CN107478210B - 一种环形可展开天线的场地校准方法 - Google Patents

一种环形可展开天线的场地校准方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种环形可展开天线的场地校准方法，该方法主要通过激光跟踪测试系统和工业摄影测量系统相结合的方式完成环形可展开天线电测场地校准，属于天线机械测量技术领域。本发明的方法是针对大型网状环形可展开天线场地校准,有效解决了大口径天线场地校准困难、效率低下问题。本发明采用激光跟踪测量和摄影测量进行场地校准，两种测量均为单机测量，不像经纬仪系统，无需联机使用，可大大缩短测量系统准备时间，提高天线场地校准效率。

Description

一种环形可展开天线的场地校准方法
技术领域
本发明涉及一种环形可展开天线的场地校准方法，该方法主要通过激光跟踪测试系统和工业摄影测量系统相结合的方式完成环形可展开天线电测场地校准，属于天线机械测量技术领域。
背景技术
卫星天线是卫星的重要组成部分，天线性能的好坏将直接影响整个卫星的性能指标，天线的电性能指标是评价一副天线性能好坏的主要参数，是定量表征天线性能、功能的物理量，是选择和设计天线的重要依据。卫星天线的主要电性能参数有方向图、增益，输入阻抗、驻波比、极化等。卫星天线电性能参数作为星载天线的关键技术指标，通过地面测试试验对其进行验证是提前预判卫星天线性能好坏的一项重要手段。
以往针对小口径天线(口径不大于6m)是采用双经纬仪系统进行天线电测场地校准。随着卫星天线朝着大口径、可展开、高精度等方向的发展，如在轨运行的天通一号中所用的天线为大型网状大口径可展开天线，对于大口径天线(口径不小于10m)仍沿用经纬仪系统对天线进行场地校准精度低、效率低。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种环形可展开天线的场地校准方法，该方法能够提高环形可展开天线在水平场地的校准测量精度和效率，基于天线电测场地环境特点及环形可展开天线反射器的校准需求，采用激光跟踪测试系统及摄影测量系统对天线进行场地校准，使得天线校准数据满足要求。
本发明的技术解决方案是：
一种环形可展开天线的场地校准方法，所述的环形可展开天线的口径D不小于10m，该方法的步骤包括：
(1)建立边长不小于D的电测场地，并将待测试的环形可展开天线放置到该电测场地中；
(2)对步骤(1)中所建立的电测场地中的扫描架坐标系进行标定；
(3)对步骤(2)中标定后的扫描架坐标系进行恢复；
(4)在测量坐标系下，对环形可展开天线的特征点进行测量，得到特征点的实测坐标，通过已知的特征点的理论坐标和特征点的实测坐标，使用公共点转换的方法得到环形可展开天线坐标系；
(5)对步骤(4)建立的环形可展开天线坐标系和步骤(3)得到的恢复后的扫描架坐标系进行比对，根据比对结果调整环形可展开天线的位置，直至环形可展开天线的位置满足场地校准要求。
所述的步骤(1)中，建立的电测场地中带有扫描架，扫描架上带有喇叭天线，该喇叭天线用于对待测试的环形可展开天线进行测试；
所述的步骤(2)中，对扫描架坐标系进行标定的方法为：i，在扫描架的扫描头上固定安装激光跟踪仪中带有的测量靶球，使扫描架喇叭天线运动至三个不同位置，使用激光跟踪仪测量扫描架喇叭天线所处的三个不同位置时测量靶球的三个位置坐标，根据三个测量靶球的位置坐标建立扫描架的坐标系；ii，在待测试的环形可展开天线周围均匀粘贴不少于10处的摄影靶标，使用激光跟踪仪对所粘贴的摄影靶标进行测量，并在扫描架坐标系下输出摄影靶标的坐标值A，摄影靶标的坐标值A代表扫描架坐标系，即完成了扫描架坐标系的标定；
使用三个测量靶球的位置建立扫描架的坐标系的方法为：设三个测量靶球的位置分别为：1，2，3，从1到2为X轴，2到3为Y轴，右手准则建立z轴；
所述步骤(3)中，扫描架坐标系的恢复，具体方法为：使用摄影测量系统对摄影靶标进行测量，得到摄影靶标的坐标值B，对坐标值A和坐标值B通过公共点转换方法恢复扫描架坐标系；此处可以认为坐标值A为摄影靶标在扫描架坐标系下的理论坐标，坐标值B为摄影靶标在测量坐标系下的实测坐标；
所述的步骤(4)中，建立环形可展开天线坐标系的方法为：使用摄影测量系统对环形可展开天线上的特征点进行测量，得到特征点在测量坐标系下的实测坐标值C，根据特征点的实测坐标值C和已知的特征点的理论坐标值D 通过公共点转换方法建立环形可展开天线坐标系；然后将所建立的环形可展开天线坐标系与步骤(3)中所恢复的扫描架坐标系进行比对，根据比对结果，校准调整环形可展开天线位置，直到天线满足场地校准要求；
所述的环形可展开天线坐标系与所恢复的扫描架坐标系进行比对的具体方法为：比较两坐标系的转角，一般两坐标系的转角误差不大于0.03°。
有益效果
(1)本发明的方法是针对大型网状环形可展开天线场地校准，有效解决了大口径天线场地校准困难、效率低下问题；本发明采用激光跟踪测量和摄影测量进行场地校准，两种测量均为单机测量，不像经纬仪系统，无需联机使用，可大大缩短测量系统准备时间，提高天线场地校准效率；
(2)本发明的方法在大型网状环形可展开天线的地校准过程中，场地校准精度可达0.004°，远远大于一般天线场地校准0.03°的通用指标要求，场地校准精度高。
(3)本发明的方法是针对大口径天线场地校准提出的，可有效指导后续大口径天线场地校准。
附图说明
图1为本发明大型网状可展开天线场地校准示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例
建立电测场地，电测场地尺寸20米(X轴)×20米(Y轴)，高度21米，即探头(Z轴)距离地面的最低高度为21米。
本实施例中，为了提高大口径天线场地校准测量精度和效率，基于天线电测场地环境及天线口径大的特点，采用激光跟踪测试系统及摄影测量系统对天线进行场地校准，本实施例针对天通一号大口径环形可展开天线进行场地校准，具体从以下几个方面开展工作：
(1)大口径环形可展开天线就位
按照大口径环形可展开天线场地校准要求将环形可展开天线放置于天线电测场地指定位置待测。
(2)场地扫描架坐标系标定
对大口径环形可展开天线进行场地校准前，首先对场地扫描架坐标系进行标定，场地扫描架坐标系具体标定步骤按照如下进行：
i.大口径环形可展开天线场地校准之前首先对电测场地扫描架进行零位重置操作，重置完成后扫描喇叭天线返回到初始位置；
ii.采用激光跟踪仪标定扫描架坐标系为接触式测量，测量仪器距喇叭天线距离较远，考虑到激光跟踪测量的方便性，采用1.5英寸激光跟踪测量靶球配合测量。扫描架喇叭天线初始位置处于电测场地东南角，距离地面高度21米，为保证激光跟踪仪有较好的俯仰角度并满足测试范围，激光跟踪仪需架设在地面西北角位置，测试直线距离30m；
iii.首先在扫描架喇叭天线上缠绕两层3M胶带，使用502胶将激光跟踪仪 1.5英寸测量靶球基座粘贴固定在扫描架喇叭天线粘贴的3M胶带上，待测量靶球基座固化后，将激光跟踪仪1.5英寸测量靶球吸附在所粘靶球基座上。
iv.待激光跟踪仪1.5英寸测量靶球吸附固定完毕后，操作扫描架喇叭天线运动三个位置1、2、3，扫描架喇叭天线运动到位置处1，稳定后使用激光跟踪仪测量第1点位置坐标X，后操作扫描架喇叭天线水平运动2m停止，到达扫描架喇叭天线位置2，稳定后测量第2点位置坐标O，再操作扫描架喇叭天线在水平面垂直于第二次运动方向移动2m后停止，到达扫描架喇叭天线位置 3，稳定后测量第3点位置坐标Y。
v.以坐标值O点、坐标值X点及坐标值Y点三点坐标建立扫描架坐标系，设坐标值O点为扫描架坐标系原点，坐标点O指向坐标点X为扫描架坐标系 +X轴，坐标点O指向坐标点Y为扫描架坐标系+Y轴，使用右手准则建立扫描坐标系Z轴，即完成扫描架坐标系的建立。
vi.在待测的大口径环形可展开天线周围均匀粘贴布置不少于10处的 6mm摄影靶标点，使用激光跟踪仪对所粘贴的摄影靶标进行测量，输出摄影靶标点在步骤v所建立的扫描架坐标系下的摄影靶标的坐标值A，摄影靶标的坐标值A即代表扫描架坐标系，可作为后续扫描架坐标系恢复的摄影靶标理论值，即完成了扫描架坐标系的标定；
vii.采用激光跟踪仪对扫描架坐标系进行标定，其对扫描架喇叭天线测量点空间位置测量精度达到0.15mm，由此产生的扫描架坐标系角度标定误差为 0.004°。
(3)扫描架坐标系的恢复
对大口径环形可展开天线进行场地校准测试时，需要对标定好的场地扫描架坐标系进行恢复，使用摄影测量系统对不少于10处的6mm摄影靶标点进行测量，得到摄影靶标的测量坐标值B，对坐标值A和坐标值B通过公共点转换方法恢复扫描架坐标系，此处坐标值A为摄影靶标在扫描架坐标系下的理论坐标值，坐标值B为摄影靶标在测量坐标系下的实测坐标值；进行扫描架坐标系恢复时，摄影测量系统对地面不少于10处的6mm摄影靶标点测试误差0.047mm，对于大口径的环形可展开天线，其引起的扫描架坐标系恢复角度误差为0.0002°。
(4)天线坐标系的建立
使用摄影测量系统对大口径环形可展开天线上的特征点进行测量，得到特征点在测量坐标系下的实测坐标值C，根据特征点的实测坐标值C和已知的特征点的理论坐标值D通过公共点转换方法建立大口径环形可展开天线坐标系；摄影测量系统对天线特征点进行测量时，被测天线特征点的空间位置测量误差为0.03mm，其引起的天线坐标系建立角度误差为0.0001°。
(5)天线场地校准
将步骤(4)中建立的环形可展开天线坐标系与步骤(3)中所恢复的扫描架坐标系进行比对，计算环形可展开天线坐标系与扫描架坐标系两坐标系之间的转角误差RX，RY，RZ，若两坐标系转角误差大于天线场地校准小于0.03 °的一般通用天线场地校准最小误差要求，调整大口径环形可展开天线位置，直到天线坐标系与扫描架坐标系之间转角误差小于0.03°，满足天线场地校准最小误差要求，综合步骤(2)～(4)测试系统场地校准误差，测量点位置校准精度能够达到0.16mm，对于天通一号大口径环形可展开天线，天线场地校准角度精度可达到0.004°。

Claims (7)

1.一种环形可展开天线的场地校准方法，其特征在于该方法的步骤包括：
(1)建立电测场地，并将待测试的环形可展开天线放置到该电测场地中；
(2)对步骤(1)中所建立的电测场地中的扫描架坐标系进行标定；
(3)对步骤(2)中标定后的扫描架坐标系进行恢复；
(4)在测量坐标系下，对环形可展开天线的特征点进行测量，得到特征点的实测坐标，通过已知的特征点的理论坐标和特征点的实测坐标，使用公共点转换的方法得到环形可展开天线坐标系；
(5)对步骤(4)建立的环形可展开天线坐标系和步骤(3)得到的恢复后的扫描架坐标系进行比对，根据比对结果调整环形可展开天线的位置，直至环形可展开天线的位置满足场地校准要求；
所述的步骤(2)中，对扫描架坐标系进行标定的方法为：i，在扫描架的扫描头上固定安装激光跟踪仪中带有的测量靶球，使扫描架喇叭天线运动至三个不同位置，使用激光跟踪仪测量扫描架喇叭天线所处三个不同位置时测量靶球的三个位置坐标，根据三个测量靶球的位置坐标建立扫描架的坐标系；ii，在待测试的环形可展开天线周围均匀粘贴不少于10处的摄影靶标，使用激光跟踪仪对所粘贴的摄影靶标进行测量，并在扫描架坐标系下输出摄影靶标的坐标值A，摄影靶标的坐标值A代表扫描架坐标系，即完成了扫描架坐标系的标定；
所述步骤(3)中，扫描架坐标系的恢复，具体方法为：使用摄影测量系统对摄影靶标进行测量，得到摄影靶标的坐标值B，对坐标值A和坐标值B通过公共点转换方法恢复扫描架坐标系。
2.根据权利要求1所述的一种环形可展开天线的场地校准方法，其特征在于：所述的环形可展开天线的口径D不小于10m。
3.根据权利要求1所述的一种环形可展开天线的场地校准方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，建立的电测场地中带有扫描架，扫描架上带有喇叭天线，该喇叭天线用于对待测试的环形可展开天线进行测试。
4.根据权利要求1所述的一种环形可展开天线的场地校准方法，其特征在于：使用三个测量靶球的位置建立扫描架的坐标系的方法为：设三个测量靶球的位置分别为：1，2，3，从1到2为X轴，2到3为Y轴，右手准则建立z轴。
5.根据权利要求1所述的一种环形可展开天线的场地校准方法，其特征在于：所述的步骤(4)中，建立环形可展开天线坐标系的方法为：使用摄影测量系统对环形可展开天线上的特征点进行测量，得到特征点在测量坐标系下的实测坐标值C，根据特征点的实测坐标值C和已知的特征点的理论坐标值D通过公共点转换方法建立环形可展开天线坐标系；然后将所建立的环形可展开天线坐标系与步骤(3)中所恢复的扫描架坐标系进行比对，根据比对结果，校准调整环形可展开天线位置，直到天线满足场地校准要求。
6.根据权利要求5所述的一种环形可展开天线的场地校准方法，其特征在于：所述的环形可展开天线坐标系与所恢复的扫描架坐标系进行比对的具体方法为：比较两坐标系的转角。
7.根据权利要求6所述的一种环形可展开天线的场地校准方法，其特征在于：两坐标系的转角误差不大于0.03°。
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