[发明专利]QTT天线主反射面变形检测方法、校正方法及检测装置

说明书

本发明公开了一种天线主反射面变形检测方法、校正方法及检测装置。该检测装置包括：喇叭天线，在被测天线的设定近距近场面上的各网格点处采集被测天线的辐射信号；姿态调整机构，控制喇叭天线的空间姿态，使喇叭天线的喇叭口方向对准被测天线的指向；位置调整机构，控制喇叭天线在设定近距近场面上的位置；支撑机构，对姿态调整机构以及位置调整机构进行支撑。本发明根据喇叭天线采集到的辐射信号确定被测天线在其设定近距近场面上的辐射信号的二维强度分布，根据二维强度分布直接计算天线主反射面的变形。本发明降低了测量的难度以及数据处理的复杂度，能够快速的实现对被测天线主反射面变形的检测，进而实现对被测天线主反射面的快速校正。

技术领域

本发明涉及QTT天线主反射面变形检测领域，特别是涉及一种QTT天线主反射面变形检测方法、校正方法及检测装置。

背景技术

为保证QTT(QiTai Telescope，奇台射电望远镜)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。由于尺寸和重量巨大，QTT天线受到重力、温度和风载等因素造成的反射面变形复杂多变，不同姿态下重力变形分布差别很大，严重影响天文观测效率。

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。

现有技术中，天线面形测量领域中广泛使用的方法是射电全息法。射电全息法诊断天线反射面变形本质上是求解出天线的口径场相位，其核心理论有两点：一是天线主反射面变形分布与口径场相位分布之间存在代数关系——变形相位方程，此方程将天线面形测量问题转化成口径场相位测量问题；二是天线的口径场幅相分布和远场幅相分布构成一对傅立叶变换，此原理将口径场的相位测量问题转化成远场幅值和相位的测量问题，简化了测量系统。对于电磁波而言，相位是无法直接探测的。相位的获取一般借助干涉原理通过引入参考天线作为参考信号实现，但是微波干涉对电子设备的要求很高，特别是在高频状态下。考虑到天线的结构，工程上经常使用“相位恢复”的思想，通过测量3组以上的远场强度分布，借助相位恢复算法来求解相位。所以射电全息法，无论是近场全息还是远场全息，在没有参考天线进行干涉测量的情况下都需要测量三组以上的强度分布图，然后应用相位恢复算法重构出天线的口径场相位，进而确定天线的主反射面变形。

例如，用于求解天线测量产生的相位恢复问题的经典傅立叶迭代算法，比如，Misell算法的基本操作流程如下：

(1)算法输入：三组远场强度分布，以及正负离焦产生的相位因子。

(2)第1步：输入一个随机的远场相位，配合对焦远场反变换到对焦口径场。

(3)第2步：对焦口径场配合正离焦相位因子得到正离焦口径场，变换得到正离焦远场并保留相位，以实测正离焦远场强度数据替换计算值，然后反变换得到新的正离焦口径场。

(4)第3步：正离焦口径场配合正负离焦因子得到负离焦口径场，变换得到负离焦远场并保留相位，以实测负离焦远场强度数据替换计算值，然后反变换得到新的负离焦口径场。

(5)第4步：负离焦口径场配合负离焦相位因子得到对焦口径场，变换得到对焦远场并保留相位，以实测对焦远场强度数据替换计算值，然后反变换得到新的对焦口径场。

(6)重复第2～4步，直到算法收敛到满意结果。

(7)收敛性表征：迭代过程中计算得到的远场强度和实测远场强度之间的RMS值。