CN114295049B - 一种天线反射体空间几何关系校准方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种天线反射体空间几何关系校准方法及装置，天线反射体空间几何关系校准方法包括：在天线安装阶段，按照预设路径对所述天线反射体进行摄影测量，以获得所述天线反射体的图像数据；提取所述天线反射体的图像数据中的各第一测量标识的坐标；建立以所述馈源的喇叭口为基准的目标坐标系，并基于所述目标坐标系建立理论天线反射体的理论模型；将所述各第一测量标识的坐标映射至所述目标坐标系，并确认所述主反射面和副反射面各第一测量标识的坐标与所述理论模型之间的偏差；基于所述偏差对所述主反射面和副反射面进行调整。本公开的方案不需要预先测试电信号，可以直接应用于天线安装阶段，极大提高了天线系统的建设效率。
Description
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种天线反射体空间几何关系校准方法及装置。
背景技术
随着测控通信、天文观测以及遥感等行业的高速发展，作为接收或发射电磁波的地面站天线，其天线反射体口径逐渐增大、工作频段越来越高、工作频段越来越宽。传统的单一追求较高精度的天线主反射面型面，已经难以满足天线系统电性能指标需求，如何依据微波仿真得到的天线反射体理论模型，实现天线反射体空间几何关系的精密测量、调整成为天线系统建设、运行的重要工作。
现有的方案需要先进行安装，然后测试电信号，再确定几何关系，最后到现场再恢复。具体的现有的方案在天线主反射面表面精度调整完成后，需要对天线系统进行远场或近场对塔标校，接收标校塔上架设的信号源电磁波，通过方向图扫描方式逐步调整副反射面姿态，直到天线系统电性能指标满足需求；然后，应用摄影测量系统测量天线主反射面、馈源系统、副反射面当前的空间位置关系，待天线发往设备运行现场后，需要再一次结构安装，并再做一次空间位置关系的恢复。但现有的方案会导致天线主反射面表面精度虽然满足指标要求，但其实际电轴(中心轴)偏离馈源系统电轴(天线系统理论电轴基准)，在电性能测试阶段调整副反射面姿态时，需要用副反射面补偿主反射面电轴偏离问题，当天线系统应用的电磁波频率较低波束较宽时或许能满足使用，对于高频段窄波束电磁波难以满足指标需求。并且该方案测试调整过程复杂，并且需要在先测试电信号，不便于天线系统的实地建设。
发明内容
本发明实施例提供一种天线反射体空间几何关系校准方法及装置，用以直接测量并校准天线系统，从而极大提高天线系统的建设效率，并且实现天线系统趋近于理论模型。
第一方面，本发明实施例提供一种天线反射体空间几何关系校准方法，所述天线反射体包括主反射面和副反射面，所述主反射面内壁安装有馈源，所述副反射面安装在所述主反射面上，所述副反射面距离所述馈源指定高度；所述主反射面，馈源和副反射面上分别设置有多个第一测量标识；
所述天线反射体空间几何关系校准方法包括：
在天线安装阶段，按照预设路径对所述天线反射体进行摄影测量，以获得所述天线反射体的图像数据；
提取所述天线反射体的图像数据中的各第一测量标识的坐标；
建立以所述馈源的喇叭口为基准的目标坐标系，并基于所述目标坐标系建立理论天线反射体的理论模型；
将所述各第一测量标识的坐标映射至所述目标坐标系，并确认所述主反射面和副反射面各第一测量标识的坐标与所述理论模型之间的偏差；
基于所述偏差对所述主反射面和副反射面进行调整。
在一些实施例中，所述馈源的喇叭口外侧圆周以及法兰端面均匀分布有多个第一测量标识，以作为摄影测量的圆心以及所述目标坐标系的基准面；
所述馈源的外侧壁上均匀分布有多个第一测量标识，以作为映射至所述目标坐标系的公共点；
所述馈源的外侧壁上还均匀分布有多个第二测量标识，以作为图像数据的拼接基准。
在一些实施例中，所述主反射面上按照圆周均匀分布有多个第一测量标识和多个第二测量标识。
在一些实施例中，所述副反射面划分有多个子区域，并且基于所述副反射面的大小在各子区域设置有多个第一测量标识。
在一些实施例中，提取所述天线反射体的图像数据中的各第一测量标识的坐标包括：
利用预设图形处理软件基于各第二测量标识对图像数据进行拼接；
识别拼接后的图像数据中的各第一测量标识，以提取各第一测量标识的坐标。
在一些实施例中，建立以所述馈源为基准的目标坐标系包括：
以馈源的喇叭口上端面的圆心为坐标原点建立目标坐标系，其中所述目标坐标系的Z轴正向经原点垂直于喇叭口上端面且指向副反射面，X轴正向指向天线主反射面。
在一些实施例中，确认所述主反射面和副反射面各第一测量标识的坐标与所述理论模型之间的偏差包括：
确定所述主反射面的各第一测量标识的坐标与所述理论模型之间的法向偏差；
将所述主反射面的各第一测量标识的法向偏差的均方根作为所述主反射面的表面精度；以及
基于所述主反射面各单面板的第一测量标识的法向偏差确定该单面板的调整量。
在一些实施例中，确认所述主反射面和副反射面各第一测量标识的坐标与所述理论模型之间的偏差包括：
确定所述副反射面的各第一测量标识的坐标与所述理论模型之间的法向偏差；
将所述副反射面的各第一测量标识的法向偏差的均方根作为所述副反射面的姿态精度；以及
基于所述副反射面各子区域的第一测量标识的法向偏差在所述目标坐标系下的各分量确定所述副反射面该子区域的调整量。
本公开还提出一种天线反射体空间几何关系校准装置，所述天线反射体空间几何关系校准装置包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，在所述处理器调用所述计算机程序时实现本公开各实施例所述的天线反射体空间几何关系校准方法。
本公开还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本公开各实施例所述的天线反射体空间几何关系校准方法的步骤。
本发明实施例以馈源为基准建立目标坐标系，从而实现精密测量和调整天线主反射面表面精度和副反射面姿态，调整后的天线系统趋近于理论模型，并且本公开的方案不需要预先测试电信号，可以直接应用于天线安装阶段，极大提高了天线系统的建设效率。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本公开的天线反射体的基本结构示意图；
图2为本公开的天线反射体空间几何关系校准方法的基本流程图；
图3为本公开的天线反射体的馈源的基本结构示意图；
图4为本公开的天线反射体的主反射面的基本结构示意图；
图5为本公开的天线反射体的副反射面的基本结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明实施例提供一种天线反射体空间几何关系校准方法，如图1所示，所述天线反射体包括主反射面1和副反射面3，所述主反射面内壁安装有馈源2，所述副反射面3安装在所述主反射面1上，所述副反射面3距离所述馈源2指定高度；所述主反射面1，馈源2和副反射面3上分别设置有多个第一测量标识。
如图2所示，所述天线反射体空间几何关系校准方法包括：
在步骤S201中，在天线安装阶段，按照预设路径对所述天线反射体进行摄影测量，以获得所述天线反射体的图像数据。如图1所示，可以通过摄影测量相机5按照预设路径来获取天线反射体的图像数据。具体的预设路径可以提前规划，并在该路径上均匀设置多个摄影测量点。
在步骤S202中，提取所述天线反射体的图像数据中的各第一测量标识的坐标。具体的可以根据从多个摄影测量点获取的图像数据提取全部第一测量标识相应的测量点在摄影测量物方坐标系下坐标。
在步骤S203中，建立以所述馈源的喇叭口为基准的目标坐标系4，并基于所述目标坐标系4建立理论天线反射体的理论模型。本公开的方法在天线安装阶段调整天线反射体，通过选用馈源为基准，能够直接确定出主反射面以及副反射面的调整量。
在步骤S204中，将所述各第一测量标识的坐标映射至所述目标坐标系4，并确认所述主反射面和副反射面各第一测量标识的坐标与所述理论模型之间的偏差。本公开中将实际安装的各第一测量标识的坐标映射至所述目标坐标系，并且以馈源为基准建立了目标坐标系，由此可以确定出主反射面和副反射面各第一测量标识的坐标与理论模型之间的偏差。
在步骤S205中，基于所述偏差对所述主反射面和副反射面进行调整。在确定偏差之后，即可根据偏差来对主反射面和副反射面进行调整，从而调整之后的天线反射体趋近于理论模型，实现安装过程即完成天线反射体的调整。在调整完成之后，即可进行电性能测试。
本发明实施例以馈源的喇叭口为基准建立目标坐标系，将主反射面和副反射面按照其理论模型精密测量调整后，不需要预先通过电信号测试调整副反射面姿态，即可满足天线系统接收或发射电磁波信号的指标需求，可以直接应用于天线安装阶段，天线系统可以直接进入到运行使用状态，极大提高了天线系统的建设效率。
在一些实施例中，所述馈源的喇叭口外侧圆周以及法兰端面均匀分布有多个第一测量标识，以作为摄影测量的圆心以及所述目标坐标系的基准面；
所述馈源的外侧壁上均匀分布有多个第一测量标识，以作为映射至所述目标坐标系的公共点；
所述馈源的外侧壁上还均匀分布有多个第二测量标识，以作为图像数据的拼接基准。
本公开中馈源的喇叭口外侧圆周以及法兰端面均匀分布有多个第一测量标识(如图3中标记21、22)，本公开的第一测量标识的作用是用于后期图形处理软件提取坐标。在一些示例中，如图3所示，第一测量标识可以是在预设的测量点粘贴的单点反光标志。相应的主反射面和副反射面的第一测量标识也可以是其测量点上的反光标识。本公开中馈源的外侧壁(支套)上均布若干第一测量标识(如图3中标记23)作为恢复天线系统坐标系的公共点。并且进一步的，馈源的外侧壁(支套)上还设置有多个第二测量标识(如图3中标记24)，该第二测量标识可以是在预设编码标志点粘贴的反光标识，并且与第一测量标识进行区分，各第二测量标识作为拼接基准，从而实现将在各个摄影测量位获取的图像数据的拼接，由此确定出实际的天线反射体的坐标位置。
在一些实施例中，所述主反射面上按照圆周均匀分布有多个第一测量标识和多个第二测量标识。如图4所示，主反射面外圆11为天线主反射面正上方，主反射面也布置有多个第一测量标识12和多个第二测量标识13。本公开中主反射面是由多块单面板拼接形成的，可以在每块单面板上设置多个第一测量标识12和第二测量标识13，从而便于后去对各块单面板进行调节。
在一些实施例中，如图5所示，所述副反射面划分有多个子区域，并且基于所述副反射面的大小在各子区域设置有多个第一测量标识。如图5所示，副反射面可以划分上、下、左、右四个子区域(31、32、33、34)。根据副反射面的尺寸大小在每个子区域均匀分布若干第一测量标识(单点反光标志)。例如图4中给出了副反射面下子区域35的第一测量点的一种布置方式。本公开中使用的单点反光标志是相同的，粘贴的位置不同，后期可以利用图形处理软件提取不同位置坐标。
在一些实施例中，提取所述天线反射体的图像数据中的各第一测量标识的坐标包括：
利用预设图形处理软件基于各第二测量标识对图像数据进行拼接；
识别拼接后的图像数据中的各第一测量标识，以提取各第一测量标识的坐标。
具体的，在获取到所需的图像数据之后，将图像数据导入图形处理软件，由此通过图形处理软件基于各第二测量标识对图像数据进行拼接，从而拼接处一个完整的天线反射面。经过测量点识别，光束法平差，可以提取全部测量点在摄影测量物方坐标系下坐标。
在一些实施例中，建立以所述馈源为基准的目标坐标系包括：
如图1所示，以馈源的喇叭口上端面的圆心O为坐标原点建立目标坐标系XYZ，其中所述目标坐标系的Z轴正向经原点垂直于喇叭口上端面且指向副反射面，X轴正向指向天线主反射面，Y轴可以由坐标系右手法则确定。
然后基于天线系统的目标坐标系O-XYZ，建立IGES格式的天线主反射面和副反射面理论模型。
并在空间分析软件中，以天线系统坐标系O-XYZ为工作坐标系，导入天线反射体全部测量点和天线反射体理论数学模型。由此实现将各第一测量标识的坐标映射至目标坐标系O-XYZ。
在一些实施例中，确认所述主反射面和副反射面各第一测量标识的坐标与所述理论模型之间的偏差包括：
确定所述主反射面的各第一测量标识的坐标与所述理论模型之间的法向偏差。由于前述方案中完成了将各第一测量标识的坐标映射至目标坐标系O-XYZ，以及建立了主反射面和副反射面理论模型，由此可以通过空间分析软件查询主反射面全部测量点相对于天线反射体理论数学模型中的主反射面模型法向偏差。
将所述主反射面的所有第一测量标识的法向偏差的均方根作为所述主反射面的表面精度；以及
基于所述主反射面各单面板的第一测量标识的法向偏差确定该单面板的调整量。
本公开中全部第一测量标识的法向偏差的均方根值(RMS)即为主反射面表面精度。基于前述实施例，本公开中主反射面是由多块单面板构成的，对于主反射面的调整，可以确定各单面板的第一测量标识的法向偏差，然后基于该单板的法向偏差对该单板进行调整。具体可以按照调整单块面板的螺栓来实现对主反射面的位置调整。
在一些实施例中，确认所述主反射面和副反射面各第一测量标识的坐标与所述理论模型之间的偏差包括：
确定所述副反射面的各第一测量标识的坐标与所述理论模型之间的法向偏差；
将所述副反射面的各第一测量标识的法向偏差的均方根作为所述副反射面的姿态精度；以及
基于所述副反射面各子区域的第一测量标识的法向偏差在所述目标坐标系下的各分量确定所述副反射面该子区域的调整量。
在前述主反射面调整完毕之后，本示例中进一步调整副反射面。本公开中副反射面是一体成型的，因此无法进行类似于主反射面的单面板调节，但同时副反射面有姿态需求，可以提供多个方向的调节构件用以调节副反射面的姿态。本示例中在前述划分的子区域的基础上，可以基于一个子区域中的各第一测量标识的法向偏差的均值在目标坐标系O-XYZ的分量dX、dY、dZ来作为该子区域的调整量，从而对每个子区域进行调整，最终实现对副反射面的姿态调整。
本公开的方法以馈源为基准，精密测量和调整天线主反射面表面精度和副反射面姿态，解决了天线反射体包含的主反射面、副反射面和馈源系统实际空间几何关系以较高精度趋近理论模型的问题，实现了天线电性能测试阶段免于通过近/远场测试方向图调整副反射面姿态的工作，缩短大量的测试工期和节省大量的人力、物力，同时保证了天线系统具备较高的电磁波辐射特性，且校准后的天线系统的电性能指标满足需求。
本公开还提出一种天线反射体空间几何关系校准方法的具体示例，对某12m口径接收S/X/Ka三频段电磁波的天线反射体空间几何关系精密测量后，主反射面表面精度优于±0.19㎜，副反射面姿态优于±0.35㎜，天线系统电性能测试满足指标要求。具体采用如下步骤进行：
按照本发明对某12m口径的天线反射体进行空间几何关系精密测量，以馈源系统为基准，完成天线主反射面表面精度和副反射面表面精度测量调整后，测试天线系统电性能指标，从接收电磁波方向图可以评价该方法的高效、高精度、高可靠性的特点。
在天线俯仰45°，通过摄影测量获取天线反射体测量图像。
经过摄影测量图像处理，获取天线反射体测量点坐标。
基于天线系统坐标系O-XYZ，构建天线反射体理论数学模型。
天线反射体主反射面测量点与模型比对，获取天线主反射面表面精度，并确定单面板的调整量。
天线反射体副反射面测量点与模型比对，获取天线副反射面姿态，并确定副反射面的姿态调整量。
天线主反射面表面精度和副反射面表面姿态满足精度需求后，进行电性能测试。
通过上述手段缩短大量的测试工期和节省大量的人力，同时保证了天线系统具备较高的电磁波辐射特性。
本公开还提出一种天线反射体空间几何关系校准装置，所述天线反射体空间几何关系校准装置包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，在所述处理器调用所述计算机程序时实现本公开各实施例所述的天线反射体空间几何关系校准方法。
本公开还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本公开各实施例所述的天线反射体空间几何关系校准方法的步骤。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (7)
1.一种天线反射体空间几何关系校准方法，其特征在于，所述天线反射体包括主反射面和副反射面，所述主反射面内壁安装有馈源，所述副反射面安装在所述主反射面上，所述副反射面距离所述馈源指定高度；所述主反射面，馈源和副反射面上分别设置有多个第一测量标识；
所述天线反射体空间几何关系校准方法包括：
在天线安装阶段，按照预设路径对所述天线反射体进行摄影测量，以获得所述天线反射体的图像数据；
提取所述天线反射体的图像数据中的各第一测量标识的坐标；
建立以所述馈源的喇叭口为基准的目标坐标系，并基于所述目标坐标系建立理论天线反射体的理论模型；
将所述各第一测量标识的坐标映射至所述目标坐标系，并确认所述主反射面和副反射面各第一测量标识的坐标与所述理论模型之间的偏差；
基于所述偏差对所述主反射面和副反射面进行调整；
建立以所述馈源为基准的目标坐标系包括：
以馈源的喇叭口上端面的圆心为坐标原点建立目标坐标系，其中所述目标坐标系的Z轴正向经原点垂直于喇叭口上端面且指向副反射面，X轴正向指向天线主反射面；
确认所述主反射面和副反射面各第一测量标识的坐标与所述理论模型之间的偏差包括：
确定所述主反射面的各第一测量标识的坐标与所述理论模型之间的法向偏差；
将所述主反射面的所有第一测量标识的法向偏差的均方根作为所述主反射面的表面精度；以及
基于所述主反射面各单面板的第一测量标识的法向偏差确定该单面板的调整量；
确认所述主反射面和副反射面各第一测量标识的坐标与所述理论模型之间的偏差包括：
确定所述副反射面的各第一测量标识的坐标与所述理论模型之间的法向偏差；
将所述副反射面的各第一测量标识的法向偏差的均方根作为所述副反射面的姿态精度；以及
基于所述副反射面各子区域的第一测量标识的法向偏差在所述目标坐标系下的各分量确定所述副反射面该子区域的调整量。
2.如权利要求1所述的天线反射体空间几何关系校准方法，其特征在于，
所述馈源的喇叭口外侧圆周以及法兰端面均匀分布有多个第一测量标识，以作为摄影测量的圆心以及所述目标坐标系的基准面；
所述馈源的外侧壁上均匀分布有多个第一测量标识，以作为映射至所述目标坐标系的公共点；
所述馈源的外侧壁上还均匀分布有多个第二测量标识，以作为图像数据的拼接基准。
3.如权利要求1所述的天线反射体空间几何关系校准方法，其特征在于，所述主反射面上按照圆周均匀分布有多个第一测量标识和多个第二测量标识。
4.如权利要求1所述的天线反射体空间几何关系校准方法，其特征在于，所述副反射面划分有多个子区域，并且基于所述副反射面的大小在各子区域设置有多个第一测量标识。
5.如权利要求2所述的天线反射体空间几何关系校准方法，其特征在于，提取所述天线反射体的图像数据中的各第一测量标识的坐标包括：
利用预设图形处理软件基于各第二测量标识对图像数据进行拼接；
识别拼接后的图像数据中的各第一测量标识，以提取各第一测量标识的坐标。
6.一种天线反射体空间几何关系校准装置，其特征在于，所述天线反射体空间几何关系校准装置包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，在所述处理器调用所述计算机程序时实现如权利要求1-5任一项所述的天线反射体空间几何关系校准方法。
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5中任一项所述的天线反射体空间几何关系校准方法的步骤。
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