Способ контроля формы отражающей поверхности антенны

 

Изобретение относится к технике антенных измерений и может быть использовано для контроля формы отражающей поверхности антенны в процессе ее эксплуатации. Цель изобретения - повышение точности контроля. Для этого излучают импульсные электромагнитные сигналы в направлении заданных точек измеряемой отражающей поверхности, принимают излученные сигналы и повторно переизлучают в в течение заданного числа N циклов, измеряют суммарный интервал времени t, учитывают калиброванное время t₃ пробега сигнала в аппаратуре и пересчитывают измеренный интервал времени в измеряемое расстояние R_i При этом излучаемый импульсный сигнал из неизменной точки, жестко связанной с фокусом измеряемой антенны, поочередно направляют в контрольные точки поверхности антенны на размещенные там приемные элементы и возвращают обратно по закрытом тракту с калиброванным временем задержки t_к для повторного переизлучения, измеряют время пробега t_i сигнала от излучателя до точки приема и пересчитывают его в эквивалентное значение измеренного расстояния R_i между точкой излучения О и точкой расположения центра приемного элемента S_i По приведенному соотношению значения R_i на основе сравнения его с контрольным значением R_oi для каждой заданной точки поверхности антенны могут быть использованы для восстановления заданного профиля отражающей поверхности антенны. 1 ил.

Изобретение относится к технике антенных измерений и может быть использовано для контроля формы отражающей поверхности крупногабаритной антенны в процессе ее эксплуатации. Цель изобретения - повышение точности контроля. На чертеже приведена электрическая структурная схема устройства для осуществления способа контроля формы отражающей поверхности антенны. Способ контроля формы отражающей поверхности антенны осуществляют следующим образом. Перед началом измерений параметров профиля отражающей поверхности в каждой заданной точке поверхности S_i излучатель предварительно ориентируют в направлении измеряемой точки S_i. Начало цикла измерений инициируется внешним запускающим импульсом, который излучается в направлении измеряемой точки поверхности S_i, и через интервал времени t_Rпринимается расположенным там точечным приемным элементом. Принятый импульсный сигнал детектируется и по тракту через калиброванный интервал времени tк возвращается на вход модулятора излучателя, где он через калиброванное время задержки t₃ повторно излучается в направлении той же точки измерения S_i. Процесс повторного переизлучения возвращающихся по замкнутому тракту импульсов повторяется заданное число N раз, выбираемое из заданной точности измерений поверхности антенны. Продолжительность t_Nвсей процедуры измерений в течение N циклов (с момента t_o подачи инициирующего импульса до момента приема и фиксации в тракте импульса в последнем N-ом цикле) измеряется, и на основании ранее известных калиброванных значений интервалов времени t_k задержки сигналов в закрытом тракте, времени t₃ задержки сигналов в аппаратуре модулятора и излучателя и поправки t_н за счет несинхронности цепей управления определяют измеренное значение расстояния R_i между центром излучателя 0 и заданной точки S_i на поверхности антенны по формуле R_i= (t_N-Nt_k+ t_k) где V_c - скорость распространения сигнала в реальной среде от излучателя до приемного элемента. Учет t₃ и t_н позволяет повысить точность, и тогда R_i= (t_N-Nt_k+ t_k- Nt₃ - t_н) Измеренное расстояние R_i сравнивают с заданным R_oi соответствующим идеальному профилю отражающей поверхности антенны. Определяют поправку R_корр на коррекцию измеренного профиля R_корр = R_oi - R_i . При необходимости восполнить коррекцию формы поверхности формируют команду на коррекцию положения данного узла крепления фрагментов поверхности антенны. Коррекция положения фрагментов производится с помощью соответствующего корректирующего привода, после чего излучатель направляют на очередную точку S_i+1 (очередной узел крепления соседних фрагментов) и повторяют рассмотренную ранее процедуру измерений и коррекции поверхности антенны. Количество циклов переизлучения N выбирается, исходя из допустимой погрешности измерения расстояния ΔR_i, разрешающей способности блока измерения интервалов времени dt (интервала квантования цикла t_N в измерительном счетчике, равном периоду Т_о следования импульсов опорной частоты), абсолютного значения измеряемого расстояния R_i и времени t_кзадержки сигнала в калиброванном тракте возврата сигнала (между точкой приема и точкой излучения). Время распространения сигнала t_i связано с измеряемым расстоянием R_i известным соотношением t_i= Продолжительность времени t_к в тракте (в цепи возврата циркулирующего переизлучаемого сигнала) и времени t_з задержки сигнала в цепях модулятора и излучателя являются постоянными параметрами (константами). Интервал (t₁ = t_i + t_к + t_з) является периодом циркуляции сигнала между точкой излучения и точкой приема. При N повторяющихся циклах последний принятый в точке приема импульсный сигнал соответствует суммарной продолжительности [t_N = =Nt_i + t_к (N-1) + Nt_з], измеренной с погрешностью ( ΔtN≈T_o/2). По результатам измерения суммарного интервала времени t_N, соответствующего N непрерывно повторяющимся циклам переизлучения сигнала, искомое значение измеряемого интервала времени t_iраспространения сигнала между точкой излучения и точкой приема на отражающей поверхности антенны определяется по соотношению t_i = (t_N - Nt_к + t_к - Nt_з - t_н/N, где t_н - параметр, учитывающий несинхронность запуска первого излучающего импульса t_о и начала измерений суммарного интервала t_N. Поскольку интервал t_N измеряется с погрешностью ( Δt_N = Т_о/2), определяемой периодом кантования импульсов опорной частоты, то приведенная погрешность искомого значения интервала времени составит Δt_i = Δt_N/N = T_o/2N, откуда ΔR_i = = V_i ˙Δt_i = V_cT_o/2N. Например, для расстояния между излучателем и приемным элементом, равного 20 м и приведенной максимально допустимой погрешности 20˙10^-6 м, и при интервале квантования Т_о опорной частоты около 10^-7 с количество необходимых циклов переизлучения (циркуляции) сигнала составит N = =7,5 ˙10⁵, а продолжительность одного интервала измерений составит около t_N = =Nt₁ = 0,1125 с. При общем количестве точек измерения M≈1000 общая продолжительность одной процедуры измерений и стабилизации антенны составит 112,5 с или около 2 мин. Полная процедура стабилизации многоэлементной поверхности антенны с помощью предлагаемого способа предусматривает по крайней мере (М + 2) цикла излучений и стабилизации, где М - количество узлов крепления соседних фрагментов поверхности (соответственно количество точек измерения и точек коррекции поверхности). Один из дополнительных циклов необходим для калибровки точности измерений, для чего излучаемый сигнал попадает в выделенный калиброванный тракт возврата сигнала, минуя какой-либо участок распространения по свободному пространству, после чего результаты излучения интервала времени за N циклов калибровочных измерений сравниваются с предварительно заданной константой. По результатам сравнения оценивается работоспособность и точность работы всей цепи измерений. Второй дополнительный цикл предназначен для учета влияния изменения параметров среды распространения на точность измерения. В этом цикле излучатель ориентируется на специально выделенный приемный элемент, расположенный вне поверхности антенны на стабильном (неизмененном) расстоянии от центра 0 излучателя. Производится измерение калиброванного расстояния R_к по рассмотренной ранее процедуре, сравнивается с калибровочной константой R_кa и определяется поправочный коэффициент К_ср для учета изменения параметров среды распространения при последующей очередной процедуре стабилизации поверхности антенны. Устройство, осуществляющее способ контроля формы отражающей поверхности антенны, содержит модулятор 1, подключенный к модуляционному входу излучателя 2. Сигнальный выход излучателя 2 через соответствующий участок 3_i свободного пространства в среде распространения сигналов связан с соответствующим точечным приемным элементом 4_i измерительного канала, количество которых М соответствует количеству точек коррекции поверхности антенны, первый выход приемного элемента соединен с входом первого детектора 5 соответствующего i-го канала измерения и коррекции, а второй выход приемного элемента 4 связан с входом второго детектора 6 этого же канала, каждый из которых подключен к последовательно соединенным преобразователю 7 количества импульсов во временной интервал, измерителю 8 временных интервалов и вычислительному блоку 9. Кодовый выход блока 9 подключен к первому кодовому входу управляемого корректирующего привода 10 данного канала, подвижная часть которого через шарнирный узел крепления 11 соединена с корректируемыми фрагментами антенны 12. Причем на узле крепления 11 со стороны отражающей поверхности антенны неподвижно закреплен точечный приемный элемент 4 данного измерительного канала. Первый детектор 5 каждого измерительного канала через тракт трактовой сети 13 подключен на первый вход модулятора 1. Кроме того устройство включает управляющий блок (типовая ЭВМ) 14, соединенный по кодовым входам к выходам через шину управления с вторыми входами, управляемых корректирующих приводов 10, входами вычислительных блоков 9 и входом сканирующего блока 15, выходами стробирования подключенный к стробируемым входам модулятора 1, управляемых корректирующих приводов 10, каналов трактовой сети 13 и детекторов, сканирующий блок 15, конструктивно соединенный с излучателем 2 и видеоконтрольным блоком 16, монитор видеоконтрольного блока 17, вход которого подключен через гибкий кабель к выходу видеоконтрольного блока 16, (М + 1)-ый приемный элемент 18, подсоединенный к ответвленному выходу излучателя 2, причем выход (М + 1)-го приемного элемента 18 через третий детектор 19 подсоединен к (М + 1)-му каналу трактовой сети 13, (М + 2)-ый приемный и элемент 20, связанный с выходом излучателя через отрезок свободного пространства 3 (к) калиброванной длины, причем выход (М + 2)-го приемного элемента 20 через четвертый детектор 21 подключен к (М + 2)-му каналу трактовой сети 13. Устройство, реализующее способ контроля формы отражающей поверхности антенны, в течение одной процедуры коррекции отражающей поверхности t_корр работает следующим образом. По команде от управляющего блока 14 сканирующий блок 15 наводит излучатель 2 и видеоконтрольный блок 16 на область нахождения центрального точечного приемного элемента 4_i. Размер фокального пятна излучателя 2 и погрешность наведения сканирующего блока 15 выбирают такими, чтобы при боковых деформациях положение каждого приемного элемента 4_i оставалось в зоне воздействия излучения, создаваемого излучателем 2 на отражающей поверхности антенны. После наведения излучателя 2 это направление на заданную точку в сканирующем блоке 15 фиксируется на время t_N цикла измерений, а на вход модулятора 1 с соответствующего выхода управляющего блока 14 подается инициирующий импульсный сигнал. Одновременно с блока 14 подается сигнал на блоки 7-9 соответствующего канала измерений (для начала измерений интервала времени t_N). С некоторым опережением (перед выдачей на модулятор 1 инициирующего импульса) по команде от управляющего блока на трактовую сеть 13 выдаются управляющие команды и сигналы, обеспечивающие прохождение сигналов от заданного приемного элемента 4 данного измерительного канала на второй вход модулятора 1, а также подается разрешающий сигнал на первый вход модулятора 1 - для обеспечения условий циркуляции сигналов в заданном i-ом канале измерения профиля отражающей поверхности антенны. Инициирующий сигнал, поступивший в момент времени t_о от управляющего блока 14 на второй вход модулятора 1, воздействует через модулятор 1 на излучатель 2, который через интервал времени t_з(являющийся калибровочной константой устройства) излучает электромагнитный импульс в направлении заданного приемного элемента 4_i(в начальном цикле - на центральный приемный элемент 4_i). Через интервал времени t_R, необходимый для прохождения участка 3 свободного пространства, электромагнитный сигнал от излучателя 2 попадает на заданный приемный элемент 4_i. Побочное или фоновое излучение может при этом воздействовать на другие приемные элементы 4, расположенные в других точках контролируемой отражающей поверхности антенны, однако сигналы с выхода этих приемных элементов не попадут в схему измерений вследствие блокировки в стробируемых цепях трактовой сети 13. Сигнал с выхода приемного элемента 4_i поступает на подключенные к нему первый 5_iи второй 6_i детекторы. С выхода первого детектора 5_i продетектированный и сформированный сигнал через открытый канал трактовой сети 13 поступает на открытый (стробируемый) первый вход модулятора 1. Интервал времени t_кпрохождения сигнала от входа приемного элемента 4 до входа модулятора 1 (для каждого измерительного канала устройства) предварительно калиброван и является константой. Поступивший на первый вход модулятора 1 возвратный импульсный сигнал через время t_з переизлучается в направлении того же приемного элемента 4_i и цикл прохождения сигнала по цепи излучатель 2 - участок свободного пространства 3_i - приемный элемент 4_i- первый детектор 5_i - трактовая сеть 13 - модулятор 1 повторяется. Сигнал с выхода второго детектора 6 поступает на вход блока 7_i(преобразователя числа импульсов во временной интервал). Как уже указывалось, начальный момент времени t_o в блоке 7_i определяется управляющим сигналом, который приходит на блок 7 от управляющего блока 14 (синхронно с выдачей инициирующего сигнала с блока 14 на первый вход модулятора 1). Каждый импульс, поступивший на вход блока 7_i с выхода второго детектора 6_i заданного измерительного канала, подсчитывается и сравнивается с заданным, числом N (количество циклов N закладывается в устройство как константа, исходя из общей продолжительности процедуры измерения или коррекции t_корр, количества точек измерения М и требуемой точности измерения). Если номер импульса, поступившего на блок 7_iзаданного измерительного канала, совпадает с заданным числом N, блок 7_iвыдает в блок 8_i сигнал о завершении измерения интервала времени и в блок 14 сигнал о завершении цикла измерений в данном измерительном канале. По этому сигналу блок 14 запрещает дальнейшее прохождение возвратных сигналов по данному каналу трактовой сети 13 и подготавливает устройство для измерений в следующей точке i + 1. Для этого из блока 14 на сканирующий блок 15 выдаются новые команды, по которым излучатель 2 и видеоконтрольный блок 16 наводятся на очередную точку отражающей поверхности антенны. После выработки в блоке 7_i сигнала прекращения цикла измерений (t_i= t_N) в счетчике блока 8_i сформирован код t_N продолжительности цикла измерений. В простейшем случае осуществляется подсчетом в счетчике блока 8_i количества периодов опорной частоты f_o от момента поступления с блока 14 разрешающего сигнала t_o (синхронно с подачей от блока 14 на модулятор 1 инициирующего импульса) до момента прихода с блока 7_i запрещающего сигнала. Код интервала времени t_N продолжительности цикла измерений (суммарный интервал за N последовательных единичных периодов измерения) передается из блока 8_i в блок 9_i этого же измерительного канала. В блоке 9_i предварительно занесены и хранятся код числа циклов N, код калиброванного интервала t_к задержки в тракте (для данного канала трактовой сети 13), код задержки сигнала t_з в тракте модулятора 1 и излучателя 2, а также поправка на среду распространения К_ср. На основе поступившего кода t_N суммарного интервала времени и перечисленных констант в блоке 9_i измеряется расстояние до данной точки адекватно соотношению
R_изм= V_с = V -t_к-t₃ + K_ср где К_ср - поправка на изменение состояния среды распространения. В блоке 9_i также должен храниться код R_зад расстояния, соответствующего заданному профилю отражающей поверхности антенны. Поскольку заданное расстояние R_зад от точки измерений S_i до центра 0 излучателя 2 может быть представлено эквивалентным интервалом времени для эталонного свободного пространства по соотношению
R_зад = V_c ˙t_зад , то вычисление требуемого кода коррекции в блоке 9_i может быть упрощено и произведено по соотношению
W_k= = -t_к-t₃ - ·K_ср- t_зад= - K_ср-
- C_k·K_ср- t_зад, где C_k=t_к-t₃ - - приведенная калибровочная константа, постоянная для данного измерительного канала устройства, которая определяется при первоначальной калибровке устройства. Полученный по результатам цикла измерений в блоке 9 код коррекции W_k подается (по команде из блока 14) на управляющий вход управляемого корректирующего привода 10. На основе поступившего кода коррекции W_kблок 9 по команде от блока 14 перемещает на заданную величину узел крепления 11 и связанные с ним фрагменты 12 отражающей поверхности антенны. Отработка перемещения приводами 10 может производиться как индивидуально для каждой точки S_i, так и одновременно группами, что задается от блока 14 в зависимости от конструктивных особенностей конкретной антенны, ограничений на продолжительность процедуры коррекции, быстродействия привода 10 и др. Для обеспечения высокой точности измерений в устройстве предусмотрены возможности контроля работоспособности и встроенного метрологического контроля. Контроль точности наведения излучателя 2 на заданную точку S_i измерений производится с помощью видеоконтрольного блока 16, который наводится с помощью сканирующего блока 15 в ту же точку S_i, что и излучатель 2. Место расположения каждого точечного приемного элемента 4 со стороны отражающей поверхности антенны должно быть отмечено специальным маркерным знаком, хорошо обнаруживаемым на экране монитора. Наведение блоков 2 и 16 с помощью блока 15 в режиме контроля должно производиться по командам, задаваемым оператором вручную через пульт блока 14. Таким образом, изобретение позволяет наилучшим образом с учетом известных способов решить актуальную задачу обеспечения измерения с высокой точностью формы отражающей поверхности крупногабаритных антенн, на которые воздействуют медленно меняющиеся по величине и направлению возмущающие факторы (например, силы земного тяготения).

Формула изобретения

СПОСОБ КОНТРОЛЯ ФОРМЫ ОТРАЖАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ АНТЕННЫ, включающий генерацию сигнала, выполнение измерительного цикла, заключающегося в излучении импульсного электромагнитного сигнала из фиксированной точки пространства в направлении контролируемой поверхности, прием и детектирование излученного сигнала на контролируемом участке поверхности, возвращение сигнала в точку излучения, N-кратное повторение измерительного цикла, измерение суммарного времени задержки излученного сигнала t_N между моментами времени первого излучения и N-го приема и определение по результатам измерений формы отражающей поверхности антенны, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, продетектированный сигнал возвращают по тракту в точку излучения, повторное излучение осуществляют в момент прихода продетектированного сигнала и определяют расстояние от точки излучения до контролируемого участка поверхности по формуле

где t_к - время задержки в тракте возврата сигнала;
V_с - скорость распространения сигнала в реальной среде от излучателя до приемного элемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 14-2002

Извещение опубликовано: 20.05.2002        

---