射电望远镜面形测量系统的制作方法

本实用新型涉及望远镜面形检测技术领域，具体而言，涉及一种射电望远镜面形测量系统。

背景技术：

射电望远镜天线的反射面面形精度直接影响天线的方向图、增益与口面效率等，因此天线的主反射面面形测量对于建设大口径天文望远镜，保证望远镜性能有着重要的意义，因此，如何实现一种测量范围大、测量精度高、测量速度快且测量结构简单的测量系统进行大型抛物面射电望远镜主反射面的面形测量成为本领域技术人员急需解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了射电望远镜面形测量系统，能够有效解决上述问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

本实用新型实施例提供一种射电望远镜面形测量系统，包括终端设备、多个合作目标、多个靶标标志点以及由多个相机组构成的相机阵列，所述相机组包括至少两个相机，所述多个合作目标包括用于第一合作目标组和第二合作目标组；

多个所述相机组分别与所述终端设备连接，且多个相机组分别设置于所述射电望远镜的副反射面的边缘，且朝向其主反射面，所述第一合作目标组中的各合作目标分别设置于所述射电望远镜的主反射面的多条径向线或多条周向线的交叉点以用于表征该主反射面的面形，所述第二合作目标组中的各合作目标设置于所述主反射面用于表征密度异常特征，所述多个靶标标志点分别设置于所述射电望远镜的馈源处，其中，所述馈源位于所述主反射面的中心，所述副反射面设置于所述馈源的正上方。

在本实用新型较佳实施例的选择中，所述馈源包括第一圆台和设置于该第一圆台中心的第二圆台，所述多个靶标标志点包括第一靶标标志组和第二靶标标志组；

所述第一靶标标志组中的各靶标标志点均匀分布于所述第二圆台远离所述第一圆台的一侧，所述第二靶标标志组中的各靶标标志点均匀分布于所述第一圆台靠近所述第二圆台且未被第二圆台覆盖的区域。

在本实用新型较佳实施例的选择中，位于所述第一圆台上的各靶标标志点与位于所述第二圆台上的各靶标标志点一一对应。

在本实用新型较佳实施例的选择中，位于所述第一圆台上的靶标标志点与位于所述第二圆台对应位置处的靶标标志点之间的距离大于500mm。

在本实用新型较佳实施例的选择中，各所述相机组分别包括两个内圈相机和两个外圈相机，且各相邻相机组中对应位置处的内圈相机构成内圈双目子系统，各相邻相机组中对应位置处的外圈相机构成外圈双目子系统，且该内圈双目子系统与外圈双目子系统的视场具有重叠区域。

在本实用新型较佳实施例的选择中，延所述主反射面的多条径向线和多条周向线将该主反射面划分为多个面板，所述第一合作目标中的各合作目标分别位于各所述面板的四个角，所述第二合作目标点中的各合作目标分别位于所述内圈双目子系统与外圈双目子系统的视场的重叠区域中的面板的边缘处。

在本实用新型较佳实施例的选择中，位于相邻内圈双目子系统与外圈双目子系统的视场的重叠区域中的合作目标为至少3个。

在本实用新型较佳实施例的选择中，多条所述周向线或多条所述径向线为等间隔划分，且各周向线或径向线上的多个合作目标为等间隔设置，不同周向线或径向线上的各合作目标的位置对应。

在本实用新型较佳实施例的选择中，所述合作目标可以是自发光多边形合作目标。

在本实用新型较佳实施例的选择中，所述合作目标为六边形合作目标，且该合作目标包括匀化玻璃、设置于所述匀化玻璃上的至少一个光源以及设置于匀化玻璃外围的镜框。

本实用新型提供一种射电望远镜面形测量系统10实现的射电望远镜面形测量，其中，通过对射电望远镜面形测量系统的巧妙设计，能够在保证面形测量精度的前提下，有效简化射电望远镜的面形测量流程，扩大了测量范围，降低了面形测量数据量。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的射电望远镜面形测量系统的方框结构示意图。

图2为本实用新型实施例提供的射电望远镜面形测量系统的结构示意图。

图3为图2中所示的馈源的结构示意图。

图4为本实用新型实施例提供的相机阵列中相邻相机组的视场覆盖区域示意图。

图5为本实用新型实施例提供的合作目标的结构示意图。

图6为本实用新型实施例提供的相机阵列中相邻相机组的另一视场覆盖区域示意图。

图标：10-射电望远镜面形测量系统；11-终端设备；100-匀化玻璃；200- 镜框；300-光源；400-靶标标志点；500-相机阵列；20-射电望远镜；210- 主反射面；220-副反射面；230-馈源；231-第一圆台；232-第二圆台。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本实用新型的描述中，术语“第一、第二、第三、第四等仅用于区分描述，而不能理解为只是或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请结合参阅图1和图2，所述射电望远镜面形测量系统10应用于射电望远镜20的面形测量，其中，所述射电望远镜20包括主反射面210、设置于该主反射面210中心处的馈源230，以及设置于该馈源230正上方的副反射面220。另外，图2中的所示的240为主反射面210的径向，250为主反射面210的周向，260为主反射面210的轴向，。可选地，如图3所示，所述馈源230包括第一圆台231和设置于该第一圆台231中心的第二圆台232。

进一步地，所述射电望远镜面形测量系统10包括终端设备11、多个合作目标、多个靶标标志点400以及由多个相机组构成的相机阵列500，每个所述相机组包括至少两个相机，多个所述相机组分别与所述终端设备11连接以实现数据传输，且多个相机组分别设置于所述副反射面220的边缘且朝向所述主反射面210，多个所述合作目标分别设置于所述主反射面210的多条径向线或多条周向线以用于表征该主反射面210的面形，所述多个靶标标志点400分别设置于所述馈源230。

其中，如图4所示，假设各所述相机组分别包括4个相机，即各所述相机组分别包括两个内圈相机和两个外圈相机，那么，在实际实施时，各相邻相机组中对应位置处的内圈相机构成内圈双目子系统，各相邻相机组中对应位置处的外圈相机构成外圈双目子系统，且在相邻相机组中，外圈双目子系统的视场与内圈双目子系统的视场具有重叠区域，同时，所述相机阵列500中的各相机的视场区域完全覆盖所述主反射面210的面形。

可选地，所述各相机组等间隔设置于所述副反射面220的边缘且朝向所述主反射面210，且各所述相机组关于所述副反射面220的中心对称，具体如图4所示。

进一步地，根据实际需求，多个所述合作目标包括第一合作目标组和第二合作目标组。其中，假设延所述主反射面210的多条径向线和多条周向线对该主反射面210进行等间隔划分，可形成多个如图2中所示的面板，那么，所述第一合作目标组中的各合作目标可分别设置于所述主反射面210 的多条径向线和多条周向线的交叉点，即各所述面板的四个角，所述第二合作目标组中的各合作目标的设置位置根据所述内外圈相机的视场重叠区域确定(如图2中的5、12、13所示的视场区域)，以用于形成相对于所述第一合作目标组的异常密度点，进行公共合作目标的判定。

在此应理解，多条所述周向线或多条所述径向线为等间隔划分，且各周向线或径向线上的多个合作目标为等间隔设置，不同周向线或径向线上的各合作目标的位置对应。

可选地，为了便于对通过所述相机阵列500获取的面板图像进行有效分析，所述合作目标可以为，但不限于自发光多边形合作目标。其中，如图5所示，为该自发光多边形合作目标的结构示意图，所述自发光多边形合作目标包括六边形匀化玻璃100，设置于该六边形匀化玻璃100四周的镜框200，以及设置于所述六边形匀化玻璃100中的至少一个光源300。

进一步地，请再次参阅图3，在本实施例中，所述多个靶标标志点400 包括第一靶标标志组和第二靶标标志组，且所述第一靶标标志组中的各靶标标志点400均匀分布于所述第二圆台232远离所述第一圆台231的一侧，所述第二靶标标志组中的各靶标标志点400均匀分布于所述第一圆台231 靠近所述第二圆台232且未被第二圆台232覆盖的区域。根据实际需求，位于所述第一圆台231上的各靶标标志点400与位于所述第二圆台232上的各靶标标志点400一一对应，且位于所述第一圆台231上的靶标标志点 400与位于所述第二圆台232对应位置处的靶标标志点400之间的距离可大于500mm。

可选地，在本实施例中，所述第一靶标标志组和第二靶标标志组可各自包括6个靶标标志点400，且各靶标标志点400均匀且等间隔分布于所述第一圆台231或第二圆台232。

进一步地，所述终端设备11可以包括，但不限于射电望远镜面形测量装置、存储器、存储控制器以及处理器。其中，所述存储器、存储控制器、处理器各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件之间通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。所述射电望远镜面形测量装置包括至少一个可以软件或固件的形式存储于所述存储器中的操作系统中的软件功能模块。所述处理器在所述存储控制器的控制下访问所述存储器，以用于执行所述存储器中存储的可执行模块，例如所述射电望远镜面形测量装置所包括的软件功能模块及计算机程序等。可选地，所述终端设备11可以是，但不限于智能手机、IPAD、电脑、服务器等。应当理解，图2所示的结构仅为示意。所述终端设备11可以具有比图2所示更多或者更少的组件，或者具有与图2所示不同的配置。其中，图2所示的各组件可以由软件、硬件或者其组合实现。

基于上述描述，在本实施例中，若以所述相机阵列500中的相邻两个相机组为例，对所述内圈双目子系统中的各内圈相机的标定过程进行介绍。假设每个相机组包括两个内圈相机和两个外圈相机，如图4所示，相邻的两组相机组中，编号为4、6、8和10的相机为外圈相机，编号为5、7、9、 11的相机为内圈相机，因此，可以取相机6和8构成外圈双目子系统，相机7和9构成内圈双目子系统，且该内圈双目子系统的视场覆盖区域与所述外圈双目子系统的视场覆盖区域具有重叠。在此应注意，重叠区域应保证至少有4个合作目标(第一合作目标组)，且该重叠区域的中心面板边缘上至少有3个合作目标(第二合作目标组)。

另外，图2中示出的相机视场覆盖区域12、13、14和15中分别为编号为6、8、7、9号相机的视场覆盖区域，16为12、13、14、15重合区域中心面板边缘上设置的合作目标，17为合作目标16左端节点处设置的合作目标，18为12、13、14、15重合区域内相互之间距离最大的4个合作目标。此外，相机6、7、8和9的视场覆盖所述射电望远镜20的径向240区域，另外，相机7和相机9的视场可同时覆盖设置于馈源230处的所述靶标标志点400。

进一步地，基于对上述射电望远镜面形测量系统10的描述，利用其进行射电望远镜面形测量的原理包括相机阵列500标定和面形测量两个过程。其中，具体如下:

(1)相机阵列500标定过程

首先利用内圈相机组获得的靶标图片求解内圈相机组坐标系转换到世界坐标系下的旋转矩阵与平移向量，再基于内外圈相机获取二者视场覆盖重合区域的面板图片，求解外圈相机组坐标系转换到内圈相机组坐标系的旋转矩阵与平移向量，再求解出外圈相机组坐标系转换到世界坐标系的旋转矩阵和平移向量实现标定传递，以完成相机阵列500中各相机的标定。

(2)面形测量过程

通过在主反射面210的分块面板角上设置合作目标，并基于在预设坐标系(世界坐标系)下预先标定的相机阵列500用以确定抛物面节点坐标，再对面板图片中的合作目标进行质心提取，获得合作目标点的有效质心位置，以解算各合作目标的空间坐标并进行抛物面拟合，最后对比拟合抛物面与合作目标空间坐标确定抛物面面形。

进一步地，在实际实施时，若射电望远镜20的面形尺寸进一步增大，通过调节相机阵列500中的各相机的视场、焦距等均无法满足视场覆盖重叠要时，可通过采用更大规模的相机阵列500实现面形测量，其中，该相机阵列500中相邻相机组中的相机视场覆盖区域如图6所示。其中，扇形区域19为径向240夹角为α的主反射面210区域的俯视图，21、22、23分别为内圈、中圈、外圈相机视场覆盖区域俯视图，应理解，在对相机阵列 500中的各相机进行标定以及面形测量时所采用的标定与测量方法与上述方法类似，只是增加了中圈相机的标定传递过程，本实施例在此不再赘述。

综上所述，本实用新型提供一种射电望远镜面形测量系统10实现的射电望远镜面形测量，其中，通过对射电望远镜面形测量系统10的巧妙设计，能够在保证面形测量精度的前提下，有效简化射电望远镜面形测量流程，扩大了测量范围，降低了面形测量数据量。具体如下。

(1)本实用新型利用区域分割的方式，在保证测量精度的前提下，降低对相机视场、焦距、双目子系统基线长等的要求。同时，基于内、外圈视场覆盖重合区域和双目子系统重合区域简化了在进行面形测量是的测量系统结构，减少标定与测量流程，极大扩大了测量范围，简化了测量结构。

(2)本实用新型利用对称的相机安装形式和双层环形的靶标结构实现对望远镜主反射面210面形的测量，有效简化了射电望远镜面形测量系统 10，减少了数据处理量。

(3)本实用新型利用标定与测量的关系以及内、外圈相机系统的视场覆盖重合区域实现标定的传递，极大的简化了射电望远镜面形测量系统10 的标定结构以及测量流程。

(4)本实用新型利用安装在反射面板节点处的高性能合作目标，获得高信噪比的合作目标信息，提高了系统的测量精度。

(5)本实用新型利用阵列相机同时拍摄主反射面210面板图片，能够确保射电望远镜面形测量系统10在测量过程中的同步性，使测量数据具备实时性。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本实用新型实施例的功能可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的现有程序代码或算法来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本实用新型的功能实现不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。