机载SAR 天线高精度指向稳定平台设计

周 鲁, 张 乐, 赵桂军, 曹培培, 陈 琦

(上海无线电设备研究所,上海 201109)

0 引言

合成孔径雷达(SAR)具备全天候、全天时和远距离成像的特点,在资源勘察、灾害预警、环境监测以及军事侦察等领域内得到了广泛的应用。机载合成孔径雷达的天线稳定平台作为隔离机体扰动、稳定天线波束指向的运动补偿执行机构,其稳定精度直接影响SAR 成像的质量与分辨率。在早期,运动补偿直接采用飞机主惯导的导航数据。但是由于飞机的主惯导是按照飞机导航的要求设计的,而且距离天线的相位中心较远,所以主惯导的导航数据无法完全真实地反映天线的运动状态。后来高分辨率机载SAR 系统中又增添了专门用于测量天线相位中心运动误差的惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)。但是惯性测量单元的长期累积误差会随着时间而发散,这将严重影响SAR 的分辨率,甚至导致无法成像。为了解决以上问题,目前一般采用的是基于卫星定位和惯性测量单元的组合导航解算运动补偿方案[1-3]。本文基于组合导航的运动补偿方式,设计稳定平台控制系统。

1 SAR 天线稳定平台

1.1 稳定平台组成

采用滚转外框架、俯仰内框架式的万向支架结构稳定平台作为天线的机构载体,在飞行过程中确保SAR 天线隔离载机扰动,维持指向稳定,并设置天线的相关位置摆动幅度,以满足不同载机空间需求。稳定平台组成框图如图1所示。

图1 SAR 天线稳定平台的组成框图

稳定平台主要由组合导航系统、角位置传感器、伺服机构(包括框架机械机构和直流力矩电机等)、数字控制器和脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)驱动器构成。……