一種艦載雷達方位-縱搖-橫搖三軸穩定系統雷達波束俯仰角控制方法
2023-06-07 23:11:31
專利名稱：一種艦載雷達方位-縱搖-橫搖三軸穩定系統雷達波束俯仰角控制方法
技術領域：
本發明涉及一種艦載雷達方位-縱搖-橫搖三軸穩定系統雷達波束俯仰角控制方法，屬於雷達伺服控制技術。是一種在艦載雷達(方位-縱搖-橫搖)三軸穩定系統結構形式下實現雷達波束俯仰角的控制方法，通過對機械穩定平臺的縱、橫搖控制，以實現在指定方位上對雷達波束俯仰角的精確控制，在方位-縱搖-橫搖三軸穩定系統上實現了常規方位-縱搖-橫搖-俯仰四軸穩定系統才能實現的俯仰角控制功能。
背景技術：
具有機械穩定平臺的三軸穩定系統(方位-縱搖-橫搖)採用縱、橫搖兩套伺服系統控制一個機械穩定平臺(機械穩定平臺有兩根軸，橫搖軸與艦船艏艉線平行，橫搖框架安裝在甲板上繞橫搖軸線運動，縱搖軸垂直於橫搖軸，縱搖框架安裝在橫搖框架上繞縱搖軸線運動)，使其在艦船搖擺時保持水平穩定，另外一套伺服系統控制安裝在機械平臺上的天線座以保證雷達天線的方位指向，三軸穩定系統可穩定雷達波束。
目前採用上述三軸穩定系統的俯仰角波束固定的艦載雷達，因三軸穩定系統本身沒有俯仰軸，而無法對雷達波束的俯仰角進行控制。若要實現對雷達波束俯仰角的控制，常規的方法是在三軸機械穩定平臺上再設俯仰軸，即採用方位-縱搖-橫搖-俯仰四軸穩定系統，從而大大增加了機械系統的複雜性，也增加了機械穩定轉臺的重量，降低了雷達的適裝性。發明內容
本發明的目的是提出一種控制算法，在方位-縱搖-橫搖三軸穩定系統的結構形式下通過控制機械穩定平臺的縱、橫搖來實現對雷達波束俯仰角的精確控制，同時確保雷達波束指向無橫滾，以保證雷達波束的指向精度。
本發明通過提出基於機械穩定平臺的縱、橫搖，實現對雷達波束俯仰角精確控制的優化算法，實現基於機械穩定平臺的三軸穩定系統伺服系統的雷達波束在指定方位上實現對雷達波束俯仰角的精確控制，並實現雷達波束指向無橫滾。即在方位-縱搖-橫搖三軸穩定系統上實現方位-縱搖-橫搖-俯仰四軸穩定系統才能完成的功能，降低了機械系統的複雜性，同時也降低雷達的重量，增加雷達的適裝性。
本發明與現有技術相比，其技術優點為在方位-縱搖-橫搖三軸穩定系統的結構形式下實現了常規方位-縱搖-橫搖-俯仰四軸穩定系統才能實現的俯仰角控制功能， 即通過控制三軸機械穩定平臺的縱、橫搖實現了在指定方位上對雷達波束俯仰角的精確控制，降低了機械系統的複雜性，同時也降低了雷達的重量，增加了雷達的適裝性。
說明書附圖為一種艦載雷達方位-縱搖-橫搖三軸穩定系統雷達波束俯仰角控制方法示意圖。
縱搖閉環控制給定值為P，反饋值為P';橫搖搖閉環控制給定值為艮，反饋值為 R' ;3、雷達波束俯仰角及橫傾角計算公式根據R、P、R'、P'、Ec及Ac精確計算雷達波束俯仰角E及橫傾角Z。
各變量定義如下
E :雷達波束俯仰角，雷達波束指向與其在水平面投影線的夾角，在鉛垂面內測量， 夾角在水平面之上為正；
Z :穩定平臺平面雷達波束橫傾角，波束指向與其在穩定平臺平面投影所構成的平面與其投影所在的鉛垂面的夾角；
Ac:雷達波束穩定平臺平面方位弦角，穩定平臺首尾線與雷達波束指向在穩定平臺平面投影線的夾角，在穩定平臺平面內測量，順時針為正；
Ec:雷達波束穩定平臺平面俯仰角，雷達波束指向與其在穩定平臺平面內投影線的夾角，測量平面垂直於穩定平臺平面，夾角在穩定平臺平面之上為正；
R :艦船橫搖角，甲板平面繞艦船艏艉線旋轉的角度，測量平面垂直於甲板平面且垂直於艏艉線，右弦下傾為正；
P :艦船縱搖角，艦船艏艉線(縱軸)與水平面的夾角，在鉛垂面內測量，艦艏在水平面上方為正；
P':穩定平臺縱搖角，穩定平臺繞其縱搖軸的夾角，測量平面垂直於穩定平臺且垂直於穩定平臺縱搖軸，穩定平臺沿著艦艏方向上傾為正；
R':穩定平臺橫搖角，穩定平臺繞其橫搖軸的夾角，測量平面垂直於甲板平面且垂直於艦船艏艉線，穩定平臺右弦下傾為正；
P :縱搖閉環控制給定值；
R :橫搖閉環控制給定值。
具體實施方式
根據艦船縱搖角P、艦船橫搖角R、雷達波束穩定平臺平面方位弦角Ac及指定的雷達波束俯仰角E對機械穩定平臺的縱、橫搖進行控制，雷達波束俯仰角控制精度及雷達波束橫傾角取決於縱搖和橫搖控制精度，當縱搖控制誤差和橫搖控制誤差很小時，雷達波束俯仰角可取得較高的控制精度，同時雷達波束橫傾角很小，從而確保雷達波束的指向精度。 控制規律如下
穩定平臺縱搖控制規律給定值,P =-P+ EMS(Ac);反饋值，P'
穩定平臺橫搖控制規律給定值，S =-R-EIin(Ac);反饋值，R'
雷達波束俯仰角E和橫傾角Z按如下公式精確計算
E = sin_1{cosEc [sinPcosP ' cosAc-cosPsin (R ' + R) sinAc]-sinPsinP/ sinEc+cos(R; +R)cosP[cosEcsinP' cosAc+cosP' sinEc]}-sinAc cosP,sinP-cosP[cosAc sin(R+R,)+sinAc sinPrcos(R+Rf)]
權利要求
1.. 一種艦載雷達三軸穩定系統雷達波束俯仰角控制方法，其特徵在於根據艦船縱搖角、艦船橫搖角、雷達波束穩定平臺平面方位弦角及指定的雷達波束俯仰角，通過控制機械穩定平臺的縱、橫搖來實現對雷達波束俯仰角的精確控制，同時確保雷達波束指向無橫滾， 控制規律如下穩定平臺縱搖控制規律給定值,P =-P+ E^os(Ac);反饋值，P'；穩定平臺橫搖控制規律給定值，5 = -R-E、sin(Ac) ，反饋值，R'。式中Ac :雷達波束穩定平臺平面方位弦角，穩定平臺首尾線與雷達波束指向在穩定平臺平面投影線的夾角，在穩定平臺平面內測量，順時針為正；R :艦船橫搖角，甲板平面繞艦船艏艉線旋轉的角度，測量平面垂直於甲板平面且垂直於艏艉線，右弦下傾為正；P :艦船縱搖角，艦船艏艉線(縱軸)與水平面的夾角，在鉛垂面內測量，艦艏在水平面上方為正；P':穩定平臺縱搖角，穩定平臺繞其縱搖軸的夾角，測量平面垂直於穩定平臺且垂直於穩定平臺縱搖軸，穩定平臺沿著艦艏方向上傾為正；R':穩定平臺橫搖角，穩定平臺繞其橫搖軸的夾角，測量平面垂直於甲板平面且垂直於艦船艏艉線，穩定平臺右弦下傾為正；P :縱搖閉環控制給定值；反:橫搖閉環控制給定值。
全文摘要
本發明為一種艦載雷達通過方位-縱搖-橫搖三軸穩定系統實現雷達波束俯仰角控制的方法。用於通過控制機械穩定平臺的縱、橫搖，以實現在指定方位上對雷達波束俯仰角的精確控制.可實現基於方位-縱搖-橫搖三軸穩定系統完成常規方法需方位-縱搖-橫搖-俯仰四軸穩定系統才能實現的俯仰角控制功能。採用方位-縱搖-橫搖三軸穩定系統的艦載雷達在使用中需要對雷達波束俯仰角進行控制，而三軸穩定系統本身沒有俯仰軸，若要實現對雷達波束俯仰角的控制，常用的方法是在三軸機械穩定平臺上再設一個俯仰軸，即採用方位-縱搖-橫搖-俯仰四軸穩定系統，從而大大增加了系統的複雜性，也增加了機械穩定轉臺的重量，降低了雷達的適裝性。本發明通過對機械穩定平臺的縱、橫搖控制，實現了對雷達波束俯仰角的精確控制，確保在指定方位上實現對雷達波束俯仰角的精確控制，同時確保雷達波束指向無橫滾。即在方位-縱搖-橫搖三軸穩定系統上實現了方位-縱搖-橫搖-俯仰四軸穩定系統才能實現的俯仰角控制功能，降低了機械系統的複雜性，同時也降低了雷達的重量，增加了雷達的適裝性。
文檔編號G05D3/12GK102541086SQ20111038325
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月25日 優先權日2011年11月25日
發明者曹正才 申請人:中國船舶重工集團公司第七二四研究所