大型反射面天线轨道不平度对指向精确度的影响

针对奇台110 m口径射电望远镜高指向精确度特点,在现有天线指向模型的基础上,推导了轨道误差源(轨道不平度)对指向精确度影响的关系模型。基于功率谱函数傅里叶级数系数归并法,建立了天线轨道不平度数学模型。针对国外某完全焊接式50 m天线,轨道水平度测量数据,通过实验数值仿真,采用查表法补偿轨道不平度造成的天线指向误差,使俯仰角误差精确度提高了1.5″,对高指向精确度天线实现的研究提供了有力支持。     

天马望远镜结构重力变形对面形和指向精度影响

以天马望远镜（简称TM65m）为研究对象,采用仿真与实验相结合的方法,对结构重力作用下主面面形精度和天线指向精度的变化进行了研究.借助有限元软件分析不同俯仰角下结构重力变形,得到主面相应的促动器调整量,将其加载到主动面系统中,经调整后天线效率在俯仰角35°和71°提高了20%.主面重力变形修正后,其顶点位置发生变化,将计算结果转化到指向模型中,得俯仰角由5°旋转到90°指向发生了0.037 99°的变化,与实际指向模型重力误差修正项系数的误差为4%.同时,发现天线俯仰及以上部分结构自重在不同俯仰角下引起俯仰轴弯曲变形,有限元分析得最大挠度为3.2 mm,挠度变化趋势与倾斜仪测量结果一致性较好,由此导致的俯仰指向变化达0.012 14°.因此,合理的结构设计对提高天线精度非常重要.     

某测量雷达天线座轴系设计与精度测量

本文针对精密测量雷达的特点,对二维天线座的方位轴系和俯仰轴系进行详细设计,并重点分析方位和俯仰轴系精度误差对雷达测角误差的影响。进一步分析影响方位轴铅垂度、方位轴与俯仰轴垂直度的因素,对每个因素的误差进行数值分配,并通过加工制造和装配进行精确控制,从而满足总的误差分配指标要求。文章提出方位轴系和俯仰轴系精度测量方法,并据此实测两轴系精度数据,通过对比精度分配理论数值和实测数据,验证了理论计算和测量方法的可行性。     

9m×36m天线安装测量技术研究

针对9 m×36 m天线的安装测量,综合运用GPS、全站仪、双经纬仪和工业摄影测量等多种技术手段,圆满完成了天线的指向和面型调整测量。采用GPS技术获取大地方位角,采用全站仪建立施工控制网,采用双经纬仪测量系统指导天线背架及面板放样,采用工业摄影测量系统对天线面型进行精确调整。天线指向精度达到0.016°,面型精度为0.304 mm,达到了设计要求。     

天线测量中光学经纬仪的正确使用方法

在大型天线安装测量及伺服运动精度测量中,测量系统的精度是影响天线精度的决定性因素,而测量系统的精度取决于诸多因素。本文给出了经纬仪的指标差、视准轴误差、水平轴倾斜误差及垂直轴倾斜误差的计算公式和测定方法以及置中误差的测定方法。     

射电望远镜天线的指向精度测量系统设计

指向精度是衡量大口径射电望远镜天线电轴指向准确度的重要指标,如何准确地测量出天线的指向精度对使用者而言尤为重要。针对射电天文望远镜的工作特点,提出了采用射电星作为发射源进行天线指向精度测量的方法,以方位轴为例介绍了测量基本原理,根据测量需要对系统软硬件进行了设计,对实际测量和处理过程进行了描述,给出了测量结果和分析。结果表明该方法可以快捷、准确地测出天线在全天区的指向精度。     

相控阵天线指向测量误差分析及消除方法研究

电扫波束指向精度是相控阵天线的核心指标之一,对波束指向进行准确测量是对系统工作能力进行评估的必要手段。文中以某相控阵天线为例,详细分析了几种外场波束指向测试中常见的外部误差。通过理论分析建立仿真模型,计算分析以上因素对天线指向测试的影响,并提出一种在波束指向测试过程中消除误差的优化方法。经试验比对,所提出的优化方法可以明显降低测试误差,提高测试结果的准确度和可信度,对同类型天线的外场测试和系统性能评估具有重要的工程参考价值。     

65m射电望远镜天线结构指向精度分析与设计

针对国内口径最大、精度最高的65 m射电望远镜天线,分析计算了其结构指向精度。介绍了轨道组合、枢轴组合和测角装置等关键部件的精度设计过程和结构误差,以及其他重力和环境因素引起的误差。通过结果分析、现场实测和长期工作,证明了天线结构设计指向精度的均方根误差达到11.8″,去掉系统误差,天线指向精度的均方根误差有望达到2″的精度。     

相控阵天线的光电轴匹配探讨

详细分析引起相控阵光电轴不一致的各种误差来源，给出解决这一问题的方法，并把理论计算结果与某一相控阵天线的测试结果做了比较，验证了此方法的正确性及可行性，为提高其它各指向角的指向精度奠定了基础。     

增量式光电轴角编码器零点漂移问题解决

介绍了增量式光电轴角编码器的工作原理及其在空间目标测量领域的应用。分析了轴角编码器零点漂移的原因,推导了基于轴系和球谐函数的望远镜系统误差修正模型。提出了采用外复核方法解算望远镜指向精度,即用前两天测星解算出来的系统球谐函数误差模型系数修正并复核当天的测星误差。设计了零点标定实验对轴角编码器零位进行标定,进行了连续11个晴天夜晚的观测实验,在零点标定前后观测在视场内均匀分布的30颗恒星,分别解算得到望远镜指向误差,确认了轴角编码器的零点漂移现象。采集GPS卫星数据进行了精度鉴定,望远镜方位和俯仰的轴系误差均值由13.99、11.50分别降至5.94、-3.49 ,验证了零点标定方法消除零位漂移并提高望远镜测量精度的可行性。     

Azimuth-track level compensation to reduce blind-pointing errors ofthe Deep Space Network antennas

The 34-meter antennas of the NASA Deep Space Network are “wheel and track” antennas. The latter term refers to a set of wheels at the base of the structure, which roll on a circular steel track supported by a concrete foundation ring. The track is assumed flat; however, its level varies due to manufacturing imperfections, structural loads, non-uniformity of the soil, and temperature variations. It is specified that the deviations of the azimuth-track level shall not exceed ±0.5 mm. During tracking, this amplitude of deviations causes deformations of the antenna structure, resulting in pointing errors of ±2 mdeg, which exceed the required accuracy for 32-GHz (Ka-band) tracking. However, structural deformations caused by the azimuth track unevenness are repeatable; therefore, a look-up table can be created to improve the blind-pointing accuracy. This paper presents the process for creation of the look-up table, describes the instrumentation necessary for determining the pointing errors, and describes the processing of inclinometer data. It derives algorithms for the pointing-error estimation, and for the azimuth-axis tilt using the inclinometer data. It compares the error corrections based on the created look-up table and actual measurements of pointing errors using the conical scanning (conscan) technique. This comparison shows a satisfactory convergence that justifies the implementation of the approach in forthcoming NASA missions     

基于BP神经网络的小角度井斜方位角误差补偿研究

井斜角与方位角是井眼轨迹计算中的主要测量参数,然而与常规井斜时方位角误差相比,小角度井斜下测斜仪的方位角测量误差更大。为了提高测斜仪在小角度井斜下的方位角测量精度,基于BP神经网络算法对5°~10°小角度井斜下方位角的测量进行了补偿。文中以标准井斜角和实测方位角构成的二维向量作为输入,以标准方位角构成的一维向量作为输出,建立了双入单出网络模型。采用随机选取的方式将学习样本分为训练集与测试集,使网络具有较好的泛化能力。仿真测试结果表明,该BP神经网络误差校正模型运行稳定,补偿精度达到10^-6,可将小角度井斜下方位角的测量精度从±5.3°提高至±1.7°以内。     

A Calibration Technique for a Two‐Axis Magnetic Compass in Telematics Devices

This paper presents an efficient algorithm for using the two‐axis magnetic compass in portable devices. The general magnetic compass module consists of a three‐axis magnetic compass and a two‐axis inclinometer to calculate tilt‐compensated azimuth information. In this paper, the tilt error is compensated using just a two‐axis magnetic compass and two‐axis accelerometer. The third‐axis data of the magnetic compass is estimated using coordinate information that includes the extended dip angle and tilt information. The extended dip angle is estimated during the normalization process. This algorithm can be used to provide the tilt‐compensated heading information to small portable devices such as navigation systems, PDAs, cell phones, and so on.     

A method and a GUI for the creation of azimuth-track level-pointing-error corrections

The JPL beam-waveguide (BWG) antennas are used for spacecraft tracking and for radio-astronomy observations. They are mounted on wheels that rotate around an uneven azimuth track, causing antenna deformations, and reducing pointing accuracy. The pointing errors affected by the track irregularities are repeatable, and can therefore be calibrated. The effects of the irregularities of the track can continually be corrected by using a lookup table, created by the interface presented. This paper is a continuation of previous work of Gawronski, Baher and Quintero (see ibid., vol.42, no.2, p.28-38, 2000). It describes the processing the inclinometer data, which includes the verification of repeatability, smoothing, slow-trend removal, re-sampling, and adjustment to a standard format. it also presents a user-friendly interface that process field data and creates a lookup table for pointing-error correction by clicking appropriate buttons on a computer screen. The GUI was tested with the JPL BWG antennas, and may be used with any antennas utilizing an azimuth track.     

大尺寸空间角测量系统光轴指向不确定度评定

由于被测对象相距较远,高精度的公共测量基准难以建立,因此大尺寸空间角测量的难度较大。为了解决大尺寸条件下空间角的现场测量问题,提出一种基于惯性基准的大尺寸空间角测量方法。首先,阐述了大尺寸空间角的测量原理并且设计了测量系统。然后,对测量系统中基于二维振镜的光轴指向不确定度进行了研究,重点分析了各类误差对光轴指向不确定度的影响。最后,利用蒙特卡洛仿真对各项误差所引起的光轴指向不确定度进行评定,为光轴跟踪装置的误差分配及其指向精度的现场评估等工作奠定了基础。     

运动平移台静态指向误差建模、测试与修正

针对运动平移台检测中方位/俯仰轴旋转过程引起的负载光轴偏移量指标超差的问题,在全面分析其误差源基础上提出了一种误差测试与补偿方案,基于多体系统理论建立了平移台负载的光轴指向偏差修正模型,设计了指向偏差测试实验,采用实测数据辨识得到了修正模型中的未知参数。经过补偿后仿真与实测验证:俯仰平台旋转引起的光轴方位指向偏移量由176.1″减小到1″,方位平台旋转引起的光轴俯仰方向指向精度由18″提高至9″,满足了工程使用要求。该误差测试与修正方法已成功应用于装备的实际检测。     

双向反射分布函数测量装置设计及指向精度分析

为实现对样品的双向反射分布函数（Bidirectional Reflectance Distribution Function,BRDF）的测量,设计了一种少光线遮拦、大回转半径和高定位精度的测量装置。根据测量空间和角度需要,设计了大回转半径（1.3 m）的方位圆环轨道和天顶弧形轨道。轨道外侧安装同步齿形带,采用伺服电机驱动带轮分别实现两个方向的运动。安装在天顶弧形轨道的探测器对位于装置中心的样品在方位角180,天顶角75范围内进行探测。为避免在大尺寸结构下的运动卡滞,设计了基于弹簧预紧的防卡死机构,并对机构引入的指向精度进行误差分析,最后对测量装置的指向精度进行了测量。实验结果表明:BRDF测量装置方位轨道指向精度优于0.147,天顶轨道指向精度优于0.358,测量结果与分析结果相符,验证了所设计的BRDF测量装置能够满足指标要求。     

激光雷达坐标测量系统的测角误差分析

为了精确地设计激光雷达坐标测量系统仪器,在研究激光雷达坐标测量系统测量原理和结构的基础上,建立了引入两轴垂直度误差、反射镜倾斜误差和反射镜入射激光束倾斜误差这3项主要系统误差的测角误差模型。由理论分析可知,在距离10m处,这3项系统误差各自引入的单点坐标测量误差最大值分别为124.1m,447.9m和242.4m。结果表明,在激光雷达坐标测量系统设计中,为保证在大空间测量中仍有很高测量精度,必须严格控制两轴垂直度误差、反射镜倾斜误差和反射镜入射激光束倾斜误差,并根据建立的误差模型进行参量标定和误差补偿。     

光纤陀螺随钻测斜仪钻进中井眼轨迹测量方法研究

为提高光纤陀螺随钻测斜仪的井眼轨迹的测量精度,采用卡尔曼滤波组合的测量方法,对井斜、方位和工具面失准角进行估计。由于姿态失准角的估计精度与其可观测性密切相关,为了提高估计精度,文章分别在匀速、匀加速和匀速转动三种钻进运动状态下,采用分段线性定常系统(PWCS)和奇异值分解(SVD)的方法分析了姿态失准角的可观测性,并分析了钻进中井斜角和转动速率对姿态失准角估计精度的影响。由仿真结果可知,匀速钻进时,方位失准角不可观测;匀加速钻进时,方位失准角可观测且在水平井中可观测性最强,随着井斜角度增大,方位角、井斜角的测量精度逐渐提高;绕轴向匀速转动钻进时,方位失准角的可观测性和估计精度均优于匀速、匀加速钻进状态;角速率由0°/s增加到5°/s时,三个姿态失准角的估计精度均增大并逐渐趋于稳定。文中提出的轴向转动钻进运动可有效提高井眼轨迹的测量精度。