APP下载

基于双电子经纬仪系统与单目摄影测量系统在大型天线阵面装配测量中的应用

2020-07-30张乐

科技视界 2020年19期
关键词:支板天线阵经纬仪

张乐

摘 要

我公司在对某型曲面航管雷达天线进行装配时,要求蒙皮铺设后的天线阵面精度达到均方根误差σ≤0.6mm的要求。通过对装配过程中的装配精度保证的问题进行探讨,确定以双电子经纬仪系统对天线骨架上支板的定位和焊接进行放样,最后以单目摄影测量系统对铺设焊接蒙皮后的天线阵面进行测试,以此验证铺设蒙皮后的天线阵面的精度是否能够达到设计要求。

关键词

雷达天线;均方根误差;单目摄影测量系统;双电子经纬仪系统

中图分类号: TH-3                      文献标识码: A

DOI:10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.039

Abstract

When assembling a certain type of curved surface aerial control radar antenna, our company requires that the precision of the antenna array surface after the skin is laid meet the requirement of root mean square error σ ≤ 0.6 mm. Through discussing the problem of ensuring the assembly precision in the assembly process, it is determined that the positioning and welding of the upper support plate of the antenna frame are lofted by the double electronic theodolite system. Finally, the antenna array surface after the welding skin is laid is tested by the monocular photogrammetry system, so as to verify whether the precision of the antenna array surface after the skin is laid can meet the design requirements.

Key words

Radar antenna;Root mean square error; Monocular photogrammetry system; Double electronic theodolite system

0 引言

近些年,制造业领域和工程领域都对大尺寸测量的精度和便捷性提出了较高的要求,很多测量工具随之产生,例如接触式测量中应用较为广泛的普通式三坐标测量机和关节臂式测量机,非接触式三坐标测量中已经趋于成熟的双电子经纬仪系统、激光跟踪仪系统、全站仪系统、摄影测量系统等。本文重点探讨双电子经纬仪系统与摄影测量系统组合在实践测量中的应用。

1 应用背景

对采用赋型曲面天线的雷达系统来说,天线面精度直接影响到发射接收的增益和分辨精度。我公司现需要对某型曲面航管雷达天线进行装配,根据装配工艺的安排,首先需要对天线骨架进行垂直支板和横向支板的焊接,之后再以焊接好的支板作为定位基准进行天线蒙皮的铺设焊接。因此只有保证垂直支板和水平支板的正确安装才能够保证整个天线阵面精度达到均方根误差σ≤0.6mm的设计要求。我公司现有双电子经纬仪测量系统和单目摄影测量系统,如何借助两者实现测量要求,是我们面临的课题。经过方案讨论,最终确定在对支板进行定位焊接时采用两台瑞士徕卡TM6100A型精度0.5″的双电子经纬仪系统组网放样,蒙皮铺设焊接完毕后,利用单目摄影测量系统对整个天线阵面的精度进行检测,以验证最终的装配精度是否满足设计要求,所以关键在于支板定位和装配后的整体测量。

2 支板定位

2.1 世界坐标系建立

支板在焊接安装之前,需先将天线骨架垂直固定于工作台上,通过在工作台前的两个经纬基座专用工装上分别放置一台电子经纬仪组网建站。如图1所示,以左侧经纬仪的中心作为世界坐标系的原点,两台电子经纬仪的中心连线指向右手方向作为x轴正方向,按照右手坐标系法则建系。首先通过两台电子经纬仪精确互瞄之后测量一根已知长度的基准尺,再通过空间几何关系解出两台电子经纬仪的水平距离b及高低差△z。

2.2 前方交会法解待测点坐标

如图1所示,在世界坐标系下被测点为P(x,y,z),左侧电子经纬仪1的观测水平角为α,观测垂直角为φ1,右侧电子经纬仪2的观测水平角为β,观测垂直角为φ2。此时,利用空间解析法可建立方程

由上述方程可解出可解出被测点p在世界坐标系中的坐标值(x,y,z)。

2.3 支板定位焊接

通过在天线阵面数模上定出相应的基准点的位置,利用双电子经纬仪系统的软件将建系后的世界坐标系与数模的理论设计坐标系通过坐标系的旋转矩阵进行对齐。此时,便可利用理论设计坐标系中相应的基准点坐标(x,y,z),先通过转点转换为世界坐标系下的坐标值,再将其代入至2.2方程(1)中,即可反解出电子经纬仪放样参数α,φ1,β,φ2,利用此参数进行支板的放样焊接即可完成支板在天线骨架上的准确定位。

3 整体测量

3.1 测量原理

数字近景工业摄影测量技术是通过单台或是多台相机对在粘贴有反光标志点及编码目标的被测物体和周围环境进行多角度拍摄,再利用计算机系统软件对所拍摄的照片进行像点匹配,同时通过对内、外方位参数进行标定和概略定向。在解出各个像点对应的待测点在世界坐标系中的三维坐标,再利用光束法平差算法对解出的点位坐标进行迭代计算优化点位坐标。最后导出CMM点集数据,利用三维检测软件进行拟合计算。

3.2 概略定向

我公司对天线阵面检测使用的是加拿大Creaform公司的Maxshot型单目摄影测量系统。具体操作方法为先在天线蒙皮表面随机且均匀地粘贴上反光标志点和编码点,同时放置好带有已知参考点的坐标系及两根比例尺,之后利用相机对整个天线阵面进行多个角度的交汇拍摄。照片采集完过后,系统软件会通过对磁性编码点解码再对各张照片进行拼接。

如图2所示,系统软件采用绝对定向的方式利用像点及待测点共线原理建立方程。

可以看出,上述的共线方程(3)中一共包含12个参数,可由坐标系上3组已知点的绝对坐标和对应的3组已知像点坐标联立3组共线方程,由此便可解出共线方程中的6个外方位未知数,再通过多角度的交汇拍摄,解出交汇区域的同名点坐标即可完成每个摄站空间姿態的概略定向。

4 结论

天线阵面在铺设焊接完毕过后,经过本公司摄影测量系统检测其均方根误差σ=0.492mm,符合σ≤0.6mm的设计要求。经过验证可以发现,在对大型曲面天线进行装配时,利用双电子经纬仪进行骨架支板的放样定位,再通过摄影测量系统对整个天线阵面进行检测可以实现天线阵面的高精度装配。通过本次对双电子经纬仪和摄影测量系统的综合运用,为后续的大型曲面天线的总成提供了指导意义。

参考文献

[1]黄桂平.数字近景工业摄影测量理论、方法与应用[M].北京:科学出版社,2016.1.

[2]黄桂平.数字近景工业摄影测量关键技术研究与应用[D].天津大学博士论文库,2006.

[3]舒正杰.基于摄影测量系统在曲面雷达天线阵面调试中的应用[J].科技创新与应用,2019.12.

[4]李宗春,李广云,汤延松,张冠宇.电子经纬仪交会测量系统在大型天线精密安装测量中的应用[J].海洋测绘,2005.1.

猜你喜欢

支板天线阵经纬仪
一种基于斜向观测的镜面法线方向测量方法
地面对下滑信号的影响及M型天线阵的应用
基于逆向气体喷注的支板热防护研究
靶场光电经纬仪最优布站方法研究
壁面喷射当量比对支板凹腔耦合燃烧的影响
一种可便捷更换外壳的计算机机箱
黄道经纬仪
光电经纬仪自适应调焦窗口构建
一种超宽带相控阵天线阵方向图栅瓣抑制方法
基于PSO的不规则低频天线阵与载机一体化综合设计