全站儀測量系統(tǒng)在天線表面精度測量中的應用

朱 凱

（中國電子科技集團公司第三十八研究所，安徽 合肥230088）

0 引言

天線的表面精度是衡量、評價天線質量的重要指標，它不僅直接影響天線的口面效率，決定天線可工作的最短波長，還影響天線方向圖的主瓣寬度和旁瓣結構。天線表面精度測量的傳統(tǒng)方法主要有機械，光學和電等方法，這些方法具有量程比較小、測量速度慢、自動化程度低、勞動強度大、對天線的姿態(tài)有限制等缺點。從20世紀80年代開始，精密工程測量在天線測量中的應用主要表現(xiàn)為工業(yè)測量系統(tǒng)的應用，大大的改善了傳統(tǒng)方法的諸多缺點，其中，全站儀是近年來使用較多的一種測量系統(tǒng)，測試方法更加便捷、快速、精度高。

1 Leica TS30全站儀測量系統(tǒng)介紹

本文中以Leica TS30全站儀測量系統(tǒng)為例，介紹全站儀測量系統(tǒng)在天線表面精度測量中的應用。

Leica TS30全站儀是一款專為達到超高精度以及性能而設計的角度測量系統(tǒng)，具有高精準性的角度測量能力和先進的光電距離測量技術。擁有最高測距精度的POINT-EDM技術，整合了相位以及脈沖技術的優(yōu)點。其無棱鏡測程可以達到1000m，同時精度可以達到2mm+2ppm，有棱鏡測程可以達到12000m以上，測距精度為0.6mm+1ppm，能夠充分滿足天線面精度測量要求。

圖1 Leica TS30全站儀實物圖

2 測量實施方案

全站儀測量系統(tǒng)的建立極為簡單，只需一臺全站儀，不需要系統(tǒng)定向，儀器整平后與系統(tǒng)軟件平臺聯(lián)機即構成測量系統(tǒng)。測量過程中，全站儀架設在被測天線面前方，處于天線正面90?位置。根據(jù)天線面的大小以及形狀選定測量目標點，這也是決定測量精度的一個重要因素。常見的天線類型多為平面天線和拋物面天線，兩種天線的測點布設一般均可采取等距均勻取點，測點的密度根據(jù)天線尺寸而定。目標點布局完成后，利用Leica TS30全站儀的無棱鏡測量功能，對天線表面目標點進行逐個測量。

TS30能夠直接測量出被測點的XYZ空間坐標值，并統(tǒng)一歸納記錄于其儀器自身建立的測量坐標系中，處理后，最終獲得測量結果。

圖2 某平面天線面目標點布局圖

3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理的基本過程是：首先，將天線的三維坐標從測量坐標系轉化到設計坐標系，通過該過程獲取天線的位置參數(shù)（兩坐標系間的平移和旋轉參數(shù)）；其次，在設計坐標系中計算調整量或法向偏差，并統(tǒng)計表面精度。Leica TS30全站儀測量得到的是大量的離散點的三維坐標，對其的數(shù)據(jù)處理是準確反映天線主面精度的關鍵技術。不適當?shù)臄?shù)據(jù)處理方法可能得到錯誤的結果，正確的分析數(shù)據(jù)的處理結果尤為的重要。目前天線最優(yōu)的測量數(shù)據(jù)處理的方法是CAD面型轉換法。該法轉換原理為：坐標轉換的初值可手工輸入或通過公共點坐標轉換計算給出，然后將測量點投影到理論平面上，以投影點為公共點的設計坐標，重新進行坐標轉換，獲得新的轉換參數(shù)，然后重復上述步驟，直到測量點相對于CAD曲面的點位精度最高時停止迭代計算，從而得出被測天線表面的最終精度。

表1 某天線平面擬合解算結果

由此例數(shù)據(jù)可以看出最小點位偏差為-0.505mm，最大點位偏差0.275mm，偏差范圍0.780mm，最終獲得天線平面精度為0.249mm。

4 結束語

全站儀測量系統(tǒng)屬于非接觸測量，適用于各種大尺寸天線的面精度測量，其測量精度根據(jù)全站儀的測角以及測距精度而定，基本滿足大多數(shù)天線的面精度測量。

［1］李宗春，李廣云.天線幾何量測量理論及其應用[M].測繪出版社