一种指向性天线的角度标校装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种指向性天线的角度标校方法及装置，尤其是通过光学望远镜进行 无线电指向性天线的角度标校方法及装置。
【背景技术】
[0002] 光学角度标校是目前雷达测量及通信等领域使用的指向性天线的角度标校方法 之一。指向性天线的电轴指向位置由其方位轴角编码器和俯仰轴角编码器读出，受天线基 座位置变化等因素的影响，轴角编码器的读数和电轴指向的真实值有一个差值，角度标校 的目的是给出这一差值以便修正。《现代电子技术》2005年第17期（总第208期)第47~52页， 《地面测控雷达角度标校技术》一文中描述了传统的光学角度标校装置和方法，如图1所示， 传统光学角度标校系统包括天线端和标校基准端两部分设备。天线端设备包括电信号接收 部件天线1和光信号测量部件光学望远镜2,标校基准端设备包括电信号发射部件信标机及 信标机天线3和光标信号部件标校板4,标校板4上通常绘有交叉形状基准图案，基准点通常 为十字交叉点。天线端和标校基准端两部分设备相隔一定的空间距离，随天线口径的由小 到大该距离通常由几百至几千米。进行天线角度标校时首先将标校基准端设备固定，其信 标机天线3和标校板4的相对位置与天线1馈源和望远镜2的相对位置相同；然后打开信标机 发射电波信号，将天线1对准信标机天线3接收其发射的电波信号，并使天线1进入对信标机 天线3自动跟踪工作状态，此时天线1电轴指向信标机天线3;接着调整望远镜2安装角度，使 标校板4基准点出现在望远镜2视场中心，此时天线1的光轴指向标校板4基准点，由于天线 端和标校基准端光电测量部件相对电轴的位置相同，此时即可以认为望远镜2的光轴与天 线1电轴是平行的;最后，以光轴替代电轴对天线1的指向性进行角度标校，标校的参考目标 既可以是已知角度的其它方位标，也可以是发光天体，因为在前面的步骤中已经保证了光 轴与电轴的平行，所以当参考目标与望远镜距离远大于信标机天线与望远镜距离时，光轴 的角度测量结果就可以作为电轴指向的参考角度，然后将该参考角度与天线轴角编码器读 数比较给出差值并对轴角编码器读数进行修正。这种指向性天线角度标校方法及装置的不 足之处在于三个方面:一是需要标校板，标校板的应用使系统更复杂、机动性能下降，尤其 是在高角精度要求的雷达系统中，为了达到标校系统的精度就需要采用高强度的标校杆5 和拉绳6加固等方式来抵抗大风等外力因素对标校板的干扰;二是如图2所示，对于近距离 的角度参考目标其标校结果存在角度误差A1;三是标校板的安装水平度不易测量检查，会 造成安装调试工作的困难。
【发明内容】
[0003] (一)要解决的技术问题
[0004] 本发明要解决的问题包括以下三个方面:一是降低系统复杂度和系统成本;二是 提高标校系统的精度;三是提高系统携行性和快速机动性。
[0005] (二)技术方案
[0006] 本发明采用的方案是将包括了天线端设备无线电信号接收部件和望远镜、标校基 准端设备无线电信号发射部件以及标校板的传统光学角度标校系中的基准端标校板4去 掉，在信标机天线3电轴通过的部位标记参考点7。去掉基准端标校板4后进行角度标校时不 需要传统标校中的光轴和电轴平行调节步骤，新的标校过程包括:天线1调整水平;打开信 标机，将天线1电轴对准信标机天线3接收其发射信号，使天线1进入对信标机天线3自动跟 踪状态，此时天线1电轴指向信标机天线3的参考点7;调整望远镜2的安装角度，使信标机天 线3的参考点7出现在望远镜2视场中心后固定望远镜2,即望远镜2的光轴也指向参考点7， 测量望远镜2参考点与信标机天线3参考点7的距离L，此时远镜2的光轴与电轴以标校信标 机天线3参考点7为原点在水平面和垂直面上各投影生成一个夹角，分别称之为方位光电夹 角A Dev及俯仰光电夹角EDev，其中方位光电夹角的大小会随着天线1俯仰角的变化而发生改 变;将望远镜2光轴指向方位角为A Ref、俯仰角为ERef、距离为R的参考目标，此时先计算天线1 电轴的仰角E = ERef+EDev，再计算天线1电轴的方位角A = ARef+ADev，其中ADev的计算中需要用 到上步计算得到的E;将天线1电轴的方位角A、俯仰角E分别与此时读出的天线方位轴角编 码器读数A^de及俯仰轴角编码器读数Ekde做差即得到天线轴角编码器角度修正值Akr和 Ec〇r 〇
[0007] 望远镜参考点是指其上下旋转轴和左右旋转轴的交点，天线参考点是指其上下旋 转轴和左右旋转轴的交点。在望远镜镜架及天线支架设计时最好使望远镜光轴、上下旋转 轴、左右旋转轴相互间的垂直距离为零，使天线电轴、上下旋转轴、左右旋转轴相互间的垂 直距离也为零，这样的好处是在调整望远镜角度时其参考点与天线参考点间的位置关系不 变。
[0008] (三)有益效果
[0009] 由于本发明中去掉了传统方法中的基准端标校板4,既降低了系统复杂度和系统 成本又提高了系统携行性和快速机动性，对本发明要解决的问题一、问题三提供了良好的 效果;传统角度标校系统采用光电轴平行状态进行标校，如图2所示，对于光轴指向的近距 离目标〇,电轴指向的是〇'，两轴存在角度差A1，这种情况导致传统角度标校系统在以近距 离目标为基准进行标校时精度受到不良影响，去掉了传统方法中的基准端标校板4后对于 任意距离的角度标校参考目标会根据距离和夹角角度进行角度修正，既克服了基准端标校 板4的安装精度差、稳定性差带来的标校误差又降低了传统标校系统对无限远目标标校精 度高而对近目标标校精度差的精度影响，使系统的标校精度得到提高。
【附图说明】
[0010]图1是传统光学角度标校系统组成图
[0011] 图2是传统光学角度标校系统对准近距离参考目标存在角度误差A1的示意图
[0012] 图3是光轴偏离电轴标校方法后视结构图
[0013] 图4是光轴偏离电轴标校方法侧视结构图
[0014] 图5是绘制了基准图案和测距尺寸参考的信标机天线
[0015] 图6是光电轴共水平面标校方法侧视结构图
[0016] 图7是光电轴共垂直面标校方法侧视结构图
[0017] 图8是光电轴共线标校方法侧视结构图
【具体实施方式】
[0018] 实施例1:光轴偏离电轴标校方法
[0019] 将包括了天线端设备无线电信号接收部件和望远镜、标校基准端设备无线电信号 发射部件以及标校板的传统光学角度标校系中的基准端标校板4去掉；
[0020] 安装望远镜2时望远镜2参考点与过天线1电轴及左右旋转轴的平面的距离为h，与 过天线1电轴、上下旋转轴的平面的距离为V，与天线1参考点在天线1电轴方向的距离为b， 其结构如图3、图4所示；
[0021] 信标机天线3参考点7标记于信标机天线3的电轴与馈源面交点处，其结构如图5所 不。
[0022] 当天线1的电轴俯仰角度为零时，天线1电轴和望远镜2光轴同时对准信标机天线3 参考点7后望远镜2光轴在水平和垂直面内与天线1电轴都存在夹角。
[0023]这种方法的具体标校过程包括：
[0024] 天线1调整水平;打开信标机，将天线1电轴对准信标机天线3接收其发射信号，使 天线1进入对信标机天线3的自动跟踪状态，此时天线1电轴指向信标机天线3的参考点7;调 整望远镜2的安装角度，使信标机天线3的参考点7出现在望远镜2视场中心后固定望远镜2， 即望远镜2的光轴也指向参考点7,测量望远镜2参考点与信标机天线3参考点7的距离L，此 时远镜2的光轴与电轴以标校信标机天线3参考点7为原点在水平面和垂直面上各投影生成 一个夹角，分别称之为方位光电夹角ADev及俯仰光电夹角EDev，其中方位光电夹角ADev的大小 会随着天线1电轴俯仰角E的变化而发生改变，所以需要先通过俯仰光电夹角E D(3V计算出E; 将望远镜2光轴指向方位角为ARef、俯仰角为ERef、距离为R的参考目标，此时先计算天线1电 轴的俯仰角E = ERef+EDev，再计算天线1电轴的方位角A = ARef+ADev，其中ADev的计算中需要用 到上步计算得到的E;将天线1电轴的方位角A、俯仰角E分别与此时读出的天线方位轴角编 码器读数A^de及俯仰轴角编码器读数Ekde做差即得到天线轴角编码器角度修正值Akr和 Ec〇r 〇
[0025] 这里|EDev|的计算公式为：
[0026]
(1)
[0027] |ADev|的计算公式为：
[00281
(2)
[0029] 当信标机天线3距离望远镜2在2km以上时，也可以认为L