[发明专利]基于坐标旋转的天线伺服系统标校方法

说明书

本发明公开了一种基于坐标旋转的天线伺服系统标校方法，属于天线技术领域。该方法以一段时间内具有一定变化范围的天线对已知准确位置的目标的跟踪数据作为样本数据，依据通过坐标旋转得出的标校公式，采用最小二乘法分析计算样本数据的方式标定出天线伺服系统误差。本发明通过天线对目标星跟踪数据分析方法实现了天线伺服系统的系统标校，具有系统结构简单、适应座架形式范围广、标校成本较低、可通过迭代标校持续提高标校精度的优点。

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种基于坐标旋转的天线伺服系统标校方法。

背景技术

随着通信测控事业的发展，天线的应用市场随之扩大，而且在多数应用场合要求实现对天线指向的精确测量和控制。特别地，在车载动中通、船载和机载卫星通信等领域，大部分天线动载体都有导航设备或装置提供较为精确的载体姿态和位置，为动载体天线实现指向跟踪提供了有利条件。这种情况下，为了提高动载体天线的指向精度，就对动载体天线提出了更高的系统标校要求，而现有技术中的标校方法不能适用于动载体天线，主要表现在以下几个方面：

a)动载体天线一般采用高频段的小口径天线，天线本身接收面积较小，所以不能在天线主面开孔，用于光学瞄准。

b)动载体天线设备体积较小，而且结构紧凑，难以单独留出位置作为水平仪的测量平面，设计专门的结构固定用于光学瞄准的望远镜。

c)动载体天线为了实现高仰角甚至过顶跟踪，大都采用了不同于A-E(方位-俯仰)两轴座架的座架形式，超出了现有的标校数学模型，因此需要研究新的数学模型以适应新的需求。

d)动载体天线的标校需要用到水平仪、经纬仪、光学望远镜等专用仪器，成本较高。

e)为了降低天线设备的体积、重量、成本及研制周期，提高天线设备使用的可用性，也需要重新研究新的标校方法，在不改变天线的结构及硬件设备基础上，能够实现动载体天线的在线标校。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种基于坐标旋转的天线伺服系统标校方法，该方法能够在不改变天线设备的硬件和结构、不增加外围设施和仪器的情况下，根据天线设备自身的记录数据，实现天线伺服系统的在线或离线标校。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于坐标旋转的天线伺服系统标校方法，其包括以下步骤：

(1)确定天线伺服系统存在的系统误差项，根据轴系关系和坐标系定义将各系统误差项表示为旋转角的形式，得出各系统误差项在坐标系中的旋转矩阵；将旋转矩阵代入坐标转换，建立矩阵等式；

(2)求解矩阵等式，求解过程中，对系统误差本身及误差乘积进行近似处理；

(3)以三维坐标系中表征天线指向矢量的各坐标分量为中介，建立标校多项式；

(4)以标校多项式为数学模型，通过最小二乘法标出系统各项误差。

可选的，所述步骤(1)的具体方式为：

(101)依据天线伺服系统中各系统误差在天线坐标系中的旋转关系确定各系统误差的旋转角，并将各旋转角表示为旋转矩阵；

(102)从天线坐标系开始，以天线坐标系——地理坐标系——安装基座坐标系的转换路径作为路径1，以天线坐标系——座架坐标系——天线基座坐标系的转换路径作为路径2；

(103)依据天线伺服系统各轴及各项系统误差旋转角的转动顺序，将两条路径所需的各轴角度及各旋转矩阵分别依次相乘，建立两条路径的坐标转换式；

(104)将两个坐标转换式通过等号连接，建立基于天线基座坐标系的矩阵等式。

可选的，所述步骤(2)中的近似处理包括：