空间任意位置抛物面天线的拟合方法
【专利摘要】空间任意位置抛物面天线的拟合方法，涉及大型射电望远镜、大型雷达等抛物面天线的拟合【技术领域】，首先，确定待拟合抛物面的两个特征点，即顶点和焦点，并以这两个特征点为参考点、以一定边长创建正方体，以正方体顶点构造一系列的辅助特征点；然后以顶点周围的辅助特征点和焦点周围的特征点构造假定的理想抛物面，计算测量点相对于假定理想抛物面的距离极差；通过比较、判定和重新设定特征点来逐步逼近理想特征点，实现被测抛物面的最小区域拟合，得到被测抛物面的方程、位置和姿态。本发明的拟合方法可以实现精确、稳定空间任意位置抛物面天线的最小区域评价和拟合。
【专利说明】空间任意位置抛物面天线的拟合方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及大型射电望远镜、大型雷达等抛物面天线的拟合技术，具体涉及一种 空间任意位置抛物面天线的拟合方法。
【背景技术】
[0002] 空间抛物面主要应用在抛物面天线中，尤其在大型抛物面天线中应用较多，比如： 大型射电望远镜、大型雷达天线等军事信息装备中。在抛物面天线加工生产过程中直接影 响其电性能优劣的主要原因就是--面形误差，即实际加工生产抛物面形状与设计抛物面 形状之间的误差。目前，较多的是对加工后的天线表面数据采用做最小二乘法进行二次曲 面拟合，即找出一个与变形后抛物面法向距离最小的抛物面作为最佳拟合抛物面，从而进 行误差评定。这种对一般二次曲面方程进行简化实现抛物面拟合的方法不能实现误差和转 角比较大的抛物面的精确拟合。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种基于几何优化搜索逼近的空间任意位置抛物面天线的 最小区域拟合方法，以实现被测抛物面的最小区域拟合，解决现有的拟合方法不能实现误 差和转角比较大的抛物面的精确拟合问题。
[0004] 为实现上述目的，本发明的技术方案为：空间任意位置抛物面天线的拟合方法，包 括如下步骤： (1) 、对抛物面上所有测量点坐标求平均值，得到被拟合抛物面的初始参考焦点，在接 近抛物面顶点的位置任选一个测量点作为初始参考顶点； (2) 、以步骤（1)的初始参考焦点和初始参考顶点所在的直线为抛物面的对称轴，经坐 标变换使初始参考顶点和所述的对称轴分别与测量坐标系的坐标原点和坐标轴重合，然后 计算各个测量点到以初始参考顶点和初始参考焦点构造的抛物面的法向距离，得到最大距 离与最小距离之差，即为极差值4; (3 )、分别以步骤（1)的初始参考焦点和初始参考顶点为中心基准点，以:竭:为边长设置 两个正方体以构造辅助点，将两个正方体的顶点作为辅助点，则得到8个辅助焦点和8个辅 助顶点，进而可构造出Μ个抛物面，然后计算各个测量点到每一个抛物面的法向距离，则 得到64个极差值，其中的最小极差值记为; (4) 、将正方体边长和最小极差值罐进行比较，若七玉成，则两个中心基准点不变， 边长缩小为原来的0· 5倍重新设置两个正方体以构造新的辅助点，再次求解最小极差值； 若禹>4,则取与对应的两个辅助点为新的参考点，并以新的参考点为中心基准点，边 长不变构造正方体，得到新的辅助点，并求解最小极差值； (5) 、重复步骤（4)过程，直至所建立的正方体的边长小于〇· 〇〇〇lmm时，此时所得到的 正方体的边长和最小极差值中的最小者即为最小区域抛物面轮廓度误差，所对应的辅助顶 点和辅助焦点即为符合最小区域拟合的抛物面的顶点和焦点，从而得到被拟合抛物面的最 小区域拟合方程及其位置和姿态。
[0005]有益效果：本发明方法在较高的精度要求内匹配到了最佳理想抛物面，从而实现 抛物面轮廓度误差最小区域评定，为空间二次曲面的评定提供了一种有效方法。
[0006]本发明方法除了能够得到抛物面天线反射面的最小区域轮廓度误差，还能够得到 抛物面天线的安装误差，即抛物面天线的开口朝向偏差。通过对焦点的确定来评价抛物面 馈源的安装是否为理想位置。
[0007]在评定抛物面轮廓度误差时，能够有效的确定参考特征点，计算过程利于理解和 实现，且收敛效果较好。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为本发明方法的拟合原理图。
[0009]图中代表实测抛物面，2代表理想抛物面，代表初始参考顶点，及代表初始 参考焦点，巧代表辅助顶点，$代表辅助焦点。
【具体实施方式】
[0010] 步骤一、选取初始参考特征点 假设测量点为初始参考焦点和初始参考顶 点*A?)〖丨' 算如下：
【权利要求】
1.空间任意位置抛物面天线的拟合方法，其特征在于：包括如下步骤： (1 )、对抛物面上所有测量点坐标求平均值，得到被拟合抛物面的初始参考焦点，在接 近抛物面顶点的位置任选一个测量点作为初始参考顶点； (2)、以步骤（1)的初始参考焦点和初始参考顶点所在的直线为抛物面的对称轴，经坐 标变换使初始参考顶点和所述的对称轴分别与测量坐标系的坐标原点和坐标轴重合，然后 计算各个测量点到以初始参考顶点和初始参考焦点构造的抛物面的法向距离，得到最大距 离与最小距离之差，即为极差值4* ; (3)、分别以步骤（1)的初始参考焦点和初始参考顶点为中心基准点，以4为边长设置 两个正方体以构造辅助点，将两个正方体的顶点作为辅助点，则得到8个辅助焦点和8个辅 助顶点，进而可构造出64个抛物面，然后计算各个测量点到每一个抛物面的法向距离，则 得到64个极差值，其中的最小极差值记为嵫； (4) 、将正方体边长為和最小极差值4进行比较，若<螞，则两个中心基准点不变， 边长缩小为原来的0. 5倍重新设置两个正方体以构造新的辅助点，再次求解最小极差值； 若>4，则取与4对应的两个辅助点为新的参考点，并以新的参考点为中心基准点，边 长不变构造正方体，得到新的辅助点，并求解最小极差值； (5) 、重复步骤（4)过程，直至所建立的正方体的边长小于0.OOOlmm时，此时所得到的 正方体的边长和最小极差值中的最小者即为最小区域抛物面轮廓度误差，所对应的辅助顶 点和辅助焦点即为符合最小区域拟合的抛物面的顶点和焦点，从而得到被拟合抛物面的最 小区域拟合方程及其位置和姿态。
【文档编号】G06F19/00GK104268406SQ201410506134
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月28日 优先权日:2014年9月28日
【发明者】雷贤卿, 涂鲜萍, 王海洋, 崔静伟 申请人:河南科技大学