[发明专利]基于分层共形曲面的有源相控阵雷达安装位置测量方法

权利要求书

1.一种基于分层共形曲面的有源相控阵雷达安装位置测量方法，包括步骤：

(1)根据有源相控阵雷达的机械结构将雷达整体分为三个部分，底层为基础支撑部分，中层为阵面拼接框架部分，上层为离散阵元部分，然后分别对三部分进行测量并建立基础支撑部分、阵面拼接框架部分和离散阵元部分对应的基础支撑曲面、阵面拼接框架曲面和离散阵元曲面；

(2)采样基础支撑部分与阵面拼接框架部分之间连接接触位置的形状尺寸偏差，将偏差叠加到阵面拼接框架曲面的整数维部分并进行双三次B样条拟合，然后再与阵面拼接框架曲面的分数维部分进行关联叠加，最终获得偏差传递之后的阵面拼接框架曲面；

(3)通过将离散阵元曲面中的阵元投影到步骤(2)获取的阵面拼接框架曲面，获得阵元投影到阵面拼接框架曲面中的对应点，计算对应点的法向偏差叠加到离散阵元曲面，作为测量到的有源相控阵雷达安装位置结果；

所述步骤(1)具体为：

(1.1)建立基础支撑部分各零部件的理想安装位置的齐次矩阵作为理想基准曲面，齐次矩阵中每个元素代表了一个零部件的安装位置坐标，测量获取各零部件的形状尺寸偏差，利用小位移旋量方法构建各零部件的形状尺寸偏差的传递矩阵，最终利用传递矩阵计算出基础支撑部分的偏差累积位姿矩阵，将偏差累积位姿矩阵叠加到理想基准曲面上建立基础支撑曲面：

S₁^t＝T_g·S₁

其中，S₁和S₁^t分别为理想基准曲面和基础支撑曲面，T_g表示偏差累积位姿矩阵；

(1.2)基于小波分析提取各阵面拼接框架的表面形貌数据，并且对不同表面形貌进行辨识获得表面特征参数，利用表面特征参数构建分数维模型，用分数维模型模拟阵面拼接框架的波纹度的微观偏差，利用最小二乘法和双三次B样条曲面建立整数维模型模拟阵面拼接框架的宏观偏差，采用关联叠加法叠加分数维模型与整数维模型，作为基于混合维的阵面拼接框架曲面p_hd：

p_hd＝p_id+C_hd·h_fd

其中，p_id为整数维模型，h_fd为分数维模型，C_hd为关联叠加法中的关联系数；

(1.3)采用适应性采样方法对有源相控阵雷达的阵面进行采样测量，建立阵元的安装位置精度样本，并构建模型估计获得所有阵元的安装位置，然后以所有阵元的安装位置构建离散阵元曲面；

所述步骤(1.3)具体为：

(1.3.1)基于阵列装配结构划分一级子阵：

有源相控阵雷达的阵面由多个子阵拼接而成，子阵是由多个阵元阵列构成，各子阵的安装位置及电参数各不相同，将各子阵作为一级子阵A_i，构成一级子阵集合：

其中，A是有源相控阵雷达的阵面，A_i是各一级子阵，m表示一级子阵；

(1.3.2)从全部一级子阵集合中选取关键特征子阵：

比较每两个一级子阵的电参数相似性，选取电参数相似性高于预设阈值的子阵中的任一个作为关键特征子阵，对关键特征子阵进行采样并后续处理，其余的一级子阵不进行采样，选取关键特征子阵后的集合B记为：

B＝tA_i+...+lA_k

其中，A_i是第i个一级子阵被选取为关键特征子阵，t表示与第i个关键特征子阵A_i相似的一级子阵的数量，A_k是第k个一级子阵被选取为关键特征子阵，l表示与第k个关键特征子阵A_k相似的一级子阵的数量；

(1.3.3)基于阵元幅值将关键特征子阵划分为二级子阵：

针对每一个关键特征子阵，根据关键特征子阵中的阵元电参数的幅值绘制幅值等高线图，从幅值等高线图的左上角位置的阵元开始向中心位置的阵元搜索，每隔N个阵元间隔的距离取一条幅值等高线，提取各条幅值等高线的矩形包围盒，由矩形包围盒确定二级子阵；并且，幅值等高线图中最大矩形包围盒以外的剩余部分均匀划分为多块，每块也作为二级子阵；

从而将关键特征子阵划分为多个二级子阵，表示为：

其中，A_ij表示第i个关键特征子阵的第j个二级子阵；

(1.3.4)确定各二级子阵的采样数量：

计算各二级子阵中所有阵元的幅值均方值，采用幅值均方值与阵元数量相结合的加权方法确定各二级子阵的采样权重系数，二级子阵A_ij的采样权重系数为：

其中，α_ij表示第i个关键特征子阵的第j个二级子阵的采样权重系数；M_sub为所有二级子阵A_ij的阵元数量，M_ij表示单个二级子阵A_ij的阵元数量，Amp²为所有二级子阵A_ij的幅值均方值，为单个二级子阵A_ij的幅值均方值，β为加权系数；

在根据预先设定的总采样数量采用以下公式确定各二级子阵A_ij的采样数量为：

Q_ij＝α_ijQ

其中，Q为根据实际需求预先设定的总采样数量，Q_ij表示第i个关键特征子阵的第j个二级子阵的采样数量；

(1.3.5)构建各一级子阵的阵元安装位置精度统计模型：

根据步骤(1.3.4)设定的各个二级子阵的采样数量Q_ij进行随机采样获得每个二级子阵的采样阵元，由所有二级子阵的采样阵元的安装位置合并构成一级子阵样本；采用最大似然估计方法建立阵元安装位置精度多元正态分布模型，利用一级子阵样本对阵元安装位置精度多元正态分布模型进行训练；

(1.3.6)利用阵元安装位置精度多元正态分布模型生成所有一级子阵的样本，进而利用生成的所有一级子阵的样本进行电性能仿真处理，分析获得有源相控阵雷达的电性能结果，根据电性能结果获得阵元安装位置。