谈天气雷达天线座水平的测试和调整方法

摘要：对天气雷达天线座水平误差的测量、计算分析和调整方法进行全面阐述,并用实例说明雷达天线座水平误差的标定过程,以为天气雷达天线座水平的测试与调整提供参考。

关键词：天气雷达;天线座水平误差;水平仪;测试;调整方法

在雷达维护工作中,对雷达天线座水平的测试和调整是一项重要工作,是保证雷达系统能够精确工作的前提。天气雷达中的雷达天线座要保持较高的水平度,以确保天气雷达系统对气象目标定位的高精准度,所以雷达维护人员必须按相关规定,定期用水平仪来检测雷达天线座的水平度。下面就天气雷达天线座水平度的测量、天线座水平误差的计算分析和调整方法进行阐述和讨论。

1天气雷达天线座水平误差的测量

水平仪是一种测量小角度倾斜程度的仪器[1]。有读数装置供间接读数的气泡式水平仪,称为合像水平仪。它是利用棱镜将水准器中的气泡放大的方法,来提高读数的精确度,利用杠杆、微动螺杆这一套传动机构,提高读数的灵敏度。在合像水平仪中可精确读出倾斜0.01 mm/m时被测件的水平误差,合像水平仪的“精度”用符号“acr”表示,即acr=0.01/1 000为无量纲数。我们使用的合象水平仪2支点的距离为165 mm。水平调整时,旋转盘上的每格刻度为0.01 mm,侧向上的每个刻度为旋转盘上刻度的100倍,即为1 mm。所以合像水平仪读数包括水平仪侧面垂直刻度读数l1和刻度圆盘的读数l2,合像水平仪的实际读数计算公式为h=100 l1+l2。

利用合像水平仪测量天线座的水平误差,首先将合像水平仪放置在天线俯仰转台顶端的平面上[2],以方位旋转轴为中心向外辐射的方向上。同时保证水平仪与转台平面之间光洁、平整,使其在天线转动过程中,不出现晃动。控制雷达伺服系统,将雷达天线的方位和仰角都调到0°,此时通过转动度盘调节合像水平仪上的气泡位置,直至两气泡重合。记下水平仪刻度圆盘的读数l2和水平仪侧面垂直刻度读数l1,则合像水平仪的实际读数为h=100 l1+l2。此值即为雷达方位角为0°时雷达天线座的倾斜值。控制天线,将方位角增加一固定增量。由于水平误差,水准器中的气泡发生漂移,再旋转刻度盘使气泡重合。记录合像水平仪的实际读数以及该读数所对应的方位角。依此类推,重复以上步骤得到天线座在各个方位上合像水平仪两气泡重合时的实际读数,即雷达天线座各方位的倾斜值。

2天气雷达天线座水平误差的计算方法

通过对合像水平仪结构原理和刻度盘、刻度板读数产生过程的深入分析,参考相关资料,得到被测对象倾斜角度α的具体解析计算公式:

α(弧度)=arctan(h×acr)(1)

α(角秒)=arctan(h×acr)×3 600×180/π(2)

式中,h为合像水平仪实际读数,根据合像水平仪的“精度”可得到,acr=0.01/1 000为无量纲数。由天线底座水平度的实际计算公式可以计算出天线底座某一方位上的水平误差β。

β=(αl-αl+180)/2(3)

式中,αl表示某一方位上的倾斜角度,αl+180表示与之对应的天线旋转180°后的倾斜角度。根据大量的实际测量和计算结果分析可知,雷达天线底座某一方位上的水平误差β(以角秒为单位)与对应的一条直线上2次合像水平仪实际读数之差近似,即公式(4)成立。

β(角秒)≈h1-h1+180(4)

式中,hl表示某一方位上合像水平仪实际读数,hl+180表示与之对应天线旋转180°后合像水平仪实际读数。这样在调整雷达天线座水平时,就不必反复计算。调整完毕后,只需精确计算1次即可得到雷达天线座的水平误差值,方法简便。

3天气雷达天线座水平误差的调整实例

天气雷达天线座与安装基础通常是通过多个联结螺栓进行连接并固定[3-4]。另有几个均匀分布在天线座的底面上供水平调整的螺栓。根据测量记录的结果利用(4)式,可以分别粗略地计算天线各个方位角直线上的水平误差,并依此数据进行天线座的水平调整。水平调整时,应先适当松开联结螺栓。针对粗略计算结果,将天线控制到需要调整的对应方位角。轻微拧动此方位对应的2个水平调整螺栓,使合像水平仪读数变化合适的位移量,并记录调整后的读数。天线旋转180°读出合像水平仪读数。再利用(4)式粗略计算此方位水平误差。如此反复直至调整到符合要求为止。所有方位调整完毕后,最后拧紧联结螺栓,然后转动天线按上述的水平测量方法进行再次测量,最后利用(3)式精确计算出天线座的水平误差。

表1为第1次测量天线座方位间隔45°时,对应的各方位水平仪读数和粗略计算结果。可以看出,雷达天线座在0°方位上和45°方位上水平误差较大,需要调整。根据上述调整方法在0°方位上下调0°对应的水平调整螺栓或上调180°对应的水平调整螺栓即可。在45°方位上方法相同。

表2为对天线座调整后,对应的各方位水平仪读数、粗略计算结果和精确计算结果。可以看出,调整后雷达天线座的水平误差最大值是在0°方位上为20″(小于30″),符合相关规定。

4结语

天气雷达中的雷达天线座要保持较高的水平度,以确保天气雷达系统对气象目标定位的高精准度,所以雷达维护人员应熟练掌握天线座水平误差的测量、调整和计算方法[5-6]。实践证明,以上介绍的测量、调整和计算方法是一种易于理解和方便具体操作的有效方法。

5参考文献

[1] 程香.光学合像水平仪简介及使用案例说明[ol]..

[2] 张维全,李洋,李闻生.天气雷达水平仪检测数据误差订正与数学处理方法初探[j].气象与环境学报,2007,23(5):42-45.

[3]李顺芬.高机动雷达天线座的设计探讨[j].电子机械工程,2005(4):35-37.

[4] 王霞云.便携式雷达天线座结构分析[j].现代电子技术,2005(14):118-119.

[5] 杨学惠.某米波情报雷达天线座与自动调平系统设计[j].电子机械工程,2008,24(1):34-36,56.

[6] 牛忠文,程海平.雷达天线座水平误差的一种测量方法[j].电子机械工程,2005,21(6):38-41.

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