基于跟蹤真實(shí)目標(biāo)的船搖隔離度靜態(tài)測(cè)試方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種基于跟蹤真實(shí)目標(biāo)的船搖隔離度靜態(tài)測(cè)試方法，本發(fā)明重點(diǎn)解決的問(wèn)題有船搖模擬數(shù)據(jù)生成方法、靜態(tài)條件下船搖隔離度測(cè)試環(huán)境構(gòu)建，技術(shù)方案是通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真正弦/余弦波模擬船搖角度或速度擾動(dòng)，人工設(shè)定不同幅度、不同船搖周期的船搖擾動(dòng)；也可根據(jù)船實(shí)際錄取慣導(dǎo)數(shù)據(jù)推導(dǎo)計(jì)算天線方位、俯仰軸的船搖角度、角速度量，從而模擬海上條件下實(shí)際船搖數(shù)據(jù)。并將船搖擾動(dòng)數(shù)據(jù)，在自跟蹤環(huán)的位置反饋中或速度環(huán)輸入端加入，進(jìn)而檢驗(yàn)船載伺服的跟蹤性能和船搖隔離效果。采用本發(fā)明方法，船搖隔離度測(cè)試簡(jiǎn)單，伺服環(huán)路參數(shù)調(diào)試與校驗(yàn)便利，滿足船載伺服系統(tǒng)船搖隔離度靜態(tài)測(cè)試的能力。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
基于跟蹤真實(shí)目標(biāo)的船搖隔離度靜態(tài)測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種基于跟蹤真實(shí)目標(biāo)的船搖隔離度靜態(tài)測(cè)試方法。屬于自動(dòng)控制技 術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 大型船載測(cè)控天線，由于其載體的運(yùn)動(dòng)和船搖姿態(tài)的影響，跟蹤精度除了取決于 本身性能外，還受到船搖擾動(dòng)影響，故隔離船搖是必需解決問(wèn)題，而船搖隔離度的測(cè)試是前 提。
[0003] 2005年6月出版的《陜西工學(xué)院學(xué)報(bào)》第21卷第2期第8-10頁(yè)公開(kāi)了一種大型船載 衛(wèi)通伺服隨動(dòng)系統(tǒng)船搖隔離度設(shè)計(jì)與測(cè)試方法，該方法分析了船搖擾動(dòng)對(duì)大型船載衛(wèi)星通 訊天線三軸穩(wěn)定系統(tǒng)的影響，研究了隔離船搖的解決方法，并通過(guò)相應(yīng)環(huán)路設(shè)計(jì)和船升搖 試驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證了解決方法的正確性。優(yōu)點(diǎn)是給出了解決船搖隔離的通用方法;缺點(diǎn)是船搖 隔離的測(cè)試需要在船舶動(dòng)平臺(tái)上且進(jìn)行船舶升搖動(dòng)態(tài)試驗(yàn)測(cè)試。
[0004] 2009年3月出版的《信息化研究》第35卷第3期第20-22頁(yè)公開(kāi)了一種雷達(dá)伺服系 統(tǒng)船搖隔離度的模擬測(cè)試方法，該方法通過(guò)模擬速率陀螺敏感船搖所引起的天線方位或俯 仰角的變化速率，敘述一種在地面上進(jìn)行船搖隔離度的測(cè)量方法。優(yōu)點(diǎn)是提出了一種在地 面進(jìn)行船搖隔離度測(cè)試的方法，通過(guò)仿真驗(yàn)證了該方法的可行性。缺點(diǎn)是僅針對(duì)陀螺信號(hào) 進(jìn)行模擬，模擬信號(hào)為正弦波，并未引入真實(shí)船搖數(shù)據(jù)；因?yàn)闊o(wú)法將船搖擾動(dòng)加入自跟蹤環(huán) 路，也未考慮船搖前饋信號(hào)，在實(shí)際工程中無(wú)法全面、系統(tǒng)、真實(shí)的模擬船載天線的真實(shí)海 上工作環(huán)境，所得參數(shù)及結(jié)果不能準(zhǔn)確代表船載天線伺服系統(tǒng)環(huán)路特性及船搖隔離能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種靜態(tài)條件下進(jìn)行船載 伺服系統(tǒng)船搖隔離度測(cè)試的方法，實(shí)現(xiàn)全面、系統(tǒng)、真實(shí)的模擬船載天線的真實(shí)海上工作環(huán) 境，能準(zhǔn)確代表船載天線伺服系統(tǒng)環(huán)路特性及船搖隔離能力。
[0006] 本發(fā)明解決上述問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為:一種基于跟蹤真實(shí)目標(biāo)的船搖隔離度 靜態(tài)測(cè)試方法，通過(guò)仿真船搖擾動(dòng)數(shù)據(jù)，并將其帶入伺服控制環(huán)路中，完成了船載伺服系統(tǒng) 靜態(tài)船搖隔離度的測(cè)試，所述方法包括以下步驟： 步驟一、船搖模擬器設(shè)計(jì) 1.1理想船搖數(shù)據(jù)的模擬 假設(shè)船搖引起方位/俯仰上的角度運(yùn)動(dòng)是正弦運(yùn)動(dòng)，建立其運(yùn)動(dòng)方程：
式中：I為方位船搖角度，為方位最大船搖幅度，?:A為方位船搖的角頻率，rA為 方位船搖周期， 將上式微分可得船搖的角速度方程： 心矣細(xì)C0S:(°V:):; 1.2實(shí)際慣導(dǎo)數(shù)據(jù)的回放 甲板直角坐標(biāo)系按測(cè)量船甲板坐標(biāo)系定義:X-甲板直角坐標(biāo)軸，在甲板平面內(nèi)，沿艏 艉線方向指向艦艏;Y-甲板直角坐標(biāo)軸，垂直甲板向上;Z-甲板直角坐標(biāo)軸，在甲板平面 內(nèi)，指向右舷； 輸入數(shù)據(jù)，船體姿態(tài)角:也一縱搖角；9一橫搖角;k一航向角； 輸入數(shù)據(jù)，雷達(dá)方位、俯仰角:A-雷達(dá)方位角;E-雷達(dá)俯仰角； 輸出數(shù)據(jù)，船搖角速度在A、E的分解量：《A、《E; ① 采用最小二乘法對(duì)船搖數(shù)據(jù)Hk進(jìn)行平滑求導(dǎo)，分別求出《e、，它們分別對(duì) 應(yīng)于iK0、k的三個(gè)速度分量； ② 船搖角速度《 h ?e、《 k向甲板直角坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換 ~ -a^cos.1^/cos^ sin B ^z = %；c os ^sin ^ 4- cos $ ③ 甲板坐標(biāo)系角速度《x、《y、向A、E軸的分解 〇je - %：sin j4- afj g〇s ^ c〇|：^?2 sin ^.tan ；,S 根據(jù)?a解算出船搖角度及角速度eA、％ ; 步驟二、船搖隔離度檢測(cè) 將船搖速度擾動(dòng)eA加入速度環(huán)輸入端，斷開(kāi)自跟蹤環(huán)路、去陀螺環(huán)、去前饋，將船搖速 度擾動(dòng)方程的速度量乘以系數(shù)Ka加入方位速度環(huán)輸入端，此時(shí)天線方位角將按照余弦規(guī) 律擺動(dòng)起來(lái)，記錄其最大船搖幅度為; ① 自跟蹤環(huán)隔離度測(cè)試 天線跟蹤真實(shí)目標(biāo)，伺服控制系統(tǒng)自跟蹤環(huán)路閉環(huán)，去陀螺，記錄最大值天線方位誤差 電壓％，按照下式計(jì)算誤差電壓對(duì)應(yīng)的天線跟蹤殘留角度值：
(1) %--方位定向靈敏度，V/mil; .甚---天線俯仰角， 按下式計(jì)算方位跟蹤位置回路船搖隔離度
（2); ② 自跟蹤環(huán)+陀螺穩(wěn)定環(huán)船搖隔離度 自跟蹤環(huán)路閉環(huán)，加陀螺，記錄最大值天線方位誤差電壓&，按照公式(1)計(jì)算誤差電 壓對(duì)應(yīng)的角度值M，按照公式(2)解算出自跟蹤環(huán)+陀螺穩(wěn)定環(huán)船搖隔離度。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于： ⑴設(shè)計(jì)了船搖模擬器，可真實(shí)反映船搖擾動(dòng)數(shù)據(jù)。
[0008]⑵設(shè)計(jì)了在自跟蹤環(huán)的位置反饋中加入船搖角度擾動(dòng)方案，實(shí)現(xiàn)自跟蹤環(huán)、自跟 蹤環(huán)+陀螺穩(wěn)定環(huán)、自跟蹤環(huán)+陀螺穩(wěn)定環(huán)+船搖前饋的隔離度測(cè)試。
[0009] ⑶設(shè)計(jì)了將船搖速度擾動(dòng)加入速度環(huán)輸入端，實(shí)現(xiàn)自跟蹤環(huán)、自跟蹤環(huán)+陀螺穩(wěn)定 環(huán)的隔離度測(cè)試。
[0010]⑷實(shí)現(xiàn)了靜態(tài)條件下船搖隔離度的模擬測(cè)試。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1本發(fā)明船搖速度擾動(dòng)加入速度環(huán)測(cè)試框圖； 圖2為圖1的等效圖； 圖3本發(fā)明船搖速度擾動(dòng)加入速度環(huán)仿真分析圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0013] 本實(shí)施例中的一種基于跟蹤真實(shí)目標(biāo)的船搖隔離度靜態(tài)測(cè)試方法，通過(guò)仿真船搖 擾動(dòng)數(shù)據(jù)，并將其帶入伺服控制環(huán)路中，完成了船載伺服系統(tǒng)靜態(tài)船搖隔離度的測(cè)試，該測(cè) 試方法主要包括兩步驟： 步驟一、船搖模擬器設(shè)計(jì) 船搖數(shù)據(jù)的模擬分為用理想正弦運(yùn)動(dòng)或?qū)嶋H慣導(dǎo)數(shù)據(jù)回放兩種，兩種方法效果一致， 下面僅介紹理想船搖數(shù)據(jù)的模擬。
[0014] 1.1理想船搖數(shù)據(jù)的模擬 船搖特性與目標(biāo)特性不同，它是周期性的有規(guī)律的，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律近似正弦運(yùn)動(dòng)，但并不 十分規(guī)則，假設(shè)船搖引起方位/俯仰上的角度運(yùn)動(dòng)是正弦運(yùn)動(dòng)，于是可建立其運(yùn)動(dòng)方程（以 方位為例進(jìn)行說(shuō)明，下同）：
式中：4為方位船搖角度，為方位最大船搖幅度，為方位船搖的角頻率，巧為 方位船搖周期。將上式微分可得船搖的角速度方程： 通過(guò)調(diào)整值完成對(duì)船搖信號(hào)幅度的調(diào)整，調(diào)整值完成對(duì)船搖信號(hào)周期的調(diào)整。
[0015] 1.2實(shí)際慣導(dǎo)數(shù)據(jù)的回放 甲板直角坐標(biāo)系按測(cè)量船甲板坐標(biāo)系定義:X-甲板直角坐標(biāo)軸，在甲板平面內(nèi)，沿艏 艉線方向指向艦艏;Y-甲板直角坐標(biāo)軸，垂直甲板向上;Z-甲板直角坐標(biāo)軸，在甲板平面 內(nèi)，指向右舷。
[0016] 輸入數(shù)據(jù)，船體姿態(tài)角:也一縱搖角；Q-橫搖角;k一航向角； 輸入數(shù)據(jù)，雷達(dá)方位、俯仰角:A-雷達(dá)方位角;E-雷達(dá)俯仰角； 輸出數(shù)據(jù)，船搖角速度在A、E的分解量：《A、《E。
[0017]①采用最小二乘法對(duì)船搖數(shù)據(jù)!K0、k進(jìn)行平滑求導(dǎo)，分別求出，、訓(xùn)、叫，它們分 別對(duì)應(yīng)于iK0、k的三個(gè)速度分量。
[0018] ②船搖角速度《 e、《 k向甲板直角坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換 ^ = - <j^gos ^/cos ^ sin 5 = G es i^sin： ^ 4- c 〇 s & ③甲板坐標(biāo)系角速度《x、《y、向A、E軸的分解
根據(jù)?a解算出船搖角度及角速度Up
[0019] 步驟二、船搖隔離度檢測(cè) 將船搖速度擾動(dòng)加入速度環(huán)輸入端，采用"跟蹤真實(shí)目標(biāo)+船搖模擬器"完成船搖隔離 度測(cè)試。如圖1所示，將船搖速度擾動(dòng)eA加入速度環(huán)輸入端（圖1中速度閉環(huán)傳遞函數(shù)前 端），斷開(kāi)自跟蹤環(huán)路、去陀螺環(huán)、去前饋，天線伺服控制系統(tǒng)僅工作在速度環(huán)閉環(huán)方式下， 此時(shí)系統(tǒng)等效為圖2。將船搖速度擾動(dòng)方程e A的速度量乘以系數(shù)ka加入方位速度環(huán)輸入端， 此時(shí)天線方位角將按照余弦規(guī)律擺動(dòng)起來(lái)，記錄其最大船搖幅度為。
[0020] 具體方法如下： ① 自跟蹤環(huán)隔離度測(cè)試 天線跟蹤同步星(或信標(biāo)球、標(biāo)校塔信號(hào)），伺服控制系統(tǒng)自跟蹤環(huán)路閉環(huán)，去陀螺(圖1 中斷開(kāi)陀螺調(diào)節(jié)前端減法器)記錄最大值天線方位誤差電壓化，按照下式計(jì)算誤差電壓對(duì) 應(yīng)的天線跟蹤殘留角度值：
--方位定向靈敏度，v/mi 1; M--天線俯仰角，（°)。
[0021] 按下式計(jì)算方位跟蹤位置回路船搖隔離虔
，（dB) ② 自跟蹤環(huán)+陀螺穩(wěn)定環(huán)船搖隔離度 自跟蹤環(huán)路閉環(huán)，加陀螺（圖1中閉合陀螺調(diào)節(jié)前端減法器），記錄最大值天線方位誤差 電壓，按照同樣方法計(jì)算誤差電壓對(duì)應(yīng)的角度值，再解算出自跟蹤環(huán)+陀螺穩(wěn)定環(huán)船搖隔離 度。該隔離度減去①中計(jì)算的隔離度可得到陀螺環(huán)船搖隔離度。
[0022] 某天線靜態(tài)船搖隔離度仿真計(jì)算及實(shí)測(cè)結(jié)果 對(duì)圖1的測(cè)試框圖進(jìn)行仿真分析，首先假設(shè)位置輸入量為0,船搖的幅度為o.lrad，角頻 率為0.5rad/s，微分并乘以系數(shù)19.1后送速度環(huán)輸入端，顯示器中顯示的是"自跟蹤環(huán)+陀 螺反饋"的船搖殘差，如圖3所示，計(jì)算得出船搖隔離度為51.OdB。
[0023]實(shí)測(cè)結(jié)果 采用本發(fā)明方法設(shè)計(jì)的船搖隔離度靜態(tài)測(cè)試方法應(yīng)用于某大型船載測(cè)控天線上，測(cè)試 結(jié)果如下表1。實(shí)測(cè)結(jié)果表明，所測(cè)跟蹤位置環(huán)路中自跟蹤環(huán)隔離度、陀螺反饋隔離度各單 項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。
[0024] 表1船搖隔離度靜杰測(cè)試結(jié)果
本發(fā)明也適用于其它艦艇跟蹤雷達(dá)進(jìn)行船搖隔離度靜態(tài)測(cè)試。
[0025] 除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還包括有其他實(shí)施方式，凡采用等同變換或者等效替換 方式形成的技術(shù)方案，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于跟蹤真實(shí)目標(biāo)的船搖隔離度靜態(tài)測(cè)試方法，通過(guò)仿真船搖擾動(dòng)數(shù)據(jù)，并將 其帶入伺服控制環(huán)路中，完成了船載伺服系統(tǒng)靜態(tài)船搖隔離度的測(cè)試，其特征在于:所述方 法包括以下步驟： 步驟一、船搖模擬器設(shè)計(jì) 1.1理想船搖數(shù)據(jù)的模擬 假設(shè)船搖引起方位/俯仰上的角度運(yùn)動(dòng)是正弦運(yùn)動(dòng)，建立其運(yùn)動(dòng)方程：式中：?為方位船搖角度，θ-為方位最大船搖幅度，為方位船搖的角頻率，?為 方位船搖周期， 將上式微分可得船搖的角速度方程： 1.2實(shí)際慣導(dǎo)數(shù)據(jù)的回放 甲板直角坐標(biāo)系按測(cè)量船甲板坐標(biāo)系定義:Χ-甲板直角坐標(biāo)軸，在甲板平面內(nèi)，沿艏 艉線方向指向艦艏;Υ-甲板直角坐標(biāo)軸，垂直甲板向上;Ζ-甲板直角坐標(biāo)軸，在甲板平面 內(nèi)，指向右舷； 輸入數(shù)據(jù)，船體姿態(tài)角:Φ-縱搖角；Θ-橫搖角;k一航向角； 輸入數(shù)據(jù)，雷達(dá)方位、俯仰角:A-雷達(dá)方位角;E-雷達(dá)俯仰角； 輸出數(shù)據(jù)，船搖角速度在A、E的分解量：ωΑ、ωΕ; ① 采用最小二乘法對(duì)船搖數(shù)據(jù)Φ、ΘΛ進(jìn)行平滑求導(dǎo)，分別求出ωθ、，它們分別對(duì) 應(yīng)于Φ、ΘΛ的三個(gè)速度分量； ② 船搖角速度ω φ、ω θ、cok向甲板直角坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換③ 甲板坐標(biāo)系角速度ωχ、ωγ、~向六4軸的分解根據(jù)解算出船搖角度及角速度; 步驟二、船搖隔離度檢測(cè) 將船搖速度擾動(dòng)ΘΑ加入速度環(huán)輸入端，斷開(kāi)自跟蹤環(huán)路、去陀螺環(huán)、去前饋，將船搖速 度擾動(dòng)方程?Α的速度量乘以系數(shù)KA加入方位速度環(huán)輸入端，此時(shí)天線方位角將按照余弦規(guī) 律擺動(dòng)起來(lái)，記錄其最大船搖幅度為; ①自跟蹤環(huán)隔離度測(cè)試 天線跟蹤真實(shí)目標(biāo)，伺服控制系統(tǒng)自跟蹤環(huán)路閉環(huán)，去陀螺，記錄最大值天線方位誤差 電壓巧，按照下式計(jì)算誤差電壓對(duì)應(yīng)的天線跟蹤殘留角度值：方位定向靈敏度，V/mil; S--天線俯仰角， 按下式計(jì)算方位跟蹤位置回路船搖隔離度②自跟蹤環(huán)+陀螺穩(wěn)定環(huán)船搖隔離度 自跟蹤環(huán)路閉環(huán)，加陀螺，記錄最大值天線方位誤差電壓％:>按照公式（1)計(jì)算誤差電 壓對(duì)應(yīng)的角度值ΔΑ，按照公式(2)解算出自跟蹤環(huán)+陀螺穩(wěn)定環(huán)船搖隔離度。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK105930595SQ201610268051
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年4月27日
【發(fā)明人】瞿元新, 毛南平, 潘高峰, 薛軍, 戴正旭, 李華, 朱東旭, 謝勇, 陳志敏, 潘良
【申請(qǐng)人】中國(guó)人民解放軍63680部隊(duì)