[發(fā)明專利]一種基于TLS的大型拋物面天線口徑測量及計算方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210867521.1
• 申請日: 2022-07-22
• 公開（公告）號: CN115451846A
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李明磊;于合理;張政宇;劉備;蘆秀偉;崔建勇;劉伯棟
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍63891部隊
• 主分類號: G01B11/08
• 分類號: G01B11/08;G06T7/11;G06T7/13;G06T7/62;G06T17/00
• 代理公司: 洛陽市凱旋專利事務(wù)所(普通合伙) 41112
• 代理人: 林志堅

本發(fā)明涉及測繪科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，公開一種基于TLS的大型拋物面天線口徑測量計算方法，采用TLS對被測天線面進行覆蓋式測量，得到天線面高密度點云，解決天線口面邊緣點自動提取問題，并解決天線口面圓直徑的魯棒擬合計算問題，包括測量數(shù)據(jù)采集、基于體素區(qū)域生長的天線面點云提取，基于天線面主方向投影的天線邊緣點提取，具有約束條件參數(shù)平差的空間圓擬合，為報擬合精度，天線口面圓擬合在三維空間進行。本發(fā)明無需人工干預(yù)，即人為判定邊緣點，得到的天線口徑計算結(jié)果較為客觀；在口徑擬合計算中采用抗差擬合方法，計算結(jié)果可有效減弱噪聲點的影響，擬合結(jié)果較為可靠。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及測繪科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于TLS的大型拋物面天線口徑測量及計算方法。

背景技術(shù)

目前，大型拋物面天線，如：衛(wèi)星地面?zhèn)刹煺净蛏潆娞煳耐h鏡所采用天線，如圖1和圖2所示，口徑無接觸測量問題。其中口徑為口面圓直徑。被測天線架設(shè)高度較高且尺寸較大，一般為十米至百米量級，口徑測量可用于口徑安裝值與設(shè)計值之間進行計量比對，并可用于口徑形變情況的監(jiān)測。現(xiàn)有口徑測量技術(shù)主要可分為：接觸式測量和非接觸式測量兩大類。

接觸式測量方法主要包括：1)設(shè)計專用工裝進行的測量方法(談昆倫,呂國平,陳龍,談良春.大口徑測量儀:CN201811689U[P].2011.；楊華,楊通河,竇艷紅.一種口徑測量方法[J].中國計量,2009(9):85-85.)；2)設(shè)計專用接觸探頭的測量方法(鄭雙飛，顧明亞.一種用于超大孔徑測量的電子測頭:CN111156890A[P].2018.)；3)采用三坐標測量機(如機械臂測量設(shè)備等)直接進行接觸式測量(徐瑞,趙勁松,岳清,等.基于三坐標測量機的大口徑紅外光學(xué)透鏡曲率半徑測量方法研究[J].紅外技術(shù),2018(4):338-345.)；4)采用激光跟蹤儀或激光干涉儀進行有合作目標的接觸式測量(王孝坤,鄭立功.一種精確測量光學(xué)球面曲率半徑的方法[J].光學(xué)學(xué)報,2011,31(8):0812010.)。現(xiàn)有的該類方法測量精度高，但同樣也存在下列問題：1)使用專用工裝或探頭的測量方法，僅適用于較小尺寸口徑的專用性針對性測量，適用面較狹隘；2)采用三坐標測量機、激光跟蹤儀或激光干涉儀等測量儀器進行測量的方法，依賴人工控制接觸測量點位，不適用于人工無法接觸到的測量場景。

非接觸式測量方法主要包括：1)測距法，文獻(呂云卿,高成明,高軍.一種大口徑拋物面天線主面形變實時測量裝置:CN213396961U[P].2021.)在天線面的兩個正交方向上的頂點設(shè)置激光測距儀，在對向設(shè)置激光反射板，通過激光測距進行天線口徑的測量；2)單點測量法，如采用全站儀或經(jīng)緯儀工業(yè)交會測量系統(tǒng)(盧志輝.大口徑拋物面天線主面安裝精度測量方法探討[J].無線電工程,2004(7):35-37.)直接測量天線口徑直徑；3)覆蓋測量法，如文獻(中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所.一種基于激光跟蹤儀非接觸式測量大口徑光學(xué)元件面形的方法:CN111023971A[P].2021.)采用的激光跟蹤儀測量合作氣浮靶標的方法，文獻(田愛玲,王紅軍,劉丙才,等.一種大口徑拋物面測量系統(tǒng):CN102589462A[P].2012.)采用的攝影測量法，文獻(裘恩明,徐華俊.基于三維拼接的大口徑干涉測量系統(tǒng)和算法:CN107144237B[P].2017.)采用相機輔助的干涉測量法等。現(xiàn)有的該類方法主要存在下列問題：1)測距法與單點測量法通過人為設(shè)置測距位置或選定測量(口面邊緣點)點位，測量的口面直徑不能保證通過口面圓心，測量結(jié)果不可避免地包含較大的人差，因此只能用于口徑估算；2)覆蓋測量法主要針對天線面型測量等，可應(yīng)用于天線口徑測量的數(shù)據(jù)支撐，但未解決天線口面邊緣點提取問題。

地面三維激光掃描測量系統(tǒng)(Terrestrial Laser Scanning System，TLS；又可稱為三維激光成像雷達，Light Detect and Ranging，LiDAR)采用主動式極坐標激光成像原理，依據(jù)激光發(fā)射與接受的時間或光波相位差感知目標到激光發(fā)射點的距離，依據(jù)激光測距和度盤測角實現(xiàn)目標點三維坐標的測量，可覆蓋式獲取被測場景物體表面的高密度三維點坐標，測量精度高(典型TLS在100米范圍內(nèi)可達到±2mm的點位測量精度)。

發(fā)明內(nèi)容