一種用于微波引導設備方位角度檢驗的測量方法與流程

本發明屬于測量方法技術領域，涉及微波引導設備的陸基檢驗，特別是涉及一種微波引導設備陸基檢驗時測量角度的方法。

背景技術：

微波引導設備是一種飛機下滑著陸/艦引導設備，參考國際民航組織(ICAO)發布的微波著陸系統(Microwave Landing System，MLS)的技術體制，使方位天線和仰角天線在工作中向空中發射穩定的空間掃描波束。機載設備接收到的方位、仰角掃描波束，解算出飛機相對于掃描天線的相對角度信息，結合測距系統的距離信息以及設備掃描天線與著陸/艦點的位置關系，通過機載設備的座標變換功能，便可獲得飛機相對于跑道著陸/艦點的方位、仰角和距離數據作為引導信息，飛行員或飛機自動駕駛儀根據這些引導信息操控飛機著陸/艦。

微波引導設備只有在性能指標地面測試滿足檢驗要求后，才能提交導航校驗飛行器進行飛行檢驗，進而投入使用，引導飛機安全著陸/艦。微波引導設備的陸基檢驗測試系統用于檢測微波引導設備的角度和距離的性能指標，其中，測角測試天線用于接收微波設備發射的空間掃描波束，地面專用測角設備將測角測試天線接收到的空間掃描波束進行解算，獲得測試時測角測試天線所在位置相對與微波設備天線的方位角(水平角)和仰角(俯仰角)。地面專用測角設備解算的角度精度為±0.003°。

目前對微波引導設備進行測試時，多數是提前計算出固定方位角度的位置(0°，±1°，±2°，±3°，±4°，±5°)，并在地面上做出標記。測量時將測角測試天線用三腳架支起，使測角測試天線向地面的垂直投影和標記重合，認為此時測角測試天線的方位角即為預設定的角度。但是這種方法存在以下問題：1)角度位置的選取一般為先確定確定天線陣面的中心線，然后根據地形選取其上一點為0°點，再通過此點獲得一條天線陣面在地面上投影的平行線，其余點均通過計算出與0°點的距離，然后通過皮尺在平行線上測量得到。在這個過程中，天線陣面中心線和平行線的獲得受人員操作影響太大，最后不一定能獲得一條與天線陣面完全平行的直線。2)為了使測角測試天線的投影與地面標記重合，需要不斷移動三角架進行調整，最后是否垂直取決于操作人員的主觀感覺。這個過程受人員操作影響也很大，并且不能保證兩者完全重合。

可以看出，上述辦法受操作影響因素會帶入太多的誤差。同時，先期工作太多，一旦微波引導設備天線架設位置發生變動，許多工作需要重新再做一遍。這些問題的存在都非常不利于快速精準測量的展開。

技術實現要素：

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種用于微波引導設備陸基檢驗的方位角度測量計算方法，不需要太多的預備工作，就能向陸基檢驗測試系統提供精準的微波引導設備的方位角度數據，可以更精準、便捷的檢驗微波引導設備的性能指標。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案包括以下步驟：

(1)在微波引導設備的覆蓋范圍內任意選取一點，放置地面專用測角設備和測角測試天線；再選取任意一個能夠目視到微波引導設備的方位天線和測角測試天線的位置架設經緯儀；使用經緯儀獲得方位天線中心位置(L₁,θ₁₁,θ₁₂)、方位天線平面上的任意輔助點位置(L₂,θ₂₁,θ₂₂)和測角測試天線中心位置(L₃,θ₃₁,θ₃₂)；其中L₁是方位天線中心到經緯儀的斜距，θ₁₁是方位天線中心點到經緯儀的俯仰角度，θ₁₂是方位天線中心點到經緯儀的水平角度，L₂是輔助點到經緯儀的斜距，θ₂₁是輔助點到經緯儀的俯仰角度，θ₂₂是輔助點到經緯儀的水平角度，L₃是測角測試天線中心到經緯儀的斜距，θ₃₁是測角測試天線中心到經緯儀的俯仰角度，θ₃₂是測角測試天線中心到經緯儀的水平角度；

(2)通過方位天線中心位置(L₁,θ₁₁,θ₁₂)、方位天線平面上的任意輔助點位置(L₂,θ₂₁,θ₂₂)和測角測試天線中心位置(L₃,θ₃₁,θ₃₂)計算獲得中間變量l₁、l₂、l₃、l₄、l₅、l₆：

l₁＝L₁×COSθ₁₁

l₂＝L₂×COSθ₂₁

l₃＝L₃×COSθ₃₁

l₄＝(l₁²+l₃²－2×l₁l₃COS(θ₃₂－θ₁₂))^1/2(θ₃₂>θ₁₂)

l₅＝(l₁²+l₂²－2×l₁l₂COS(θ₂₂－θ₁₂))^1/2(θ₂₂>θ₁₂)

l₆＝(l₃²+l₂²－2×l₃l₂COS(θ₃₂－θ₂₂))^1/2(θ₃₂>θ₂₂)

解算出測角測試天線相對于方位天線中心的水平角度θ_方位＝90°－arcos((l₅²+l₄²－l₆²)/(2×l₄l₅))；

(3)將計算出的θ_方位與地面專用測角接收設備提供的方位角數據對比求差，得到△θ_方位來判斷微波引導設備的精度，從而判斷微波引導設備的指標是否達標。

本發明的有益效果是：在測量中加入輔助點使測量方法變得簡單快捷，不需要做前期尋找平行線及測試點位置的工作，也不需要不斷調整測角測試天線的位置，減少了大量人員操作的誤差。本發明可以任意放置測角測試天線，避免了地形對平行線位置選擇的限制，即使微波設備天線架設的位置發生變化，依然可以快速展開測試。

經緯儀測量的數據，距離精度可達到0.001m，角度精度可以達到0.001°。這個精度遠高于微波引導設備±0.05°的角精度指標，同時也高于測角接收設備0.003°的精度，在后續計算中不會引入其他誤差，可以向陸基檢驗測試設備提供更精準的角度數據作為基準。

綜上所述，本發明較少的受到地形限制，無需大量前期準備，并能現場采集、現場解算，獲取高精度的角度基準數據，發現問題可及時處理，能夠有效提高設備檢驗效率，縮短測試時間。

附圖說明

圖1是陸基檢驗測試系統示意圖；

圖2是方位角測量示意圖；

圖3是方位角解算示意圖；

圖中，1-微波設備天線；2-測角測試天線；3-地面專用測角接收機；4-天線中心線；5-經緯儀；6-方位天線中心點；7-輔助點。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明，本發明包括但不僅限于下述實施例。

本發明包括以下步驟：

(1)在微波引導設備的覆蓋范圍內(±40°)任意選取位置放置地面專用測角設備和測角測試天線(兩者集中架設)。再選取任意一可目視到微波引導設備天線和測角測試天線的位置架設經緯儀。使用經緯儀獲得以下位置：方位天線中心(L₁,θ₁₁,θ₁₂)，方位天線平面上的任意輔助點(L₂,θ₂₁,θ₂₂)，測角測試天線中心(L₃,θ₃₁,θ₃₂)。

其中L₁是方位天線中心點到經緯儀的斜距。θ₁₁是方位天線中心點到經緯儀的俯仰角度，θ₁₂是方位天線中心點到經緯儀的水平角度。L₂是方位天線罩平面上輔助點到經緯儀的斜距。θ₂₁方位天線罩平面上輔助點到經緯儀的俯仰角度，θ₂₂是方位天線罩平面上輔助點到經緯儀的水平角度。L₃是測角測試天線中心點到經緯儀的斜距。θ₃₁是測角測試天線中心點到經緯儀的俯仰角度，θ₃₂是測角測試天線中心點到經緯儀的水平角度。

方位天線平面上的輔助點可以定在天線上不是天線中心的任一位置，但是離天線中心距離越遠，計算時引入的誤差就越小。所有天線中心均指天線平面的幾何中心。

(2)解算測角測試天線相對于方位天線中心的水平角度θ_方位(方位角)。

使用方位天線中心(L₁,θ₁₁,θ₁₂)、方位天線平面上的輔助點(L₂,θ₂₁,θ₂₂)、測角測試天線中心(L₃,θ₃₁,θ₃₂)的數據解算得到θ_方位。將L₁、L₂、L₃分解到同一水平面上，通過計算獲得中間變量l₁、l₂、l₃、l₄、l₅、l₆，然后計算出θ_方位。示意圖見圖3。計算公式及過程如下：

l₁＝L₁×COSθ₁₁

l₂＝L₂×COSθ₂₁

l₃＝L₃×COSθ₃₁

l₄＝(l₁²+l₃²－2×l₁l₃COS(θ₃₂－θ₁₂))^1/2(θ₃₂>θ₁₂)

l₅＝(l₁²+l₂²－2×l₁l₂COS(θ₂₂－θ₁₂))^1/2(θ₂₂>θ₁₂)

l₆＝(l₃²+l₂²－2×l₃l₂COS(θ₃₂－θ₂₂))^1/2(θ₃₂>θ₂₂)

θ_方位＝90°－arcos((l₅²+l₄²－l₆²)/(2×l₄l₅))

(3)將計算出的θ_方位與地面專用測角接收設備接收解算到的方位角數據對比求差。得到△θ_方位來判斷微波引導設備的精度，從而判斷微波引導設備的指標是否達標。

實施例中，經緯儀型號為索佳SET EX101。測角測試天線、地面專用測角接收設備在距離微波設備天線前方300m左右的距離，-3°的左右位置集中架設。經緯儀在天線中心線偏右60°左右，距離200m左右的位置集設。

將經緯儀的位置設置為測量數據的基準(0m，0°，0°)，將大概垂直于天線平面的方向設置為0°。測量得到方位天線中心(194.391m，0.140°，28.189°)，方位天線平面上的輔助點(194.554m，0.123°，28.454°)，測角測試天線中心(155.543m，0.533°，178.937°)。使用步驟(2)得到θ方位＝-2.819°。將這個數據傳與地面專用測角接收設備解算出的角度對比求差，獲得△θ方位，從而得到微波設備的精度。

以上所述者，僅為本發明的一個實施例而已，并非用于限制本發明的范圍。本發明還可有其他多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員應當能夠根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發明的權利要求的保護范圍。