大型雷达天线六自由度自动对接分离系统及方法与流程

本发明涉及雷达天线领域，特别是一种大型雷达天线六自由度自动对接分离系统及方法。

背景技术：

雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。雷达天线是雷达用来辐射和接收电磁波并决定其探测方向的设备。

随着雷达探测需求的提高，机动雷达因其机动性，受地域限制小的特点得到了越来越广泛的应用。高机动雷达需要满足快速架设、拆收、机动转移等方面的要求，大型雷达天线作为高机动雷达结构最复杂、体积最大的子系统，其结构形式将对整机的机动性能起着至关重要的作用。机动雷达要求在短时间内完成可靠架设及撤收。在雷达运输平台上设置一种锁紧装置，通过液压驱动，同天线举升液压系统联动，能够实现自动锁紧，随动解锁的功能。

目前，国内大型机动型雷达天线的拼装均采用自带式或独立式吊车人工吊装拼接完成。存在着以下缺点：①拼装天线所需时间较长；②吊装操作不安全；③雷达需增设专用吊车或自吊装置；④环境适应性差；⑤机动性能差。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种大型雷达天线六自由度自动对接分离系统及方法，系统采用机电液一体化技术，采用位姿采集装置进行位姿信息采集，可实现中块天线、边块天线自动调平，以及边块天线的六自由度运动，进而完成边块天线与中块天线的自动拼接、分离，安全快捷，克服了吊装的缺点。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：大型雷达天线六自由度自动对接分离系统，它包括主控系统、位姿检测系统、运动控制系统、液压执行系统、位姿检测装置和对接机构，位姿检测装置实时采集对接机构的位置信息并传输到位姿检测系统，位姿检测系统将位置信息传输到主控系统，主控系统将位置信息转换为可控的相对位姿参数，并发送控制指令到运动控制系统，运动控制系统驱动液压执行系统实时调节对接机构进行对接分离。

所述的位姿检测装置包括激光测距仪、视觉传感器和倾斜传感器，激光测距仪和视觉传感器设置在天线边块两边，天线中块对应位置安装两块带有预设靶标的金属平板，天线中块、天线边块与对接机构各安装一个倾斜传感器。

所述的对接机构包括底座、第一平台、第二平台、第三平台和第四平台，天线对接机构通过底座与边块天线挂车大梁相连，第一平台支撑第二平台并完成上装平台和天线的小角度旋转，第二平台通过安装滚动直线导轨副使边块天线能够完成车长方向水平移动，第三平台通过安装滚动直线导轨副使边块天线能够完成车宽方向水平移动，第四平台支撑天线边块并完成车宽方向水平移动，对接机构上的倾斜传感器设置在第一平台上。

所述的液压执行系统包括液压源、中块调平回路、平台调平回路、平台举升回路、车款平推回路、车长平推回路、平台旋转回路、平台调资回路和中块锁紧回路；

中块调平回路有四路，每路由一只特种调平锁紧油缸，一比例多路换向阀组，一只压力传感器组成，能够联动或单独调节各调平缸，实现中块的调平；

平台调平回路有四路，每路由一只调平油缸，一比例多路换向阀组，一只压力传感器，一个平衡阀组成，能够联动或单独调节各调平缸，实现平台的调平；

平台举升回路通过平行四边形结构，实现车宽方向运动的同时又实现车高方向的运动；该回路由两支油缸，一比例多路换向阀组，一个同步阀及二个平衡阀组成；同步阀接在进油口，平衡阀集成在油缸上；

车宽平推回路由两支油缸、一比例多路换向阀组组成，可联动调节两只油缸，实现车宽方向水平移动；

车长平推回路由一支油缸、一比例多路换向阀组组成，实现车长方向水平移动；

平台旋转回路由一支油缸、一比例多路换向阀组组成，实现平台的水平旋转。

平台调姿回路由四支油缸、四路比例多路换向阀组成，采用四点微调，实现调平腿伸出和收回，无杆腔连接压力传感器，能够反馈天线受力程度；

中块锁紧回路由八只油缸、一路比例多路换向阀组成，实现同时锁定及解锁。

所述的液压源采用双联齿轮泵，能够提供两路独立的油源，高压油用于调平油缸的解锁，低压油用于调平、对接和锁紧。

大型雷达天线六自由度自动对接分离系统实现对接分离的方法，它包括自动对接步骤和自动分离步骤；

所述的自动对接包括如下子步骤：

s100、中块调平，主控系统根据天线中块上设置的位姿检测装置采集的数据发送控制指令给运动控制系统，运动控制系统控制液压执行系统完成天线中块调平；

s101、对接机构粗调平，主控系统根据对接机构上设置的位姿检测装置采集的数据发送控制指令给运动控制系统，运动控制系统控制液压执行系统完成对接机构粗调平；

s102、对接机构举升到位，运动控制系统控制液压执行系统完成对接机构举升；

s103、位姿检测装置粗测y向距离；

s104、位姿检测装置精测第一点xz向距离；

s105、位姿检测装置精测y向距离；

s106、位姿检测装置精测第二点xz向距离；

s107、对接机构精确调姿，主控系统根据位姿检测装置采集的距离数据发送控制指令给运动控制系统，运动控制系统控制液压执行系统完成对接机构精确调姿，实现天线边块与天线中块靠拢贴合；

s108、锁紧，液压执行系统将贴合后的天线中块与天线边块锁紧固定；

s109、对接机构撤收，将对接机构收回初始位置；

所述的自动分离包括如下子步骤：

s200、对接机构粗调平，主控系统根据对接机构上设置的位姿检测装置采集的数据发送控制指令给运动控制系统，运动控制系统控制液压执行系统完成对接机构粗调平；

s201、对接机构举升到位，运动控制系统控制液压执行系统完成对接机构举升；

s202、位姿检测装置粗测y向距离；

s203、位姿检测装置精测第三点xz向距离；

s204、位姿检测装置精测y向距离；

s205、位姿检测装置精测第四点xz向距离；

s206、对接机构贴合天线支撑点，主控系统根据对接机构上设置的位姿检测装置采集的数据发送控制指令给运动控制系统，运动控制系统控制液压执行系统执行对接机构贴合天线支撑点的运动；

s207、对接机构支撑力检测，液压执行系统检测对接机构上的支撑力；

s208、天线解锁，液压执行系统解锁贴合的天线中块与天线边块；

s209、对接机构撤收，将对接机构收回初始位置。

所述的自动对接步骤具体包括：

s1000、主控系统根据天线中块上设置的倾斜传感器采集的数据发送控制指令给运动控制系统，运动控制系统控制中块调平回路完成天线中块调平；

s1001、第一平台粗调平，主控系统根据第一平台上设置的倾斜传感器采集的数据发送控制指令给运动控制系统，运动控制系统控制平台调平回路完成第一平台粗调平；

s1002、对接机构举升到位，运动控制系统控制平台举升回路完成对接机构举升；

s1003、激光测距仪粗测y向距离；

s1004、第一视觉传感器精测第一点xz向距离；

s1005、激光测距仪精测y向距离；

s1006、第二视觉传感器精测第二点xz向距离；

s1007、第四平台精确调姿，主控系统根据激光测距仪和视觉传感器采集的距离数据发送控制指令给运动控制系统，运动控制系统控制平台调姿回路完成第四平台精确调姿，实现天线边块与天线中块靠拢贴合；

s1008、锁紧，中块锁紧回路将贴合后的天线中块与天线边块锁紧固定；

s1009、对接机构撤收，将对接机构收回初始位置。

所述的自动分离步骤具体包括：

s2000、第一平台粗调平，主控系统根据第一平台上设置的倾斜传感器采集的数据发送控制指令给运动控制系统，运动控制系统控制平台调平回路完成对接机构粗调平；

s2001、对接机构举升到位，运动控制系统控制平台举升回路完成对接机构举升；

s2002、激光测距仪粗测y向距离；

s2003、第一视觉传感器精测第三点xz向距离；

s2004、激光测距仪精测y向距离；

s2005、第二视觉传感器精测第四点xz向距离；

s2006、对接机构贴合天线支撑点，主控系统根据第一平台上设置的倾斜传感器采集的数据发送控制指令给运动控制系统，运动控制系统控制液压执行系统执行对接机构贴合天线支撑点的运动；

s2007、第四平台支撑力检测，液压执行系统检测第四平台上的支撑力；

s2008、天线解锁，中块锁紧回路解锁贴合的天线中块与天线边块；

s2009、对接机构撤收，将对接机构收回初始位置。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种大型雷达天线六自由度自动对接分离系统及方法，系统采用机电液一体化技术，采用视觉传感器与激光测距传感器自动识别靶标，可实现中块天线、边块天线自动调平，以及边块天线的六自由度（x、y、z三轴平移和旋转）运动，进而完成边块天线与中块天线的自动拼接、分离，安全快捷，克服了吊装的缺点。

附图说明

图1为自动对接分离系统组成框图；

图2为天线对接示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，大型雷达天线六自由度自动对接分离系统，它包括主控系统、位姿检测系统、运动控制系统、液压执行系统、位姿检测装置和对接机构，位姿检测装置实时采集对接机构的位置信息并传输到位姿检测系统，位姿检测系统将位置信息传输到主控系统，主控系统将位置信息转换为可控的相对位姿参数，并发送控制指令到运动控制系统，运动控制系统驱动液压执行系统实时调节对接机构进行对接分离。

所述的位姿检测装置包括激光测距仪、视觉传感器和倾斜传感器，激光测距仪和视觉传感器设置在天线边块两边，天线中块对应位置安装两块带有预设靶标的金属平板，天线中块、天线边块与对接机构各安装一个倾斜传感器。

将两套视距传感器固定在天线边块两边合适位置，并在中块对应位置安装两块带有预设靶标的金属平板。激光测距传感器可检测y轴距离，视觉传感器可以检测靶标实际位置相对于目标位置的x轴和z轴偏移量。天线中块、天线边块与对接平台各安装一个水平传感器，可以检测各自的x轴与y轴的水平偏差。由此，即可获得天线边块相对于天线中块的实时姿态数据。

所述的对接机构包括底座、第一平台、第二平台、第三平台和第四平台，天线对接机构通过底座与边块天线挂车大梁相连，在底座与第一一平台之间设置平行四边形机构及液压举升油缸，同时完成车宽方向和车高方向上的位移；第一平台支撑第二平台并完成上装平台和天线的小角度旋转，同时，第一平台增加了四只精调平小油缸，不但起到天线调姿、辅助对接的作用，而且油缸自带压力检测，也可辅助天线分离；第二平台通过安装滚动直线导轨副使边块天线能够完成车长方向水平移动，第三平台通过安装滚动直线导轨副使边块天线能够完成车宽方向水平移动，第四平台支撑天线边块并完成车宽方向水平移动，对接机构上的倾斜传感器设置在第一平台上。

所述的液压执行系统包括液压源、中块调平回路、平台调平回路、平台举升回路、车款平推回路、车长平推回路、平台旋转回路、平台调资回路和中块锁紧回路；

中块调平回路有四路，每路由一只特种调平锁紧油缸，一比例多路换向阀组，一只压力传感器组成，能够联动或单独调节各调平缸，实现中块的调平；

平台调平回路有四路，每路由一只调平油缸，一比例多路换向阀组，一只压力传感器，一个平衡阀组成，能够联动或单独调节各调平缸，实现平台的调平；

平台举升回路通过平行四边形结构，实现车宽方向运动的同时又实现车高方向的运动；该回路由两支油缸，一比例多路换向阀组，一个同步阀及二个平衡阀组成；同步阀接在进油口，采用分流式同步，可实现举升油缸的同步要求，保证同步精度≤3%。平衡阀集成在油缸上，可平衡油缸载荷，保持其运动平稳；

车宽平推回路由两支油缸、一比例多路换向阀组组成，可联动调节两只油缸，实现车宽方向水平移动；

车长平推回路由一支油缸、一比例多路换向阀组组成，实现车长方向水平移动；

平台旋转回路由一支油缸、一比例多路换向阀组组成，实现平台的水平旋转。

平台调姿回路由四支油缸、四路比例多路换向阀组成，采用四点微调，实现调平腿伸出和收回，无杆腔连接压力传感器，能够反馈天线受力程度；

中块锁紧回路由八只油缸、一路比例多路换向阀组成，实现同时锁定及解锁，油缸里集成了检测开关，可给出解锁/锁紧信号。

所述的液压源采用双联齿轮泵，能够提供两路独立的油源，高压油用于调平油缸的解锁，低压油用于调平、对接和锁紧。

因本系统要求精度高，故阀组采用比例多路换向阀。该阀为组合阀，由多个片阀叠加组合而成，每一联多路阀均可单独动作，具有结构紧凑，输出流量可调，响应频率高的特点，其输出流量可根据输入电信号大小实现无级可调，可使多个执行元件同时并相互独立的以不同运动方向和运动速度工作，有利于控制系统实施精准控制。该阀组还带有手动控制手柄，用于应急情况下操作控制系统。

比例多路换向阀与传统叠加式阀相比较有以下优点：

1）控制精准，控制速度无级可调；

2）负载敏感控制，当系统无动作时，使整个系统卸荷，减少功耗及发热，维持液压系统的稳定性。

3）可轻易增加附加功能改变回路，且结构紧凑，安装空间小；

4）附带手动功能，在应急状态方便操作，手柄可拆卸；

5）无需制作阀块，缩短设计周期。

本系统采用角度误差调节方案，即先将x轴方向调平，再将y轴方向调平。虽然调节时间稍长，但协调性好。并且在每条调平腿的无杆腔安装一个压力传感器，以便实时检测调平腿压力，保证调平结束后无虚腿现象。

为保证调平的精度，本系统采用比例多路阀控制代替传统的电磁换向阀控制。可使多个执行元件同时并相互独立的以不同运动方向和运动速度工作，该阀结构紧凑，输出流量可根据输入电信号大小实现无级可调，响应频率高，能满足本系统要求。

如图2所示，在边块自动调平后，举升缸动作，使边块天线在车高和车宽方向向中块天线靠近，然后通过边块调平缸、车长缸、车宽缸、旋转缸动作，以视距传感器信号为基础，不断调整边块天线的姿态，将边块天线逐步向中块天线靠拢，最终实现边块天线与中块天线的对接锁定。

分离时，在对接控制的基础上，加上姿态缸的控制，以保证第四平台可靠地将边块天线托举起来，保证顺利解锁。每个姿态缸装有压力传感器，检测第四平台对边块天线托举的情况。

大型雷达天线六自由度自动对接分离系统实现对接分离的方法，它包括自动对接步骤和自动分离步骤；

所述的自动对接包括如下子步骤：

s100、中块调平，主控系统根据天线中块上设置的位姿检测装置采集的数据发送控制指令给运动控制系统，运动控制系统控制液压执行系统完成天线中块调平；

s101、对接机构粗调平，主控系统根据对接机构上设置的位姿检测装置采集的数据发送控制指令给运动控制系统，运动控制系统控制液压执行系统完成对接机构粗调平；

s102、对接机构举升到位，运动控制系统控制液压执行系统完成对接机构举升；

s103、位姿检测装置粗测y向距离；

s104、位姿检测装置精测第一点xz向距离；

s105、位姿检测装置精测y向距离；

s106、位姿检测装置精测第二点xz向距离；

s107、对接机构精确调姿，主控系统根据位姿检测装置采集的距离数据发送控制指令给运动控制系统，运动控制系统控制液压执行系统完成对接机构精确调姿，实现天线边块与天线中块靠拢贴合；

s108、锁紧，液压执行系统将贴合后的天线中块与天线边块锁紧固定；

s109、对接机构撤收，将对接机构收回初始位置；

所述的自动分离包括如下子步骤：

s200、对接机构粗调平，主控系统根据对接机构上设置的位姿检测装置采集的数据发送控制指令给运动控制系统，运动控制系统控制液压执行系统完成对接机构粗调平；

s201、对接机构举升到位，运动控制系统控制液压执行系统完成对接机构举升；

s202、位姿检测装置粗测y向距离；

s203、位姿检测装置精测第三点xz向距离；

s204、位姿检测装置精测y向距离；

s205、位姿检测装置精测第四点xz向距离；

s206、对接机构贴合天线支撑点，主控系统根据对接机构上设置的位姿检测装置采集的数据发送控制指令给运动控制系统，运动控制系统控制液压执行系统执行对接机构贴合天线支撑点的运动；

s207、对接机构支撑力检测，液压执行系统检测对接机构上的支撑力；

s208、天线解锁，液压执行系统解锁贴合的天线中块与天线边块；

s209、对接机构撤收，将对接机构收回初始位置。

所述的自动对接步骤具体包括：

s1000、主控系统根据天线中块上设置的倾斜传感器采集的数据发送控制指令给运动控制系统，运动控制系统控制中块调平回路完成天线中块调平；

s1001、第一平台粗调平，主控系统根据第一平台上设置的倾斜传感器采集的数据发送控制指令给运动控制系统，运动控制系统控制平台调平回路完成第一平台粗调平；

s1002、对接机构举升到位，运动控制系统控制平台举升回路完成对接机构举升；

s1003、激光测距仪粗测y向距离；

s1004、第一视觉传感器精测第一点xz向距离；

s1005、激光测距仪精测y向距离；

s1006、第二视觉传感器精测第二点xz向距离；

s1007、第四平台精确调姿，主控系统根据激光测距仪和视觉传感器采集的距离数据发送控制指令给运动控制系统，运动控制系统控制平台调姿回路完成第四平台精确调姿，实现天线边块与天线中块靠拢贴合；

s1008、锁紧，中块锁紧回路将贴合后的天线中块与天线边块锁紧固定；

s1009、对接机构撤收，将对接机构收回初始位置。

所述的自动分离步骤具体包括：

s2000、第一平台粗调平，主控系统根据第一平台上设置的倾斜传感器采集的数据发送控制指令给运动控制系统，运动控制系统控制平台调平回路完成对接机构粗调平；

s2001、对接机构举升到位，运动控制系统控制平台举升回路完成对接机构举升；

s2002、激光测距仪粗测y向距离；

s2003、第一视觉传感器精测第三点xz向距离；

s2004、激光测距仪精测y向距离；

s2005、第二视觉传感器精测第四点xz向距离；

s2006、对接机构贴合天线支撑点，主控系统根据第一平台上设置的倾斜传感器采集的数据发送控制指令给运动控制系统，运动控制系统控制液压执行系统执行对接机构贴合天线支撑点的运动；

s2007、第四平台支撑力检测，液压执行系统检测第四平台上的支撑力；

s2008、天线解锁，中块锁紧回路解锁贴合的天线中块与天线边块；

s2009、对接机构撤收，将对接机构收回初始位置。

本发明的大型雷达天线六自由度自动对接分离系统及方法，系统采用机电液一体化技术，采用视觉传感器与激光测距传感器自动识别靶标，可实现中块天线、边块天线自动调平，以及边块天线的六自由度（x、y、z三轴平移和旋转）运动，进而完成边块天线与中块天线的自动拼接、分离，安全快捷，无需采用吊装方式，安全、快捷、方便，目前，已用于某型米波雷达天线。