數(shù)字近景測(cè)量技術(shù)在多普勒8.5m天氣雷達(dá)反射面測(cè)量中的應(yīng)用

尤權(quán)利

(中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081)

0 引言

多普勒8.5m天氣雷達(dá)[1]反射面面型精度的測(cè)量在實(shí)際工程中較為常用的是電子經(jīng)緯儀[2]測(cè)量法，但是電子經(jīng)緯儀的高精度測(cè)量對(duì)溫度、氣壓、風(fēng)、振動(dòng)等環(huán)境要求較高。測(cè)量時(shí)還會(huì)引入一些軸系誤差、人為觀測(cè)誤差，受人的主觀因素影響較大，測(cè)量一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)需要幾分鐘,效率很低。

與電子經(jīng)緯儀測(cè)量方案相比，數(shù)字近景測(cè)量在反射面組裝前，可以將測(cè)量標(biāo)志、靶標(biāo)與基準(zhǔn)尺提前放置在單塊反射單元上，減少人工進(jìn)入反射面放置靶標(biāo)造成反射面形變的誤差。數(shù)字近景測(cè)量不僅便攜，還有無接觸的測(cè)量優(yōu)點(diǎn)以及測(cè)量精度更高，噪聲小、對(duì)周邊溫度環(huán)境影響小、測(cè)量快等特點(diǎn)，還能保證測(cè)量質(zhì)量和生產(chǎn)任務(wù)周期。

1 反射面面型精度測(cè)量

1.1 數(shù)字近景測(cè)量原理

從兩個(gè)(或多個(gè))位置拍攝同一工件或目標(biāo)，以獲取在不同視角下的圖像，利用三角測(cè)量原理獲取被測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，其測(cè)量原理與經(jīng)緯儀一樣，圖1是空間角度交會(huì)法。

1.2 數(shù)字近景測(cè)量系統(tǒng)及流程

測(cè)量系統(tǒng)由測(cè)量相機(jī)、基準(zhǔn)尺、定向靶、人工標(biāo)志等組成，如表1所示。

圖1 空間角度交會(huì)法示意圖

表1 攝影測(cè)量的組成

測(cè)量流程：(1)像點(diǎn)坐標(biāo)提取：在被測(cè)物體上粘貼標(biāo)志點(diǎn)及編碼標(biāo)志，放置定向靶和基準(zhǔn)尺；(2)概略定向：對(duì)被測(cè)物體拍攝像片；(3)像點(diǎn)匹配：圖像處理，提取像點(diǎn)坐標(biāo)，識(shí)別編碼標(biāo)志、定向靶；(4)光束法平差；(5)結(jié)果分析。

1.3 面型精度測(cè)量方案

本次測(cè)量采用V-STARS工業(yè)攝影測(cè)量系統(tǒng)[3]測(cè)量天線面型精度，采用V-STARS系統(tǒng)的定向靶、編碼標(biāo)志和基準(zhǔn)尺。

(1)測(cè)量誤差分析。攝影測(cè)量的精度受很多因素的影響，如相機(jī)性能、被測(cè)目標(biāo)尺寸、像片數(shù)量、測(cè)量網(wǎng)形強(qiáng)度等。

(2)反射面面型誤差分析。反射面面型精度是通過均方根(R.M.S)來描述的，其定義公式為：

1.4 測(cè)量網(wǎng)形設(shè)計(jì)

1.4.1 測(cè)量網(wǎng)形分析

攝站相對(duì)被測(cè)物體的方位決定了測(cè)量網(wǎng)的形狀，在實(shí)際測(cè)量過程中，被測(cè)物體往往是固定不動(dòng)的，除了要顧及前面提到的影響測(cè)量精度的各種因素外，還要考慮現(xiàn)場(chǎng)可用空間、相機(jī)視場(chǎng)角、景深和攝影標(biāo)志對(duì)入射角的限制等因素，基于以上測(cè)量網(wǎng)的規(guī)劃要遵循以下幾點(diǎn)：(1)每個(gè)標(biāo)志點(diǎn)被四個(gè)以上不同的位置所拍攝。(2)從多個(gè)不同位置的攝站對(duì)標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行交會(huì)測(cè)量，不僅能提高精度，而且還由于增加了多余觀測(cè)值，可以提高測(cè)量結(jié)果的可靠性。(3)為了交會(huì)角質(zhì)量和標(biāo)志入射角質(zhì)量間平衡，使相機(jī)與被測(cè)物體中心成45°角。(4)每個(gè)攝站都能拍攝所有標(biāo)志，保持所有像片間有100%重疊。

1.4.2 網(wǎng)形設(shè)計(jì)

根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算軟件對(duì)網(wǎng)形的要求，作出對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)：(1)像片的概略定向。每張像片需要有2個(gè)編碼標(biāo)志及12個(gè)以上測(cè)量點(diǎn)；(2)像點(diǎn)自動(dòng)匹配要求。每張照片的成像至少有3張不同位置的像片；(3)自檢校光束法平差；(4)尺度要求。長度1.2m的基準(zhǔn)尺。

根據(jù)以上分析、計(jì)算以及天線單塊及裝配后的面型精度分析要求，得出：在每塊面板上貼16個(gè)直徑為12mm的圓形反光測(cè)量標(biāo)志，16×16=256個(gè)測(cè)量標(biāo)志點(diǎn)。每塊面板布設(shè)2個(gè)編碼標(biāo)志，共計(jì)32個(gè)?；鶞?zhǔn)尺長度1.2m。

使用INCA3相機(jī)對(duì)天線進(jìn)行拍攝，拍攝距離在5m～6m范圍內(nèi)，每次測(cè)量各拍攝約120張像片。

2 測(cè)量方案驗(yàn)證

2.1 測(cè)試過程

利用INCA3 相機(jī)拍攝像片，單次測(cè)量拍攝約120 張，導(dǎo)入V-STARS 軟件處理得到測(cè)量點(diǎn)，將測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換[4]至設(shè)計(jì)坐標(biāo)系下，將測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)與天線設(shè)計(jì)模型做比對(duì)得到天線面型精度。經(jīng)過4次攝影測(cè)量，3次精度的調(diào)整，如圖4所示。

2.2 測(cè)試結(jié)果計(jì)算

根據(jù)上一步測(cè)量點(diǎn)與理論數(shù)據(jù)點(diǎn)，計(jì)算出偏差值，見表2。根據(jù)偏差值得出測(cè)試結(jié)果，見表3。

表2 理論數(shù)據(jù)點(diǎn)與測(cè)量點(diǎn)偏差值

表3 測(cè)試計(jì)算結(jié)果

經(jīng)過計(jì)算，最終結(jié)果精度(RMS)為0.605mm，小于設(shè)計(jì)要求的面型精度RMS≤0.76mm。

3 結(jié)論

從研究結(jié)果中可以看出，與傳統(tǒng)測(cè)量相比，利用數(shù)字近景測(cè)量指導(dǎo)天線調(diào)整，能夠快速、準(zhǔn)確地將天線面型調(diào)整至設(shè)計(jì)狀態(tài)，并給出針狀圖和各處的變形值，體現(xiàn)出數(shù)字近景測(cè)量的可靠性和適用性，滿足設(shè)計(jì)使用要求。