二维测试转台偏心误差修正技术研究.pdf

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1、四论文二维测试转台偏心误差修正技术研究王晨晨房景仕(中国电子科技集团公司第三十八研究所)摘要：雷达天线阵面在暗室或外场测试时，由于转台及天线阵面结构的限制，天线阵面的电气中心不可避免地偏离测试转台的回转中心，因而造成测试误差。使用齐次坐标变换理论建立二维转台和被测天线的坐标变换数学模型，准确求得二维转台在任意伺服角度时，被测目标相对天线阵面的坐标值。仿真结果表明：在40m跨度的暗室内，天线测试精度可提高0．5。。关键词：二维测试转台：齐次坐标变换；误差修正架和天线阵面等组成，如图1所示。测试转台转角由0引言同轴安装在各轴系上的16位角度编码器读出。转台雷达天线阵面在使用前，将其架设在测试转台的

2、俯仰和方位轴系均偏离天线阵面中心一段距离，且上，在微波暗室或外场使用固定模拟目标对其进行电天线阵面的坐标系方向也与转台的伺服坐标系不平气标校。在测试中，由于测试转台及被测天线阵面结行。因而当转台二维转动时，被测模拟目标相对天线构的限制，多数情况下，架设完成后天线阵面的电气阵面的方位、俯仰角并不等同于转台的伺服转角，需中心会偏离测试转台的回转中心，且天线阵面自身的计算后获得。坐标系方向与转台的坐标系方向也不重合。在测试转台转动时，模拟目标相对天线阵面的测量坐标，并不等同于其相对转台的伺服坐标。因此在标校中，模拟目标相对阵面的测角，并不等同于转台的伺服转动角度，而存在一个测角误差。当模拟目标相对天

3、线阵面的测量距离越近时，天线阵面与转台间偏心所造成的测角误差也就越大。在微波暗室等狭小空间内，其造成的测角误差可达0．5。以上，在精度要求较高的场合，该误差对标校精度影响较大。为消除该误差，目前多采用三角函数变换等方法逐步推导出误差公式，过程较为繁琐，扩展性不。本文使用齐次坐标变图1二维测试转台系统组成换理论建立转台伺服转角与实际测量角度之间的数1．2测量误差来源学关系模型，可计算出测试转台处在任意伺服角度时为方便分析，建立一个一维模型来估算转台偏心的测角误差，提高天线的标校精度。该数学模型可扩对测角误差的影响大小。如图2所示，假设天线阵面展到更多维度的测试转台中，具有一定的通用性[3]。回转

4、中心为D点，被测物体在A点，在初始位置时，l测试系统组成及误差来源点处在天线阵面中心指向的延长线上。天线座方位1．1二维测试转台系统组成转动。后，点相对阵面实际的方位角为。阵面电本文使用二维测试转台搭载天线阵面。二维测试气中心相对转台回转中心的距离为r，被测点相对转台系统主要由基座、方位转盘、俯仰推杆、俯仰框转台距离为L，02=01+。测角误差：2013年第34卷第4期自动化与信息工程1102-01==arctan(r．tan0~)坐标Yz3的齐次转换矩阵可以用下面的4x4矩阵，Tmns(a，b，c)来表示：转台ll

5、D图3坐标系的平移变换图2转台偏心误差影响10在暗室实际测量中，，约为1m，

6、L约为40m，0l天线的测角范围约为~15。，可估算获得最大测角偏：Trails(，6，c)l00差约=aman(~0．38。。如转台的方位和00为书写方便，把相对原坐标系平移(，b，c)的平移俯仰轴偏心误差均计入考虑，则A点相对天线阵面的坐标变换矩阵写成式(1)的形式Trans(a，b，c)。指向角测量偏差约为土0．5。。2．2旋转变换2齐次坐标变换坐标系的旋转变换如图4所示，原坐标系OXYZ齐次坐标变换是将一个原本聆维的向量用一个绕轴旋转角度到新坐标系O'X'Y'Z，原坐标系中n+l维向量来表示，它提供了用矩阵运算把二维、三有一P(x，Y，Z1点，P点随新坐标系转动到P点，则P维甚至更高维

7、空间中的一个点集从一个坐标系变换在原坐标系下的坐标yz，)的齐次转换矩阵可以用到另一个坐标系的有效方法]。在研究物体的空问位下面的4~4矩阵R0，)表示：1000姿时，物体的运动主要是空间旋转、平移等，使用齐蔓。CS00次坐标变换方法处理比较简单和方便。’口：Rot()l，设原坐标系OXYZ中有一尸点，P点在OXYZ坐z001标系下的坐标为，，Zo)。原坐标系经平移和旋转后变为新坐标D1Z1，新坐标原点相对原坐标系的位移分别是(口，b，c)，新坐标系X、Y、z各轴绕原坐标系Prt’y

8、互的旋转角度分别为6c、、)，。原坐标系下的P点也跟●■P着新坐标到了新的位置尸1点，为了求得尸，在原OXYZ

9、V坐标系的坐标，可用齐次坐标变换矩阵列出坐标转换关系，下面分步介绍齐次坐标变换的表达式。2．1平移变换～坐标系的平移变换如图3所示，原坐标系OXYZ平移到新坐标系O'X'Y'Z，原坐标系中有一P(x，Y，Z)图4坐标系的旋转变换点，P点随新坐标系平移到P点，新坐标原点相对原坐标系原点的位移量为，b，c)，则P在原坐标系下的同样，为了书写方便，把相对原坐标系v轴12王晨晨房景仕：二维测试转台偏心误差