大型射電望遠(yuǎn)鏡面形精度測(cè)量方法研究綜述?

汪 贊， 孔德慶， 陳志平

(1.杭州電子科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，浙江杭州 310018；2.中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)，北京 100101)

面形精度是射電望遠(yuǎn)鏡的關(guān)鍵指標(biāo)，決定了天線效率和最短可觀測(cè)波長(zhǎng)。觀測(cè)波長(zhǎng)λ、天線效率η與面形精度δ之間存在關(guān)系η=exp[-(4πδ/λ)2][1]，性能優(yōu)異的射電望遠(yuǎn)鏡面形精度通常須小于最短可觀測(cè)波長(zhǎng)的1/15～1/20[2]，而測(cè)量精度要達(dá)到面形精度的1/3～1/5[3]?？梢?，射電望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)波長(zhǎng)越短，天線效率越高，對(duì)面形測(cè)量的要求越高。

隨著射電望遠(yuǎn)鏡口徑不斷增大、工作頻段不斷提高，面形測(cè)量方法也在不斷發(fā)展以滿足日新月異的射電天文與深空探測(cè)需求。英國(guó)的洛弗爾76 m射電望遠(yuǎn)鏡(The Lovell Telescope)[4]、澳大利亞的帕克斯64 m射電望遠(yuǎn)鏡(Parkes Radio Telescope)[5]、德國(guó)的埃費(fèi)爾斯貝格100 m射電望遠(yuǎn)鏡(Effelsberg Radio Telescope)[6]以及西班牙和法國(guó)共建的30 m毫米波射電望遠(yuǎn)鏡(The 30m Millimeter Radio Telescope)[2]的面形測(cè)量最初采用經(jīng)緯儀帶尺法或其改進(jìn)方法；日本的野邊山45 m毫米波射電望遠(yuǎn)鏡(Nobeyama 45m Radio Telescope)[7]的面形測(cè)量開始使用先進(jìn)的全站儀；美國(guó)的格林班克100 m射電望遠(yuǎn)鏡(The Green Bank Telescope)[8]、阿雷西博305 m射電望遠(yuǎn)鏡(The Arecibo Radio Telescope)[9-10]以及中國(guó)的密云50 m[11]、天馬65 m[12]、500 m口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡(The Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope，F(xiàn)AST)[13]等的面形測(cè)量與調(diào)整逐漸采用更為先進(jìn)的激光測(cè)量、攝影測(cè)量或微波全息等技術(shù)。

縱觀面形測(cè)量方法的發(fā)展歷程，可將口徑不小于25 m的大型射電望遠(yuǎn)鏡的面形測(cè)量方法分為4類：經(jīng)典測(cè)量法、激光測(cè)量法、攝影測(cè)量法和微波全息法。本文通過對(duì)這4類方法的原理及應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)與分析，為不斷探索和創(chuàng)新望遠(yuǎn)鏡面形測(cè)量方法提供一些參考。

1 大型射電望遠(yuǎn)鏡面形測(cè)量方法研究現(xiàn)狀

1.1 經(jīng)典測(cè)量法

經(jīng)典測(cè)量法主要包括經(jīng)緯儀帶尺法、經(jīng)緯儀系統(tǒng)測(cè)量法、全站儀測(cè)量法、距離交會(huì)測(cè)量法等等。經(jīng)典測(cè)量法是國(guó)內(nèi)外大型射電望遠(yuǎn)鏡的反射面在初裝時(shí)通常采用的方法。

1.1.1 經(jīng)緯儀帶尺法

經(jīng)緯儀帶尺法測(cè)量原理如圖1，利用金屬帶標(biāo)尺在反射面上鉆孔并放置靶標(biāo)，然后用放置在反射面頂點(diǎn)上的經(jīng)緯儀測(cè)量各個(gè)靶標(biāo)的角度，據(jù)此計(jì)算靶標(biāo)對(duì)應(yīng)點(diǎn)的空間坐標(biāo)同理想拋物面的偏差[14]。經(jīng)逐點(diǎn)測(cè)量，歸算后可以得到反射面面形的均方根差。對(duì)于大型射電望遠(yuǎn)鏡，需要測(cè)量的靶標(biāo)有數(shù)百甚至上千，一次完整測(cè)量通常歷時(shí)長(zhǎng)達(dá)8～10 h，測(cè)量工作十分艱辛。

國(guó)際射電天文研究所的30 m毫米波射電望遠(yuǎn)鏡反射面單塊面板制造精度達(dá)0.03 mm[15]，用改進(jìn)的經(jīng)緯儀帶尺法對(duì)反射面面形精度進(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果為0.12 mm[16]。20世紀(jì)70年代初，德國(guó)建成了當(dāng)時(shí)世界上口徑最大的可跟蹤埃費(fèi)爾斯貝格100 m射電望遠(yuǎn)鏡，其反射面面形測(cè)量最初也是采用經(jīng)緯儀帶尺法，Φ80 m內(nèi)測(cè)得的面形精度優(yōu)于1 mm[17]。

圖1 經(jīng)緯儀帶尺法Fig.1 Sketch of theodolite tape method

1.1.2 經(jīng)緯儀系統(tǒng)測(cè)量法

經(jīng)緯儀系統(tǒng)測(cè)量法基于多臺(tái)高精度電子經(jīng)緯儀，結(jié)合各種附件與軟件系統(tǒng)，根據(jù)空間前方交會(huì)原理解算空間點(diǎn)坐標(biāo)。圖2為某大型天線面形測(cè)量系統(tǒng)布設(shè)。該天線面積約600 m2，均分為2個(gè)區(qū)，4臺(tái)T3000A經(jīng)緯儀施測(cè)。測(cè)量前先標(biāo)定4臺(tái)經(jīng)緯儀的空間相對(duì)位置及姿態(tài)，系統(tǒng)定向完成后，1和2組合測(cè)1區(qū)，3和4組合測(cè)2區(qū)。根據(jù)測(cè)得的αi，βi，經(jīng)數(shù)據(jù)處理可分別獲得點(diǎn)P1與P2的三維坐標(biāo)。經(jīng)該法調(diào)整后的反射面，其面形精度可優(yōu)于0.5 mm[18]。

中國(guó)電子科技集團(tuán)第54所在研制我國(guó)第1個(gè)多波束天線時(shí)，構(gòu)建了由T3000A和T2000S電子經(jīng)緯儀、基準(zhǔn)尺、數(shù)據(jù)傳輸電纜以及便攜式計(jì)算機(jī)等組成的經(jīng)緯儀測(cè)量系統(tǒng)，將天線面形精度控制在0.67 mm左右[19]。信息工程大學(xué)開發(fā)了經(jīng)緯儀系統(tǒng)測(cè)量軟件MetroIn，并基于該軟件對(duì)大尺寸天線罩安裝過程中的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理與分析，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)安裝[20]。文[21]采用經(jīng)緯儀系統(tǒng)測(cè)量法對(duì)Φ25 m天線反射面進(jìn)行了重力變形測(cè)量，得到表面均方根為0.5 mm。

1.1.3 全站儀測(cè)量法

全站儀測(cè)量法在大型天線變形測(cè)量中應(yīng)用廣泛，相較于經(jīng)緯儀系統(tǒng)測(cè)量法，它僅用一臺(tái)全站儀即可實(shí)現(xiàn)所有的一般測(cè)量功能，成本較低。此外，它還具有構(gòu)建系統(tǒng)快、測(cè)量時(shí)間短、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。測(cè)量原理如圖3，通過測(cè)量水平角α、垂直角β和斜距s計(jì)算天線拋物面上待測(cè)點(diǎn)P的三維坐標(biāo)(x=scosβsinα，y=scosβcosα，z=ssinβ)。

圖2 經(jīng)緯儀測(cè)量系統(tǒng)布設(shè)[18]Fig.2 Sketch of theodolite measurement system

圖3 全站儀測(cè)量法原理Fig.3 Sketch of total station measurement method

日本的野邊山45 m毫米波射電望遠(yuǎn)鏡在安裝調(diào)試的過程中，通過全站儀可將天線面形精度控制在0.2 mm左右[7]。美國(guó)于20世紀(jì)60年代建成當(dāng)時(shí)世界上口徑最大的固定式射電望遠(yuǎn)鏡阿雷西博，首次安裝測(cè)量采用全站儀，控制網(wǎng)的絕對(duì)精度達(dá)1 mm[3]。21世紀(jì)初，美國(guó)國(guó)家射電天文臺(tái)在格林班克建成了100 m口徑的可跟蹤射電望遠(yuǎn)鏡，初裝時(shí)用全站儀結(jié)合經(jīng)緯儀進(jìn)行測(cè)量，得到天線的面形精度約1.1 mm[8]。

1.1.4 距離交會(huì)測(cè)量法

經(jīng)緯儀系統(tǒng)、全站儀均是基于角度交會(huì)測(cè)量，而距離交會(huì)測(cè)量法是基于距離交會(huì)測(cè)量。因?yàn)榻嵌日`差對(duì)最終結(jié)果的影響隨著測(cè)量距離的增大而增大，而距離誤差則不然，故距離交會(huì)測(cè)量法的精度一般略高。距離交會(huì)測(cè)量法的原理如圖4，拋物面上待測(cè)點(diǎn)不在測(cè)距點(diǎn)1、2、3構(gòu)成的平面上。以點(diǎn)1為坐標(biāo)原點(diǎn)；1、2連線為x軸；經(jīng)過點(diǎn)1，由點(diǎn)1、2、3構(gòu)成的平面的法線為z軸。首先進(jìn)行系統(tǒng)標(biāo)定，然后列出觀測(cè)方程，測(cè)量n(n>6)個(gè)點(diǎn)共有4n個(gè)觀測(cè)方程，而未知數(shù)為3n+6，最后可按最小二乘法求解。

美國(guó)國(guó)家射電天文臺(tái)曾用三臺(tái)測(cè)距儀對(duì)格林班克射電望遠(yuǎn)鏡的主動(dòng)反射面進(jìn)行距離交會(huì)測(cè)量，面形測(cè)量結(jié)果的絕對(duì)精度優(yōu)于1 mm[3]。為了掌握天線俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的變形情況，工程人員又在天線基礎(chǔ)地面上安裝了12臺(tái)特制的測(cè)距儀，如圖4，使測(cè)距精度達(dá)到了0.05 mm，并將面形精度控制在0.3 mm以內(nèi)[23]。

圖4 GBT距離交會(huì)測(cè)量系統(tǒng)[22]Fig.4 GBT′s reflector surface measurement system

1.2 激光測(cè)量法

經(jīng)典測(cè)量法施測(cè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且測(cè)量結(jié)果好壞與測(cè)量人員的操作水平及工作時(shí)的情緒狀態(tài)有很大關(guān)系。激光測(cè)量法以及后面的攝影測(cè)量法、微波全息法均無需人眼瞄準(zhǔn)，基本消除了面形測(cè)量中人的因素對(duì)測(cè)量效果的影響，且在測(cè)量速度上較經(jīng)典測(cè)量法有很大提高。

1.2.1 激光跟蹤測(cè)量法

激光跟蹤儀的測(cè)量原理和全站儀一樣，但在測(cè)距方式、跟蹤方式及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面有所不同。激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)由激光跟蹤儀和便攜式計(jì)算機(jī)兩部分組成。一臺(tái)激光跟蹤儀包含五大部件：角度測(cè)量部件、距離測(cè)量部件、跟蹤控制部件、控制部件和支撐部件。激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量精度高、速度快，且不易受人為因素的影響。

文[24]采用美國(guó)自動(dòng)精密工程公司的LTS-3000激光跟蹤儀測(cè)量系統(tǒng)對(duì)某天線進(jìn)行測(cè)量，在測(cè)量范圍內(nèi)，其重復(fù)測(cè)量精度可達(dá)5 μm/m；采用絕對(duì)坐標(biāo)測(cè)量時(shí)，其重復(fù)測(cè)量精度在10 μm/m左右。文[25]對(duì)徠卡激光跟蹤儀的底層控制軟件EmScon進(jìn)行二次開發(fā)，解決了目標(biāo)測(cè)量點(diǎn)自動(dòng)快速精確定位問題，并通過模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其精度和測(cè)量效率。20世紀(jì)70年代，美國(guó)的305 m阿雷西博望遠(yuǎn)鏡的面形測(cè)量曾嘗試采用激光跟蹤測(cè)量法，但由于當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的限制，測(cè)量單個(gè)靶標(biāo)位置坐標(biāo)及其誤差所需時(shí)間約60 s，測(cè)得的靶標(biāo)位置精度從0.8 mm到2.7 mm不等[9]。

1.2.2 激光掃描測(cè)量法

激光掃描測(cè)量法的本質(zhì)是測(cè)距，按測(cè)距原理的不同，可分為非相干式和相干式。前者基于測(cè)量激光的飛行時(shí)間，后者基于測(cè)量激光的相位差。由于光速極快，非相干式測(cè)距在中小距離情況下的測(cè)距分辨率較低，而相干式測(cè)距的測(cè)量精度則較高。激光掃描測(cè)量法與激光跟蹤測(cè)量法的不同在于前者不需要靶標(biāo)作為合作目標(biāo)，屬于非接觸式測(cè)量。

目前國(guó)外已開發(fā)了Focus S350，IMAGER 5010C，RIEGL VZ400等多款激光掃描測(cè)量產(chǎn)品。文[26]用RIEGL VZ400測(cè)量某橋梁撓度變化，當(dāng)被掃橋底最遠(yuǎn)處與儀器相距400 m以內(nèi)時(shí)，測(cè)量精度可達(dá)1 cm。文[27]研究了如何將三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用到古建筑變形監(jiān)測(cè)與分析。文[28]就三維激光掃描儀技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展、掃描儀原理、誤差來源以及點(diǎn)云數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)進(jìn)行了研究，提出利用同名點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)并進(jìn)行間接平差，可以獲得滿足精度的配準(zhǔn)坐標(biāo)。文[29]嘗試?yán)肦IEGL VZ400對(duì)天馬65 m射電望遠(yuǎn)鏡的反射面背架進(jìn)行測(cè)量，在30 m范圍內(nèi)的測(cè)量效果較好。盡管運(yùn)用激光掃描儀測(cè)量大型天線面形的實(shí)踐較少，但從已開發(fā)的激光掃描測(cè)量產(chǎn)品的性能(表1)來看，在天線測(cè)量方面極具應(yīng)用潛質(zhì)。

表1 激光掃描測(cè)量產(chǎn)品Table 1 Laser scanning products

表1 激光掃描測(cè)量產(chǎn)品Table 1 Laser scanning products

Data from： https：//www.faro.com/， https：//www.zf-laser.com/， https：//leica-geosystems.com/， https：//www.riegl.com/.

Manufacturer Products type Range Accuracy in length and angle Characteristic FARO Focus S350 Min：0.6 m Max：350 m View field： 360°× 300°Scan rate：97.6 10k dots per second Operating Temperature： +5℃～+40℃Z+F IMAGER 5010C Min：0.3 m Max：187 m 1 mm Horizontal： 19″Vertical： 19″View field： 360°× 320°Scan rate：101.6 10k dots per second Operating Temperature： -10℃～+45℃Leica ScanStation P50 Min：0.4 m Max：>1 km 0.1 mm Horizontal： 1.44″Vertical： 0.72″3 mm Horizontal： 8″Vertical： 8″View field： 360°× 290°Scan rate：100 10k dots per second Operating Temperature： -20℃～+50℃RIEGL VZ-6000 Min：5 m Max：6 km 15 mm Horizontal： 1.8″Vertical： 1.8″View field： 360°× 60°Scan rate：30 10k dots per second Operating Temperature： 0°～+40°

1.3 攝影測(cè)量法

攝影測(cè)量法是大型建筑物或設(shè)備變形測(cè)量的通用方法。用攝影測(cè)量法對(duì)大型射電望遠(yuǎn)鏡反射面進(jìn)行測(cè)量時(shí)，首先，需要使用一臺(tái)或兩臺(tái)工業(yè)相機(jī)在不同位置進(jìn)行拍攝，得到天線反射面的兩張或多張圖像，這些圖像稱為立體像對(duì)[30]；然后，用圖像處理技術(shù)獲取圖像中天線反射面的像平面信息；最后，利用像平面信息，通過直接線性變換法、空間后方交會(huì)-前方交會(huì)方法、相對(duì)定向-絕對(duì)定向方法和光束法平差等坐標(biāo)變換方法，確定圖像中各點(diǎn)對(duì)應(yīng)在物方空間坐標(biāo)系中的絕對(duì)位置，以恢復(fù)天線反射面的三維信息。圖5為基于近景攝影測(cè)量的天線反射面變形檢測(cè)中的空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系，即攝影獲得的天線反射面圖像(圖中最大矩形框)與天線反射面實(shí)際變形表面(圖中曲線部分)之間的相互關(guān)系。

美國(guó)首先將攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于天線測(cè)量。在阿雷西博望遠(yuǎn)鏡的升級(jí)測(cè)量過程中，用攝影測(cè)量法共進(jìn)行了3次測(cè)量，首次測(cè)量效果并不理想，得到的天線面形精度為15 mm，較預(yù)估值3.2mm有很大差距[31]。后采用CRC1工業(yè)相機(jī)進(jìn)行攝像，最終坐標(biāo)測(cè)量面形精度能夠達(dá)到0.25 mm[32]。國(guó)內(nèi)，文[33]用攝影測(cè)量法對(duì)毫米波以及亞毫米波天線面形進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)測(cè)量結(jié)果調(diào)整后的天線面形精度分別達(dá)到了0.083 mm和0.0055 mm[33]。文[34]研究了高低溫環(huán)境下天線面形變形的近景攝影測(cè)量與數(shù)據(jù)處理技術(shù)。文[35]提出用仿真數(shù)據(jù)驗(yàn)證攝影測(cè)量精度的整體思路，以攝影距離、攝站環(huán)數(shù)、攝站間隔和所加像點(diǎn)誤差4個(gè)參數(shù)為輸入量，以點(diǎn)位誤差為輸出量，尋求天馬65 m射電望遠(yuǎn)鏡攝影測(cè)量的最優(yōu)布設(shè)方案。文[11]采用攝影測(cè)量法對(duì)密云50 m射電望遠(yuǎn)鏡在俯仰角分別為7°和30°時(shí)的反射面面形進(jìn)行了測(cè)量和調(diào)整，調(diào)整后的面形精度均在2 mm以內(nèi)。

圖5 天線反射面變形攝影測(cè)量中各空間坐標(biāo)系關(guān)系Fig.5 Sketch of antenna reflector surface measurement using photogrammetry

1.4 微波全息法

微波全息法屬于系統(tǒng)性測(cè)量，可消除天線系統(tǒng)其他方面誤差，量程大，精度高，測(cè)速較快，自動(dòng)化程度高。微波全息法測(cè)量天線面形精度的原理如圖6，對(duì)于理想拋物面，在焦點(diǎn)上的發(fā)射源發(fā)出的信號(hào)，經(jīng)拋物面反射到達(dá)口徑平面，其經(jīng)歷的光程相等(FP1+P1T1=FP2+P2T2)。然而，實(shí)際天線反射面并不是理想的拋物面，其理想表面上各點(diǎn)的切線與實(shí)際變形表面上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的切線間存在一個(gè)小的法向誤差ε。只要測(cè)出發(fā)射源發(fā)出的信號(hào)到達(dá)口徑面上各點(diǎn)時(shí)的相位或相位差，就可以通過運(yùn)算求解天線面與理想拋物面之間的微小差別。

圖6 微波全息法的幾何原理Fig.6 Sketch of microwave holography

研究表明，可用間接方式測(cè)量口徑面上的相位值，依據(jù)的物理原理是拋物面天線的口徑場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)存在二維傅里葉變換關(guān)系[36]。知道復(fù)數(shù)平面內(nèi)天線遠(yuǎn)場(chǎng)的幅度和相位，可通過理論推導(dǎo)出口徑場(chǎng)的幅度和相位；反之亦然。遠(yuǎn)場(chǎng)輻射T與微小表面形變?chǔ)诺臄?shù)學(xué)關(guān)系[13]：

其中，F(xiàn)-1[···]為二維逆傅里葉變換。

微波全息法的理論測(cè)量精度可以通過互相關(guān)后的信噪比評(píng)估[13]：

其中，N為天線網(wǎng)格掃描點(diǎn)數(shù)的平方根；RSN(O)為被測(cè)天線和參考天線同時(shí)指向信號(hào)時(shí)的互相關(guān)輸出信噪比。

獲取相位差的方法有相位相關(guān)法和相位恢復(fù)法，前者所需數(shù)據(jù)為遠(yuǎn)場(chǎng)幅值和相位分布，測(cè)量時(shí)參考天線需始終對(duì)準(zhǔn)信號(hào)源；后者所需數(shù)據(jù)僅為遠(yuǎn)場(chǎng)幅值，無參考天線，口徑場(chǎng)的相位分布根據(jù)遠(yuǎn)場(chǎng)幅度特性通過輻射模型迭代。面形測(cè)量結(jié)果好壞受相位恢復(fù)算法的影響，較為常用的相位恢復(fù)算法是米賽爾(Misell)算法[37]。該算法在30 m毫米波射電望遠(yuǎn)鏡反射面面形測(cè)量中表現(xiàn)優(yōu)異，測(cè)量結(jié)果精度達(dá)到0.02 mm[38]。仿真分析表明，米塞爾算法恢復(fù)的面形精度基本能滿足我國(guó)新疆奇臺(tái)在建的110 m射電望遠(yuǎn)鏡的面形測(cè)量需要[39]。

微波全息法在20世紀(jì)60年代提出，但直至1977年才由SCOTT等人將其應(yīng)用于天線面形測(cè)量，當(dāng)時(shí)對(duì)5 km射電天文干涉陣列天線進(jìn)行測(cè)量，面形精度達(dá)到了0.1 mm[40]。文[41]用該法對(duì)日本臼田深空中心(Usuda Deep Space Center，UDSC)64 m射電望遠(yuǎn)鏡反射面進(jìn)行測(cè)量與調(diào)整，獲得了0.54 mm的面形精度。國(guó)內(nèi)，文[42]用相位相關(guān)全息法對(duì)佘山25 m射電望遠(yuǎn)鏡主反射面進(jìn)行了測(cè)量，調(diào)整面板后的面形精度達(dá)到0.52 mm[42]；而后又用該法對(duì)天馬65 m射電望遠(yuǎn)鏡的主動(dòng)面進(jìn)行測(cè)量與調(diào)整，將面形均方根值從0.58 mm提升至0.28 mm[11]。

2 大型天線面形測(cè)量方法優(yōu)劣對(duì)比與發(fā)展趨勢(shì)分析

2.1 不同面形測(cè)量方法優(yōu)缺點(diǎn)的比較

總結(jié)4類面形測(cè)量方法的可測(cè)范圍、精度、測(cè)速與其他特點(diǎn)見表2。經(jīng)典測(cè)量法在反射面初裝時(shí)較為適用，但在后期面板調(diào)整和維護(hù)時(shí)若繼續(xù)采用此類方法則存在明顯不足。激光測(cè)量、攝影測(cè)量與微波全息技術(shù)部分或完全克服了經(jīng)典測(cè)量法的測(cè)量范圍小、精度低、測(cè)速慢、需靶標(biāo)等缺點(diǎn)；其中，激光掃描法因測(cè)速最快，可實(shí)現(xiàn)全俯仰角度的測(cè)量，微波全息法屬于系統(tǒng)性測(cè)量(可修正副面的精度)且量程最大，均有光明的應(yīng)用前景。

表2 大型天線面形測(cè)量方法對(duì)比Table 2 The four kinds of reflector surface measurement methods of large antenna

2.2 發(fā)展趨勢(shì)分析

激光掃描、攝影測(cè)量和微波全息法是大型天線面形測(cè)量方法的主要發(fā)展方向，但同時(shí)這些方法也存在一些問題需要解決：激光掃描法在大型天線面形測(cè)量中的可行性尚需實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；攝影測(cè)量法的攝距通常在100 m以內(nèi)，因此大口徑天線的人工拍攝工作及后續(xù)的相片拼接處理復(fù)雜，同時(shí)為獲得足夠高的精度，需設(shè)置盡可能多的靶標(biāo)，增加了測(cè)量準(zhǔn)備期的工作量；微波全息法通常采用同步衛(wèi)星作為投射信號(hào)源，因此天線俯仰角度受到限制，同時(shí)分辨率還受信號(hào)源強(qiáng)度和參考天線口徑大小的影響。此外，這些方法均受光線、風(fēng)、溫度、沙塵等環(huán)境因素的影響。

未來面形測(cè)量方法必將朝著實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)、高精度、自動(dòng)化且不易受環(huán)境影響的方向發(fā)展。攝影測(cè)量法可借助無人機(jī)攜帶工業(yè)相機(jī)的方式消除拍攝工作的困難；微波全息法可利用特定射電源的寬帶信號(hào)實(shí)現(xiàn)全俯仰測(cè)量，彌補(bǔ)利用同步衛(wèi)星窄帶信號(hào)測(cè)量的不足；激光測(cè)量法通過與微波全息法結(jié)合，可綜合兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步提高天線面形測(cè)量精度。

3 總 結(jié)

本文為不斷探索和創(chuàng)新望遠(yuǎn)鏡面形精度測(cè)量方法提供了參考。