Способ автоматической стабилизации радиотехнических характеристик поворотной крупногабаритной антенны радиотелескопа Советский патент 1992 года по МПК H01Q3/12 

1

(21)4819964/09

(22)16.03.90

(46) 23.09.92. Бюл. № 35

(71)Центральное конструкторское бюро Меридиан

(72)А.Ф.Страхов, Я.Ш.Безродный, В.М.Бондаренко, В.Д.Белокрылое и О.А.Страхов

(56) Проблемы антенной техники/Под ред. Л.Д.Бахраха и Д.И.Воскресенского. М.: Радио и связь, 1989. с.222-224.

Белянский П.В.. Терехов Г.А, Методы измерения отклонений профиля отражающей поверхности больших наземных и космических антенн. Зарубежная радиоэлектроника. 1985, № 2, с.77-78.

Т

(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОВОРОТНОЙ КРУПНОГАБАРИТНОЙ АНТЕННЫ РАДИОТЕЛЕСКОПА (57) Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для юстировки панелей отражающей поверхности крупногабаритных антенн. Первоначально измеряют положение контррефлектора (7) относительно центральной панели (10), установленной в вершине рефлектора. Затем корректируют положение контррефлектора (7), совмещая его фокус с фокусом рефлектора. Положение других панелей (1) отражающей поверхности измеряют относительно контррефлектора (7). 1 ил.

(Л

С

М

о

N3

Изобретение относится к радиотехнике и, в частности, к крупногабаритным антеннам, отражающая поверхность которых состоит из отражающих панелей с регулируемыми положениями.

Известны крупногабаритные антенны радиотелескопов, например двухзеркаль- ного сканирующего (поворотного) радиотелескопа типа РТ-70 (Проблемы антенной техники/Под ред. Л.Д.Бахраха и Д.И.Воскресенского. - М.: Радио и связь, 1989, с.222- 224, рис. 10.8). Характерная особенность радиотелескопа РТ-70 состоит в том, что большое зеркало этого радиотелескопа выполнено из совокупности отдельных со- юстируемых фрагментов (панелей), образующих отражающую поверхность. Эти фрагменты (панели) укреплены на специальном каркасе. Каркас большого зеркала установлен на опорно-поворотном устройстве, обеспечивающем механическое сканирование антенной системы радиотелескопа по азимуту в пределах ± 180° и по углу места в пределах от 0 до 90°. Над отражающей поверхностью большого зеркала с помощью жестких опор установлено малое зеркало - контррефлектор, Отражающая поверхность контррефлектора обращена в сторону отражающей поверхности большого зеркала. Местоположение контррефлектора выбрано в фокальной области с таким расчетом, чтобы сфокусированный большим зеркалом радиотелескопа поток излучения из исследуемых космических объектов в максимальной степени охватывался малым зеркалом и фокусировался на приемном элементе, размещенном в центре раскрыва большого зеркала. При функционировании радиотелескопа РТ-70 происходит изменение ориентации оптической оси радиотелескопа относительно направления местной вертикали. В этом случае под действием сил земного тяготения происходит деформация каркаса большого зеркала, опор его крепления и других конструктивных частей радиотелескопа. Это приводит к изменению взаимного относительного положения фрагментов (панелей) и искажению формы отражающей поверхности большого зеркала. Кроме того, за счет возникающих прогибов опор изменяется положение фонтррефлектора относительно исходной (базовой) поверхности большого зеркала, а также ориентация оптической оси зеркала контррефлектора относительно направления на приемный элемент. Эти деформации приводят к существенному ухудшению радиотехнических параметров радиотелескопа.

Известны способы уменьшения влияния переменного воздействия тяготения, ухудшающего радиотехнические характеристики крупногабаритных антенн, основанные на принципе симметрии (гомологичности) конструкции каркаса антенн (Поляк B.C. Построение формостэби- зированного рефлектора. - В сб.: современные конструктивные решения радиотелескопов. - Рига, Зинатне, 1988, с.13- 24). Недостатком способа гомологичности является сложность его реализации, особенно при работе антенн в короткой части сантиметрового и в милиметровом диапазоне длин волн.

Известны способы периодической коррекции положения отражающих панелей с помощью измерения тех или иных параметров корректируемых антенн с последующей

коррекцией положения панелей с помощью корректирующих механизмов до получения требуемых значений контролируемого параметра, например способ стабилизации формы диаграммы направленности антенны (авт. св. СССР № 1288786, кл. Н 01 Q 3/12). Способ заключается в том, что на панелях антенн и на контррефлекторе располагают группы измерительных датчиков. Каждый измерительный датчик формирует

сигналы, содержащие информацию об искажениях формы поверхности антенны, которые возникают под воздействием на нее внешних деформирующих факторов. Каждый сигнал датчика преобразуется в цифровую форму, вследствие чего совокупность цифровой информации с датчиков соответствует некоторой форме отражающей поверхности и некоторому положению контррефлектора антенны. Последовательно измеряя радиотехнические характеристики антенны (например, диаграммы направленности ДН), сопоставляя результаты измерения ДН антенны с показаниями измерительных датчиков и управляя корректирующими приводами, добиваются наилучшего значения контролируемого параметра антенны. Недостатком указанного способа является необходимость организации измерений радиотехнического

параметра антенны (в данном случае ДН), что сужает область применения способа (так как не при всех положениях антенны и не во все периоды ее эксплуатации возможно непрерывное измерение ее радиотехнических

характеристик), снижает результирующую точность контроля сохранности поверхности антенны (так как погрешность коррекции поверхности при отсутствии возможности сличения информации с дат чиков и значения контролируемого радиотехнического параметра антенны непредсказуемо возрастают).

Наиболее близким к изобретению является способ автоматической стабилизации радиотехнических характеристик поворотной крупногабаритной антенны радиотелескопа (Белянский П.В., Терехова Г.А. Методы измерения отклонений профиля отражающей поверхности больших наземных и космических антенн. - Зарубежная электроника, 1985, Ns 2, с.77-78), включающий периодическое измерение положения панелей отражающей поверхности рефлектора относительно теоретического профиля и коррекцию положения панелей и контррефлектора.

Для реализации этого способа в центральной части большого зеркала радиотеле- скопа (например, на панели, жестко скрепленной с каркасом) устанавливается прецизионный сканирующий оптический теодолит. На панелях большого зеркала установлены отражатели, являющиеся датчиками положения углов соответствующей юстируемой панели. Последовательно сканируя датчики на каждой панели отражающей поверхности большого зеркала, с помощью теодолита определяют текущее положение углов каждой панели в системе координат теодолита. По результатам измерения положений всех панелей большого зеркала радиотелескопа определяют некоторую усредняющую параболическую поверхность, а для каждой панели находят величины отклонений координат угловых точек от этой усредняющей поверхности. На основе полученных отклонений вырабатываются команды коррекции и с помощью специальных управляемых приводов углы панелей большого зеркала приводятся в новое положение, близкое к заданной идеальной параболической поверхности. Таким образом, способ позволяет обеспечивать автоматическую подстройку текущей формы отражающей поверхности большого зер- кала к заданной идеальной форме в процессе эксплуатации радиотелескопа. В зависимости от угломестного положения оптической оси радиотелескопа производится коррекция положения контррефлектора, осуществляемая по программным данным. Однако система коррекции положения контррефлектора не связана с измерительной системой подстройки профиля отражающей поверхности большого зеркала. Другими словами, в способе отсутствует адаптивная взаимная союстировка панелей отражающей поверхности большого зеркала и положения контррефлектора. Это не

дает возможности реализовать максимальную точность при юстировке радиооптической схемы телескопа.

Целью изобретения является повыше- 5 ние точности стабилизации радиотехнических характеристик антенны.

Цель достигается тем, что в способе автоматической стабилизации радиотехнических характеристик поворотной крупно0 габаритной антенны радиотелескопа, включающем периодическое измерение положения панелей отражающей поверхности рефлектора относительно теоретического профиля и коррекцию положения панелей и

5 контррефлектора, измеряет положение контррефлектора относительно центральной панели в вершине рефлектора, корректировку положения контррефлектора производят совмещением его фокуса с тео0 ретическим положением фокуса рефлектора, а измерение положения панелей отражающей поверхности осуществляют относительно контррефлектора.

На чертеже показано устройство для ре5 ализации предлагаемого способа.

Устройство содержит основное зеркало, состоящее из корректируемых отражающих панелей 1, установленных на каркасе антенны 2 с возможностью перемещения

0 при помощи механизма корректирующих приводов 3; измерительные датчики 4, расположенные на корректируемых отражающих панелях 1; опоры 5, несущие корректирующий привод 6, на котором

5 смонтирован контррефлектор 7, причем на краю контррефлектора 7 установлен сканирующий измеритель 8. Входы и выходы сканирующего измерителя 8 соединены соответственно с выходами и входами ЭВМ

0 9, а входы корректирующих приводов 3 и 6 - с выходами ЭВМ 9. Центральная панель 10 отражающей поверхности антенны с установленными на ней опорными датчиками 11 жестко прикреплена к каркасу 2 без возмож5 ности перемещения и служит базой для системы координат, в которой обеспечивается стабилизация заданной геометрической поверхности антенны. Система координат трехкоординатного измерителя 8 жестко

0 связана с контррефлектором 7, вследствие чего измерение положений датчиков 4 и 11 с помощью измерителя 8 производится в относительной системе координат, связанной с контррефлектором 7.

5 Способ реализуется следующим образом. На первом этапе с помощью измерителя 8 измеряется положение контррефлектора 7 относительно неподвижной центральной панели 10 от ражающей поверхности антенны. По результатам

этих измерений определяется отклонение положения контррефлектора 7 от заданного, после чего по команде от ЭВМ 9 на корректирующий привод б контррефлектор 7 устанавливается в заданное положение. На втором этапе, после установки контррефлектора 7 в заданное положение, измеряется положение каждой корректируемой панели 1 отражающей поверхности в системе координат контррефлектор - центральная панель 10, определяется эквивалентное положение контролируемой панели 1 в системе координат отражающей поверхности антенны, определяется величина отклонения поверхности панели 1 от заданной поверхности антенны, после чего контролируемая панель 1 устанавливается в требуемое положение. Процедура коррекции повторяется для каждой панели 1 отражающей поверхности антенны.

Устройство для реализации предлагаемого способа работает следующим образом. Опорные датчики 11 на жестко закрепленной на каркасе 2 центральной отражающей панели 10 образуют базовую плоскость координат XY, в которой координата Z соответствует положению центральной оси отражающей поверхности антенны (центральная ось параболоида). В исходном состоянии при идеальных геометрических соотношениях антенны ось контррефлектора 7 должна совпадать с осью координат Z, а фазовый центр контррефлектора 7 должен отстоять от цента О системы координат XYZ на заданное расстояние R0. Этому положению будет соответствовать начальный отсчет координат г0, Оо,/30, снимаемый с выходов измерителя 8. Соответственно, положения опорных датчиков 11 базовой центральной панели 10 характеризуются тремя исходными сочетаниями значений координат

(П0.а1о.01о); ( Г2о «20 . )- (гЗо.ОЗоДзо

)Вследствие отклонения положения контррефлектора 7 от исходного измеритель 8 выдает новые значения координат опорных датчиков 11 (гц ); foi, «21 $): (rai оз| ДзО- Решая тригонометрические уравнения на основе известных расстояний между опорными датчиками 11 на центральной панели 10 (на базовой плоскости координат XY), а также на основе полученной разности измеренных и исходных координат (Дп , Дгг Агз) ;(Azi, Л% .Доз) (t$, Afk ,Дрз) определяют в ЭВМ 9 команды на корректирующий привод 6 для установки контррефлектора 7 в первоначальное положение. При необходимости текущее положение контррефлектора 7 может быть вновь измерено с помощью измерителя 8.

После возврата контррефлектора 7 в исходное положение с помощью измерителя 8 измеряются координаты положения датчиков А, устанавливаемых на корректируемых панелях 1. Результаты измеренных

координат (rj ,aj Д) сравниваются со значениями (r0j GO} . соответствующими заданному положению данной панели 1 на отражающей поверхности антенны. Разность измеренных и исходных координат

позволяет сформировать в ЭВМ 9 команды на корректирующие приводы 3 для установки отражающих панелей 1 в заданное положение. Во многих практических случаях для этого достаточно определить

разность ( ДГ| ц r0j) радиусов параболоида.

Таким образом, рассмотренный процесс позволяет с помощью циклической процедуры измерения относительного положения центральной панели 10, контррефлектора 8 и корректируемых панелей 1 обеспечить требуемую сохранность геометрической формы антенны и радиотехнических характеристик антенны в процессе ее

сканирования по углу места, не прибегая к непосредственному измерению радиотехнических характеристик антенны.

Изобретение позволяет обеспечить высокие эксплуатационно-технические характеристики крупногабаритных антенн, а также исключить сложную радиоизмерительную аппаратуру для контроля ДН. Формула изобретения Способ автоматической стабилизации

радиотехнических характеристик поворотной крупногабаритной антенны радиотелескопа, включающий периодическое измерение положения панелей отражающей поверхности рефлектора относительно

теоретического профиля и коррекцию положения панелей и контррефлектора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности стабилизации радиотехнических характеристик антенны, измеряют положение контррефлектора относительно центральной панели в вершине рефлектора, корректировку положения контррефлектора производят совмещением его фокуса с теоретическим положением фокуса рефлектора, а измерение положения панелей отражающей поверхности осуществляют относительно контррефлектора.