1 引 言
随着科学技术的迅猛发展，高新技术在军事装备中的应用日益广泛。机载火控设备作为高新技术集中的领域，近年来得到了迅速发展，更新换代速度很快，新一代的火力控制系统技术含量很高。光电雷达作为综合火力控制系统的重要组成部分，它集光学、电子、化学、机械为一体，光电雷达的使用对于提高飞机的作战能力十分重要，但如何测试新技术装备的实际性能参数，发挥本机作战性能，提高装备维护水平，是当前工作中急需解决的重要课题。
2 测试靶板的总体设计和工作原理
为了测试光电雷达的跟踪角速度及角加速度，我们设计了一套测试系统，光电雷达测试系统主要由测试靶板、步进电机控制器和光电雷达总线收发卡组成，该系统的关键在于设计一个合理的测试靶板，因此在设计光电雷达测试靶板的过程中，我们综合分析了各种方案，最后决定采用具有两个自由度的靶板结构设计方案，如图2—1所示。
此靶板具有两个自由度，靶板的水平和垂直方向各有一个丝杠，丝杠的一端有一个步进电机通过齿轮带动其转动，在丝杠的传动下，红外目标源可以在靶板平面内以一定的角速度或角加速度任意连续移动。本靶板的设计考虑到机械设计的先进性和可行性限制，避免片面追求高新指标，放弃了制作最贵的球型靶板的设计，改用平面靶板代替，控制光电雷达的模拟目标源在平面上运动，对其进行方位角和俯仰角的动、静态测量。再通过光电雷达总线收发卡将光电雷达的数据采集下来，和理论的数据比较分析、处理，进而可以得出光电雷达静、动态性能的测量结果。
测试系统组成框图如图2-2所示。
静态测试的原理相对简单，首先通过两个定位开关使目标源返回到初始位置（当然初始位置的坐标已知），然后发出测试的指令，通过计算可得两个步进电机的脉冲数的方向，在步进电机工作正常的情况下，通过电机转动丝杠将目标源运动到某一指定位置，然后通过光电雷达的总线数据收发卡将光电雷达输出的串行码测试结果取出，转换成坐标值，进行比较，得出光电雷达静态性能的绝对误差和相对误差。
动态测试的原理也并不复杂，但由于本靶板设计结构的限制，它的动态测试与目标源的位置严格相关，角加速度的测试相对容易一点，角速度的测试要考虑目标源由静止运动到某一条测量角速度运动方式的过程是否会超过光电雷达的角加速度的限制，而造成目标源的丢失，进而不能完成测试任务，所以测量角速度的时候，目标源的起始段应该尽量的长，使运动角加速度尽量减小，但不宜过小（取角加速度的值为70／s2左右为宜，因为靶板长度有限，运动角加速度过大，通过计算可知将使有效的匀角速度段减小过大，甚至使有效的匀角速度段不能出现），给目标源以充分的加速时间，这样虽然减小了实际的测量范围，但这是完全必要的。
静态测试对步进电机的转速无严格要求，但应保证电机的起步频率不应太高，如果电机运行中间的频率过高，停止也应有一个减速过程，否则电机有可能会失步。由于电机的传动量是整数步，每次运动存在一定的舍入误差，测试次数增加到一定数量（10次左右）会影响静态测试的效果，解决的方法是先返回到初始位置进行校正，然后再进行下面的测试。动态测试对步进电机的转速有非常严格的要求，不同的电机速度会使目标源产生不同的直线运动速度，又因为步进电机的速度是由它的输入脉冲的频率决定，所以，对模拟目标源的不同控制方式可以归纳为对步进电机脉冲频率的控制。
3 步进电机的控制
根据光电雷达测试靶板设计方案可知：传动丝杠的螺距h是6mm，即丝杠转动一圈，目标源移动6mm。步进电机步距角1．5°，齿轮转动比为2∶1。故步进电机转一圈需要360／1．5＝240puls。步进电机单脉冲目标源移动的距离d为：d＝6×2／240＝5×10－2 mm／p，测试靶板的目标源与光电雷达反射中心的距离是d＝300mm。
可得：在水平横轴上，当方位角由α1变到α1＋α2时，步进电机应得到的脉冲数为：脉冲数＝d×［tg（α1＋α2）－tg（α1）］／d
当要求目标源以匀角速度ω运动时，应有θ＝ωt＋θ0
则：f（t）＝dωsec2（ωt＋θ0）／d其中：－600＜ωt＋θ0＜600理论曲线如图3—1所示。
但在实际应用中，因为步进电机的工作原理限制，不能按图3—1所示时时变换频率，而应将上面的理论频率———位置曲线离散化（如图3—2所示），由上面所推导的公式可知：此时的步进电机的频率不但和目标源的位置有关，还和目标源的角速度大小有关。
匀角加速度的测量原理：假设目标源以匀角加速度ε运动，则：
可以看出匀角加速度的脉冲函数与角加速度大小有关，也与时间t和初始角速度ω0有关。为研究方便，我们可以将上面公式简化为位置和角速度的函数。
f（t）＝（d／d）×ω（t）×sec2［θ（t）］
在具体应用中，我们还需要根据目标源的初始参数，把动态性能测试角速度和角加速度的频率函数转变为脉冲个数n的函数，如f（n）＝m（n），m代表一种运算关系，从而可以方便的为工程上应用。
下面以一个特殊情况对该方法加以说明，假设测试的起始点a为水平横轴－600位置，终止点b为水平横轴600位置，水平匀角速度ω＝15°／s的测试，靶板距光电雷达d＝300mm，丝杠的螺距为h＝6mm，步进电机带动丝杠每120个脉冲转动一周，假设将该频率曲线离散为每100个脉冲改变一次频率，则由前面匀角速度推导的公式f（t）＝d×ωsec2（ωt＋θ0）／d可知：该测试曲线的频率关系如下：
由上面的推导可得到经过靶板中心对称水平的特殊测试的m（n）函数形式为：
m（n）＝a×［1＋（b±c×n）2］n＝0，1，2，3，……nmax
其中常数a、b、c、n max的意义是：
a———该测试曲线经过靶板中心处的频率值；
b———该测试曲线的起始点或终止点的反正切值；
c———该测试曲线换频的行程与靶距的正切值；
nmax———nmax＝［2×b／c］，［］为取整符号；
至此，我们已经将一条测试曲线从计算频率到频率离散化最终将离散化的频率转化到数字量。其他任意曲线的计算都可以利用上面的方法计算得到。
4 测试光电雷达动态性能的改进建议
由于步进电机自身的限制，红外点光源的运动加速度不能太大，而且测量角速度时，应尽量减小初始段角加速度的大小，避免因为点光源的角加速度超过光电雷达所能达到的角加速度极大值而丢失目标源，从而不能完成本次角速度的测试。所以应该将测量角速度的频率曲线进行改进，如图4—1所示。
整条角速度的测试曲线分为3段：
1）准备阶段（最大角速度要远小于15°／s2）；
2）匀角速段或匀角加速工作阶段（角速度或角加速为某一给定值）；
3）结束阶段（无角加速度大小的要求，但应保证电机不失步）。
5 结束语
根据实验表明，该测试系统测试结果可靠，它的研制成功对于光电雷达的测试十分方便，对于提高光电雷达的使用效能很有帮助。
［参考文献］
［1］ 陈维山．机电系统计算机控制［m］．哈尔滨工业大学出版社，1984．
［2］ 郭本龙．用微计算机实现的步进电机控制［m］．上海机械学院，1985．
［3］ 谢明红．速控机床步进电机速度控制［m］．合肥工业大学，1988．
［4］ 谷志勇．某型飞机光电雷达测试系统研究［d］．空军工程大学硕士论文，2001．
