数字摄影测量在大型天线主面测量中的应用

介绍了一种全新的测量天线主面面型精度的方法。由于传统的测量方法已无法满足大型天线主面面型高精度的测量需求,因此,将数字摄影测量技术应用在大型天线主面测量中,不仅测量速度快,而且测量面型精度很高,具有非接触、实时测量的优点,完全可以满足测量大型天线的需求。     

多基线近景摄影测量的平面地表变形监测

为解决常规近景摄影测量方法用于平面地表变形监测时,由于影像倾角过大,造成匹配困难的问题.以非量测性的数码相机高精度几何标定技术和多基线极限倾角的数字近景摄影测量技术为基础,设计出用于监测平面地表变形的可靠方法.研究结果表明:平差精度可以达到毫米级,满足沉降监测的精度要求,验证了近景摄影测量用于平面地表变形监测的精度和可行性,为变形监测由常规孤立点测量拓展为面测量提供了便捷、可靠的途径.     

基于干涉全息法测量射电望远镜主面重力变形和副面位姿

本文围绕天马65 m (TM65 m)射电望远镜主面重力变形和副面位姿展开实测研究.论文先概述了主面测量的方法,主要讨论了基于微波全息法的测量方法和天线扫描方法,然后论述了采用Very Long Baseline Interferometer (VLBI)测量65 m主面各俯仰角的重力变形,对测量误差进行了评估,进而构建了重力模型,并与仿真结果进行了比较,两者变化趋势一致.同时,推导并仿真了主焦馈源、副面位姿偏移和口径面相位的解析关系,然后基于该解析关系和VLBI测量得到的口径面相位数据,并采用最小二乘法解算得了实际TM65 m副面位姿随俯仰的变化情况,该测量结果在三维方向上与传统基于主动副面的幅度扫描法结果一致性强,该方法为测量副面位姿提供了不同于传统法的可行途径.     

抛物面天线反射面参数化建模与热变形优化分析

为更好地分析卫星在轨运行期间天线主反射面热变形对天线性能的影响,应用PCL,对MSC.PATRAN/NASTRAN进行二次开发,将参数化建模、抛物面拟合、型面精度分析引入有限元计算,并对某大口径复合材料天线主反射面在均匀温度场下的热变形进行了数值模拟,优选出合理的铺层方式,获得了变形后的天线性能指标.研究结果表明:数值模拟探索出适合于在轨卫星天线减少热变形的铺层设计方法,所获变形值、抛物面拟合参数、型面精度误差等结果符合设计要求,为复合材料天线主反射面的设计应用提供了依据,同时解决了通用CAE软件无法预估热变形对天线性能影响的问题.      

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

多普勒8.5m天气雷达反射面有口径大、面型精度要求高等特点,传统反射面面型精度的测量方法效率低、测量精度满足不了使用要求。与传统测量方法相比,数字近景测量技术精度更高、噪声小、对周边温度环境影响小,可以对各种物体进行测量。本文介绍了以数字近景摄影测量为技术支撑的测量方案及其在多普勒8.5m天气雷达反射面测量中的应用。     

桁架式可展开天线反射面精度试验

为了验证一种桁架式可展开天线结构设计方法的正确性,制作了一个口径为2 m的天线模型,设计了由上部中心立柱加三支杆悬挂支撑天线的试验悬挂方案,用基于PhotoModeler软件建立的摄像测量系统对天线抛物面反射面进行精度测量,将测量数据带入基于浅壳理论推导出的精度计算方程计算反射面误差.模型的反射面精度与设计值接近,表明该结构设计方法适合于设计更大口径的该类型天线.设计制作了6 m×2.8 m口径的天线,并对此天线进行了两种姿态下的展开精度试验,精度测量结果表明反射面精度符合设计要求.     

基于数字摄影技术的动态变形数据的卡尔曼滤波分析

为了进一步减弱非量测数码相机噪声对测量精度的影响,提高基于数字摄影技术的工程结构动态变形监测精度,采用标准卡尔曼滤波、方差补偿卡尔曼滤波、极大验后卡尔曼滤波和方差分量卡尔曼滤波分别处理了桥梁弹性大变形数据,研究卡尔曼滤波在处理动态变形数据噪声中的适应性,并进一步量化了方差分量卡尔曼滤波在数据处理中的优势。研究发现,方差分量卡尔曼滤波噪声处理较为稳定,且误差较小。该方法不仅适用于基于数字摄影技术的动态弹性小变形噪声处理,在处理基于数字摄影技术的桥梁动态弹性大变形噪声时,同样具有较好的效果。室内相似材料模型试验研究表明,经过方差分量卡尔曼滤波进行数据处理后,测量误差小于0.5 mm,能够满足变形监测的精度要求。     

大型射电望远镜天线主动面补偿研究进展

随着射电望远镜全可动天线的口径扩大与频段提升,天线在观测时的高电性能难以保障,必须采用机械补偿与电子补偿等手段.为确保天线的指向精度与作用距离,有必要对天线赋形反射面的空间位置与几何形状进行调整,即主动面调整,这是补偿天线电性能最有效的手段.为此,本文阐述了国内外有关主动面补偿的应用情况,总结了大型天线主动面补偿的基本原理及适用范围,详细分析了面形调整量计算、主面分块设计、促动器设计、主动面控制系统及面形检测五项关键技术,并对世界上已采用主动主反射面调整的四部大天线进行了对比讨论,最后给出了主动面补偿技术在未来大型射电望远镜天线上的研究方向.     

TM65m射电望远镜副面随动模型及性能评估

天马65 m射电望远镜副面系统的安装可以用来补偿副面支撑和主面的重力变形,在不同的俯仰角度上,副面位姿的调整可以提高天线的效率和指向性能,本文建立了副面位姿随俯仰角变化的模型,测试结果表明副面随动模型可以有效改善65 m望远镜在高低仰角上的效率,分别达到20%和15%,使得在整个俯仰角范围内,X波段的接收效率均到达60%以上;副面随动模型导致的指向偏差与grasp仿真结论符合良好.     

大型天线主反射面位姿调整机构设计

本文提出一种大型天线主反射面的位姿调整机构,它将天线主反射面作为位姿调整机构的负载,按照一种特定的安装方式实现主天线面的固定支撑并通过伸缩运动实现单自由度平动的主动调整机构,主要包括滚珠丝杠、箱体组合、套筒组合、滑块组合和涡轮蜗杆等部分.其优点是结构刚度大、承载能力强、响应速度快、具有很高的传动精度和可靠性,通过借助蜗轮蜗杆的自锁特性来避免滚珠丝杠副的逆转,用以保证主反射面调整工作的稳定,能够实现天线主反射面的位姿调整和精度控制,补偿因重力变形和安装误差等因素导致的天线性能和指向的变化.     

碳纤维复合材料高精度天线反射器的制造技术研究

随着航天技术的迅速发展,航天产品上使用的复合材料制件也越来越多,并呈现零件尺寸大、孔位精度高、外形结构复杂等特点。其中,复合材料天线反射器是航天产品复合材料制件中的一项重要部件,每颗航天卫星的用途不同,需要配套的反射器口径尺寸、型面精度需求也不同。近年来,碳纤维复合材料天线反射器趋向大口径、高精度方向发展,按照以往传统的制造工艺,已经无法满足航天卫星产品发展的需求。该文主要针对碳纤维复合材料高精度天线反射器的制造技术进行研究,研制满足设计精度要求的碳纤维复合材料反射器。     

65m射电望远镜副反射器调整系统的标校

65m射电望远镜是目前亚洲口径最大、精度最高的天线,重约2740t,最高工作频率为43GHz。为保证天线在不同工作姿态下都能获得最佳的观测效率,该望远镜在国内首次采用了副反射器调整系统,用以实时调整不同仰角下主、副面之间的位置关系。文章阐述了副反射器调整系统标校的内容、数学模型、测量方法以及最终结果,并对标校精度进行了分析。通过对副反射器调整系统的标校,为65m射电望远镜高精度工作打下了坚实的基础。     

双显微数字散斑相关测量的光学系统研究

基于桥梁变形测量的数字散斑测量系统,提出一种近距离测量形变的双显微测量系统,能消除刚性位移,提高测量精度.针对实现双显微数字散斑测试技术所需光学镜头,根据成像原理,设计出满足需要的与CCD相匹配的双显微物镜.采用满足设计要求的4倍的显微物镜进行试验,通过实验验证,设计合理,满足所需精度.     

65m射电望远镜副反射器调整系统的标校

65m射电望远镜是目前亚洲口径最大、精度最高的天线,重约2740t,最高工作频率为43GHz.为保证天线在不同工作姿态下都能获得最佳的观测效率,该望远镜在国内首次采用了副反射器调整系统,用以实时调整不同仰角下主、副面之间的位置关系.文章阐述了副反射器调整系统标校的内容、数学模型、测量方法以及最终结果,并对标校精度进行了分析.通过对副反射器调整系统的标校,为65m射电望远镜高精度工作打下了坚实的基础.     

相位恢复全息——基于远场幅值的天线表面精度检测

射电望远镜的表面精度除了受到面板加工及装配精度影响以外,在实际使用中还要受到重力变形,温度变形以及风载的影响.对于高频观测,微小的表面变形将对望远镜的观测性能带来较大影响.相位恢复全息方法是一种利用远场幅值进行表面检测的方法.因其不需额外的设备,同时具有测量方便及运行速度快的优点,在天线反射面测量领域获得了广泛的研究和应用.本文将对其中运用最广泛的Misell算法和OOF(Out of Focus)算法进行探讨,并通过仿真标准卡塞格伦天线对两种算法进行对比分析.     

天线口径大小对混波室测试的影响

为分析非零口径天线的局部平均作用对混波室测试的影响,以统计理论为基础,引入方差函数,从混波室空间相关函数出发,计算出方差函数随间隔长度变化的规律.在实际混波室内x方向移动三坐标场探头,测量不同位置上的电场值,以此来模拟不同口径长度的合成缝隙天线,分析不同口径长度对方差函数和各向异性系数的影响.理论和实验分析结果表明,随着天线口径长度增加,方向函数和各向异性系数减小,局部平均作用增强.     

天线参数的射电天文测量——以宇宙射电源为校准源

本文介绍了以CasA、TauA、CygA等宇宙射电源为校准源测量λ_o=7.5厘米,口径为15米天线的增益、指向校准、天线主瓣半功率宽和天线噪声温度的基本原理和方法。用不同的定标基准,用不同的校准源测量结果比较一致。测量精度也比较满意。     

干涉仪测量球面曲率半径的精度分析

利用数字波面干涉仪对光学球面曲率半径进行直接测量和间接测量,分析了2种测量方法的误差来源及测量精度,给出了方法的适用范围和局限性.结果表明,基于光栅尺的直接测量方法的精度受限于齐焦位置与猫眼位置的判读精度,其测量不确定度在10~70μm的范围内,与f数相关并与球径仪的测量精度相当;利用平面干涉仪测量球面波矢高后间接计算曲率半径的方法适合f数大于1 000的长曲率半径的测量,其精度为0.8~0.3m,与干涉仪的标准平晶平面度和测试稳定性密切相关.通过提高标准平晶的平面度和控制测量环境,针对口径6mm、曲率半径9m的激光陀螺反射镜进行的曲率半径测量精度达到0.05m,与ZYGO NewView7 000 3D型表面轮廓仪的测试结果差异为0.03m.     

基于近景摄影测量的高精度基坑变形监测技术研究

目前深基坑支护变形监测工作越来越重要，传统基坑支护外观变形监测仪器主要采用水准仪、全站仪等设备，效率及自动化程度低。近景摄影测量技术具有非接触、成本低、三维立体等特点，其变形监测精度不高，从而制约了其进一步的推广和使用。文章针对近景摄影测量问题，结合基坑支护变形特点，提出基于二维图像的近景摄影基坑支护变形监测方法，从相机检校、摄影标志设计、光照条件、拍摄参数设置和数据处理系统误差分析等方面进行分析与研究。实验结果表明，在相机镜头焦距为50 mm,摄影距离为20 m的情况下，摄影监测变形误差小于0.1 mm。该研究结果为进一步推广使用近景摄影测量技术提供了借鉴与参考。     

基于序列图像的相似材料模型变形测量

针对传统模型观测方法中存在的缺点,提出利用基于非量测数字相机的数字近景摄影测量技术进行相似材料模型变形测量.推导了利用二维直接线性变换分解相机内外方位元素初值的实用算法,利用最小二乘影像匹配对控制格网点和变形标志点进行高精度定位.结合自检校光束法平差进行变形标志点坐标的高精度解算.利用模型模拟开采不同时刻的序列立体影像像对的解算结果,完成相似材料模型的变形测量和实时位移分析.试验得出变形标志点的平面测定精度高于±1mm.可以满足本次试验条件下相似材料模型变形监测的精度要求.