車載雷達(dá)機電式自動調(diào)平系統(tǒng)的方案

現(xiàn)代戰(zhàn)爭對雷達(dá)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(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)。車載平臺的人工手動調(diào)平已很難滿足軍方對雷達(dá)快速架設(shè)、快速撤收，以及平臺高精度調(diào)平的要求。機電式自動調(diào)平與人工調(diào)平相比具有調(diào)平時間短、調(diào)平精度高、可靠性高等特點。本設(shè)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(zhí)行單元的機電式四點支撐自動調(diào)平隨動控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)機電式車載平臺自動調(diào)平的全自動化、全閉環(huán)控制。其優(yōu)點在于調(diào)平時間短(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(tǒng)根據(jù)實際的應(yīng)用情況，采用4點式調(diào)平方式。四點支撐的工作平臺X 軸、Y 軸是根據(jù)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(diào)平原理如圖1所示。

　　在工作平臺的支撐腿著地后, 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(guān)系的數(shù)字信號。當(dāng)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(shè)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(jù)水平傳感器的信號，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，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(zhuǎn)，撐腿B和C同時上升，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。若工作臺的X軸和Y軸調(diào)節(jié)成水平狀態(tài)，則可認(rèn)為工作臺已處于水平狀態(tài)。4點調(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。若兩個傳感器的控制精度都為δ時，則水平誤差。

4點及多點調(diào)平設(shè)計面臨的一個主要問題是虛腿現(xiàn)象，即有一個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)平臺的負(fù)載均勻時，4個支撐點的受力應(yīng)該均勻。本系統(tǒng)設(shè)計的處理辦法是把平臺支撐起來后，先進(jìn)行一次粗調(diào)平(設(shè)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(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(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量精度(零位)為0±20"，分辨率≤4"，完全滿足平臺傾角測量和調(diào)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(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)動器和驅(qū)動接口單元組成?？刂瓢迨强刂撇糠值暮诵?，主要由單片機、CPLD、多路DAC、多串口擴展電路、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)生控制信號由DAC送達(dá)伺服控制器，再控制驅(qū)動接口電路驅(qū)動某一路伺服電機運轉(zhuǎn)，直至調(diào)平。為了操作安全起見，整個調(diào)平運行過程通過聲、光進(jìn)行指示?？刂撇糠謱崟r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)平臺調(diào)平過程具體分兩個階段完成。第一階段為架設(shè)階段，即車載雷達(dá)到達(dá)陣地后，先控制四個支撐腿著地，進(jìn)行落地檢測。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)動伺服電機升支撐腿，同時檢測各支撐腿是否著地，當(dāng)某一支撐腿著地后停止該腿的升動作。當(dāng)四個支撐腿全部著地后，落地檢測結(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，單片機讀取水平傳感器送來當(dāng)前車載平臺的傾斜度數(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)動相應(yīng)電機上升相應(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)自動調(diào)平系統(tǒng)是車載雷達(dá)的一個重要的組成部分，對提高雷達(dá)的測量性能，如目標(biāo)角度的測量精度以及整機架設(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)時平臺的水平精度和調(diào)整的時間，而且具有高可靠性和維護性好的特點。