专利名称：一种舰载雷达方位-纵摇-横摇三轴稳定系统雷达波束俯仰角控制方法
技术领域：
本发明涉及一种舰载雷达方位-纵摇-横摇三轴稳定系统雷达波束俯仰角控制方法，属于雷达伺服控制技术。是一种在舰载雷达(方位-纵摇-横摇)三轴稳定系统结构形式下实现雷达波束俯仰角的控制方法，通过对机械稳定平台的纵、横摇控制，以实现在指定方位上对雷达波束俯仰角的精确控制，在方位-纵摇-横摇三轴稳定系统上实现了常规方位-纵摇-横摇-俯仰四轴稳定系统才能实现的俯仰角控制功能。
背景技术：
具有机械稳定平台的三轴稳定系统(方位-纵摇-横摇)采用纵、横摇两套伺服系统控制一个机械稳定平台(机械稳定平台有两根轴，横摇轴与舰船艏艉线平行，横摇框架安装在甲板上绕横摇轴线运动，纵摇轴垂直于横摇轴，纵摇框架安装在横摇框架上绕纵摇轴线运动)，使其在舰船摇摆时保持水平稳定，另外一套伺服系统控制安装在机械平台上的天线座以保证雷达天线的方位指向，三轴稳定系统可稳定雷达波束。
目前采用上述三轴稳定系统的俯仰角波束固定的舰载雷达，因三轴稳定系统本身没有俯仰轴，而无法对雷达波束的俯仰角进行控制。若要实现对雷达波束俯仰角的控制，常规的方法是在三轴机械稳定平台上再设俯仰轴，即采用方位-纵摇-横摇-俯仰四轴稳定系统，从而大大增加了机械系统的复杂性，也增加了机械稳定转台的重量，降低了雷达的适装性。发明内容
本发明的目的是提出一种控制算法，在方位-纵摇-横摇三轴稳定系统的结构形式下通过控制机械稳定平台的纵、横摇来实现对雷达波束俯仰角的精确控制，同时确保雷达波束指向无横滚，以保证雷达波束的指向精度。
本发明通过提出基于机械稳定平台的纵、横摇，实现对雷达波束俯仰角精确控制的优化算法，实现基于机械稳定平台的三轴稳定系统伺服系统的雷达波束在指定方位上实现对雷达波束俯仰角的精确控制，并实现雷达波束指向无横滚。即在方位-纵摇-横摇三轴稳定系统上实现方位-纵摇-横摇-俯仰四轴稳定系统才能完成的功能，降低了机械系统的复杂性，同时也降低雷达的重量，增加雷达的适装性。
本发明与现有技术相比，其技术优点为在方位-纵摇-横摇三轴稳定系统的结构形式下实现了常规方位-纵摇-横摇-俯仰四轴稳定系统才能实现的俯仰角控制功能， 即通过控制三轴机械稳定平台的纵、横摇实现了在指定方位上对雷达波束俯仰角的精确控制，降低了机械系统的复杂性，同时也降低了雷达的重量，增加了雷达的适装性。
说明书附图为一种舰载雷达方位-纵摇-横摇三轴稳定系统雷达波束俯仰角控制方法示意图。
纵摇闭环控制给定值为P，反馈值为P';横摇摇闭环控制给定值为艮，反馈值为 R' ;3、雷达波束俯仰角及横倾角计算公式根据R、P、R'、P'、Ec及Ac精确计算雷达波束俯仰角E及横倾角Z。
各变量定义如下
E :雷达波束俯仰角，雷达波束指向与其在水平面投影线的夹角，在铅垂面内测量， 夹角在水平面之上为正；
Z :稳定平台平面雷达波束横倾角，波束指向与其在稳定平台平面投影所构成的平面与其投影所在的铅垂面的夹角；
Ac:雷达波束稳定平台平面方位弦角，稳定平台首尾线与雷达波束指向在稳定平台平面投影线的夹角，在稳定平台平面内测量，顺时针为正；
Ec:雷达波束稳定平台平面俯仰角，雷达波束指向与其在稳定平台平面内投影线的夹角，测量平面垂直于稳定平台平面，夹角在稳定平台平面之上为正；
R :舰船横摇角，甲板平面绕舰船艏艉线旋转的角度，测量平面垂直于甲板平面且垂直于艏艉线，右弦下倾为正；
P :舰船纵摇角，舰船艏艉线(纵轴)与水平面的夹角，在铅垂面内测量，舰艏在水平面上方为正；
P':稳定平台纵摇角，稳定平台绕其纵摇轴的夹角，测量平面垂直于稳定平台且垂直于稳定平台纵摇轴，稳定平台沿着舰艏方向上倾为正；
R':稳定平台横摇角，稳定平台绕其横摇轴的夹角，测量平面垂直于甲板平面且垂直于舰船艏艉线，稳定平台右弦下倾为正；
P :纵摇闭环控制给定值；
R :横摇闭环控制给定值。
具体实施方式
根据舰船纵摇角P、舰船横摇角R、雷达波束稳定平台平面方位弦角Ac及指定的雷达波束俯仰角E对机械稳定平台的纵、横摇进行控制，雷达波束俯仰角控制精度及雷达波束横倾角取决于纵摇和横摇控制精度，当纵摇控制误差和横摇控制误差很小时，雷达波束俯仰角可取得较高的控制精度，同时雷达波束横倾角很小，从而确保雷达波束的指向精度。 控制规律如下
稳定平台纵摇控制规律给定值,P =-P+ EMS(Ac);反馈值，P'
稳定平台横摇控制规律给定值，S =-R-EIin(Ac);反馈值，R'
雷达波束俯仰角E和横倾角Z按如下公式精确计算
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)]
权利要求
1.. 一种舰载雷达三轴稳定系统雷达波束俯仰角控制方法，其特征在于根据舰船纵摇角、舰船横摇角、雷达波束稳定平台平面方位弦角及指定的雷达波束俯仰角，通过控制机械稳定平台的纵、横摇来实现对雷达波束俯仰角的精确控制，同时确保雷达波束指向无横滚， 控制规律如下稳定平台纵摇控制规律给定值,P =-P+ E^os(Ac);反馈值，P'；稳定平台横摇控制规律给定值，5 = -R-E、sin(Ac) ，反馈值，R'。式中Ac :雷达波束稳定平台平面方位弦角，稳定平台首尾线与雷达波束指向在稳定平台平面投影线的夹角，在稳定平台平面内测量，顺时针为正；R :舰船横摇角，甲板平面绕舰船艏艉线旋转的角度，测量平面垂直于甲板平面且垂直于艏艉线，右弦下倾为正；P :舰船纵摇角，舰船艏艉线(纵轴)与水平面的夹角，在铅垂面内测量，舰艏在水平面上方为正；P':稳定平台纵摇角，稳定平台绕其纵摇轴的夹角，测量平面垂直于稳定平台且垂直于稳定平台纵摇轴，稳定平台沿着舰艏方向上倾为正；R':稳定平台横摇角，稳定平台绕其横摇轴的夹角，测量平面垂直于甲板平面且垂直于舰船艏艉线，稳定平台右弦下倾为正；P :纵摇闭环控制给定值；反:横摇闭环控制给定值。
全文摘要
本发明为一种舰载雷达通过方位-纵摇-横摇三轴稳定系统实现雷达波束俯仰角控制的方法。用于通过控制机械稳定平台的纵、横摇，以实现在指定方位上对雷达波束俯仰角的精确控制.可实现基于方位-纵摇-横摇三轴稳定系统完成常规方法需方位-纵摇-横摇-俯仰四轴稳定系统才能实现的俯仰角控制功能。采用方位-纵摇-横摇三轴稳定系统的舰载雷达在使用中需要对雷达波束俯仰角进行控制，而三轴稳定系统本身没有俯仰轴，若要实现对雷达波束俯仰角的控制，常用的方法是在三轴机械稳定平台上再设一个俯仰轴，即采用方位-纵摇-横摇-俯仰四轴稳定系统，从而大大增加了系统的复杂性，也增加了机械稳定转台的重量，降低了雷达的适装性。本发明通过对机械稳定平台的纵、横摇控制，实现了对雷达波束俯仰角的精确控制，确保在指定方位上实现对雷达波束俯仰角的精确控制，同时确保雷达波束指向无横滚。即在方位-纵摇-横摇三轴稳定系统上实现了方位-纵摇-横摇-俯仰四轴稳定系统才能实现的俯仰角控制功能，降低了机械系统的复杂性，同时也降低了雷达的重量，增加了雷达的适装性。
文档编号G05D3/12GK102541086SQ20111038325
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月25日 优先权日2011年11月25日
发明者曹正才 申请人:中国船舶重工集团公司第七二四研究所