一种大型雷达天线阵面精度测量方法及系统与流程

1.本发明涉及天线阵面精度测量技术领域，具体涉及一种大型雷达天线阵面精度测量方法及系统。


背景技术：

2.天线阵面平面度精度对天线的电性能指标有至关重要的影响，从大型天线阵面装配、调整的实际过程来数字摄影测量检测在整个装配、调整过程中起着不可缺少的关键作用。通过对天线阵面的实际测量及精度调整分析，可计算出重力变形曲线，得出此阵面的最佳型面精度及调整的俯仰角度，从而为设计师对发生的载荷变形进行仿真分析提供了可靠的数据，以及对完成设计、生产装配、安装与测量的全程控制。摄影测量可以满足各种姿态下的大型阵面的平面度测量，对环境要求小、精度高，因此，特别适用于大型、高精度天线结构系统的安装、调整时的在线检测，有效指导阵面精度调整及天线阵面的变形监测等，在数据处理上摄影测量全部由计算机来完成，脱离了传统的精密光学仪器存在的不确定因素，是今后该检测领域的发展方向。
3.现有技术中大型雷达天线阵面精度测量方法通常是人工现场测量，多采用离线测量的方法，不能做到平面度实时测量、误差实时修正。平面度误差的实时监测可以作为电信号相位补偿的输入，可以提高雷达精度，是雷达智能感知的关键一环。相位光电位置传感器和动态位移传感器结合或者加速度传感器可以进行天线阵面形变的实时测量，或者采用视觉测量手段，采用图像处理的方法，可以对各个姿态雷达的阵面平面度进行实时采集。发展类似的在线实时高精度测量手段将是未来大型相控阵雷达平面度测量的趋势。总结归纳现有技术具有如下缺点：一是天线阵面摄影测量方法研究较多，但基于无人机的天线阵面精度测量方法，如何快速生成测量任务规划，研究较少，没有形成专利或其他知识产权成果，无法得到广泛应用；二是由于没有相应的基于无人机的天线阵面精度测量方法，使得大型雷达天线阵面精度测量效率不高，无法直接使用无人机进行天线阵面精度测量，造成人员和时间的浪费。
4.针对现有技术中大型雷达天线阵面精度测量效率低和结果可视化显示效果差的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案，为此，提出一种大型雷达天线阵面精度测量方法及系统。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于：如何解决现有技术中大型雷达天线阵面精度测量效率低和结果可视化显示效果差的技术问题，提供了一种大型雷达天线阵面精度测量方法。
6.本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括以下步骤：
7.s1：在天线阵面实物上设置测量标记点，通过无人机摄影初始化测量，获取并匹配天线阵面实物与三维模型的关键特征点，得到天线阵面口径大小、测量标记点的坐标信息
等，并映射反映至三维模型，构建三维测量场景；
8.s2：根据天线阵面口径大小、设备参数、相邻测量标记点交叉点数、测量标记点数、精度要求信息，在三维测量场景中对测量任务进行规划仿真，对测量标记点进行迭代优化设置后，得到满足天线阵面测量任务需求的无人机航迹和航点数据；
9.s3：将满足天线阵面测量任务需求的无人机航迹和航点数据传送至无人机系统，无人机按照测量任务预设路径进行摄影测量，获得摄影测量图像；
10.s4：传送摄影测量图像并进行质量符合性判定，对判定不满足要求的摄影测量图像进行操作并重新拍摄测量；
11.s5：存储摄影测量图像并进行图像处理，得到天线阵面测量标记点坐标值，通过数据拟合处理形成天线阵面精度值，对三维模型进行重构并显示天线阵面测量精度信息。
12.更进一步地，所述步骤s1包括以下步骤：
13.s11：对天线阵面实物设置测量标记点，测量标记点根据天线阵面实物的关键特征点进行设置，关键特征点为天线阵面口径轮廓、天线阵面平面度、装配距离精度等重要保证精度、天线阵面与其他机械部件接口位置的特征要素，通过无人机摄影初始化测量获得天线阵面口径大小、测量标记点的坐标信息；
14.s12：将获取阵面口径大小、测量标记点的坐标信息与三维模型匹配，与三维模型匹配为将显性的特征点进行移动、对齐、重合操作，使之与三维模型对应的特征点重合匹配，其他测量标记点坐标信息一并映射反映至三维模型。
15.更进一步地，在所述步骤s1中，三维测量场景为能够在计算机中可视化显示的无人机及搭载的摄影测量设备、天线阵面实物及其三维模型、测量标记点坐标的融合信息集合。
16.更进一步地，在所述步骤s2中，在所述三维测量场景中对测量任务进行规划仿真即通过设置口径大小值、测量标记点位置及数量、相邻测量标记点交叉点数、设备参数、以及测量精度要求的值，对测量标记点进行迭代优化设置后，得到满足天线阵面测量任务需求的天线阵面测量标记点坐标、测量标记点编号、测量次数、测量角度信息。
17.更进一步地，在所述步骤s2中，对得到的所述天线阵面测量标记点坐标、测量标记点编号、测量次数、测量角度信息，通过数据转化，形成无人机能够识别的航迹和航点数据；其中，数据转化包括数据提取、映射编码、格式规范统一操作，无人机航迹和航点数据包括了无人机的坐标、航点编号、测量角度、测量次数信息；所述无人机的坐标、航点编号、测量角度、测量次数信息与天线阵面的测量标记点坐标、测量标记点编号、测量次数、测量角度信息分别对应一致，所述天线阵面的测量标记点坐标与所述无人机的坐标为设置天线阵面、摄影测量系统、测量标记点、测量基准在内的全局坐标系，能够在三维测量场景中可视化显示。
18.更进一步地，所述步骤s3包括以下过程：对测量任务进行分段定义，将所述无人机航迹和航点数据与测量任务进行数据划分，在三维测量场景中实时显示测量任务的完成情况，然后将所述测量任务与所述无人机航迹和航点数据以及摄影测量获得的摄影测量图像进行信息套接关联，最后将满足天线阵面测量任务需求的无人机航迹和航点数据传送至无人机系统，无人机按照测量任务预设路径进行摄影测量，获得摄影测量图像。
19.更进一步地，在所述步骤s4中，对判定不满足要求的摄影测量图像进行反向搜索
查找，批量获取需要重新拍摄测量的任务，测量标记点位置以及对应的无人机航迹和航点数据，重新规划拍摄测量路径，形成重新拍摄测量方案；对判定不满足要求的所述摄影测量图像进行剔除，将重新拍摄测量图像进行替换补充。
20.更进一步地，在所述步骤s4中，质量符合性判定要素包括相邻测量标记点交叉点数、清晰度、亮度、色偏、相似度。
21.更进一步地，所述步骤s5包括以下步骤：
22.s51：在三维测量场景数据库中存储摄影测量图像，与测量任务、测量标记点位置以及无人机航迹和航点数据关联存储；
23.s52：对所述摄影测量图像进行图像处理，得到天线阵面测量标记点坐标值，通过数据拟合处理形成天线阵面精度值；
24.s53：根据所述天线阵面精度值对三维模型重构并显示天线阵面测量精度信息，三维模型重构即根据天线阵面测量标记点的坐标值，进行[x,y,z,rx,ry,rz]坐标六维值转化，将坐标值对三维模型上的阵面组成部件进行重新定位、装配、更新位姿；
[0025]
s54：在三维模型重构完成后，在三维模型上可视化交互显示测量标记点的详细坐标值，以及天线阵面测量精度整体平面度误差值。
[0026]
本发明还公开了一种大型雷达天线阵面精度测量系统采用上述的测量方法对大型雷达天线阵面精度进行测量，包括：
[0027]
场景构建单元，用于获取并匹配天线阵面实物与三维模型的关键特征点，得到天线阵面口径大小、测量标记点的坐标信息，并映射反映至三维模型，构建三维测量场景；
[0028]
任务规划单元，用于根据天线阵面口径大小、设备参数、相邻测量标记点交叉点数、测量标记点数、精度要求信息，在三维测量场景中对测量任务进行规划仿真，对测量标记点进行迭代优化设置后，得到满足天线阵面测量任务需求的无人机航迹和航点数据；
[0029]
测量实施单元，用于将满足天线阵面测量任务需求的无人机航迹和航点数据传送至无人机系统，无人机按照测量任务预设路径进行摄影测量，获得摄影测量图像；
[0030]
质量评估单元，用于传送摄影测量图像并进行质量符合性判定，对判定不满足要求的摄影测量图像进行操作并重新拍摄测量；
[0031]
处理显示单元，用于存储摄影测量图像并进行图像处理，得到天线阵面测量标记点坐标值，通过数据拟合处理形成天线阵面精度值，对三维模型进行重构并显示天线阵面测量精度信息。
[0032]
本发明相比现有技术具有以下优点：利用无人机搭载摄影测量系统对大型雷达天线阵面精度进行自动化测量和三维模型的结果可视化展示，所以雷达装配现场的工作人员能够更加直观和高效的进行大型雷达天线阵面装配精度的测量，解决了现有技术中雷达天线阵面精度测量效率低和结果可视化显示效果差的技术问题，进而取得了减少现场测量工作量和提高测量效率的技术效果，值得被推广使用。
附图说明
[0033]
图1是本发明实施例中大型雷达天线阵面精度测量方法的流程图；
[0034]
图2是本发明实施例中大型雷达天线阵面精度测量系统的结构示意图。
具体实施方式
[0035]
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0036]
对本发明实施例中所涉及的技术术语做如下解释：
[0037]
三维测量场景：是指在计算机中可视化显示的无人机及搭载的摄影测量设备、天线阵面实物及其三维模型、测量标记点坐标等融合信息集合。
[0038]
三维模型：是指从天线阵面设计模型继承而来，承载必要测量要素的可重构性模型集合。
[0039]
根据本发明实施例，提供了一种大型雷达天线阵面精度测量的方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
[0040]
图1是根据本发明实施例中大型雷达天线阵面精度测量方法的流程图，如图1所示，该方法包括步骤s1至步骤s5，其中：
[0041]
步骤s1：根据在天线阵面实物上设置的测量标记点，通过无人机摄影初始化测量，获取并匹配天线阵面实物与三维模型的关键特征点，得到天线阵面口径大小、测量标记点的坐标信息等，并映射反映至三维模型，构建三维测量场景。
[0042]
更具体地，对天线阵面实物设置测量标记点，测量标记点根据天线阵面实物的关键特征点进行设置，所述关键特征点为天线阵面口径轮廓，天线阵面平面度、装配距离精度等重要保证精度，天线阵面与其他机械部件接口等位置的特征要素，通过无人机摄影初始化测量获得天线阵面口径大小、测量标记点的坐标信息等；将获取天线阵面口径大小、测量标记点的坐标信息等与三维模型匹配，三维模型为天线阵面的设计模型，与三维模型匹配为将天线阵面轮廓、与其他机械部件接口等显性的特征点进行移动、对齐、重合等操作，使之与三维模型对应的特征点重合匹配，其他测量标记点坐标信息一并映射反映至三维模型；三维测量场景为能够在计算机中可视化显示的无人机及搭载的摄影测量设备、天线阵面实物及其三维模型、测量标记点坐标等融合信息集合。
[0043]
步骤s2：根据天线阵面口径大小、设备参数、相邻测量标记点交叉点数、测量标记点数、精度要求等信息，相邻测量标记点交叉数为相邻照片之间交叉重合点数，表示交叉区域大小；在三维测量场景中对测量任务进行规划仿真，对测量标记点进行迭代优化设置后，得到满足天线阵面测量任务需求的无人机航迹和航点数据。
[0044]
更具体地，在三维测量场景中对测量任务进行规划仿真为通过设置口径大小值、测量标记点位置及数量、相邻测量标记点交叉点数、设备参数以及测量精度要求等参数值，对测量标记点进行迭代优化设置后，得到满足天线阵面测量任务需求的天线阵面测量标记点坐标、测量标记点编号、测量次数、测量角度等信息；满足测量任务需求的评判指标包括测量精度要求、测量时间、测量覆盖率等要素，对不同的测量任务需求，规划仿真能够形成不同的测量任务规划以及测量标记点的设置方案；对得到的天线阵面测量标记点坐标、测量标记点编号、测量次数、测量角度等信息，通过数据转化，形成无人机能够识别的航迹和航点数据；数据转化包括数据提取、映射编码、格式规范统一等操作，形成无人机飞控系统
能够识别的航迹和航点数据；无人机航迹和航点数据包括无人机坐标、航点编号、测量角度、测量次数等；无人机坐标、航点编号、测量角度、测量次数等信息与上述得到的测量标记点坐标、测量标记点编号、测量次数、测量角度等信息分别对应一致；测量标记点坐标与所述无人机坐标为设置天线阵面、摄影测量系统、测量标记点、测量基准等在内的全局坐标系，能够在三维测量场景中可视化显示。
[0045]
步骤s3：将满足天线阵面测量任务需求的无人机航迹和航点数据传送至无人机系统，无人机按照测量任务预设路径进行摄影测量，获得摄影测量图像。
[0046]
更具体地，对测量任务进行分段定义，将所述无人机航迹和航点数据与任务进行数据划分，在三维测量场景中实时显示测量任务的完成情况，防止由于无人机续航问题造成测量任务中断，数据丢失，测量无法继续；将所述测量任务、所述无人机航迹、航点数据以及摄影测量获得的摄影测量图像进行信息套接关联，以“测量任务”作为第一级节点，将实现该测量任务的“无人机航迹”作为第二级节点，挂接于第一级节点“测量任务”，“航点数据”作为第三级节点，挂接于第二级节点“无人机航迹”，“摄影测量图像”作为第四级节点，挂接于第三级节点“航点数据”；将满足天线阵面测量任务需求的无人机航迹和航点数据传送至无人机系统，无人机按照测量任务预设路径进行摄影测量，获得摄影测量图像。
[0047]
步骤s4：传送摄影测量图像并进行质量符合性判定，对判定不满足要求的摄影测量图像进行操作并重新拍摄测量；质量符合性判定要素包括相邻测量标记点交叉点数、清晰度、亮度、色偏、相似度等。
[0048]
更具体地，对判定不满足要求的摄影测量图像进行反向搜索查找，批量获取需要重新拍摄测量的任务，测量标记点位置以及对应的无人机航迹和航点数据，重新规划拍摄测量路径，形成重新拍摄测量方案；对判定不满足要求的所述摄影测量图像进行剔除，将重新拍摄测量图像进行替换补充。
[0049]
步骤s5：存储摄影测量图像并进行图像处理，得到天线阵面测量标记点坐标值，通过数据拟合处理形成天线阵面精度值，对三维模型进行重构并显示天线阵面测量精度信息。
[0050]
更具体地，在三维测量场景数据库中存储摄影测量图像，与测量任务、测量标记点位置，以及无人机航迹和航点数据关联存储；对摄影测量图像进行影像匀色匀光、畸变校正处理、层次性平差计算等图像处理，得到天线阵面测量标记点坐标值，通过数据拟合处理形成天线阵面精度值；根据天线阵面精度值对三维模型重构并显示天线阵面测量精度信息，三维模型重构为根据天线阵面测量标记点的坐标值，进行[x,y,z,rx,ry,rz]坐标六维值转化，其中，将各个测量标记点拟合成多个细节平面组，再将多个细节平面组整合形成整体面，将多个细节平面组中心点坐标归集形成整体面中心点的坐标值[x,y,z,rx,ry,rz]；(x,y,z)表示在oxyz坐标系下测量标记点的坐标值，而(rx,ry,rz)表示测量标记点围绕x、y以及z轴旋转的角度，即欧拉角(eular)。根据测量标记点的坐标值对三维模型上的阵面组成部件进行重新定位、装配、更新位姿；显示的天线阵面测量精度信息包括在三维模型重构完成后，在三维模型上可视化交互显示测量标记点的详细坐标值，以及天线阵面测量精度整体平面度等误差值。
[0051]
在本发明实施例中，通过获取并匹配天线阵面实物与三维模型的关键特征点，得到天线阵面口径大小、测量标记点的坐标信息等，并映射反映至三维模型，构建三维测量场
景；根据天线阵面口径大小、设备参数、相邻测量标记点交叉点数、测量标记点数、精度要求等信息，在三维测量场景中对测量任务进行规划仿真，对测量标记点进行迭代优化设置后，得到满足天线阵面测量任务需求的无人机航迹和航点数据；将满足天线阵面测量任务需求的无人机航迹和航点数据传送至无人机系统，无人机按照测量任务预设路径进行摄影测量，获得摄影测量图像；传送摄影测量图像并进行质量符合性判定，对判定不满足要求的摄影测量图像进行操作并重新拍摄测量；所述质量符合性判定要素包括相邻测量标记点交叉点数、清晰度、亮度、色偏、相似度等；存储摄影测量图像并进行图像处理，得到天线阵面测量标记点坐标值，通过数据拟合处理形成天线阵面精度值，对三维模型进行重构并显示天线阵面测量精度信息，达到大型雷达天线阵面精度测量和结果可视化的目的，由于是以无人机搭载摄影测量系统对大型雷达天线阵面精度进行自动化测量和三维模型的结果可视化展示，所以雷达装配现场的工作人员能够更加直观和高效的进行大型雷达天线阵面装配精度的测量，解决了现有技术中雷达天线阵面精度测量效率低和结果可视化显示效果差的技术问题，进而实现了减少现场测量工作量和提高测量效率的技术效果。
[0052]
图2是根据本发明实施例的大型雷达天线阵面精度测量系统的结构示意图。该大型雷达天线阵面精度测量系统包括：场景构建单元1、任务规划单元2、测量实施单元3、质量评估单元4和处理显示单元5，其中：
[0053]
场景构建单元1，用于获取并匹配天线阵面实物与三维模型的关键特征点，得到天线阵面口径大小、测量标记点的坐标信息等，并映射反映至三维模型，构建三维测量场景。在本实施例中，场景构建单元1包括标记设置模块、初始测量模块和特征匹配模块。
[0054]
标记设置模块用于对天线阵面实物设置测量标记点，测量标记点根据天线阵面实物的关键特征点进行设置，关键特征点为天线阵面口径轮廓，天线阵面平面度、装配距离精度等重要保证精度，天线阵面与其他机械部件接口等位置的特征要素。
[0055]
初始测量模块用于测量获得天线阵面口径大小、测量标记点的坐标信息等，形成三维测量场景，具体为能够在计算机中可视化显示的无人机及搭载的摄影测量设备、天线阵面实物及其三维模型、测量标记点坐标等融合信息集合。
[0056]
特征匹配模块用于将获取天线阵面口径大小、测量标记点的坐标信息等与三维模型匹配，具体将天线阵面轮廓、与其他机械部件接口等显性的特征点进行移动、对齐、重合等操作，使之与三维模型对应的特征点重合匹配，其他测量标记点坐标信息一并映射反映至三维模型。
[0057]
任务规划单元2，用于根据天线阵面口径大小、设备参数、相邻测量标记点交叉点数、测量标记点数、精度要求等信息，在三维测量场景中对测量任务进行规划仿真，对测量标记点进行迭代优化设置后，得到满足天线阵面测量任务需求的无人机航迹和航点数据。在本实施例中，任务规划单元2包括方案生成模块和数据转化模块。
[0058]
方案生成模块用于在三维测量场景中对测量任务进行规划仿真为通过设置口径大小值、测量标记点位置及数量、相邻测量标记点交叉点数、设备参数、以及测量精度要求等参数值，对测量标记点进行迭代优化设置后，得到满足天线阵面测量任务需求的天线阵面测量标记点坐标、测量标记点编号、测量次数、测量角度等信息；满足测量任务需求的评判指标包括测量精度要求、测量时间、测量覆盖率等要素，对不同的测量任务需求，规划仿真能够形成不同的测量任务规划以及测量标记点的设置方案；
[0059]
数据转化模块用于对得到的天线阵面测量标记点坐标、测量标记点编号、测量次数、测量角度等信息，通过数据提取、映射编码、格式规范统一等操作，形成无人机飞控系统能够识别的航迹和航点数据；无人机航迹和航点数据包括了无人机坐标、航点编号、测量角度、测量次数等；无人机坐标、航点编号、测量角度、测量次数等信息与所述测量标记点坐标、测量标记点编号、测量次数、测量角度等信息分别对应一致；测量标记点坐标与所述无人机坐标为设置天线阵面、摄影测量系统、测量标记点、测量基准等在内的全局坐标系，能够在三维测量场景中可视化显示。
[0060]
测量实施单元3，用于将满足天线阵面测量任务需求的无人机航迹和航点数据传送至无人机系统，无人机按照测量任务预设路径进行摄影测量，获得摄影测量图像。在本实施例中，测量实施单元3包括划分模块、关联模块和执行模块。
[0061]
划分模块用于对测量任务进行分段定义，将所述无人机航迹和航点数据与任务进行数据划分，在三维测量场景中实时显示测量任务的完成情况，防止由于无人机续航问题造成测量任务中断，数据丢失，测量无法继续。
[0062]
关联模块用于将所述测量任务与所述无人机航迹和航点数据，以及摄影测量获得的摄影测量图像进行信息套接关联。
[0063]
执行模块用于将满足天线阵面测量任务需求的无人机航迹和航点数据传送至无人机系统，无人机按照测量任务预设路径进行摄影测量，获得摄影测量图像。
[0064]
质量评估单元4，用于传送摄影测量图像并进行质量符合性判定，对判定不满足要求的摄影测量图像进行操作并重新拍摄测量；所述质量符合性判定要素包括相邻测量标记点交叉点数、清晰度、亮度、色偏、相似度等。对判定不满足要求的摄影测量图像进行反向搜索查找，批量获取需要重新拍摄测量的任务，测量标记点位置，以及对应的无人机航迹和航点数据，重新规划拍摄测量路径，形成重新拍摄测量方案；对判定不满足要求的所述摄影测量图像进行剔除，将重新拍摄测量图像进行替换补充。
[0065]
处理显示单元5，用于存储摄影测量图像并进行图像处理，得到天线阵面测量标记点坐标值，通过数据拟合处理形成天线阵面精度值，对三维模型进行重构并显示天线阵面测量精度信息。在本实施例中，处理显示单元5包括处理模块、重构模块和显示模块。
[0066]
处理模块用于存储摄影测量图像，与测量任务、测量标记点位置，以及无人机航迹和航点数据关联存储；对摄影测量图像进行图像处理，得到天线阵面测量标记点坐标值，通过数据拟合处理形成天线阵面精度值；根据天线阵面精度值对三维模型重构并显示天线阵面测量精度信息。
[0067]
重构模块用于根据天线阵面测量标记点的坐标值，进行[x,y,z,rx,ry,rz]坐标六维值转化，将坐标值对三维模型上的阵面组成部件进行重新定位、装配、更新位姿。
[0068]
显示模块用于在三维模型重构完成后，在三维模型上可视化交互显示测量标记点的详细坐标值，以及天线阵面测量精度整体平面度等误差值。
[0069]
在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0070]
综上所述，上述实施例的大型雷达天线阵面精度测量方法，利用无人机搭载摄影测量系统对大型雷达天线阵面精度进行自动化测量和三维模型的结果可视化展示，所以雷
达装配现场的工作人员能够更加直观和高效的进行大型雷达天线阵面装配精度的测量，解决了现有技术中雷达天线阵面精度测量效率低和结果可视化显示效果差的技术问题，进而取得了减少现场测量工作量和提高测量效率的技术效果，值得被推广使用。
[0071]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。