一種機載雷達一體化天線的變形實時測量系統及方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及機載雷達相控陣天線變形實時測量技術領域，尤其是一種機載雷達一 體化天線的變形實時測量系統及方法。
【背景技術】
[0002] 姿態改變、風載荷、熱載荷等各種因素會對天線精度產生影響，特別是高精度要求 的雷達天線，結構變形對其性能的影響不可忽略。雷達天線對結構設計的要求是一般需要 將其變形控制在1/10~1/20波長W內，如對于高波段天線如X波段天線（波長約36mm) 則需要控制其變形小于1. 8mm，而對于Ka波段巧mm)甚至需要使其變形小于0. 45mm，如果 單純通過剛度設計等往往很難做到，而對于機載天線等對重量有嚴格限制的地方則幾乎無 法實現，常規結構設計手段帶來較大設計難度。為了降低結構設計難度和成本，提高天線精 度，目前一種可行的思路是對陣面變形進行實時測量，并將變形數據傳輸給電訊進行實時 位相等的電性能補償。
[0003]對天線進行結構變形的測量方法包括傳感器測量、激光測量、視覺測量等方法，但 由于機載一體化天線與平臺進行了一體化設計，其可利用的測量空間狹小，且對重量要求 非常苛刻，常規測量方法難W實現。
【發明內容】
[0004]本發明的首要目的在于提供一種體積小、重量輕，對測量空間和測量角度無要求， 適合依附在機載雷達一體化天線陣面上進行變形測量的機載雷達一體化天線的變形實時 測量系統。
[0005] 為實現上述目的，本發明采用了W下技術方案：一種機載雷達一體化天線的變形 實時測量系統，包括多個用于對變形關鍵點的變形量進行測量的光纖光柵傳感器，其輸出 端與光電轉換裝置的輸入端相連，光電轉換裝置的輸出端與數據采集單元的輸入端相連， 數據采集單元的輸出端與數據處理單元的輸入端相連，數據處理單元的輸出端與用于實時 顯示天線陣面全場變形的變形顯示單元的輸入端相連。
[0006]所述光纖光柵傳感器在制作天線的同時預埋在天線陣面內，多個光纖光柵傳感器 在天線陣面內均勻分布。
[0007]本發明的另一目的在于提供一種機載雷達一體化天線的變形實時測量方法，該方 法包括下列順序的步驟：
[0008] (1)光纖光柵傳感器探測到因變形導致的光信號改變；
[0009] (2)光纖光柵傳感器將該改變的光信號通過光電轉換裝置轉換為各個變形關鍵點 的應變數據的數字信號，并將該數字信號發送至數據采集單元；
[0010] (3)數據采集單元將應變數據發送至數據處理單元，數據處理單元將應變數據代 入到變形的應變位移轉化算法，實時獲得全場變形數據；
[0011] (4)變形通過變形顯示單元進行實時曲面動態顯示，同時變形數據作為工程數據 通過數據庫進行存儲。
[0012] 所述應變至變形的應變位移轉化算法的基本形式如下：
[0013] (山=[巫d][巫s]T[巫S] 1 [巫s]T{e}
[0014]其中，[0山代表位移模態，[?s]代表應變模態，e為實測的平面內應變值。
[0015]所述光纖光柵傳感器的布置優化通過W下公式不斷迭代實現最小化：
[0017]其中，Nd代表參與計算位移點的數量，Ng代表實際布置傳感器數量，XP代表預估的 變形，Xk代表理想變形，P為加權數，P值越大則所需光纖光柵傳感器的數量越少。
[0018]由上述技術方案可知，本發明的優點在于：第一，集成度高、重量輕、體積小、數據 處理快捷，能同時滿足輕量化、高精度及實時性測量需求；第二，對測量空間和測量角度無 要求，適合依附在雷達陣面上測量；第=，該測量系統的另一個突出好處在于，當其最終被 用于雷達波束補償時，可作為一個單獨的系統存在而不增加雷達系統復雜度。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發明的原理圖；
[0020] 圖2為本發明的系統框圖；
[0021]圖3、4、5均為本發明實施例一的某天線變形模式圖。
【具體實施方式】
[0022] 如圖1所示，本發明在天線表層埋入一系列光纖光柵傳感器1實時測量天線結構 應變，基于運些測量點的應變，通過應變位移轉化算法，實時獲得天線全場變形，應變位移 轉化算法基于對結構進行有限元分析及力學試驗，并得到足夠多的變形模態及應變模態獲 得。根據實時傳輸的陣面變形數據，便可W通過對應的位相延遲等處理方法進行變形補償， 通過本發明能實時獲得大型雷達天線由于風載、溫度等造成的結構變形，并進行該天線的 電性能崎變的實時補償。
[0023]如圖2所示，一種機載雷達一體化天線的變形實時測量系統，包括多個用于對變 形關鍵點的變形量進行測量的光纖光柵傳感器1，其輸出端與光電轉換裝置3的輸入端相 連，光電轉換裝置3的輸出端與數據采集單元的輸入端相連，數據采集單元的輸出端與數 據處理單元的輸入端相連，數據處理單元的輸出端與用于實時顯示天線陣面2全場變形的 變形顯示單元的輸入端相連。所述光纖光柵傳感器1在制作天線的同時預埋在天線陣面2 內，多個光纖光柵傳感器1在天線陣面2內均勻分布。
[0024]本方法包括下列順序的步驟：（1)光纖光柵傳感器1探測到因變形導致的光信號 改變；(2)光纖光柵傳感器1將該改變的光信號通過光電轉換裝置3轉換為各個變形關鍵 點的應變數據的數字信號，并將該數字信號發送至數據采集單元；（3)數據采集單元將應 變數據發送至數據處理單元，數據處理單元將應變數據代入到變形的應變位移轉化算法， 實時獲得全場變形數據；（4)變形通過變形顯示單元進行實時曲面動態顯示，同時變形數 據作為工程數據通過數據庫進行存儲。
[00巧]所述應變至變形的應變位移轉化算法的基本形式如下：
[0026] {山=[巫d][巫s]T[巫S] 1 [巫s]T{e}
[0027] 其中，[0山代表位移模態，[巫s]代表應變模態，e為實測的平面內應變值。
[0028] 所述光纖光柵傳感器1的布置優化通過W下公式不斷迭代實現最小化：
[0030]其中，Nd代表參與計算位移點的數量，Ng代表實際布置傳感器數量，XP代表預估的 變形，Xk代表理想變形，P為加權數，P值越大則所需光纖光柵傳感器1的數量越少。
[00引]實施例一
[0032] 所述光電轉換裝置3包括光開關，其第一端口通過光纖與光纖光柵傳感器1的探 頭相連，其第二端口與禪合器雙向通訊，禪合器與光纖放大器雙向通訊，光開關的第立端口 與光柵解調儀雙向通訊，光柵解調儀的輸出端與數據采集單元的輸入端相連。
[0033] 本實施例通過一個1維變形板來驗證該測量系統的測量原理和方法，尺寸為 4mmX80mmX600mm的板，一端固定。在懸臂板上布置光纖光柵傳感器1，