[发明专利]一种卫星天线混合测量分析的方法

摘要

本发明涉及卫星天线混合测量分析的方法，有效解决在卫星天线测量过程中采用多种测量设备共同测量，降低检测难度，提高检测效率的问题，方法是，利用电子经纬仪测量在天线安装和检测过程中进行立方镜准直测量，激光雷达测量天线型面的扫描测量，激光跟踪仪测量空间点位等，实现多种测量设备共同完成卫星天线的测量，采用“6自由度测站三维网”的联合标定的算法，利用测站坐标系与测量坐标系之间的转换关系，直接列出各种观测值误差方程，以克服传统算法的缺点，提高算法的适应能力，本发明方法简单，易操作，初值获取快，对初值精确程度要求低，迭代次数少，收敛速度快，理论上是最优解，算法适应能力强，测量效率高、速度快，精度高。

主权项

一种卫星天线混合测量分析的方法，其特征在于，由以下步骤实现：第一步：多种测量设备进行联合标定，联合标定的意义在于将参与测量的电子经纬仪、激光雷达、激光跟踪仪统一到统一的测量坐标系，联合标定的具体子步骤为：卫星天线混合测量系统的测量设备包括电子经纬仪、激光雷达、激光跟踪仪，测量设备按照顺序进行位置标定：（1）、整置仪器：将仪器均匀分布在卫星天线周围；整平电子经纬仪，对中电子经纬仪的圆气泡；将电子经纬仪通讯参数设置为波特率2400，偶校检，停止位为1，数据位为7，激光雷达和激光跟踪仪需要在计算机中设置好仪器的IP地址；（2）、两台电子经纬仪进行互瞄测量并对基准尺进行交会测量，基准尺测量时将其与电子经纬仪构成等边三角形，或将基准尺放置在二台电子经纬仪的前方，与电子经纬仪同高，平行于基线，到基线的垂直距离等于基线长度的一半；基准尺是已经法定计量单位准确标定过的，为整个测量工程提供长度基准；（3）、测量控制点：电子经纬仪测量空间控制点为3个以上，作为公共点进行坐标系转换；在待测量的空间包容范围内观测3个以上的点，并用计算机软件记录测量数据；由计算机软件操作激光雷达和激光跟踪仪测量电子经纬仪测量过的控制点，并用计算机软件进行记录；（4）、对以上电子经纬仪、激光雷达、激光跟踪仪的测量数据进行标定解算，得到电子经纬仪、激光雷达及激光跟踪仪的位置关系，采用联合标定算法进行“6自由度测站三维网”平差；经过对电子经纬仪、激光雷达、激光跟踪仪标定测量后，所有测站点和定向点构成一个空间三维控制网，测站点和定向点同时存在于测量坐标系和各测站坐标系中，各测站坐标系相对于测量坐标系的旋转参数为（Rxi,Ryi,Rzi），测站坐标系原点与定向点在测量坐标系下的坐标为（Xpk，Ypk，Zpk），i为1，2，…，n，k为1，2，…，n+m，且下标k为1，2，…，n时表示测站点坐标，测站点及定向点在第i个测站坐标系中的坐标为（xpik，ypik，zpik），则测站点和定向点在测量坐标系下的坐标与在第i个测站坐标系下的坐标有如下关系： xp ik yp ik zp ik = a i 1 b i 1 c i 1 a i 2 b i 2 c i 2 a i 3 b i 3 c i 3 · Xp k - Xp i Yp k - Yp i Zp k - Zp i            ……公式1其中，旋转矩阵元素ai1,ai2,ai3,bi1,bi2,bi3,ci1,ci2,ci3为第i个测站坐标系相对于测量坐标系旋转参数（Rxi,Ryi,Rzi）的函数，函数关系如下： a i 1 = cos Ry i · cos Rz i a i 2 = - cos Ry i · sin Rz i a i 3 = sin Ry i b i 1 = sin Rx i · sin Ry i · cos Rz i + cos Rx i · sin Rz i b i 2 = - sin Rx i · sin Ry i · sin Rz i + cos Rx i · cos Rz i b i 3 = - sin Rx i · cos Ry i c i 1 = - cos Rx i · sin Ry i · cos Rz i + sin Rx i · sin Rz i c i 2 = cos Rx i · sin Ry i · sin Rz i + sin Rx i · cos Rz i c i 3 = cos Rx i · cos Ry i           ……公式2按照公式2将测站点和定向点在各测站坐标系下的坐标全部统一到测量坐标系下；在标定测量中，每一测站对其它测站点及定向点的观测量为水平角、天顶距或斜距；测站点P在第i个测站坐标系中的坐标为（xpik，ypik，zpik），第i测站对点的观测值分别表示为水平角Hzik、天顶距Vzik、斜距Sik；测站P坐标与观测值的函数关系如下： Hz ik = 2 π - arctg yp ik xp ik             ……公式3 Vz ik = π 2 - arctg zp ik xp ik 2 + yp ik 2          ……公式4将公式（1）代入公式（3）、（4）可得 Hz ik = 2 π - arctg a 1 · ( Xp k - Xp i ) + b 1 · ( Yp k - Yp i ) + c 1 · ( Zp k - Zp i ) a 2 · ( Xp k - Xp i ) + b 2 · ( Yp k - Yp i ) + c 2 · ( Zp k - Zp i ) ……公式5 Vz ik = π 2 - arctg a 3 · ( Xp k - Xp i ) + b 3 · ( Yp k - Yp i ) + c 3 · ( Zp k - Zp i ) ( a 1 · ( Xp k - Xp i ) + b 1 ( Yp k - Yp i ) + c 1 · ( Zp k - Zp i ) ) 2 + ( a 2 · ( Xp k - Xp i ) + b 2 · ( Yp k - Yp i ) + c 2 · ( Zp k - Zp i ) ) 2 ……公式6由于斜距与坐标系的定义无关，因此对于距离观测值方程直接用测站点P在测量坐标系下的坐标由下式给出： S ik = ( Xp k - Xp i ) 2 + ( Yp k - Tp i ) 2 + ( Zp k - Zp i ) 2         ……公式7按照上述公式（5）、（6）、（7），所有观测值均可表示为系统标定参数的函数，对所有观测值列出的方程组求解，解算出系统标定参数；第二步：根据第一步联合标定解算出的系统标定参数，进行不同测量项目的测量，方法是：A、进行电子经纬仪立方镜准直测量和立方镜转移测量在卫星天线安装及检测中，采用多台电子经纬仪构成的测量系统，并通过准直测量确定 星体坐标系与立方镜坐标系的转换关系，星体坐标系由转台上的3～4个定位销确定，立方镜坐标系则由立方镜几何中心及其表面法线确定；由于在卫星天线安装过程中，定位销会被卫星天线部件遮挡，因此在卫星天线安装之前需要将星体坐标系转换到立方镜坐标系下，在安装过程中再根据转换参数恢复星体坐标系，方法是：1）设置电子经纬仪，将第一台电子经纬仪T1、第二台电子经纬仪T2分别对立方镜的两个相互垂直的表面进行自准直，以确定两电子经纬仪的设站位置；当采用小角度准直法时，则将第三台电子经纬仪T3经纬仪设置在定位销W1、W2的连线上，设站时保证第三台电子经纬仪T3瞄准定位销W1、W2的水平方向值之差不超过2°，垂直方向值之差也不超过2°；当采用三维坐标准直测量法，则将第三台电子经纬仪T3放置在一个适当位置，保证测量定位销W1、W2、W3、W4和立方镜表面上的十字线时有好的交会图形；2）用卫星天线混合测量系统软件对第一台电子经纬仪T1、第二台电子经纬仪T2、第三台电子经纬仪T3进行统一定向，包括精确互瞄和测量基准尺，然后定向解算获取由第一台电子经纬仪T1、第二台电子经纬仪T2设站位置所确定的测量坐标系，该坐标系随第一台电子经纬仪T1、第二台电子经纬仪T2的设站位置而定；同时解算出在测量坐标系下第一台电子经纬仪T1、第二台电子经纬仪T2、第三台电子经纬仪T3坐标系的旋转参数和平移参数；3）第一台电子经纬仪T1、第二台电子经纬仪T2分别对立方镜的两个表面自准直，并用系统软件记录下准直方向值，包括水平方向和垂直方向，自准直测量采用双面准直以消除仪器的视准差、指标差和水平轴倾斜差；4）用第三台电子经纬仪T3分别双面测量定位销W1、W2，获取其水平和垂直方向值，采用三维坐标准直测量法时，略去此步骤；5）用第一台电子经纬仪T1、第二台电子经纬仪T2、第三台电子经纬仪T3任意两台组合分别测量出定位销W1、W2、W3、W4和刻划在立方镜某一表面上的十字线的坐标；B、激光雷达扫描面型测量卫星天线表面精度是天线工作波长的1/16～1/32，而测量精度要达到表面精度的l/3～l/5，对于星载天线而言，天线的精度为0.05mm～0.1mm，对面型的测量及安装精度要达到0.02～0.05mm，因此对星载天线面型测量的精度要求是非常苛刻的，需要利用激光雷达进行面型扫描测量，利用软件选择不同的多边形面型区域，然后输入加密方式，坐标点横向间隔10mm、纵向间隔10mm，然后点击测量，激光雷达会自动的计算出该多边形区域内需要测量的点，最终实现对卫星天线混合测量。