CN102607463B - 一种旋转反射体面天线经纬仪激光靶标测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转反射体面天线经纬仪激光靶标测量方法，它主要涉及了卫星通讯、天文探测领域中大型旋转反射体面天线面型的精度测量。将经纬仪A、B(至少一台为激光电子经纬仪)，按一定间距垂直布置于旋转工装上、下平台，在天线直角坐标系下，解算天线面型某一点到经纬仪A和经纬仪B的天顶角度，按解算角度将激光点投射到天线面板上形成靶标，用另一台经纬仪观测出靶标天顶角度值，计算各点角度实测值与解算值的误差值，之后计算各点轴向偏差值最终得出天线面的均方根误差。本发明提高了效率，减小了误差，采用了成熟的测量设备代替专门磨制的棱镜或者钢带尺，降低了成本提高了效率和适用性。

Description

一种旋转反射体面天线经纬仪激光靶标测量方法

技术领域

本发明涉及了卫星通讯、天文探测领域中一种旋转反射体面天线经纬仪激光靶标测量方法。

背景技术

随着卫星通信技术和天文探测技术的迅速发展，中大型面天线的应用越来越广泛。对于直径≥8米的中大型面天线，成熟的光学测量方法有经纬仪钢带尺法，单五棱镜法和双五棱镜法。实践中上述方法具有如下的缺点：钢带尺的弧长标记转移到天线面过程中，工作量大且操作误差无法精确控制；棱镜需要根据不同测量范围进行磨制，成本较高且适应性差。

发明内容

经纬仪激光靶标测量法是以常规光学测量方法为基础，取其即时测量即时判断的优点，摒弃其它测量方式操作不便、适应性差等缺点而产生出来的。

本发明的目的是这样实现的：一种旋转反射体面天线经纬仪激光靶标测量方法，是对旋转反射体面天线的面型精度进行测量的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将反射体朝天放置；

(2)安装旋转工装，调整旋转工装的旋转轴线与反射体旋转轴线重合，调整反射体使旋转工装的旋转轴线铅垂；

(3)将经纬仪A和经纬仪B采用自上而下的顺序依次安装在旋转工装上，并精确对中和整平；

(4)在天线直角坐标系下，取天线面型上某一点P_i(x_i，z_i)解算经纬仪A和经纬仪B的天顶角度a_i和b_i：

H_b<z_i<H_a+H_b时有公式：

a_i=180-arctan[x_i／(H_a+H_b-z_i)]

b_i=arctan[x_i／(z_i-H_b)]

z_i<H_b时有公式：

a_i=180-arctan[x_i／(H_a+H_b-z_i)]

b_i=180-arctan[x_i／(H_b-z_i)]

H_a+H_b<z_i时有公式：

a_i=arctan[x_i／(z_i-H_a-H_b)]

b_i=arctan[x_i／(z_i-H_b)]

其中，x_i为点P_i的x轴向坐标值；z_i为点P_i的z轴向坐标值；H_a为经纬仪A到经纬仪B的距离；H_b为经纬仪B到天线直角坐标系原点的距离；

(5)按俯仰角度b_i将经纬仪B的激光束投射到天线面上作为靶标，调整经纬仪A瞄准靶标后读出实测俯仰角度a_i′并记录；

(6)锁定经纬仪A、B方位，旋转工装使其整体旋转至下一点，重复步骤(5)动作读出经纬仪A俯仰角度数值，直至第一环读取完毕；调整经纬仪B俯仰角度到第二环，重复上述动作直至读取完毕所有预定点的俯仰角度数值；

(7)计算各点俯仰角度实测值与解算值的误差值，之后计算均方根误差。

其中，步骤(7)中各点的轴向误差Δz_i计算公式为：

${\mathrm{\&Delta;z}}_i=\frac{x_i}{\mathrm{\&rho;}\&CenterDot;{\cos }^2{\mathrm{\&alpha;}}_i}\&CenterDot;{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_i$

式中：ρ——换算系数

当以角秒为单位时ρ=206265；

当以角分为单位时ρ=3437.75。

均方根误差计算公式为：

$\mathrm{\&sigma;}=\sqrt{\frac{\underset{i-1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{({\mathrm{\&Delta;Z}}_i-\mathrm{\&Delta;}\stackrel{\&OverBar;}{Z})}^2}{n-1}}$

式中：——系统误差

n——测点数。

其中，步骤(3)中的经纬仪A和经纬仪B中至少一台为激光电子经纬仪。

其中，步骤(2)中的旋转工装具有放置经纬仪A和经纬仪B的上下两层平台，并可绕工装旋转轴线整体旋转。

本发明与现有技术相比的优点是：

本发明和带尺法相比，不需要带尺在天线面上做标志点，提高了效率，减小了误差；和棱镜法相比，采用了成熟的测量设备代替专门磨制的棱镜，降低了成本提高了适用性。

附图说明

图1为本发明的测量示意图。

图2为旋转工装及经纬仪A、B安装结构示意图。

具体实施方式

下面结合图1和图2对本发明作进一步说明。

第一步：反射体朝天放置；

第二步：安装旋转工装，调整工装旋转轴线与反射体旋转轴线重合，调整反射体至工装旋转轴线铅垂；

所述的旋转工装由底座和装配在底座上的上、下两个平台组成，上、下两个平台可绕工装旋转轴线整体旋转。实施例中，位于上部工装平台1和位于下部的工装平台2通过精密轴承安装在工装底座法兰上。

第三步：将经纬仪A和经纬仪B采用自上而下的顺序依次安装在旋转工装上，并精确对中和整平；实施例中，经纬仪A安装在工装平台1上，经纬仪B安装在工装平台2上。

其中，经纬仪A和经纬仪B中至少一台为激光电子经纬仪。

第四步：从天线面型理论数据中取一点P_i(x_i，z_i)，解算出天顶角度a_i、b_i；

H_b<z_i<H_a+H_b时有公式：

a_i=180-arctan[x_i／(H_a+H_b-_zi)]

b_i=arctan[x_i／(z_i-H_b)]

z_i<H_b时有公式：

a_i=180-arctan[x_i／(H_a+H_b-z_i)]

b_i=180-arctan[x_i／(H_b-z_i)]

H_a+H_b<z_i时有公式：

a_i=arctan[x_i／(z_i—H_a-H_b)]

b_i=arctan[x_i／(z_i-H_b)]

其中，x_i为点P_i的x轴向坐标值；z_i为点P_i的z轴向坐标值；H_a为经纬仪A到经纬仪B的距离；H_b为经纬仪B到天线直角坐标系原点的距离；

实例中，取点P₁(3345.4，996.2)，可知z_i=996.2，此外通过精确测量可知H_a=545.5，H_b=911。

由于H_b<z_i<H_a+H_b，因此可根据公式：

a_i=180-arctan[x_i／(H_a+H_b-z_i)]

b_i=arctan[x_i／(z_i-H_b)]

可得出：a₁=97.83°；b₁=88.45°

第五步：将激光经纬仪(暂定为B)的俯仰角度调整为解算角度b_i，打开激光使其在天线面上形成光斑，调节光斑大小及强度使其成为适于观测的激光靶标；调整经纬仪A的俯仰角度瞄准激光靶标，读出俯仰角度数值a_i′；

第六步：锁定经纬仪A、B方位，旋转工装使其整体旋转至下一点，重复第五步动作读出经纬仪A俯仰角度数值，直至第一环读取完毕；调整经纬仪B俯仰角度到第二环，重复上述动作直至读取完毕所有预定点的俯仰角度数值。

第七步：误差计算。当反射体面型偏离理论时，保持激光经纬仪B天顶角度b_i不变，仅调整经纬仪A的角度a_i，使其瞄准靶标，则其实测角度a_i′与理论角度a_i的偏差Δa_i可作为衡量面型偏差的值。

可按以下公式求出P_i点的轴向误差Δz_i：

${\mathrm{\&Delta;z}}_i=\frac{x_i}{\mathrm{\&rho;}\&CenterDot;{\cos }^2{\mathrm{\&alpha;}}_i}\&CenterDot;{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_i$

式中：ρ——换算系数

当以角秒为单位时ρ=206265；

当以角分为单位时ρ=3437.75。

依次取出面型各点的轴向误差后，按以下公式计算均方根误差：

$\mathrm{\&sigma;}=\sqrt{\frac{\underset{i-1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{({\mathrm{\&Delta;Z}}_i-\mathrm{\&Delta;}\stackrel{\&OverBar;}{Z})}^2}{n-1}}$

式中：——系统误差

n——测点数。

Claims (4)

1.一种旋转反射体面天线经纬仪激光靶标测量方法，是对旋转反射体面天线的面型精度进行测量的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将反射体朝天放置；

(2)安装旋转工装，调整旋转工装的旋转轴线与反射体旋转轴线重合，调整反射体使旋转工装的旋转轴线铅垂；

(3)将经纬仪A和经纬仪B采用自上而下的顺序依次安装在旋转工装上，并精确对中和整平；

(4)在天线直角坐标系下，取天线面型上某一点P_i(x_i，z_i)解算经纬仪A和经纬仪B的天顶角度a_i和b_i：

H_b<z_i<H_a+H_b时有公式：

a_i=180-arctan[x_i／(H_a+H_b-z_i)]

b_i=arctan[x_i／(z_i-H_b)]

z_i<H_b时有公式：

a_i=180-arctan[x_i／(H_a+H_b-z_i)]

b_i=180-arctan[x_i／(H_b-z_i)]

H_a+H_b<z_i时有公式：

a_i=arctan[x_i／(z_i-H_a-H_b)]

b_i=arctan[x_i／(z_i-H_b)]

其中，x_i为点P_i的x轴向坐标值；z_i为点P_i的z轴向坐标值；H_a为经纬仪A到经纬仪B的距离；H_b为经纬仪B到天线直角坐标系原点的距离；

(5)按俯仰角度b_i将经纬仪B的激光束投射到天线面上作为靶标，调整经纬仪A瞄准靶标后读出实测俯仰角度a_i′并记录；

(6)锁定经纬仪A、B方位，旋转工装使其整体旋转至下一点，重复步骤(5)动作读出经纬仪A俯仰角度数值，直至第一环读取完毕；调整经纬仪B俯仰角度到第二环，重复上述动作直至读取完毕所有预定点的俯仰角度数值；

(7)计算各点俯仰角度实测值与解算值的误差值，之后计算各点轴向偏差值最终得出天线面的均方根误差。

2.根据权利要求1所述的一种旋转反射体面天线经纬仪激光靶标测量方法，其特征在于：步骤(7)中各点的轴向误差Δz_i计算公式为：

${\mathrm{\&Delta;z}}_i=\frac{x_i}{\mathrm{\&rho;}\&CenterDot;{\cos }^2{\mathrm{\&alpha;}}_i}\&CenterDot;{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_i$

式中：ρ——换算系数

当以角秒为单位时ρ=206265；

当以角分为单位时ρ=3437.75。

均方根误差计算公式为：

$\mathrm{\&sigma;}=\sqrt{\frac{\underset{i-1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{({\mathrm{\&Delta;Z}}_i-\mathrm{\&Delta;}\stackrel{\&OverBar;}{Z})}^2}{n-1}}$

式中：——系统误差

n——测点数。

3.根据权利要求1所述的一种旋转反射体面天线经纬仪激光靶标测量方法，其特征在于：步骤(3)中的经纬仪A和经纬仪B中至少一台为激光电子经纬仪。

4.根据权利要求1所述的一种旋转反射体面天线经纬仪激光靶标测量方法，其特征在于：步骤(2)中的旋转工装具有放置经纬仪A和经纬仪B的上下两层平台，并可绕工装旋转轴线整体旋转。