基于摄影测量系统在曲面雷达天线阵面调试中的应用

舒正杰

摘  要：本公司某型雷达产品抛物面天线蒙皮在焊接装配后，产生了较大的焊接变形，针对曲面天线在阵面返修调整时无基准参考的难点，文章提出一种利用摄影测量系统和3D扫描系统对装配后的天线进行检测和变形区域分析，并根据检测结果对天线阵面进行区域修整，使调试后的整个阵面精度达到均方根误差σ≤0.6mm的设计要求。

关键词：曲面天線;摄影测量系统;3D扫描系统;均方根误差

中图分类号：TH89         文献标志码：A              文章编号：2095-2945（2019）35-0021-03

Abstract： The paraboloid antenna skin of a certain type of radar product of our company has produced a large welding deformation after welding and assembling. In view of the difficulty that there is no reference reference when the curved antenna is repaired and adjusted in the array. In this paper， a photogrammetric system and 3D scanning system are used to detect and analyze the deformation region of the assembled antenna， and the antenna array is trimmed according to the detection results. The whole front accuracy after debugging can meet the design requirements of root mean square error σ≤0.6 mm.

Keywords： curved antenna; photogrammetric system; 3D scanning system; root mean square error

引言

我公司某型雷达天线反射面为抛物曲面（如图1所示），由四块网状蒙皮在天线骨架上焊接成型，其中主瓣由两块中块组成，副瓣分别由两块边块组成。在焊接前将四块蒙皮放置胎模之上进行自由状态下的检测，经检测，胎膜面均方根误差σ=0.08mm，符合0.1mm设计要求，测得自由状态下蒙皮均方根误差σ=0.38mm。因网状天线蒙皮与骨架焊接过后会产生较大变形，现使用摄影测量系统和3D扫描系统对整个焊接变形后的阵面进行分析和调试。

1 测量原理

根据数据分布情况，我们知道天线阵面受检点的随机偏差分布服从正态分布，由3σ准则可知，偏差点落在±σ范围内的概率为68.26%，偏差点落在±2σ范围内的概率为95.45%，偏差点落在±3σ范围内的概率为99.73%，偏差点落在±3σ范围之外的概率为0.27%，为小概率事件，属于异常值。

3 阵面调整

3.1 阵面调整难点

对于阵面的调整难点，主要有以下几点：（1）针对曲面天线，无合适的基准作为参考，因此变形的方向不好把控;（2）在对变形区域进行修整时，可能会对变形区域的周边区域产生影响;（3）在阵面修整时的调整量不容易进行控制。

3.2 变形分析

（1）先利用摄影测量系统对整个天线阵面进行标定，之后利用3D扫描系统扫描数据，将整个抛物曲面与数模拟和，分析出变形区域，对应地在天线阵面上标记出变形较大区域;（2）根据分析出的变形情况可知，在天线骨架的垂直支板和横向支板上由于距离焊点较近，因此属于凸起区域，而位于支板之间的由于焊接时的热膨胀原因会因为挤压而发生凹陷;（3）因根据标定后偏差点的结果分析可知：偏差大小分别是由参考模型和测试模型拟合对齐后理论坐标系上XYZ三个轴向的分量偏差合成的。

3.3 修整方法

（1）针对空间方向无基准参考的问题，可通过调整某个轴向对该点偏差贡献量最大的分量偏差来达到减小该点偏差的效果，通过此方法调整过后的偏差的减小量也呈随机分布;（2）对于变形较大的凸起区域，偏差最大的点往往分布在变形区域的中间位置，因此可采用细砂轮在凸起区域的中间位置打磨，这样通过去除材料的方法修整凸起区域可有效地减小对周边区域产生影响;（3）对于凹陷区

域的调整，可将焊接好的蒙皮连同骨架倒扣至胎模上，针对凹陷的区域通过圆弧样板进行小区域钣金调整，此方法可能会对周边区域产生影响，并且调整后须静止一段时间，方可进行复测，否则可能会因为变形区域修整好后发生反弹而产生错误的检测结果;（4）针对调整量的控制，采用如下方法，通过数据分析可知，曲面上检测点随机误差的分布服从正态分布。因此，可将正态分布模型调整为非对称截尾正态分布，这样既可以最大程度的提高面精度，还能克服调整量随机不可控的影响。

4 理论计算验证

按照3.3中（4）的调整方法，将正态分布曲线调整为非对称截尾正态分布。具体方法如下：可根据计算结果将摄影测量结果中-1.5σ以外6.68%的少量负偏差较大点引起的凹陷区域修整到（-1.5σ～σ）范围内即可;因打磨相对于钣金更易控制，因此再将σ以外的约15.87%的点所引起的凸起区域修磨至（-1.5σ～σ）范围内即可。

5 结论

经过上述调整过后，对调整后的天线阵面进行了复测，所测试出的均方根误差σ=0.54mm，相比于调整之前，天线反射面精度提高1/3左右，调整结果达到预期要求。

参考文献：

[1]国防科工委科技与质量司.计量技术基础[M].北京：原子能出版社，2002.

[2]黄桂平.数字近景工业摄影测量关键技术研究与应用[D].天津大学，2006.