地海雜波是地表平面，海平面反射的雷達(dá)回波，由于受到風(fēng)力，環(huán)境濕度等多種自然因素的影響，地海雜波信號(hào)變化復(fù)雜，信號(hào)強(qiáng)。它的存在嚴(yán)重干擾了雷達(dá)對(duì)地面，海面目標(biāo)的檢測(cè)性能。

　　1 橢圓波束偏置拋物面天線設(shè)計(jì)

　　1．1 天線參數(shù)設(shè)計(jì)

　　在該系統(tǒng)中的天線部分使用偏置拋物面天線。偏置拋物面天線是指利用常規(guī)拋物面天線在其焦軸上(或下)半空間的一部分為天線主反射面的天線，如圖1所示。圖1中：V是拋物面的頂點(diǎn)，F(xiàn)是拋物面的焦點(diǎn)，V到F是拋物面的焦距，用f表示，h是靜距，θh是靜距角，θo=θh+θα是偏置角，θα是饋源對(duì)偏置拋物面的半照射角，XOZ平面是偏置拋物面的對(duì)稱平面，YOZ平面是其非對(duì)稱平面。

　　根據(jù)實(shí)際地海雜波信號(hào)情況，天線使用頻率帶寬為14．93％，饋源對(duì)偏置拋物面的照射角為79．6°?？梢圆捎玫酿佋从胁y喇叭和多模喇叭，由于L波段頻率低，波長(zhǎng)224mm，若采用波紋喇叭則尺寸和重量過(guò)大，因此采用多模喇叭。

　　1．2 天線干擾因素

　　天線在工作過(guò)程中，存在有干擾。收、發(fā)天線并排緊靠一起，輻射耦合不僅存在于兩天線之間，在設(shè)備的機(jī)殼，機(jī)殼的孔洞，傳輸線及元件之間都可能存在，綜合起來(lái)主要有3種不同的干擾途徑：1)收、發(fā)天線之間的輻射干擾；2)元件或機(jī)殼間的輻射干擾；3)傳輸線之間的輻射干擾。

　　2 天線座設(shè)計(jì)

　　2．1 天線座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　天線座設(shè)計(jì)采用方位，俯仰型轉(zhuǎn)臺(tái)式結(jié)構(gòu)。由方位座、俯仰箱驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、軸角裝置、限位保護(hù)裝置、調(diào)平裝置、配重等部分組成，如圖3所示。方位部分由底座、轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)盤軸承等組成，轉(zhuǎn)盤式具有較好的剛性和穩(wěn)定性，轉(zhuǎn)盤軸承直接帶有蝸輪，保證了方位驅(qū)動(dòng)剛性。底座、轉(zhuǎn)盤均為鋼板焊接件，為保證-13．5°仰角工作，方位上增加一個(gè)支座以提高俯仰軸高度。俯仰由俯仰箱左右軸承、俯仰軸和左右支臂組成，俯仰箱為鑄件，左右支臂與俯仰軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，其上端與天線聯(lián)接，后端放置配重，用于平衡天線重量，在左右支臂上端增加過(guò)渡件，即可與其他天線聯(lián)接。對(duì)于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)目前在工程中廣泛采用絲桿驅(qū)動(dòng)方式，但本系統(tǒng)的天線座設(shè)計(jì)并未考慮采用，主要原因有2個(gè)：1)由于工作環(huán)境比較惡劣，對(duì)于天線的速度均勻性要求比較高，而絲桿驅(qū)動(dòng)在工作范圍內(nèi)速度是不均勻的，測(cè)試平臺(tái)要求天線轉(zhuǎn)動(dòng)速度約為6(°)／s，該速度用絲桿方式實(shí)現(xiàn)比較困難；2)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)效率低，在要求較大風(fēng)速條件下工作，電機(jī)功率比較大。

　　3 伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　3．1 伺服控制原理

　　地海雜波測(cè)試控制平臺(tái)由兩副天線，天線座，伺服控制系統(tǒng)組成。兩幅天線采用獨(dú)立天線座，左右并排放置，兩幅天線的轉(zhuǎn)動(dòng)可以獨(dú)立控制。伺服控制原理框圖，如圖4所示。驅(qū)動(dòng)鏈采用渦輪渦桿傳動(dòng)，使其具有自鎖功能，以阻止由于風(fēng)負(fù)載使天線轉(zhuǎn)動(dòng)。采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)(配套驅(qū)動(dòng)器)的驅(qū)動(dòng)方式，旋轉(zhuǎn)變壓器軸角傳感器；12位RDC模塊的軸角編碼；軸角及狀態(tài)參數(shù)顯示采用液晶顯示，專用控制計(jì)算機(jī)PC-104及配套卡。計(jì)算機(jī)采集到軸角數(shù)據(jù)并送給顯示屏，通過(guò)鍵盤實(shí)現(xiàn)對(duì)天線方位，俯仰的轉(zhuǎn)動(dòng)控制。伺服控制系統(tǒng)接收中心計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)程控制信息以及向中心計(jì)算機(jī)傳送相關(guān)的參數(shù)信息，并接收限位信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)天線的限位保護(hù)。限位保護(hù)采用電限位方式，在俯仰上安裝上、下限位開關(guān)，在方位上安裝左、右開關(guān)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)天線的限位保護(hù)。

　　3．2 伺服控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

　　中心控制芯片采用單片機(jī)C8051F020，該單片機(jī)具有集成度高，功能多的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于控制電路。圖5所示為單片機(jī)與PC104的串行接口原理圖，PC104的串行口與電平轉(zhuǎn)換器接口連接，信號(hào)輸入輸出通過(guò)電平轉(zhuǎn)換器片與單片機(jī)串口連接。為了提高系統(tǒng)的抗干擾性能，PC 104與單片機(jī)之間使用了高速光耦元件6N137，將CPU與通信接口隔離，防止串入式干擾。

　　本系統(tǒng)中的RDC模塊采用AD2S80，可以實(shí)現(xiàn)10、12、14、16位4種不同的分辨率，通過(guò)SC1和SC2引腳進(jìn)行選擇。綜合考慮轉(zhuǎn)換和跟蹤速率，本系統(tǒng)中選擇了12位的分辨率。在工作時(shí)，旋轉(zhuǎn)變壓器產(chǎn)生的正弦和余弦信號(hào)分別接入對(duì)應(yīng)的正弦輸入和余弦輸入引腳，轉(zhuǎn)換得到的12位的數(shù)字信息直接傳送給中心控制芯片。AD2S8OA及其外圍電路如圖6所示。

　　4 性能指標(biāo)及工作原理

　　4．1 性能指標(biāo)

　　天線轉(zhuǎn)動(dòng)范圍為俯仰：-13°～90°，方位：±170°；天線轉(zhuǎn)動(dòng)方式為自動(dòng)電控；波束指向?yàn)楦┭觯骸?．1°，方位：±0．1°；限位保護(hù)具有限位保護(hù)功能。接口為伺服控制計(jì)算機(jī)傳送相關(guān)參數(shù)信息，該接口采用RS232串口。

　　4．2 工作原理

　　根據(jù)測(cè)定范圍的要求，確定天線指向的變化，伺服控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是確保天線指向的穩(wěn)定性，同時(shí)通過(guò)改變天線的俯角和仰角實(shí)時(shí)的檢測(cè)雜波信號(hào)。由于雜波信號(hào)的不確定性，準(zhǔn)確穩(wěn)定的確定天線的指向至關(guān)重要，因此控制系統(tǒng)中有兩個(gè)閉環(huán)回路：俯仰控制環(huán)路和方位控制環(huán)路。

　　5 指向分析

　　在系統(tǒng)測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)由于制作工藝，伺服系統(tǒng)的固有誤差造成指向發(fā)生偏差，主要誤差源及數(shù)值通過(guò)測(cè)試得出，如表1所示。

　　由表1可知總指向誤差(均方根值)：

　　按方位、俯仰等誤差計(jì)算，得波束指向。

　　通過(guò)對(duì)總指向誤差，波束指向等相關(guān)參數(shù)的測(cè)試與計(jì)算，誤差值在可控誤差的范圍內(nèi)，系統(tǒng)符合使用要求。

　　6 結(jié)論

　　文中采用偏置拋物面天線，伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了地海雜波測(cè)試控制平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜情況下，地海雜波的檢測(cè)，對(duì)消除或者減小雜波的影響，提高雷達(dá)的抗干擾能力提供了依據(jù)。該平臺(tái)提高了工作的時(shí)效性，它的推廣應(yīng)用具有較為重要的意義。