设备标校（精选4篇）
设备标校 篇1
随着我国经济不断发展综合国力的不断增强, 对卫星的应用也越来越多, 随之而来卫星的标校设备也随之产生。校设设备模拟产生参数稳定的多种体制雷达信号和多种调制样式通信信号。卫星载荷通过对系统辐射信号的侦测和定位, 检验、校核卫星系统有效载荷的主要功能和性能指标, 为地面系统修正误差提供参考基准。
标校设备相对是一个检测设备, 所以要求其单元数少, 机动性高。根据以上要求, 本标校设备除电站外, 其余设备都集成在一个6m方舱内, 通过一辆运输车运输。所以方舱设计就是重点。
1 设备布局
方舱采用隔热和电磁屏蔽都比较好的军用大板方舱。方舱外形尺寸为长×宽×高=3500×2438×2100 (单位:mm) 。舱内设备包括显示机柜、综合机柜、电源机柜、发射机柜、天线、转台、升降机构。根据设备特点, 将方舱分为两大部分, 前后两部分, 前半部分 (长3.5m) 为电子方舱, 用于安装显示机柜、综合机柜、电源机柜、发射机柜;后半部分 (大约2.5m) 为天线舱, 用于安装天线、转台、升降机构及伺服设备。具体布局见图1。
在方舱内前壁放一个显示机柜和一个工作台, 为了舱内的整洁美观, 工作台外观和显示机柜外型相似;在方舱后壁安装三个带门机柜, 分别为综合机柜、发射机柜和电源机柜。在舱外前壁安装一个冷暖空调。在方舱底部隔开一个高200mm的空间用于设计风道。
1.显示机柜;2.综合机柜;3.发射机柜;4.电源机柜;5.天线;6.转台;7.升降平台;8.伺服控制箱
天线后部隔开一个长×深×高=2438×550×750的空间用于安装伺服控制设备。在距地面高1640mm的地方设计一个隔层, 隔层中间留一个800mm×800mm的方孔, 用于转台出入。在舱顶壁留一个2400×2400的口, 供2300×2300的天线出入。舱顶设计一个可以前后滑动的盖板, 天线工作时, 滑盖打开, 运输时, 滑盖关闭。
2 关键技术问题及解决途径
2.1 大发热量机柜及方舱一起化热设计
本系统中包含一个电源机柜和一个发射机柜, 这两个机柜都属于大发热量机柜, 其中发热量最集中的芯片最大热流密度达到54W/cm2, 所以解决散热问题是一个非常关键的问题。
通过仿真计算, 对发射组件中的发热模块进行热设计。为加强冷板底板的均热效果, 在铝质底板内嵌纯铜衬底覆盖热流密度较高的的芯片底板区域。此外, 风冷肋片并不布满整个组件的流道长度方向, 而根据机柜工作环境与组件功率器件的热耗特点进行布置。
对机柜进行热设计。机柜热设计对本系统来说主要是流道的设计。为了使整个机柜内风阻最小, 且风量分布均匀, 机柜内的设备都采用盲插结构, 且插件都采用竖插的方式。整个机柜背板全部相连, 两个侧面也用封板密封, 使这个机柜形成一个完整的密封体。
对整个方舱进行风到设计。在方舱底部隔开一个高2 0 0 m m的空间用于设计风道。风道直接和机柜底部相连, 机柜顶部安装两个风机进行抽风。这样空调的冷风先进入机柜, 而后在出来到方舱, 最后到回风口, 形成一个循环。这样的优点一个是机柜进口冷却风温度更低, 另一个是风道内风的流动方向更符合流动的规律, 避免了机柜内结露的出现, 第三个是在机柜顶部安装风机抽风后, 对机柜内风的流速有很大提高 (如图2) 。
2.2 天线工作时安全性设计
天线通过转台安装在升降平台上。在运输状态时, 转台位于舱内, 天线位于方舱隔层和舱顶滑盖之间。天线架设流程为:取下平台四个快锁螺栓并放进螺栓放置盒, 打开方舱顶盖, 平台举升, 最后天线达到工作状态。停止工作到运输状态流程刚好相反。那么在整个过程中, 只要有一个环节没有做到位, 或者操作顺序错都会对天线造成伤害。
为了确保天线安全, 整个过程设都计有严格的先后顺序, 前面的动作没有做, 或者没有做完, 后面的操作将自动失效。即方舱顶盖打开到位后, 接近开关1导通, 然后将四个快锁螺栓都插入螺栓盒后, 接近开关2导通, 有且只有接近开关1和2全部导通后, 升平台操作才能起作用, 当平台举升到位后, 接近开关3导通, 并送给监控系统一个开关信号, 当监控收到这个开关信号后, 对天线运动的操作才能有效。同样天线收回时, 天线下降时, 接近开关断开, 此时对天线运动操作无效, 当平台下降到位后, 接近开关4导通, 然后关闭滑盖操作开始有效。这样可以避免由于误操作而引起天线损伤。同时为了避免方舱顶盖和升降平台故障影响整个系统工作, 方舱顶盖和升降平台都设置了手动功能。
3 结语
文中对某标校设备的综合方舱总体设计进行了总结。综合方舱的设计涉及到总体布局、散热设计、天线安全性设计等等。经过实践验证, 此综合方舱的设计满足总体技术要求, 可以为类似方舱的结构设计提供借鉴作用。
摘要：针对某标校设备综合方舱的特点, 通过对其结构设计的思路的介绍, 阐述了此类方舱设计关键技术及其解决途径。
关键词：综合方舱,热设计,安全性
参考文献
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设备标校 篇2
多个文献论述了多光轴不平行性的室内测量方法[1,2,3]。高文静等研究了大口径平行光管在光轴平行性测量的应用[4]。史学舜等提出了一种光电跟踪仪光轴一致性测量装置[5]。在野外环境下,李建超等设计了激光可见光两光轴检测装置[6]。文中设计利用集成化光电靶标,对光电跟踪设备的空间分辨角度、光轴一致性和最大作用距离等参数的外场标校进行了研究。
1 集成化光电靶标的组成和原理
集成化光电靶标包括电视无源标、电视有源标、红外有源标、激光无源标和激光有源标等,主要用于远场对准和标校,精度和稳定度较高,可以对电视、红外、激光等光电设备进行标校。
图1为集成化光电靶标的组成及原理图[7]。其中,红外有源标相当于一个可以精确调节温度的黑体。激光无源标相当于角反射体,电视有源标一般由带定向反射镜的可见光源构成,激光有源标发射激光引导信号,对被测设备进行引导,使其对准靶标。以红外有源标为基准,其光轴作为系统光轴,几个分靶标之间光轴平行。各靶标固定级联在伺服转台上,可以实现不同角度的调节。
2 利用光电靶标对光电跟踪设备的标校
集成光电靶标按照严格的标准进行安装,其水平度、光轴一致性等指标要求严格。一般这种靶标是为了远场光电设备的校准设立,通常建在海拔高、视野开阔、可视性好的位置。
2.1 最小可分辨温差MRTD
针对红外热像仪的最小可分辨温差检测,通常采用标准的周期测试图案,4杆,每杆纵横比7:1。图2为周期测试靶示意图。
红外靶标的研究比较成熟[8,9]。采用一种可进行温度调节的标准黑体靶板,形状为正方形,温度调节精度为1o。采用在辐射面覆盖周期测试板的方法测量,距离选择为500 m。周期测试板采用杆镂空的绝缘不透明材料,调节红外靶标温度,使其与周期测试板温差由负到正逐渐变化。光电跟踪设备红外热像仪对准周期测试板,用小视场测量,使测试板在红外热像仪上成比较大的像,红外图像处理后能分辨出测试杆时,这个温差即为最小可分辨温差。
2.2 空间分辨角
测量空间分辨率在近场一般采用如图3所示的逐次加宽的方形杆,采用百分比分辨率表示空间分辨特性。百分比分辨率的定义:R=Ab/A,Ab为对某一特定尺寸的杆,仪器测出它与背景板之间的峰-峰值;A为环境板和目标源之间仪器测出的峰-峰值。改变被测系统与靶板之间的距离,就可以得到百分比分辨率和瞬时视场之间的关系,θ=S/L,S为靶标尺寸。
在外场测试中,近距离测量,选择空间分辨率板,材质选择不透明的绝缘材料,其中的方形杆用镂空孔替代。镂空分辨率板固定在红外有源标的前面,方形杆和周围形成温度差。光电跟踪设备对准靶标,对获得图像进行处理,得到最小可分辨间隔S,并以高度仪记录设备布站高度,以激光测距测出与靶标距离L,就可以得到最小可分辨率θ=S/L。改变与靶标之间的距离,可以得到不同的θ。理论上,最小分辨率不随距离变化,但是由于测量误差等原因,在较远距离测得的最小分辨率准确度高。空间分辨率测试布站示意图如图4所示。
2.3 光轴一致性标校
设红外视场中心与系统轴重合。以红外热像仪的视场中心作为基准,采用质心方式,图像中心对准红外有源标并稳定跟踪;记录红外图像,同时记录电视图像,以电视通道测量红外有源标和电视标之间的角度;测量系统对激光无源标可以稳定测距,靶标激光探测器可准确探测测距信号,则认为激光轴与红外轴平行。布站方式与分辨率测试相同。
以最小视场为例,容易计算得红外有源标与电视标都在视场内,于是两个标在各视场都能成像。如图5所示。
当d=0.3 m,R=3 km,α=0.005 7o=0.1mard,β也是这个量级。电视最小视场为1°,582个像素,所以红外和电视通道光轴平行时测量目标位置相差
l=11d,即β=10α时,红外和电视标垂直距离为36个像素,此时两光轴平行。如图6所示。
不同距离测得数据如表1所示。
从以上理论计算可知,在较近距离,电视和红外通道对同一目标的位置测量差别明显,距离越远,这种差别越小。
2.4 最大作用距离
对于光电跟踪设备,其通过红外成像或电视跟踪目标,其作用距离取决于目标的辐射能量和目标的大小,分为探测距离和识别距离。
目标对红外系统光学入瞳中心的张角小于系统的瞬时视场角时,可视为点源,对于热成像系统,只要目标像占据探测器的一个像元,并且信号足够大就可予以探测。无背景辐射下的作用距离为[10]
均匀背景下的作用距离表示为
其中,Lt为目标辐射亮度;At为目标的有效辐射面积;A0为红外光学系统有效接收面积;Ad为探测器光敏面积;D*为探测器探测率;D*max为探测器最大探测率;Δf为探测器电路带宽;Us为信号幅度;Un为均方根噪声幅度;k为红外系统对实际辐射体辐射功率的利用系数,正比于大气透过率;Lb为背景辐射亮度;kb为背景辐射功率的利用系数;(噪声等效功率)。到达最大作用距离探测时,信号幅度达到一个最小值。式中的变量仅仅是R和Ltk-Lbkb,可以得到
背景辐射在目标面和探测器面可以看作是相等的,即Lbkb为不变量。目标辐射在探测器上的能量可以用本身的能量辐射与大气透过率的乘积来表示
对固定探测器,目标成像灰度H与辐射量Ltk-Lbkb的关系确定。
实际测量时,首先确定透过率与距离的关系。固定红外有源靶标的温度,结合图所示,探测距离由小到大,每隔一个距离测量一个灰度,直至目标与背景不能分辨。红外有源标在图像上随距离成像灰度不同,每个距离上的接收能量即可得到,可以根据接收能量与距离关系,进行曲线拟合得到透过率与距离的关系。
固定测试距离,改变红外有源靶的温度,根据探测到的辐射量的变化可以确定背景辐射Lbkb
不同的目标有不同的辐射特性,其红外表征由温度决定。调节红外有源标的温度,在每个温度上,按照距离由小到大进行探测,直到目标和背景不能分辨,得到每个温度辐射下的作用距离。测试红外热像仪在不同目标辐射下的作用距离。
作用距离包括探测距离和识别距离。探测距离是指在某一个像元上能够有能量响应时的距离,识别距离则是在多个像元上有响应时的距离,响应的像元能够表达出某型目标红外特征[11]。
3 结论
文中利用集成光电靶标,在外场条件下,对光电跟踪设备的多种指标的标校方法进行了研究。对于实际测量误差做了修正。测量采用了像素分析的方法,光轴平行度测量精度优于0.2 mrad。
摘要：为了提高光电跟踪设备测量精度,设计利用集成化光电靶标,对光电跟踪设备的多个参数的外场标校方法进行研究。标校涉及电视、红外、激光测距等多个部分,采用像素分析的方法,可以较精确地对光电跟踪设备的多个指标进行标校和误差修正,并给出了某些参数的修正结果。其多光轴平行性优于0.2 mrad。外场标校贴近实际,具有较高置信度。
关键词：光电靶标,光电跟踪设备,标校方法,误差修正,光轴一致性
参考文献
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X-Y型天线座的标校方法 篇3
在各种天线座中, 应用最广泛的是两轴天线座。两轴天线座按座架的结构形式可以分为方位-仰角型、X-Y型、极轴型等多种形式。在常见的方位-仰角型天线座中, 由于天线方位角速度有限, 这样, 在天顶附近就出现一个“盲锥区”。所以, 为了能有效解决卫星过顶时的跟踪问题, 保证系统稳定可靠的接收信号, 对于中小口径天线一般采用X-Y型天线座。
X-Y型的天线座也有2根转轴, 即X轴和Y轴。它相当于把方位-俯仰型天线座的方位轴转到水平位置。因此, X-Y型的天线座也有“盲锥区”, 但它不在天顶, 而在X轴 (下轴) 两端, 处于水平线上。
X-Y型天线座的指向精度直接影响到天线对卫星的捕获与跟踪, 必须对各种误差进行分析并精确标校。
1 指向精度误差分析
在X-Y型天线座系统中, 影响天线指向精度的误差主要包括以下几部分:
① X轴不水平误差;
② Y轴与X轴不正交误差;
③ 光轴与Y轴不正交误差;
④ 光轴与电轴不匹配误差;
⑤ X轴与Y轴零位误差;
⑥ 定北误差。
以上各种误差都会引起X轴和Y轴的转角误差。
假设X轴角度和Y轴角度分别为θX和θY, X轴不水平误差α引起X轴转角误差ΔθX1和Y轴的转角误差ΔθY1分别为:
ΔθX1=αsinθXsinθY, (1)
ΔθY1=αcosθY。 (2)
X、Y轴不正交误差β引起Y轴的转角误差ΔθY2很小, 可忽略不计, 引起X轴转角误差ΔθX2为:
ΔθX2=βsinθY。 (3)
电轴与Y轴不垂直度误差γ引起X轴转角误差ΔθX3为:
ΔθX3=γ。 (4)
定北误差φ引起X轴转角误差ΔθX4为:
ΔθX4=φcosθXsinθY。 (5)
2 系统误差的标定和校正
为标校方便, 在X-Y型天线座下加一方位转盘。先将方位转盘的方位轴调整为铅垂, 将天线座固定在方位转盘上。
2.1X轴不水平误差标校
首先将倾斜仪固定在与X轴平行并随着X轴旋转的平面上, 水泡敏感方向与X轴平行。测量时, 先将X轴转到-90°, 读取倾斜仪读数ε1;再转动天线X轴到+90°, 读取倾斜仪读数ε2。X轴不水平误差为:
α= (ε1+180°-ε2) /2。 (6)
通过调整X轴两端高度, 并反复测量, 使得X轴不水平误差α值满足要求后, 安装指示水泡。标校原理如图1所示。
2.2Y轴与X轴不正交误差标校
将X轴调平后, 转动X轴使Y轴铅垂。将合像水平仪放在Y轴旋转支臂的平面上。测量时, 先将Y轴转到-90°, 读取合像水平仪的值b1, 再转动天线Y轴到+90°, 读取合像水平仪的值b2。则X、Y轴的不正交误差β为:
β= (b1-b2) /2。 (7)
调整Y轴, 并反复测量, 使X、Y轴的不正交误差β满足要求。标校原理如图2所示。
2.3光轴与Y轴不正交误差
在前2步标定完成后, 将Y轴调至水平, 望远镜安装在Y轴的回转支臂上, 光轴方向与天线电轴方向一致。在距离为L处放置一个信标板, 转动Y轴到-90°, 打开底部的方位转盘, 转动方位转盘, 使望远镜对准标板, 锁定方位转盘。记录望远镜十字标点在标板上的对应位置C1。将望远镜拔下, 倒转180°再装上。然后旋转Y轴到+90°, 记录望远镜十字标点在标板上的对应位置C2。C1与C2之间的水平距离为H。光轴与Y轴的不正交误差γ为:
γ=arctan (H/2L) 。 (8)
调整望远镜左右位置, 使C1和C2之间的水平间距H尽可能小, 光轴与Y轴的不正交误差γ满足要求。标校原理如图3所示。
2.4光轴与电轴不匹配误差标校
后面的标校步骤要在天线安装现场进行。现场标校条件:在距离天线大于2D2/λ处建一信标塔 (D为天线口径, λ为发射信号波长) , 塔高相对与天线的等效仰角大于3°;信标塔上放置信号发射源;经大地测量给出信标点和天线座三轴交点的大地坐标值;天线周围无遮挡, 没有信号反射等。
在信标塔上放置信号源及光学“+”字标记, 先手控转动天线, 使望远镜对准“+”字光标, 然后由手控转入伺服闭环自动跟踪, 直至电轴对准信号源, 检查此时光标是否已偏离望远镜十字中心, 经反复调整天线安装面, 可使光轴和电轴的一致性在要求的范围内。
2.5X轴与Y轴零点标校
X轴与Y轴零点方向通常是以天线电轴垂直大地水平面指向天空为零点。
X轴零点标校:观察天线电轴垂直大地水平面指向天空, 粗设码盘为零。在信标塔上放置信号源和光学“+”字标记。将天线Y轴转至水平位置锁定。打开底部的方位转盘, 转动方位转盘和X轴, 使望远镜对准“+”字标记, 记录X轴码盘度数θX1。转动方位转盘180°和X轴, 再使望远镜对准“+”字标记, 记录X轴码盘度数θX2。X轴零点误差为ΔX= (θX1+θX2) /2。修X轴零点。重复以上步骤2次, 最后一次不作修正, 为零点标校的系统误差。标校原理如图4所示。
Y轴零点标校:将天线X轴转至水平位置锁定;打开底部的方位转盘, 转动方位转盘和Y轴;其他步骤同X轴零点标校。
2.6定北误差
由大地测量给出信标点和天线座三轴交点的大地坐标值, 计算出信标点相对于天线的A、E值 (理论的方位、俯仰角) 。天线闭环自动跟踪, 使电轴对准标塔上的信号源, 记录此时θX、θY值, 经下列转换公式求得A′、E′值。
tanA=sinθX·cotθY, (9)
sinE=cosθX·cosθY。 (10)
偏北角修正误差φ=A′-A为。打开底部的方位转盘, 转动方位转盘φ度, 重复上面步骤, 直至φ趋近与0。
3 结束语
以上标校方法简便、可靠、切实可行。
经过以上几步对天线座的标定和校正, 标校工作即为完成。标校精度取决与天线座的加工精度、测量仪器精度、大地测量精度等。工程实践证明, 通过上述方法进行X-Y型天线座标校, 天线座的指向精度可在0.05°以内。高精度的X-Y型天线座使天线的跟踪能力和精度都得到了极大提高, 能够满足天线采用程序引导跟踪目标的需要。
参考文献
[1]吴凤高.天线座结构设计[M].西安:西北电讯工程学院出版社, 1986.
设备标校 篇4
1 标校球RCS数据库的组成参数分析
在雷达外场RCS测量中,标校球测量数据做为最终结果数据的标校基准,其准确度直接影响到结果数据的可信度。因此,标校球RCS数据的准确度在外场目标特性测量试验中非常重要。而要准确拿到一组标校球RCS数据,需要确定的参数和采集的数据很多[1]。比较重要的参数有:发射频率、发射功率、脉冲宽度、接收机增益、微波以及中频衰减器衰减值[1,2]、处理数据点数、极化方式、步进频率、录取时间(时-分-秒-毫秒)、方位、距离、仰角、RCS参数、信号均值、信号方差、噪声均值、噪声方差等。文中参考雷达系统数据处理程序处理后的各种特性的ASCⅡ码文件格式,如表1～表3所示,对上述因素并不一一采用,同时考虑到数据库管理系统的建立,应包括特性标志、版本号、试验录取数据地点、录取日期、天气情况和所选择的标校球尺寸等因素。
2 标校球RCS数据库系统设计
2.1 需求分析
需求分析是数据库设计的起点,即分析用户的要求,因为这将影响到后续各个阶段的设计和最终结果是否合理和使用[3,4]。新系统不仅要满足当前的用户需求,而且要充分考虑以后可能的扩充空间。对于标校球RCS数据库系统来说,需要满足如下要求:
(1) 系统能够将试验处理后生成的RCS数据文件按照时间特性,频率特性和极化特性进行统一分类管理;
(2) 普通用户能够实现对库中数据的查找调用,能够根据所需要查询的相关信息(例如时间、天气等)查询出符合查询要求的试验数据文件;
(3) 符合权限的用户能够将新的试验数据文件写入数据库,并且能够对库中数据进行修改删除等操作。
2.2 概念结构设计
概念结构设计是数据库设计的关键。通过与第一阶段的需求分析进行综合,归纳和抽象,以形成一个独立于具体的数据库系统的概念模型[4]。本系统设计概念模型采用从上自下的方法,系统E-R模型,如图1所示。
2.3 数据库逻辑结构设计以及规范化设计
逻辑结构设计就是将概念结构设计的结果转换为数据库管理系统支持的数据模型,并对其优化[5,6]。本数据库采用关系类数据库存储管理数据。考虑到原始数据文件格式上的区别,如表1～表3所示,为了方便数据写入,同时兼顾数据库规范化关系的要求。设计按照其时间特性、极化特性以及频率特性分类建立其数据表,每次试验具体数据分别填入一张数据表。以时间特性为例,其字段以及表格设置,如表4和表5所示。
2.4 数据库物理设计
物理设计主要为逻辑结构设计的结果(逻辑数据模型)选取一个最实用的物理环境(包括存储结构和存储方式)[4]。为关系模式选择存取方式、设计关系、索引等数据库文件的物理存储结构。评价物理结构的时间以及空间效率,得到最优选择。本系统物理设计如下:
(1) 不同特性的数据文件结构不同,因此需要将其添加到不同的数据表文件中。可以由文件第一行的第一个数据特征标志来确定。在读取标校球RCS数据的文件中,特征标志为0则存入到时间特性数据表中,特征标志为2则存到频率特性数据表中,特征标志为3则存到极化特性数据表中;
(2) 文件中试验数据是与该试验的整体参数密切相关的,在不同参数下测得的数据即使是相同的,意义也不一样。因此,在试验数据存入到数据库过程中,必须将每次试验数据与试验的相关参数一起保存。
对于每种数据文件格式,构建一个关系数据库表,其数据项由试验的整体参数和试验数据的各个参数共同组成。同时按照分类将数据库分成时间特性RCS数据库,频率特性RCS数据库和极化特性RCS数据库共3个数据子库,每个子库是相对独立的数据库,各子库之间没有必然联系。
3 数据库关键问题设计实现
3.1 导入数据的预处理
由于需要导入的数据文件第一行和最后一行数据的特殊性,必须进行数据的预处理。原始数据格式是“.dat”,但是可以存为文本文档。对写字板文档进行预处理。
(1) 建立两个文本文档,每个一行。第1个文档存储数据表第一行和最后一行的结构,第2个文本文档存储数据表中其他行的数据结构。
(2) 读入数据文档的第一行和最后一行,把它存到第一个文档中,然后读入其他行,存到第2个文档中;
(3) 对上一步生成的两个文档用Access转化为两个数据表(暂命名为表a,表b),其中注意第一个数据表只有两行。然后对两个表执行笛卡尔乘积,生成最终需要的表,完成了对导入数据的预处理。
相关的SQL语句如下:
3.2 导出数据
本数据库可以将查询所得数据导出为文本格式,同样可以导出为mdb格式。其权限仅限于管理员使用。
4 结束语
通过建立数据库对试验所得数据量较大的RCS数据进行规范化管理,对于装备使用和科研分析都有积极意义。文中通过分析与建立RCS数据库密切相关的参数,研究其对外场RCS数据测量结果的重要影响,提出了标校球RCS数据库设计思想,并给出了概念模型的设计。
参考文献
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