Разработка системы мониторинга положения контррефлектора большой полноповоротной антенны В.В. Петров, В.О. Медянников, В.Г. Гиммельман, А.Е. Войнаровский, Бузик Г.Б., С.Б. Глыбовский

Объект исследования – зеркальная система П-2500 в г. Уссурийске. Общий вид зеркальной системы: Главное зеркало (Квази-параболоид вращения ) Контррефлектор (квази-эллипсоид вращения) Х Z Схема зеркальной системы: Поворотная зеркальная система Нет деформаций Эффективная работа больших параболических полноповоротных антенн во многом зависит от сохранения с высокой точностью теоретически обоснованной формы, положения и ориентации элементов зеркальной системы (ЗС) на рабочих углах места (УМ).

Объект исследования – зеркальная система П-2500 в г. Уссурийске. Общий вид зеркальной системы: Главное зеркало (Квази-параболоид вращения ) Контррефлектор (квази-эллипсоид вращения) Х Z Схема зеркальной системы: Поворотная зеркальная система Есть деформации: Поворот ДН Снижение КИП

Для эффективной работы зеркальной системы на всех углах места штатные приводы коррекции и установки должны возвращать контррефлектор на фокальную ось с точностью порядка 5 мм при этом геометрическая ось КР должна быть параллельна фокальной оси рефлектора с минутной точностью Весовые смещения элементов ЗС

при наклоне от УМ = 90º до УМ = 4º относительно опор надзеркальной кабины - из анализа смещений деформационных марок по измерениям, выполненным в режиме «статика» Схема смещения элементов ЗС П2500

Необходимость учета следующих факторов реальной конструкции антенной системы: Модифицированная геометрия ГЗ и КР, разработанная с целью максимизации КИП для реального рупорного облучателя Реальная конструкция облучателя, включая эффекты затекания токов на края рупора и покрытие апертуры Искажения формы ГЗ по сравнению с конструкторским профилем: o Гравитационные деформации o Неровности панельной структуры и деформации отдельных ферм o Качество поверхности отдельных панелей Определение положения КР относительно ГЗ и его поверхностных неровностей Учет реального положения ПЗС Результаты геодезических измерений Конструкторские данные

Этапы работы программно-аппаратного комплекса коррекции положения КР : Определение начального положения КР и ПЗС по геодезическим данным: КР : Измеренная поверхность ПЗС: Измеренные поверхности: Зеркало облучателя: Фокальное зеркало:

Этапы работы программно-аппаратного комплекса коррекции положения КР : Расчет перемещения КР, обеспечивающего максимальный КИП для заданной по результатам измерений формы зеркал Исходное положение Оптимальное по макс(КИП) положение Фокальная точка Алгоритм расчета: Для измеренных положений КР, ПЗС и формы ГЗ, а также результирующей ДН облучателя рассчитывается амплитудно-фазовое распределение поля в апертуре ГЗ (апертурный метод) Вычисляется значение целевой функции – апертурного КИП Градиентным методом находятся требуемы смещение и поворот КР, обеспечивающие максимум апертурного КИП Пересчет поправок к положению КР в собственную систему координат привода

Построение системы управления движением КР с помощью аппаратно-программного комплекса на основе электродинамического моделирования Внешнее воздействие (поворот антенны, термические деформации) Изменение формы поверхности ГЗ и взаимного положения зеркал Геодезические измерения в режиме сканирования поверхности / определения координат марок Анализ входных данных и расчет требуемых перемещений КР с целью максимизации КИП Выработка необходимых команд приводам КР Стабильное состояние

Сравнение КИП до и после рассчитанной юстировки положения КР: Выигрыш до 45%

Различные варианты системы мониторинга положения элементов ЗС Система мониторинга положения элементов зеркальной системы Green Bank Telescope Главное зеркало Green Bank Telescope Схема определения координат точек на поверхности главного зеркала пространственной трилатерацией Отражатели контроля формы вторичного зеркала

Различные варианты системы мониторинга положения элементов ЗС Измеряя каждые 20 сек. расстояния до отражателей, установленных над актуаторами щитов поверхности рефлектора система должна была генерировать управляющую команду для компенсации актуаторами негомологических деформаций каркаса. Обеспечить такое быстродействие для всех актуаторов не удалось. Поэтому поверхность разделили на сектора и уменьшили количество определяемых пунктов до 94 - с тем, чтобы контролировать остальные пункты в статическом режиме в паузы между наблюдениями. Система была установлена, но обеспечить требуемую точность и быстродействие не смогла. Сеть пространственной трилатерации позволяющая определить положение и ориентацию элементов ЗС относительно наземных баз Внешний вид прототипа лазерного светодальномера LRS c перенацеливающим зеркалом

Различные варианты системы мониторинга положения элементов ЗС Предполагаемая схема размещения штатной системы мониторинга положения элементов вторичной системы SRT

Факторы осложняющие работу систем мониторинга Различные засветки и блики

Факторы осложняющие работу систем мониторинга Система мониторинга формы и положения элементов ЗОС должна работать в реальных условиях АС, т.е. при различной освещенности, осадках, дымке, росе, при различных засветках и бликах

Видеосистема мониторинга положения контррефлектора Активная визирная цель на контррефлекторе во время ночных измерений Видеокамера Визирная цель

Интенсивная фоновая засветка визирной цели солнцем Визирная цель Видеосистема мониторинга положения контррефлектора

Система мониторинга положения контррефлектора на базе лазерного радара

Система мониторинга положения контррефлектора на базе лазерного трекера Лазерный трекер Leica может работать при любой ориентации ЗС. Скорость измерений 1-2 сек на точку.

Наземные лазерные сканирующие системы

Выбор точки установки сканера Сканирование всей поверхности рефлектора с одной точки стояния прибора невозможно

Сканирование отражающей поверхности рефлектора Для сканирования всей поверхности рефлектора и контррефлектора необходимо провести наблюдения сканирование с двух точек стояния Камеральная обработка таких измерений занимает значительное время

Точность отражающей поверхности отдельных щитов рефлектора в среднем составляет: СКО = 0.37 мм.

Сканирование только визирных целей Сканирование только визирных целей значительно увеличивает скорость измерений

Автоматическое распознавание контрастных визирных целей

Стереосъемка При съемке подвижных объектов используется радиосинхронизация При съемке подвижных объектов используется радиосинхронизация Съемка выполняется 2-мя или большим количеством фотокамер Съемка выполняется 2-мя или большим количеством фотокамер

Обработка результатов Зависимость координат точек объекта и их изображений на снимках стереопары Зависимость координат точек объекта и их изображений на снимках стереопары Определение координат точек объекта по координатам их изображений на фотоснимке Определение координат точек объекта по координатам их изображений на фотоснимке

Стереосъемка Мониторинг положения контррефлектора антенной системы Высота – 85 м., диаметр антенны – 64 м.

Стереосъемка Мониторинг положения контррефлектора антенной системы Контроль за взаимным положением контррефлектора и надзеркальной кабины

Стереосъемка Мониторинг положения и ориентации контррефлектора антенной системы Измерительные марки.

Стереосъемка Мониторинг положения и ориентации контррефлектора антенной системы Общий вид рефлектора ТНА1500

Стереосъемка Расположение фотокамер Наблюдающих за положением и ориентацией контррефлектора антенной системы Фотокамера 1 и лазерный треккер.

Стереосъемка Расположение фотокамер Наблюдающих за положением и ориентацией контррефлектора антенной системы Фотокамера 2

Стереосъемка Расположение фотокамер Наблюдающих за положением и ориентацией контррефлектора антенной системы Фотокамера 3

Стереосъемка Расположение фотокамер Наблюдающих за положением и ориентацией контррефлектора антенной системы Фотокамера 4 и лазерный сканер.

Фотограмметрия Основные достоинства и недостатки фотограмметри- ческих методов мониторинга ДОСТОИНСТВА 1.Возможность получать результаты измерений строго приведенные на одну временную эпоху. 2.Возможность одномоментно фиксировать и отслеживать неограниченное количество визирных целей. 3.Возможность выполнять мониторинг быстротекущих процессов. 4.Высокая точность при измерения по маркам: 0.02 pix при поле зрения объектива 20 o при поле зрения объектива 80 o при поле зрения объектива 80 o 5. Легко поддается автоматизации. 6. При использовании неметрических камер – недорого. НЕДОСТАТКИ 1. Ограничение по полю зрения. 2.Сложность высокоточной калибровки. 3.Невысокая мобильность.