舰载雷达稳定平台设计说明书.docx

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1. 引言 ........................................................... 2

2. 稳定平台的性能要求 .............................................. 2

3. 稳定平台的组成及工作原理 ........................................ 3

4. 机电式稳定平台驱动系统传动形式 .................................. 4

5. 舰载雷达稳定平台控制系统框图 .................................... 5

6. 单片机的选择 .................................................... 6

1)8051单片机基本组成 .......................................... 7

2)复位电路及时钟电路 ............................................ 8

7. 外扩RAM的选择 .................................................. 8

1)外存储器的选择 ................................................ 8

2）SRAM6264与单片机的连接方法 .................................. 9

8. 角位移传感器的选择 ............................................. 10

9. A/D转换器的选择 ............................................... 11

10. 角位移传感器与A/D之间运放电路的设计 ........................... 12

11. 陀螺仪的选用 ................................................... 13

12. D/A转换器的选择 ............................................... 15

13. DAC0832外接运算放大器的设计 ................................... 17

14. 伺服单元以及交流伺服电机的选择 ................................. 18

15. 电源的设计 ..................................................... 19

16. 结语 .......................................................... 21

17. 参考文献....................................................... 22 2 / 22

舰载雷达稳定平台设计说明书

题目说明:两自由度稳定平台用于保证船载雷达不受海浪颠簸的影响,始终保持雷达底座得水平.使用时在运动平台上安装两个角位移传感器,实时检测平台的位姿.而后根据测量得到的平台转角包括俯仰和滚动角度,来控制电机进行角度补偿,从而保证上平台始终水平。为保证控制精度，系统采用伺服电机作为驱动部分。

1、角位移传感器检测电路

2、伺服电机驱动电路

3、单片机及其接口电路

4、系统结构图

1. 引言

舰载雷达的天线座通常由方位转台和双轴稳定平台组成。它安装在舰艇桅杆的顶部，工作在海洋环境中。由于舰艇以及安装在舰艇桅杆顶部的天线座和安装在天线座方位转台上的雷达天线受海上风浪的扰动而产生纵、横摇及垂荡(升沉)运动，使得方位水平基准不断地发生变化，而舰艇摇荡运动和遭遇风浪均属随机过程变量，使雷达天线探测波束受舰艇摇摆的影响而不稳定，常会使被探测目标丢失，所以舰载雷达通常必须设置稳定平台，使稳定平台的纵摇和横摇驱动系统补偿舰艇的摇摆运动，使方位轴的轴线和水平面保持垂直，从而保证天线在水平面内作方位旋转运动，目标也不会因舰艇摇摆而丢失，确保了对空、对海探测的精度，保证了舰载雷达的正常工作。

2.稳定平台的性能要求

对于舰载警戒雷达来说，它的天线座通常是由方位转台和双轴稳定平台组成的。它安装在舰船桅杆的顶部，工作在海洋环境中。在伺服系统的控制下，方位转台的驱动系统能使天线以所需要的转速旋转。稳定平台的纵摇和横摇驱动系统能补偿舰船的摇摆运动，使方位轴的轴线与水平面保持垂直，从而保证天线在水平面内作方位旋转运动。

舰载雷达稳定平台必须满足下述性能要求：

(1)稳定平台架设在舰艇上，基座是不稳定的。因为舰艇在航行时会发生纵摇、横摇、升沉及航向改变。根据舰艇的摇摆幅度和摇摆周期，稳定平台的纵摇和横摇驱动系统必须满足架设在方位转台上 3 / 22

的天线所需要的摇摆范围、摇摆角速度和角加速度，补偿舰艇的摇摆运动。

一般稳定平台纵、横摇的工作角度和周期为：

纵摇：工作角度±5° (最大±10°)，平均周期4-7s。

横摇：工作角度±20°(最大±25°)，平均周期7～12s。

(2)稳定平台的纵、横摇驱动系统以及方位驱动系统应具有良好的传动性能，工作可靠，维护方便。

(3)稳定平台应具有足够的稳定精度对于舰载警戒雷达，稳定误差通常要求在摇摆范围内小于0．5。。

(4)稳定平台应具有足够的强度和刚度，布局要合理，结构要紧凑。

(5)尽量减轻稳定平台的重量，以利于降低舰艇的重心，提高舰艇的稳定性。

(6)稳定平台应在相对风速40m／s时正常工作，相对风速55na／s时不损坏。

(7)稳定平台应具有水平锁定功能、机械限位保护功能和自动归零功能。

3.稳定平台的组成及工作原理

舰载雷达的稳定平台通常由纵摇驱动系统、横摇驱动系统、轴位传感装置、平台、由纵／横摇框架组成的框架组件(或十字架)、基座等部件组成。横摇轴与舰首尾线平行，纵摇轴与舰首尾线垂直。纵摇驱动系统带动纵摇轴摆动，横摇驱动系统带动横摇轴摆动。

稳定平台的工作原理如图1所示。图中方位水平仪(即垂直陀螺仪)装在舰上，其运动示意图如图2所示。 4 / 22

在万向架上装有几个高速转动的转子，它的横摇轴也与舰首尾线平行，纵摇轴与舰首尾线垂直，纵摇轴和横摇轴上也装有轴位传感器。高速转动的陀螺，可以形成稳定的水平基准。当舰艇在海上航行发生纵、横摇时．高速陀螺保持水平，方位水平仪的纵、横摇轴产生与舰艇摇摆方向相反的转动，在纵、横摇轴上的轴位传感器产生摇摆信号P、R，与稳定平台纵、横摇轴轴位传感装置信号P 、R 进行比较，得出误差信号Ep和Er经过放大，加到纵、横摇驱动系统，使稳定平台的纵、横摇轴跟随方位水平仪的纵、横摇轴转动，保持稳定平台水平。

4.机电式稳定平台驱动系统传动形式 5 / 22

表 l 机电式稳定平台驱动系统的传动形式

雷达类型机电式稳定平台驱动系统的传动形式

A 型(图3)

半框架式稳定平台，机座安装在舰艇上。纵摇和横摇驱动电机通过二级齿轮传动和一级滚珠丝杠传动分别使天线系统作纵摇和横摇运动。横摇驱动装置设置在基座上，横摇滚珠丝杠与横摇框架转销连接，纵摇驱动装置设置在横摇框架上，纵摇滚珠丝杠与纵摇框架转销连接。驱动电机采用某厂推出的IFT5交流伺服电机，它带有制动器、测速机和编码器。

B型(图4) 全框架式稳定平台，机座安装在舰艇上。纵摇和横摇驱动电机通过二级齿轮传动和一级滚珠丝杠传动分别使天线系统作纵摇和横摇运动。横摇驱动装置设置在基座上，横摇滚珠丝杠与横摇框架转销连接，纵摇驱动装置设置在横摇框架上，纵摇滚珠丝杠与纵摇框架转销连接。驱动电机采用某公司推出的新型伺服电机它带有制动器、测速机和编码器。

C型(图5) 半框架式稳定平台，机座安装在舰艇上纵摇和横摇驱动电机通过谐波减速器和一级扇形齿轮传动分别使天线系统作纵摇和横摇运动。横摇驱动装置设置在基座上，横摇扇形齿轮固定在横摇轴上。纵摇驱动装置设置在横摇框架上，纵摇扇形齿轮固定在纵摇轴上。驱动电机采用某厂推出的IFT5交流伺服电机，它带有制动器、测速机和编码器。

5.舰载雷达稳定平台控制系统框图 6 / 22

图6控制系统框图

由垂直陀螺仪和两个角位移传感器将角度信号传送给单片机,经过程序运算控制后经过DA转换放大给伺服单元,进而控制伺服电机转动以保持平台稳定,各种芯片和元件的供电均由电源提供。

6.单片机的选择

本设计采用MCS-51系列单片机中的8051。MCS-51单片机主要包括的内部结构有8位的CPU、4KB的ROM存储器、128B的RAM存储、两个定时器/计数器、中断系统、4个并行I/O接口、1个串行接口和片内的时钟振荡器。MCS-51单片机像一般的微处理器一样采用了总线结构，即内部的各个基本组成部分是通过总线联系在一起的，运行过程中产生的数据信息、地址信息和控制信息是分别通过内部的数据总线、地址总线和控制总线进行传递的。

这里选用的是8051单片机，它的引脚如下

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水面武器稳定平台测控系统设计的开题报告

一、项目背景

水面武器稳定平台具有良好的稳定性能和追踪特性，在海上作战中扮演着越来越重要的角色。为了保证水面武器稳定平台的稳定性，需要设计一套稳定平台测控系统，实时监测平台的位置和姿态，通过控制平台的运动，使其保持水平稳定状态。本项目旨在设计一套水面武器稳定平台测控系统，为水面武器的使用提供支持。

二、技术路线

（一）系统框架

系统框架分为传感器模块、控制模块、执行器模块三个部分。传感器模块主要包括惯性导航系统、动态定位系统、显控台等传感器，用于实时监测平台的位置和姿态；控制模块包括软件控制、硬件控制两部分，用于处理传感器模块采集到的数据，并控制执行器模块实时控制平台的运动；执行器模块包括水平旋转平台、竖直旋转平台、推进器等执行器，用于实时响应控制模块的指令，调整平台的位置和姿态。

（二）系统设计

1. 传感器模块：依据需要，采用惯性导航系统和动态定位系统完成对平台位置和姿态的监测，并在显控台进行显示。

2. 控制模块：负责将传感器模块采集的数据处理，并通过硬件控制器控制执行器模块的运转，从而实现对平台位置和姿态的控制。

3. 执行器模块：包括水平旋转平台、竖直旋转平台、推进器等，将控制模块控制的数据转化成平台的运动。

（三）实现技术

1. 传感器模块：采用MEMS技术设计小型化的惯性导航系统，采用GNSS技术设计动态定位系统，结合传感器数据对平台进行实时监测。

2. 控制模块：采用单片机和FPGA进行控制器设计，并利用DSP提高控制速度和准确性；软件控制则采用传统PID算法。

3. 执行器模块：采用电机、电器元件和气动元件等完成水平旋转、竖直旋转和推进控制。

三、项目意义本项目的完成将能够提高水面武器稳定平台的稳定性和作战能力，有利于提升我国军事实力。同时，在军舰制造、海上开采等方面也具有广泛的应用前景，具有较大的经济和社会效益。

四、预期成果

成功设计一套水面武器稳定平台测控系统，能够实现对水面武器稳定平台的实时检测和控制，从而使其稳定性和战斗能力得以提升。

舰载雷达常用稳定方式坐标变换

第３０卷第１期　２０１０年３月　雷达与对抗　ＲＡＤＡＲ＆ＥＣＭ　Ｖｏ１．３０　Ｎｏ．１　Ｍａｒ．２０１０　

舰载雷达常用稳定方式坐标变换　

曹正才　

（南京船舶雷达研究所，南京２１０００３）　

摘要：介绍了舰载雷达常用的坐标变换技术，给出了具体推导过程及各坐标系下天线指向的　

计算公式，为舰载雷达常用稳定方式的伺服控制及雷达天线指向计算提供理论依据。　

关键词：坐标变换；纵摇；横摇；航向；稳定平台　中图分类号：ＴＮ８２０．３　文献标志码：Ａ　文章编号：１００９—０４０１（２０１０）０１—００４７—０６　

Ｔｈｅ　ｃｏｍｍｏｎｌｙ　ｕｓｅｄ　ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　

ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｓ　ｆｏｒ　ｓｈｉｐｂｏｒｎｅ　ｒａｄａｒｓ　

ＣＡＯ　Ｚｈｅｎｇ—ｃａｉ　

（Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｍａｒｉｎｅ　Ｒａｄａｒ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｆｉｎｇ　２１０００３）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｃｏｍｍｏｎｌｙ　ｕｓｅｄ　ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　ｓｈｉｐｂｏｒｎｅ　ｒａｄａｒｓ　ｉｓ　

ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄ　ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ｄｅｒｉｖａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ　ａｎｄ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｆｏｒｍｕｌａｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｎｔｅｎｎａ　ｄｉｒｅｃｔｉｖｉｔｙ　ｆｏｒ　

ｅａｃｈ　ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｒｅ　ｇｉｖｅｎ，ｗｈｉｃｈ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ａ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｂａｓｉｓ　ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｓｅｒｖｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｓ　ｂｕｔ　ａｌｓｏ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒａｄａｒ　ａｎｔｅｎｎａ　ｄｉｒｅｃｔｉｖｉｔｙ．　

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ｐｉｔｃｈｉｎｇ；ｒｏｌｌｉｎｇ；ｃｏｕｒｓｅ；ｓｔａｂｉｌｉｚｉｎｇ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　

舰载雷达两轴转台稳定方程推导

雷杰;吴彦;冯瑗瑗

【摘要】舰载雷达两轴转台系统机械结构简单,可对雷达天线法线的姿态角进行控制以保证雷达波束指向,但在舰船发生摇摆时,雷达波束绕天线法线发生旋转.本文分析了大地直角坐标系和舰船直角坐标系的关系,在舰船直角坐标系中对舰载雷达两轴转台系统的姿态角进行定义,用空间解析几何法推导出已知舰船平台罗经信号、天线法线姿态角时两轴转台系统的稳定方程和波束旋转角方程,为舰载雷达两轴转台系统的伺服控制和波束相关补偿提供理论依据.%The mechanical structure for

the two-shaft-stabilized platform of the ship-borne radar is simple, which

keep the direction of radar beam by controlling the attitude angles of the

antenna normal, but the radar beam rotates around the an-tenna normal

when ship swung. The relationship between geodetic coordinate system

and ship coordinate system is analyzed, the two -shaft-stabilized system's

attitude angles of the ship-borne radar in ship coordinate system are

defined, when the value of platform compass and the ship-borne radar

antenna normal's attitude angles are given, this paper provides a way to

球载雷达稳定平台设计综述

２０１０年第２６卷第３期　

２０１０．Ｖｏ１．２６　Ｎｏ．３　电子机械工程　

Ｅｌｅｃｔｒｏ—Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　５　

球载雷达稳定平台设计综述　

钱海涛　

（中国电子科技集团公司第三十八研究所，　安徽合肥２３００８８）　

摘　要：主要介绍了球载雷达稳定平台的作用、特点、类型、工作原理及关键技术。根据球载雷达系统的　

使用环境与技术要求，引入了阻尼技术，通过参数分析与结构设计，成功研制了被动控制式稳定平台。　

对被动控制式稳定平台的设计方法与工程化过程进行了简单的阐述，并针对关键技术给出了解决方案　

与实现方法，对类似的应用具有一定的参考意义。　

关键词：稳定平台；被动控制；球载雷达；粘滞流体阻尼器　

中图分类号：ＴＮ９５９．７３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００８—５３００（２０１０）０３—０００５—０４　

Ｒｅｖｉｅｗ　ｏｆ　Ｓｔａｂｌｅ　Ｐｌａｔｆｏｒｍ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ａｉｒｓｈｉｐ—Ｂｏｒｎｅ　Ｒａｄａｒ　

ＱＩＡＮ　Ｈａｌ－ｔａｏ　

（Ｔｈｅ　３８ｔｈ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　ＣＥＴＣ，Ｈｅｆｅｉ　２３００８８，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ，ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｔｙｐｅ，ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　ｓｔａｂｌｅ　ｐｌａｔ—　

ｆｏｒｍ　ｏｆ　ａｉｒｓｈｉｐ－ｂｏｒｎｅ　ｒａｄａｒ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｄｅｍａｎｄ　ｏｆ　ｓｕｃｈ　ｒａｄａｒ，ｔｈｅ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　

ｄａｍｐ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｗｉｔｈ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｄｅｓｉｇｎ，ａ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｐａｓｓｉｖｅ　ｓｔａｂｌｅ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｗａｓ　ｄｅｖｅｌ—　

ｏｐｅｄ　ａｎｄ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｎｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔａｂｌｅ　ｐｌａｔ—　

一种舰载一维相控阵雷达阵面控制系统的设计方法

陈彦来;刘文政;高星

【期刊名称】《舰船电子对抗》

【年(卷),期】2018(041)002

【摘要】提出了一种舰载一维相控阵雷达阵面控制系统的设计方法,主要包括电子稳定平台的解算方法、收发通道的自动校准方法和收发波束指向的控制方法.电子稳定平台取代了机械稳定平台,降低了雷达阵面重量,提高了雷达可靠性;收发通道自动校准提供了一种利用雷达自身设备进行近场内监测的解决方案;同时也给出了一种采用查表法和计算法相结合的波束控制方法.本文方法具有一定的理论价值和工程应用价值.

【总页数】5页(P37-40,48)

【作者】陈彦来;刘文政;高星

【作者单位】中国船舶重工集团公司第七二三研究所,江苏扬州225101;中国船舶重工集团公司第七二三研究所,江苏扬州225101;中国船舶重工集团公司第七二三研究所,江苏扬州225101

【正文语种】中文

【中图分类】TN958.92

【相关文献】

1.基于FPGA的舰载一维相控阵雷达电子稳定平台实现 [J], 陈彦来;高星;刘文政

2.一种舰载一维相控阵二次雷达高精度算法 [J], 左航洲;余苗;毛梦月;郑刚 3.舰载一维相控阵的测量定位雷达组网研究 [J], 左航洲;毛梦月;周光鲁;高渊

4.舰载一维相控阵雷达波束电子稳定研究 [J], 栾铸徵;陈舒敏;吴俭

5.一种有源相控阵雷达阵面环控系统设计 [J], 李大成;周康;孙颋

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基于DSP的舰载搜索雷达稳定平台交流伺服系统的设计

２００６年８月　第２９卷第４期　舰船电子对抗　ＳＨＩＰＢＯＡＲＤ　Ｅｌ　ＥＣＴＲ（）ＮＩＣ　ＣＯＵＮＴＥＲＭＥＡＳＵＲＥ　Ａｕｇ．２００６　Ｖｏ１．２９　ＮＯ．４　

基于ＤＳＰ的舰载搜索雷达稳定平台　

交流伺服系统的设计　

赵金锴　，笪林荣　

（１．西安电子科技大学，西安７１００７１；２．船舶重工集团公司７２３所，扬州２２５００１）　

摘要：给出了一种基于ＤＳＰ的舰载搜索雷达交流伺服控制系统的设计方法。采用高速数字信号处理芯片　ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ作控制主体，交流变频器和交流无刷电机作驱动，采用先进的数字ＰＩＤ控制算法，组成全　数字交流伺服系统，保证系统具有很高的精度、可靠的稳定性和良好的可扩展性。仿真试验表明该设计满　足舰载雷达伺服控制系统的要求。　关键词：ＤＳＰ；ＥＰＬＤ；ＰＩＤ控制算法；数字交流伺服控制　中图分类号：ＴＮ９５９．１　１；ＴＭ３８３．４　２　文献标识码：Ｂ　文章编号：ＣＮ３２—１４１３（２００６）０４—００５０—０４　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ＡＣ　Ｓｅｒｖｏ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＤＳＰ　

Ｓｈｉｐｂｏｒｎｅ　Ｓｅａｒｃｈ　Ｒａｄａｒ　Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ　Ｐｌａｔｆｏｒｍ　

ＺＨＡＯ　Ｊｉｎ—ｋａｉ　．ＤＡ　Ｌｉｎ—ｒｏｎｇ。　

（１．Ｘｉｄｉａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．Ｘｉ’ａｎ　７１００７１，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｔｈｅ　７２３　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　ＣＳ１Ｃ．Ｙａｎｇｚｈｏｕ　２２５００１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｓｈｉｐｂｏｒｎｅ　ｓｅａｒｃｈ　ｒａｄａｒ　ＡＣ　ｓｅｒｖｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＤＳＰ　ｉｓ　ｐｒｏ—　

ｐｏｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ，ｗｅ　ｕｓｅ　ａ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｓｉｇｎａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｃｈｉｐ——ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ　ａｓ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ。ＡＣ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ａｎｄ　ＡＣ　ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ　ｍｏｔｏｒ　ｔＯ　ｄｒｉｖｅ，ａｄｏｐｔ　ａｄ—　

雷达天线稳定平台伺服系统设计与仿真

・１９６・　现代导航　雷达天线稳定平台伺服系统设计与仿真　黄良兵　（中国电子科技集团公司第二十研究所，西安７１００６８）　摘要：本文分析了舰艇摇摆对雷达测量精度的影响，并详细介绍了稳定平台伺服系统工作　原理及其控制环路的设计，并用Ｍａｔｌａｂ工具对伺服系统进行了仿真。　关键词：稳定平台；伺服控制；环路设计；Ｍａｔｌａｂ仿真　中文分类号：Ｕ６７５．７３　文献标识码：Ａ　文件编号：１６７４．７９７６一（２０１２）０３．１９６—０５　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｎ　Ｒａｄａｒ　Ａｎｔｅｎｎａ　Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ　Ｐｌａｔｆｏｒｍ　Ｓｅｒｖｏ　Ｓｙｓｔｅｍ　ＨＵＡＮＧ　Ｌｉａｎｇｂｉｎｇ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ｓｗｉｎｇ　ｏｆ　ｓｈｉｐ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｓｅｒｖｏ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｌｏｏｐ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ，ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｔｈｅ　ｓｅｒｖｏ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｂｙ　Ｍａｔｌａｂ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ　Ｐｌａｔｆｏｒｍ；Ｓｅｒｖｏ—Ｃｏｎｔｒｏｌ；Ｌｏｏｐ　Ｄｅｓｉｇｎ；Ｍａｔｌａｂ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　舰艇航行时，会发生摇摆（包括纵摇、横摇、　艏摇、升沉等运动），使装在甲板上的天线角指向　受到扰动，带来测量误差。为了减小扰动引入的误　差，常采用机械稳定或电气稳定的方法来隔离船　摇，实现天线指向稳定，保证测量精度。机械稳定　是将雷达天线安装在能够补偿纵、横摇的稳定平台　上，在稳定平台的纵、横摇轴上各安装一套伺服驱　动装置和角位置传感器，用惯导或平台罗经测量出　的船摇纵、横摇信号　、Ｐ与稳定平台轴角度位置　信号尺　、Ｐ　进行比较，得出误差信号ＡＲ、ＡＰ，　经过放大、校正，加到纵、横摇伺服系统驱动系统，　控制稳定平台的纵、横轴朝船摇相反的方向转动，　使天线安装平面保持水平。本文系统中的雷达采用　机械稳定的方法，将天线安装于稳定平台上，通过　稳定平台伺服系统来隔离船摇，从而保证雷达的测　量精度。　１舰艇摇摆影响分析　为分析方便，规定各坐标系和船姿态角的符号　收稿日期：２０１２．０４—２０。　及正方向。　（１）甲板坐标系０一ＸｒＹｃＺｒ，ＯＸｃ一船艏艉　方向，船艏为正；０Ｙｃ一垂直甲板平面，向上为正；　ＯＺ，一按右手法则定义。当无摇摆时，目标在甲板　坐标系的坐标为（Ｘｏ，Ｙ０，Ｚ０），摇摆时，其在甲板坐　标系的坐标变为（ｘｌ，Ｙ】，Ｚ　）。　（２）甲板极坐标系　，Ｅ，　。　一甲板方位角，　目标在甲板平面投影与ＯＸｃ轴夹角，顺时针为正；　甲板俯仰角，目标在甲板平面投影与目标的夹　角，向上为正；ＪＲ一斜距，天线与目标问的距离。　当无摇摆时，目标在甲板极标系的坐标为　（　，　，　），摇摆时，其在甲板极坐标系的坐标变　为（　，巨，　】）。　（３）船姿态角，Ⅳ，Ｐ，Ｒ。月　航向角，船艏　艉线在水平面的投影与正北的夹角，顺时针方向为　正；尸一纵摇角，船艏艉线相对水平面的转角，舰　艏抬高为正；　一横摇角，船艏艉线相对水平面的　转角，右舷下降为正。　航向角由导航系统给出，在方位合成中可通过　简单的运算加以隔离，所以分析舰艇摇摆影响时暂　不考虑航向角，根据坐标变换公式有如下关系：

舰载一维相扫雷达电子稳定设计与仿真分析

设计开发数字技术与应用

129舰体由于海浪的冲击和颠簸会发生摇动,带动舰载雷达天线产生摇动,这种摇摆轻者影响雷达测量精度,重者造成雷达丢失目标。为了克服舰的摇摆对雷达测量精度、探测空域带来的影响,雷达需要采用天线稳定系统。天线稳定系统一般采用机电或者液压稳定平台,来消除船体摇摆对天线的影响[1];这样的平台体积大,重量重,可靠性低。应用电子稳定技术,可以取消笨重的机械稳定平台,减轻天线重量,提高可靠性。1 电子稳定平台工作原理舰载搜索雷达电子稳定平台并不是一个专门的设备,而是依靠相控阵雷达资源调度器、伺服系统、数据处理器、信号处理器等分系统协同工作来实现雷达的稳定搜索。1.1 搜索空域稳定的保持伺服系统接收舰摇信息,根据舰摇信息和天线方位值计算出不同仰角空域(大地坐标)对应的波束指向值(甲板坐标)及方位补偿值;资源调度器根据甲板坐标俯仰值及波位安排形成天线波束,同时送往信号处理供其形成点迹坐标使用;信号处理按不同波位的方位补偿值建立杂波图并形成目标录取点迹(甲板坐标);数据处理将收到的点迹变为大地坐标后再进行航迹跟踪处理。经过处理后,雷达可均匀覆盖每一个俯仰搜索波位,并对监视和搜索到的目标保持连续跟踪。数据处理将目标的甲板球坐标变换到大地球坐标,变换后可在大地坐标系下对目标进行跟踪。其坐标变换方法[5]为:EcRPAcRPAcPEcEHEcRPAcEcPAcEcRPEcRAcEcRAsincoscos)sinsincoscos(sincosarcsinsincossincoscoscossincossinsinsinsinsincoscosarctan (1)式中,(A,E)为天线的大地球坐标,A为方位角,E为俯仰角;(Ac,Ec)为天线的甲板球坐标,Ac为方位角,Ec为俯仰角;(H,P,R)为船上平台罗经提供的船的姿态角,H为航向角,P为纵倾角,R为横倾角。伺服系统在已知甲板方位的情况下,将大地坐标的俯仰值变换舰载一维相扫雷达电子稳定设计与仿真分析秦琨(上海航天电子技术研究所,上海 201109)摘要:舰载搜索雷达天线一般采用机械稳定平台以消除船体摇摆的影响,但具有体积大、重量重等缺点,本文分析了一维相扫雷达采用电子稳定平台的工作原理并进行仿真分析。关键词:舰载雷达；一维相扫雷达；稳定平台中图分类号:TN95文献标识码:A文章编号:1007-9416(2017)10-0129-02

稳定平台

陀螺稳定平台

gyrostabilization unit；绕支点作三自由度转动，而绕其中一个轴作高速转动的刚体，统称为陀螺。工程技术中实际应用的陀螺，一般由内，外两个框架、基本陀螺以及修正装置等组成。基本陀螺有两个主要特性：定轴性和进动性。应用陀螺的这两个特性制造出—系列仪表，供在空中、水上、水下和陆地，上运动的物体指示方向。海空重力测量就利用垂直陀螺仪表来指示船舰、飞机的重力方向，以控制重力仪轴向与重力方向一致，消除干扰加速度的影响。垂直陀螺仪是—种简单的两由度陀螺仪表，其精度是不高的。应用自动控制技术将陀螺、角度转换器、放大器及校正网路和执行机构等部件组成—个力平彻式闭路系统，以自动修正方向。这种使用单自由度陀螺并加力平衡式反馈迥路的系统称为稳定平台。它的构造比陀螺仪复杂，但性能却要好得多。海洋重力仪最好与陀螺稳定平台配套，以提高海上测量的精确度。

Innalabs陀螺仪特别为动态环境下测量垂直安装面的角速率设计。陀螺仪利用先进科氏振动技术测量绕敏感轴的绝对角速率。零偏稳定性:0.1 °/h；随机游走: 0.003 °/√h。

特点

 高性能漂移稳定性

 噪声低



重量轻

 寿命长，稳定性强

 价格优惠

 卓越振动性能

主要应用

 导航控制系统

 平台稳定

陀螺仪Innalabs® CVG-43 性能指标

性能数据

范围, deg/sec +/-200

带宽,Hz 100

常温环境下

零偏稳定性 ,deg/hr 0.03

随机游走,deg/sqrt(h) 0.003..0.005

比例系数线性度,ppm 300…500

完全温度范围[-40 to +50] °C

零偏稳定性, deg/hr 0.1

随机游走,deg/sqrt(h) 0.01