论文总字数：25164字

摘 要

在现代战争中雷达类装备是不可或缺的，在战场中极易成为敌方的攻击目标，所以雷达的机动性就显得尤为重要。多数情况下，雷达可用机车作为载体提高机动性。当雷达车在复杂的战场环境进行机动时，其架撤速度成为了影响机动性的重要因素。因此需要设计一套高效的架撤系统，该系统需要具备高自动化程度和高可靠性两种基本特性。合理的机械结构和控制系统设计能大幅提高雷达车的机动性，进而提高战场生存能力。

本文以某型雷达车为研究对象，结合国内外研究成果及发展现状，说明了本设计的目的和意义，并设计了雷达车天线阵面起竖控制系统以及该系统的工作流程。该控制系统包括计算机控制系统、起竖执行控制系统和传感器检测系统等三部分组成。其中计算机控制系统是整个控制系统的核心，由MSC-51单片机及其扩展部分组成，主要作用是向起竖执行控制系统传输控制命令以及处理传感器检测系统的回传信息；起竖执行控制系统由各类电磁阀和液压缸组成，其作用是按照计算机控制系统的命令进行各类动作以达到起竖或者撤收雷达天线的目的；传感器检测系统主要由各类传感器组成，其作用是实时检测雷达车天线阵面的姿态信息和各类锁定机构的状态信息，并将这些信息回传给计算机控制系统。本设计根据既定雷达车天线阵面的机械结构参数设计与之配套的起竖控制系统，利用Altium Designer软件设计系统的电路结构，并使用Keil uVision4作为开发环境进行以C语言为基础的部分控制系统程序设计，并在Proteus软件上搭建实验电路进行仿真运行。

关键词：雷达起竖；电液系统；单片机；传感器

Abstract

In modern war, radar equipment is indispensable, and it is easy to be the enemy's attack target in the battlefield, so the mobility of radar is particularly important. In most cases, the radar can use locomotive as carrier to improve the mobility. When a radar vehicle is maneuvering in a complex battlefield environment, its dismounting speed becomes an important factor affecting its maneuverability. Therefore, it is necessary to design an efficient UN wheeling system, which has two basic characteristics of high automation and high reliability. Reasonable mechanical structure and control system design can greatly improve the mobility of radar vehicle, and then improve the battlefield survival ability.

In this paper, a radar car is taken as the research object. Combined with the domestic and foreign research results and development status, the purpose and significance of this design are explained, and the antenna array erecting control system and the work flow of this system are designed. The control system consists of computer control system, erecting executive control system and sensor detection system. The computer control system is the core of the whole control system, which is composed of MSC-51 single chip microcomputer and its extension part. Its main function is to transmit control commands to the vertical execution control system and process the returned information of the sensor detection system. The vertical execution control system is composed of various solenoid valves and hydraulic cylinders. Its function is to carry out various actions according to the commands of the computer control system The purpose of erecting or retracting radar antenna is achieved; the sensor detection system is mainly composed of various sensors, whose function is to detect the attitude information of radar car antenna array and the status information of various locking mechanisms in real time, and transmit these information back to the computer control system. In this design, according to the mechanical structure parameters of the antenna array of the given radar car, the supporting erecting control system is designed. The circuit structure of the system is designed by using Altium designer software, and keil is used As a development environment, uvisn4 carries out part of the control system program design based on C language, and builds an experimental circuit on Proteus Software for simulation.

Key words: radar erecting; electro-hydraulic system; single chip microcomputer; sensor

第1章 绪论

1.1设计背景

21世纪以来，随着微电子技术和信息技术的迅猛发展，现代战争逐渐朝着以信息战、电子战为主导的方向发展。有源相控阵雷达是一种重要的信息战装备，主要用于搜索、发现、跟踪、监视敌方空中目标。其中米波有源相控阵雷达可侦察传统雷达所不能发现的隐身战机与低空超音速导弹等高价值高威胁性的目标。由于各种先进导弹与隐身战机的突防能力越来越强，各国也在不断进行有源相控阵雷达的研究。

由于有源相控阵雷达的上述特性，其军事价值较高，故在战争中容易成为敌方的首要战术目标。参考近年来的世界范围内所发生的一系列局部战争不难发现，现代战争的打法逐渐趋向于所谓“外科手术”式的进攻方法，即配合间谍卫星和高超音速无人侦察机等侦察手段确定目标位置并进行精准打击。由于有源相控阵雷达的外型及工作特点（体积大，工作温度高），其较容易被敌方侦察手段锁定，进而被摧毁。对于部署在前线的车载牵引式有源相控阵雷达而言，为了保证生存就必须提高自身的机动性。所谓有源相控阵雷达的机动性主要体现在雷达主体的架撤速度以及牵引车的机动速度等等方面。综上所述：本设计选择某型车载有源相控阵雷达的起竖系统作为研究方向，对其起竖控制系统进行设计。

1.2设计目的及意义

1.2.1设计目的

本设计以某型车载有源相控阵雷达天线阵面起竖系统作为研究方向，对其起竖控制系统进行设计，设计的目的如下：

（1）起竖控制系统设计合理、抗干扰能力强，能够在一定强度的外界干扰的条件下将天线阵面起竖至与水平方向夹角48°与70°两个位置。

（2）起竖竖控制系统要有一定的精度要求，其所产生的误差不得超过使得天线正常工作所允许的范围，具体要求为天线达到两工作位置的定位误差不超过1′，重复精度误差不超过1′。

（3）起竖控制系统要有足够的自动化程度，操作界面要足够简洁，缩短人工作业时间。

（4）整个起竖系统结构应简洁，便于日常维护与维修，减少生产与使用成本。

图1.1为雷达天线阵面起竖结构示意图

图1.1 雷达天线阵面起竖结构示意图

1.2.2设计意义

我国近年来通过自主研发掌握了有源相控阵雷达的相关技术，并且处于世界前列。但是鉴于潜在敌对势力如以美国为首的北约各国的综合军事实力在与我国军事实力的对比中仍处于优势地位，这就使得某些导致区域不稳定的因素依然存在，并且在未来还会长期存在。为了维持区域稳定以及世界和，我军需要更加先进的武器装备以应对未来发生的各种不确定事件。具体到车载相控阵雷达这种装备，措施就是提高其探测性能和机动性。所以设计雷达天线阵面起竖控制系统具有以下意义：

（1）提高雷达车的机动性就是提高其战场生存能力，可形成对敌方空中力量的长期有效压制。

（2）更简洁的操作系统让技术人员的训练时间更短，能够更快的形成战斗力。

（3）更方便的维护与维修使得雷达车即使在战时被一定程度的损毁也能迅速回到战场，不会造成过大的损失。

（4）该起竖系统稍加改造便能适用于工程领域，可创造大量经济价值，还能增加用户群体，这样就能获得更多的使用数据反哺军用领域的产品升级。图1.2为某型民用运输车辆所使用的电液起竖系统。

图1.2 某型民用运输车辆的电液起竖系统

1.3国内外研究现状分析

军用雷达车具有极高的战略战术价值，各军事大国都投入了巨大的资源对其进行研发，所以雷达车所使用的起竖系统也在不断的升级迭代。近年来，国内也加大力度进行相关武器装备的国产化，虽起步较晚，但随着相关产业的不断升级，整体也取得了很多有价值的研究成果。

当雷达车处在工作状态时，为了更好的发射和接收信号，其天线阵面必须完全展开并起竖至特定角度；处于运输状态时，为了降低重心保持稳定，需要将天线阵面进行折叠并撤收至水平状态最后与车体锁定。目前实现上述功能主要有两种基本方案：机电起竖和液压起竖。机电起竖是指使用电动机配合滚珠丝杠螺母副，将电机旋转运动转化为丝杠的直线运动，进而驱动天线起竖。机电起竖系统的主要有精度高、控制性能好等优点，其缺点是起竖速度慢，不适用于重载情形。液压起竖是指使用液压油泵驱动油缸实现天线阵面的展开和起竖，配合各种比例阀和流量控制阀也能达到机电控制的精度等级，且此方案的重载特性好作业速度快，特别适用于有源相控阵雷达车的重型天线起竖的情形。

1.3.1国外研究现状

俄罗斯生产的东方-E米波有源相控阵雷达，其工作频率处于大部分隐身战机的隐身波段之外，主要用于侦察敌方隐身战机。该型雷达车使用电液起竖系统作为驱动方案，具有体积小、探测距离远和机动性强等特点。图1.3为俄罗斯东方-E米波有源相控阵雷达。

图1.3 俄罗斯东方-E米波有源相控阵雷达

1.3.2国内研究现状

近年来，国内非常重视武器装备国产化，并且投入了大量的资金以及人力物力，也取得了丰硕的成果，在电液起竖系统方面也不例外，有众多的科研机构和研究人员参与其中。

西北工业大学航天学院的孟利军等人设计了一种地地导弹快速起竖装置的同步控制器，他们提出了一种基于模糊积分复合控制的同步自动控制方法，有效克服了液压系统的非线性特性^[1]。图1.4是该设计的同步控制示意图。

西北工业大学自动化学院的罗绪涛等人设计了一种地地导弹快速起竖装置DFL鲁棒控制器。首先以地地导弹起竖装置的非线性四阶微分方程为对象，使用直接反馈线性化（DFL）理论进行线性化，然后基于李亚普诺夫稳定理论设计起竖装置的控制律，经仿真检验，该系统具有较好的响应速度和更高的控制精度，具有一定的理论和工程参考价值^[2]。图1.5是该设计的控制系统结构是示意图。

图1.4 地地导弹起竖装置起竖油缸同步控制示意图

图1.5 地地导弹控制系统结构示意图

第二炮兵工程学院的马长林等人构建了基于软件接口的大型装置起竖速度控制仿真框架，针对起竖系统在起动、换级过程中存在冲击的特点，利用正弦加速度函数对起竖速度进行规划，提出将仿人智能积分控制策略应用于起竖角度跟踪控制中^[3]。图1.6是该设计的起竖控制系统协同仿真框架。

图1.6 起竖控制系统协同仿真框架

1.4设计内容简述

根据雷达车天线阵面起竖控制系统的设计要求，本设计的内容主要包括以下五点：

（1）完成雷达车天线阵面起竖方案的总体设计。确定起竖控制系统的组成，并对各组成部分进行分组设计。分析雷达车天线阵面起竖工作流程和相关技术要求，确定各种机构的驱动控制方案和检测方案，最后根据上述方案和要求设计控制系统的总体结构。

（2）完成雷达车天线阵面起竖执行控制系统设计。根据既定雷达天线阵面的机械结构和液压控制方案，设计相关电磁阀的驱动电路，确定各电磁阀的电气特性和参数，选取驱动电路所需的核心电子元器件，以满足电磁阀的驱动要求。

（3）完成传感器检测系统设计。设计一套完整的对雷达车天线阵面的位置状态和相关锁定机构的锁定状态进行检测的传感器检测系统。根据天线各活动部件的运动范围和工作条件选取相应的角度传感器，根据各锁定机构的运作原理设计选取相应的传感器。最后为所有的传感器设计驱动电路确保相关检测数据可以顺利回传至中央处理器。

（4）完成计算机控制系统设计。根据所需驱动能力和信息处理能力选取合适的中央处理器，并且要综合起竖执行控制系统和传感器检测系统设计一整套电路。最后根据上述电路所需的供电参数设计一套直流电源供电系统。

（5）完成部分控制系统程序设计。使用Keil uVision4作为开发环境编写C语言控制程序，在Proteus软件上建立实验电路对所有设计内容进行仿真模拟运行，以确保所设计的控制系统准确无误。

第2章 雷达车天线阵面起竖方案总体设计

2.1雷达车天线阵面起竖的总体方案

某型车载有源相控阵雷达天线起竖系统包括三大部分：机械机构部分、液压系统和控制系统。其基本工作原理是由人工操作显控板发出动作命令，动作命令传输到计算机后，由计算机转化为电信号传输到执行控制系统，由执行控制系统控制液压系统，液压系统驱动天线阵面进行动作，传感器检测系统收集天线阵面的位置信息回传到计算机，计算机根据这些信息进一步调整命令，直到天线阵面到达指定位置。各部分之间的关系如图2.1所示。

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