梅启元，沈文军

(南京电子技术研究所， 江苏 南京 210039)

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)

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。

大型相控阵雷达；精度；安装；调整；调整机构

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。

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。

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。

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。

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。

阵面与安装基础之间的典型安装如图2所示，依次为基建基础、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。

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。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

当过渡板安装满足要求后，将安装块通过定位销固定在过渡板上，并在安装块上安装调整机构，调整机构的安装如图3所示。

1.5 阵面安装

调整机构安装完毕并验收合格后，即可通过汽车式起重机将模块化的阵面安装到调整机构上，子阵面的安装如图5所示。

图5 安装子阵面

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。

图6 摄影测量法原理

图7 阵面测量示意图

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。

图9 调整机构外形示意图

3 结束语

本文在满足雷达战技指标的前提下，提出了用体积小、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的大型相控阵雷达的安装方法，节省了成本，提高了安装精度，降低了施工难度，缩短了产品研制周期。与传统机加工方法相比，其优点主要体现在：

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。

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。

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。采用以上方法后，安装面的平面度比传统安装面提高了20%以上。不仅节省了材料和加工费用，外场的安装架设时间亦缩短了30%以上，同时可实现使用过程中的精度调整，大大提高了安装精度，节省了成本，缩短了大型相控阵雷达的现场安装时间，具有较高的应用价值。

[1] 朱泽锋，张恒华，王鹏宇. 高精度测量雷达安装误差的测试和调平方法研究[J]. 计量与测试技术, 2012, 39(6): 18-19.

[2] 秦志刚. 现代光学测量技术及设备在大型相控阵雷达天线标校上的应用[J]. 电子机械工程，2003,19(4):31-33.

[3] 吴在东, 肖海红. 二维相控阵雷达模块化结构设计与实现[J]. 电子机械工程，2006,22(1):17-19.

[4] 陈惠云,花兴来. 雷达模块化效益综合评价研究[J]. 雷达科学与技术, 2010,8(6): 503-509.

[5] 路龙龙，杨芳红. 模块化设计在雷达系统中的应用[J].电子元器件应用, 2012,14(6): 49-52.

[6] 赵希芳, 沈文军, 马利华,等. 大型天线阵面平面度分析与控制[J]. 电子机械工程, 2014,30(2): 37-39.

An Installing and Adjusting Method for Antenna Array of Large Phased Array Radar

MEI Qi-yuan，SHEN Wen-jun

(NanjingResearchInstituteofElectronicsTechnology,Nanjing210039,China)

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.

large phased array radar; accuracy; installation; adjustment; adjusting mechanism

2014-05-15

TN82

A

1008-5300(2014)06-0036-04

梅启元(1976-),男，硕士, 高级工程师, 主要从事雷达结构总体设计工作。