基于激光跟踪仪的大型天线面形测量辅助系统设计

摘要

随着射电天文观测技术的发展，天线的结构趋向复杂化，口径也越来越大，在进行天线设计、制造和安装时，对天线表面精度有越来越高的要求。激光跟踪仪测量系统由于其测量范围大、测量精度高和携带方便等优点，近年来被广泛应用于天线面形的测量中。激光跟踪测量系统在天线面形测量中主要测量方式是静态测量，在进行动态测量时激光束入射目标反射镜时入射角必须保持在一个较小的范围内，否则将导致测量无法进行，这严重制约了激光跟踪仪在大型天线面形中快速、动态、连续测量。
　　 为了克服上述问题，本文设计了一个激光跟踪仪测量辅助系统，携带目标反射镜在被测天线的测量面运动，且通过实现跟踪头和目标反射镜的自动对准保证目标反射镜时入射角在要求范围内，使得测量过程更加高效和连续。本文所实现的测量辅助系统由智能小车节点、跟踪头节点、主控节点和上位机四部分组成。智能小车节点的结构包括由电机驱动的小车、安装在小车上的旋转平台和升降平台三个部分，是测量辅助系统的运动节点;跟踪头节点附着在激光跟踪仪的跟踪头上;主控节点与上位机连接，控制整个系统的运行。本系统采用Zigbee无线网络进行通信，并通过三维电子罗盘角度测量系统实时检测跟踪头和测量目标反射镜的相对角度差，实现跟踪头和反射镜的自动对准。
　　 本文从所研究的测量辅助系统的设计特点和功能需求出发，在整体方案设计、机械结构设计、通信系统设计、电气硬件设计和控制软件设计五个方面对系统的设计进行详细的讨论，最后对系统进行设计和实验，所实现的系统基本实现了设计要求，能辅助激光跟踪仪在天线面形测量中实现动态、连续、高精度的测量。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 大型曲面的常用测量方法

1．3 国内外研究现状

1．4 本文的研究内容及行文安排

第2章 系统总述

2．1 激光跟踪仪测量系统原理

2．1．1 激光跟踪仪工作原理

2．1．2 激光跟踪仪干涉式距离测量

2．2 激光跟踪仪测量辅助系统整体设计

2．2．1 测量辅助系统设计目标

2．2．2 测量辅助系统方案设计

2．3 测量辅助系统机械结构设计

2．3．1 运动模块设计

2．3．2 跟随模块设计

2．4 本章小结

第3章 通信系统设计

3．1 系统分析

3．1．1 通信系统设计目标与需求

3．1．2 系统通信结构

3．2 上位机与主控节点的通信

3．3 控制节点之间的通信

3．3．1 控制节点通信网络概述

3．3．2 Zigbee无线通信技术原理

3．3．3 控制节点网通信流程

3．4 控制节点与三维电子罗盘的通信

3．4．1 角度测量系统通信概述

3．4．2 控制节点与三维电子罗盘通信协议

3．4．3 角度测量系统通信流程

3．5 本章小结

第4章 电气硬件设计

4．1 电气硬件概述

4．1．1 电气硬件部分设计功能需求分析

4．1．2 系统硬件开发软件

4．1．3 系统硬件方案设计

4．2 基本系统电路设计

4．2．1 MC13213主控芯片特性

4．2．2 电源电路模块设计

4．2．3 时钟电路设计

4．2．4 外部复位电路设计

4．3 通信接口模块设计

4．3．1 通信接口模块概述

4．3．2 串口通信驱动电路设计

4．3．3 BDM在线调试接口电路设计

4．4 控制模块设计

4．4．1 控制模块概述

4．4．2 LED状态监控电路设计

4．4．3 直流电机驱动电路设计

4．5 本章小结

第5章 控制软件设计

5．1 控制软件概述

5．2 Zigbee组网与通信

5．2．1 SMAC协议栈

5．2．2 基于SMAC协议栈的Zigbee网络组建

5．2．3 终端节点通信

5．3 终端节点的控制与配合

5．3．1 电子罗盘控制

5．3．2 小车节点运动控制

5．3．3 跟踪头跟随的实现

5．4 上位机控制软件设计

5．4．1 基于Windows操作系统的串口通信开发

5．4．2 上位机控制软件的实现

5．5 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 系统实验平台搭建与总结

6．2 本文的主要工作及创新点

6．3 系统的进一步改进与研究

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果