CN107121124B - 一种星载天线机械指向精度快速测量方法 - Google Patents

一种星载天线机械指向精度快速测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明是关于星载天线机械指向精度的测量方法，该方法利用相机拍摄天线阵面从而快速获得反光标志点坐标，通过公共标志点转换至经纬仪测量系统坐标系下并拟合天线阵面法线，利用经纬仪准直测量卫星基准棱镜，互瞄获得经纬仪之间的角度关系，最终计算得到天线阵面法线与卫星坐标系的机械指向精度，满足大尺寸天线机械指向精度快速测量的要求。本发明的星载天线机械指向精度的测量方法，能够广泛适用于天线机械指向精度的测量，特别是大尺寸天线机械指向精度快速测量。

Description

一种星载天线机械指向精度快速测量方法
技术领域
本发明是关于星载天线机械指向精度的测量方法，能够广泛适用于天线机械指向精度的测量，特别是大尺寸天线机械指向精度快速测量。
背景技术
天线机械指向精度指的是天线阵面的法线(机械轴)与卫星坐标系俯仰、偏航方向的夹角，主要为入轨后调整卫星姿态提供参考数据，提高天线工作效率。
目前，国内采用经纬仪或激光雷达测量天线阵面后，与测量卫星坐标系的经纬仪测量系统建立联系，从而获得天线阵面的法线与卫星坐标系的机械指向精度。但是，经纬仪采用人工瞄准，采集效率较低，而激光雷达需要逐点测量天线阵面标志点，对于大尺寸天线，为了获取足够精度，用于拟合天线阵面的标志点多，测量效率较低，测量时间长。
发明内容
本发明克服了现有技术中的大尺寸天线指向精度测量效率低的问题，提供了一种快速测量天线机械指向精度的方法。为了克服现有方法逐点测量天线阵面标志点效率低的问题，本发明提出利用相机拍摄天线阵面，在一张像片上瞬间完成数十至数百点的测量，通过公共标志点转换至经纬仪测量系统坐标系下并拟合天线阵面法线，再利用经纬仪准直卫星基准棱镜，互瞄获得经纬仪之间的角度关系，最终计算得到天线阵面法线与卫星坐标系的机械指向精度。
本发明的技术方案是：提供了一种星载天线机械指向精度快速测量方法，包括以下步骤：
1.在天线阵面粘贴若干反光标志点、反光编码点及公共标志点。
2.展开天线，在测量区域架设长度基准尺，用相机在天线阵面前拍摄若干张不同位置和方向的像片，拍摄位置均布在天线阵面周围。
3.利用图像处理软件对反光标志点和公共标志点图像特征提取和中心定位，对像点匹配和拼接，通过光束平差法计算反光标志点和公共标志点在相机测量坐标系下的三维点坐标。
4.架设2台经纬仪建站并测量公共标志点，获得公共标志点在经纬仪测量坐标系下的三维点坐标。
5.通过公共标志点转换，获得反光标志点在经纬仪测量坐标系下的三维点坐标，以最小二乘法拟合计算天线阵面的法线，获取法线方向与经纬仪测量坐标系的夹角。
6.1台经纬仪准直测量卫星基准棱镜，获得卫星基准棱镜与水平面的夹角，三台经纬仪互瞄，获得方位角，最终计算获得天线阵面法线与卫星坐标系的机械指向精度。
进一步，步骤1.所述的反光标志点粘贴位置能反应天线型面特征，所述的反光编码点均布在标志点中间并不少于4个，所述的公共标志点不少于3个并且分散在天线阵面上。
与现有技术相比，本发明具有这样的有益效果，即利用相机拍摄天线阵面快速获得标志点的三维点坐标，通过公共标志点转换至经纬仪测量系统坐标系下，从而实现天线机械指向精度的快速测量。
附图说明
图1是天线阵面标志点、编码点及公共标志点布局示意图；
图2是3台经纬仪布局示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步描述：图中：卫星1，天线阵面2，卫星基准棱镜3，反光标志点4，反光编码点5，公共标志点6，相机7，长度基准尺8，经纬仪9，经纬仪10，经纬仪11。
如图1是在天线阵面2上粘贴反光标志点4、反光编码点5及公共标志点6，反光标志点4的数量是75个并均匀分布，反光编码点5作为拼接图像的标志点，在反光标志点4之间均匀分布，公共标志点6的数量是12个上并分散在天线阵面上。
展开天线，在测量区域架设长度基准尺8，架设长度基准尺8的长度≧1米并与被测天线阵面保持相对静止，用相机7在天线阵面前拍摄若干张不同位置和方向像片(至少2张以上)，拍摄位置均布在天线阵面周围。
利用图像处理软件对反光标志点4和公共标志点6的图像特征提取和中心定位，对像点匹配和拼接，通过光束平差法计算反光标志点4和公共标志点6在相机测量坐标系下的三维点坐标。
如图2中架设经纬仪9和经纬仪10建站并对公共标志点6进行测量，获得公共标志点6在经纬仪测量坐标系下的三维点坐标。经纬仪9和经纬仪10建站精度≦0.05mm
所述经纬仪测量坐标系定义如下：经纬仪9对经纬仪10的互瞄方向在水平面内的投影为X轴，铅垂面内的投影为Z轴，以右手定则确定Y轴。
通过公共标志点6转换，获得反光标志点4在经纬仪测量坐标系下的三维点坐标，以最小二乘法拟合计算天线阵面2的法线，获取法线方向绕经纬仪测量坐标系X轴旋转角ε1与绕Y轴旋转角ε2。
经纬仪11准直测量卫星基准棱镜3，获得经纬仪俯仰角读数β，经纬仪9与经纬仪10互瞄，再用经纬仪9与经纬仪11互瞄，获得方位角α1和α2，最终通过公式(1)和(2)计算得到天线阵面法线与卫星坐标系俯仰、偏航方向夹角。
所述的公式(1)和(2)如下：
θ俯仰＝ε1+β-180 (1)
θ方位＝α2-α1-90+ε2 (2)
本发明利用相机拍摄天线阵面快速获得标志点三维坐标，通过公共标志点转换至经纬仪测量系统坐标系下，解决了现有方法测量大尺寸天线阵面效率低的问题，满足天线机械指向精度快速测量的要求。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了说明，但这些说明不能被理解为限制了本发明的范围，本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本发明权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种星载天线机械指向精度快速测量方法，其特征是，包括以下步骤：
1）在天线阵面粘贴若干反光标志点、反光编码点及公共标志点；所述反光编码点作为拼接图像的标志点，在反光标志点之间均匀分布；
2）展开天线，在测量区域架设长度基准尺，用相机在天线阵面前拍摄若干张不同位置和方向的像片；
3）利用图像处理软件对反光标志点和公共标志点图像特征提取和中心定位，对像点匹配和拼接，通过光束平差法计算反光标志点和公共标志点在相机测量坐标系下的三维点坐标；
4）架设2 台经纬仪建站并测量公共标志点，获得公共标志点在经纬仪测量坐标系下的三维点坐标；
5）通过公共标志点转换，获得反光标志点在经纬仪测量坐标系下的三维点坐标，以最小二乘法拟合计算天线阵面的法线，获取法线方向与经纬仪测量坐标系的夹角；
6）1 台经纬仪准直测量卫星基准棱镜，获得卫星基准棱镜与水平面的夹角；三台经纬仪互瞄，获得方位角，最终通过计算获得天线阵面的法线与卫星坐标系的机械指向精度。
2.根据权利要求1 所述的一种星载天线机械指向精度快速测量方法，其特征是，所述的反光标志点布置的位置可反映天线型面特征。
3.根据权利要求1 所述的一种星载天线机械指向精度快速测量方法，其特征是，所述的反光编码点的数量≧4 个。
4.根据权利要求1 所述的一种星载天线机械指向精度快速测量方法，其特征是，所述的公共标志点能被相机和经纬仪共同识别，并且数量≧3 个。
5.根据权利要求1 所述的一种星载天线机械指向精度快速测量方法，其特征是，架设长度基准尺的长度≧1 米并与被测天线阵面保持相对静止。
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