基于攝影測量系統在曲面雷達天線陣面調試中的應用

舒正杰

摘 ?要：本公司某型雷達產品拋物面天線蒙皮在焊接裝配后，產生了較大的焊接變形，針對曲面天線在陣面返修調整時無基準參考的難點，文章提出一種利用攝影測量系統和3D掃描系統對裝配后的天線進行檢測和變形區域分析，并根據檢測結果對天線陣面進行區域修整，使調試后的整個陣面精度達到均方根誤差σ≤0.6mm的設計要求。

關鍵詞：曲面天線;攝影測量系統;3D掃描系統;均方根誤差

中圖分類號：TH89 ? ? ? ? 文獻標志碼：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

我公司某型雷達天線反射面為拋物曲面（如圖1所示），由四塊網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行自由狀態下的檢測，經檢測，胎膜面均方根誤差σ=0.08mm，符合0.1mm設計要求，測得自由狀態下蒙皮均方根誤差σ=0.38mm。因網狀天線蒙皮與骨架焊接過后會產生較大變形，現使用攝影測量系統和3D掃描系統對整個焊接變形后的陣面進行分析和調試。

1 測量原理

根據數據分布情況，我們知道天線陣面受檢點的隨機偏差分布服從正態分布，由3σ準則可知，偏差點落在±σ范圍內的概率為68.26%，偏差點落在±2σ范圍內的概率為95.45%，偏差點落在±3σ范圍內的概率為99.73%，偏差點落在±3σ范圍之外的概率為0.27%，為小概率事件，屬于異常值。

3 陣面調整

3.1 陣面調整難點

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

3.2 變形分析

（1）先利用攝影測量系統對整個天線陣面進行標定，之后利用3D掃描系統掃描數據，將整個拋物曲面與數模擬和，分析出變形區域，對應地在天線陣面上標記出變形較大區域;（2）根據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較近，因此屬于凸起區域，而位于支板之間的由于焊接時的熱膨脹原因會因為擠壓而發生凹陷;（3）因根據標定后偏差點的結果分析可知：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系上XYZ三個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參考的問題，可通過調整某個軸向對該點偏差貢獻量最大的分量偏差來達到減小該點偏差的效果，通過此方法調整過后的偏差的減小量也呈隨機分布;（2）對于變形較大的凸起區域，偏差最大的點往往分布在變形區域的中間位置，因此可采用細砂輪在凸起區域的中間位置打磨，這樣通過去除材料的方法修整凸起區域可有效地減小對周邊區域產生影響;（3）對于凹陷區

域的調整，可將焊接好的蒙皮連同骨架倒扣至胎模上，針對凹陷的區域通過圓弧樣板進行小區域鈑金調整，此方法可能會對周邊區域產生影響，并且調整后須靜止一段時間，方可進行復測，否則可能會因為變形區域修整好后發生反彈而產生錯誤的檢測結果;（4）針對調整量的控制，采用如下方法，通過數據分析可知，曲面上檢測點隨機誤差的分布服從正態分布。因此，可將正態分布模型調整為非對稱截尾正態分布，這樣既可以最大程度的提高面精度，還能克服調整量隨機不可控的影響。

4 理論計算驗證

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

5 結論

經過上述調整過后，對調整后的天線陣面進行了復測，所測試出的均方根誤差σ=0.54mm，相比于調整之前，天線反射面精度提高1/3左右，調整結果達到預期要求。

參考文獻：

[1]國防科工委科技與質量司.計量技術基礎[M].北京：原子能出版社，2002.

[2]黃桂平.數字近景工業攝影測量關鍵技術研究與應用[D].天津大學，2006.