简述雷达装配完成后的水平调试方法

简述雷达装配完成后的水平调试方法

王青杰

中国电子科技集团公司第三十八研究所 安徽合肥230031

摘要：达中的雷达天线座要保持较高的水平度，以确保雷达系统对目标定位的高精准度，所以雷达维护人员必须按相关规定，定期用水平仪来检测雷达天线座的水平度。

关键词：雷达装配；水平调试方法；应用

前言

雷达的主要功效能够监测远处目标物的大小（目标物反射截面大小）、强弱（反射强度）、空间位置、移动速度等，在民航系统和气象部门得到广泛应用，如用来监测机场附近天气变化的天气雷达，监测进场和离场飞机并与之通信的航管一次、二次雷达，为了能够更准确的判定目标，这些雷达多采用固定式（与车载移动式区别）安装。准确的目标位置测量除与雷达天线空间指向有关外，还受雷达底座固定后天线俯仰0度与真实水平0度是否一致影响较多，为了尽可能减轻这种影响，需要定期检测雷达天线底座的水平度，过去常用的检测工具是机械式水平测量仪，这种水平仪因每次读数都需仔细调整气泡水平，所以测量时间较长，且存在人为差异。

1雷达天线座水平误差的测量方法

水平仪是一种测量小角度倾斜程度的仪器。有读数装置供间接读数的气泡式水平仪，称为合像水平仪。它是利用棱镜将水准器中的气泡放大的方法，来提高读数的精确度，利用杠杆、微动螺杆这一套传动机构，提高读数的灵敏度。在合像水平仪中可精确读出倾斜0.01mm/m时被测件的水平误差，合像水平仪的“精度”用符号“Acr”表示，即Acr=0.01/1000为无量纲数。我们使用的合象水平仪2支点的距离为165mm。水平调整时，旋转盘上的每格刻度为0.01mm，侧向上的每个刻度为旋转盘上刻度的100倍，即为1mm。所以合像水平仪读数包括水平仪侧面垂直刻度读数L1和刻度圆盘的读数L2，合像水平仪的实际读数计算公式为H=100L1+L2。利用合像水平仪测量天线座的水平误差，首先将合像水平仪放置在天线俯仰转台顶端的平面上，以方位旋转轴为中心向外辐射的方向上。同时保证水平仪与转台平面之间光洁、平整，使其在天线转动过程中，不出现晃动。控制雷达伺服系统，将雷达天线的方位和仰角都调到0°，此时通过转动度盘调节合像水平仪上的气泡位置，直至两气泡重合。记下水平仪刻度圆盘的读数L2和水平仪侧面垂直刻度读数L1，则合像水平仪的实际读数为H=100L1+L2。此值即为雷达方位角为0°时雷达天线座的倾斜值。控制天线，将方位角增加一固定增量。由于水平误差，水准器中的气泡发生漂移，再旋转刻度盘使气泡重合。记录合像水平仪的实际读数以及该读数所对应的方位角。依此类推，重复以上步骤得到天线座在各个方位上合像水平仪两气泡重合时的实际读数，即雷达天线座各方位的倾斜值。通过对合像水平仪结构原理和刻度盘、刻度板读数产生过程的深入分析，参考相关资料，得到被测对象倾斜角度α的具体解析计算公式：

α(弧度)=arctan(H×Acr)(1)

α(角秒)=arctan(H×Acr)×3600×180/π(2)

式中，H为合像水平仪实际读数，根据合像水平仪的“精度”可得到，Acr=0.01/1000为无量纲数。由天线底座水平度的实际计算公式可以计算出天线底座某一方位上的水平误差β。

β=(αl-αl+180)/2(3)

式中，αl表示某一方位上的倾斜角度，αl+180表示与之对应的天线旋转180°后的倾斜角度。根据大量的实际测量和计算结果分析可知，雷达天线底座某一方位上的水平误差β(以角秒为单位)与对应的一条直线上2次合像水平仪实际读数之差近似，即公式(4)成立。

β(角秒)≈H1-H1+180(4)

式中，Hl表示某一方位上合像水平仪实际读数，Hl+180表示与之对应天线旋转180°后合像水平仪实际读数。这样在调整雷达天线座水平时，就不必反复计算。调整完毕后，只需精确计算1次即可得到雷达天线座的水平误差值，方法简便。

2雷达天线座水平误差的调整实例

雷达天线座与安装基础通常是通过多个联结螺栓进行连接并固定。另有几个均匀分布在天线座的底面上供水平调整的螺栓。根据测量记录的结果，可以分别粗略地计算天线各个方位角直线上的水平误差，并依此数据进行天线座的水平调整。水平调整时，应先适当松开联结螺栓。针对粗略计算结果，将天线控制到需要调整的对应方位角。轻微拧动此方位对应的2个水平调整螺栓，使合像水平仪读数变化合适的位移量，并记录调整后的读数。天线旋转180°读出合像水平仪读数。再粗略计算此方位水平误差。如此反复直至调整到符合要求为止。所有方位调整完毕后，最后拧紧联结螺栓，然后转动天线按上述的水平测量方法进行再次测量，最后精确计算出天线座的水平误差。
例如：第一次测量天线座方位间隔45°时，可以看出，雷达天线座在0°方位上和45°方位上水平误差较大，需要调整。根据上述调整方法在0°方位上，下调0°对应的水平调整螺栓或上调180°对应的水平调整螺栓即可。在45°方位上方法相同。

3RAAL型电子水平仪简介

RAAL型电子水平仪是新疆维吾尔自治区气象技术装备保障中心经与青岛奥得森电子有限公司技术协作，开发出的专门用于雷达水平测试的雷达天线水平自动测试校准装置。该装置采用国际先进水平的电子水平测试内核，测试精度高，使用方便，并可通过无线系统与计算机互传数据，借助于专用的测试软件，可快速的对雷达天线等部件水平（垂直）度作出判断，指导技术人员调整。该装置主要用于测量相对于水平面的倾斜角度，也可用于测量两部件的平行度、导轨的直线度和工作平面的平面度。具有测量精度高、稳定性好、功能齐全、体积小、携带方便等特点。

4使用RAAL型电子水平仪检测雷达天线底座水平度

电子水平仪在使用前需预热30分钟，测量档位选择I档，控制雷达伺服系统使其方位角、俯仰角显示均为0度，将电子水平仪置于天线俯仰转台的顶端中部，并保证水平仪与转台平面之间光洁、平整；并使水平仪的横轴轴向与天线底座任意两个相隔180度的螺钉的连线平行，便于调节工作。将天线顺时针转动45度，记录下此时伺服系统指示的方位角度，待水平仪显示数值稳定后读取数据L45，填入对应表格；重复上述步骤，得到读数L90；依此法类推，可得到天线在45度、90度、135度、180度、225度、270度、315度、360度等8个方位角度上电子水平仪的读数。

5使用机械式水平仪与电子式水平仪测量对比

分别采用光学合像水平仪与RAAL电子水平仪测量某雷达天线水平度，RAAL型电子水平仪测量表8个方位水平度用时5分钟，而光学合像水平仪用了近20分钟，从表中可以看出，RAAL型电子水平仪与光学合像水平仪在读数上相差不大，最大仅相差8格（16′′），二者精度接近一致。

6结论

雷达天线座如果水平度超差，会造成天线不在同一个平面上转动，影响雷达探测准确性，因此雷达天线座需要定期进行检查、调整；通过前面电子水平仪和机械水平仪测量对比，RAAL型电子水平仪测量精度高，准确度高，测量时间短（采用电子调平），适合于日常测试和伺服系统维修后检查用，笔者在雷达维护中多次采用RAAL型电子水平仪，效果较好。

参考文献：

[1]丁鹭飞,耿富录,陈建春.雷达原理[M].北京：电子工业出版社,2009.
[2]RAAL雷达天线水平自动测试校准装置使用说明书[Z].青岛奥得森电子有限公司.
[3]邵楠.新一代天气雷达定标技术规范[M].北京：气象出版社,2018,(04).