面向复杂服役环境的大型雷达天线自动对接方法与关键技术研究

Urged by the need for development in antimissile and stealth aircraft defense, vehicle-mounted radar system has bigger antenna, denser units and higher mobility. However, the assembly operation of block radar antenna position has become a weak point of the general operational performance of radar. This project addresses the problem of large radar antenna's automatic assembly through the integration of mechanism, digital measurement, and intelligent control, etc. Spreading around the two core problems, namely, precise adjustment, and measurement of large radar antenna under complex environment, we have systematically studied the positioning, measurement, mechanism optimization and compliant control. A configuration theory to combine rigid flexible mixing mechanism, a step-wise 6-DOF adjustment technology, multilevel positioning error compensation and precision control methods are proposed. We also studied the air spring based gravity compensation and position/posture regulation technology. An adaptive fuzzy scheme based compliant control method is proposed to improve the motion precision under complex working environment. And these techniques make a set of theory and methods for automatic assembly for large radar antenna. This has important meaning for the development of the automatic assembly of large parts.

随着反隐形飞机、反导防御等武器装备发展需求的牵引，车载雷达越来越呈现阵面大型化、单元密集化和高机动性的发展趋势，然而分块天线阵地组装操作制约了雷达综合作战性能。本项目通过复杂机构学、数字化测量和智能控制等多学科的交叉与综合，研究并解决大型车载雷达天线的自动对接理论和关键技术。围绕复杂环境下的大型天线精确调姿定位和大尺度空间测量两个核心科学问题，系统地研究复杂服役环境下的调姿定位、大尺寸测量、机构优化与柔顺控制等问题。提出一种大行程重载刚柔混合机构构型理论及特性分析方法，探索一种逐步调精组合式大空间六自由度位姿偏差测量技术，研究基于空气弹簧的重力补偿与位姿调控技术，提出一种基于自适应-模糊控制算法的柔顺控制策略，提升复杂服役环境下对接系统运动精度及自主性能。最终形成一套大型雷达天线自动对接理论方法和技术途径，这对大部件自动对接理论的发展和复杂工程问题的实际解决具有重要实用意义。

本项目针对复杂环境下的大型天线精确调姿定位、大尺度空间测量、关键传动件故障诊断等核心科学问题，设计了一种串并混联冗余驱动六自由度调姿机构，建立了该混联机构的解析运动学模型，验证了该调姿机构能够实现各自由度的运动解耦特性，对其运动空间进行了可视化表达，验证了该机构具备雷达对接需求的各向调整差异大的特殊工作空间，建立了整体机构的多体动力学模型，获得了各支链对整体调姿机构运动特性的动态影响。提出了基于传感器阵列组合的大空间内雷达天线位姿偏差测量体系，根据混联机构的运动解耦特性，求解得到了调姿机构基于偏差解耦的测量数学模型。提出了一种新的评估整体运动/力传递能力的优化指标，建立了预期工作空间下的混联机构的参数优化设计方法，对接机构在满足运动空间需求的同时具有更好的力/运动传递特性。利用拉格朗日方程建立了对接机构动力学模型，提出一种基于终端滑模的控制策略，实现了精确的运动跟踪控制，验证了基于此算法的精度、实用性和有效性。另外在关节运动空间内研究了不依赖于动力学模型的自抗扰控制方法实现对接机构的控制，并且算法具有强鲁棒性，补偿了各支链之间的相互耦合作用，保证了对接机构高精度轨迹跟踪的实现。设计了一种直接作用于时域振动信号的故障诊断模型，建立了域自适应模型训练机制，验证了该模型在不同程度噪声干扰下的诊断精度和衰减特性。提出了时频细粒度特征提取胶囊网络，验证了其在复杂交变工况下对故障识别的提升效果。构建了知识蒸馏、网络剪枝和参数量化的深度诊断模型压缩及轻量化框架，在对接系统嵌入式FPGA平台上实现了轻量化模型的前端部署。开发了天线阵面对接验证系统并进行了静态、动态对接试验，进行了雷达阵面精确对接的应用研究，证明了本课题设计方法的精确性，取得了良好的应用效果。