CN113587955A - 一种基于无人机平台的测控天线重力下垂误差测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无人机平台的测控天线重力下垂误差测量方法，采用如下步骤：1.计算测量中的各个数据；2.无人机飞至悬停位置，测量方位角和俯仰角；3.用电轴测量录取方位角和俯仰角的测量值，记为反向测量值；4.反复1‑3步骤，测得多组数据；5.综合1‑4测得的数据，计算得天线重力下垂误差。本发明的测量方法解决了现有技术中存在的设备体积巨大，技术操作复杂的问题。

Description

一种基于无人机平台的测控天线重力下垂误差测量方法

技术领域

本发明属于航天测量与控制技术领域，涉及一种基于无人机平台的测控天线重力下垂误差测量方法。

背景技术

重力下垂误差是指测控天线及望远镜结构受重力影响产生变形，使天线电轴、望远镜光轴上翘或下偏而产生的一种系统测量误差，重力下垂误差的大小与结构材料、口径大小、内部受力等因素密切相关。传统的重力下垂误差测量方法需要借助标校塔架设信标，并在测控设备上安装望远镜进行测量，测量方法是：1.正镜读数，将测控天线对准标校塔信标喇叭，从编码器读数；望远镜正对光标十字中心，从编码器读数。2.倒镜读数，转动天线方位180°，俯仰转动180°-2E_Z，对准标校塔喇叭，从轴角编码器读数，望远镜正对光标十字中心，从编码器读数。3.按公式计算重力下垂误差。

现在随着天线无塔标校技术的发展，原有的航天测控设备天线场区的标校塔因为设备体积巨大，技术操作复杂，已被逐渐取消。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于无人机平台的测控天线重力下垂误差测量方法，解决现有技术中存在的设备体积巨大，技术操作复杂的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种基于无人机平台的测控天线重力下垂误差测量方法，具体包括如下步骤：

步骤1、以地面测控设备天线机械旋转中心为原点，按待测方位角和俯仰角，以及天线近场和仰角高度的距离限制，计算无人机的悬停位置；再以方位向X°间隔设置

个待测方位角A_Wi，

俯仰向按Y°间隔从5°到85°设置

个待测俯仰角

优选的方位向设置为22.5°，设置16个待测方位角，A_Wi，i＝1,2…16；俯仰向以5°间隔，从5°到85°设置17个待测俯仰角E_wj,j＝1,2……17。

步骤2、无人机平台带RTK模块，分别挂载测控应答机飞至悬停位置，地面测控设备用电轴测量无人机挂载目标，录取方位角和俯仰角的测量值分别为A_Zi、E_Zj，同时GNSS-RTK将数据发送至载车上的显控与数据处理分系统；

步骤3、测控设备天线方位转动180°，俯仰转动180°-2E_zj，用电轴测量同一无人机挂载目标，录取方位角和俯仰角的测量值，记为反向测量值，分别为A_Fi、E_Fj；

步骤4、同一个方位角和俯仰角正、反重复步骤1和步骤2测量k次，重复标定次数为k；k不少于5；

步骤5、结合无人机RTK测量的俯仰角E_Wj，分别计算正向、反向俯仰角测量值与E_Wj的差，得到ΔE_Zjk、ΔE_Fjk，再以ΔE_Zjk、ΔE_Fjk计算重力下垂误差ΔE_Gk、ΔE_G。

计算重力下垂误差ΔE_Gk、ΔE_G为：

ΔE_Gk＝-(ΔE_Zjk-ΔE_Fjk)/(cosΔE_Zjk-cosΔE_Fjk)，

ΔE_G＝∑ΔE_Gk/n，

式中，ΔE_Gk为同一个方位角和俯仰角下第k次重力下垂误差标定结果，ΔE_Zjk为第k次标定时目标俯仰角正向测量值，ΔE_Fjk第k次标定时目标俯仰角反向测量值，k为重复标定次数，k＝1，2，…，n，n≥5。

本发明基于无人机平台的测控天线重力下垂误差测量方法，采用无人机平台代替标校塔和望远镜，并改进重力下垂误差计算公式，对比现有的测控天线重力下垂误差测量方法，具有测量器具简单，测量方法简便易行，测量速度快的优点。

附图说明

图1为本发明基于无人机平台的测控天线重力下垂误差测量方法测量示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例一：

以R＝3km，方位向按22.5°为间隔，俯仰向按5°为间隔，从5°到85°为调整范围为实施例，本发明的一种基于无人机平台的测控天线重力下垂误差测量方法，按照以下步骤实施：

步骤1、以地面测控设备天线机械旋转中心为原点，按待测方位角和俯仰角，以及天线近场和仰角高度的距离限制，计算无人机悬停的位置，R＝3km距离，方位向按22.5°间隔设置16个待测方位角A_Wi，i＝1,2…16，俯仰向按5°间隔从5°到85°设置17个待测俯仰角E_wj,j＝1,2……17。

步骤2、无人机平台带RTK模块，分别挂载测控应答机飞至悬停位置，悬停位置为方位俯仰A_zi、E_zj，j＝1,2……17距离R＝3km的位置。地面测控设备用电轴测量无人机挂载目标，录取方位角和俯仰角的测量值，记为正向测量值，分别为A_Zi、E_Zj，同时GNSS-RTK将数据发送至载车上的显控与数据处理分系统。由于只做角度测量而无距离测量，无需测量RTK模块天线与应答机天线之间的物理距离。

步骤3、测控设备天线方位转动180°，俯仰转动180°-2E_zj，用电轴测量同一无人机挂载目标，录取方位角和俯仰角的测量值，记为反向测量值，分别为A_Fi、E_Fj；

步骤4、同一个方位角和俯仰角正、反重复步骤1和步骤2的测量5次以上，重复标定次数为n；

步骤5、结合无人机RTK测量的俯仰角E_Wj，分别计算正向、反向俯仰角测量值与E_Wj的差得到ΔE_Zjk、ΔE_Fjk。

计算重力下垂误差ΔE_Gk、ΔE_G为：

ΔE_Gk＝-(ΔE_Zjk-ΔE_Fjk)/(cosΔE_Zjk-cosΔE_Fjk)

ΔE_G＝∑ΔE_Gk/n

式中，ΔE_Gk为同一个方位角和俯仰角下第k次重力下垂误差标定结果，E_Zjk为第k次标定时目标俯仰角正向测量值，E_Fjk为第k次标定时目标俯仰角反向测量值，k为重复标定次数，k＝1，2，…，n，n≥5。

实施例二：

以R＝5km，方位向按30°为间隔，俯仰向按8°为间隔，从5°到85°为调整范围为实施例，本发明的一种基于无人机平台的测控天线重力下垂误差测量方法，按照以下步骤实施：

步骤1、以地面测控设备天线机械旋转中心为原点，按待测方位角和俯仰角，以及天线近场和仰角高度的距离限制，计算无人机悬停的位置，R＝5km距离，方位向按30°间隔设置12个待测方位角A_wi,＝1,2…12，俯仰向按8°间隔从5°到85°设置10个待测俯仰角E_wj,j＝1,2……10。

步骤2、无人机平台带RTK模块，分别挂载测控应答机飞至悬停位置，悬停位置为方位俯仰A_zi、E_zj，j＝1,2……10距离R＝5km的位置。地面测控设备用电轴测量无人机挂载目标，录取方位角和俯仰角的测量值，记为正向测量值，分别为A_Zi、E_Zj，同时GNSS-RTK将数据发送至载车上的显控与数据处理分系统。

步骤3、测控设备天线方位转动180°，俯仰转动180°-2E_zj，用电轴测量同一无人机挂载目标，录取方位角和俯仰角的测量值，记为反向测量值，分别为A_Fi、E_Fj；

步骤4、同一个方位角和俯仰角正、反重复测量5次以上，重复标定次数为n；

步骤5、结合无人机RTK测量的俯仰角E_Wj，分别计算正向、反向俯仰角测量值与E_Wj的差得到ΔE_Zjk、ΔE_Fjk。

计算重力下垂误差ΔE_Gk、ΔE_G为：

ΔE_Gk＝-(ΔE_Zjk-ΔE_Fjk)/(cosΔE_Zjk-cosΔE_Fjk)

ΔE_G＝∑ΔE_Gk/n

式中，ΔE_Gk为同一个方位角和俯仰角下第k次重力下垂误差标定结果，E_Zjk为第k次标定时目标俯仰角正向测量值，E_Fjk为第k次标定时目标俯仰角反向测量值，k为重复标定次数，k＝1，2，…，n，n≥5。

实施例三：

以R＝4km，方位向按15°为间隔，俯仰向按16°为间隔，从5°到85°为调整范围为实施例，本发明的一种基于无人机平台的测控天线重力下垂误差测量方法，按照以下步骤实施：

步骤1、以地面测控设备天线机械旋转中心为原点，按待测方位角和俯仰角，以及天线近场和仰角高度的距离限制，计算无人机悬停的位置，R＝4km距离，方位向按15°间隔设置24个待测方位角A_wi,＝1,2…24，俯仰向按16°间隔从5°到85°设置5个待测俯仰角E_wj,j＝1,2……5。

步骤2、无人机平台带RTK模块，分别挂载测控应答机飞至悬停位置，悬停位置为方位俯仰A_zi、E_zj，j＝1,2……5距离R＝4km的位置。地面测控设备用电轴测量无人机挂载目标，录取方位角和俯仰角的测量值，记为正向测量值，分别为A_Zi、E_Zj，同时GNSS-RTK将数据发送至载车上的显控与数据处理分系统。

步骤3、测控设备天线方位转动180°，俯仰转动180°-2E_zj，用电轴测量同一无人机挂载目标，录取方位角和俯仰角的测量值，记为反向测量值，分别为A_Fi、E_Fj；

步骤4、同一个方位角和俯仰角正、反重复测量5次以上，重复标定次数为n；

步骤5、结合无人机RTK测量的俯仰角E_Wj，分别计算正向、反向俯仰角测量值与E_Wj的差得到ΔE_Zjk、ΔE_Fjk。

计算重力下垂误差ΔE_Gk、ΔE_G为：

ΔE_Gk＝-(ΔE_Zjk-ΔE_Fjk)/(cosΔE_Zjk-cosΔE_Fjk)

ΔE_G＝∑ΔE_Gk/n

式中，ΔE_Gk为同一个方位角和俯仰角下第k次重力下垂误差标定结果，E_Zjk为第k次标定时目标俯仰角正向测量值，E_Fjk为第k次标定时目标俯仰角反向测量值，k为重复标定次数，k＝1，2，…，n，n≥5。

Claims (4)

1.一种基于无人机平台的测控天线重力下垂误差测量方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤1、以地面测控设备天线机械旋转中心为原点，按待测方位角和俯仰角，以及天线近场和仰角高度的距离限制，计算无人机的悬停位置；再以方位向X°间隔设置

个待测方位角

俯仰向按Y°间隔从5°到85°设置

个待测俯仰角

步骤2、无人机平台带RTK模块，分别挂载测控应答机飞至悬停位置，地面测控设备用电轴测量无人机挂载目标，录取方位角和俯仰角的测量值分别为A_Zi、E_Zj，同时GNSS-RTK将数据发送至载车上的显控与数据处理分系统；

步骤3、测控设备天线方位转动180°，俯仰转动180°-2E_zj，用电轴测量同一无人机挂载目标，录取方位角和俯仰角的测量值，记为反向测量值，分别为A_Fi、E_Fj；

步骤4、同一个方位角和俯仰角正、反重复步骤1和步骤2测量k次，重复标定次数为k；

步骤5、结合无人机RTK测量的俯仰角E_Wj，分别计算正向、反向俯仰角测量值与E_Wj的差，得到ΔE_Zjk、ΔE_Fjk，再以ΔE_Zjk、ΔE_Fjk计算重力下垂误差ΔE_Gk、ΔE_G。

2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述的步骤5中，计算ΔE_Gk、ΔE_G的具体方法为：

计算重力下垂误差ΔE_Gk、ΔE_G为：

ΔE_Gk＝-(ΔE_Zjk-ΔE_Fjk)/(cosΔE_Zjk-cosΔE_Fjk)，

ΔE_G＝∑ΔE_Gk/n，

式中，ΔE_Gk为同一个方位角和俯仰角下第k次重力下垂误差标定结果，ΔE_Zjk为第k次标定时目标俯仰角正向测量值，ΔE_Fjk第k次标定时目标俯仰角反向测量值，k为重复标定次数，k＝1，2，…，n，n≥5。

3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述的步骤1中，优选的方位向设置为22.5°，设置16个待测方位角，A_Wi，i＝1,2…16；俯仰向以5°间隔，从5°到85°设置17个待测俯仰角E_wj,j＝1,2……17。

4.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述的步骤4中，k不少于5。

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