基于攝影測量系統(tǒng)在曲面雷達(dá)天線陣面調(diào)試中的應(yīng)用

舒正杰

摘 ?要：本公司某型雷達(dá)產(chǎn)品拋物面天線蒙皮在焊接裝配后，產(chǎn)生了較大的焊接變形，針對曲面天線在陣面返修調(diào)整時(shí)無基準(zhǔn)參考的難點(diǎn)，文章提出一種利用攝影測量系統(tǒng)和3D掃描系統(tǒng)對裝配后的天線進(jìn)行檢測和變形區(qū)域分析，并根據(jù)檢測結(jié)果對天線陣面進(jìn)行區(qū)域修整，使調(diào)試后的整個(gè)陣面精度達(dá)到均方根誤差σ≤0.6mm的設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：曲面天線;攝影測量系統(tǒng);3D掃描系統(tǒng);均方根誤差

中圖分類號：TH89 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）35-0021-03

Abstract： The paraboloid antenna skin of a certain type of radar product of our company has produced a large welding deformation after welding and assembling. In view of the difficulty that there is no reference reference when the curved antenna is repaired and adjusted in the array. In this paper， a photogrammetric system and 3D scanning system are used to detect and analyze the deformation region of the assembled antenna， and the antenna array is trimmed according to the detection results. The whole front accuracy after debugging can meet the design requirements of root mean square error σ≤0.6 mm.

Keywords： curved antenna; photogrammetric system; 3D scanning system; root mean square error

引言

我公司某型雷達(dá)天線反射面為拋物曲面（如圖1所示），由四塊網(wǎng)狀蒙皮在天線骨架上焊接成型，其中主瓣由兩塊中塊組成，副瓣分別由兩塊邊塊組成。在焊接前將四塊蒙皮放置胎模之上進(jìn)行自由狀態(tài)下的檢測，經(jīng)檢測，胎膜面均方根誤差σ=0.08mm，符合0.1mm設(shè)計(jì)要求，測得自由狀態(tài)下蒙皮均方根誤差σ=0.38mm。因網(wǎng)狀天線蒙皮與骨架焊接過后會產(chǎn)生較大變形，現(xiàn)使用攝影測量系統(tǒng)和3D掃描系統(tǒng)對整個(gè)焊接變形后的陣面進(jìn)行分析和調(diào)試。

1 測量原理

根據(jù)數(shù)據(jù)分布情況，我們知道天線陣面受檢點(diǎn)的隨機(jī)偏差分布服從正態(tài)分布，由3σ準(zhǔn)則可知，偏差點(diǎn)落在±σ范圍內(nèi)的概率為68.26%，偏差點(diǎn)落在±2σ范圍內(nèi)的概率為95.45%，偏差點(diǎn)落在±3σ范圍內(nèi)的概率為99.73%，偏差點(diǎn)落在±3σ范圍之外的概率為0.27%，為小概率事件，屬于異常值。

3 陣面調(diào)整

3.1 陣面調(diào)整難點(diǎn)

對于陣面的調(diào)整難點(diǎn)，主要有以下幾點(diǎn)：（1）針對曲面天線，無合適的基準(zhǔn)作為參考，因此變形的方向不好把控;（2）在對變形區(qū)域進(jìn)行修整時(shí)，可能會對變形區(qū)域的周邊區(qū)域產(chǎn)生影響;（3）在陣面修整時(shí)的調(diào)整量不容易進(jìn)行控制。

3.2 變形分析

（1）先利用攝影測量系統(tǒng)對整個(gè)天線陣面進(jìn)行標(biāo)定，之后利用3D掃描系統(tǒng)掃描數(shù)據(jù)，將整個(gè)拋物曲面與數(shù)模擬和，分析出變形區(qū)域，對應(yīng)地在天線陣面上標(biāo)記出變形較大區(qū)域;（2）根據(jù)分析出的變形情況可知，在天線骨架的垂直支板和橫向支板上由于距離焊點(diǎn)較近，因此屬于凸起區(qū)域，而位于支板之間的由于焊接時(shí)的熱膨脹原因會因?yàn)閿D壓而發(fā)生凹陷;（3）因根據(jù)標(biāo)定后偏差點(diǎn)的結(jié)果分析可知：偏差大小分別是由參考模型和測試模型擬合對齊后理論坐標(biāo)系上XYZ三個(gè)軸向的分量偏差合成的。

3.3 修整方法

（1）針對空間方向無基準(zhǔn)參考的問題，可通過調(diào)整某個(gè)軸向?qū)υ擖c(diǎn)偏差貢獻(xiàn)量最大的分量偏差來達(dá)到減小該點(diǎn)偏差的效果，通過此方法調(diào)整過后的偏差的減小量也呈隨機(jī)分布;（2）對于變形較大的凸起區(qū)域，偏差最大的點(diǎn)往往分布在變形區(qū)域的中間位置，因此可采用細(xì)砂輪在凸起區(qū)域的中間位置打磨，這樣通過去除材料的方法修整凸起區(qū)域可有效地減小對周邊區(qū)域產(chǎn)生影響;（3）對于凹陷區(qū)

域的調(diào)整，可將焊接好的蒙皮連同骨架倒扣至胎模上，針對凹陷的區(qū)域通過圓弧樣板進(jìn)行小區(qū)域鈑金調(diào)整，此方法可能會對周邊區(qū)域產(chǎn)生影響，并且調(diào)整后須靜止一段時(shí)間，方可進(jìn)行復(fù)測，否則可能會因?yàn)樽冃螀^(qū)域修整好后發(fā)生反彈而產(chǎn)生錯(cuò)誤的檢測結(jié)果;（4）針對調(diào)整量的控制，采用如下方法，通過數(shù)據(jù)分析可知，曲面上檢測點(diǎn)隨機(jī)誤差的分布服從正態(tài)分布。因此，可將正態(tài)分布模型調(diào)整為非對稱截尾正態(tài)分布，這樣既可以最大程度的提高面精度，還能克服調(diào)整量隨機(jī)不可控的影響。

4 理論計(jì)算驗(yàn)證

按照3.3中（4）的調(diào)整方法，將正態(tài)分布曲線調(diào)整為非對稱截尾正態(tài)分布。具體方法如下：可根據(jù)計(jì)算結(jié)果將攝影測量結(jié)果中-1.5σ以外6.68%的少量負(fù)偏差較大點(diǎn)引起的凹陷區(qū)域修整到（-1.5σ～σ）范圍內(nèi)即可;因打磨相對于鈑金更易控制，因此再將σ以外的約15.87%的點(diǎn)所引起的凸起區(qū)域修磨至（-1.5σ～σ）范圍內(nèi)即可。

5 結(jié)論

經(jīng)過上述調(diào)整過后，對調(diào)整后的天線陣面進(jìn)行了復(fù)測，所測試出的均方根誤差σ=0.54mm，相比于調(diào)整之前，天線反射面精度提高1/3左右，調(diào)整結(jié)果達(dá)到預(yù)期要求。

參考文獻(xiàn)：

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