一种大型相控阵雷达阵面的安装调整方法_梅启元

图 1 模块划分示意图
1． 2 基础设计安装 根据阵面模块划分，提出对阵面安装基础的要求，
并对安装基础进行简化设计，利用由离散的安装点组 成的安装面代替连续的安装面，降低雷达对安装基础 的精度要求，减少外场施工难度和施工量。
大型雷达安装基础规模大，仅仅依靠基建施工难 以满足雷达的高精度安装要求，需要通过逐级过渡和 调整，提高安装精度，降低施工难度。
为了解决这个问题，通常的做法是在天线阵面和
天线楼之间制作一套加工精度和刚强度要求较高的过 渡骨架作为安装基础，通过机加工和调整垫片保证阵 面精度。过渡骨架不仅体积大，重量重，而且对加工精 度要求高，无论是工厂加工还是外场安装，均具有成本 高、周期长、实现难度大的特点，是影响大型相控阵雷 达成本、安 装 精 度 和 施 工 周 期 的 一 大 难 题。 文 献［1］ 对高精度测量雷达安装误差的测量、计算分析和调整 方法进行了全面阐述，并用实例说明了高精度测量雷 达安装误差的标定过程。但该技术仅阐述了高精度雷 达安装误差的计算、测量和调整，并未介绍安装方法和 安装过程，对大型相控阵雷达的制造成本、安装精度和
图 2 阵面安装关系示意图
图 3 调整机构安装示意图
1． 3 过渡板安装 设计能够代替过渡骨架的过渡板和过渡块，利用
全站仪的引导，将过渡板初步固定在天线楼上。在过 渡板上安装光学棱镜，通过全站仪依次测量带有光学 棱镜的过渡板的位置，将测量值与理论值进行对比，利 用辅助螺杆调节过渡板的位置，直到实际测量值与理 论值相符为止，过渡板的安装如图 4 所示。
图 8 摄影测量分析结果
2． 2 精度调整 测量完毕后，通过调整机构对超差处进行调整，直
到精度满足要求为止。调整机构是保证阵面安装精 度，消除安装基础变形、地基不均匀沉降等影响的关键 环节，不仅可以实现雷达在使用过程中的精度调整，而 且可大大降低对安装基础的精度要求和机加工要求， 降低安装难度。调整机构采用涡轮蜗杆结构，主要由 基座、涡轮、蜗杆、丝杆、安装板、定位螺钉、注油嘴等组 成，工作时，转动蜗杆，丝杆在涡轮的作用下作上升或 下降运动，实现精度调整，调整机构的外形及组成如图 9 所示。
引言
很多大型相控阵雷达（ 如口径超过几十米、重量 超过几百吨的雷达） 一般都架设在大型天线楼（ 或舱） 上。这种雷达的口径大，重量重，精度要求高，给安装 基础的设计、制造和外场施工带来了较大的困难，同时 也给雷达设备的安装带来了困难，且无法实现在使用 过程中的精度调整。如何提高雷达的安装精度、减少 材料费用和加工安装成本以及降低外场施工难度是类 似产品在工程研制中必然会遇到的一大难题。
2 安装精度测量及调整
2． 1 精度测量 阵面安装完毕后，还需要对安装精度进行测量，以
确保满足要求，对不满足要求的应进行调整。 精度测量通常采用摄影测量方法，摄影测量的基
本原理为三角测量［6］，如图 6 所示。通过计算空间相 交和会聚的直线就可以精确确定点位。但摄影测量又 不同于经纬仪，它在测量上不受三角测量点的数量限 制，可以同时测量多个点，通过前方交会和后方交会计 算出测量点的三维坐标以及相机所在的位置和旋转 角，最终通过整体平差，优化测量结果。某雷达的阵面 测量如图 7 所示，摄影测量分析结果如图 8 所示。
* 收稿日期：2014 － 05 － 15
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第 30 卷第 6 期
梅启元，等：一种大型相控阵雷达阵面的安装调整方法
·产品设计·
施工周期并无影响。文献［2］主要论述了在大型相控 阵雷达天线机械轴的标校中如何使用现代光学测量技 术和设备，从而提高测量的精度和效率，介绍了测量设 备的系统组成、测量的原理以及测量的具体操作过程。 但该技术仅介绍了光学仪器如何对大型相控阵雷达机 械轴进行标校，并未介绍光学仪器如何指导雷达设备 的安装，只能对精度进行被动测量，对精度的提高并无 贡献。
An Installing and Adjusting Method for Antenna Array of Large Phased Array Ｒadar
MEI Qi-yuan，SHEN Wen-jun ( Nanjing Ｒesearch Institute of Electronics Technology， Nanjing 210039，China)
［5］ 路龙龙，杨芳红． 模块化设计在雷达系统中的应用［J］．
工程实践表明，以上方法有效可行，但在光学仪器 指导设备安装的定位精度方面还有进一步的提升与研 究空间，使大型雷达的安装更加方便快捷。采用以上
电子元器件应用，2012，14（ 6） ： 49 － 52． ［6］ 赵希芳，沈文军，马利华，等． 年 12 月
电子机械工程
Electro － Mechanical Engineering
Vol． 30． No． 6 Dec． 2014
一种大型相控阵雷达阵面的安装调整方法*
梅启元，沈文军
（ 南京电子技术研究所， 江苏 南京 210039）
摘 要：大型相控阵雷达的阵面口径大，重量重，精度要求高，对结构件的加工精度、外场施工提出了较 高的要求，无论是工厂加工还是外场安装，均具有成本高、周期长、实现难度大等特点。文中在满足雷达 战技指标的前提下，提出了全新的安装调整方法，用体积小、重量轻的安装块代替大型骨架，用光学仪器 指导安装代替机加工定位安装，利用调整机构代替调整垫片，降低了成本，提高了安装精度，降低了施工 难度，缩短了产品研制周期，具有较高的经济效益。 关键词：大型相控阵雷达; 精度; 安装; 调整; 调整机构 中图分类号：TN82 文献标识码：A 文章编号：1008 － 5300( 2014) 06 － 0036 － 04
1 安装方法
1． 1 模块划分 在 安 装 前，首 先 应 对 大 型 阵 面 进 行 模 块 化 设 计。
模块化设计与传统的设计方法截然不同，它是统筹考 虑产品系统，把其中含有相同或相似的功能单元分离 出来，用标准化原理进行统一、归并、简化，以通用单 元的形式独立存在的一种机电一体化设计方法［3 － 5］。 具体实施时，可根据雷达天线阵面的结构形式、精度要 求、维修性要求、运输要求、吊装要求等因素，将大型阵 面分解成若干个具有相同功能、相同结构形式的模块， 以简化安装面的结构形式，进而确定安装支撑面的位 置和大小。某雷达的阵面模块划分如图 1 所示。
本文提出了一种能够快速、高精度安装和调整大 型相控阵雷达阵面的方法，它能有效降低工厂加工量 和外场施工难度，减少雷达外场的架设时间，缩短大型 相控阵雷达的研制周期，同时能提高雷达的安装精度， 实现大型相控阵雷达在使用过程中的精度调整，解决 大型相控阵雷达精度要求高、外场施工难度大的难题。
次为基建基础、过渡板、过渡块、调整机构和阵面。利 用过渡板实现一级调整，减少基建带来的误差，利用过 渡块进行二级调整，使安装基础基本满足 X 方向和 Z 方向的精度要求，如图 3 所示，最后利用调整机构，实 现高度方向（ Y 方向） 的精度调整，最终达到预期精度 要求。
安装精度，降低了施工难度，缩短了产品研制周期。与 传统机加工方法相比，其优点主要体现在：
参考文献
1） 改进了大型阵面安装面的结构形式，用由安装 块组成的点状安装面代替连续的安装面，节省了成本。
2） 提高了安装精度，缩短了外场安装周期。采用高 精度全站仪，结合光学棱镜标校定位技术，利用螺栓加调 整机构调节，实现安装块的快速、高精度安装。同时过渡 件的体积小，重量轻，现场施工快捷，安装调节方便。
阵面与安装基础之间的典型安装如图 2 所示，依
图 4 安装过渡板
当过渡板的位置精度满足要求后，将过渡板焊接 固定在天 线 楼 上。 安 装 过 渡 板 时，宜 采 用 焊 接 方 式。
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·产品设计·
电子机械工程
焊接时为减小变形，可通过调整螺栓调整位置并固定 牢靠，需采用连续焊缝双面对称焊接，焊接完毕后松开 并拆除调整螺栓。 1． 4 过渡块及调整机构安装
3） 单个过渡块的体积比过渡骨架小 2 个数量级， 降低了工厂加工难度和加工成本，缩短了加工周期。
4） 安装块的总重量约为过渡骨架重量的 10% ，不 仅节省了原材料，还减轻了设备载荷。
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Abstract: The antenna array of the large phased array radar is characterized by large aperture，heavy weight and high accuracy，which puts forward higher requirement for the machining accuracy and outfield construction． Both the manufacturing process and outfield installation have the problems of high cost，long period and difficult to achieve． In this paper，a new installing ＆ adjusting method is proposed for the antenna array of the large phased array radar． In the method，a small-volume and light-weight installation block is used to replace the large skeleton． The optical instrument is adopted here to guide the installation instead of machining location． And the adjusting mechanism is used to replace the adjusting spacer． As a result，the cost is lower，the installation accuracy is improved，the construction difficulty is reduced and the development period is shortened． Key words: large phased array radar; accuracy; installation; adjustment; adjusting mechanism