柴艷紅 魏鵬鵬 胡 佳 李 源 朱士琦 鹿昌劍

雙反射面天線位姿分析方法及調(diào)整技術(shù)研究

柴艷紅 魏鵬鵬 胡 佳 李 源 朱士琦 鹿昌劍

（上海航天電子技術(shù)研究所，上海 201109）

提出一種新的裝配工藝技術(shù)，將激光跟蹤儀及坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換技術(shù)應(yīng)用于雙反射面天線裝配同軸度、反射面相對距離等位姿分析中，利用SA軟件曲線擬合功能獲得各反射面坐標(biāo)系原點、坐標(biāo)系方向、反射面軸線等，根據(jù)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換原理計算獲得偏轉(zhuǎn)角、同軸度及相對距離信息，確定調(diào)整方向。梳理調(diào)整流程，為設(shè)計一種自動化調(diào)整裝備提供理論基礎(chǔ)。

雙反射面天線；坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換；同軸度；相對距離；激光跟蹤儀測量

1 引言

數(shù)傳反射面天線是衛(wèi)星對地數(shù)據(jù)傳輸通道的重要組成部分，高增益反射面數(shù)傳天線是目前衛(wèi)星數(shù)傳分系統(tǒng)采用的主要天線形式，多采用環(huán)焦雙反射拋物面天線形式，天線的電性能指標(biāo)依靠設(shè)計、仿真、加工、裝配、調(diào)試、測試、試驗等各環(huán)節(jié)控制保證。裝配環(huán)節(jié)是天線生產(chǎn)過程的重要環(huán)節(jié)之一，主反射器和副反射面之間的裝配精度直接影響反射面天線的增益、方向圖、波束指向精度、副瓣電平等主要電性能指標(biāo)，因此需要對雙反射面天線位姿分析方法及調(diào)整技術(shù)進(jìn)行研究。

針對雙彎曲賦形反射面天線裝配，安徽博微長安電子有限公司對大型曲面天線裝配精度及雙彎曲賦形反射體裝配工藝技術(shù)進(jìn)行了研究。北京衛(wèi)星制造廠有限公司解決了大型天線在裝配過程中共軸鉸鏈空間位置難以準(zhǔn)確定位和測量、傳統(tǒng)測量方法容易受到天線桿件的干涉影響測量精度等問題。中國空間技術(shù)研究院西安分院在文章《立方鏡在航天器天線總裝測量中的應(yīng)用》中介紹了立方鏡在航天器天線總裝測量過程中的應(yīng)用。中國空空導(dǎo)彈研究院將激光跟蹤儀應(yīng)用于天線空間位置測試與標(biāo)定，完成了對大型天線空間坐標(biāo)和距離的測試以及零位的標(biāo)定工作。類似地，中航工業(yè)西飛將激光跟蹤儀應(yīng)用于飛機雷達(dá)天線面板安裝精度測量。上述文章涉及到不同反射面之間相對位置關(guān)系監(jiān)測方法及手段的研究，然而均未涉及雙反射面天線裝配同軸度問題，因此本文將激光跟蹤儀應(yīng)用于雙反射面天線裝配同軸度及相對距離分析中，利用其曲線擬合功能獲得各反射面坐標(biāo)系原點、坐標(biāo)系方向、反射面軸線等，同時根據(jù)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換原理計算獲得偏轉(zhuǎn)角、同軸度及相對距離，確定調(diào)整方向。梳理調(diào)整流程，為設(shè)計一種自動化調(diào)整裝備提供理論基礎(chǔ)。文章將從雙反坐標(biāo)系建立、姿態(tài)調(diào)整方法及流程等幾個方面進(jìn)行介紹。

2 雙反坐標(biāo)系建立

利用激光跟蹤儀在主反射面邊緣和副反射面邊緣采集系列點（點集命名為）、（點集命名為），如圖1所示，然后在主反射面基準(zhǔn)安裝面上采集個點（點集命名為），在副反射面基準(zhǔn)面上采集個點（點集命名為）。所有測量數(shù)據(jù)均在軟件SA（SpatialAnalyzer）中擬合分析。首先將點集擬合平面PlaneZ，點集擬合平面PlaneF，然后將點集投影到PlaneZ上，擬合投影點即可得到坐標(biāo)系中心點O，同理可得到主反坐標(biāo)系中心點O。圖1中設(shè)計基準(zhǔn)點為固定可采到點，用以確定坐標(biāo)系軸線方向。

圖1 主副反射面采點布置示意圖

如圖2所示，雙反射面天線的副反射面坐標(biāo)系{}建立在上表面上，坐標(biāo)系{}的Z軸與反射面軸線重合。主反射面天線坐標(biāo)系{}建立在基準(zhǔn)面安裝面上，坐標(biāo)系{}的Z軸與反射面軸線重合。

圖2 雙反射面天線坐標(biāo)系建立及基準(zhǔn)選擇

3 姿態(tài)調(diào)整

理論上坐標(biāo)系{}相對于坐標(biāo)系{}各軸的旋轉(zhuǎn)量為0，OO之間的距離即為主反射面與副反射面之間安裝距離，而在實際兩反射面安裝時，安裝誤差會使得坐標(biāo)系{}相對坐標(biāo)系{}存在偏轉(zhuǎn)和位移，因此需要根據(jù)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換原理對其進(jìn)行調(diào)整。

3.1 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換

3.2 同軸度及相對距離分析

軸線偏移量：

由同軸度概念可知，同軸度：

圖4 坐標(biāo)系{B}原點及軸線在坐標(biāo)系{A}XOY平面的投影

3.3 調(diào)整流程設(shè)計

圖5 天線裝配測量裝調(diào)流程

4 結(jié)束語

不同口徑的反射面天線結(jié)構(gòu)類似，雙反射面天線的高裝配精度主要指標(biāo)為約束主、副反工作面的同軸度和相對距離。高精度的裝配可以保證天線機械軸和電軸的一致性，實現(xiàn)天線增益、方向圖、波束指向精度、副瓣電平等電性能的最優(yōu)化。為實現(xiàn)上述目標(biāo)，本文基于激光跟蹤儀測量技術(shù)，將坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換原理應(yīng)用到雙反射面姿態(tài)調(diào)整中，并給出了基于坐標(biāo)系的同軸度和相對距離計算方法，同時梳理出了標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整流程，為全自動調(diào)整設(shè)備的開發(fā)提供了理論基礎(chǔ)。

1 梁文忠. 一種大型曲面天線裝配精度研究[J]. 計量技術(shù)，2018(8)：35～39

2 梁文忠，張昇，華巍. 一種雙彎曲賦形反射體裝配工藝的研究[J]. 機械工程師，2019(1)：159～162

3 李云，張加波，韓建超. 大型天線裝配測量與實時反饋調(diào)整技術(shù)[J]. 南京航空航天大學(xué)學(xué)報，2019(51)：88～93

4 柏宏武，冀有志. 立方鏡在航天器天線總裝測量中的應(yīng)用[J]. 空間電子技術(shù)，2013(2)：58～62

5 曹利波，范永春. 基于激光跟蹤儀的天線空間位置測試與標(biāo)定方法[J]. 計量技術(shù)，2018(1)：30～31

6 詹玉鳳，韓永偉，寧銳，等. 激光跟蹤儀在飛機雷達(dá)天線面板安裝精度測量中的應(yīng)用[J]. 航空科學(xué)技術(shù)，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

柴艷紅（1977），高級工程師，機械電子工程專業(yè)；研究方向：精密裝配。

2020-12-28