CN111180896B - 一种球面射电望远镜反射面测量数据处理系统和方法 - Google Patents
一种球面射电望远镜反射面测量数据处理系统和方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111180896B CN111180896B CN202010064663.5A CN202010064663A CN111180896B CN 111180896 B CN111180896 B CN 111180896B CN 202010064663 A CN202010064663 A CN 202010064663A CN 111180896 B CN111180896 B CN 111180896B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- network node
- cable network
- difference
- differential
- point
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000012545 processing Methods 0.000 title claims abstract description 69
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims abstract description 119
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 76
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 34
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 12
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 9
- 238000004441 surface measurement Methods 0.000 description 6
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 208000014733 refractive error Diseases 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
- H01Q15/14—Reflecting surfaces; Equivalent structures
- H01Q15/16—Reflecting surfaces; Equivalent structures curved in two dimensions, e.g. paraboloidal
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C15/00—Surveying instruments or accessories not provided for in groups G01C1/00 - G01C13/00
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
本发明公开了一种球面射电望远镜反射面测量数据处理系统和方法，该系统包括：气象改正模块，用于对所测量的支撑所述反射面的索网的初始索网节点位置进行气象改正，得到第一索网节点位置；差分处理模块，用于对所述第一索网节点位置进行差分处理，得到第二索网节点位置；以及位置转换模块，用于计算索网节点精确控制位置，并对所述第二索网节点位置与所述索网节点精确控制位置进行位置转换。本发明通过气象改正、差分处理、位置转换相结合的方式对反射面节点处靶标的测量数据进行处理，最终得到索网节点精确控制位置，本发明提供的数据处理技术大大提高了测量数据的准确性，同时为反射面的变形控制提供了依据。
Description
技术领域
本发明涉及球面射电望远镜反射面测量数据处理技术，特别地，涉及一种球面射电望远镜反射面测量数据处理系统和方法。
背景技术
FAST(Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope，500米口径球面射电望远镜)主动反射面的索网结构巨大，受力情况复杂，在驱动电机拉动索网节点时其不严格沿径向运动，会有切向横移，这使得仅通过驱动电机调整量判断节点位置并不准确，而且承受巨大拉力的下拉索的弹性变形也难以准确估计。FAST在实际测量中，在索网节点处安装靶标，通过对靶标进行实时测量以保证反射面的面型精度，但由于反射面节点存在测点众多、分布广及测量环境复杂等特点，因此为保证测量精度，必须对测量点进行精确规划及对测量数据进行有效处理，以保障测量数据的准确性。
FAST望远镜主体由四大工艺系统构成，分别是主动反射面系统、馈源支撑系统、接收机与终端系统、测量与控制系统。主动反射面如同一口直径500米的大锅，可以汇聚天体辐射的电波信号，由接收机设备接收并记录信号。图1是本发明现有技术提供的FAST主动反射面索网结构示意图，如图1所示，主动反射面系统由四周支撑的圈梁101、主体结构的主索102、连接地面调节面型的下拉索103以及索网上铺设的面板(图1中未示出)构成。交叉连接的钢索段形成整体索网，索网网格为尺度11米的三角形，2225个交叉连接处为索网节点，每个节点连接6根索网主索，节点下端安装下拉索和驱动机构，驱动机构由驱动电机和可伸缩的促动器组成。在驱动机构的拉动下，下拉索使整体索网在预应力作用下形成初始球面；观测时，控制下拉索的长度和张力，使反射面在有效照明口径内形成瞬时抛物面，通过结构设计来保证整体张拉和观测过程中柔索不松不断。
FAST反射面由数千块单元面板组成，以钢索网为支撑，通过控制钢索网节点实现索网变形。望远镜观测时，根据天文规划与节点测量反馈信息等来计算节点调整量并下发给促动器进行本地控制，通过促动器调整节点位置，以实现反射面的主动变形，形成口径约300米的瞬时抛物面。
FAST反射面的精密测量，是实现FAST望远镜观测良好性能的关键，也是技术难点和瓶颈。对FAST反射面的测量，主要是实现对索网节点的精确测量和标定以保证望远镜的运行精度，其主要的重点难点为测量精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种球面射电望远镜反射面测量数据处理系统和方法，用以解决对索网节点的精确测量问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种球面射电望远镜反射面测量数据处理系统，该系统包括：气象改正模块，用于对所测量的支撑所述反射面的索网的初始索网节点位置进行气象改正，得到第一索网节点位置；差分处理模块，用于对所述第一索网节点位置进行差分处理，得到第二索网节点位置；以及位置转换模块，用于计算索网节点精确控制位置，并对所述第二索网节点位置与所述索网节点精确控制位置进行位置转换。
优选地，该系统还包括：气象采集设备，用于检测所述反射面所处环境的气象参数；所述气象改正模块还用于根据所述气象参数来对所述初始索网节点位置进行气象改正，得到所述第一索网节点位置。
优选地，所述气象采集设备包括：多个温度检测装置，安装在所述反射面内部的基墩上，用于分别检测环境的温度，得到多个温度参数；以及多个气压检测装置，安装在所述反射面内部的基墩上，用于分别检测环境的气压，得到多个气压参数；所述气象改正模块还用于利用所述多个温度检测装置中的每一个温度检测装置所处的位置和对应的温度参数进行插值，得到每一个索网节点的温度参数，并且利用所述多个气压检测装置中的每一个气压检测装置所处的位置和对应的气压参数进行插值，得到每一个索网节点的气压参数；其中，所述气象参数包括每一个索网节点的温度参数和每一个索网节点的气压参数。
优选地，该系统还包括：差分测量模块，用于测量差分点的位置，所述差分点设置在所述反射面内部的基墩上；所述差分处理模块还用于根据在不同时刻测量的所述差分点的位置和当前时刻测量的所述差分点的位置得到差分改正系数，并利用所述差分改正系数对所述第一索网节点位置进行差分处理，得到所述第二索网节点位置。
优选地，该系统还包括：差分测量模块，用于测量多个差分点的位置，所述多个差分点设置在所述反射面内部的基墩上；所述差分处理模块还用于根据所述多个差分点的位置分别计算得到多个中间改正系数，对所述多个中间改正系数进行加权求和，得到所述差分改正系数，并利用所述差分改正系数对所述第一索网节点位置进行差分处理，得到所述第二索网节点位置；其中，所述多个中间改正系数中的第一中间改正系数根据在不同时刻测量的第一差分点的位置和当前时刻测量的第一差分点的位置计算得到。
优选地，所述多个差分点所在的平面根据与所述反射面中心的距离被划分为三个差分圈；所述差分处理模块还用于：选择与测量点位于同一差分圈且距离最近的两个差分点分别作为第一差分点和第二差分点，并对根据所述第一差分点和所述第二差分点计算得到的第一中间改正系数和第二中间改正系数赋予第一权重；选择与测量点位于相邻差分圈且水平夹角最小或距离最近的差分点作为第三差分点，并对根据所述第三差分点计算得到的第三中间改正系数赋予第二权重；对所述第一中间改正系数、所述第二中间改正系数和所述第三中间改正系数进行加权求和，得到所述差分改正系数。
优选地，所述位置转换模块还用于根据所述第二索网节点位置、测量点与所述反射面的控制点位置之间的转换关系和索网节点所在节点盘的法线方向，计算得到所述索网节点精确控制位置。
相应地，本发明还提供了一种球面射电望远镜反射面测量数据处理方法，该方法包括：对所测量的支撑所述反射面的索网的初始索网节点位置进行气象改正，得到第一索网节点位置；对所述第一索网节点位置进行差分处理，得到第二索网节点位置；以及计算索网节点精确控制位置，并对所述第二索网节点位置与所述索网节点精确控制位置进行位置转换。
优选地，该方法还包括：检测所述反射面所处环境的气象参数；以及根据所述气象参数来对所述初始索网节点位置进行气象改正，得到所述第一索网节点位置。
优选地，该方法还包括：测量差分点的位置，所述差分点设置在所述反射面内部的基墩上；以及根据在不同时刻测量的差分点的位置和当前时刻测量的差分点的位置得到差分改正系数，并利用所述差分改正系数对所述第一索网节点位置进行差分处理，得到所述第二索网节点位置。
优选地，该方法还包括：测量多个差分点的位置，所述多个差分点设置在所述反射面内部的基墩上；以及根据所述多个差分点的位置分别计算得到多个中间改正系数，对所述多个中间改正系数进行加权求和，得到所述差分改正系数，并利用所述差分改正系数对所述第一索网节点位置进行差分处理，得到所述第二索网节点位置；其中，所述多个中间改正系数中的第一中间改正系数根据在不同时刻测量的第一差分点的位置和当前时刻测量的第一差分点的位置计算得到。
优选地，该方法还包括：根据所述第二索网节点位置、测量点与所述反射面的控制点位置之间的转换关系和索网节点所在节点盘的法线方向，计算得到所述索网节点精确控制位置。
本发明通过气象改正、差分处理、位置转换相结合的方式对反射面节点处靶标的测量数据进行处理，最终得到索网节点精确控制位置，本发明提供的数据处理技术大大提高了测量数据的准确性，同时为反射面的变形控制提供了依据。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1是本发明现有技术提供的FAST索网结构示意图。
图2是本发明提供的球面射电望远镜反射面测量数据处理系统的框图。
图3是本发明提供的气象站分布示意图。
图4是本发明提供的差分区的示意图。
图5是本发明提供的测量点与控制点的位置转换关系示意图。
图6是本发明提供的靶标安装结构示意图。
图7是本发明提供的球面射电望远镜反射面测量数据处理方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明的范围。
在详细阐述本发明之前，首先介绍一下本发明的应用背景，以便于更加容易地理解本发明，而不是为了限制本发明。
对支撑反射面的索网的索网节点的测量一般是采用全站仪进行，全站仪安装在测量基墩上，靶标安装在索网节点处，与全站仪配合使用，全站仪是固定安装在测量基墩上的，相对于反射面来说是静态的，全站仪通过测量靶标的位置(一般为靶标中心)来确定索网节点的位置，一般来说，一个全站仪对应多个靶标，即可以通过一个全站仪测量多个靶标的位置。
图2是本发明提供的球面射电望远镜反射面测量数据处理系统的框图，如图2所示，该系统包括气象改正模块201、差分处理模块202和位置转换模块203。
气象改正模块201用于对所测量的支撑反射面的索网的初始索网节点位置进行气象改正，得到第一索网节点位置。在全站仪对靶标的远距离测量过程中，由于外界气象变化和地表植被覆盖等环境差异，使得全站仪在观测路径中所对应的大气密度并不完全一致，即，大气折射率会存在差异，从而影响测距精度，另一方面，空气密度的变化会引起垂直折光和水平折光的不良影响。从而对全站仪的角度测量造成误差。目前在全站仪测距过程对检测到的靶标位置的计算中采用的使默认的气象参数，误差较大，气象改正模块201即是对该默认的气象参数进行更新，以减小测量误差。本发明中将最初测量的索网节点的位置称为初始索网节点位置，将对初始索网节点位置进行气象改正后的数据称为第一索网节点位置。
差分处理模块202用于对第一索网节点位置进行差分处理，得到第二索网节点位置。在反射面节点测量过程中，全站仪与靶标的最远距离可达约280米，在如此远的测量距离下大气扰动可能会对测量精度产生很大影响。为保证测量精度，在反射面分布的测量基墩上设置差分点，差分处理模块202通过差分处理来减弱大气扰动、系统误差对测量精度产生的影响。本发明中将对第一索网节点位置进行差分处理后的数据称为第二索网节点位置。
位置转换模块203用于对第二索网节点位置与反射面的控制点位置进行位置转换，从而得到索网节点精确控制位置。全站仪测量的靶标安装在反射面节点上方，靶标中心点为测量点，下拉索(在图1中示出)对索网节点的实际控制点为下拉索与节点盘的安装曲轴中心点，位置转换模块203是将测量点(本实施例中实际上为第二索网节点位置)坐标转换到控制点坐标来减小误差，位置转换模块203就是对第二索网节点位置与控制点位置进行位置转换，本发明中将进行位置转换后的位置数据称为索网节点精确控制位置。
本发明提供的射电望远镜反射面测量数据处理系统还包括气象采集设备204，用于检测反射面所处环境的气象参数；气象改正模块201还用于根据气象采集设备204检测到的气象参数来对初始索网节点位置进行气象改正，得到第一索网节点位置。
具体来说，气象采集设备204包括多个温度检测装置和多个气压检测装置，其中，多个温度检测装置安装在反射面内部的基墩上，用于分别检测环境的温度，得到多个温度参数；多个气压检测装置安装在反射面内部的基墩上，用于分别检测环境的气压，得到多个气压参数；气象改正模块201还用于利用多个温度检测装置中的每一个温度检测装置所处的位置和对应的温度参数进行插值，得到每一个索网节点的温度参数，并且利用多个气压检测装置中的每一个气压检测装置所处的位置和对应的气压参数进行插值，得到每一个索网节点的气压参数；其中，气象参数包括每一个索网节点的温度参数和每一个索网节点的气压参数。
图3是本发明提供的气象站分布示意图，如图3所示，将7个气象站尽量均布地安装在反射面内部的基墩上，选取JD3、JD6、JD9、JD12、JD15、JD18和JD21作为气象站安装点。气象站采集到的气象参数例如可以通过光缆经中继室发送。在收到7台气象站的气象参数后，可以利用已有的数据进行插值，得到每一个索网节点处的气象参数。其中，1个气象站设置有一个温度检测装置和一个湿度检测装置。图3所示的实施方式仅仅是为了示例，而并不是为了限制本发明，气象站的数量和安装位置可以根据实际情况选取。
下面介绍全站仪测距过程中进行气象改正的原理。
全站仪(以TS30型全站仪为例)测距模型通过公式(1)给出：
其中，c为真空光速，n为测距信号在传播路径上的大气折射率，N为观测过程中整周数，
为观测相位，ΔDC为设备测距常数误差，f为测距载波频率。可以看出，大气折射对测距的影响，主要体现在大气折射率上，表现为比例误差。
全站仪的测距载波分别采用了可见激光波段。公式(2)给出了为对应的折射率改正公式：
其中，
x＝(7.5×t/(237.3+t))+0.7857
α＝1/273.15
p为大气压强[mbar]
h为相对湿度[％]
t为空气温度[OC]
n为大气折射测距改正[ppm]
由公式(2)可以得到测距大气折射改正的误差是公式(3)
其中：mt为温度测量中误差，mP为气压测量中误差。
观测过程中气象元素的测定误差一般为mt＜0.5℃，mP＜0.5mb，对应的大气折射误差优于0.4ppm。
大气改正后的全站仪与靶标的距离可以表示为D±mn。
本领域技术人员应当理解，通过全站仪与靶标的距离以及测角(水平测角和垂直测角)并结合已知的全站仪的三维坐标，可以计算得出大气改正后的靶标位置，即第一索网节点位置。本发明中的大气改正过程实际上是对全站仪与靶标的距离进行修正，全站仪与靶标的距离得到修正后，所测量的索网节点对应的三维坐标自然会跟着得到修正，修正后的三维坐标在本发明中称为第一索网节点位置。
本发明提供的射电望远镜反射面测量数据处理系统还包括差分测量模块205，用于测量差分点的位置，差分点设置在反射面内部的基墩上；差分处理模块202还用于根据在不同时刻测量的差分点的位置和当前时刻测量的差分点的位置得到差分改正系数，并利用差分改正系数对第一索网节点位置进行差分处理，得到第二索网节点位置。
具体来说，针对一个差分点，差分方案如下：将差分点在不同时刻的所有测量值取平均值设为真值B，该差分点的当前时刻测量值设为BR，则当前时刻的差分改正系数d＝(BR-B)/BR，假设当前时刻的测量点的测量值为TR，则经过差分改正后的测量点的测量值TB＝TR-TR×d。这里测量点即为实际需要测量的靶标中心点，在本发明中，在差分过程中的测量点可以理解为经过气象改正后的节点位置，即第一索网节点位置，经过差分改正后的数据为第二索网节点位置。
以上是针对一个差分点的情况，根据本发明提供的另一实施方式，本发明提供的射电望远镜反射面测量数据处理系统包括差分测量模块205，该差分测量模块205还用于测量多个差分点的位置，该多个差分点设置在反射面内部的基墩上；差分处理模块202还用于根据多个差分点的位置分别计算得到多个中间改正系数，对多个中间改正系数进行加权求和，得到差分改正系数，并利用差分改正系数对第一索网节点位置进行差分处理，得到第二索网节点位置；其中，多个中间改正系数中的第一中间改正系数根据在不同时刻测量的第一差分点的位置和当前时刻测量的第一差分点的位置计算得到。
具体来说，多个差分点所在的平面根据与反射面中心的距离被划分为三个差分圈，差分处理模块205还用于：选择与测量点位于同一差分圈且距离最近的两个差分点分别作为第一差分点和第二差分点，并对根据第一差分点和第二差分点计算得到的第一中间改正系数和第二中间改正系数赋予第一权重；选择与测量点位于相邻差分圈且水平夹角最小或距离的差分点作为第三差分点，并对根据第三差分点计算得到的第三中间改正系数赋予第二权重；对第一中间改正系数、第二中间改正系数和第三中间改正系数进行加权求和，得到差分改正系数。其中，测量点为当前测量的索网节点，实际上为靶标中心点，在本发明中，可以理解为经过气象改正的索网节点位置。
具体来说，三个差分圈分别被称为第一差分圈、第二差分圈、第三差分圈，第一差分圈为与反射面中心距离最近的节点分区，即以反射面为中心的圆，第二差分圈为与第一差分圈以第一分界线划分开的圆环，第三差分圈为与第二差分圈以第二分界线划分开的圆环，其中，第一分界线例如可以是半径为80米的圆环，第二分界线例如可以是半径为167米的圆环。图4是本发明提供的差分区的示意图，在图4中，例如基墩JD6、JD7、JD8、JD9、JD10、JD11为处于第二差分圈的基墩，基墩JD13、JD12、JD23为处于第三差分圈的基墩。
对于第二差分圈中的索网节点，例如可以采用处于第二差分圈中的距离所测量的索网节点最近的两个差分点(即第一差分点和第二差分点)作为第一权重差分点，采用第三差分圈中与所测量的索网节点水平夹角最小的差分点(第三差分点)作为第二权重差分点，或者采用第三差分圈中与所测量的索网节点距离最近的差分点作为第二权重差分点。
对于第三差分圈中的索网节点，例如可以采用处于第三差分圈中的距离所测量的索网节点最近的两个差分点作为第一权重差分点，采用第二差分圈中与所测量的索网节点水平夹角最小的差分点作为第二权重差分点，或者采用第二差分圈中与所测量的索网节点距离最近的差分点作为第二权重差分点。
其中，第一权重例如可以为40％，第二权重例如可以为20％。以图4为例，区域A、区域B、区域C均采用基墩JD6和基墩JD11上设置的差分点作为40％权重差分点，但区域A采用基墩JD23作为20％权重差分点，区域B采用基墩JD12作为20％权重差分点，区域C采用基墩JD13作为20％权重差分点。
假设，两个40％权重差分点计算得到的改正系数分别为第一中间改正系数d1和第二中间改正系数d2，20％权重差分点计算得到的改正系数为第三中间改正系数d3，则经过改正后的测量点的测量值可以为TB＝TR-TR*(0.4*d1+0.4*d2+0.2*d3)。在本发明中，在差分过程中的测量点可以理解为经过气象改正后的节点位置，即第一索网节点位置，经过差分改正后的数据为第二索网节点位置。
本领域技术人员应当理解，测量点与控制点并非是同一位置，因此会造成一些控制上的误差，本发明对此进行了改进，以避免由于测量点与控制点的位置不同而造成的误差。位置转换模块203用于计算索网节点精确控制位置，并对第二索网节点位置与索网节点精确控制位置进行位置转换。此外，位置转换模块203还用于根据第二索网节点位置、测量点与反射面的控制点位置之间的转换关系和索网节点所在节点盘的法线方向，计算得到索网节点精确控制位置。
图5是本发明提供的测量点与控制点的位置转换关系示意图，全站仪测量的靶标安装在反射面的节点上方，靶标中心点501即为测量点501，下拉索对节点的实际控制点505为下拉索与节点盘的安装曲轴中心点505，为了避免由于测量点501与控制点505不在同一位置而带来的误差，需要将测量点位置坐标转换到控制点位置坐标，从而进行更加精确的控制。
如图5所示，靶标中心点501到下拉索与节点盘的安装曲轴中心点505的距离为H，靶标安装平面502到主索节点定位点504的距离为a，主索节点定位点504到节点盘中心点503的距离为h，节点盘中心点503到下拉索与节点盘的安装曲轴中心点505的距离为b，靶标中心点501到靶标安装平面502的距离为h1，其中下拉索与节点盘的安装曲轴中心点505即为控制点505，结合图5，可以通过公式(4)来计算测量点501与控制点505之间的距离：
H＝a+b+h1-h (4)
公式(4)中，a、b、h1、h的值一般为固定值，因而H的数值一般情况下位固定值，具体数值需根据具体情况来确定，例如，在本发明图5提供的实施例中，a的值一般为400mm，b的值一般为65mm。
图6是本发明提供的靶标安装结构示意图，图6示出了靶标中心点601(即图5中的501)和靶标安装平面602(即图5中的502)的关系，如图6所示，靶标中心点601到靶标安装平面602的距离为h1，在图6所示的实施方式中，h1的值例如可以是75mm。
在索网变形为抛物面时，任意节点盘的法线方向都与当前位置的抛物面垂直，从而可以得到测量点与控制点的相对方向，因而结合测量点位置、测量点和控制点的相对距离以及测量点与控制点的相对方向即可得到索网节点的控制点。在本发明中，在位置转换过程中的测量点可以理解为经过差分改正后的节点位置，即第二索网节点位置，经过位置转换后的数据为索网节点精确控制位置。
图7是本发明提供的球面射电望远镜反射面测量数据处理方法的流程图，如图7所示，该方法包括：
步骤701，对所测量的支撑反射面的索网的初始索网节点位置进行气象改正，得到第一索网节点位置；
步骤702，对第一索网节点位置进行差分处理，得到第二索网节点位置；
步骤703，计算索网节点精确控制位置，并对第二索网节点位置与索网节点精确控制位置进行位置转换。
其中，本发明提供的球面射电望远镜反射面测量数据处理方法还包括：检测反射面所处环境的气象参数；根据气象参数来对初始索网节点位置进行气象改正，得到第一索网节点位置。
其中，本发明提供的球面射电望远镜反射面测量数据处理方法还包括：测量差分点的位置，差分点设置在反射面内部的基墩上；根据在不同时刻测量的差分点的位置和当前时刻测量的差分点的位置得到差分改正系数，并利用差分改正系数对第一索网节点位置进行差分处理，得到第二索网节点位置。
其中，本发明提供的球面射电望远镜反射面测量数据处理方法还包括：测量多个差分点的位置，多个差分点设置在反射面内部的基墩上；根据多个差分点的位置分别计算得到多个中间改正系数，对多个中间改正系数进行加权求和，得到差分改正系数，并利用差分改正系数对第一索网节点位置进行差分处理，得到第二索网节点位置；其中，多个中间改正系数中的第一中间改正系数根据在不同时刻测量的第一差分点的位置和当前时刻测量的第一差分点的位置计算得到。
其中，本发明提供的球面射电望远镜反射面测量数据处理方法还包括：根据第二索网节点位置、测量点与反射面的控制点位置之间的转换关系和索网节点所在节点盘的法线方向，计算得到索网节点精确控制位置。
需要说明的是，本发明提供的球面射电望远镜反射面测量数据处理方法的具体细节及益处与本发明提供的球面射电望远镜反射面测量数据处理系统类似，于此不予赘述。
以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。
FAST反射面的精密测量是实现FAST望远镜观测良好性能的关键，也是技术难点和瓶颈。对FAST反射面的测量，主要是实现对索网节点的精确测量和标定以保证望远镜的运行精度，其主要的重点难点为测量精度。
反射面节点测量系统使用全站仪作为主要测量设备，需要在贵州大窝凼喀斯特地貌环境500米范围内实现精密的静态和动态测量，其中观测模式测量精度要求达到RMS2mm，标定模式测量精度要求达到RMS1.5mm。全站仪距离测量的误差来源很多，如仪器乘常数误差，气象元素的测量误差及大气折光系数的误差等等,这其中的主要误差源为大气折射误差。从以往针对大气折射的实验来看，动态跟踪测距模式与精密测距模式存在1.2mm的系统误差。这表明尽管不同测距模式可以获得相近的内符精度，但存在一定的系统偏差，尤其是动态跟踪测量系统误差相对较大。在这种气象条件下，全站仪动态跟踪测距模式1.2mm的系统误差，再加上一定量的随机误差，很可能无法满足测量精度指标，可见大气折光差对测量精度的影响是非常大的。
大气折射所带来的误差影响是近地面室外精密工程测量中所遇到的共性难题。在室外大尺度环境下，如何有效地获得大气折射误差的特点及规律，对大气折射进行误差改正，克服大气折射的影响，实现高精密的快速静态和动态测量，是大气改正技术的关键和难点所在。
反射面的测量可以选取性能良好的全站仪TS30为硬件支撑，在测量软件内编程实现温湿度补偿、气象改正，从而将大气折射带来的影响控制在最低范围内。另外，在可靠性高的硬件支撑基础上，开发可靠性高可靠性的软件。各方面结合保障FAST反射面节点测量数据的精确性。
本发明提供的数据处理技术中，前期要完成测量设备的选型和测量靶标的制作。硬件安装完毕后，根据每次接收的天文观测指令，确定需要转换为抛物面的反射面区域，然后将待测量区域进行测量规划，开始逐点测量，每个测点的数据都进行气象改正和差分处理，最后将得到的测量数据通过位置转换，即得到每个测点对应的节点精确控制位置。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。
Claims (6)
1.一种球面射电望远镜反射面测量数据处理系统，其特征在于，该系统包括：
气象改正模块，用于对所测量的支撑所述反射面的索网的初始索网节点位置进行气象改正，得到第一索网节点位置；
差分处理模块，用于对所述第一索网节点位置进行差分处理，得到第二索网节点位置；以及
位置转换模块，用于计算索网节点精确控制位置，并对所述第二索网节点位置与所述索网节点精确控制位置进行位置转换；
其中，所述系统还包括：
差分测量模块，用于测量一个或多个差分点的位置，且所述一个或多个差分点设置在所述反射面内部的基墩上；
在所述差分测量模块测量一个差分点的情况下，所述差分处理模块还用于根据在不同时刻测量的所述一个差分点的位置和当前时刻测量的所述一个差分点的位置得到差分改正系数，并利用该差分改正系数对所述第一索网节点位置进行差分处理，得到所述第二索网节点位置；
在所述差分测量模块测量多个差分点的情况下，所述差分处理模块还用于根据所述多个差分点的位置分别计算得到多个中间改正系数，对所述多个中间改正系数进行加权求和，得到差分改正系数，并利用该差分改正系数对所述第一索网节点位置进行差分处理，得到所述第二索网节点位置，其中，所述多个中间改正系数中的第一中间改正系数根据在不同时刻测量的第一差分点的位置和当前时刻测量的第一差分点的位置计算得到；
其中，所述位置转换模块还用于根据所述第二索网节点位置、测量点与所述反射面的控制点位置之间的转换关系和索网节点所在节点盘的法线方向，计算得到所述索网节点精确控制位置。
2.根据权利要求1所述的射电望远镜反射面测量数据处理系统，其特征在于，该系统还包括：
气象采集设备，用于检测所述反射面所处环境的气象参数；
所述气象改正模块还用于根据所述气象参数来对所述初始索网节点位置进行气象改正，得到所述第一索网节点位置。
3.根据权利要求2所述的射电望远镜反射面测量数据处理系统，其特征在于，所述气象采集设备包括：
多个温度检测装置，安装在所述反射面内部的基墩上，用于分别检测环境的温度，得到多个温度参数；以及
多个气压检测装置，安装在所述反射面内部的基墩上，用于分别检测环境的气压，得到多个气压参数；
所述气象改正模块还用于利用所述多个温度检测装置中的每一个温度检测装置所处的位置和对应的温度参数进行插值，得到每一个索网节点的温度参数，并且利用所述多个气压检测装置中的每一个气压检测装置所处的位置和对应的气压参数进行插值，得到每一个索网节点的气压参数；
其中，所述气象参数包括每一个索网节点的温度参数和每一个索网节点的气压参数。
4.根据权利要求1所述的射电望远镜反射面测量数据处理系统，其特征在于，所述多个差分点所在的平面根据与所述反射面中心的距离被划分为三个差分圈；
所述差分处理模块还用于：
选择与测量点位于同一差分圈且距离最近的两个差分点分别作为第一差分点和第二差分点，并对根据所述第一差分点和所述第二差分点计算得到的第一中间改正系数和第二中间改正系数赋予第一权重；
选择与测量点位于相邻差分圈且水平夹角最小或距离最近的差分点作为第三差分点，并对根据所述第三差分点计算得到的第三中间改正系数赋予第二权重；
对所述第一中间改正系数、所述第二中间改正系数和所述第三中间改正系数进行加权求和，得到所述差分改正系数。
5.一种球面射电望远镜反射面测量数据处理方法，其特征在于，该方法包括：
对所测量的支撑所述反射面的索网的初始索网节点位置进行气象改正，得到第一索网节点位置；
对所述第一索网节点位置进行差分处理，得到第二索网节点位置；以及
计算索网节点精确控制位置，并对所述第二索网节点位置与所述索网节点精确控制位置进行位置转换；
其中，对所述第一索网节点位置进行差分处理，得到第二索网节点位置包括：
测量一个或多个差分点的位置，且所述一个或多个差分点设置在所述反射面内部的基墩上；
在测量一个差分点的情况下，根据在不同时刻测量的所述一个差分点的位置和当前时刻测量的所述一个差分点的位置得到差分改正系数，并利用该差分改正系数对所述第一索网节点位置进行差分处理，得到所述第二索网节点位置；
在测量多个差分点的情况下，根据所述多个差分点的位置分别计算得到多个中间改正系数，对所述多个中间改正系数进行加权求和，得到差分改正系数，并利用该差分改正系数对所述第一索网节点位置进行差分处理，得到所述第二索网节点位置，其中，所述多个中间改正系数中的第一中间改正系数根据在不同时刻测量的第一差分点的位置和当前时刻测量的第一差分点的位置计算得到；
其中，所述位置转换还包括：
根据所述第二索网节点位置、测量点与所述反射面的控制点位置之间的转换关系和索网节点所在节点盘的法线方向，计算得到所述索网节点精确控制位置。
6.根据权利要求5所述的射电望远镜反射面测量数据处理方法，其特征在于，该方法还包括：
检测所述反射面所处环境的气象参数；以及
根据所述气象参数来对所述初始索网节点位置进行气象改正，得到所述第一索网节点位置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010064663.5A CN111180896B (zh) | 2020-01-20 | 2020-01-20 | 一种球面射电望远镜反射面测量数据处理系统和方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010064663.5A CN111180896B (zh) | 2020-01-20 | 2020-01-20 | 一种球面射电望远镜反射面测量数据处理系统和方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111180896A CN111180896A (zh) | 2020-05-19 |
| CN111180896B true CN111180896B (zh) | 2021-12-03 |
Family
ID=70658026
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010064663.5A Expired - Fee Related CN111180896B (zh) | 2020-01-20 | 2020-01-20 | 一种球面射电望远镜反射面测量数据处理系统和方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111180896B (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004023352A2 (en) * | 2002-09-06 | 2004-03-18 | Mad Max Optics, Inc. | Determining field-dependent characteristics by employing high-order quadratures in the presence of geometric singularities |
| CN102589425A (zh) * | 2012-01-12 | 2012-07-18 | 中国科学院国家天文台 | 球面射电望远镜反射面单元面板测量方法 |
| CN103338024A (zh) * | 2013-06-08 | 2013-10-02 | 中国科学院国家天文台 | 天线组阵中时延的互补卡尔曼滤波装置与方法 |
| CN104932258A (zh) * | 2015-05-19 | 2015-09-23 | 中国科学院国家天文台 | 一种望远镜反射面力学模型修正方法 |
| CN104977596A (zh) * | 2015-06-08 | 2015-10-14 | 深圳北斗应用技术研究院有限公司 | 基于云计算的高精度位置修正定位系统 |
| CN105842711A (zh) * | 2016-01-27 | 2016-08-10 | 乐卡汽车智能科技（北京）有限公司 | 差分基站、路侧设备、车载定位设备以及差分定位方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107799904B (zh) * | 2017-09-27 | 2024-02-27 | 中国电子科技集团公司第五十四研究所 | 一种fast射电望远镜中心区域反射面 |
| JP6876640B2 (ja) * | 2018-02-13 | 2021-05-26 | 株式会社トヨタ車体研究所 | Ｃａｅ解析用の接触判定装置および接触判定方法 |
| CN108598716B (zh) * | 2018-04-18 | 2020-07-14 | 大连理工大学 | 索网天线反射面索网生成的简易方法 |
-
2020
- 2020-01-20 CN CN202010064663.5A patent/CN111180896B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004023352A2 (en) * | 2002-09-06 | 2004-03-18 | Mad Max Optics, Inc. | Determining field-dependent characteristics by employing high-order quadratures in the presence of geometric singularities |
| CN102589425A (zh) * | 2012-01-12 | 2012-07-18 | 中国科学院国家天文台 | 球面射电望远镜反射面单元面板测量方法 |
| CN103338024A (zh) * | 2013-06-08 | 2013-10-02 | 中国科学院国家天文台 | 天线组阵中时延的互补卡尔曼滤波装置与方法 |
| CN104932258A (zh) * | 2015-05-19 | 2015-09-23 | 中国科学院国家天文台 | 一种望远镜反射面力学模型修正方法 |
| CN104977596A (zh) * | 2015-06-08 | 2015-10-14 | 深圳北斗应用技术研究院有限公司 | 基于云计算的高精度位置修正定位系统 |
| CN105842711A (zh) * | 2016-01-27 | 2016-08-10 | 乐卡汽车智能科技（北京）有限公司 | 差分基站、路侧设备、车载定位设备以及差分定位方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111180896A (zh) | 2020-05-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Baars et al. | The synthesis radio telescope at Westerbork. General lay-out and mechanical aspects | |
| CN110308746B (zh) | 一种适用于三轴转台式测控天线的星体标校方法 | |
| CN104880204B (zh) | 利用gps及自动跟踪与测量系统对高精度激光测距仪的校准方法 | |
| CN103591891B (zh) | 室内空间测量定位系统的精密控制场精度溯源方法 | |
| CN104048620B (zh) | 一种射电望远镜天线面形绝对定标装置和方法 | |
| CN107132542B (zh) | 一种基于光学和多普勒雷达的小天体软着陆自主导航方法 | |
| JPH03226708A (ja) | セグメントミラーとその制御法 | |
| CN110646782B (zh) | 一种基于波形匹配的星载激光在轨指向检校方法 | |
| CN103926548B (zh) | 一种快速测量射电望远镜反射面精度的方法 | |
| CN112461147A (zh) | 一种基于视觉测量技术的桥梁动态形变监测方法及系统 | |
| CN103217177A (zh) | 一种电波折射修正方法、装置及系统 | |
| CN115436906B (zh) | 一种提升雷达探测目标位置及风场反演信息准确性的方法 | |
| KR20210093960A (ko) | 레이더 회전식 안테나 시스템을 교정하는 방법 및 시스템 | |
| KR101866505B1 (ko) | 복잡지형에서 풍력자원조사를 위한 원격탐사장비의 최적 설치위치 결정방법 | |
| CN108966343B (zh) | 一种基于超宽带位置未知锚节点的自校准定位方法 | |
| CN109873253B (zh) | 基于轴向增益测量的主动反射面面形调整方法 | |
| CN109541324A (zh) | 一种基于紧缩场的阵中单元天线相位中心测量方法 | |
| CN115131460A (zh) | 天气雷达覆盖范围计算方法及雷达等射束高度图制作算法 | |
| CN111180896B (zh) | 一种球面射电望远镜反射面测量数据处理系统和方法 | |
| CN109543227A (zh) | 大型反射面天线的风致指向误差实时测量方法、雷达天线 | |
| CN111060139A (zh) | 星载激光测高仪无场几何定标方法及系统 | |
| CN113804219A (zh) | 基于天体测量的抛物面天线角度误差系数标定方法及设备 | |
| Baars | Metrology of reflector antennas: A historical review | |
| CN115542024A (zh) | 一种天线方向图近场测量方法 | |
| CN109737922B (zh) | 一种通信铁塔监测装置及方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20211203 |