CN104617389A - 一种波导天线的快速瞄准装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种波导天线的快速瞄准装置，包括瞄准基座、角度指示装置和瞄准点指示装置，瞄准基座为倒T型结构，其包括底座和与底座垂直连接的安装轴，底座上表面为平面，底座下表面凹设卡槽，卡槽与波导天线配合连接；角度指示装置固定在底座的上表面；瞄准点指示装置包括激光指示器和光学瞄准镜；激光指示器设置在安装轴上端，光学瞄准镜设置在激光指示器正上方，激光指示器设有光轴调节装置，光学瞄准镜设有视轴调节装置。本发明能够在保证微波辐射场测量中波导天线瞄准精度的前提下，实现不同距离处可视瞄准点的快速瞄准，提高辐射场测量中波导天线瞄准的便捷性。
Description
技术领域
本发明涉及微波辐射场测量技术领域，具体涉及一种波导天线的快速瞄准装置及其方法。
背景技术
波导天线(如开口波导和喇叭天线等)是定向辐射的天线，具有结构简单、增益适中、辐射主轴与物理轴重合等特点，是常用的微波发射和接收天线。在微波辐射场测量中，波导天线的瞄准精度对测量结果及测量不确定度有较大影响。
在辐射场测量中，波导天线的瞄准主要包括两方面内容：
(1)接收天线与发射天线之间的极化关系；
(2)接收天线与发射天线之间的角度关系。
对于精确测量而言，通常要求接收天线与发射天线极化匹配，接收天线主轴指向发射天线特定位置，如相位中心或口面中心。
目前，微波辐射场测量中波导天线的瞄准主要有两种方法。
一种方法是利用测绘仪器，如全站仪。全站仪可以给出天线姿态的三维数据，进而计算出天线的空间指向。通过反复测量计算和调整天线姿态可以实现天线的瞄准。优点是精度高，但全站仪通常需要有经验的专业人员使用，而且每次架设全站仪和获取数据都需要较长时间，操作过程繁琐且瞄准过程不直观，不便于在多次瞄准或对多套天线瞄准的场合应用，
另一种方法是目测，目测即通过观察者眼睛直接观察，可给出天线的大致指向。其优点是直观方便，操作快捷，但目测的精度因人而异，缺少定量的度量，测量数据可靠性差。
以上两种方法各有利弊，因此寻找一种既方便快捷，又能提供直观定量且精度较高的瞄准方法对微波辐射场测量波导天线的瞄准有现实意义。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种波导天线的快速瞄准装置及其方法，目的在于，在保证微波辐射场测量中波导天线瞄准精度的前提下，实现不同距离处可视瞄准点的快速瞄准，提高辐射场测量中波导天线瞄准的便捷性。
一种波导天线的快速瞄准装置，包括瞄准基座、角度指示装置和瞄准点指示装置，
所述的瞄准基座为倒T型结构，其包括底座和与底座垂直连接的安装轴，所述的底座上表面为平面，底座下表面凹设卡槽，所述卡槽形状与波导天线上部的形状相匹配，卡槽与波导天线卡扣连接；
所述的角度指示装置固定在底座的上表面；
所述的瞄准点指示装置包括激光指示器和光学瞄准镜；激光指示器设置在安装轴上端，光学瞄准镜设置在激光指示器正上方，激光指示器设有光轴调节装置，光学瞄准镜设有视轴调节装置。
所述的安装轴设置在底座的中心线上，激光指示器和光学瞄准镜设置在安装轴的轴线上。
所述的激光指示器的光轴和光学瞄准镜的视轴相互平行，且处在同一平面上，可精确地实现不同距离处瞄准点的可视化。
所述的波导天线为矩形波导天线或圆波导天线。
激光指示器通过定位和紧固装置与安装轴连接。
所述的光学瞄准镜通过夹具与激光指示器连接，例如8字夹。
所述的角度指示装置为倾角仪、双轴水平仪或T型水平仪，还可以为其他的数字或机械角度测量仪器。
一种波导天线的快速瞄准装置的瞄准方法，包括以下步骤：
1)确定始终与波导天线辐射主轴/主平面重合或平行的物理轴/物理平面；
2)利用角度指示装置给出步骤1)中物理轴/物理平面的极化方向和相对于预设瞄准目标的调整角度；
3)依据步骤2)中角度指示装置指示的调整角度，不断调整波导天线极化方向，缩小调整角度，直到满足测量需求；
4)利用瞄准点指示装置给出与步骤1)中物理轴/物理平面平行或重合的光轴和视轴，确定可视化的瞄准点；
5)依据步骤4)中的可视化的瞄准点，不断调整天线瞄准方向，直到满足测量需求；
6)当步骤3)和步骤5)同时满足测量需求时，即实现了天线的瞄准；
所述的主平面为E面或H面。
步骤5)中不断调整波导天线瞄准方向包括方位调整和俯仰调整；
所述方位调整是通过以下步骤进行调整的：
在不满足几何近似条件L>>h2时，调整瞄准装置的光点瞄向光轴和视轴所在平面上距预设瞄准点h1处；
在满足几何近似条件L>>h2时，直接使瞄准装置的十字分化交叉点瞄向预设瞄准点；
所述俯仰调整是通过以下步骤进行调整的：
在不满足几何近似条件L>>h2时，调整瞄准装置的光点瞄向光轴和视轴所在平面上距预设瞄准点上方h1/cosθ处；
在满足几何近似条件L>>h2时，直接使瞄准装置的十字分化交叉点瞄向预设瞄准点；
其中，hl、h2分别为激光指示器3和光学瞄准镜4距瞄准基座底面的距离，且h2＞h1，L为波导天线与预设瞄准点的距离，θ为波导天线辐射主轴与水平面的夹角。
进行步骤1)之前还包括对波导天线的快速瞄准装置校准步骤，所述校准步骤包括以下步骤：
用全站仪进行校准，先测出波导天线的瞄准轴；通过测量瞄准装置不同位置处的光点坐标，进行光轴调整，使光轴在波导天线瞄准轴正上方且相互平行；调整光学瞄准镜4的视轴与所述的光轴平行。
相对于现有技术，本发明具有以下优点：
本发明一种波导天线的快速瞄准装置，包括瞄准基座、角度指示装置和瞄准点指示装置，瞄准装置瞄准基座采用与天线外形匹配的设计，可便捷的与测量天线配合，采用角度指示装置给出测量天线与参考平面的角度，采用瞄准点指示装置直观的指示出瞄准点，操作简单快捷，便于快速瞄准。
进一步，瞄准装置采用模块化的组装方式，结构简单，瞄准基座可采用常用金属或非金属硬质材料，易于加工。
进一步，瞄准点指示装置光轴和视轴可调，便于瞄准装置的校准。可实现不同距离的瞄准，瞄准装置的光点和十字分化交叉点均直观可见。瞄准精度高，在辐射场测量中有广泛的应用前景。
本发明的瞄准方法，可以实现测量天线的快速瞄准，操作简单便捷，瞄准精度高，瞄准点直观可见。可实现在微波辐射场测量中波导天线瞄准精度的前提下，提高辐射场测量中波导天线瞄准的便捷性。
进一步，利用全站仪对某一波导天线的指向与本装置的样品进行了瞄向比对实验，由比对实验结果可以看出，瞄准装置瞄向与波导天线指向差均小于0.1°，这可以满足大多数的辐射场测量对波导天线瞄准角度的要求，说明本发明具有较高的瞄准精度。
附图说明
图1a是波导天线的快速瞄准装置的主视图；
图1b是波导天线的快速瞄准装置的左视图；
图2是本发明方法的实施流程图；
图3是波导天线快速瞄准装置工作原理示意图；
图4是波导天线快速瞄准装置工作原理俯仰瞄准示意图。
其中，1、瞄准基座，2、角度指示装置，3、激光指示器，4、光学瞄准镜，5、夹具，12、安装轴，11、底座，13、卡槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，以矩形波导喇叭天线瞄准为例对本发明作进一步详细说明。
图1a和图1b是本发明波导天线的快速瞄准装置的组成示意图。该装置包括瞄准基座1、角度指示装置2、激光指示器3和光学瞄准镜4，激光指示器3和光学瞄准镜4共同构成了瞄准点指示装置。
其中，瞄准基座1底部通过设置与波导天线(如矩形波导)外壁密切配合的卡槽13实现与波导天线的快速连接；瞄准基座1，其底座采用与瞄准轴参考物理平面相同形状的设计，便捷地实现与参考物理平面的快速配合连接。
角度指示装置2固定在瞄准基座1底面的上表面，与波导天线的极化平面平行；瞄准点指示装置固定在瞄准基座中心轴向的正上方。角度指示装置2所在的瞄准基座上表面与天线的极化平面平行，角度指示装置2可直观的指示天线的极化角度；角度指示装置2有多种实现方案，如采用倾角仪、双轴水平仪或T型水平仪。为便于调节波导天线的角度，安装水平仪时应保持其中两轴分别平行和垂直于瞄准方向。
瞄准点指示装置由激光指示器3和光学瞄准镜4组成。激光指示器3通过定位和紧固结构实现与瞄准基座1的可靠连接。光学瞄准镜4通过夹具(如8字夹)固定于激光指示器3正上方。为便于校准装配误差，要求激光指示器3的光轴和光学瞄准镜4的视轴可调。瞄准点指示装置可直观的指示不同距离处的瞄准点；激光指示器3具有光轴调节结构，光学瞄准镜4具有视轴调节结构，所述激光指示器和光学瞄准镜外观结构应便于瞄准装置的组装和校准。
这里需要指出的是波导天线的快速瞄准装置组装后应进行校准。校准可利用全站仪进行校准，先测出波导天线的瞄准轴；通过测量瞄准装置不同位置处的光点坐标，进行光轴调整，使光轴在波导天线瞄准轴正上方且相互平行；调整光学瞄准镜4视轴与光轴平行。
利用全站仪对某一波导天线的指向与本装置的样品进行了瞄向比对实验，测试结果见表1所示。
表1
由比对实验结果可以看出，瞄准装置瞄向与波导天线指向差均小于0.1°，这可以满足大多数的辐射场测量对波导天线瞄准角度的要求，说明本发明具有较高的瞄准精度。
图2是本发明瞄准方法的实施流程，具体实施步骤如下。
1)确定始终与天线辐射主轴/主平面重合或平行的物理轴/平面。对矩形波导喇叭天线而言，可选择矩形波导直波导段的某一表面。
2)利用角度指示装置给出步骤1)中物理轴/平面的极化方向。
3)依据步骤2)中的指示角度，不断调整天线极化方向，缩小调整角度，直到满足测量需求。可将天线架设在方便调节姿态的机构上，如小型云台，便于实现天线极化方向的快速调节。
4)利用瞄准点指示装置给出与步骤1)中物理轴/平面的成特定关系(平行或重合)的光轴和视轴，实现瞄准点的可视化。瞄准点可以用光点和十字瞄准点等直观指示，装置可采用激光指示器和光学瞄准镜等实现。
5)依据步骤4)中的可视的瞄准点，不断调整天线瞄准方向，即方位和俯仰角度，直到满足测量需求。为便于调节，可采用与步骤3)相同的天线姿态调节的机构。
6)步骤3)和步骤5)同时满足测量需求时，即实现了天线的瞄准。
以上步骤3)和步骤5)所述的测量需求，根据不同测量精度要求，可由操作者自行定义。
如图3和图4所示为波导天线快速瞄准装置工作原理示意图，其中激光指示器3和光学瞄准镜4距瞄准基座底面的距离分别为hl和h2，hl和h2应大于天线的张角高度并且hl和h2应保持一定差值，以避免天线、激光指示器和光学瞄准镜结构对视轴和光轴的阻挡。
校准后的天线瞄准装置的光轴和视轴与瞄准基座底面平行。当天线瞄准装置卡于波导天线上方时，即实现了天线瞄准装置的光轴和视轴与测量天线电轴的平行，且在天线辐射主轴的正上方。
近距离瞄准时，只需使瞄准装置的光点瞄向光轴和视轴所在平面上距预设瞄准点上方h1/cosθ处，其中θ为天线辐射主轴与水平面的夹角。
远距离瞄准时，理论上需使瞄准装置的十字分化交叉点瞄向光轴和视轴所在平面上距预设瞄准点上方h2/cosθ处，但由于通常h2较小，对远距离瞄准角度影响较小，在瞄准精度允许的情况下，可直接使瞄准装置的十字分化交叉点瞄向预设瞄准点。
方位调整是通过以下步骤进行调整的：
在不满足几何近似条件L>>h2时，调整瞄准装置的光点瞄向光轴和视轴所在平面上距预设瞄准点h1处；
在满足几何近似条件L>>h2时，直接使瞄准装置的十字分化交叉点瞄向预设瞄准点；
俯仰调整是通过以下步骤进行调整的：
在不满足几何近似条件L>>h2时，调整瞄准装置的光点瞄向光轴和视轴所在平面上距预设瞄准点上方h1/cosθ处；
在满足几何近似条件L>>h2时，直接使瞄准装置的十字分化交叉点瞄向预设瞄准点；
其中，hl、h2分别为激光指示器3和光学瞄准镜4距瞄准基座底面的距离，且h2＞h1，L为波导天线与预设瞄准点的距离，θ为波导天线辐射主轴与水平面的夹角。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种波导天线的快速瞄准装置，其特征在于：包括瞄准基座(1)、角度指示装置(2)和瞄准点指示装置，
所述的瞄准基座(1)为倒T型结构，其包括底座(11)和与底座(11)垂直连接的安装轴(12)，所述的底座(11)上表面为平面，底座(11)下表面凹设卡槽(13)，所述卡槽(13)形状与波导天线上部的形状相匹配，卡槽(13)与波导天线卡扣连接；
所述的角度指示装置(2)固定在底座(11)的上表面；
所述的瞄准点指示装置包括激光指示器(3)和光学瞄准镜(4)；激光指示器(3)设置在安装轴(12)上端，光学瞄准镜(4)设置在激光指示器(3)正上方，激光指示器(3)设有光轴调节装置，光学瞄准镜(4)设有视轴调节装置。
2.根据权利要求1所述的波导天线的快速瞄准装置，其特征在于：所述的安装轴(12)设置在底座(11)的中心线上，激光指示器(3)和光学瞄准镜(4)设置在安装轴(12)的轴线上。
3.根据权利要求2所述的波导天线的快速瞄准装置，其特征在于：激光指示器(3)的光轴和光学瞄准镜(4)的视轴相互平行，且处在同一平面上。
4.根据权利要求1所述的波导天线的快速瞄准装置，其特征在于：所述的波导天线为矩形波导天线或圆波导天线。
5.根据权利要求1所述的波导天线的快速瞄准装置，其特征在于：激光指示器(3)通过定位和紧固装置与安装轴(12)连接。
6.根据权利要求1所述的波导天线的快速瞄准装置，其特征在于：所述的光学瞄准镜(4)通过夹具(5)与激光指示器(3)连接。
7.根据权利要求1所述的波导天线的快速瞄准装置，其特征在于：所述的角度指示装置(2)为倾角仪、双轴水平仪或T型水平仪。
8.一种如权利要求1所述的波导天线的快速瞄准装置的瞄准方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)确定始终与波导天线辐射主轴/主平面重合或平行的物理轴/物理平面；
2)利用角度指示装置(2)给出步骤1)中物理轴/物理平面的极化方向和相对于预设瞄准目标的调整角度；
3)依据步骤2)中角度指示装置(2)指示的调整角度，不断调整波导天线极化方向，缩小调整角度，直到满足测量需求；
4)利用瞄准点指示装置给出与步骤1)中物理轴/物理平面平行或重合的光轴和视轴，确定可视化的瞄准点；
5)依据步骤4)中的可视化的瞄准点，不断调整波导天线瞄准方向，直到满足测量需求；
6)当步骤3)和步骤5)同时满足测量需求时，即实现了波导天线的瞄准。
9.根据权利要求8所述的波导天线的快速瞄准装置的瞄准方法，其特征在于：步骤5)中不断调整波导天线瞄准方向包括方位调整和俯仰调整；
所述方位调整是通过以下步骤进行调整的：
在不满足几何近似条件L>>h2时，调整瞄准装置的光点瞄向光轴和视轴所在平面上距预设瞄准点h1处；
在满足几何近似条件L>>h2时，直接使瞄准装置的十字分化交叉点瞄向预设瞄准点；
所述俯仰调整是通过以下步骤进行调整的：
在不满足几何近似条件L>>h2时，调整瞄准装置的光点瞄向光轴和视轴所在平面上距预设瞄准点上方h1/cosθ处；
在满足几何近似条件L>>h2时，直接使瞄准装置的十字分化交叉点瞄向预设瞄准点；
其中，hl、h2分别为激光指示器3和光学瞄准镜4距瞄准基座底面的距离，且h2＞h1，L为波导天线与预设瞄准点的距离，θ为波导天线辐射主轴与水平面的夹角。
10.根据权利要求8或9所述的波导天线的快速瞄准装置的瞄准方法，其特征在于：进行步骤1)之前还包括对波导天线的快速瞄准装置的校准步骤，所述校准步骤包括以下步骤：
用全站仪进行校准，先测出波导天线的瞄准轴；通过测量瞄准装置不同位置处的光点坐标，进行光轴调整，使光轴在波导天线瞄准轴正上方且相互平行；调整光学瞄准镜4的视轴与所述的光轴平行。
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Effective date of registration: 20211126 Address after: 471000 sub box F11, PO Box 086, Luoyang City, Henan Province Patentee after: Chinese People's Liberation Army 63660 Address before: Box 13, box 69, Xi'an City, Shaanxi Province Patentee before: UNIT 63655 OF PLA |
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