Application of the Turnplate out-of-level Test with Electronic-level Meter
羌琦 QIANG Qi；季辉 JI Hui
（中国卫星海上测控部，江阴 214431）
（China Satellite Maritime Tracking & Control Department，Jiangyin 214431，China）
摘要：天线大盘不水平度关系到雷达测量精度，本文从大盘不水平测试原理出发，针对合像水平仪在大盘不水平测试中的数据连续性差、精度受人为影响大、操作不方便等缺点，采用瑞士WYLER电子水平仪进行大盘不水平测量，试验结果表明电子水平仪数据连续性好，精度较合像水平仪提高，对今后电子水平仪在大盘不水平测试中的应用具有一定的借鉴意义。
Abstract: The turnplate out-of-level of antenna affects the tracking precision of radar. This paper begins with the test principle of the turnplate out-of-level, aiming at the disadvantage such as the poor data continuity, artificial affect, inconvenience operate etc, in the test of turnplate out-of-level with the Imaging-Level meter, we used the WYLER Electronic Level meter made in Swiss to meter the turnplate out-of-level. The test results indicate that the data acquired with the Electronic-Level meter has a better continuity and a better precision compared to the data acquired with Imaging-level meter. And for the future, the Electronic-Level Meter can be used in the test of turnplate out-of-level l of antenna.
关键词:大盘不水平；合像水平仪；电子水平仪
Key words: turnplate out-of-level of antenna；imaging-level meter；electronic-level meter
中图分类号：TG83 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）26-0235-02
0 引言
根据雷达误差原理[1]可知，大盘不水平度是雷达轴系误差源的重要组成部分，对雷达测角精度具有重要影响，因此获得精确的大盘不水平度是提高雷达精度的前提。大盘不水平是指方位转盘平面和惯导甲板坐标系基准平面的不平行度，通常用最大倾斜量βm和最大倾斜方向Am两个参数表示。空间两条相交直线决定一个平面，理论上只要在不同方位角上进行两次测量便可得到两条相交直线，从而确定了大盘所在的这个平面。实际中，我们通常采用水平仪测量不水平度，检测步骤如下[1]：
①沿检测平台靠线放置水平仪，水平仪敏感轴通过方为旋转轴；
②符号规定：方位转盘外沿向下倾斜为正；
③从0°开始转动天线方位，每隔一定角度用水平仪读取读数Xi和方位编码器读数Ai，一直到360为止；
④利用最小二乘法拟合出βm和Am。
以往采用合像水平仪法对大盘不水平进行测量，需要每隔一定角度（通常为15°）调整合像水平仪，使得两个水泡相切（如图1所示），并记录下刻度盘的值，获得当前方位角度下大盘倾斜量。可见，采用合像水平仪无法实时记录天线转动时大盘倾斜量，且会引入人为因素误差，导致数据精度低，降低了大盘不水平度的测量精度。
1 WYLER电子水平仪
1.1 WYLER电子水平仪的特点
电子水平仪是一种非常先进的测量小角度量具，具有读书直观、精度高、操作简单等优点[3]。可用于测量相对于水平位置的倾斜度、两部件相互平行和垂直度、工作台平面度等场合，在机械测量及光机电技术一体化技术应用中占有重要地位。本文选取瑞士WYLERAG公司的WYLER电子水平仪进行大盘不水平度测量，其主要技术参数如下：
①最小分辨率三档可选：0.2角秒、1角秒、2角秒；
②旋转式LCD显示手柄；
③串口输出RS-485，速率9600bps，数据准确率高；
④自校准零位，自带电源，具备无线遥控功能。
1.2 WYLER电子水平仪测试方法
利用WYLER电子水平仪进行大盘不水平度测试，可以直接获取大盘各方位角倾斜量，其测试步骤如下：
①在方位转盘平台放置电子水平仪，使其敏感轴通过方位旋转轴，并连接好数据采集计算机；
②设备使用站时统时间，通过严格对时使数据采集计算机系统时间与站时统保持一致；
③伺服分系统将天线设备置于匀速转动工作状态，使天线处于一个较低的速度，匀速旋转一圈；
④在天线转动的过程中，电子水平仪数据采集计算机和伺服分系统分别进行数据存盘，获取水平仪读取读数Xi和方位编码器读数Ai；
⑤对存盘数据进行处理，按式（1）计算大盘最大倾斜量βm和最大倾斜方向的方位角Am。
■ （1）
M0：水平仪零值和放置水平仪的检测平台与大盘平面的不水平度
通常，进行大盘不水平度试验时，需要天线正、反各旋转一圈，再利用最小二乘法拟合计算。
2 试验验证
电子水平仪具有显著的优点，但过去由于无法较好的实现时间同步，在测量船坞内标校中应用不多。随着技术的进步，电子水平仪与伺服系统时间同步问题获得了较好的解决，因此，有必要针对合像水平仪和电子水平仪所测量的大盘不水平度进行数据分析，获得可信的比较结果。由于每次船进坞坐墩的船体置平度不一样，所测试的大盘最大倾斜量βm和最大倾斜方向的方位角Am也不一样，因此，本文选取某次坞内标校期间利用合像水平仪和电子水平仪测量的大盘不水平度数据进行分析。
图2为某次大盘不水平度测试数据，上图为合像水平仪测量，下图为电子水平仪测量，其中红线为最小二乘法拟合曲线。
■
从图中可以看出，合像水平仪采样值少，曲线连续性差，而电子水平仪采样值多，曲线连续性好，在电子水平仪测试的大盘不水平度曲线图中可以直观的看出大盘的工作状态。这是因为合像水平仪测量时每15°读取一次数值，天线正、反转一圈共计48个采样点；而电子水平仪测量时每0.66°左右计算机自动采集一次测量数据，天线正、反转一圈约1100个采样点，样本容量显著提高，且电子水平仪0.2角秒的分辨率远高于合像水平仪的2.06角秒的分辨率，大大提高了大盘不水平度测试精度。
表1为某日C+C系统大盘不水平度在同一俯仰角度下多次标定结果，分别采用合像水平仪与电子水平仪进行测量。
■
从标定结果可以看出，合像水平仪标定结果误差比较大，数据一致性差，而电子水平仪标定结果误差小，数据一致性好。这是因为合像水平仪在测量时受人为因素影响大，而电子水平仪消除了人为因素的干扰。
3 结束语
本文通过分析比较合像水平仪和电子水平仪分别标定大盘不水平度所获得的试验数据，可以看出，电子水平仪相较于合像水平仪，能够获得丰富的测量数据，测量精度高、数据连续、一致性好，标定的大盘不水平度结果更准确，而且能够通过观察天线正、反转数据，判断大盘工作状态。比如，在近年的坞标中，通过分析电子水平仪测试数据，发现测量船某天线大盘倾斜量有明显抖动，大盘倾斜量标校值与拟合值有较大的差异，较往年年标校数据相比，抖动区间发生了较大的变化，有逐步恶化趋势。
因此，电子水平仪凭借其高精度、高采样率、高效率，在大盘不水平度测量中具有良好的应用前景，在后续的坞内标校中可以进一步推广使用，提高坞内标校质量。
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