雙軸轉臺軸不正交對跟蹤雷達定位的影響分析及誤差修正方法

王偉鋒

摘 要：對跟蹤雷達的原理做了簡單概述，說明了雙軸轉臺在跟蹤雷達中的作用。對雷達坐標系進行了定義，分析了雙軸不正交對雷達測量值坐標的影響，給出了誤差計算方法。提出了誤差修正方法，可有效減小雙軸轉臺的機械加工壓力。

關鍵詞：雙軸轉臺；雷達坐標系；誤差修正

中圖分類號： P225.7 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）26-160-2

0 引言

跟蹤雷達相較于傳統引導雷達具有較高的定位精度，雙軸轉臺是跟蹤雷達的角度傳感單元，其定位精度對跟蹤引導雷達的定位精度具有決定性作用。在工程應用中，雙軸轉臺的軸不正交度是其誤差組成的重要部分，分析雙軸轉臺軸不正交對跟蹤引導雷達定位的影響，并對跟蹤雷達的誤差分析提供參考，本文提出的誤差修正方法可有效緩解轉臺的加工壓力。

1 雙軸轉臺在跟蹤雷達中的作用

跟蹤雷達原理見圖1，天饋系統安裝于雙軸轉臺，跟蹤雷達對目標實施跟蹤時，控制系統驅動雙軸轉臺帶動天饋系統指向目標，誤差解算系統對測量信號進行處理、解算后形成方位、俯仰誤差及距離反饋信息，同時雙軸轉臺為跟蹤雷達提供方位、俯仰雙軸角度反饋信息。控制系統將雙軸角度反饋和雙軸誤差反饋信息進行融合后，生成定位數據。

2 定義坐標系

雷達測量結果通常采用極坐標表示，它以雷達轉臺回轉中心為極點，以轉臺方位零度指向在水平面的投影為極軸，我們通常稱之為雷達系。定義目標在水平面的投影和極點的連線與極軸的夾角為方位角，目標和極點的連線與水平面的夾角定義為俯仰角。目標P在雷達系的坐標可表示為（L，α，β），L是目標與極點的距離，α為方位角，β為俯仰角。

3 雙軸不正交度對跟蹤雷達定位的影響

不考慮其他因素的條件下，目標在雷達系的方位角、俯仰角分別等于天饋系統指向目標時雙軸轉臺的方位角度、俯仰角度。但是在工程應用中，由于機械加工因素存在，所有雙軸轉臺的方位軸與俯仰軸的夾角很難做到正交，雙軸的不正交會對雙軸轉臺定位乃至跟蹤引導雷達定位帶來誤差。

可見，轉臺的雙軸不正交度對跟蹤引導雷達的測距沒有影響（對天饋系統的極化方向影響導致測距影響本文不進行討論），方位角度和俯仰角度存在測量誤差，并且，方位角度和俯仰角度的測量誤差在雙軸不正交度確定時只隨俯仰角度的變化而變化。采用不同不正交度對測量誤差進行仿真，結果如圖3、圖4所示。

4 誤差修正方法

在雙軸轉臺進行機械加工時，可對其雙軸不正交度進行測量，設雙軸轉臺的軸不正交度為θ，那么在應用中可按式1進行修正。雙軸轉臺的軸不正交度的測量精度為ζ，那么采用修正方法后的誤差如下：

5 綜述

在工程應用中，由于機械加工或其他因素影響，雙軸轉臺的軸不正交度往往無法使用要求，根據本文給出的誤差修正方法只需對軸不正交度進行精確測量，即可完成誤差修正。在工程應用時可適當放寬雙軸不正交度要求，可有效緩解雙軸轉臺機械加工的壓力。

參 考 文 獻

[1] [美] David K.Barton雷達系統分析與建模[M].北京：電子工業出版社，2007.

[2] 石章松，等.目標跟蹤與數據融合理論及方法[M].北京：國防工業出版社，2010.