CN114184213B - 天线方位轴不铅垂度的测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及卫星测控技术领域，提供一种天线方位轴不铅垂度的测量系统及方法，系统包括：依次连接的传感器电路、数据采集系统、监控微机、天线控制单元、天线驱动单元和天线；所述传感器电路用于采集天线指向位置不铅垂度对应的电压数据，所述传感器电路包括水平传感器，该水平传感器设置在天线上并且该水平传感器靠近天线的方位轴；所述数据采集系统用于采集传感器电路记录的电压数据并传输给监控微机；所述监控微机用于获取电压数据，得到最大不铅垂度及不铅垂度曲线，还用于向天线控制单元发送天线转动指令；所述天线驱动单元接收天线控制单元指令后驱动天线旋转到预定测量位置。本方案能够快速测量天线方位轴不铅垂度，提高测量精度。

Description

天线方位轴不铅垂度的测量系统及方法

技术领域

本发明涉及卫星测控技术领域，特别是涉及一种天线方位轴不铅垂度的测量系统及方法。

背景技术

在我国航天测控领域，出于对目标定位、跟踪的需要，地面测控设备需要对卫星相对于地面测控站的方位角、俯仰角进行测量。一般来讲，测量前需要对地面测控设备天线的角度测量系统误差进行标定。其中，方位轴不铅垂度标定是跟踪前标校的重要内容。方位轴指的是测控天线的方位转动轴，因安装原因导致该轴与水平面不垂直，其倾斜角度即为方位轴不铅垂度。如图1所示，γ平面为水平面，φ平面为与天线方位轴相垂直的平面。由于γ平面与φ平面不平行，当天线只转动方位时，机械轴（天线指向）与水平面的夹角将随天线方位角变化，而角度编码器输出俯仰角不变，引起测量误差。

方位误差：

；

俯仰误差：

；

Ac：角度编码器输出方位角度值(测量值)；

Ec：角度编码器输出俯仰角度值(测量值)；

A₀：方位角零值；

E₀：俯仰角零值；

θm：最大不铅垂度；

Am：最大不铅垂方位角。

由上述公式可以看出，因天线方位轴不铅垂引起的系统误差不是固定不变的，而是随天线的指向变化。解决办法是在天线转动过程中进行实时修正。

目前，国内测控设备的方位轴不铅垂度测量主要靠人工在测控前完成，自动化程度低，费时费力，精度不高。特别是在实战任务中，由于受到温度变化的影响，一天内方位轴不铅垂度最大变化可达四十角秒，但是方位轴不铅垂度测量必须在测控之前提前完成，如果采用人工完成，需要提前至少一小时进行测量，测量的时间与测控时间相距的时间越长，最大不铅垂度的误差越大。并且如果靠人工完成，至少需要3个人配合，每次测量不铅垂度都需要一个人爬到天线上记录数据，人的重量会对测量结果有影响，由此还会造成误差。

因此，亟需开发一种天线方位轴不铅垂度的测量系统及方法，能够快速测量天线方位轴不铅垂度，提高测量精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种天线方位轴不铅垂度的测量系统及方法，能够快速测量天线方位轴不铅垂度，提高测量精度。

为解决上述技术问题，作为本发明的一个方面，提供了一种天线方位轴不铅垂度的测量系统，包括：依次连接的传感器电路、数据采集系统、监控微机、天线控制单元、天线驱动单元和天线；

所述传感器电路用于采集天线指向位置不铅垂度对应的电压数据，所述传感器电路包括水平传感器，该水平传感器设置在天线上并且该水平传感器靠近天线的方位轴；

所述数据采集系统用于采集传感器电路记录的电压数据并传输给监控微机；

所述监控微机用于获取电压数据，得到最大不铅垂度及不铅垂度曲线，还用于向天线控制单元发送天线转动指令；

所述天线驱动单元接收天线控制单元指令后驱动天线旋转到预定测量位置。

根据本发明一示例实施方式，所述传感器电路还包括依次连接的放大器、滤波器、模数转换模块及接口电路，所述水平传感器与放大器连接；

所述数据采集系统与接口电路连接。

根据本发明一示例实施方式，所述水平传感器采用静态水平传感器，所述静态水平传感器是指不能用于测量面不水平度快速变化或快速震荡的应用场合、只能用于静止不动或不水平度变化缓慢的平面不水平度测量的传感器。

根据本发明一示例实施方式，所述数据采集系统包括传感器接口、单片机、程序存储器、数据存储器和微机接口；所述单片机与传感器接口、程序存储器、数据存储器和微机接口连接；

所述监控微机与微机接口连接，所述传感器电路与传感器接口连接。

根据本发明一示例实施方式，所述测量系统还包括第一双绞线和第二双绞线，所述第一双绞线连接传感器电路和数据采集系统，所述第二双绞线连接数据采集系统和监控微机。

作为本发明的第二个方面，本发明提供一种天线方位轴不铅垂度的测量方法，采用所述的测量系统，包括如下步骤：

监控微机通过天线控制单元控制天线静止指定时间，并获取测量位置方位角，天线静止指定时间后，传感器电路采集天线指向位置不铅垂度对应的电压数据，并传输给数据采集系统；数据采集系统将该天线指向位置不铅垂度对应的电压数据采集后发送给监控微机；监控微机接收到电压数据后，通过天线控制单元控制天线驱动单元驱动天线转动指定旋转角度；重复获取测量位置方位角并传输给监控微机的测量步骤直到天线转动一圈360°；

监控微机通过多个天线指向位置不铅垂度对应的电压和测量位置方位角得到最大不铅垂度，并绘制出不铅垂度曲线。

根据本发明一示例实施方式，所述监控微机通过多个天线指向位置不铅垂度的电压数据和测量位置方位角得到最大不铅垂度的方法包括：先通过电压数据转换成天线指向位置不铅垂度，然后计算出最大不铅垂度方位角和最大不铅垂度；

最大不铅垂度方位角的计算方法采用公式一：

公式一；

最大不铅垂度的计算方法采用公式二：

公式二；

其中，Am表示最大不铅垂度方位角；θm表示最大不铅垂度；

；βi表示天线指向位置不铅垂度；αi表示测量位置方位角；n表示测量点数，即天线转动一圈的采集数据的次数。

根据本发明一示例实施方式，在测量前，先对水平传感器的输出进行线性拟合。

根据本发明一示例实施方式，所述线性拟合的方法包括：

使水平传感器倾斜不同的角度，检测出多组模拟倾斜角度和对应的输出电压，通过公式三和公式四计算得到系统增益和归零参数；

公式三；

公式四；

其中，Xi表示模拟倾斜角度，Yi表示输出电压，i为0以上的自然数，i的取值为0、1、2、......、n；A为归零参数，K为系统增益；

所述通过电压数据转换成天线指向位置不铅垂度的方法包括通过系统增益、归零参数和电压数据获得天线指向位置不铅垂度。

根据本发明一示例实施方式，所述通过系统增益、归零参数和电压数据获得天线指向位置不铅垂度的方法包括：

根据系统增益和归零参数得到公式五；从公式五计算得到电压数据对应的天线指向位置不铅垂度；

Y=A+KX 公式五；

其中，Y表示电压数据，X表示天线指向位置不铅垂度，A表示归零参数，K表示系统增益。

本发明的有益效果是：

本发明的系统和方法省去了大量的人工操作，缩短的测量时间，从而得到精确的测量结果。同时由于测量前对水平传感器进行线性拟合，减少了传感器输出的误差，进一步提高了测量结果的精确度。

附图说明

图1示意性示出了方位轴和水平面的关系图。

图2示意性示出了天线方位轴不铅垂度的测量系统的结构图。

图3示意性示出了传感器电路的结构图。

图4示意性示出了模数转换模块的结构图。

图5示意性示出了数据采集系统和传感器电路、监控微机的连接关系图。

图6示意性示出了传感器接口和单片机的连接关系图。

图7示意性示出了系统负端满量程输出的结果，其中横坐标表示倾角，单位为角秒，纵坐标表示传感器输出电压，单位为mv。

图8示意性示出了系统正端满量程输出的结果，其中横坐标表示倾角，单位为角秒，纵坐标表示传感器输出电压，单位为mv。

图9示意性示出了第一次测量线性区传感器输出结果，其中横坐标表示倾角，单位为角秒，纵坐标表示传感器输出电压，单位为mv。

图10示意性示出了第二次测量线性区传感器输出结果，其中横坐标表示倾角，单位为角秒，纵坐标表示传感器输出电压，单位为mv。

图11示意性示出了第一次测量传感器输出线性拟合残差，其中横坐标表示倾角，单位为角秒，纵坐标表示残差，单位为角秒。

图12示意性示出了第二次测量传感器输出线性拟合残差，其中横坐标表示倾角，单位为角秒，纵坐标表示残差，单位为角秒。

图13示意性示出了不铅垂曲线图，其中横坐标表示方位角，单位为°，纵坐标表示倾角，单位为角秒。

具体实施方式

以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

作为本发明的第一个实施方式，提供一种天线方位轴不铅垂度的测量系统，如图2所示，包括：传感器电路、第一双绞线、数据采集系统、第二双绞线、监控微机、天线控制单元、天线驱动单元和天线。

如图2所示，传感器电路设置在天线转动部分，用于采集天线指向位置不铅垂度对应的电压数据。具体的，传感器电路采集天线指向位置不铅垂度并转化为模拟电压输出给数据采集系统。如图3所示，传感器电路包括水平传感器、放大器、滤波器、接口电路和电源，其中水平传感器、放大器、滤波器、接口电路依次通讯地连接，电源为水平传感器、放大器、滤波器、接口电路供电。水平传感器设置在天线上并且该水平传感器靠近天线的方位轴，为尽量减小天线转动对传感器的影响，传感器安装时尽量靠近方位轴。水平传感器采用静态单轴水平传感器，属于静态水平传感器的一种。静态水平传感器是指不能用于测量面不水平度快速变化或快速震荡的应用场合、只能用于静止不动或不水平度变化缓慢的平面不水平度测量的传感器。根据本系统设计要求，需要静态水平传感器满足：被测量对象（物体）从运动状态到静止状态，然后保持（静止）状态20秒时间，此时传感器输出电压为稳定值，测量得到的电压值随时间（静止1小时后）变化值小于1角秒对应的电压增量。因此在测量时需要保持天线为静态。优选地，水平传感器采用SPECTRON公司生产的RG-33A静态单轴水平传感器。放大器的作用是把水平传感器的角度的电压信号放大，便于后续模数转换的采样。放大器内设有温度传感器，用于帮助解决放大器的温漂问题，提升精度。滤波器设计主要考虑电源的工频干扰，采用抑制该电源工频信号的低通滤波器。如果电源为50HZ的市电，则滤波器选用抑制50HZ信号的低通滤波器。模数转换模块用于将放大的模拟信号转换成数字信号，便于数据的传输。如图4所示，模数转换模块可以采用AD652高精度同步V/F变换器。信号由INPUT和/或OP AMP口输入，由FREQ OUT口输出。AD652没有苛刻的外部元件要求，AD652满量程输出由外时钟决定，因此具有更高的稳定性。满量程输出是指在规定条件下，传感器测量范围的上限和下限输出值之间的代数差。AD652的参考信号（外时钟）和输出均为脉冲信号，参考信号的频率（比如2MHz）即为满量程。AD652还可根据需要设计为单极性或双极性输入，输入范围为0 — 10V或±5V。满量程输出频率最高可达2MHz，输出为1MHz时，线性度可达0.005%，温度漂移最大为25ppm/°C。本方案根据传感器输出设置为双极性输入，其输出为：Fout=Vi（Fc/10V）/2；其中，Vi为输入电压，Fc为外时钟频率。双极性输入指可输入正、负电压（正极性、负极性）。接口电路的接口与第一双绞线匹配。电源采用DC/DC变换隔离电源，可以为传感器电路提供屏蔽较好的工作环境。

第一双绞线连接传感器电路和数据采集系统，传感器电路由于设置在天线上，与数据采集系统的距离较远，一般为50-100米。第一双绞线在1M/bps数据传输率情况下传送距离可达100米以上。本方案采用200k/bps数据传输率, 传送距离为60米。为了保证系统可靠性，在测试时采用200k/bps数据传输率传送100米，结果稳定。

如图5所示，数据采集系统包括传感器接口、单片机、程序存储器、数据存储器、微机接口和系统监控模块。数据采集系统用于采集传感器电路记录的电压数据并传输给监控微机，具体地，采集传感器电路形成的模拟电压，完成模数转换并传输给监控微机。单片机与传感器接口、程序存储器、数据存储器、微机接口和监控系统模块通讯地连接，用于实现数据采集。传感器接口采用8253定时/计数器，采集来自传感器电路并经过RS422接口电平转换的电压数据。单片机与传感器接口连接，进行频率信号采集。频率信号采集是通过采集脉冲或方波信号的脉冲数值或频率数值，然后再转换为电压值，好处是抗干扰性好。422指422差分电平，是一种远距离数字信号传输方式，通过电压传递数字的0和1，使得AD652输出的频率信号通过422电平方式传送到数据采集系统。单片机采用51系列单片机系统，技术成熟，开发成本低。单片机采用80C31芯片。如图6所示，图6中的传感器A/D即表示模数转换模块，8253是一个定时/计数器芯片，包含三个独立的定时/计数器，定时/计数器1设置为方波发生器，假设输出方波频率为Fc。定时/计数器2 设置为定时器，定时时钟为定时/计数器1输出方波，定时时间假设为T0，T0可通过设置8253定时/计数器2初值来自由设定，定时开始由8031单片机的P1.0 来控制。定时/计数器3 设置为计数器，用于对传感器A/D即为模数转换模块的频率信号进行计数。一旦定时时间到，由定时/计数器2的输出产生INT0中断，同时禁止定时/计数器3计数。8031响应INT0中断，读取定时/计数器3计数结果。定时/计数器1利用8031单片机的ALE信号产生方波，方波频率Fc可通过设置8253定时/计数器1初值来自由设定，由以上设定可知：

Fc=K1×（F0÷6）；

K1：比例系数，通过设置8253定时/计数器1初值来设定，取为1/10；

F0：单片机系统晶振输出频率，取11.059MHz；

T0=A2/Fc （角秒）；

A2：定时/计数器2初值，取为#FFFFH。

假设定时/计数器3计数值为A3，则数据采集完成后，定时/计数器A3为：

A3=Fout×T0=Fout×A2/Fc=（A2/Fc）×Vi（Fc/10V）/2=（A2/20V）×Vi；

故，Vi=A3/（A2/20V）=KA3 （1）；

K=1/（A2/20V）=1/1638.4375；

其中F指的是频率，out表示输出，Fout表示模数转换模块的输出频率。

从（1）式可以看出，传感器输出电压Vi只与定时/计数器3计数值相关，而与元器件参数无关，从而可以很好地反映传感器输出的过程量。该技术保证了各种环境下系统的稳定性和精度。由于定时/计数器3计数值最大为32768即为2的15次方，故分辨率为15Bit。定时/计数器3计数值变化1个数（加1或减1）相当于变化了满量程的1/32768。

微机接口用于与监控微机连接。程序存储器采用EEPROM芯片28256扩展，数据存储器采用COMS RAM，优选6264芯片扩展。为了提高系统可靠性，设计了监控系统模块即看门狗电路。单片机采用8031，其系统时钟为11.059MHz。

第二双绞线连接监控微机和数据采集系统。监控微机与数据采集系统的距离相对较近，一般为20米以内。

监控微机用于获取电压数据，得到最大不铅垂度及不铅垂度曲线，还用于向天线控制单元发送天线转动指令；天线驱动单元接收天线控制单元指令后驱动天线旋转到预定测量位置。如图2所示，监控微机与数据采集系统连接，可以获取到电压数据；与天线控制单元连接，可以对天线进行控制。通过监控微机，可以实现人机对话，还可以实现对天线、传感器电路的监控。监控微机的软件部分采用VC++2.0开发工具进行应用程序开发，实现对方位轴不铅垂度自动化测量的控制，采用图形化的用户界面，为用户提供一个便于操作的人机界面；硬件部分利用设备空余串口与单片机通信。由于监控微机具备RS232接口，故监控微机与单片机通讯采用RS232串口，通信协议采用异步串行数据通信协议。

天线控制单元通过天线驱动单元驱动天线转动。天线包括天线转动部分和天线非转动部分，天线非转动部分包括电缆卷绕装置，该电缆卷绕装置防止电缆在天线转动的过程中受损。

本方案的测量系统省去了大量的人力，实现了测量、计算的自动化，大大缩短了测量时间，提高了测量精度。

作为本发明的第二个实施方式，提供一种天线方位轴不铅垂度的测量方法，包括如下步骤：

S101：对水平传感器的输出进行线性拟合。

线性拟合的方法包括：

根据倾斜角度与传感器输出电压的对应关系，拟合出一条反应二者关系的（线性）直线，测量值散布在该直线两侧，选取绝对非线性小于3秒的测量区域（测量点的测量值在纵坐标方向与拟合直线相距小于3秒）作为测量范围，使水平传感器倾斜不同的角度，检测出30组以上模拟倾斜角度和对应的输出电压，通过公式三和公式四计算得到系统增益和归零参数；

公式三；

公式四；

其中，Xi表示模拟倾斜角度，Yi表示输出电压，i为0以上的自然数，i的取值为0、1、2、......、n；A为归零参数，K为系统增益。

通过线性拟合，将水平传感器的误差减小到最小。进行多次线性拟合，可以提高拟合精度。本方案的线性拟合稳定性、可重复性高，可以每一年或两年进行一次线性拟合，每次拟合之后将系统增益系数K作为标定结果输入软件即可使用；为了修正传感器时间漂移，也可以更频繁地进行线性拟合。

为了确定线性拟合的稳定性和可重复性，对线性拟合的结果进行了验证。

系统的最大量程远大于实际测量的的需要，实际应用时只需要选用其中的一端，采用正端、负端分段拟合，可以提高拟合精度。通过比较正端、负端拟合精度，选取结果较好的一端作为实际测量范围使用。

系统负端满量程输出的结果如图7所示，输出曲线较平滑，曲线较弯曲，非线性较大，通过拟合非线性误差最大为385mv。

系统正端满量程输出的结果如图8所示，输出曲线平滑性稍差，但非线性小，通过拟合非线性误差最大为263mv。

系统的正端误差较小，实际使用时可采用系统正端作为实际测量范围。

通过数据分析，在传感器输出正端，从700mv—2200mv范围内绝对非线性度（指非线性误差极值即为最大误差值）小于20mv，系统增益为7.2mv/秒。即非线性小于3秒（如图9所示）。可选为系统测量范围，该范围大于200秒，满足系统要求。

线性拟合结果描述拟合为直线后，该直线在二维坐标里的两个参数。

图9和图10为两次测量情况比较：

图9拟合结果为Y=270.115685+14.361954X；

图10拟合结果为Y=361.536070+14.403448X；

增益误差为

；

满量程拟合增益误差=0.041×100/14.38%=0.28%。

两次测量的拟合结果不同，斜率及过X为0位的值不同。增益误差为拟合直线斜率之差。满量程拟合增益误差表示系统两次拟合的结果不同，存在的误差。

图9非线性误差曲线如图11所示，图11中纵坐标单位为秒，可以看出，该曲线的纵向的最高点和最低点的差值控制在2秒以内，可以得到最大非线性小于2秒。

图12是图10的非线性误差曲线,图12中纵坐标单位为秒，可以看出，该曲线的纵向的最高点和最低点的差值控制在2秒以内，可以得到最大非线性小于2秒。

仔细分析图11和图12的非线性误差曲线可以发现，误差曲线十分相似。根据宏观模拟量为连续量的原理，结合和像水平仪的2秒测量精度情况，可以认为两曲线所形成的误差包络一致，从而形成较精确的误差曲线。通过补偿的方式将图11和图12的非线性误差填平，从而提高非线性精度，进而可以证明通过误差曲线的校正，最大非线性可小于0.5秒。

S102：监控微机通过天线控制单元控制天线静止指定时间并获取测量位置方位角。指定时间优选20秒。本系统测量精度小于2秒，测量时间不大于12分钟的需求，要求静态水平传感器从动态转静态后的20s内输出电压达到稳定值，与长期（1小时）稳定值误差小于1角秒。传感器时间稳定曲线平滑，一致性好，该误差可通过采集相同稳定时间后的传感器数据，从而消除该项因动态环境造成的误差。测量位置方位角通过角度编码器获取。

S103：天线静止指定时间后，传感器电路采集天线指向位置不铅垂度对应的电压数据，并传输给数据采集系统。

S104：数据采集系统将该天线指向位置不铅垂度对应的电压数据采集后发送给监控微机。

S105：监控微机接收到电压数据后，通过天线控制单元控制天线驱动单元驱动天线转动指定旋转角度。指定旋转角度为360°的约数，优选30°。每次转动的指定旋转角度相同。

S106：重复上述S102-S105测量步骤，直到天线转动一圈360°。

S107：监控微机通过多个天线指向位置不铅垂度对应的电压和测量位置方位角得到最大不铅垂度，并绘制出不铅垂度曲线。

监控微机通过多个天线指向位置不铅垂度的电压数据和测量位置方位角得到最大不铅垂度的方法包括：先通过电压数据转换成天线指向位置不铅垂度，然后计算出最大不铅垂度方位角和最大不铅垂度。

通过电压数据转换成天线指向位置不铅垂度的方法包括通过系统增益、归零参数和电压数据获得天线指向位置不铅垂度，具体包括：

根据系统增益和归零参数得到公式五；从公式五计算得到电压数据对应的天线指向位置不铅垂度；

Y=A+KX 公式五；

其中，Y表示电压数据，X表示天线指向位置不铅垂度，A表示归零参数，K表示系统增益。

最大不铅垂度方位角的计算方法采用公式一：

公式一；

最大不铅垂度的计算方法采用公式二：

公式二；

其中，Am表示最大不铅垂度方位角；θm表示最大不铅垂度；

；βi表示天线指向位置不铅垂度；αi表示测量位置方位角；n表示测量点数，即天线转动一圈的采集数据的次数。

在公式一中，一并解决了系统的零点漂移，提高了计算的精确度。

计算出最大不铅垂度之后，绘制出不铅垂度曲线图，如图13所示，本方案绘制的不铅垂度的曲线与合像水平仪的曲线接近，单点测量误差小，表明本方案的方法可行，满足设计要求。

由于测量系统的各个部件存在误差源，本方案的测量精度仍旧会存在以下误差：

① 水平传感器分辨率误差：0.1秒；

② 水平传感器滞后误差：原测试报告为0.057秒，考虑工程实际取0.1秒；

③ 水平传感器增益温漂误差：（本实验由于条件限制，暂时不能得出结果,计算暂时按最大可取1秒）

④ 水平传感器非线性修正残差：取0.5秒；

⑤ 线性拟合误差：取0.28秒；

⑥ V/F量化误差：取0.05秒；

⑦ V/F变换器非线性误差：取0.05秒；

⑧放大器增益温漂误差:根据指标取最大为0.9秒;

⑨ 放大器增益误差: 根据指标取0.2秒。

根据公式六计算出总误差：

总误差=

公式六；

——其中En代表某个特定误差源。

总误差

=

=1.5角秒

测试精度指标要求2角秒以内，仍有0.5角秒的余量，表明本方案的误差很小，能够满足测控需求。

为了验证在低温苛刻实验环境的工作性能，在冰柜中将传感器电路冷冻到-10°C后加电工作正常，30分钟内继续冷冻至-20°C，系统工作正常，表明本测量系统可以在低温下正常工作。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种天线方位轴不铅垂度的测量系统，其特征在于，包括依次连接的传感器电路、数据采集系统、监控微机、天线控制单元、天线驱动单元和天线；

所述传感器电路，用于采集天线指向位置不铅垂度对应的电压数据；所述传感器电路包括水平传感器，该水平传感器设置在天线上并且该水平传感器靠近天线的方位轴；所述水平传感器采用静态水平传感器，所述静态水平传感器是指不能用于测量面不水平度快速变化或快速震荡的应用场合、只能用于静止不动或不水平度变化缓慢的平面不水平度测量的传感器；该水平传感器满足：被测量对象从运动状态到静止状态，然后保持静止状态20秒时间，此时传感器输出电压为稳定值，与静止1小时后测量得到的电压值的变化值小于1角秒对应的电压增量；

所述数据采集系统用于采集传感器电路记录的电压数据并传输给监控微机；

所述监控微机用于获取电压数据，通过系统增益、归零参数和电压数据获得天线指向位置不铅垂度，计算得到最大不铅垂度及绘制不铅垂度曲线，还用于向天线控制单元发送天线转动指令；所述通过系统增益、归零参数和电压数据获得天线指向位置不铅垂度的方法包括：根据系统增益和归零参数得到公式五；从公式五计算得到电压数据对应的天线指向位置不铅垂度；

Y=A+KX 公式五；

其中，Y表示电压数据，X表示天线指向位置不铅垂度，A表示归零参数，K表示系统增益；

所述系统增益和归零参数的计算方法包括：

在测量前，根据倾斜角度与传感器输出电压的对应关系，拟合出一条反应二者关系的直线，测量值散布在该直线两侧，选取绝对非线性小于3秒的测量区域作为测量范围，使水平传感器倾斜不同的角度，检测出多组模拟倾斜角度和对应的输出电压，通过公式三和公式四计算得到系统增益和归零参数；

公式三；

公式四；

其中，Xi表示模拟倾斜角度，Yi表示输出电压，i为0以上的自然数，i的取值为0、1、2、......、n；

所述天线驱动单元接收天线控制单元指令后驱动天线旋转到预定测量位置。

2.根据权利要求1所述的天线方位轴不铅垂度的测量系统，其特征在于，所述传感器电路还包括依次连接的放大器、滤波器、模数转换模块及接口电路，所述水平传感器与放大器连接；

所述数据采集系统与接口电路连接。

3.根据权利要求1所述的天线方位轴不铅垂度的测量系统，其特征在于，所述数据采集系统包括传感器接口、单片机、程序存储器、数据存储器和微机接口；所述单片机与传感器接口、程序存储器、数据存储器和微机接口连接；

所述监控微机与微机接口连接，所述传感器电路与传感器接口连接。

4.根据权利要求1所述的天线方位轴不铅垂度的测量系统，其特征在于，还包括第一双绞线和第二双绞线，所述第一双绞线连接传感器电路和数据采集系统，所述第二双绞线连接数据采集系统和监控微机。

5.一种天线方位轴不铅垂度的测量方法，其特征在于，采用权利要求1-4中任一项所述的测量系统，包括如下步骤：

监控微机通过天线控制单元控制天线静止指定时间并获取测量位置方位角，天线静止指定时间后，传感器电路采集天线指向位置不铅垂度对应的电压数据，并传输给数据采集系统；数据采集系统将该天线指向位置不铅垂度对应的电压数据采集后发送给监控微机；监控微机接收到电压数据后，通过天线控制单元控制天线驱动单元驱动天线转动指定旋转角度；重复获取测量位置方位角并传输给监控微机的测量步骤直到天线转动一圈360°；

监控微机通过多个天线指向位置不铅垂度对应的电压数据和测量位置方位角得到最大不铅垂度，并绘制出不铅垂度曲线。

6.根据权利要求5所述的天线方位轴不铅垂度的测量方法，其特征在于，所述监控微机通过多个天线指向位置不铅垂度的电压数据和测量位置方位角得到最大不铅垂度的方法包括：先通过电压数据转换成天线指向位置不铅垂度，然后计算出最大不铅垂度方位角和最大不铅垂度；

最大不铅垂度方位角的计算方法采用公式一：

公式一；

最大不铅垂度的计算方法采用公式二：

公式二；

其中，Am表示最大不铅垂度方位角；θm表示最大不铅垂度；

；βi表示天线指向位置不铅垂度；αi表示测量位置方位角；m表示测量点数，即天线转动一圈的采集数据的次数。

Images