光电经纬仪探测精度的分析及其提高探测精度的措施

　　1　引　言

　　光电经纬仪是某型火炮系统中气象雷达探测系统的重要组成部分,通过施放探空气球能独立探测从地面到几万米高空的气象要素,是探测高空气象要素的主要设备。在探空仪飞行过程中,光电经纬仪的天线一直跟踪标定探空仪,探空仪在向上运动的同时利用上面的传感器测量每一层高度的温度、湿度和气压等要素,并将这些要素以数字信号方式加载到载波上,由收发信机传送至光电经纬仪。在光电经纬仪接收到探空仪传来的载波信号后,通过解码技术便可获得每一层高度的温度、湿度和气压等要素。

　　2　跟踪原理

　　在抛物面天线馈源外侧的上、下、左、右放有四个微带的偏焦垂直极化馈源,这四个馈源由波束控制开关选择,可产生分时的偏离电轴的上、下、左、右四个波束。如图1所示,当处于轴线下方时,天线产生向上偏离电轴的波束。同理当馈源处在天线轴线上、左、右方向时可分别产生向下、向右和向左方向的偏扫波束。

　　当上、下、左、右四种波束被波束控制开关快速分别选通时,就可利用波束的变换对目标进行跟踪。当目标位于天线轴线偏上角时,上波束收到的信号大于下波束收到的信号,而此时左、右波束收到的信号相等。因此通过波束接收信号的强度可知目标的方向,可控制天线向上的运动,使上、下波束收到的信号相等,即为跟准目标。当程序方波送入波束控制开关时,波束控制开关会按程序方波的顺序选通馈源,并得到相应波束的接收信号。

　　3　测高原理

　　由于大气层的气压与高度有关,因此通过气压能够反演相应的高度。首先要获得地面气象参数,即地面气压、气象站高程,然后根据探空仪测得的相应高度的气压和温度,就可用下面的公式进行高度的反演:

　　式中:P2和Z2分别为相应高度的气压和高度;P1和Z1分别为地面的气压和气象站的高度;t为相应高度的温度;a =1/273为常数。

　　探空仪对气压的测量是通过压力传感器来实现的。压力传感器中有一个由四个电阻组成的电桥电路,其中一只电阻的电压随压力的变化而变化,导致电桥的电压也随之变化,进而通过电压变化来感知压力。

　　影响压力传感器性能的误差包括如下几个方面:零点温度漂移、灵敏度温度漂移、线性误差、重复性误差、迟滞误差、机械迟滞、温度迟滞等。根据供应商提供的技术资料,所有误差在最大值的情况下总误差之和可达5.57%,当然这种可能性是极少的。但即使零点温度漂移、灵敏度温度漂移,其最大值也分别能达到1%,远远超出了探空仪的技术指标,因此需要进行全量程的温度补偿。温度补偿的方法是,首先找出传感器特性的数学模型,根据数学模型制定校准工艺,对每一只传感器进行温度-压力校准,求出各种系数。在使用时,计算机将探空仪测得的气压和补偿温度值代入数学公式,根据该探空仪校准系数求出大气的实时压力。