数字近景测量技术在多普勒8.5m天气雷达反射面测量中的应用

尤权利

(中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北 石家庄 050081)

0 引言

多普勒8.5m天气雷达[1]反射面面型精度的测量在实际工程中较为常用的是电子经纬仪[2]测量法，但是电子经纬仪的高精度测量对温度、气压、风、振动等环境要求较高。测量时还会引入一些轴系误差、人为观测误差，受人的主观因素影响较大，测量一个目标点需要几分钟,效率很低。

与电子经纬仪测量方案相比，数字近景测量在反射面组装前，可以将测量标志、靶标与基准尺提前放置在单块反射单元上，减少人工进入反射面放置靶标造成反射面形变的误差。数字近景测量不仅便携，还有无接触的测量优点以及测量精度更高，噪声小、对周边温度环境影响小、测量快等特点，还能保证测量质量和生产任务周期。

1 反射面面型精度测量

1.1 数字近景测量原理

从两个(或多个)位置拍摄同一工件或目标，以获取在不同视角下的图像，利用三角测量原理获取被测点的三维坐标，其测量原理与经纬仪一样，图1是空间角度交会法。

1.2 数字近景测量系统及流程

测量系统由测量相机、基准尺、定向靶、人工标志等组成，如表1所示。

图1 空间角度交会法示意图

表1 摄影测量的组成

测量流程：(1)像点坐标提取：在被测物体上粘贴标志点及编码标志，放置定向靶和基准尺；(2)概略定向：对被测物体拍摄像片；(3)像点匹配：图像处理，提取像点坐标，识别编码标志、定向靶；(4)光束法平差；(5)结果分析。

1.3 面型精度测量方案

本次测量采用V-STARS工业摄影测量系统[3]测量天线面型精度，采用V-STARS系统的定向靶、编码标志和基准尺。

(1)测量误差分析。摄影测量的精度受很多因素的影响，如相机性能、被测目标尺寸、像片数量、测量网形强度等。

(2)反射面面型误差分析。反射面面型精度是通过均方根(R.M.S)来描述的，其定义公式为：

1.4 测量网形设计

1.4.1 测量网形分析

摄站相对被测物体的方位决定了测量网的形状，在实际测量过程中，被测物体往往是固定不动的，除了要顾及前面提到的影响测量精度的各种因素外，还要考虑现场可用空间、相机视场角、景深和摄影标志对入射角的限制等因素，基于以上测量网的规划要遵循以下几点：(1)每个标志点被四个以上不同的位置所拍摄。(2)从多个不同位置的摄站对标志点进行交会测量，不仅能提高精度，而且还由于增加了多余观测值，可以提高测量结果的可靠性。(3)为了交会角质量和标志入射角质量间平衡，使相机与被测物体中心成45°角。(4)每个摄站都能拍摄所有标志，保持所有像片间有100%重叠。

1.4.2 网形设计

根据数据计算软件对网形的要求，作出对应的设计：(1)像片的概略定向。每张像片需要有2个编码标志及12个以上测量点；(2)像点自动匹配要求。每张照片的成像至少有3张不同位置的像片；(3)自检校光束法平差；(4)尺度要求。长度1.2m的基准尺。

根据以上分析、计算以及天线单块及装配后的面型精度分析要求，得出：在每块面板上贴16个直径为12mm的圆形反光测量标志，16×16=256个测量标志点。每块面板布设2个编码标志，共计32个。基准尺长度1.2m。

使用INCA3相机对天线进行拍摄，拍摄距离在5m～6m范围内，每次测量各拍摄约120张像片。

2 测量方案验证

2.1 测试过程

利用INCA3 相机拍摄像片，单次测量拍摄约120 张，导入V-STARS 软件处理得到测量点，将测量点坐标转换[4]至设计坐标系下，将测量点坐标与天线设计模型做比对得到天线面型精度。经过4次摄影测量，3次精度的调整，如图4所示。

2.2 测试结果计算

根据上一步测量点与理论数据点，计算出偏差值，见表2。根据偏差值得出测试结果，见表3。

表2 理论数据点与测量点偏差值

表3 测试计算结果

经过计算，最终结果精度(RMS)为0.605mm，小于设计要求的面型精度RMS≤0.76mm。

3 结论

从研究结果中可以看出，与传统测量相比，利用数字近景测量指导天线调整，能够快速、准确地将天线面型调整至设计状态，并给出针状图和各处的变形值，体现出数字近景测量的可靠性和适用性，满足设计使用要求。