一种车载雷达天线俯仰控制系统及其控制方法与流程

1.本技术涉及雷达技术领域，尤其是一种车载雷达天线俯仰控制系统及其控制方法。


背景技术：

2.车载大型相控阵雷达，在应用场景中，需要将重型天线进行举升或下降以完成雷达的部署过程。相关技术中，对于两点支撑的车载雷达重型天线，难以实现两点的高精度举升同步。


技术实现要素：

3.本技术的目的在于至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一。
4.为此，本发明的目的在于提供一种高精度的车载雷达天线俯仰控制系统及其控制方法。
5.为了达到上述技术目的，本技术实施例所采取的技术方案包括：
6.一方面，本技术实施例提供了一种车载雷达天线俯仰控制系统，包括：所述第二液压缸的负载压力信息；所述主控模块用于接收所述天线的实际位置信息后，调节所述第一比例换向阀和所述第二比例换向阀的开度，所述第一比例换向阀用于输入开度信息，调节液压油流量；所述从控模块用于根据所述第一液压缸和所述第二液压缸的负载压力的差值，补偿所述第二比例换向阀的开度，以实现所述第一液压缸和所述第二液压缸的负载同步运行；
7.所述编码器与所述主控模块的第一输入端口相连，所述主控模块的第一输出端口与所述第一比例换向阀相连，所述主控模块的第二输出端口与所述从控模块的第一输入端口相连，所述从控模块的第二输入端口与所述第一负载测量装置相连，所述从控模块的第三输入端口与所述第二负载测量装置相连，所述从控模块的输出端口与所述第二比例换向阀相连；
8.所述第一比例换向阀通过液压管路与所述第一液压缸相连，所述第二比例换向阀通过液压管路与所述第二液压缸相连。
9.本技术实施例的车载雷达天线俯仰控制系统，结构简单，重量更轻，体积更小，有利于提升同步精度和动态性能。
10.另外，根据本技术上述实施例的车载雷达天线俯仰控制系统，还可以具有以下附加的技术特征：
11.进一步地，在本技术的一个实施例中，所述第一比例换向阀在t时刻的开度为：
[0012][0013]
其中，flow[t]用于表征t时刻第一比例换向阀的目标流量，δs为编码器目标位置，δs(t)为至t时刻编码器的行进信息，f(δs-δs(t))为至t时刻的
液压油液容积改变量，t为天线俯仰运动到达目标位置的设定时间，t为天线俯仰运动的持续时间，k
′
为t时刻第一比例换向阀的流量与开度的比例系数，计算方法为：其中：open_1[t-1]为t-1时刻的第一比例换向阀开度；
[0014]
flow[t]为t时刻的第一比例换向阀流量，计算方法为：flow[t]＝f(δs*d(t))，其是编码器行进信息对时间微分的函数。
[0015]
进一步地，在本技术的一个实施例中，所述第二比例换向阀在t时刻的开度为：
[0016]
open_2[t]＝open_1[t]-(δerr
×
k+i
×
∫δerr*d(t))
[0017]
其中，δerr为所述第一液压缸和所述第二液压缸的负载压力的差值，k为比例系数，i为积分系数。
[0018]
进一步地，在本技术的一个实施例中，所述系统还包括：电机、油箱和液压泵，所述电机驱动所述液压泵动作，所述油箱通过液压管路与所述液压泵相连，所述液压泵通过液压管路与所述第一比例换向阀相连，所述液压泵通过液压管路与所述第二比例换向阀相连。
[0019]
进一步地，在本技术的一个实施例中，所述系统还包括：所述第一负载测量装置包括第一压力传感器和第二压力传感器，所述第二负载测量装置包括第三压力传感器和第四压力传感器，所述第一压力传感器和所述第二压力传感器位于第一液压缸管路的两侧，所述第三压力传感器和所述第四压力传感器位于第二液压缸管路的两侧。
[0020]
另一方面，本技术实施例提出了一种车载雷达天线俯仰控制方法，包括：获取俯仰轴的当前位置、目标位置与目标时间；根据所述当前位置、目标位置、当前时间与目标时间，确定第一比例换向阀和第二比例换向阀的开度；获取第一液压缸的第一负载压力，获取第二液压缸的第二负载压力；根据所述第一负载压力和所述第二负载压力，确定负载压力偏差；根据所述负载压力偏差，补偿第二比例换向阀的开度。
[0021]
进一步地，在本技术的一个实施例中，所述根据所述当前位置、目标位置、当前时间与目标时间，确定第一比例换向阀和第二比例换向阀的开度，包括以下步骤：根据所述当前位置、所述目标位置、所述目标时间和当前时间，确定当前时刻的第一比例换向阀的目标流量；根据所述当前位置，确定当前时刻的第一比例换向阀的流量；其中，所述当前位置用于表征编码器行进信息，当前时刻第一比例换向阀的流量通过所述编码器行进信息对时间微分计算得到；根据当前时刻的第一比例换向阀的流量与上一时刻第一比例换向阀的开度信息，确定当前时刻的第一比例换向阀的第一比例系数，其中，所述第一比例系数为当前时刻的第一比例换向阀的流量与上一时刻第一比例换向阀的开度信息之商；根据所述目标流量和所述第一比例系数，确定第一比例换向阀的开度；其中，所述目标位置用于表征天线俯仰指向的编码器目标位置，目标时间用于表征天线俯仰指向运动完成的时间。
[0022]
进一步地，在本技术的一个实施例中，所述根据所述负载压力偏差，补偿第二比例换向阀的开度，包括以下步骤：
[0023]
对所述负载压力偏差进行比例放大和积分累加，得到开度补偿值；
[0024]
根据所述第一比例换向阀的开度和所述开度补偿值，确定第二比例换向阀的开度。
[0025]
进一步地，在本技术的一个实施例中，所述根据所述负载压力偏差，补偿第二比例
换向阀的开度，包括以下步骤：若第一负载压力大于第二负载压力，确定增加第二比例换向阀的开度，以增加第二液压缸的推力。
[0026]
本技术提供的车载雷达天线俯仰控制系统，结构简单，重量更轻，体积更小，有利于提升同步精度和动态性能。
附图说明
[0027]
为了更清楚地说明本技术实施例或者现有技术中的技术方案，下面对本技术实施例或者现有技术中的相关技术方案附图作以下介绍，应当理解的是，下面介绍中的附图仅仅为了方便清晰表述本技术的技术方案中的部分实施例，对于本领域的技术人员来说，在无需付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取到其他附图。
[0028]
图1为本技术提供的车载雷达天线俯仰控制系统的一种实施例的结构示意图；
[0029]
图2为本技术提供的车载雷达天线俯仰控制系统的另一种实施例的结构示意图；
[0030]
图3为本技术提供的车载雷达天线俯仰控制系统的安装示意图；
[0031]
图4为本技术提供的车载雷达天线俯仰控制方法的一种实施例的流程示意图。
具体实施方式
[0032]
下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
[0033]
随着相控阵雷达技术的发展，其t/r模块的集成数量日益增多，而天线规模和重量越来越大。车载大型x波段相控阵雷达，在外场应用场景中，需要将其重型天线实施举升或下降以完成雷达的部署过程。车载雷达的天线的俯仰驱动伺服系统，有电动缸或者液压缸方案，运动结构设计上采用单点支撑举升或多点支撑举升设计。本发明涉及一种采用双液压缸两点支撑的车载雷达重型天线的举升/下降驱动伺服方案。
[0034]
下面参照附图详细描述根据本技术实施例提出的车载雷达天线俯仰控制系统及其控制方法，首先将参照附图描述根据本技术实施例提出的车载雷达天线俯仰控制系统。
[0035]
图1是本技术一个实施例的车载雷达天线俯仰控制系统结构示意图。所述系统具体包括：
[0036]
天线、第一液压缸140、第二液压缸150、第一负载测量装置180、第二负载测量装置190、第一比例换向阀160、第二比例换向阀170、主控模块110、从控模块120和转台；
[0037]
其中，图3为本技术提供的车载雷达天线俯仰控制系统的安装示意图，所述第一液压缸与所述天线310的第一端相连接，所述第二液压缸与所述天线的第二端相连接；所述天线通过铰接装置安装于所述转台320上，所述铰接装置330上安装有编码器130，所述编码器用于测量俯仰轴的实际位置信息；
[0038]
所述第一液压缸和所述第二液压缸用于驱动所述天线举升或下降；所述第一负载测量装置用于测量所述第一液压缸的负载压力信息，所述第二负载测量装置用于测量所述第二液压缸的负载压力信息；所述主控模块用于接收所述天线的实际位置信息后，调节所
述第一比例换向阀和所述第二比例换向阀的开度，所述第一比例换向阀用于输入开度信息，调节液压油流量；所述从控模块用于根据所述第一液压缸和所述第二液压缸的负载压力的差值，补偿所述第二比例换向阀的开度，以实现所述第一液压缸和所述第二液压缸的负载同步运行；
[0039]
所述编码器与所述主控模块的第一输入端口相连，所述主控模块的第一输出端口与所述第一比例换向阀相连，所述主控模块的第二输出端口与所述从控模块的第一输入端口相连，所述从控模块的第二输入端口与所述第一负载测量装置相连，所述从控模块的第三输入端口与所述第二负载测量装置相连，所述从控模块的输出端口与所述第二比例换向阀相连；
[0040]
所述第一比例换向阀通过液压管路与所述第一液压缸相连，所述第二比例换向阀通过液压管路与所述第二液压缸相连。
[0041]
本技术实施例中，两支液压缸，即第一液压缸和第二液压缸，分别有与其配合的负载测量装置；安装在天线俯仰轴上的绝对位置编码器，主控模块用于接收用户的目标时间和位置信息，以及编码器的位置信息，输出两个比例换向阀的开度信息；从控模块用于接收第一液压缸和第二液压缸的负载偏差信息，输出第二比例换向阀的开度补偿信息。第一比例换向阀和第二比例换向阀接收开度信息调整液压回路的油液流量；最终实现俯仰轴的位置及速度控制，和双液压缸的输出同步控制。通过调节比例换向阀的开度，调整液压回路的油液流量，节省了装置的体积重量，同时实现了精准控制。
[0042]
在一些可能的实施方式中，从控模块的第二输入端口可以接收第一负载测量装置和第二负载测量装置的负载偏差信息，即图1中所示，第一负载测量装置和第二负载测量装置所测得的数据通过比较器后输出负载偏差信息，该负载偏差信息输入从控模块，进而对第二比例换向阀的开度进行调节。
[0043]
可选地，本技术实施例中的车载雷达天线俯仰控制系统，所述第一比例换向阀在t时刻的开度为：
[0044][0045]
其中，flow[t]用于表征t时刻第一比例换向阀的目标流量，δs为编码器目标位置，δs(t)为至t时刻编码器的行进信息，f(δs-δs(t))为至t时刻的液压油液容积改变量，t为天线俯仰运动到达目标位置的设定时间，t为天线俯仰运动的持续时间，k
′
为t时刻第一比例换向阀的流量与开度的比例系数，计算方法为：其中：open_1[t-1]为t-1时刻的第一比例换向阀开度；
[0046]
flow[t]为t时刻的第一比例换向阀流量，计算方法为：flow[t]＝f(δs*d(t))，其是编码器行进信息对时间微分的函数。
[0047]
本技术实施例中，通过公式1，计算第一比例换向阀的开度。主控模块通过采用位置反馈的液压恒流量控制方法，实现天线俯仰轴的位置控制，俯仰举升/下降速度控制。
[0048]
可选地，本技术实施例中的车载雷达天线俯仰控制系统，所述第二比例换向阀在t时刻的开度为：
[0049]
open_2[t]＝open_1[t]-(δerr
×
k+i
×
∫δerr*d(t))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式2
[0050]
其中，δerr为所述第一液压缸和所述第二液压缸的负载压力的差值，k为比例系数，i为积分系数。
[0051]
本技术实施例中，通过公式2计算第二比例换向阀的开度，进而调整以实现所述第一液压缸和所述第二液压缸的负载同步运行。
[0052]
可选地，参见图2所示的车载雷达天线俯仰控制系统的另一种实施例的结构示意图，本技术实施例中的车载雷达天线俯仰控制系统，所述系统还包括：电机220、油箱230和液压泵210，所述电机驱动所述液压泵动作，所述油箱通过液压管路与所述液压泵相连，所述液压泵通过液压管路与所述第一比例换向阀相连，所述液压泵通过液压管路与所述第二比例换向阀相连。
[0053]
可选地，本技术实施例中，所述系统还包括：所述系统还包括：所述第一负载测量装置包括第一压力传感器181和第二压力传感器182，所述第二负载测量装置包括第三压力传感器191和第四压力传感器192，所述第一压力传感器181和所述第二压力传感器位182于所述第一液压缸140管路的两侧，所述第三压力传感器191和所述第四压力传感器192位于所述第二液压150缸管路的两侧。
[0054]
本技术实施例中，参见图2所示的车载雷达天线俯仰控制系统的另一种实施例的结构示意图和图3所示的安装示意图。图2示意了液压同步系统的内部构成。一个电动机驱动液压泵从油箱内，分别给两个比例换向阀供油；两个比例换向阀的输出端，与两个液压缸的两端相连；两个比例换向阀的输出端，共安装有4个绝对压力传感器，即第一负载测量装置可以包括两个绝对压力传感器，见图2中的绝对压力传感器181和绝对压力传感器182；第二负载测量装置也可以包括两个绝对压力传感器，见图2中的绝对压力传感器191和绝对压力传感器192。本技术并不限制负载测量装置的数量。同时，在一些可能的实施方式中，也可以根据需要设置两套液压泵，实现液压缸的驱动。液压天线，液压缸，俯仰编码器和转台的安装关系如图3所示，双液压缸分别支撑相控阵天线的两侧(图中仅显示出第一液压缸140)，以实现天线的举升/下降。俯仰编码器安装在天线和转台的第一铰接装置330上，实现俯仰轴的位置信息测量。第二铰接装置340用于连接液压缸和转台。
[0055]
参照图4，本技术实施例中提供一种车载雷达天线俯仰控制方法，本技术实施例中的车载雷达天线俯仰控制方法，可应用于终端中，也可应用于服务器中，还可以是运行于终端或服务器中的软件等。终端可以是平板电脑、笔记本电脑、台式计算机等，但并不局限于此。服务器可以是独立的物理服务器，也可以是多个物理服务器构成的服务器集群或者分布式系统，还可以是提供云服务、云数据库、云计算、云函数、云存储、网络服务、云通信、中间件服务、域名服务、安全服务、cdn、以及大数据和人工智能平台等基础云计算服务的云服务器。本技术实施例中的车载雷达天线俯仰控制方法主要包括以下步骤：
[0056]
s410：获取俯仰轴的当前位置、目标位置与目标时间；
[0057]
s420：根据所述当前位置、目标位置、当前时间与目标时间，确定第一比例换向阀和第二比例换向阀的开度；
[0058]
s430：获取第一液压缸的第一负载压力，获取第二液压缸的第二负载压力；
[0059]
s440：根据所述第一负载压力和所述第二负载压力，确定负载压力偏差；
[0060]
s450：根据所述负载压力偏差，补偿第二比例换向阀的开度。
[0061]
本步骤中，主控模块通过编码器获取俯仰轴的当前位置。主控模块通过计算实时
俯仰角度位置以及液压缸流量信息，调节比例换向阀的开度；即根据当前位置，确定第一比例换向阀和第二比例换向阀的开度；通过比例换向阀的动作，使得液压缸以设定的速度和方向运行；同时，从控模块通过负载测量装置所测得的数据，即获取第一液压缸的第一负载压力，获取第二液压缸的第二负载压力，根据所述第一负载压力和所述第二负载压力，确定负载压力偏差；根据所述负载压力偏差，补偿第二比例换向阀的开度。通过上述方法，使两支液压缸之间的负载偏差满足设定范围，实现两支液压缸的负载同步运行。在一些可能的实施方式中，主控模块根据绝对位置编码器信号判断到达设定俯仰角度时，两个比例换向阀同时关断，完成俯仰控制过程。
[0062]
可选地，本技术实施例中的车载雷达天线俯仰控制方法，所述根据所述当前位置、目标位置、当前时间与目标时间，确定第一比例换向阀和第二比例换向阀的开度，包括以下步骤：
[0063]
根据所述当前位置、所述目标位置、所述目标时间和当前时间，确定当前时刻的第一比例换向阀的目标流量；
[0064]
根据所述当前位置，确定当前时刻的第一比例换向阀的流量；其中，所述当前位置用于表征编码器行进信息，当前时刻第一比例换向阀的流量通过所述编码器行进信息对时间微分计算得到；
[0065]
根据当前时刻的第一比例换向阀的流量与上一时刻第一比例换向阀的开度信息，确定当前时刻的第一比例换向阀的第一比例系数，其中，所述第一比例系数为当前时刻的第一比例换向阀的流量与上一时刻第一比例换向阀的开度信息之商；根据所述目标流量和所述第一比例系数，确定第一比例换向阀的开度；
[0066]
其中，所述目标位置用于表征天线俯仰指向的编码器目标位置，目标时间用于表征天线俯仰指向运动完成的时间。
[0067]
可选地，本技术实施例中的车载雷达天线俯仰控制方法，所述根据所述负载压力偏差，补偿第二比例换向阀的开度，包括以下步骤：
[0068]
对所述负载压力偏差进行比例放大和积分累加，得到开度补偿值；
[0069]
根据所述第一比例换向阀的开度和所述开度补偿值，确定第二比例换向阀的开度。可选地，本技术实施例中的车载雷达天线俯仰控制方法，所述根据所述负载压力偏差，补偿第二比例换向阀的开度，包括以下步骤：若第一负载压力大于第二负载压力，确定增加第二比例换向阀的开度，以增加第二液压缸的推力。
[0070]
本步骤中，若第一负载压力大于第二负载压力，确定增加第二比例换向阀的开度，以增加第二液压缸的推力；同时，若第一负载压力小于第二负载压力，确定减少第二比例换向阀的开度，以减小第二液压缸的推力。
[0071]
在一些可能的实施方式中，用户通过人机交互设备输入目标位置和目标时间，并将目标位置和目标时间输入主控模块，主控模块根据目标位置和目标时间，输出开度信号至第一比例换向阀和第二比例换向阀。
[0072]
通过上述方法，结构简单，重量更轻，体积更小，有利于提升同步精度和动态性能。
[0073]
可见，上述系统实施例中的内容均适用于本方法实施例中，本方法实施例所具体实现的功能与系统方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述系统实施例所达到的有益效果也相同。
[0074]
在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或所述方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本技术的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。
[0075]
此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本技术，但应当理解的是，除非另有相反说明，功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本技术是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本技术。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本技术的范围，本技术的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。
[0076]
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行程序的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供程序执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从程序执行系统、装置或设备取程序并执行程序的系统)使用，或结合这些程序执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供程序执行系统、装置或设备或结合这些程序执行系统、装置或设备而使用的装置。
[0077]
计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
[0078]
应当理解，本技术的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的程序执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
[0079]
在本说明书的上述描述中，参考术语“一个实施方式/实施例”、“另一实施方式/实施例”或“某些实施方式/实施例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
[0080]
尽管已经示出和描述了本技术的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本技术的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本技术的范围由权利要求及其等同物限定。
[0081]
以上是对本技术的较佳实施进行了具体说明，但本技术并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本技术精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。