[發(fā)明專利]一種基于大地真北的三維空間坐標(biāo)系建立方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211615184.3
• 申請(qǐng)日: 2022-12-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115856944A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張新盼;閻宏濤;楊永忠;郭可敬;楊書(shū)輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十九研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G01S19/14
• 分類(lèi)號(hào): G01S19/14;G01S19/37;G01C15/00
• 代理公司: 西安匠星互智知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 61291
• 代理人: 陳星

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于大地真北的三維空間坐標(biāo)系建立方法，首先獲取天線系統(tǒng)安裝區(qū)域的觀測(cè)墩大地坐標(biāo)，并獲取天線系統(tǒng)基礎(chǔ)工件基準(zhǔn)點(diǎn)作為坐標(biāo)系原點(diǎn)O；然后測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)大地坐標(biāo)和高斯坐標(biāo)，并建立坐標(biāo)系基準(zhǔn)面；計(jì)算原點(diǎn)O與指向點(diǎn)A的大地方位角γ；然后以O(shè)為坐標(biāo)系原點(diǎn)，Z₁軸沿過(guò)O點(diǎn)垂直于基準(zhǔn)面P豎直向上，X₁軸指向A點(diǎn)，Y₁軸由右手坐標(biāo)系法則確定，建立參考坐標(biāo)系O?X₁Y₁Z₁；最后逆時(shí)針繞Z₁軸旋轉(zhuǎn)角度γ，此時(shí)坐標(biāo)系X軸正方向指向大地真北，得到基于大地真北的三維空間坐標(biāo)系。本發(fā)明解決了以大地真北為X軸指向建立三維空間坐標(biāo)系的工程應(yīng)用問(wèn)題，在定向多波束天線、全空域球面相控陣天線結(jié)構(gòu)安裝和天線系統(tǒng)標(biāo)校階段的精密測(cè)量任務(wù)中均得到可靠、高效、高精度的測(cè)量效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及特種精密工業(yè)設(shè)備安裝測(cè)量領(lǐng)域，特別是涉及定向多波束天線和全空域球面相控陣天線安裝測(cè)量中建立三維空間坐標(biāo)系的方法。

背景技術(shù)

定向多波束天線和全空域球面相控陣天線均屬于多顆衛(wèi)星、多頻段共用衛(wèi)星通信地球站天線，具有通信容量大、一站多用、結(jié)構(gòu)緊湊和建造成本低等特點(diǎn)，已經(jīng)成為當(dāng)前天線技術(shù)研究的熱點(diǎn)。定向多波束天線由主反射面和饋源系統(tǒng)組成，結(jié)構(gòu)形式上分為“一體式”和“分離式”，主反射面和饋源系統(tǒng)均需要指向衛(wèi)星同步軌道；全空域球面相控陣天線由多塊陣面、大量陣元組成。前者在安裝階段需要精密測(cè)定主反射面和饋源系統(tǒng)指向衛(wèi)星同步軌道，后者在測(cè)試階段需要精密標(biāo)校陣元大地坐標(biāo)，因此如何以天線系統(tǒng)自身基準(zhǔn)點(diǎn)建立基于大地真北的三維空間坐標(biāo)系成為關(guān)鍵性技術(shù)。

根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，作者馮其強(qiáng)等人在期刊《無(wú)線電工程》中第45卷第1期第58頁(yè)-60頁(yè)公布了一種利用雙經(jīng)緯儀測(cè)量系統(tǒng)通過(guò)公共點(diǎn)將天線測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換至大地坐標(biāo)系下進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，由于大地坐標(biāo)系是基于地球橢球體的坐標(biāo)系統(tǒng)，該方法難以直觀指導(dǎo)天線結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的安裝和測(cè)量。作者李宗春等人在期刊《海洋測(cè)繪》中第25卷第1期第26頁(yè)-29頁(yè)公布了一種利用雙經(jīng)緯儀測(cè)量系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量墩和控制網(wǎng)將恢復(fù)天線設(shè)計(jì)坐標(biāo)系，但并未給出天線設(shè)計(jì)坐標(biāo)系概念和構(gòu)建方法，且文中所述6個(gè)測(cè)量觀測(cè)墩用于架設(shè)經(jīng)緯儀測(cè)量系統(tǒng)，由于雙經(jīng)緯儀測(cè)量系統(tǒng)自身測(cè)量范圍限制，觀測(cè)墩位置距天線距離較近，且觀測(cè)墩需要達(dá)到一定高度，其建設(shè)成本較大。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問(wèn)題

在精密測(cè)量定向多波束天線主反射面、饋源系統(tǒng)指向衛(wèi)星同步軌道等應(yīng)用中，定向多波束天線指向精度要求優(yōu)于±0.015°，饋源系統(tǒng)相對(duì)與天線主反射面主波束的位置度要求優(yōu)于±2mm，因此定向多波束天線系統(tǒng)安裝和測(cè)量調(diào)整階段需要在統(tǒng)一的指向大地北的坐標(biāo)系下進(jìn)行，而目前的建立基于大地真北的三維空間坐標(biāo)系方法普遍存在成本高、精度和可靠性不足的問(wèn)題。

技術(shù)方案

為此，本發(fā)明提出一種基于大地真北的三維空間坐標(biāo)系建立方法，基于天線系統(tǒng)自身基礎(chǔ)工件基準(zhǔn)點(diǎn)建立，更適合于天線系統(tǒng)安裝測(cè)量和指導(dǎo)結(jié)構(gòu)指標(biāo)的調(diào)整，天線安裝區(qū)域所需已知大地坐標(biāo)已知點(diǎn)分布范圍廣、高度較低，其建設(shè)成本較低，該方法在定向多波束天線安裝測(cè)量中進(jìn)行了成功應(yīng)用。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

所述一種基于大地真北的三維空間坐標(biāo)系建立方法，包括以下步驟：

步驟1：獲取天線系統(tǒng)安裝區(qū)域的觀測(cè)墩大地坐標(biāo)；

步驟2：獲取天線系統(tǒng)基礎(chǔ)工件基準(zhǔn)點(diǎn)作為坐標(biāo)系原點(diǎn)O；

步驟3：獲取天線系統(tǒng)基礎(chǔ)工件基準(zhǔn)點(diǎn)大地坐標(biāo)和高斯坐標(biāo)；

步驟4：建立坐標(biāo)系基準(zhǔn)面；

步驟5：根據(jù)白塞爾法大地主題反算公式，計(jì)算坐標(biāo)系原點(diǎn)O與指向點(diǎn)A的大地方位角γ；