70m天線反射體與天線座的精確安裝

張潔鈺 賀新剛

摘 要：為實現70 m天線的高指向精度要求，本文從反射體與天線座的精確安裝出發，講述了其精確安裝及調整的過程。首先，設計定位銷工裝組合保證反射體軸線與天線座方位軸同軸，設計支撐工裝組合保證反射體吊裝至天線座時有穩定的支撐面，進而保證反射體能精確的與天線座對接;然后，在現場安裝時，利用激光跟蹤儀依次采集已裝好的反射體地面各連接面與定位銷的坐標，依次在天線座上相應的位置恢復各連接點，使兩者能相互匹配。最終，天線反射體在天線座上準確完成了安裝，為以后更大口徑天線反射體的安裝提供了借鑒意義。

關鍵詞：70 m天線;反射體;天線座;激光跟蹤儀

中圖分類號：P111.44 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1003-5168（2022）9-0038-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.09.007

Precise Installation of? 70-Meter Antenna Reflector and Antenna

Pedestal

ZHANG Jieyu1，2? ? HE Xingang1，2

（1.The 39th Research Institute of China Electronics Technology Corporation， Xi'an 710065，China;

2. Shaanxi Key Laboratory of Antenna and Control Technology， Xi'an 710065，China）

Abstract： In order to meet the requirements of high pointing accuracy of 70m antenna， this paper describes the process of accurate installation and adjustment of reflector and antenna base. Firstly， design the tooling combination of the locating pin to ensure that the axis of the reflector is coaxial with the azimuth axis of the antenna base， and design the supporting tooling combination to ensure that there is astable support surface when the reflector is hoisted to the antenna base， so as to ensure the accurate docking of the reflector with the antenna base; Then， during on-site installation， use the laser tracker to collect the coordinates of the installed reflector ground connection surfaces and positioning pins in turn， and restore the connection points in the corresponding positions on the antenna base in order to make them match each other. Finally， the antenna reflector is accurately installed on the antenna base， which provides a reference for the installation of larger aperture antenna reflector in the future.

Keywords：70-meterantenna; reflector; antennapedestal; lasertracker

0 引言

指向精度是衡量大口徑高頻率天線性能的重要指標[1]，對于70 m天線，高72 m，重達2 700 t，結構尺寸大、重量重、結構變形難以控制，指向精度提高難度大[2][3]，其反射體與天線座的精確安裝是影響指向精度重要的一環，必須嚴格保證。

對于小口徑天線，提前在反射體與天線座對接處加工止口，通過止口精確安裝;對于中口徑天線，反射體安裝過程中轉動天線，利用磁力百分表進行調整;對于大口徑天線，國外的輪軌式天線普遍采用“搭積木”的方式，定好定位基準后逐件進行安裝[4-6]。對于70 m輪軌式天線，采用傘形支撐結構且反射體采用整體吊裝，對于國內尚屬首例，如何保證其精確安裝，是現場必須解決的一個關鍵問題。筆者從70 m天線反射體與天線座的現場精確安裝出發，介紹了現場行之有效的裝配工藝和檢測方法。

1 結構簡介

1.1 總體結構

70 m天線由天線反射體與天線座兩大部分組成，天線反射體由中心體、背架、面板、副面撐調機構等組成，天線座由俯仰架、座架、輪軌系統等組成，結構如圖1所示。安裝過程中，反射體先在地面拼裝成整體，再將天線反射體整體吊裝至天線座，反射體與天線座的安裝即中心體與俯仰架的安裝。

中心體與俯仰架的安裝關系如圖2所示，第1圈由俯仰架中央圓環和中心體16個中心筒進行連接，吊裝過程中為主要的支撐點。

第4圈由俯仰架16根傘形支撐與中心體16個節點進行連接，傘形支撐底部連接于俯仰架配重筒，頂面對接16個中心體節點底面，可對中心體形成穩定的支撐。但由于安裝階段傘形支撐位置難以精確調整，調整不到位會影響反射體受力分布和主面精度，故選擇后期進行安裝。因此需提前根據中心體與俯仰架的結構特點在第2圈、第3圈處增加輔助支撐結構，保證中心體可以穩定支撐。

1.2 工裝結構

1.2.1 定位銷工裝組合。反射體吊裝至天線座時需保證反射體軸線與天線座的方位軸同軸，且在圓周方向上使反射體俯仰方向的上下左右與天線座的前后左右準確定位，基于此，設計了定位銷工裝組合，共4組。定位銷工裝組合設計時的間距應盡可能大，且便于調整，綜合考慮將定位銷工裝組合布置在跨距近25 m的“十”字方向上。

定位銷工裝組合由定位銷、定位銷座組成，如圖3所示。考慮到反射體的定位精度、允許的偏差以及儀器所采集的精度，設計時定位銷與定位銷座直徑方向上留有3 mm間隙。

1.2.2 支撐工裝組合。為保證中心體可以穩定支撐，根據安裝關系及空間位置，在俯仰架“十”字、外框梁與中心體第3圈位置處可增加輔助支撐結構，設計了支撐工裝組合，共12組，如圖4所示。此處兩者的強度經分析均滿足支撐。

工裝分兩種，兩者的頂面高度一致。在“十”字方向可借用產品結構利用支撐墩進行支撐，分4組，如圖5（a）所示;外框梁位置需在梁上設計固定裝置，再在其上安裝支撐立柱，可增加8組，如圖5（b）所示。

1.3 對接關系

綜上所述，反射體安裝時，具體對接關系如下：①中心體第1圈16個中心筒對接俯仰架中央圓環;②中心體第3圈12個節點對接俯仰架支撐工裝組合，其中包括4個對接“十”字方向支撐墩、8個對接外框梁支撐立柱;③中心體第3圈4組定位銷對接俯仰架定位銷座;④中心體第4圈16個節點對接俯仰架傘形支撐。

2 反射體數據采集

激光跟蹤儀具有高精度、高效率、實時跟蹤測量、操作簡便等特點，可以對空間的目標進行跟蹤并實時測量其三維坐標，其單點的采集精度可以達到0.01 mm[7-8]。因此，為滿足反射體與天線座的高精度安裝要求，采用激光跟蹤儀進行測量。

采集數據時需按統一方式對所采集的點進行編號，其中采集方向為逆時針，并一一對應。

2.1 反射體坐標系的建立

反射體的安裝基準在中心體上法蘭，需將上法蘭的坐標系平移至底面。

將激光跟蹤儀置于中心筒底部，靶球放置于中心體上法蘭，采集多點坐標并擬合平面得到圓心，再將靶球移至地面，通過激光跟蹤儀監測挪動靶球，將該擬合圓心引到地面作為地面儀器中心。同理，將上法蘭原有的方向點引至地面作為方向點。將激光跟蹤儀架設在地面儀器中心，建立坐標系：Z軸垂直于大地，X軸指向方向點。

2.2 定位銷數據采集

定位銷與定位銷座無需準確的位置要求，只需根據定位銷的位置去匹配定位銷座即可。

定位銷為圓柱結構，其坐標無法直接測量，可通過間接測量定位銷的定位孔來代替。靶球放置于彎角件中心孔位置處，利用激光跟蹤儀采集中心體定位銷各點坐標[F定（xi，yi）]，[F定（xi，yi）]將4組數據記錄于表1中。

2.3 支撐工裝數據采集

2.3.1 第1圈中心筒。中心體中心筒由16個立柱法蘭組成，將靶球放置于立柱法蘭底面中心，利用激光跟蹤儀采集中心體第1圈中心筒各點高度[F筒（zi）]，將16組數據記錄于表2中。

2.3.2 第3圈節點。中心體第3圈共計16個節點，對接關系中需12個，需對12個節點進行編號，再進行數據采集。利用激光跟蹤儀采集中心體第3圈節點各點高度[F撐（zi）]，將12組數據記錄于表3中。

2.3.3 第4圈節點數據采集。中心體第4圈節點法蘭呈橢圓形，靶球放置于節點法蘭底面中心，利用激光跟蹤儀采集中心體第4圈節點各點坐標[F傘（xi，yi）]，將16組數據記錄于表4中。

3 天線座數據恢復

3.1 天線座坐標系的建立

激光跟蹤儀置于俯仰架“十”字，將座架二層已有的中心引到俯仰架中心作為高空儀器中心。將激光跟蹤儀架設在高空儀器中心，建立坐標系：Z軸垂直于大地，X軸指向天線座后方。

3.2 定位銷座恢復

定位銷座的坐標無法直接測量，通過間接測量定位銷座堵蓋的坐標來代替。初放定位銷座于俯仰架，將定位銷座堵蓋卡進定位銷座，靶球放置于定位銷座堵蓋中心孔位置處，利用激光跟蹤儀采集俯仰架定位銷座各點坐標[Z定（xi，yi）]，根據2.2中已采集的中心體定位銷各點坐標[F定（xi，yi）]，調整定位銷座的位置，并將最終的4組數據記錄于表1中。4個定位銷座組成菱形，根據坐標分別計算中心體與俯仰架上兩條對角邊與四條棱邊的長度并做比較。

對于25 m的跨距，根據鋼鐵的線膨脹系數可得在溫度變化1 ℃時，跨距變化0.3 mm，若溫度變化10 ℃跨距則變化3 mm，已超出定位精度。而大量的數據采集難以在同時間段完成，且兩者不在同一位置，一個在地面一個在空中，很難做到統一，數據的采集需待環境溫度穩定時在最短時間內盡快完成。

該數據需經多次反復測量，吊裝前再復核，確保吊裝時定位銷能準確落入定位銷座。

3.3 支撐工裝組合數據采集

3.3.1 中央圓環。中央圓環為鉚焊件，頂面存在高度差，需采集中央圓環上與中心筒立柱法蘭對應點處的高度。根據中心筒立柱法蘭分布圓直徑及數目，計算中心筒各點坐標[F筒（xi，yi）]。靶球放置在中央圓環頂面，根據對應坐標調整靶球的位置，利用激光跟蹤儀采集對應各點高度[Z筒（zi）]，將16組數據記錄在表2中。根據采集的數據計算各點高差，加工對應高差的墊板，在反射體吊裝之前固定在中央圓環頂面，保證接觸面的水平。

3.3.2 支撐工裝組合。根據中心體第3圈節點分布圓直徑及數目，計算出支撐各點坐標[F撐（xi，yi）]。靶球放置在支撐墩、支撐立柱相應的坐標點，采集支撐工裝組合各點高度[Z撐（zi）]，將12組數據記錄在表3中。待數據采集完，根據采集的數據計算各點高差，加工對應高差的墊板，在反射體吊裝之前墊在支撐墩、支撐立柱頂面，以保證支撐受力均勻，防止變形，影響反射體精度。

3.4 傘形支撐的安裝

3.4.1 傘形支撐數據采集。傘形支撐由16根19 m長圓管組成，是整個天線的安裝難點。若選擇在反射體吊裝后裝入，則無法吊裝;若提前裝入，則需降低高度，為便于調整設計成可伸縮式，避免與反射體提前“接觸”和受力不均。

由于傘形支撐在空中，具體姿態無法調整，因此設計了套管堵蓋，中心孔位置處放置靶球可以實時數據監測;同時設計了專用八字調整工裝，連接到外框梁上，一方面用來調整傘形支撐具體姿態，另一方面用來固定傘形支撐，如圖6所示。

根據中心體第4圈節點分布圓直徑及數目，計算第4圈節點各點坐標[F傘（xi，yi，zi）]，靶球放置在套管堵蓋中心孔，利用激光跟蹤儀采集俯仰架傘型支撐各點坐標[Z傘（xi，yi，zi）]，由于吊裝至一個低于理論位置50 mm的平面，所以先將理論值[F傘（xi，yi，zi）]轉化成實測理論值[Z傘（xi，yi，zi）]，才能用來指導實測值[Z傘（xi，yi，zi）]。

首先，計算高差[ΔZi]，調整[Z傘（zi）]使[ΔZi]盡量保持在-50 mm左右。高差[ΔZi]見式（1）。

[ΔZi=Z傘zi?F傘zi]? ? ?（1）

其次，已知[Z]變化1對應[x]和[y]變化系數[kx]和[ky]，將理論值變為實測理論值，具體如式（2）。

[F傘?xi，yi=F傘xi+kx×ΔZi，yi+ky×ΔZi]

（2）

最后，計算[Z傘xi，yi?F傘?（xi，yi）]用來指導傘形支撐位置調整，并將最終的16組數據記錄在表4中。

3.4.2 傘形支撐安裝。待反射體吊裝到位后，利用伸縮式的傘形支撐將各管升至中心體節點并與之對接，鉚焊，傘形支撐完成安裝。待傘形支撐安裝后可以對反射體形成穩定的支撐結構，再將各支撐工裝組合與定位銷工裝組合等輔助結構進行拆除，避免對整個天線形成額外負載。

4 結語

70 m反射體吊裝時既要保證高空作業的安全，又要保證反射體與天線座的精確安裝，筆者設計了定位和支撐工裝。通過采集定位銷坐標，并在俯仰架恢復定位銷座位置，保證了對接時的定位;通過采集中心筒立柱法蘭高度，并在俯仰架上采集中央圓環頂面高度，計算高差增加墊板，保證了對接時的第1圈支撐;通過采集中心體第3圈節點高度，并在俯仰架上采集支撐工裝組合高度，計算高差增加墊板，保證了對接時的第3圈支撐;通過采集中心體第4圈節點坐標，并在俯仰架恢復傘型支撐位置，保證了對接時的第4圈支撐，最終順利完成反射體的精確安裝。

參考文獻：

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