地面测控雷达角度标校技术

蒋立民

（91245部队，辽宁 葫芦岛 125000）

军用卫星地面测控雷达角度标校是一项系统性工作，以地面测控误差性质为主要依据，对系统误差系统进行科学标定，建立误差模型，并围绕这一模型对系统误差进行修正，可以提高军用卫星地面测控精度，为准确定航提供可靠的数据支持。随机误差往往会对地面雷达测角精度产生一定影响，因而积极探讨军用卫星地面测控雷达角度标校技术，有助于实时且准确地开展测角标校，提高军用卫星地面雷达的测角精度。

1 军用卫星地面测控雷达角度系统误差模型分析

军用卫星地面雷达角度标校主要包含两部分，一是标定，即给出系统误差系数；二是校准，是采取措施对系统误差进行降低或消除。在地面测控工作中，雷达角度标定与校准往往是结合在一起的，统称为标校。军用卫星地面测控雷达角度系统实际运行过程中，误差模型包含多种类型，A-E型座架雷达的主要误差项相同，存在通用性。在军用卫星地面测控雷达角度系统误差模型的修正方面，以真值作为参考对误差项符号进行定义，当某项误差存在时，测量值缩小时误差本身取“正”，测量值增大时误差本身取“负”[1]。军用卫星地面测控雷达角度系统误差模型中涉及到的要素主要有目标方位角真值、目标俯仰角真值、设备方位角测量值、设备俯仰角测量值、重力下垂苏所引起的俯仰误差、光电轴不匹配所引起的方位误差等。

2 军用卫星地面测控雷达角度标校设施和设备

2.1方位标

军用卫星地面测控雷达角度标校的实现，离不开测控雷达四个象限的支持，不同象限内分别建造方位标，为军用卫星地面测控雷达角度标校提供支持，一般情况下方位标数量不可少于4个，不可多于6个。方位标的建设，应保持天线仰角在2°左右，其相对测量设备距离应不低于500 m，但不可超出5 000 m，以免影响方位标相对测量设备的实际应用效果。一般情况下，方位标照准部涂有标准的“十”字，为黑白色调，“十”字中心设置光标，便于加强军用卫星地面测控精准度控制。对于军用卫星地面测控来说，其大地测量成果应具备三等大地测量控制网精度，否则会影响军用卫星地面测控雷达实际应用价值的充分发挥。

2.2校准塔

校准塔也是军用卫星地面测控雷达角度标校过程中的重要组成部分，一般布置于测控雷达周围，将标校板设于校准塔顶部，标校板呈标准“十”字形，标校板中心设置测试信标天线，标校板角部设置校准光标。为提高军用卫星地面测控雷达角度标校的准确性与可靠性，应保持“十”字形标校板板面与测控雷达视准轴处于标准的垂直状态，并控制好标校板与测控雷达的通视状态，确保±1°范围内不存在测控遮挡，以免影响军用卫星地面测控雷达角度标校的整体效果。

3 军用卫星地面测控雷达角度误差系数标定

3.1方位轴与俯仰轴不正交度测试

在军用卫星地面测控雷达角度误差系数标定过程中开展方位轴与俯仰角不正交度测试时，需在测量工装上妥善安置水平仪，调整好天线角度，使A=0°、E=0°，选用水平仪作为读值设备，准确读取水平仪值；之后结合军用卫星地面测控需求调整天线俯仰角，旋转180°后读值，再旋转180°并继续读值；最后将俯仰角旋转至初始位置，E=0°，再次读出水平仪值。至此完成一个测回，以同样方法继续测回。一般情况下需将倒镜置于水平仪位置上，以消除仪器零点误差和测量工装误差，进而计算方位轴与俯仰轴不正角度，明确工装误差及水平仪误差。

3.2光轴与俯仰轴不正交度测试

第一步，对光轴与俯仰轴不正角度进行标校。在光轴与俯仰轴不正角度测试过程中，首先应当由望远镜正镜读数和倒镜读数进行标校。在正镜读数过程中，适当调整天线，将正镜望远镜分化板中心对准校准塔上的光标，在望远镜分化线的合理划分下，读取坐标读数，结合倒镜读数需求，从天线俯仰方面入手调整其角度，待天线俯仰转动180°后，倒装望远镜，保持方位角处于固定状态，再次对塔上光标进行观测，确定望远镜中读数。依据正镜读数和倒镜读数计算光轴与俯仰轴不正交误差[2]。以望远镜“十”字左为正，右为负，确定望远镜读数，并反复调整，确保读数最小，以此确定光轴与俯仰轴保持垂直状态。

其次，由轴角编码器读数进行标校，同样依据正镜读数和倒镜读数对天线俯仰角度进行调整，将正镜光标与望远镜“十”字分化板中心相对准，在方位轴角编码器的协助下读取正镜读数。将天线方位转动180°，调整俯仰角与天线座，确保望远镜倒镜光标与“十”字中心相对准，以同样方式读取倒镜读数。正镜读数与倒镜读数应记录准确，为光轴与俯仰角不垂直度计算提供可靠的数据支持。若所获取的值较大，应随时调整望远镜位置，并重新读取正镜读数与倒镜读数，以提高数据的精准度与可靠性。

第二步，电轴的调整应全面考量方向方位因素，以标校塔为基准，建立光标与电标，此时方位上电轴与光轴应保持平行状态，必要情况下需调整电轴，以免影响不正角度测试的有效性。

第三步，将电轴与塔上电标保持一致，在俯仰上对光轴进行适当调整，确保这一方面光轴与电轴保持良好的平行状态。

3.3天线光电不匹配误差标定

以望远镜读数对天线光电不匹配误差进行标定时，需要经过正镜观测与倒镜观测，分别读取正、倒镜光标“十”字在望远镜中的脱靶量，并依次为依据计算大天线光电不匹配误差，包括天线横向光电不匹配误差和天线纵向光电不匹配误差[3]。若实际标校过程中望远镜存在倒相问题，则应在获取望远镜读数的基础上进行反号，并重新代入计算，以保证大天线光电不匹配误差计算的合理性和准确度。

在此基础上，以轴角编码器读数进行标定，依据所获取的正镜自跟踪读数和倒镜自跟踪读数计算光电失配相关数据，当电轴落后光轴时，光电失配为负；当光轴落后于电轴时，光电失配为正。

3.4重力下垂误差标定

重力下垂误差标定技术与天线光电不匹配误差标定技术存在高度一致性，在获取望远镜读数后，对重力下垂误差进行计算，并对重力下垂所引起的仰角误差进行修正。当重力下垂引起电轴向下时，重力下垂误差为负，反之则为正。

3.5大盘不水平及最大倾斜方向

在军用卫星地面测控雷达角度标校过程中，大盘不水平及最大倾斜方向的标定比较特殊，需全面掌握天线方位转盘平台，于其上放置合象水平仪，从0°起对天线方位进行转动，以15°为间隔，定期读取合象水平仪读数和方位编码器读数，直至转动至345°.在这一操作过程中，当方位转盘外沿向下倾斜时，记为正，密切观察方位转盘最大倾斜量与最大倾斜方位角，并进行准确计算，得出最大不水平角与方位角，掌握天线座不水平误差，进一步计算方位与俯仰误差修正量。

3.6角度零值标定

在方位角零度值方面，主要依据正、倒镜法测量方位标，一般连续测量三个测回。零值方向的确立上，陆站与船站有所不同，陆站零值方向取正北，船站零值方向则以船艏艉线为依据。与此同时，船的航向角是船站坞内标校的重要考量因素，之后依据方位标大地方位角及方位标正反向测量值为依据计算方位角零值。在俯仰角零值方面，则主要是依靠方位标俯仰正反向测量值等为依据计算度仰角零值。

3.7天线定向灵敏度标定

测控雷达对信标喇叭实现自跟踪，对跟踪零点进行记录。保持天线俯仰不动，对方位支路输出误差电压进行测量，调整交叉耦合；保持天线方位不动，对俯仰支路输出误差电压进行测量，进而调整交叉耦合，计算误差灵敏度。

4 结束语

综上所述，现代航天技术不断发展，航天器轨道测量对地面测控雷达测角精度提出了更高的要求。为保证军用卫星地面测控精准度，应积极做好雷达角度标校工作，这就需要对雷达角度系统误差模型开展深入分析，规范雷达角度标校设施与设备，充分发挥其使用功能，并认真做好军用卫星地面测控雷达角度误差系数标定工作，为地面雷达测角精度的提升提供可靠支持，从而改善军用卫星地面测控工作成效。

参考文献：

[1]杨 兵.某型卫星地面站标校技术研究[D].南京：南京航空航天大学，2010.

[2]袁 勇，李 革，马鹏斌，等.雷达的卫星标定技术方法[J].陕西科技大学学报（自然科学版），2008（04）：109-113.

[3]杨斌峰.地面测控雷达角度标校技术[J].现代电子技术，2005（17）：47-49，52.