[发明专利]抛物面天线的主反射面变形测量方法、补偿方法及系统

说明书

本发明公开了一种抛物面天线的主反射面变形测量方法、补偿方法及系统。该测量方法包括：获取设定区域上辐射信号的强度测量值，设定区域为以抛物面天线主反射面的焦点为球心的下半球面，且设定区域位于抛物面天线馈源的下方。根据计算抛物面天线主反射面上的变形δ(x,y)，其中，A₀(x,y)为抛物面天线主反射面未变形时设定区域上辐射信号的强度分布，A(x,y)为在设定区域上辐射信号的强度测量值，R为半球面的半径，d(x,y)为反射光路径上半球面与抛物面天线主反射面表面之间的距离，F为主反射面焦距，x和y为半球面上点(x,y)投影在抛物面天线口径面的横纵坐标。本发明具有扫描面积小、不受馈源因素干扰的优势以及不存在测量数据中难以分离双反射面变形数据的问题。

技术领域

本发明涉及抛物面天线主反射面变形检测领域，特别是涉及一种抛物面天线的主反射面变形测量方法、补偿方法以及测量系统和补偿系统。

背景技术

毫米波射电观测时，抛物面天线或格里高利天线主反射面的面型精度直接决定自身性能和观测效率。为保证其在100GHz以上高频观测时能够达到足够的分辨率，主反射面变形均方根要求要低于0.2mm。大口径反射面的表面误差主要来源于机加工和装配等机械误差，重力、温度、风载和其他动态载荷等引起的系统误差。由于尺寸和重量巨大，百米级QTT天线受到上述因素影响引起的反射面表面变形在不同姿态、不同气候下分布差别很大，严重影响观测效率。

为了对天线面形误差进行实时修正，国内外的大型射电望远镜诸如TM-65m(天马射电望远镜，上海天文台)、GBT-110m(绿岸望远镜，美国国家天文台)、Effelsberg-100m(艾佛斯伯格望远镜，欧洲天文台)一般都在主反射面下安装有主动面系统，用以对测量出的天线反射面变形做实时补偿和修正。目前，用于望远镜主反射面面型修正的主动面技术已经相当成熟，而在面形快速测量方面的理论和技术还存在较多不足。

针对大型射电望远镜的实时面形测量，目前研究和应用较为广泛的是基于其电性能的测量方法，其中又以射电全息法最引人关注。全息测量法包括相位相干法和相位恢复法。相位相干法的理论基础为天线远场复方向图和口径面场分布的二维傅里叶变换关系，该方法需要测量远场的幅值和相位，且在不同俯仰角缺乏合适的人工高频强源导致其仅能在特定俯仰角下工作；相位恢复法则不需要远场相位，但需要多次测量天线聚焦和偏焦方向图的幅值，其中离焦全息测量技术(OOF)所需天线位姿动态移动范围较小，可以满足全俯仰角下测量，然而其信噪比差导致面型恢复精度低下。

此外，传统的近场测量方法虽然具有信噪比高，恢复面型精度高等优点，然而其近场信标距离及高度是固定的，从而导致其无法实现全俯仰角下测量。而基于绳索并联机构的近场单面幅值扫描方法仅需要测量天线近场幅值，并能实现全俯仰角下测量，然而该方法仍然存在扫描面积大、易受馈源因素干扰、难以分离双反射面精度等不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种抛物面天线的主反射面变形的近场测量方法、测量系统以及基于该测量方法的补偿方法以及和补偿系统，具有扫描面积小、不受馈源因素干扰的优势以及不存在测量数据中难以分离双反射面变形数据的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种抛物面天线的主反射面变形测量方法，包括：

获取设定区域上辐射信号的强度测量值，所述设定区域为以抛物面天线主反射面的焦点为球心的下半球面，且所述设定区域位于抛物面天线馈源的下方；

根据计算抛物面天线主反射面上的变形δ(x,y)，其中，A₀(x,y)为所述抛物面天线主反射面未变形时，在所述设定区域上辐射信号的强度分布，A(x,y)为在所述设定区域上辐射信号的强度测量值，R为所述半球面的半径，d(x,y)为在过所述半球面上点(x,y)的反射光路径上，所述半球面与抛物面天线主反射面表面之间的距离，F为主反射面焦距，x和y为所述半球面上点(x,y)投影在所述抛物面天线口径面的横纵坐标。