高机动雷达天线车调平系统理论及试验研究

摘要

在现代高技术战争中，雷达正发挥着越来越重要的作用。雷达系统在正常工作前首先要对其天线进行较高水平的调平，调平环节是整个状态转换工作中最重要且耗时最长的一环。由于雷达车自动调平系统是提高雷达机动性的关键设备，因此它已成为众多研究者普遍关注的焦点。随着世界现代军事技术的不断发展，对雷达机动性的技术水平和使用要求也不断提高。雷达天线车自动调平系统是一个包括电液驱动、机械、结构于一体的复杂系统。然而，作为复杂的电液比例系统，雷达车调平系统具有高度非线性，参数不确定性和通道干扰等。因此，研究能够克服对象不确定性和外部干扰的鲁棒控制方法，保证调平过程的快速、平稳、稳定，是调平控制器的发展趋势之一。
　　 本文分析了四点支撑某型雷达天线车调平台特性，详细阐述了电液自动调平系统设计试验过程，包括平台结构设计分析、调平机理调平方案比较、鲁棒调平控制器设计、试验研究等。主要研究内容和创新点有:
　　 (1)在查阅国内外有关文献的基础上，综述了国内外高机动雷达车调平系统的发展概况，阐述了调平控制系统关键技术和发展趋势。根据系统的性能指标，设计了四点支撑雷达天线车电液调平系统台体结构。在对平台的位姿及运动学特性进行分析基础上，建立调平台SimMechanics仿真模型，对自动调平系统特性进行仿真研究。
　　 (2)对平台不同调平控制策略进行比较分析研究。基于平台位姿分析和自动调平运动方程式基础上，本文调平时采用倾角和位移双闭环控制，并辅以压力反馈检测方法，使各腿长度一致基本避免短腿问题产生。这种方法避免了以前往单一采用力反馈控制使支腿反复伸长平台不断震荡调平的不利影响。推导了电液比例调平系统双缸及多缸驱动情况下的非线性数学模型，对调平系统中的非线性及不确定因素和多点调平耦合现象做了相关分析。
　　 (3)根据电液调平系统具有强非线性和不确定性，此外还受到干扰力影响，难以建立一个精确的数学模型的特点，本文提出了基于QFT和零相差前馈的复合控制方法。仿真结果表明这种复合控制器不仅有很好的鲁棒性，而且有良好的跟踪性能。针对调平系统两通道传递函数差异的影响，本文设计了复合QFT同步控制器以保证两点调平时双缸同步驱动要求。多点调平时通过把各通道间的耦合作用转化为等效干扰力的方法，把原本MIMO系统转化SISO系统，简化了系统设计。
　　 (4)用面向对象语言VC设计了调平程序，包括传感器标定模块、信号产生模块、调平实现模块、信号处理模块、数据存储、处理、界面显示模块等。针对平台具有刚性和非刚性部分精确建模比较困难的特点，采用改进遗传算法对位移传感器进行校正和标定，提高了调平精度。
　　 (5)设计了雷达天线车调平系统硬件和软件，分析了调平控制系统主要功能。运用设计的控制器对试验台进行了性能试验和调平试验，得到了一些有实用价值的结论。试验结果表明本文设计的调平控制器具有较强鲁棒性和较高调平精度，并可抑制通道间耦合影响。该系统具有调平时间短，调平精度高，操作简单可靠等特点，对提高雷达系统的机动性能具有重要意义。