一種大型雷達天線變形實時測量系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及大型雷達相控陣天線變形實時測量技術領域，尤其是一種大型雷達天線變形實時測量系統及方法。
【背景技術】
[0002]重力載荷、風載荷、熱載荷、姿態改變等各種因素都將對天線精度帶來影響，特別是高精度要求雷達，天線結構變形對其性能的影響不可忽略。對結構設計的要求一般需要將其變形控制在1/10?1/20波長以內，如對于高波段天線如X波段天線(波長約36mm)則需要控制其變形小于1.8mm，而對于Ka波段(9 mm)甚至需要使其變形小于0.45mm。隨著陣面口徑增加，為了保證陣面精度，剛度設計與重量之間的矛盾勢必加劇，為了保證剛度往往需要付出巨大的重量代價，尤其對于大型天線其溫度變形由其尺寸決定，通過常規結構設計手段溫度變形較難控制。因此，為了降低結構設計難度和成本，提高天線精度，對于大型雷達天線，目前一種可行的思路是對陣面變形進行實時測量，并計算出變形引起的相位變化量，進行實時位相等的電性能補償，從而消除結構變形對電訊能的影響。
[0003]對天線進行結構變形測量的方法包括傳感器測量、激光測量、視覺測量等方法，但對于大型雷達天線，對其變形進行實時測量的難度在于大尺寸與高精度、大面積與高效率是兩對矛盾量，同時實現難度較大，尤其對于可轉動的天線還要求有較強的環境適應性和易于工程化實施，常規測量方法一般較難實現。現有的針對大陣面的高精度變形測量系統典型的如視覺測量系統，采用多個相機從不同視角進行拍攝，通過粘貼靶標及標定裝置通過參數標定獲得測量對象的空間坐標，該方法缺陷在于處理速度相對較慢，無法實現實時測量，且測量視場有限需要多次測量進行拼接，不適合于大陣面的實時測量。此外，其他的測量系統如采用激光掃描儀等設備的測量系統，也均存在缺乏實時性、系統復雜、受測量視角和測量空間限制等問題。

【發明內容】

[0004]本發明的首要目的在于提供一種能夠滿足雷達大陣面、高精度、實時性的測量需求，解決大尺寸雷達天線結構的微小變形量檢測難題的大型雷達天線變形實時測量系統。
[0005]為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案:一種大型雷達天線變形實時測量系統，包括多個用于對變形關鍵點的變形量進行測量的PSD激光傳感器以及與其一一對應的激光光源，PSD激光傳感器的輸出端與數據采集單元的輸入端相連，數據采集單元的輸出端與數據處理單元的輸入端相連，數據處理單元的輸出端與用于實時顯示天線陣面全場變形的變形顯示單元的輸入端相連。
[0006]所述多個PSD激光傳感器安裝在天線陣面上端骨架變形關鍵點上，所述激光光源安裝在天線陣面變形量小的位置，激光光源發出的激光點垂直入射在PSD激光傳感器的中心位置處。
[0007]所述兩相鄰激光光源之間布置一個用于測量激光光源之間相對變形的PSD激光傳感器。
[0008]本發明的另一目的在于提供一種大型雷達天線變形實時測量方法，該方法包括下列順序的步驟:
(1)PSD激光傳感器經激光光源發出的激光照射后產生電流信號；
(2)數據采集單元對電流信號進行采集，將電流信號轉換為電壓信號，并進行放大、濾波，再通過模數轉換電路將模擬信號轉化為數據信號，該數據信號為各個變形關鍵點的變形數據；
(3)將各個變形關鍵點的變形數據發送至數據處理單元，通過有限元結構分析和擬合算法得到變形轉化算法，經變形轉化算法計算得到全場變形數據；
(4)變形顯示單元對全場變形進行實時曲面動態顯示，同時，全場變形數據作為工程數據通過數據庫進行存儲。
[0009]所述變形關鍵點的變形數據向天線全場的變形轉化算法如下:
[dA]= [Φ(1]Τ[Φ(1] '[Φ??^?]
其中，[Od]代表全場位移模態，d為實測的關鍵點位移，[dA]為解算出的全場變形。
[0010]由上述技術方案可知，本發明的優點在于:第一，通過本發明將超大陣面全場變形測量轉化為一系列關鍵點對的相對變形測量，原理簡單、設備量小、精度高、數據處理快捷，同時滿足大陣面、高精度及實時性測量需求；第二，對測量空間和測量角度要求低，適合雷達大陣面外場實時測試；第三，該測量系統的另一個突出好處在于，當其最終被用于雷達波束補償時，可作為一個單獨的系統存在而避免增加雷達系統復雜度。總之，通過本發明能實時獲得大型地面天線由于重力、姿態變化、溫度等造成的結構變形，在此基礎上可以進行天線的電性能畸變的實時補償。本發明不僅可應用于大型雷達相控陣天線變形的實時測量領域，對于一般的大型結構的微小變形檢測同樣適用，具有廣闊的應用前景。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發明的系統原理圖；
圖2為本發明的系統組成框圖；
圖3為本發明的方法流程圖；
圖4為本發明實施例一的安裝位置示意圖；
圖5、6、7、8均為通過本發明得到的某雷達天線變形模式圖。
【具體實施方式】
[0012]如圖1所示，測量系統以PSD激光傳感器I測量對為基本測量單元，在天線陣面3表面按照一定的規律布置測量網絡，相對同一個基準點獲得各個關鍵點的相對變形。根據該變形數據以及通過結構分析獲得的變形模式可以解算出全場變形，根據實時傳輸的陣面變形數據，便可以通過對應的位相延遲等處理方法進行變形補償。通過本發明能實時獲得大型雷達天線由于風載、溫度等造成的結構變形，并進行該天線的電性能畸變的實時補償。
[0013]如圖2所示，一種大型雷達天線變形實時測量系統，包括多個用于對變形關鍵點的變形量進行測量的PSD激光傳感器I以及與其一一對應的激光光源2，PSD激光傳感器I的輸出端與數據采集單元的輸入端相連，數據采集單元的輸出端與數據處理單元的輸入端相連，數據處理單元的輸出端與用于實時顯示天線陣面3全場變形的變形顯示單元的輸入端相連。
[0014]如圖3所示，本方法包括下列步驟:(I) PSD激光傳感器I經激光光源2發出的激光照射后產生電流信號；(2)數據采集單元對電流信號進行采集，將電流信號轉換為電壓信號，并進行放大、濾波，再通過模數轉換電路將模擬信號轉化為數據信號，該數據信號為各個變形關鍵點的變形數據；(3)將各個變形關鍵點的變形數據發送至數據處理單元，通過有限元結構分析和擬合算法得到變形轉化算法，經變形轉化算法計算得到全場變形數據；(4)變形顯示單元對全場變形進行實時曲面動態顯示，同時，全場變形數據作為工程數據通過數據庫進行存儲。
[0015]所述變形關鍵點的變形數據向天線全場的變形轉化算法如下:
[dA]= [Φ(1]Τ[Φ(1] '[Φ??^?]
其中，[?d]代表全場位移模態，d為實測的關鍵點位移，[dA]為解算出的