高精度、机电式车载雷达平台调平控制系统的研发

摘要

在现代战争的信息对抗中，雷达作为敌我双方信息系统中的主要传感器，已经成为战争初期被攻击的首要目标之一。因此，能提高雷达的机动性从而提高其生存能力的车载雷达成为军事侦察中的重要发展趋势。 车载雷达的调平控制系统是影响其机动性的重要因素之一，鉴于国内车载雷达手动调平和电液式自动调平控制系统的缺点，本论文研究的机电式自动调平控制系统，以ATMELAVR微控制器作为系统控制核心，采用高精度的双轴倾角传感器和全数字式交流伺服系统，旨在提高车载雷达平台调平控制系统的两个关键性能指标：调平时间和调平精度。 论文首先建立了车载雷达平台在水平和倾斜两种状态的静力学模型，然后以“线图法”和“键图法”建立了支腿系统的动力学模型，给出了系统输入和输出之间的函数表达式。在此基础上研究了车载平台当前常用的调平策略，提出了“循环多次”调平法。 在控制系统总体设计一章中，介绍了系统的设计要求、控制系统方案选择依据，控制系统软、硬件开发工具以及控制系统软、硬件的总体设计思想。 在控制系统硬件设计及实现一章中，系统采用ATmega8515和ATmega162微控制器，完成了对人机界面单元、系统主控单元和系统接口单元的电路设计和PCB制作，给出了本控制系统硬件设计的抗干扰技术。 在控制系统软件设计及实现一章中，采用C语言，完成了对人机界面单元和系统主控单元的驱动程序设计和代码编制，并采用三角函数加减速算法改善了系统起停时的整车性能，同时将“循环多次”调平法应用于程序设计中，优化了系统调平过程中的动态性能；鉴于在野外和战场上平台水平度破坏的可能性，提出了“二次调平”的概念及其实施方法；本章最后给出了控制系统驱动程序设计的抗干扰技术。 控制系统完成了软、硬件调试之后，将其应用于某型号19T的车载雷达平台进行现场试验，试验非常成功，系统调平精度和调平时间都优于设计要求。 本系统的建模方法、调平策略以及控制系统软、硬件设计方法可用于不同型号的车载雷达平台、车载导弹平台和车载激光武器平台，也可应用于工业工程领域的静力压桩机、沥青混凝土摊铺机等工程机械。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1论文研究背景

1.2国内外车载平台调平系统的发展状况

1.3论文的研究内容

第二章车载平台的建模及其调平策略研究

2.1概述

2.2车载平台的静力学建模

2.2.1车载平台水平状态下的静力学建模

2.2.2车载平台非水平状态下的静力学建模

2.3车载平台支腿系统的动力学建模

2.3.1支腿系统物理模型

2.3.2支腿系统线图模型

2.3.2支腿系统键图模型

2.4车载平台调平策略研究

2.4.1位置误差控制调平法

2.4.2角度误差控制调平法

2.4.3几种调平方法的比较

2.4.4“循环多次”调平法

第三章自动调平控制系统总体设计

3.1调平系统设计要求

3.2控制系统体系结构选择

3.3系统软硬件开发工具

3.4基于AVR微控制器的自动调平控制系统硬件总体设计

3.4.1系统传感器

3.4.2系统执行器

3.5基于AVR微控制器的自动调平控制系统驱动程序总体设计

第四章自动调平控制系统硬件电路设计及实现

4.1人机界面单元电路设计及PCB制作

4.1.1 ATmega8515最小系统电路设计

4.1.2倾角传感器信号接收和按键信号传输电路设计

4.1.3倾角传感器信号实时液晶显示电路设计

4.1.4 SRAM(静态数据存储器)扩展电路设计

4.1.5按键信号识别电路设计

4.1.6人机界面单元PCB制作

4.2系统主控单元控制电路设计及PCB制作

4.2.1 ATmegal62最小系统电路设计

4.2.2倾角传感器和按键信号接收电路设计

4.2.3 LED指示电路设计

4.2.4系统主控单元和系统接口单元控制信号的传输电路设计

4.2.5系统主控单元PCB制作

4.3系统接口单元控制电路设计及PCB制作

4.3.1系统接口单元DC5V供电电源电路设计

4.3.2系统接口单元和系统主控单元信号传输接口电路的设计

4.3.3差分电路设计

4.3.4光隔电路设计

4.3.5霍尔传感器信号接收接口电路设计

4.3.6继电器及其控制电路设计

4.3.7系统接口单元PCB制作

4.4并口AVR ISP下载器电路设计及PCB制作

4.5控制系统硬件设计过程中的抗干扰设计

第五章自动调平控制系统驱动程序设计及实现

5.1人机界面单元驱动程序设计及实现

5.1.1双轴倾角传感器信号接收和显示驱动程序设计及实现

5.1.2按键信号识别、传输并显示驱动程序设计及实现

5.2系统主控单元驱动程序设计及实现

5.2.1 USART串口驱动程序设计及实现

5.2.2系统调平驱动程序设计及实现

5.3“二次调平”的提出和实现

5.4控制系统驱动程序设计过程中的抗干扰设计

第六章车载雷达平台自动调平控制系统的调试

6.1自动调平控制系统的实验室调试

6.1.1电源、晶振及复位电路调试

6.1.2霍尔传感器模块调试

6.1.3其他模块单元软硬件调试问题及解决方法

6.2自动调平控制系统的现场试验

第七章结论

致谢

参考文献

附录

攻硕士期间取得的研究成果