電子水平儀在大盤不水平度測試中的應(yīng)用

羌琦 季輝

摘要：天線大盤不水平度關(guān)系到雷達(dá)測量精度，本文從大盤不水平測試原理出發(fā)，針對合像水平儀在大盤不水平測試中的數(shù)據(jù)連續(xù)性差、精度受人為影響大、操作不方便等缺點(diǎn)，采用瑞士WYLER電子水平儀進(jìn)行大盤不水平測量，試驗結(jié)果表明電子水平儀數(shù)據(jù)連續(xù)性好，精度較合像水平儀提高，對今后電子水平儀在大盤不水平測試中的應(yīng)用具有一定的借鑒意義。

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.

關(guān)鍵詞：大盤不水平;合像水平儀;電子水平儀

Key words： turnplate out-of-level of antenna;imaging-level meter;electronic-level meter

中圖分類號：TG83? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）26-0235-02

0? 引言

根據(jù)雷達(dá)誤差原理[1]可知，大盤不水平度是雷達(dá)軸系誤差源的重要組成部分，對雷達(dá)測角精度具有重要影響，因此獲得精確的大盤不水平度是提高雷達(dá)精度的前提。大盤不水平是指方位轉(zhuǎn)盤平面和慣導(dǎo)甲板坐標(biāo)系基準(zhǔn)平面的不平行度，通常用最大傾斜量βm和最大傾斜方向Am兩個參數(shù)表示?？臻g兩條相交直線決定一個平面，理論上只要在不同方位角上進(jìn)行兩次測量便可得到兩條相交直線，從而確定了大盤所在的這個平面。實際中，我們通常采用水平儀測量不水平度，檢測步驟如下[1]：

①沿檢測平臺靠線放置水平儀，水平儀敏感軸通過方為旋轉(zhuǎn)軸;

②符號規(guī)定：方位轉(zhuǎn)盤外沿向下傾斜為正;

③從0°開始轉(zhuǎn)動天線方位，每隔一定角度用水平儀讀取讀數(shù)Xi和方位編碼器讀數(shù)Ai，一直到360為止;

④利用最小二乘法擬合出βm和Am。

以往采用合像水平儀法對大盤不水平進(jìn)行測量，需要每隔一定角度（通常為15°）調(diào)整合像水平儀，使得兩個水泡相切（如圖1所示），并記錄下刻度盤的值，獲得當(dāng)前方位角度下大盤傾斜量。可見，采用合像水平儀無法實時記錄天線轉(zhuǎn)動時大盤傾斜量，且會引入人為因素誤差，導(dǎo)致數(shù)據(jù)精度低，降低了大盤不水平度的測量精度。

1? WYLER電子水平儀

1.1 WYLER電子水平儀的特點(diǎn)

電子水平儀是一種非常先進(jìn)的測量小角度量具，具有讀書直觀、精度高、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)[3]?？捎糜跍y量相對于水平位置的傾斜度、兩部件相互平行和垂直度、工作臺平面度等場合，在機(jī)械測量及光機(jī)電技術(shù)一體化技術(shù)應(yīng)用中占有重要地位。本文選取瑞士WYLERAG公司的WYLER電子水平儀進(jìn)行大盤不水平度測量，其主要技術(shù)參數(shù)如下：

①最小分辨率三檔可選：0.2角秒、1角秒、2角秒;

②旋轉(zhuǎn)式LCD顯示手柄;

③串口輸出RS-485，速率9600bps，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率高;

④自校準(zhǔn)零位，自帶電源，具備無線遙控功能。

1.2 WYLER電子水平儀測試方法

利用WYLER電子水平儀進(jìn)行大盤不水平度測試，可以直接獲取大盤各方位角傾斜量，其測試步驟如下：

①在方位轉(zhuǎn)盤平臺放置電子水平儀，使其敏感軸通過方位旋轉(zhuǎn)軸，并連接好數(shù)據(jù)采集計算機(jī);

②設(shè)備使用站時統(tǒng)時間，通過嚴(yán)格對時使數(shù)據(jù)采集計算機(jī)系統(tǒng)時間與站時統(tǒng)保持一致;

③伺服分系統(tǒng)將天線設(shè)備置于勻速轉(zhuǎn)動工作狀態(tài)，使天線處于一個較低的速度，勻速旋轉(zhuǎn)一圈;

④在天線轉(zhuǎn)動的過程中，電子水平儀數(shù)據(jù)采集計算機(jī)和伺服分系統(tǒng)分別進(jìn)行數(shù)據(jù)存盤，獲取水平儀讀取讀數(shù)Xi和方位編碼器讀數(shù)Ai;

⑤對存盤數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，按式（1）計算大盤最大傾斜量βm和最大傾斜方向的方位角Am。

M0：水平儀零值和放置水平儀的檢測平臺與大盤平面的不水平度

通常，進(jìn)行大盤不水平度試驗時，需要天線正、反各旋轉(zhuǎn)一圈，再利用最小二乘法擬合計算。

2? 試驗驗證

電子水平儀具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，但過去由于無法較好的實現(xiàn)時間同步，在測量船塢內(nèi)標(biāo)校中應(yīng)用不多。隨著技術(shù)的進(jìn)步，電子水平儀與伺服系統(tǒng)時間同步問題獲得了較好的解決，因此，有必要針對合像水平儀和電子水平儀所測量的大盤不水平度進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，獲得可信的比較結(jié)果。由于每次船進(jìn)塢坐墩的船體置平度不一樣，所測試的大盤最大傾斜量βm和最大傾斜方向的方位角Am也不一樣，因此，本文選取某次塢內(nèi)標(biāo)校期間利用合像水平儀和電子水平儀測量的大盤不水平度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

圖2為某次大盤不水平度測試數(shù)據(jù)，上圖為合像水平儀測量，下圖為電子水平儀測量，其中紅線為最小二乘法擬合曲線。

從圖中可以看出，合像水平儀采樣值少，曲線連續(xù)性差，而電子水平儀采樣值多，曲線連續(xù)性好，在電子水平儀測試的大盤不水平度曲線圖中可以直觀的看出大盤的工作狀態(tài)。這是因為合像水平儀測量時每15°讀取一次數(shù)值，天線正、反轉(zhuǎn)一圈共計48個采樣點(diǎn);而電子水平儀測量時每0.66°左右計算機(jī)自動采集一次測量數(shù)據(jù)，天線正、反轉(zhuǎn)一圈約1100個采樣點(diǎn)，樣本容量顯著提高，且電子水平儀0.2角秒的分辨率遠(yuǎn)高于合像水平儀的2.06角秒的分辨率，大大提高了大盤不水平度測試精度。

表1為某日C+C系統(tǒng)大盤不水平度在同一俯仰角度下多次標(biāo)定結(jié)果，分別采用合像水平儀與電子水平儀進(jìn)行測量。

從標(biāo)定結(jié)果可以看出，合像水平儀標(biāo)定結(jié)果誤差比較大，數(shù)據(jù)一致性差，而電子水平儀標(biāo)定結(jié)果誤差小，數(shù)據(jù)一致性好。這是因為合像水平儀在測量時受人為因素影響大，而電子水平儀消除了人為因素的干擾。

3? 結(jié)束語

本文通過分析比較合像水平儀和電子水平儀分別標(biāo)定大盤不水平度所獲得的試驗數(shù)據(jù)，可以看出，電子水平儀相較于合像水平儀，能夠獲得豐富的測量數(shù)據(jù)，測量精度高、數(shù)據(jù)連續(xù)、一致性好，標(biāo)定的大盤不水平度結(jié)果更準(zhǔn)確，而且能夠通過觀察天線正、反轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，判斷大盤工作狀態(tài)。比如，在近年的塢標(biāo)中，通過分析電子水平儀測試數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)測量船某天線大盤傾斜量有明顯抖動，大盤傾斜量標(biāo)校值與擬合值有較大的差異，較往年年標(biāo)校數(shù)據(jù)相比，抖動區(qū)間發(fā)生了較大的變化，有逐步惡化趨勢。

因此，電子水平儀憑借其高精度、高采樣率、高效率，在大盤不水平度測量中具有良好的應(yīng)用前景，在后續(xù)的塢內(nèi)標(biāo)校中可以進(jìn)一步推廣使用，提高塢內(nèi)標(biāo)校質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]鐘德安.航天測量船測控通信設(shè)備標(biāo)校與校飛技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2008.

[2]王德純，丁家會，程望東，等.精密跟蹤測量雷達(dá)技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[3]何麗平.一種全方位電子水平儀的測量算法及實現(xiàn)[J].機(jī)械設(shè)計與制造工程，2009，38（5）：60-62.

[4]王存堂，陽恩會，張建國，等.全方位電子水平儀的結(jié)構(gòu)及測量原理分析[J].儀器儀表學(xué)報，2006，27（2）：183-185.

[5]錢帥杰，陽恩會，陳毅輝，等.新型全方位電子水平儀的設(shè)計及誤差分析[J].傳感技術(shù)學(xué)報，2006，19（2）：353-355.

[6]郭艷婷.數(shù)字水準(zhǔn)儀電子i角對測量結(jié)果的影響及檢定[J].河南科技，2012（02）.

[7]劉定.數(shù)字水準(zhǔn)儀在工程觀測中的應(yīng)用研究[J].中華民居（下旬刊），2013（02）.

[8]賈云濤，胡耀元，張建永，岳偉.基于MATLAB的改進(jìn)儀表測量精度的研究[J].電子測量技術(shù)，2015，38（9）：44-46.

[9]于鋮靈.小角度檢定儀半自動檢測水平儀示值誤差方法[J].計量技術(shù)，2016（12）：59-61.

[10]全國文獻(xiàn)工作標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.GB/T 20920-2007 電子水平儀[S].中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局 中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

[11]李琛.電子水準(zhǔn)儀器的基本原理及應(yīng)用[J].價值工程，2013，32（23）：313-314.