利用工业摄影测量法实现天线辐射特性测试的方法技术

本发明专利技术提出一种利用工业摄影测量法实现天线辐射特性测试的方法，首先根据天线设计要求，获得主反射面表面精度及副面、馈源与主反射面的几何关系，建立天线理论几何关系；再将天线理论几何关系导入测量计算机中，建立工业摄影测量基准坐标系；在天线系统电气性能测试完成后，通过工业摄影法拍摄主反射面、副反射面和馈源表面上粘贴的描述各自位置姿态的测量标志点，处理得到主反射面、副反射面与馈源的三维几何关系；将得到的主反射面、副反射面与馈源的三维几何关系，与天线理论几何关系进行比对，如果各项误差小于设计时允许的最大公差，则认为天线辐射特性满足要求。本发明专利技术能够大幅度降低成本，提高测试精度，降低人员消耗，提高效率。

【技术实现步骤摘要】
利用工业摄影测量法实现天线辐射特性测试的方法
本专利技术涉及抛物面天线辐射特性测试
，特别是涉及到抛物面天线辐射方向图、波束宽度以及轴比等指标测试。
技术介绍
目前国内对于天线远场辐射特性的测试都是基于建设满足远场条件的标校塔，在塔上架设信号源辐射信号，天线对准标校塔后，根据天线波束宽度确定扫描范围，然后分别在方位和俯仰平面扫描一定角度，完成辐射方向图、波束宽度等指标的测试，此外还要在信标塔架设旋转线极化喇叭，天线对准信标塔不动，通过旋转信标喇叭完成天线轴比指标的测试。对于标校塔建设的距离要求，在《天线测量技术》(成都电讯工程学院出版社，1987)第九章和《精密测量雷达标定与校正》(GJB3513-98，国防科学技术工业委员会)中对于标校塔与待测天线的距离规定如下：式中：R：为待测天线到标校塔的最小距离(米)；D：为待测天线口径(米)；λ：为测试频率的波长(米)。对于标校塔建设的高度要求，文献《精密测量雷达标定与校正》中规定如下：H≥R·tan(3θ)+h(2)式中：H：标校塔上喇叭天线的架设高度(米)；h：待测天线架设高度(米)；θ：待测天线垂直波束宽度(°)。根据上述对标校塔的建设要求，针对近年来天线向高频段、大口径方向发展的趋势，建设满足距离和高度要求的标校塔越来越困难，例如15米直径的Ka频段天线(20GHz、θ＝0.07°)，要建立满足条件的标校塔按照上述公式计算出的距离和高度如图1所示：由图1所示标校塔距离和高度可见，要想建设满足15米Ka频段天线远场条件的标校塔其难度和建设成本都是很高的。
技术实现思路
为解决大量测控、通信及雷达天线辐射特性现场测试时必须建设满足远场条件的标校塔问题，结合目前国内在工业摄影测量法对物体表面形状及精度测试的准确性和技术成熟性，拟利用工业摄影测量法在现场对天线反射体表面精度进行测试，替代标校塔法实现天线辐射特性测试，如果天线主反射体表面精度及主副面几何关系达到设计精度要求，则天线辐射特性必定满足指标要求。本专利技术的技术方案为：所述一种利用工业摄影测量法实现天线辐射特性测试的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：根据天线设计要求，获得主反射面表面精度及副面、馈源与主反射面的几何关系，建立天线理论几何关系；步骤2：将天线理论几何关系导入测量计算机中，建立工业摄影测量基准坐标系；在天线系统电气性能测试完成后，通过工业摄影法拍摄主反射面、副反射面和馈源表面上粘贴的描述各自位置姿态的测量标志点，处理得到主反射面、副反射面与馈源的三维几何关系；步骤3：将步骤2得到的主反射面、副反射面与馈源的三维几何关系，与步骤1中的天线理论几何关系进行比对，如果各项误差小于设计时允许的最大公差，则认为天线辐射特性满足要求。进一步的优选方案，所述一种利用工业摄影测量法实现天线辐射特性测试的方法，其特征在于：主反射面上测量标志点粘贴在主反射面每块面板四角的调整螺栓位置；副反射面上测量标志点对称粘贴在以副反射面中心为中心的正交十字线上；馈源上测量标志点按照十字对称分布粘贴在馈源支套壁表面和馈源支套法兰表面。有益效果与传统的利用标校塔对天线辐射特性进行测试的方法相比，工业摄影测量法具有以下优势：1、大幅度降低成本在利用标校塔对天线辐射特性进行测试时，首先征地并建设满足远场条件的标校塔就需要巨额的费用，其次还要修通测试场区到标校塔的道路，保障供电及通信，这些也都需要大量的资金；而工业摄影测量法只需要在天线工作场区完成摄影测量即可，测试时只需要保障路灯车或专用升降平台，成本很低。2、提高测试精度原方法调整及测试主反射面精度时，在地面水平状态下调整及测试，然后将天线吊装到天线座架上吊装过程及随后对副反射面及支撑机构的吊装等工作均对主反射面精度产生不利影响，此外对副反射体的定位靠卷尺等测量，精度有限，而工业摄影测量法是在天线吊装完毕后整体测量，测量精度可大幅度提高。3、降低人员消耗在利用标校塔测试时，需要天线对准标校塔扫描方向图，所以标校塔一般配备2人，控制天线1人，测量人员2人，钳工1人，而工业摄影测量时只需控制天线1人，测试人员1人、升降梯操作人员1人。4、提高效率在传统的主反体表面精度调整及测试工作中，测试人员通过经纬仪或激光跟踪仪逐点测量，然后指挥工人逐块面板调整，人员和调整工作都是“串行”工作，天线表面精度调整经历粗调和精调，一般12米口径天线连调整带测试需要2周左右，而工业摄影测量法一次得出天线表面所有的调整点数据，可由多名工人同时开展工作，12米口径天线连调整带测试仅需要3天，极大地提高了工作效率。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1：15米Ka天线标校塔建设示意图；图2：回光反射标志；图3：相机测量示意图；图4：卡塞格伦双反射面天线几何关系；图5：天线反射体结构示意图；其中1、主反射面，2、副反射面，3、馈源支套；图6：天线口面垂直于大地水平面，人面向天线视图；图7：标志点圈数命名示意图；图8：点号命名示意图；图9：副反射体测量标志粘贴位置示意图；图10：馈源支套壁表面测量标志粘贴位置示意图；图11：馈源支套法兰表面测量标志粘贴位置示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。本专利技术的目的是解决大量测控、通信及雷达天线辐射特性现场测试时必须建设满足远场条件的标校塔问题。结合目前国内在工业摄影测量法对物体表面形状及精度测试的准确性和技术成熟性，利用工业摄影测量法在现场对天线反射体表面精度进行测试，替代标校塔法实现天线辐射特性测试。首先说明工业摄影测量法测量天线几何关系的原理：工业摄影测量系统主要用于对静态物体的高精度三维坐标测量，对于天线系统的几何量进行测量时，只需要在主反射面、副反射面及馈源表面粘贴测量用的回光反射标志，通过一台高分辨率的数字相机距离被测天线系统一定距离，从多个位置和角度拍摄，得到各个回光反射标志的多幅二维数字影像，根据透视投影的目标点、相机中心和像点三点共线条件，经相机定向及图像匹配后得到回光反射标志三维坐标(标志点图像中心自动定位、自动匹配、自动拼接和自动平差计算)。利用众多标志的三维坐标可计算主反射面精度、计算主反射面、副反射面及馈源间的几何位置关系，回光反射标志与编码标志的实物图片如图2所示：由于像机镜头视场角和摄影距离的限制，每幅像片只能覆盖天线系统的一部分。因此，各测站之间的位置关系需要利用编码标志进行传递。利用编码标志进行图像拼接的主要原理是把编码标志作为测量中具有已知坐标的控制点，由这些控制点的已知空间信息，通过后方交会原理得到每幅像片的外方位元素，从而完成对图像的拼接和测站之间坐标关系的传递，现场测量示意图如图3所示，其计算步骤如下：1、测量图像进行扫描，识别出每幅图像里的编码标志；2、每幅图像里具有相同点号的编码标志进行匹配，利用编码标志的已知空间坐标通过后方交会把像片统一到摄影测量坐标系下，同时得到各图像的外方位元素；3、根据图像已知的外方位元素，利用核线匹配原理对其它非编码标志点进行同名点匹配；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用工业摄影测量法实现天线辐射特性测试的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：根据天线设计要求，获得主反射面表面精度及副面、馈源与主反射面的几何关系，建立天线理论几何关系；步骤2：将天线理论几何关系导入测量计算机中，建立工业摄影测量基准坐标系；在天线系统电气性能测试完成后，通过工业摄影法拍摄主反射面、副反射面和馈源表面上粘贴的描述各自位置姿态的测量标志点，处理得到主反射面、副反射面与馈源的三维几何关系；步骤3：将步骤2得到的主反射面、副反射面与馈源的三维几何关系，与步骤1中的天线理论几何关系进行比对，如果各项误差小于设计时允许的最大公差，则认为天线辐射特性满足要求。

【技术特征摘要】
2016.11.25 CN 20161105104801.一种利用工业摄影测量法实现天线辐射特性测试的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：根据天线设计要求，获得主反射面表面精度及副面、馈源与主反射面的几何关系，建立天线理论几何关系；步骤2：将天线理论几何关系导入测量计算机中，建立工业摄影测量基准坐标系；在天线系统电气性能测试完成后，通过工业摄影法拍摄主反射面、副反射面和馈源表面上粘贴的描述各自位置姿态的测量标志点，处理得到主...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢华强，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十九研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61