Arecibo阿雷西博主反射面檢測




阿雷西博的主反射面是一個球面，其直徑為305米，深度為49英尺，整個反射面覆蓋72843平方米，近似于26個美式足球場。

傳統的方法是通過經緯儀測量來完成反射面的安裝校準，但當前的誤差要求已無法通過這種方法實現，因此引入了工業攝影測量。

天線反射面板的測量及校準通常使用近景攝影測量，阿雷西博望遠鏡的尺寸及其特殊設計使得這次測量成為攝影測量應用的一個突出案例。

在接下來的論文中，描述了到目前為止的測量、分析及結果，以及未來工作的一個規劃。

◆表面變形:

根據**操作特性，整體表面偏差RMS值應該小于1/20波長，在10GHz的條件下RMS值不能大于3mm。理論上來說，面板本身有1mm的偏差，二級、三級反射面板偏差小一些。因此，主反射面板的安裝偏差理想狀態下的RMS值應該小于2mm。攝影測量無疑是能達到這種測量精度的最合適測量方法。

◆測量系統：

選用的相機是由位于美國弗羅里達州的GSI公司制造的高性能測量型數碼相機V-STARS/N.

◆網絡構建 :

在工業攝影測量中一個典型的問題是，合適的測量網絡構建受限于主反射面板周邊有限的可用測量站。通過模擬仿真可以發現，如果從塔的頂部進行拍攝，其精度結果將不會優于0.5mm。這相當于平均精度約1/610,000.由于整個表面無法在單張照片里看到，因此在塔T4和T8一共布設六個測量站。三個低空測量站分布在靠近地面的左、中、右，三個高空測量站分布于離地面較遠的左、中、右位置。每站獲取兩站照片，一張正常照片，另一張將相機旋轉90度以進行自校準，從T4和T8一共獲得12張照片。T12上部分視線會被從地面到懸空平臺的棧道遮擋。因此，重復T4和T8的圖像構圖，在跳板的每一邊進行拍攝，為T12拍攝24張照片，整個網絡可得到48張照片。

◆目標點及圖片獲取:

在塔吊上進行圖片獲取是一項具有難度的工作，拍攝人員僅可以通過塔邊的梯子爬上塔吊。相機、閃光燈、三腳架以及雜項設備則通過絞車或者纜線輪滑進行傳送。

◆圖片解算和縮小偏差：

由于涉及到大量的測量點，加上時間和人員限制，解算和優化過程更多的不僅僅是解算所有圖片，進行平差。反射面上的40000個點通過象限劃分，每個象限再劃分為四個版塊，每個板塊有大約2400個點。

單次測量通過所有48張照片獲取一個板塊的2400個點，在每一個板塊都測量完成后，通過回接節點光束平差法進行外部定向和相機自校準，并將點進行三角化平差，將最新的三角化點與回接節點定義的理論球面進行測量。每一個面板與理論表面的偏差將作為地面調整的根據。通過這種方法，當**板塊完成后地面工作人員便可進行面板調整，而剩下的板塊可繼續進行測量和調整偏差。由于地面工作人員調整一個板塊近乎需要兩個周的時間，因此對于測量人員來說工作可以很輕松地領先。如果按照約一秒兩個點的測量速度，一個板塊測量一張照片需要20分鐘，那么測量所有的48張照片則需要16個小時，所有照片中所有點的測量則需要約256個小時。右圖為點云數據結果。

◆測量結果 ：

回接點光束平差

最終，48張照片中的47張被使用，1928個點進行調整，三角閉合差的RMS值為1.04微米。三角坐標標準差的RMS值為X,0.010,Y,0.011和Z,0.012英寸。相當于平均比例精度為X,1/1250000;Y,1/1111111;Z,1/1000000.

密斑三角化測量

截至寫論文期間，已經測量8個板塊并進行三角化，包括所有東北和東南象限(定義為Quad1和Quad2)。回接節點平差三角化點與**擬合平面的偏差，以及單個板塊數據如表所示。主要的板塊數據顯示，表面偏差RMS值在5mm到6mm之間。很顯然，板塊最東部的偏差值**，這也許可以歸因于反射面板東南象限受土壤運動影響嚴重。