[发明专利]一种基于TLS的大型抛物面天线口径测量及计算方法

说明书

本发明涉及测绘科学技术领域，公开一种基于TLS的大型抛物面天线口径测量计算方法，采用TLS对被测天线面进行覆盖式测量，得到天线面高密度点云，解决天线口面边缘点自动提取问题，并解决天线口面圆直径的鲁棒拟合计算问题，包括测量数据采集、基于体素区域生长的天线面点云提取，基于天线面主方向投影的天线边缘点提取，具有约束条件参数平差的空间圆拟合，为报拟合精度，天线口面圆拟合在三维空间进行。本发明无需人工干预，即人为判定边缘点，得到的天线口径计算结果较为客观；在口径拟合计算中采用抗差拟合方法，计算结果可有效减弱噪声点的影响，拟合结果较为可靠。

技术领域

本发明涉及测绘科学技术领域，尤其涉及一种基于TLS的大型抛物面天线口径测量及计算方法。

背景技术

目前，大型抛物面天线，如：卫星地面侦察站或射电天文望远镜所采用天线，如图1和图2所示，口径无接触测量问题。其中口径为口面圆直径。被测天线架设高度较高且尺寸较大，一般为十米至百米量级，口径测量可用于口径安装值与设计值之间进行计量比对，并可用于口径形变情况的监测。现有口径测量技术主要可分为：接触式测量和非接触式测量两大类。

接触式测量方法主要包括：1)设计专用工装进行的测量方法(谈昆伦,吕国平,陈龙,谈良春.大口径测量仪:CN201811689U[P].2011.；杨华,杨通河,窦艳红.一种口径测量方法[J].中国计量,2009(9):85-85.)；2)设计专用接触探头的测量方法(郑双飞，顾明亚.一种用于超大孔径测量的电子测头:CN111156890A[P].2018.)；3)采用三坐标测量机(如机械臂测量设备等)直接进行接触式测量(徐瑞,赵劲松,岳清,等.基于三坐标测量机的大口径红外光学透镜曲率半径测量方法研究[J].红外技术,2018(4):338-345.)；4)采用激光跟踪仪或激光干涉仪进行有合作目标的接触式测量(王孝坤,郑立功.一种精确测量光学球面曲率半径的方法[J].光学学报,2011,31(8):0812010.)。现有的该类方法测量精度高，但同样也存在下列问题：1)使用专用工装或探头的测量方法，仅适用于较小尺寸口径的专用性针对性测量，适用面较狭隘；2)采用三坐标测量机、激光跟踪仪或激光干涉仪等测量仪器进行测量的方法，依赖人工控制接触测量点位，不适用于人工无法接触到的测量场景。

非接触式测量方法主要包括：1)测距法，文献(吕云卿,高成明,高军.一种大口径抛物面天线主面形变实时测量装置:CN213396961U[P].2021.)在天线面的两个正交方向上的顶点设置激光测距仪，在对向设置激光反射板，通过激光测距进行天线口径的测量；2)单点测量法，如采用全站仪或经纬仪工业交会测量系统(卢志辉.大口径抛物面天线主面安装精度测量方法探讨[J].无线电工程,2004(7):35-37.)直接测量天线口径直径；3)覆盖测量法，如文献(中国科学院光电技术研究所.一种基于激光跟踪仪非接触式测量大口径光学元件面形的方法:CN111023971A[P].2021.)采用的激光跟踪仪测量合作气浮靶标的方法，文献(田爱玲,王红军,刘丙才,等.一种大口径抛物面测量系统:CN102589462A[P].2012.)采用的摄影测量法，文献(裘恩明,徐华俊.基于三维拼接的大口径干涉测量系统和算法:CN107144237B[P].2017.)采用相机辅助的干涉测量法等。现有的该类方法主要存在下列问题：1)测距法与单点测量法通过人为设置测距位置或选定测量(口面边缘点)点位，测量的口面直径不能保证通过口面圆心，测量结果不可避免地包含较大的人差，因此只能用于口径估算；2)覆盖测量法主要针对天线面型测量等，可应用于天线口径测量的数据支撑，但未解决天线口面边缘点提取问题。

地面三维激光扫描测量系统(Terrestrial Laser Scanning System，TLS；又可称为三维激光成像雷达，Light Detect and Ranging，LiDAR)采用主动式极坐标激光成像原理，依据激光发射与接受的时间或光波相位差感知目标到激光发射点的距离，依据激光测距和度盘测角实现目标点三维坐标的测量，可覆盖式获取被测场景物体表面的高密度三维点坐标，测量精度高(典型TLS在100米范围内可达到±2mm的点位测量精度)。

发明内容