双反射面天线位姿分析方法及调整技术研究

柴艳红 魏鹏鹏 胡 佳 李 源 朱士琦 鹿昌剑

双反射面天线位姿分析方法及调整技术研究

柴艳红 魏鹏鹏 胡 佳 李 源 朱士琦 鹿昌剑

（上海航天电子技术研究所，上海 201109）

提出一种新的装配工艺技术，将激光跟踪仪及坐标系转换技术应用于双反射面天线装配同轴度、反射面相对距离等位姿分析中，利用SA软件曲线拟合功能获得各反射面坐标系原点、坐标系方向、反射面轴线等，根据坐标系转换原理计算获得偏转角、同轴度及相对距离信息，确定调整方向。梳理调整流程，为设计一种自动化调整装备提供理论基础。

双反射面天线；坐标系转换；同轴度；相对距离；激光跟踪仪测量

1 引言

数传反射面天线是卫星对地数据传输通道的重要组成部分，高增益反射面数传天线是目前卫星数传分系统采用的主要天线形式，多采用环焦双反射抛物面天线形式，天线的电性能指标依靠设计、仿真、加工、装配、调试、测试、试验等各环节控制保证。装配环节是天线生产过程的重要环节之一，主反射器和副反射面之间的装配精度直接影响反射面天线的增益、方向图、波束指向精度、副瓣电平等主要电性能指标，因此需要对双反射面天线位姿分析方法及调整技术进行研究。

针对双弯曲赋形反射面天线装配，安徽博微长安电子有限公司对大型曲面天线装配精度及双弯曲赋形反射体装配工艺技术进行了研究。北京卫星制造厂有限公司解决了大型天线在装配过程中共轴铰链空间位置难以准确定位和测量、传统测量方法容易受到天线杆件的干涉影响测量精度等问题。中国空间技术研究院西安分院在文章《立方镜在航天器天线总装测量中的应用》中介绍了立方镜在航天器天线总装测量过程中的应用。中国空空导弹研究院将激光跟踪仪应用于天线空间位置测试与标定，完成了对大型天线空间坐标和距离的测试以及零位的标定工作。类似地，中航工业西飞将激光跟踪仪应用于飞机雷达天线面板安装精度测量。上述文章涉及到不同反射面之间相对位置关系监测方法及手段的研究，然而均未涉及双反射面天线装配同轴度问题，因此本文将激光跟踪仪应用于双反射面天线装配同轴度及相对距离分析中，利用其曲线拟合功能获得各反射面坐标系原点、坐标系方向、反射面轴线等，同时根据坐标系转换原理计算获得偏转角、同轴度及相对距离，确定调整方向。梳理调整流程，为设计一种自动化调整装备提供理论基础。文章将从双反坐标系建立、姿态调整方法及流程等几个方面进行介绍。

2 双反坐标系建立

利用激光跟踪仪在主反射面边缘和副反射面边缘采集系列点（点集命名为）、（点集命名为），如图1所示，然后在主反射面基准安装面上采集个点（点集命名为），在副反射面基准面上采集个点（点集命名为）。所有测量数据均在软件SA（SpatialAnalyzer）中拟合分析。首先将点集拟合平面PlaneZ，点集拟合平面PlaneF，然后将点集投影到PlaneZ上，拟合投影点即可得到坐标系中心点O，同理可得到主反坐标系中心点O。图1中设计基准点为固定可采到点，用以确定坐标系轴线方向。

图1 主副反射面采点布置示意图

如图2所示，双反射面天线的副反射面坐标系{}建立在上表面上，坐标系{}的Z轴与反射面轴线重合。主反射面天线坐标系{}建立在基准面安装面上，坐标系{}的Z轴与反射面轴线重合。

图2 双反射面天线坐标系建立及基准选择

3 姿态调整

理论上坐标系{}相对于坐标系{}各轴的旋转量为0，OO之间的距离即为主反射面与副反射面之间安装距离，而在实际两反射面安装时，安装误差会使得坐标系{}相对坐标系{}存在偏转和位移，因此需要根据坐标系转换原理对其进行调整。

3.1 坐标系转换

3.2 同轴度及相对距离分析

轴线偏移量：

由同轴度概念可知，同轴度：

图4 坐标系{B}原点及轴线在坐标系{A}XOY平面的投影

3.3 调整流程设计

图5 天线装配测量装调流程

4 结束语

不同口径的反射面天线结构类似，双反射面天线的高装配精度主要指标为约束主、副反工作面的同轴度和相对距离。高精度的装配可以保证天线机械轴和电轴的一致性，实现天线增益、方向图、波束指向精度、副瓣电平等电性能的最优化。为实现上述目标，本文基于激光跟踪仪测量技术，将坐标系转换原理应用到双反射面姿态调整中，并给出了基于坐标系的同轴度和相对距离计算方法，同时梳理出了标准调整流程，为全自动调整设备的开发提供了理论基础。

1 梁文忠. 一种大型曲面天线装配精度研究[J]. 计量技术，2018(8)：35～39

2 梁文忠，张昇，华巍. 一种双弯曲赋形反射体装配工艺的研究[J]. 机械工程师，2019(1)：159～162

3 李云，张加波，韩建超. 大型天线装配测量与实时反馈调整技术[J]. 南京航空航天大学学报，2019(51)：88～93

4 柏宏武，冀有志. 立方镜在航天器天线总装测量中的应用[J]. 空间电子技术，2013(2)：58～62

5 曹利波，范永春. 基于激光跟踪仪的天线空间位置测试与标定方法[J]. 计量技术，2018(1)：30～31

6 詹玉凤，韩永伟，宁锐，等. 激光跟踪仪在飞机雷达天线面板安装精度测量中的应用[J]. 航空科学技术，2012(2)：47～49

7 Craig J J. Introduction to Robotics: Mechanics and Control[M]. China Machine Press. 2018, Fourth Edition

Research onPosition and Posture Analysis Method and Adjustment Technology of Dual Reflector Antenna

Chai Yanhong Wei Pengpeng Hu Jia Li Yuan Zhu Shiqi Lu Changjian

(Shanghai Aerospace Electronic Technology Institute, Shanghai 201109)

A new assembly process technology is proposed, which applies the laser tracker and coordinate system conversion technology to the dual-reflector antenna assembly coaxiality and the relative distance of the reflector, etc. In the analysis, the SA software curve fitting function is used to obtain the origin of each reflecting surface coordinate system, the direction of the coordinate system, and the axis of the reflecting surface, etc.. And the deflection angle, coaxiality and relative distance information are calculated according to the coordinate system conversion principle to determine the adjustment direction. Sorting out the adjustment process provides a theoretical basis for designing an automatic adjustment equipment.

dual reflective antenna；coordinate system conversion；coaxiality；relative distance；laser tracker measurement

V465

A

柴艳红（1977），高级工程师，机械电子工程专业；研究方向：精密装配。

2020-12-28