一种天线反射面测量新方法*

王庆东

(中国电子科技集团公司第五十四研究所， 河北 石家庄 050081)

一种天线反射面测量新方法*

王庆东

(中国电子科技集团公司第五十四研究所， 河北 石家庄 050081)

为了更加便利地实现对天线反射面的测量，在传统测量方法经纬仪钢带尺法的基础上，引入了角度前方交会的测量原理，即将两台经纬仪与天线反射面旋转轴同轴布置组成一个测量系统，利用激光经纬仪发射的同轴激光束在天线反射面上形成光斑，用另一台经纬仪观测光斑并读出俯仰角度。俯仰角度测量值换算后即可得出该点的法向偏差，从而实现对天线反射面的测量。新测量方法原理简单，适用性强，实现了对天线反射面的无接触测量。

天线反射面；测量；激光经纬仪

引 言

对于天线反射面由平面曲线绕天线旋转轴旋转而成的天线，其传统测量方法为经纬仪钢带尺法。方法具体为：经纬仪布置于天线旋转轴并调整同轴，钢带尺通过反射面中心紧贴反射面并沿钢带尺上的标线在反射面上逐个做标记，经纬仪测量各目标的俯仰角度并记录，最终通过计算各点的角度误差值得出天线反射面的精度[1]。

激光经纬仪采用一条激光束作为可见参考线，其光轴与望远镜视准轴重合，这样可以用激光光斑指示照准的目标位置，而这一激光束所指的水平方向及竖直方向的角度同样可以通过经纬仪的水平度盘及垂直度盘读出[2]。

根据激光经纬仪发射同轴激光束并在天线反射面上形成可见光斑的特点，可以将光斑作为测量合作目标，采用角度前方交会的测量原理，用另一台经纬仪观测目标并读出其角度，从而实现对天线反射面的测量。

1 测量原理

1.1 经纬仪钢带尺法简介

如图1所示，被测量点P由钢带尺转移至反射面上，理论坐标通过反射面曲线方程及已知带尺弧长l求得。经纬仪A架设在反射面旋转轴线上，高度h已知，因此经纬仪的理论垂直角a即可求得。用实际观测值与理论值进行比较，即可得到P点偏差[3]。

1.2 新方法的测量原理

新方法和经纬仪钢带尺法的主要区别在于：用一台激光经纬仪代替钢带尺；用激光束在反射面上形成的光斑代替用钢带尺在反射面上作的测量标记。如图2所示，两台经纬仪采取与天线旋转轴同轴布置的方式，O点为曲线坐标原点。

图1 经纬仪钢带尺法原理图

图2 新方法的测量原理图

由于经纬仪与天线曲线共用一个直角坐标系，且高度Ha、Hb已知，因此可通过曲线上某点数据Pi(Xi,Zi)得出激光经纬仪的理论俯仰角bi。测量时调整激光经纬仪的俯仰角为bi，让同轴激光束在反射面上形成光斑，用另一台经纬仪读出光斑处的实际俯仰角ai′，通过计算即可得出该点的法向偏差。具体过程如下。

1.3 理论俯仰角解算

取天线曲线中一点Pi(Xi,Zi)，可解算得到激光经纬仪的理论俯仰角bi。

式中：Xi为Pi点之X轴向长度，mm；Zi为Pi点之Z轴向长度，mm；Hb为激光经纬仪仪器中心与坐标系原点的距离，mm。

1.4 法向偏差解算

测量时，激光经纬仪按理论角度bi将激光束投射到反射面上形成光斑，然后用光学经纬仪读出光斑的俯仰角ai′，将ai′代入下列公式即可解算出光斑Pi之法向偏差。

式中：Ha为两台经纬仪中心高度差，mm；ai′是光学经纬仪的实测俯仰角，度；bi是激光经纬仪的理论俯仰角，度；Xi是点Pi的X轴向理论坐标，mm；α是点Pi的法向角，度。

2 系统误差分析

2.1 系统误差

系统误差主要来源于以下几个方面：激光经纬仪激光束与视准轴的同轴度偏差，设备标定为5″；经纬仪强制对中偏差，单台仪器对中偏差0.1 mm[4]；经纬仪仪器中心高度偏差，高度测定采用室内平台高度尺法量取，精度优于0.05 mm[3]。此外还有视觉误差，经纬仪指标差等。

综合上述误差，参考某9 m口径天线曲线数据进行计算，可得出其系统误差为0.2 mm。

2.2 激光束同轴度偏差的修正

激光束同轴度偏差是系统误差的主要因素，天线口径越大影响越明显。考虑到激光束同轴度偏差只有俯仰方向的偏差分量对系统精度产生影响，因此可采取下述方法进行修正。

如图3所示，在室内找一僻静处架设测量系统。首先检验并校正经纬仪各指标差，调整系统旋转轴铅垂并将经纬仪精密整平。选择前方约50 m处一垂直面，激光经纬仪盘左调整俯仰角为90°并在垂直面上形成光斑，光学经纬仪按盘左盘右方法取出光斑的俯仰角度值α1。激光经纬仪再盘右调整俯仰角为270°并在垂直面上形成光斑，光学经纬仪按盘左盘右方法取出光斑的俯仰角度值α2。以上过程需重复多次。

图3 激光束同轴度偏差的修正方法

假设激光束与视准轴在俯仰方向的同轴度偏差值为β，应有公式：

分别代入角度值α1、α2即可求出激光束在俯仰方向的同轴度偏差值β。经过估算，在对激光束同轴度偏差进行修正后，对某9 m口径天线进行测量时其系统精度应优于0.1 mm。

3 应用前景

传统的经纬仪钢带尺法对于不同曲线、不同口径天线的测量，需要定制不同长度和不同标记分布的钢带尺。正因为钢带尺的专用性导致经纬仪钢带尺法适用性较差。而新方法用激光经纬仪代替钢带尺，用激光光斑代替钢带尺所作的标记，依据角度前方交会的测量原理对天线反射面进行测量。因此可轻易实现对不同曲线、不同口径天线的测量，理论上可实现100 m口径天线的测量(激光经纬仪同轴激光束的有效照射距离为50 m)。

新方法目前采用普通光学经纬仪，测量时依然采用手动照准目标，人工读数，逐点观测的方法，工作效率无法继续提高。而相关文献表明，工业测量领域中采用的电子经纬仪TM3000L和TM3000V均采用马达驱动。其中TM3000L有一个激光目标投射器，用于在被测物的表面标志出目标点。TM3000V为摄像经纬仪，它内置一小型CCD摄像机，可自动捕获目标并记录视准轴的方位俯仰角。如果采用TM3000L代替激光经纬仪，按预设角度在天线反射面上自动逐一投射激光光斑，用摄像经纬仪自动捕获并逐一记录其俯仰角，所得数据实时传输至电脑并被软件自动处理，即可实现对天线反射面的自动测量，极大地提高了测量工作效率。

4 结束语

本文以提高测量便利性为切入点，阐明了一种新的测量方法。新方法以传统测量方法为基础，通过角度前方垂直交会的方式，实现了一种简便且适用性强的天线反射面测量方法，同时实现了无接触测量。在采取误差修正措施后，有效地提高了系统精度。在引入先进测量设备后，工作效率也有望得到极大的提高。

[1] 濮龙珍, 周云霞, 杜和泉, 等. GJB 2679—96 雷达天线分系统性能测试方法：面天线尺寸[S]. 1996: 1-8.

[2] 刘海波, 贾敏强, 郭利民, 等. 利用JSJ-ⅡZ系统对激光经纬仪进行检定校准[J]. 计量技术, 2007(1): 45-47.

[3] 张万才, 陈宏辉. 一种旋转面天线的测量方法[J]. 无线电通信技术, 2006, 32(5): 36-37.

[4] 李宗春. 天线几何量测量理论及其应用[M]. 北京: 测绘出版社, 2009.

A New Method for Measurement of Antenna Reflector

WANG Qing-dong

(The54thResearchInstituteofCETC,Shijiazhuang050081,China)

For more convenient measurement of antenna reflector, the measurement principle of forward intersection is introduced based on traditional method of theodolite steel-belt ruler. The new method forms a measurement system by two theodolites aligned in the center axis of antenna reflector. The light spot on the antenna reflector is formed by the coaxial laser beam of one laser theodolite, while the pitching angle is got by the other theodolite testing the spot. The deviation of the spot can be calculated by the measured value of the pitching angle, then realizing the measurement of the antenna reflector. The new method is simple and adaptable, and realizes contactless measurement of antenna reflector.

antenna reflector; measurement; laser theodolite

2014-09-24

TN82；TB92

A

1008-5300(2014)06-0034-02

王庆东(1973-)，男，工程师，主要研究方向为天线工艺。