[发明专利]基于空间解析几何求解舰载雷达两轴稳定天线姿态的方法

说明书

本发明提出了一种基于空间解析几何求解舰载雷达两轴稳定天线姿态的方法。在大地直角坐标系中定义舰船姿态角，建立舰船直角坐标系并在其中定义天线稳定系统各姿态角，由舰船纵摇值和横摇值推导出甲板面方程；舷角线在甲板面内，由舷角值和甲板面方程推导出舷角线向量；由舷角线向量和甲板面方程求得甲板垂直面方程；天线法线在甲板垂直面内，天线法线与舷角线夹角为天线甲板面俯仰角，由甲板垂直面方程、舷角线向量和天线甲板面俯仰角求得天线法线向量；由天线法线向量求得天线方位角和俯仰角。

技术领域

本发明属于雷达伺服控制领域。

背景技术

具有俯仰轴和舷角轴的舰载雷达两轴转台系统机械结构简单，重量轻，控制精度高；舰载雷达两轴稳定系统(图1)的天线转台中心轴为舷角轴，舷角轴与舰船甲板面垂直；天线转台上方是俯仰轴，俯仰轴与舰船甲板面平行；采用伺服控制技术使俯仰轴和舷角轴协作运动可以保证舰载雷达天线的姿态(即天线法线在大地直角坐标系中的方位值和俯仰值)，从而控制雷达波束的指向。

本发明主要特点是：对舰船直角坐标系和两轴转台系统各姿态角进行了定义，在已知舰船平台罗经信号(舰船纵摇值和横摇值)、舷角轴和俯仰轴角度时，基于空间解析几何法推导出雷达天线的方位角和俯仰角方程。

发明内容

本发明提出了一种基于空间解析几何求解舰载雷达两轴稳定天线姿态的方法，该方法可验证两轴转台稳定系统天线姿态的控制精度，为雷达人机交互系统提供探测目标的方位值和俯仰值。

实现本发明的技术解决方案为：由舰船纵摇值和横摇值推导出甲板面方程；舷角线在甲板面内，由舷角值和甲板面方程推导出舷角线向量；由舷角线向量和甲板面方程求得甲板垂直面方程；天线法线在甲板垂直面内，天线法线与舷角线夹角为天线甲板面俯仰角，由甲板垂直面方程、舷角线向量和天线甲板面俯仰角求得天线法线向量；由天线法线向量求得天线方位角和俯仰角。

附图说明

图1为舰载雷达两轴转台系统示意图，其中，1－舰艏线，2－左舷线，3－甲板面，4－基座，5－天线转台，6－舷角轴，7－俯仰轴，8－天线法线，9－天线。

图2为大地直角坐标系中舰船姿态角，其中，O-XYZ－大地直角坐标系，H－航向角，P－纵摇角，R－横摇角。

图3为舰船直角坐标系中两轴稳定系统各姿态角，其中，O-XcYcZ－舰船直角坐标系，Ac－天线舷角，Ec－天线甲板面俯仰角，A－天线方位角，E－天线俯仰角。

具体实施方式

本发明基于空间解析几何法，具体实施步骤为(参见附图)：

第一步，由舰船平台罗经测得的舰船纵摇值P和横摇值R，推导出甲板面方程，具体为：由空间解析几何法，舰艏线上M点(图3)空间坐标为(cosP，0，sin P)，左舷线上N点空间坐标为(-sinR sinP，cosR，sinR cosP)，甲板面过O，M，N三点，得其方程为：

sinP x+tanR y-cosP z＝0 (1)。

第二步，由第一步推导出的甲板面方程和舷角轴自整角机测得的天线舷角Ac，推导出舷角线向量，具体为：舷角线在甲板面内，设舷角线OJ方向向量为(m₁，n₁，k₁)，得方程组：

可得：

其中，0＜A_c≤180时，

360≥A_c＞180时，