誤差。

4點(diǎn)及多點(diǎn)調(diào)平設(shè)計(jì)面臨的一個(gè)主要問題是虛腿現(xiàn)象，即有一個(gè)腿受力很小或者懸空，這在調(diào)平過程中是不能允許的。當(dāng)平臺(tái)的負(fù)載均勻時(shí)，4個(gè)支撐點(diǎn)的受力應(yīng)該均勻。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的處理辦法是把平臺(tái)支撐起來后，先進(jìn)行一次粗調(diào)平(設(shè)定一個(gè)粗精度)，目的是使4個(gè)支撐點(diǎn)的受力比較接近。然后，再按照系統(tǒng)設(shè)定的調(diào)平精度進(jìn)行調(diào)平。這樣，調(diào)節(jié)的過程就中不會(huì)出現(xiàn)一腿受力過小(虛腿)，從而有效的預(yù)防虛腿現(xiàn)象的出現(xiàn)。

　　硬件組成

　　該自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)硬件組成如圖2所示。系統(tǒng)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(jī)及伺服電動(dòng)缸等組成。

　　水平傳感器(X、Y兩個(gè)方向)測(cè)量車載平臺(tái)的傾斜度，通過RS232串行口向控制部分發(fā)送X方向和Y方向的傾角數(shù)據(jù)，波特率采用9600bit/s。本系統(tǒng)采用的水平傳感器其測(cè)量精度(零位)為0±20"，分辨率≤4"，完全滿足平臺(tái)傾角測(cè)量和調(diào)平的要求。

　　壓力傳感器用于測(cè)量4個(gè)支撐腳承受的壓力，測(cè)量范圍0～9000kg，通過RS232串行口向控制部分發(fā)送壓力數(shù)據(jù)，波特率采用9600bit/s。

　　控制部分主要由控制板、伺服驅(qū)動(dòng)器和驅(qū)動(dòng)接口單元組成。控制板是控制部分的核心，主要由單片機(jī)、CPLD、多路DAC、多串口擴(kuò)展電路、RS232電平轉(zhuǎn)換電路、看門狗電路等組成。當(dāng)操作人員通過按鍵將控制指令發(fā)送到控制板，CPU讀取水平傳感器、壓力傳感器送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷并形成控制策略，產(chǎn)生控制信號(hào)由DAC送達(dá)伺服控制器，再控制驅(qū)動(dòng)接口電路驅(qū)動(dòng)某一路伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，直至調(diào)平。為了操作安全起見，整個(gè)調(diào)平運(yùn)行過程通過聲、光進(jìn)行指示。控制部分實(shí)時(shí)地將傾角、壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，方便操作人員監(jiān)控。

本車載雷達(dá)平臺(tái)調(diào)平過程具體分兩個(gè)階段完成。第一階段為架設(shè)階段，即車載雷達(dá)到達(dá)陣地后，先控制四個(gè)支撐腿著地，進(jìn)行落地檢測(cè)。系統(tǒng)通電后，操作人員只需按操作面板上的“架設(shè)”鍵，控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)升支撐腿，同時(shí)檢測(cè)各支撐腿是否著地，當(dāng)某一支撐腿著地后停止該腿的升動(dòng)作。當(dāng)四個(gè)支撐腿全部著地后，落地檢測(cè)結(jié)束。第二階段為調(diào)平階段。操作人員按操作面板上的“調(diào)平”鍵，單片機(jī)讀取水平傳感器送來當(dāng)前車載平臺(tái)的傾斜度數(shù)據(jù)以及壓力傳感器送來的各支撐腿的受力數(shù)據(jù)，根據(jù)傾角數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)，按照控制策略驅(qū)動(dòng)相應(yīng)電機(jī)上升相應(yīng)支撐腿，直至座車傾斜度達(dá)到雷達(dá)系統(tǒng)的要求。

　　系統(tǒng)程序工作流程

　　本系統(tǒng)的工作流程框圖如圖3所示。

結(jié)語

　　雷達(dá)自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)是車載雷達(dá)的一個(gè)重要的組成部分，對(duì)提高雷達(dá)的測(cè)量性能，如目標(biāo)角度的測(cè)量精度以及整機(jī)架設(shè)、撤收的速度等，起著決定性的作用。本系統(tǒng)采用單片機(jī)和CPLD控制，應(yīng)用交流伺服控制，大大提高了雷達(dá)天線架設(shè)時(shí)平臺(tái)的水平精度和調(diào)整的時(shí)間，而且具有高可靠性和維護(hù)性好的特點(diǎn)。