地海雜波是地表平面,，海平面反射的雷達(dá)回波,，由于受到風(fēng)力，環(huán)境濕度等多種自然因素的影響,，地海雜波信號變化復(fù)雜,，信號強(qiáng)。它的存在嚴(yán)重干擾了雷達(dá)對地面,，海面目標(biāo)的檢測性能,。為了提高雷達(dá)的檢測性能，要采用地海雜波測試" title="雜波測試">雜波測試控制" title="控制">控制平臺" title="平臺">平臺來實(shí)現(xiàn)對地海雜波的檢測,。這樣可以有效檢測地海雜波信號,，從而掌握各種條件下地海雜波的分部，以便消除或者減小雜波的影響,。該測試平臺由天線,，天線座以及伺
服控制系統(tǒng)3部分組成。

1 橢圓波束偏置拋物面天線設(shè)計(jì)
1．1 天線參數(shù)設(shè)計(jì)
    在該系統(tǒng)中的天線部分使用偏置拋物面天線,。偏置拋物面天線是指利用常規(guī)拋物面天線在其焦軸上(或下)半空間的一部分為天線主反射面的天線,，如圖1所示。圖1中：V是拋物面的頂點(diǎn),，F(xiàn)是拋物面的焦點(diǎn),，V到F是拋物面的焦距，用f表示,，h是靜距,，θh是靜距角，θo=θh+θα是偏置角,，θα是饋源對偏置拋物面的半照射角,，XOZ平面是偏置拋物面的對稱平面，YOZ平面是其非對稱平面,。

    根據(jù)實(shí)際地海雜波信號情況,，天線使用頻率帶寬為14．93％,，饋源對偏置拋物面的照射角為79．6°?？梢圆捎玫酿佋从胁y喇叭和多模喇叭,，由于L波段頻率低，波長224mm,，若采用波紋喇叭則尺寸和重量過大,，因此采用多模喇叭。多模喇叭的雙極化饋電長度為200 mm,，多模傳輸段長1 1993 mm,，總長1 400 mm。天線方位半功率角為6．3°,；俯仰半功率角為7．8°,；增益G=27．4 dB。
1．2 天線干擾因素
    天線在工作過程中,，存在有干擾,。收、發(fā)天線并排緊靠一起,，輻射耦合不僅存在于兩天線之間,，在設(shè)備的機(jī)殼，機(jī)殼的孔洞,，傳輸線及元件之間都可能存在,，綜合起來主要有3種不同的干擾途徑：1)收、發(fā)天線之間的輻射干擾,；2)元件或機(jī)殼間的輻射干擾,；3)傳輸線之間的輻射干擾。除此之外,，周邊反射體的干擾也會影響天線的性能,。但是天線之間的輻射干擾是主要干擾途徑。
    天線之間的近場耦合計(jì)算是一個(gè)比較復(fù)雜的電磁場問題,，因此本文只做定性的分析,。假設(shè)兩天線彼此位于遠(yuǎn)場區(qū)，即天線間距,，兩個(gè)天線的最大口徑為2．5 m,，中心頻率波長為0．224 m；通過計(jì)算得到天線間距為58 m,，在實(shí)際工程中,，兩個(gè)天線之間的距離是不可能達(dá)到58 m的，由于天線的旋轉(zhuǎn)半徑為3 m，兩天線中心距離6 m,，即兩天線處于近場區(qū),，天線的饋源對另一天線的干擾將起到明顯作用，隔離這項(xiàng)干擾最有效的辦法是在天線周邊加上導(dǎo)電圍邊,，當(dāng)圍邊的高度為波長的5．3倍時(shí),，天線遠(yuǎn)旁瓣可降低13 dB，兩天線的隔離可達(dá)到80 dB左右,，圍邊的實(shí)際高度為1．2 m,。

2 天線座設(shè)計(jì)
2．1 天線座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    天線座設(shè)計(jì)采用方位，俯仰型轉(zhuǎn)臺式結(jié)構(gòu),。由方位座、俯仰箱驅(qū)動系統(tǒng),、軸角裝置,、限位保護(hù)裝置、調(diào)平裝置,、配重等部分組成,，如圖3所示。方位部分由底座,、轉(zhuǎn)盤,、轉(zhuǎn)盤軸承等組成，轉(zhuǎn)盤式具有較好的剛性和穩(wěn)定性,，轉(zhuǎn)盤軸承直接帶有蝸輪,，保證了方位驅(qū)動剛性。底座,、轉(zhuǎn)盤均為鋼板焊接件,，為保證-13．5°仰角工作，方位上增加一個(gè)支座以提高俯仰軸高度,。俯仰由俯仰箱左右軸承,、俯仰軸和左右支臂組成，俯仰箱為鑄件，左右支臂與俯仰軸同步轉(zhuǎn)動，其上端與天線聯(lián)接,，后端放置配重,，用于平衡天線重量，在左右支臂上端增加過渡件,，即可與其他天線聯(lián)接。對于驅(qū)動系統(tǒng)目前在工程中廣泛采用絲桿驅(qū)動方式，但本系統(tǒng)的天線座設(shè)計(jì)并未考慮采用,，主要原因有2個(gè)：1)由于工作環(huán)境比較惡劣，對于天線的速度均勻性要求比較高，而絲桿驅(qū)動在工作范圍內(nèi)速度是不均勻的,，測試平臺要求天線轉(zhuǎn)動速度約為6(°)／s,，該速度用絲桿方式實(shí)現(xiàn)比較困難；2)絲桿轉(zhuǎn)動效率低,，在要求較大風(fēng)速條件下工作,，電機(jī)功率比較大。針對實(shí)際情況,，該驅(qū)動系統(tǒng)選擇采用蝸輪付加行星減速器方式,，為了減少體積和重量蝸輪采用包絡(luò)面型式，這種型式具有較大的負(fù)載能力,，行星減速器具有體積少,、重量輕、效率高等優(yōu)點(diǎn),。采用渦輪驅(qū)動的方式,，電機(jī)功率約550 W。

    軸角傳感器采用旋變,、俯仰旋變1：1與俯仰軸聯(lián)接,，方位通過齒輪聯(lián)接，為消除齒隙傳動齒輪采用雙片消隙,。天線座中安裝有限位開關(guān)和機(jī)械限位塊,，以保證設(shè)備安全，限位開關(guān)采用無接觸接近開關(guān),，以適應(yīng)惡劣海邊環(huán)境,，系統(tǒng)采用蝸輪驅(qū)動具有自鎖性，所以朝天鎖定可利用其本身自鎖性能,。

3 伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3．1 伺服控制原理
    地海雜波測試控制平臺由兩副天線,，天線座，伺服控制系統(tǒng)組成,。兩幅天線采用獨(dú)立天線座,，左右并排放置，兩幅天線的轉(zhuǎn)動可以獨(dú)立控制,。伺服控制原理框圖,，如圖4所示。驅(qū)動鏈采用一級渦輪渦桿傳動,，使其具有自鎖功能,，以阻止由于風(fēng)負(fù)載使天線轉(zhuǎn)動。采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(配套驅(qū)動器)的驅(qū)動方式,，旋轉(zhuǎn)變壓器軸角傳感器,；12位RDC模塊的軸角編碼；軸角及狀態(tài)參數(shù)顯示采用液晶顯示，專用控制計(jì)算機(jī)PC-104及配套卡,。計(jì)算機(jī)采集到軸角數(shù)據(jù)并送給顯示屏,，通過鍵盤實(shí)現(xiàn)對天線方位，俯仰的轉(zhuǎn)動控制,。伺服控制系統(tǒng)接收中心計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)程控制信息以及向中心計(jì)算機(jī)傳送相關(guān)的參數(shù)信息,，并接收限位信息，實(shí)現(xiàn)對天線的限位保護(hù),。限位保護(hù)采用電限位方式,，在俯仰上安裝上、下限位開關(guān),，在方位上安裝左,、右開關(guān)，以實(shí)現(xiàn)對天線的限位保護(hù),。

3．2 伺服控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
    中心控制芯片采用單片機(jī)C8051F020,，該單片機(jī)具有集成度高，功能多的優(yōu)點(diǎn),，廣泛應(yīng)用于控制電路。圖5所示為單片機(jī)與PC104的串行接口原理圖,，PC104的串行口與電平轉(zhuǎn)換器接口連接,，信號輸入輸出通過電平轉(zhuǎn)換器片與單片機(jī)串口連接。為了提高系統(tǒng)的抗干擾性能,，PC 104與單片機(jī)之間使用了高速光耦元件6N137,，將CPU與通信接口隔離，防止串入式干擾,。

    本系統(tǒng)中的RDC模塊采用AD2S80,，可以實(shí)現(xiàn)10、12,、14,、16位4種不同的分辨率，通過SC1和SC2引腳進(jìn)行選擇,。綜合考慮轉(zhuǎn)換精度和跟蹤速率,，本系統(tǒng)中選擇了12位的分辨率。在工作時(shí),，旋轉(zhuǎn)變壓器產(chǎn)生的正弦和余弦信號分別接入對應(yīng)的正弦輸入和余弦輸入引腳,，轉(zhuǎn)換得到的12位的數(shù)字信息直接傳送給中心控制芯片。AD2S8OA及其外圍電路如圖6所示,。

4 性能指標(biāo)及工作原理
4．1 性能指標(biāo)
    天線轉(zhuǎn)動范圍為俯仰：-13°～90°,，方位：±170°；天線轉(zhuǎn)動方式為自動電控；波束指向精度為俯仰：±0．1°,，方位：±0．1°,；限位保護(hù)具有限位保護(hù)功能。接口為伺服控制計(jì)算機(jī)傳送相關(guān)參數(shù)信息,，該接口采用RS232串口,。
4．2 工作原理
    根據(jù)測定范圍的要求，確定天線指向的變化,，伺服控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是確保天線指向的穩(wěn)定性,，同時(shí)通過改變天線的俯角和仰角實(shí)時(shí)的檢測雜波信號。由于雜波信號的不確定性,，準(zhǔn)確穩(wěn)定的確定天線的指向至關(guān)重要,，因此控制系統(tǒng)中有兩個(gè)閉環(huán)回路：俯仰控制環(huán)路和方位控制環(huán)路。
    在俯仰控制環(huán)路中,，引入了水平基準(zhǔn),。水平基準(zhǔn)對俯仰方向的傾斜角非常敏感，從而確保與俯仰軸成垂直關(guān)系,，進(jìn)一步提高了俯仰控制的準(zhǔn)確性,，實(shí)現(xiàn)俯仰指令角的定向控制。
    在方位控制環(huán)路中,，引入方位基準(zhǔn),。方位基準(zhǔn)對天線平臺的方位非常敏感，從而實(shí)現(xiàn)方位指令角的定向控制,。根據(jù)本系統(tǒng)的要求,，伺服控制設(shè)備要具有自動定位目標(biāo)范圍的功能，該任務(wù)由計(jì)算機(jī)控制完成,。將俯仰角和方位角輸入計(jì)算機(jī),，計(jì)算機(jī)根據(jù)輸入?yún)?shù)從而確定天線的指向。

5 指向精度分析
    在系統(tǒng)測試過程中發(fā)現(xiàn)由于制作工藝,，伺服系統(tǒng)的固有誤差造成指向精度發(fā)生偏差,，主要誤差源及數(shù)值通過測試得出，如表1所示,。

由表1可知總指向誤差(均方根值)：
   
    按方位,、俯仰等誤差計(jì)算，得波束指向精度,。
    通過對總指向誤差,，波束指向精度等相關(guān)參數(shù)的測試與計(jì)算，誤差值在可控誤差的范圍內(nèi),，系統(tǒng)符合使用要求,。

6 結(jié)論
    文中采用偏置拋物面天線,，伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了地海雜波測試控制平臺，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜情況下,，地海雜波的檢測,，對消除或者減小雜波的影響，提高雷達(dá)的抗干擾能力提供了依據(jù),。該平臺提高了工作的時(shí)效性,，它的推廣應(yīng)用具有較為重要的意義。