Способ автоматической стабилизации радиотехнических характеристик поворотной крупногабаритной антенны радиотелескопа

Способ автоматической стабилизации радиотехнических характеристик поворотной крупногабаритной антенны радиотелескопа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Н 01 0 3/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4819964/09 (22) 16.03.90 (46) 23.09.92, Бюл. ¹ 35 (71) Центральное конструкторское бюро

"Меридиан" (72) А.Ф.Страхов, Я.Ш. Безродный, В.М.Бондаренко, В.Д.Белокрылов 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, ¹ 2;с.77 — 78.

„„5Q„„1764112 А1

2 (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.

1764112

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

Известны крупногабаритные антенны радиотелескопов, например двухзеркального сканирующего (поворотного) радиотелескопа типа PT-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 PT-70 состоит в том, что большое зеркало этого радиотелескопа выполнено из совокупности отдельных союстируемых .фрагментов (панелей), . образующих отражающую поверхность.

Эти фрагменты (пайели) 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. Местополо>кение 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 изменеййю взаимного относительного положения. фрагментов (панелей) и йскажению 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. Этидеформации 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 В,С, Построение формостабизированного рефлектора. — B 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 диапазо15 не длин волн.

Известны способы периодической коррекции положения отражающих панелей с помощью измерения тех или иных параметров корректируемых антенн с последующей коррекцией поло>кения панелей с помощью корректирующих механизмов до получения требуемых значений контролируемого па20 раметра, например способ стабилизации формы диаграммы направленности антен25 ны (авт. св. СССР Nò 1288786. кл. Н 01 Q

3/12). Способ заключается в том, что на панелях антенн и на контррефлекторе располагают группы измерительйых датчиков.

Каждый измерительный датчик формирует сигналы, содержащие информацию об искажениях формы поверхности антенны, кото30 рые возникают под воздействием на нее внешних деформирующих факторов, Каждый сигнал датчика преобразуется в цифро35 вую 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

40 измерительных датчиков и управляя коррек45 тирующими приводами, добиваются наилучшего значения контролируемого параметра антенны, Недостатком указанного способа является необходимость организации измерений радиотехнического

50 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

55 характеристик), снижает результирующую точность контроля сохранности поверхности антенны (так как погрешность коррекции поверхности при отсутствии возможности сличения информации с дат1764112 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.B„Терехова Г.А.

Методы измерения отклонений профиля отражающей поверхности больших наземных и космических антенн. — Зарубежная электроника, 1985, М 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 цейтральной части большого зеркала радиотелескопа (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 зеркала 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

10

30

50

55 дает возможности реализовать максимальную точность при юстировке радиооптической схемы телескопа.

Целью изобретения является повышение точности стабилизации радиотехнических характеристик антенны.

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

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

На чертеже показано устройство для реализации предлагаемого способа.

Устройство содержит основное зеркало, состоящее из корректируемых отражающих панелей 1, установленных на каркасе антенны 2 с возможностью перемещения при помощИ механизма корректирующих приводов 3; измерительные датчики 4, расположенные на корректируемых отражающих панелях 1; опоры 5, несущие корректирующий привод 6, на котором 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

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 возможности перемещения и служит базой для системы координат, в которой обеспечивается стабилизация заданной геометрической поверхности антенны. Система координат трехкоординатного измерителя 8 жестко связана с контррефлектором 7, вследствие чего измерение положейий датчиков 4 и t1 с помощью измерителя 8 производится в относительной системе координат, связанной с контррефлектором 7, Способ реализуется следующим образом. На первом этапе с помощью измерителя 8 измеряется положение контррефлектора 7 относительно неподвижной центральной панели 10 отражающей поверхности антенны, По результатам

1764112 этих измерений определяется отклонение положения контррефлектора 7 от заданного, после чего по команде от ЭВМ 9 на корректирующий привод 6 контррефлектор 7 устанавливается в заданное положение. На втором mane, 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 ХУ, 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 "0" системы координат

XYZ на заданное расстояние R>. Этому положению будет соответствовать .начальный отсчет координат го, ао.Ро, снимаемый с выходов измерителя 8, Соответственно, положения опорных датчиков 11 базовой центральной панели 10 характеризуются тремя исходными со четаниями значений координат (r1,, a1,Pi ); (гг,, аг,,фг,), (гз, аа,Ра

)Всйедствие отклонения положения контррефлектора 7 от исходного измеритель 8 выдает новые значения координат опорных датчиков 11(r i a i / i); (гг, аг ф ); (г3! Щ p3I)

Решая тригонометрические уравнения на осйове известных расстояний между опорными датчиками 11 на центральной панели 10 (на базовой плоскости координат XY), в также на основе полученной разности измеренных и исходных координат {hf i, ьгг ь.з);{да, айаг,Лаз)

{hp1, ДЗг,+4) 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.

5 После возврата контррефлектора 7 в исходное положение с помощью измерителя 8 измеряются координаты положения датчиков 4, устанавливаемых на корректируемых панелях 1. Результаты измеренных

10 координат (г1,а Д) сравниваются со значениями (ro ао Po ). соответствующими заданному положению данной панели 1 на отражающей поверхности антенны. Разность измеренных и исходных координат

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

20 разность (Лг = r = го ) радиусов параболоида.

Таким образом, рассмотренный процесс позволяет с помощью циклической процедуры измерения относительного по25 ложения центральной панели 10, контррефлектора 8 и корректируемых панелей 1 обеспечить требуемую сохранность геометрической формы антенны и радиотехниче- . ских характеристик антенны в процессе ее

З0 сканирования по углу места, не прибегая к непосредственному измерению радиотехнических характеристик антенны, Изобретение позволяет обеспечить выcome эксплуатационно-технические харак85 теристики крупногабаритных антенн, а также исключить сложную радиоизмерительную аппаратуру для контроля ДН.

Формула изобретения

Способ автоматической стабилизации

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

45 теоретического профиля и коррекцию положения панелей и контррефлектора, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности стабилизации радиотехнических характеристик антенны, измеряют положе50 ние контррефлектора относительно центральной йанели в вершине рефлектора, корректировку положения контррефлектора производят совмещением его фокуса с теоретическим положением фокуса рефлекто55 ра, а измерение положения панелей отражающей поверхности осуществляют относительно контррефлектора.