基于多维无约束优化的天线表面精度调整方法技术

本发明专利技术公开一种基于多维无约束优化的天线表面精度调整方法，该方法以所测面板靶标坐标为基础，根据靶标点实测坐标和理论坐标的空间位置关系，推导出联系面板调整量和靶标点误差的转换矩阵，以所有靶标点相对于设计抛物面的半光程差的均方根值为目标函数，建立多维无约束优化模型，应用共轭梯度法逐步迭代解得最优的面板调整量。试验证明，使用本发明专利技术方法，可以减少面板调整次数，提高调整效率和调整精度。只需二次调整，就可将天线的整面精度从１．８９ｍｍ降至０．４４ｍｍ。本发明专利技术将改变传统的靠经验调整面板的方法，实现在理论方法的指导下对天线面板进行精确调整。该方法既可用于整面数据成批处理、面板一次性调整，也可用于单块面板数据处理和单块面板局部调整。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于天线
，具体是一种。用于指导天线面板的优化调整。
技术介绍
天线反射面的表面精度是衡量评价天线质量的重要技术性能指标，它不仅直接影响天线的口面效率，从而决定该天线可工作的最短波长；还影响天线方向图的主瓣宽度和副瓣结构。通过对天线反射面进行测量，确定其表面精度，由表面精度可以推算出它对天线电性能的影响。反射面的表面精度要求与工作频率有关，工作频率越高，对表面精度的要求就越严。一般要求表面精度是工作波长的1/16～1/32。由于大口径天线反射面由几十甚至几百块反射面板拼装而成，为获得较好的反射面表面精度，就必须合理安装调整各块面板，尽可能使各面板组成的反射面的形状与设计的目标反射面相吻合，这样才能满足电气指标的要求。天线面板的空间位置一般通过测量面板上的一组靶标点坐标获得。参考所测数据，通过天线面板底面边缘四周的调整机构进行面板空间位置的精密调整。目前，在国内外最常用的天线反射面的安装调整方法有如下几种(1)用光学经纬仪和钢带尺结合的调整。利用角度差与径向尺寸获得调整点处的轴向误差，把它作为调整量进行调整。这种方法效率低下，人为误差大，是较传统的方法。如在A.Greve，D.Morris，L.E.B.Johansson.Precision ofRadio Reflector Surfaces Adjusted from Theodolite-tape Measurements.IEEProc-Microwave Antennas Propag.，VOL.141，NO.1，February 1994中所采用的方法就是这种调整方法。(2)利用电子经纬仪对反射面进行测量和调整。两台电子经纬仪采用空间交汇法测得靶标点处的坐标值，直接用轴向坐标的测量值减去理论值作为调整量。(3)利用激光跟踪仪对反射面进行测量和调整。利用激光跟踪仪可直接测得靶标点处的三维坐标值，同时得到那一点处的轴向与法向误差，把它们作为调整量对各点进行调整。“(2)、(3)”两种测量调整方法在《测绘通报》2003年第6期“天线反射面精度测量技术述评”(李宗春，李广云，吴晓平著)文献中有所报导。采用上述方法，在天线面板安装调整过程中，装配人员要根据实测数据，凭经验对每块面板进行反复的调整，直到精度符合要求为止。由于面板上任意点的位置受调整点位置变化的影响而变动，一次调整好的调整点会因调其它点而偏离调好的位置。因此，应用上述方法调整天线面板时，调整次数较多，效率和精度较低，缺乏理论性和快速性，调整精度会因人而异，特别当天线面板较多，精度要求较高的情况下，上述问题更加突出。专利技术的内容本专利技术的目的是避免上述现有技术的不足，提供一种新的，指导天线面板的安装调整，以提高调整效率与反射面精度。实现本专利技术目的的技术方案是，以所测面板靶标坐标为基础，根据靶标点实测坐标和理论坐标的空间位置关系，推导出联系面板调整量和靶标点误差的转换矩阵，以所有靶标点相对于设计抛物面的半光程差的均方根值为目标函数，建立多维无约束优化模型，应用共轭梯度法逐步迭代解得最优的面板调整量，以指导天线表面精度的精确调整。所述根据靶标点实测坐标和空间位置关系推导联系调整量和靶标点误差的转换矩阵并建立多维无约束优化模型的具体步骤如下(1)根据天线口径、焦距、反射面板圈数、每圈块数，确定靶标理论坐标；(2)利用高精度测量设备，对初装完毕的天线反射面板上的靶标进行精确测量，得到面板靶标的测量坐标Pi(x，y，z)，计算各靶标的测量坐标与理论坐标的误差；(3)根据靶标的测量数据，确定靶标点与调整点的空间位置关系为OP′i‾=OPi‾+Sikak,]]>其中ak为第k块面板的调整向量，Sik为调整量对Pi(x，y，z)的作用系数，P′i(x，y，z)为调整之后靶标点新坐标， OPi‾∈R3×1]]>分别为从设计坐标系原点O(0，0，0)到靶标点P′i(x，y，z)、Pi(x，y，z)的位置矢量；(4)由Pi(x，y，z)与P′i(x，y，z)的坐标值求出调整前后靶标点相对于设计目标面的半光程差 eik=e0ik+Bik·ak,]]>其中e0ik是调整前由靶标点实测坐标与理论坐标求出的半光程差，eik为调整后的半光程差，eik为调整后的半光程差，Bik为第k块面板上调整量与靶标误差的转换矩阵；Bik=nz·n‾·Sik,]]>n‾=]]>为靶标点处的单位法向量；(5)将Bik推广到第k块面板所有Nk个靶标，有ek＝e0k+Bk·ak，其中ek=T,]]>Bk=T;]]>再将Bk推广到整个天线反射面的所有Np块面板，得e＝e0+Qa，其中e=T,]]>a=T,]]>Q=B10...00B2...0............00...BNp]]>为联系调整量和表面误差的整体转换矩阵；(6)以所有靶标点相对于设计抛物面的半光程差的均方根值为目标函数，建立多维无约束优化模型FindaMinF=e0TAfe0+2e0TAfQa+aTQTAfQa]]>其中Af指面积照度系数对角矩阵，应用共轭梯度法逐步迭代求解此优化模型，解得对应面板调整点的最优调整量。与现有技术相比，本专利技术在充分分析天线面板的调整机理的基础上，推导出了联系面板调整量和靶标点误差的转换矩阵，并把整个反射面的所有靶标点的均方根误差作为目标函数，从整体上优化了调整量。如果应用本专利技术的调整方法，将可避免凭经验进行面板调整的传统方法的不足以及仅使用仪器调整所存在的不足之处。可以实现在理论方法的指导下，对天线面板进行精确的调整。将本专利技术的方法试用于指导天线面板精度调整试验证明，可以减少面板的调整次数，提高调整效率和调整精度。在试验中，经二次调整就可将天线的整面精度(靶标点半光程差的均方根值)从1.89mm降至0.44mm。该方法既可用于整面数据成批处理、面板一次性调整，也可用于单块面板数据处理和单块面板局部调整。附图说明图1.本专利技术天线面板安装调整流程2.本专利技术天线面板调整量计算流程3.天线面板几何位置示意4.空间点到直线距离图5.法向偏差与半光程差的关系图6.调整前后靶标点误差比较7.调整过程反射面精度历史曲线具体实施方式以下参照附图对本专利技术作进一步详细描述。天线面板安装前，单块面板均需经过严格测量，满足面板加工精度要求。同时，天线反射面背架也需进行测量调整。在此基础上，就可对各个天线面板进行初步安装，以保证面板基本到位。初装过程中面板圆周方向一般由经纬仪等仪器辅助调整，以保证面板安放不致扭曲，而面板径向一般由钢带尺或面板本身的安装孔保证。天线面板初装后，则需对每块天线面板位置进行进一步精密调整。其基本方法是借助于电子经纬仪等精密测量装置对天线面板上的测量靶标进行位置测量。然后，以靶标实测坐标置为基础，算出靶标误差U＝(Ux，Uy，Uz)＝(Xt-X，Yt-Y，Zt-Z)，计算相对于设计目标面的半本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多维无约束优化的天线表面精度调整方法，其特征在于：以所测面板靶标坐标为基础，根据靶标点实测坐标和理论坐标的空间位置关系，推导出联系面板调整量和靶标点误差的转换矩阵，以所有靶标点相对于设计抛物面的半光程差的均方根值为目标函数，建立多维无约束优化模型，应用共轭梯度法逐步迭代解得最优的面板调整量，以指导天线表面精度的精确调整。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：段宝岩，王伟，马伯渊，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]