天线安装测量技术论文

某抛物环面天线反射面由150块面板组成，分为5行30列，尺寸为9m×36m。安装过程中，一方面需准确调整天线指向（方位角、俯仰角和姿态角），另一方面需调整面板以满足面型精度，测量难度较大。针对天线指向、面型同时调整的问题，通常采用经纬仪系统进行测量，因测量点数量多，测量效率较低［1］。本文提出双经纬仪系统与摄影测量系统相结合的方法，采用双经纬仪系统测量公共点在大地坐标系下的坐标，采用摄影测量系统测量天线面型精度，并通过公共点转换将测量点坐标转换至大地坐标系下，从而实现了在保证天线指向的前提下对面型精度进行精确调整，使得天线指向和面型精度同时满足了设计要求，极大地提高了测量效率。

1安装指向测量技术

1．1方位角测量

采用GPS测量方法获取大地方位角［2］。在1＃、2＃和3＃测量墩上分别架设GPS接收机，测量时段为2h，高度截止角为5°，采样间隔为5s，如图1所示。使用观测站精密星历解算得该1＃墩的WGS84下笛卡尔坐标，平差得到各点在WGS－84坐标下的平面坐标。

1．2控制网布设

采用LeicaTDA5005全站仪对8个平面控制点进行边角网测量［3，4］，如图2所示。1．3双经纬仪测量系统建站与传递因摄影测量坐标系为局部坐标系，需利用双经纬仪测量系统通过公共点将其转换至大地坐标系下［5，6］。在天线角点及边缘均匀选取8个位置，在背架上固定工装，粘贴8个测量标志点，作为连接经纬仪系统与摄影测量系统坐标系的公共点，如图3所示。利用双经纬仪系统测得公共点在控制网坐标系下坐标［1，7］，即可将天线面测量点摄影测量坐标转换至控制网坐标系下。

2面型精度测量技术

采用VSTARS工业摄影测量系统、双经纬仪系统测量天线面型精度。在每块面板上粘贴9个测量标志点，如图4所示，共计1350个。每行间隔1块面板布设1个编码标志，共计16×5＝80个。摄影距离约为6m。利用双经纬仪测量系统测量8个公共点在设计坐标系下的坐标；利用INCA3相机拍摄像片，单次测量拍摄约130张，导入V?STARS软件处理得到测量点和公共点三维坐标［8］；利用8个公共点将测量点坐标转换至设计坐标系下；将测量点坐标与天线设计模型做比对得到天线面型精度。

3安装指向测量精度

天线指向精度依据方位角测量精度、控制网布设精度及双经纬仪测量系统建站与传递精度等多方面因素估算得出。

3．1方位角测量精度

采用GPS国家二等网的要求测量，单点解算精度±2mm以内，1－3测量墩距离为185．2m，1－2测量墩距离为166．8m，换算成角度1－2方向±2．5″（0．0007°），1－3方向±2．2″（0．0006°）。

3．2控制网

布设精度平面控制网测量，对8个平面控制点进行边角网测量，具体测量方案如图1所示。每设站观测2个测回，具体限差指标如表1所示。平差后最大点位误差为±0．442mm，最大点间误差为±0．442mm，最大边长比例误差为：1／212100，控制网最短边长为20．3m，按最大点位误差及最短边换算最大角度影响为±4．5″（0．001°）。

3．3双经纬仪测量

系统建站精度采用对8个公共点前后2次测量的重复精度计算双经纬仪系统的建站精度，该坐标差（RMS）为1??192mm，故单次测量精度为1．192／2＝0．843mm。在9m范围内引起的角度偏差值约为：0．843×29000×1803．14＝0．011。

3．4双经纬仪测量

系统与摄影测量系统传递精度对双经纬仪测量系统与摄影测量系统测得的8个公共点坐标进行公共点转换，转换后误差（RMS）为0．838mm。在9m范围内引起的角度偏差值约为：0．843×29000×1803．14＝0．011°。综合上述角度误差，天线指向精度约为：0．00072＋0．0012＋0．0112＋0．0112≈0．016。

4面型测量技术

精度采用公共点转换法将测量点坐标转换至设计坐标系下，与天线设计模型作比对得到面板各点位偏差以指导调整［9］。经4次测量、3次调整后，天线面型精度（RMS）为0．304mm，达到设计要求。各次测量天线面型精度如表2所示，测量点偏差分布如图5所示。

5结束语

该抛物环面天线与其他射电望远镜天线有所不同，在保证面型精度的同时还需精确调整对天线指向精度。通过综合运用GPS测量系统、全站仪测量系统、双经纬仪测量系统及工业摄影测量系统等多种测量手段，较好地完成了天线的指向和面型调整任务。通过上述测量结果可以看出：①在影响指向精度的因素中，双经纬仪系统的建站精度和坐标系传递精度影响较大，其主要原因是受环境限制，双经纬仪系统架设位置距离天线较近，从而造成部分公共点测量时交会角度较小，测量误差较大［10］。因此，要进一步提高天线指向测量精度，一方面可优化双经纬仪系统的测量网型［11］，另一方面可采用更高精度的测量系统，如激光跟踪测量系统［12］。②采用工业摄影测量系统进行天线面型调整效果较好，通过数次测量、调整即可满足面型精度要求。但如需确定天线指向，必须采用其他测量系统将摄影测量坐标系转换至大地坐标系。

作者:冯其强 单位: 信息工程大学