一种机载雷达一体化天线的变形实时测量系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及机载雷达相控阵天线变形实时测量技术领域，尤其是一种机载雷达一 体化天线的变形实时测量系统及方法。
【背景技术】
[0002] 姿态改变、风载荷、热载荷等各种因素会对天线精度产生影响，特别是高精度要求 的雷达天线，结构变形对其性能的影响不可忽略。雷达天线对结构设计的要求是一般需要 将其变形控制在1/10~1/20波长W内，如对于高波段天线如X波段天线（波长约36mm) 则需要控制其变形小于1. 8mm，而对于Ka波段巧mm)甚至需要使其变形小于0. 45mm，如果 单纯通过刚度设计等往往很难做到，而对于机载天线等对重量有严格限制的地方则几乎无 法实现，常规结构设计手段带来较大设计难度。为了降低结构设计难度和成本，提高天线精 度，目前一种可行的思路是对阵面变形进行实时测量，并将变形数据传输给电讯进行实时 位相等的电性能补偿。
[0003]对天线进行结构变形的测量方法包括传感器测量、激光测量、视觉测量等方法，但 由于机载一体化天线与平台进行了一体化设计，其可利用的测量空间狭小，且对重量要求 非常苛刻，常规测量方法难W实现。
【发明内容】
[0004]本发明的首要目的在于提供一种体积小、重量轻，对测量空间和测量角度无要求， 适合依附在机载雷达一体化天线阵面上进行变形测量的机载雷达一体化天线的变形实时 测量系统。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用了W下技术方案：一种机载雷达一体化天线的变形 实时测量系统，包括多个用于对变形关键点的变形量进行测量的光纤光栅传感器，其输出 端与光电转换装置的输入端相连，光电转换装置的输出端与数据采集单元的输入端相连， 数据采集单元的输出端与数据处理单元的输入端相连，数据处理单元的输出端与用于实时 显示天线阵面全场变形的变形显示单元的输入端相连。
[0006]所述光纤光栅传感器在制作天线的同时预埋在天线阵面内，多个光纤光栅传感器 在天线阵面内均匀分布。
[0007]本发明的另一目的在于提供一种机载雷达一体化天线的变形实时测量方法，该方 法包括下列顺序的步骤：
[0008] (1)光纤光栅传感器探测到因变形导致的光信号改变；
[0009] (2)光纤光栅传感器将该改变的光信号通过光电转换装置转换为各个变形关键点 的应变数据的数字信号，并将该数字信号发送至数据采集单元；
[0010] (3)数据采集单元将应变数据发送至数据处理单元，数据处理单元将应变数据代 入到变形的应变位移转化算法，实时获得全场变形数据；
[0011] (4)变形通过变形显示单元进行实时曲面动态显示，同时变形数据作为工程数据 通过数据库进行存储。
[0012] 所述应变至变形的应变位移转化算法的基本形式如下：
[0013] (山=[巫d][巫s]T[巫S] 1 [巫s]T{e}
[0014]其中，[0山代表位移模态，[?s]代表应变模态，e为实测的平面内应变值。
[0015]所述光纤光栅传感器的布置优化通过W下公式不断迭代实现最小化：
[0017]其中，Nd代表参与计算位移点的数量，Ng代表实际布置传感器数量，XP代表预估的 变形，Xk代表理想变形，P为加权数，P值越大则所需光纤光栅传感器的数量越少。
[0018]由上述技术方案可知，本发明的优点在于：第一，集成度高、重量轻、体积小、数据 处理快捷，能同时满足轻量化、高精度及实时性测量需求；第二，对测量空间和测量角度无 要求，适合依附在雷达阵面上测量；第=，该测量系统的另一个突出好处在于，当其最终被 用于雷达波束补偿时，可作为一个单独的系统存在而不增加雷达系统复杂度。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明的原理图；
[0020] 图2为本发明的系统框图；
[0021]图3、4、5均为本发明实施例一的某天线变形模式图。
【具体实施方式】
[0022] 如图1所示，本发明在天线表层埋入一系列光纤光栅传感器1实时测量天线结构 应变，基于运些测量点的应变，通过应变位移转化算法，实时获得天线全场变形，应变位移 转化算法基于对结构进行有限元分析及力学试验，并得到足够多的变形模态及应变模态获 得。根据实时传输的阵面变形数据，便可W通过对应的位相延迟等处理方法进行变形补偿， 通过本发明能实时获得大型雷达天线由于风载、溫度等造成的结构变形，并进行该天线的 电性能崎变的实时补偿。
[0023]如图2所示，一种机载雷达一体化天线的变形实时测量系统，包括多个用于对变 形关键点的变形量进行测量的光纤光栅传感器1，其输出端与光电转换装置3的输入端相 连，光电转换装置3的输出端与数据采集单元的输入端相连，数据采集单元的输出端与数 据处理单元的输入端相连，数据处理单元的输出端与用于实时显示天线阵面2全场变形的 变形显示单元的输入端相连。所述光纤光栅传感器1在制作天线的同时预埋在天线阵面2 内，多个光纤光栅传感器1在天线阵面2内均匀分布。
[0024]本方法包括下列顺序的步骤：（1)光纤光栅传感器1探测到因变形导致的光信号 改变；(2)光纤光栅传感器1将该改变的光信号通过光电转换装置3转换为各个变形关键 点的应变数据的数字信号，并将该数字信号发送至数据采集单元；（3)数据采集单元将应 变数据发送至数据处理单元，数据处理单元将应变数据代入到变形的应变位移转化算法， 实时获得全场变形数据；（4)变形通过变形显示单元进行实时曲面动态显示，同时变形数 据作为工程数据通过数据库进行存储。
[00巧]所述应变至变形的应变位移转化算法的基本形式如下：
[0026] {山=[巫d][巫s]T[巫S] 1 [巫s]T{e}
[0027] 其中，[0山代表位移模态，[巫s]代表应变模态，e为实测的平面内应变值。
[0028] 所述光纤光栅传感器1的布置优化通过W下公式不断迭代实现最小化：
[0030]其中，Nd代表参与计算位移点的数量，Ng代表实际布置传感器数量，XP代表预估的 变形，Xk代表理想变形，P为加权数，P值越大则所需光纤光栅传感器1的数量越少。
[00引]实施例一
[0032] 所述光电转换装置3包括光开关，其第一端口通过光纤与光纤光栅传感器1的探 头相连，其第二端口与禪合器双向通讯，禪合器与光纤放大器双向通讯，光开关的第立端口 与光栅解调仪双向通讯，光栅解调仪的输出端与数据采集单元的输入端相连。
[0033] 本实施例通过一个1维变形板来验证该测量系统的测量原理和方法，尺寸为 4mmX80mmX600mm的板，一端固定。在悬臂板上布置光纤光栅传感器1，