[发明专利]射电望远镜天线多频同时互相关近场全息测量方法

说明书

本发明公开了射电望远镜天线多频同时互相关近场全息测量方法，其中，采用多频梳状谱信号作为发射源，采用主接收路和参考接收路两路接收端同时接收多频射频信号，通过对两路接收端进行FFT和互相关运算得到多频频域复数值，然后对多频频域复数值进行修正和网格重整，并逐一反演至天线口面场进一步得到多频信号对应的射电望远镜天线面形误差分布图与面形误差RMS，最后取平均得到最终的射电望远镜天线面形误差分布与RMS。本发明对多个频率信号同时测量，将得到的所有频点对应的天线面形误差分布图取平均得到最终的天线面形误差分布图，通过多频的平均的处理，平均之后的多频与单频相比减小了多径效应引起测量误差。

技术领域

本发明属于望远镜的技术领域，特别涉及了射电望远镜天线多频同时互相关近场全息测量方法。

背景技术

射电望远镜的建设正朝着大口径的趋势发展。然而大口径天线往往是由几十甚至几百块面板拼接而成，无论是在安装还是定期维护中，都需要借助面形检测技术测量调整以维持天线反射面表面精度的要求。为了获得更高的反射面表面精度，有关天线反射面面形检测的技术也在不断提升，大口径天线面形检测的方法也在逐渐更新。微波全息测量是目前大形天线反射面面形检测技术中测量精度最高的一种测量方式。射电全息测量中的“全息”一词主要是指口面场相位的获取。理想抛物面的口面场相位处处相等，但实际的抛物面并不完全相同，所以可以根据反演的口面场相位信息进一步得出面形误差分布。相位相关法是微波全息测量方法之一。它同时测量天线的辐射方向图的振幅与相位(即矢量方向图)，并进行相位相关，再将相关后的矢量方向图做傅里叶逆变换反演得到天线矢量口面场，由口面场的相位分布，进一步得到面形误差分布。根据信标源与被测天线的距离大小相位相关法被分为远场全息测量以及近场全息测量。

目前近场全息测量实验中大部分使用的都是单频窄带信号，通常采用两个频差较大的发射信号频率作为标称频率分别测量。该方法存在一定的局限性，首先发射源信号频率为单频，需要多次测量，若要获得多个频率的结果耗费的时间较长；其次每个频率的测量结果存在一定的时间间隔而非同时获得，在这个过程中天线面形可能因重力、温度以及风载等因素形变产生的系统误差未被排除,从而引入新的误差。采用单频测量更为严重的问题是，在实际测量过程中，在发射源至接收机路径上往往存在多径干扰，即除了来自发射源期望的正常传输路径信号之外还存在其它来自地面以及天线反射面周围如副面支撑杆等其他物体的反射信号。这些反射信号与接收信号混叠在一起形成干涉被接收机所接收，使得接收信号不再是“纯净的”信号，对接收机的相关输出结果产生影响。

以地面反射为例,ΔR1为S主接收路与R参考接收路的绝对光程差，ΔR2为S主接收路所接收到的发射信号传输路径与经地面反射到达接收端的其他路径的额外光程差。绝对光程差ΔR1与额外光程差ΔR2如图1所示。因为ΔR1及ΔR2的存在将引起S主接收路和R参考路分别做FFT相关之后相位会产生变化，从而导致测量误差的产生。理论上，当被测天线置于空旷的外场时多径效应的影响会减小很多，这时的反射效应则主要来自地面反射。

从上述的分析可知，由于单频的全息测量结果存在一定的时间间隔而非同时获得，在整个多次测量过程中天线面形可能因重力、温度以及风载等因素形变产生的系统误差未被排除，并且容易收到测量结果容易收到多径效应的影响，引起测量误差。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了射电望远镜天线多频同时互相关近场全息测量方法，为抑制多径干涉效应带来的影响，本发明设计并建立了一种射电望远镜天线多频同时近场全息测量系统，用宽带多频信号取代传统的窄带信号作为发射源信号，并对多个频率信号同时测量，将得到的所有频点对应的面形误差分布图取平均得到最终的面形误差分布图，通过多频的平均的处理，平均之后的多频与单频相比减小了多径效应引起测量误差。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：