CN104092023B

CN104092023B - 大型抛物面天线反射面精度调整模拟方法

Info

Publication number: CN104092023B
Application number: CN201410323300.3A
Authority: CN
Inventors: 谭惠丰; 杜娟; 卫剑征; 林国昌
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2014-07-08
Filing date: 2014-07-08
Publication date: 2017-10-24
Anticipated expiration: 2034-07-08
Also published as: CN104092023A

Abstract

本发明公开了一种大型抛物面天线反射面精度调整模拟方法，其步骤如下：一、对抛物面天线反射面精度进行测量，得到反射面的形状数据；二、采用拟合均方根误差最小的反射面精度分析方法对测量的形状数据进行拟合；三、根据拟合结果绘制变差散点图；四、根据变差散点图和精度要求确定大误差点；五、给出大误差点的位置。本发明可为精度调整提供依据；并给出了精度调整的具体空间位置和分布。

Description

大型抛物面天线反射面精度调整模拟方法

技术领域

本发明涉及一种非接触式天线反射面精度分析方法，具体涉及一种大型抛物面天线反射面精度调整模拟方法。

背景技术

天线是无线电波的发射与接收装置。天线的用途很广泛，只要利用电磁波来传递信息的地方都要用到天线，如广播、电视、遥感玩具、手机通信、无线上网、物流快递跟踪服务、电子对抗等等。因天线面的精度直接影响天线的方向图，制约着天线的口面效率和增益，直接决定天线反射面的最短工作波长。抛物面天线反射面是将微小的卫星信号聚集起来。它的精度直接影响对卫星信号的聚集效果。而抛物面天线的核心构件是反射面，反射面的机械精度是结构设计的核心，直接影响天线的电气性能。所以，天线的精度决定着天线的性能。

非接触式测量方法是一种可以通过不接触被测物，却能对被测物进行数据测量的试验方法。摄影测量方法作为一种非接触式的测量技术，已成为柔性薄膜结构位置测量经常采用的一种方法。非接触式摄影测量法是通过对不同角度上相机拍摄到的同一靶点的图像信息进行处理，可以得到相应靶点的空间位置三维坐标，从而实现非接触式对微小变形的测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种大型抛物面天线反射面精度调整模拟方法，为精度调整提供依据。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种大型抛物面天线反射面精度调整模拟方法，包括如下步骤：

一、对抛物面天线反射面精度进行测量，得到反射面的形状数据；

二、采用拟合均方根误差最小的反射面精度分析方法对测量的形状数据进行拟合；

三、根据拟合结果绘制变差散点图；

四、根据变差散点图和精度要求确定大误差点；

五、给出大误差点的位置。

本发明的方法相比于现有方法，具有如下优点：

1、可为精度调整提供依据；

2、给出了精度调整的具体空间位置和分布。

附图说明

图1为变差散点图；

图2为测量点误差分布图；

图3为精度模拟调整后的误差分布图；

图4为正视的精度调整后的曲面图；

图5为俯视的精度调整后的曲面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限如此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

本发明提供了一种大型抛物面天线反射面精度调整模拟方法，精度分析目的是为后期精度调整提供依据，所以需要对误差分布点情况进行研究，绘制回归后的模型与实际测量数据点的变差散点图。

一、非接触测量方法测量大型抛物面天线反射面的形状数据，一共测量701个点(表1)。

表1

二、确定均方根误差最小的拟合方法为二重非线性回归方法，具体步骤如下：

针对抛物面天线反射面，其设计方程：

其中f是设计焦距值。

应做二重非线性回归分析：

多重非线性回归模型的一般形式如下：

y_i＝f[(β₁,β₂,…β_k)；x_i1,x_i2,…,x_ip]+ε_i,i＝1,2,…,n。

其中：β_i，i＝1，......k是方程待定参数，x_i，i＝1,2,...n,是回归变量。y_i是研究的因变量。误差ε_i为随机变量，通常假设服从正态分布。理论回归方程为：

y_i＝f[(β₁,β₂,…β_k)；x_i1,x_i2,…,x_ip]。

写成矩阵形式：

Y为因变量观测值向量，X为自变量观测值矩阵，X的每一列对应一个变量的全部观测值，每一行对应一组观测值。β为估计的未知参数值，也称为偏回归系数。

1、设计理论回归方程，利用MATLAB计算

MATLAB统计工具箱中的nlinfit函数用来做一元或多重非线性回归。利用nlinfit函数进行二重非线性回归分析，可以得到回归系数向量和变量的方差值。调用nlinfit函数进行二重非线性回归分析前，需要根据散点图选择合适的理论回归方程，理论回归方程具体形式如下：

z＝βx²+βy²。

2、计算参数值和焦距值

确定合适的输入参数，自行编写函数，调用nlinfit函数进行二重非线性回归分析，得到参数值β＝6.4135×10^-5。故回归方程：

z＝(6.4135x²+6.4135y²)×10^-5。

将参数值β代入下式即得到抛物面的焦距f值：

f＝1/(4β)。

经计算，焦距f＝3898.028mm。

3、计算均方根误差值：

其中：δ代表计算值与测量值的偏差，X、Y、Z为测量点坐标值。

通过计算得到均方根误差为RMS＝1.049mm。

三、根据二重非线性回归的结果绘制变差图，如图1所示。

四、确定大误差点：

若以3mm作为大误差点的判定，用正负3mm做虚线观察误差分布情况，如图2所示。

通过计算可以发现：一共有51个误差点，他们分别在96、196、197、271、272、273、274、275、276、425、427、430、433、435、438、440、443、444、446、449、484、485、486、517、520、522、524、527、530、531、533、535、536、548、634、636、637、638、639、640、641、642、643、644、645、647、649、650、658、659、660，不难发现，这些点的位置是很集中的，可以分为5组，如表2所示。

表2 5组集中误差点

根据表中的靶点编号返回寻找反射面上的靶点空间位置，可以实现变形精度的调整。若模拟精度调整，改动这些大误差点的位置，使其没有误差，得到误差值RMS为0.963mm。其误差波动图如图3所示。从图中可以看出误差全部集中在正负3mm虚线内，没有大误差点。绘制精度调整后的曲面，如图4和图5所示。从图4和图5中可以明显观察到有些肋板的点已经被调整。

若以2mm作为大误差点的判定，则有97个点存在大误差，若模拟精度调整，改动这些大误差点的位置，使其没有误差，得到误差值RMS为0.823mm。

Claims

1.一种大型抛物面天线反射面精度调整模拟方法，其特征在于所述方法步骤如下：

二、采用拟合均方根误差最小的反射面精度分析方法-二重非线性回归分析方法对测量的形状数据进行拟合，具体步骤如下：

(1)确定抛物面天线反射面的理论回归方程：

z＝βx²+βy²；

其中：x、y、z代表测量的天线反射面的空间点的三维坐标，β是偏回归系数；

(2)利用nlinfit函数进行二重非线性回归分析，得到偏回归系数和焦距值f；

(3)计算均方根RMS值：

<mrow> <mi>R</mi> <mi>M</mi> <mi>S</mi> <mo>=</mo> <msqrt> <mfrac> <mrow> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi> </munderover> <msup> <mi>&delta;</mi> <mn>2</mn> </msup> </mrow> <mrow> <mi>n</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </mfrac> </msqrt> <mo>;</mo> </mrow>

其中：δ代表计算值与测量值的偏差；

三、根据拟合结果绘制变差散点图；

四、根据变差散点图和精度要求确定大误差点；

五、给出大误差点的位置。

2.根据权利要求1所述的大型抛物面天线反射面精度调整模拟方法，其特征在于采用非接触测量方法测量反射面的形状数据。

3.根据权利要求1所述的大型抛物面天线反射面精度调整模拟方法，其特征在于所述偏差按照以下公式计算：

<mrow> <mi>&delta;</mi> <mo>=</mo> <mi>Z</mi> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <msup> <mi>X</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mi>Y</mi> <mn>2</mn> </msup> </mrow> <mrow> <mn>4</mn> <mi>f</mi> </mrow> </mfrac> <mo>;</mo> </mrow>

其中：X、Y、Z为测量点坐标值。