天线雷达

阿雷西博主反射面检测

阿雷西博的主反射面是一个球面,其直径为1000英尺,深度为161英尺,整个反射面覆盖18英亩,近似于美国26个足球场。
之前主要通过经纬仪测量来完成反射面的校准,但当前的误差需求已无法通过这种方法实现,因此引入了摄影测量。
天线反射面板的测量及校准通常使用近景摄影测量,阿雷西博望远镜的尺寸及其特殊设计使得这次测量成为摄影测量应用的一个突出案例。
在接下来的论文中,描述了到目前为止的测量、分析及结果,以及未来工作的一个规划。




◆表面变形:
根据最佳操作特性,整体表面偏差RMS值应该小于1/20波长,在10GHz的条件下RMS值不能大于3mm。理论上来说,面板本身有1mm的偏差,二级、三级反射面板偏差小一些。因此,主反射面板的安装偏差理想状态下的RMS值应该小于2mm。摄影测量无疑是能达到这种测量精度的最合适测量方法。
◆测量系统:
选用的相机是由弗罗里达州的GSI公司制造的高性能测量型数码相机V-STARS/N.



◆网络构建 :
在工业摄影测量中一个典型的问题是,合适的测量网络构建受限于主反射面板周边有限的可用测量站。通过模拟仿真可以发现,如果从塔的顶部进行拍摄,其精度结果将不会优于0.5mm。这相当于平均精度约1/610,000.由于整个表面无法在单张照片里看到,因此在塔T4和T8一共布设六个测量站。三个低空测量站分布在靠近地面的左、中、右,三个高空测量站分布于离地面较远的左、中、右位置。每站获取两站照片,一张正常照片,另一张将相机旋转90度以进行自校准,从T4和T8一共获得12张照片。T12上部分视线会被从地面到悬空平台的栈道遮挡。因此,重复T4和T8的图像构图,在跳板的每一边进行拍摄,为T12拍摄24张照片,整个网络可得到48张照片。

◆目标点及图片获取:
在塔吊上进行图片获取是一项具有难度的工作,拍摄人员仅可以通过塔边的梯子爬上塔吊。相机、闪光灯、三脚架以及杂项设备则通过绞车或者缆线轮滑进行传送。
◆图片解算和缩小偏差:
由于涉及到大量的测量点,加上时间和人员限制,解算和优化过程更多的不仅仅是解算所有图片,进行平差。反射面上的40000个点通过象限划分,每个象限再划分为四个斑块,每个斑块有大约2400个点。
单次测量通过所有48张照片获取一个斑块的2400个点,在每一个斑块都测量完成后,通过回接节点光束平差法进行外部定向和相机自校准,并将点进行三角化平差,将最新的三角化点与回接节点定义的理论球面进行测量。每一个面板与理论表面的偏差将作为地面调整的根据。通过这种方法,当第一斑块完成后地面工作人员便可进行面板调整,而剩下的斑块可继续进行测量和调整偏差。由于地面工作人员调整一个斑块近乎需要两个周的时间,因此对于测量人员来说工作可以很轻松地领先。如果按照约一秒两个点的测量速度,一个斑块测量一张照片需要20分钟,那么测量所有的48张照片则需要16个小时,所有照片中所有点的测量则需要约256个小时。右图为点云数据结果。


◆测量结果 :
回接点光束平差
最终,48张照片中的47张被使用,1928个点进行调整,三角闭合差的RMS值为1.04微米。三角坐标标准差的RMS值为X,0.010,Y,0.011和Z,0.012英寸。相当于平均比例精度为X,1/1250000;Y,1/1111111;Z,1/1000000.

密斑三角化测量

截至写论文期间,已经测量8个斑块并进行三角化,包括所有东北和东南象限(定义为Quad1和Quad2)。回接节点平差三角化点与最佳拟合平面的偏差,以及单个斑块数据如表所示。主要的斑块数据显示,表面偏差RMS值在5mm到6mm之间。很显然,斑块最东部的偏差值最大,这也许可以归因于反射面板东南象限受土壤运动影响严重。


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