一种大型雷达天线变形实时测量系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及大型雷达相控阵天线变形实时测量技术领域，尤其是一种大型雷达天线变形实时测量系统及方法。
【背景技术】
[0002]重力载荷、风载荷、热载荷、姿态改变等各种因素都将对天线精度带来影响，特别是高精度要求雷达，天线结构变形对其性能的影响不可忽略。对结构设计的要求一般需要将其变形控制在1/10?1/20波长以内，如对于高波段天线如X波段天线(波长约36mm)则需要控制其变形小于1.8mm，而对于Ka波段(9 mm)甚至需要使其变形小于0.45mm。随着阵面口径增加，为了保证阵面精度，刚度设计与重量之间的矛盾势必加剧，为了保证刚度往往需要付出巨大的重量代价，尤其对于大型天线其温度变形由其尺寸决定，通过常规结构设计手段温度变形较难控制。因此，为了降低结构设计难度和成本，提高天线精度，对于大型雷达天线，目前一种可行的思路是对阵面变形进行实时测量，并计算出变形引起的相位变化量，进行实时位相等的电性能补偿，从而消除结构变形对电讯能的影响。
[0003]对天线进行结构变形测量的方法包括传感器测量、激光测量、视觉测量等方法，但对于大型雷达天线，对其变形进行实时测量的难度在于大尺寸与高精度、大面积与高效率是两对矛盾量，同时实现难度较大，尤其对于可转动的天线还要求有较强的环境适应性和易于工程化实施，常规测量方法一般较难实现。现有的针对大阵面的高精度变形测量系统典型的如视觉测量系统，采用多个相机从不同视角进行拍摄，通过粘贴靶标及标定装置通过参数标定获得测量对象的空间坐标，该方法缺陷在于处理速度相对较慢，无法实现实时测量，且测量视场有限需要多次测量进行拼接，不适合于大阵面的实时测量。此外，其他的测量系统如采用激光扫描仪等设备的测量系统，也均存在缺乏实时性、系统复杂、受测量视角和测量空间限制等问题。
【发明内容】
[0004]本发明的首要目的在于提供一种能够满足雷达大阵面、高精度、实时性的测量需求，解决大尺寸雷达天线结构的微小变形量检测难题的大型雷达天线变形实时测量系统。
[0005]为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案:一种大型雷达天线变形实时测量系统，包括多个用于对变形关键点的变形量进行测量的PSD激光传感器以及与其一一对应的激光光源，PSD激光传感器的输出端与数据采集单元的输入端相连，数据采集单元的输出端与数据处理单元的输入端相连，数据处理单元的输出端与用于实时显示天线阵面全场变形的变形显示单元的输入端相连。
[0006]所述多个PSD激光传感器安装在天线阵面上端骨架变形关键点上，所述激光光源安装在天线阵面变形量小的位置，激光光源发出的激光点垂直入射在PSD激光传感器的中心位置处。
[0007]所述两相邻激光光源之间布置一个用于测量激光光源之间相对变形的PSD激光传感器。
[0008]本发明的另一目的在于提供一种大型雷达天线变形实时测量方法，该方法包括下列顺序的步骤:
(1)PSD激光传感器经激光光源发出的激光照射后产生电流信号；
(2)数据采集单元对电流信号进行采集，将电流信号转换为电压信号，并进行放大、滤波，再通过模数转换电路将模拟信号转化为数据信号，该数据信号为各个变形关键点的变形数据；
(3)将各个变形关键点的变形数据发送至数据处理单元，通过有限元结构分析和拟合算法得到变形转化算法，经变形转化算法计算得到全场变形数据；
(4)变形显示单元对全场变形进行实时曲面动态显示，同时，全场变形数据作为工程数据通过数据库进行存储。
[0009]所述变形关键点的变形数据向天线全场的变形转化算法如下:
[dA]= [Φ(1]Τ[Φ(1] '[Φ??^?]
其中，[Od]代表全场位移模态，d为实测的关键点位移，[dA]为解算出的全场变形。
[0010]由上述技术方案可知，本发明的优点在于:第一，通过本发明将超大阵面全场变形测量转化为一系列关键点对的相对变形测量，原理简单、设备量小、精度高、数据处理快捷，同时满足大阵面、高精度及实时性测量需求；第二，对测量空间和测量角度要求低，适合雷达大阵面外场实时测试；第三，该测量系统的另一个突出好处在于，当其最终被用于雷达波束补偿时，可作为一个单独的系统存在而避免增加雷达系统复杂度。总之，通过本发明能实时获得大型地面天线由于重力、姿态变化、温度等造成的结构变形，在此基础上可以进行天线的电性能畸变的实时补偿。本发明不仅可应用于大型雷达相控阵天线变形的实时测量领域，对于一般的大型结构的微小变形检测同样适用，具有广阔的应用前景。
【附图说明】
[0011]图1为本发明的系统原理图；
图2为本发明的系统组成框图；
图3为本发明的方法流程图；
图4为本发明实施例一的安装位置示意图；
图5、6、7、8均为通过本发明得到的某雷达天线变形模式图。
【具体实施方式】
[0012]如图1所示，测量系统以PSD激光传感器I测量对为基本测量单元，在天线阵面3表面按照一定的规律布置测量网络，相对同一个基准点获得各个关键点的相对变形。根据该变形数据以及通过结构分析获得的变形模式可以解算出全场变形，根据实时传输的阵面变形数据，便可以通过对应的位相延迟等处理方法进行变形补偿。通过本发明能实时获得大型雷达天线由于风载、温度等造成的结构变形，并进行该天线的电性能畸变的实时补偿。
[0013]如图2所示，一种大型雷达天线变形实时测量系统，包括多个用于对变形关键点的变形量进行测量的PSD激光传感器I以及与其一一对应的激光光源2，PSD激光传感器I的输出端与数据采集单元的输入端相连，数据采集单元的输出端与数据处理单元的输入端相连，数据处理单元的输出端与用于实时显示天线阵面3全场变形的变形显示单元的输入端相连。
[0014]如图3所示，本方法包括下列步骤:(I) PSD激光传感器I经激光光源2发出的激光照射后产生电流信号；(2)数据采集单元对电流信号进行采集，将电流信号转换为电压信号，并进行放大、滤波，再通过模数转换电路将模拟信号转化为数据信号，该数据信号为各个变形关键点的变形数据；(3)将各个变形关键点的变形数据发送至数据处理单元，通过有限元结构分析和拟合算法得到变形转化算法，经变形转化算法计算得到全场变形数据；(4)变形显示单元对全场变形进行实时曲面动态显示，同时，全场变形数据作为工程数据通过数据库进行存储。
[0015]所述变形关键点的变形数据向天线全场的变形转化算法如下:
[dA]= [Φ(1]Τ[Φ(1] '[Φ??^?]
其中，[?d]代表全场位移模态，d为实测的关键点位移，[dA]为解算出的