Medições da superfície da Antena de 13,7 do ROI Usando Fotogrametria

Resumo

O Radiotelescópio instalado no Radio Observatório do Itapetinga, Atibaia, São Paulo, consiste de uma antena parabólica de 13,76 m de diâmetro, com montagem horizontal, sendo utilizada apenas para observações astronômicas. Ela foi projetada para operar na banda de 18 a 100 GHz, tendo melhor desempenho na banda de 20 a 50 GHz. Essa antena começou a operar no Brasil em 1974. O refletor parabólico é constituído de 72 painéis ou gomos que foram montados e alinhados pela ESSCO, usando teodolitos e alvos fixos na superfície dos painéis. Após 30 anos, foi feito um novo estudo das deformações da superfície parabólica da antena usando técnica de fotogrametria, tendo como objetivo principal identificar os desvios quadráticos médios dos painéis de uma parábola ideal. Também foram avaliados as deformações gravitacionais da superfície e dos suportes da subrefletor para diferentes valores de elevação, tendo concluído que o desvio quadrático médio dos painéis é inferior a 0.5 mm.

Antena de 13,7 m do Radio Observatório do Itapetinga:

• Construída pela ESSCO no início da década de 70.
• Instalada no Bairro do Itapetinga, Atibaia em 1974.
• Projetada para operar em frequências tão altas quanto 100 GHz e otimizada para operar entre 22 e 60 GHz.
• Precisão de superfície dos painéis

2 – FOTOGRAMETRIA

O QUE É FOTOGRAMETRIA ?

• É uma técnica de medição em 3 dimensões que usa a fotografia com ferramenta principal de medição.
• O fundamento principal dessa técnica é a triangulação com fotografias tomadas de ao menos duas posições diferentes.
• Com essa técnica, a metrologia produz informações em 3 dimensões a partir de fotografias em duas dimensões.

2.1 - EQUIPAMENTOS UTILIZADOS

• Uma câmara Nikon, modelo de D2x de 12 mega pixel cmos V-STARS/E4X
• Software V-STARSversão 4.5 desenvolvido pela GSI
• Computador notebook HP Compac nw8000 com 1024 MB RAM
• Alvos codificados e simples para serem colocados na superfície do objeto a ser medido.
• Uma barra de escala de alumínio de tamanho aproximadamente(1m) com distâncias calibradas, com um fator dilatação de 0,024mm/m/grau.

Situação ideal: todos os alvos serem fotografados por todas as posições da câmara, como mostra a figura acima
Escolha do tamanho dos alvos a serem colocados na superfície da antena para ter uma visibilidade ótima em função da distância da câmara aos alvos.

Figura acima: tipos de alvos utilizados em medições

ALVOS UTILIZADOS:

1 – Alvo codificado, especial, que os software V-STARS reconhece e decodifica automaticamente.

2 – Alvo simples de 1.5 cm.

Exemplo de alvo não iluminado e não iluminado

Auto-barra: faz parte do sistema V-STAR, contendo 5 alvos em forma de cruz. As coordenadas desses alvos são utilizadas para determinar a orientação da câmera. O sistema de coordenados da autor-barra passa a ser o sistema inicial de coordenadas, podendo ser convertido para qualquer outro posteriormente.

3 – DISTRIBUIÇÃO DE ALVOS NA SUPERFÍCIE DA ANTENA.

Medições da superfície da antena a 88 graus e 15 graus de elevação. Na fotogrametria, os alvos aparecem como pontos brilhantes, quando iluminados pelo flash.
Uma das grandes dificuldade encontradas para realizar as medições nessa antena se deve à existência de uma redoma que restringe o espaço físico de trabalho.

4 – DISTRIBUIÇÃO DE ALVOS E POSIÇÕES DA CÂMERA PARA PARA CADA IMAGEM FOTOGRAFADA.

(Medidas com a antena a 88 graus de elevação)

5 – RESULTADO DAS ANALISES

Deformações da superfície da antena em 30 graus de elevação, em relação a posição de 90 graus. Os traços são vetores de deslocamento e a cores indicam a magnitude da variação, como indicado na barra ao lado direito de cada figura.

Distribuição dos desvios quadráticos médios das medidas dos alvos em relação a um hiperboloide ideal, ajustado aos dados pelo método dos mínimos quadrados.	Algumas dimensões extraídas dos dados. Apenas a distância entre o centro do paraboloide e a superfície do sub-refletor é precisa. Há uma diferença de aproximadamente 0.37 mm entre o valor projetado (469,5 mm) e o medido (469,88 mm). O centro do hiperboloide esta deslocado de 5 mm em relação ao centro do paraboloide.

CONCLUSÕES

1 – A técnica de fotogrametria utilizada pode fazer essas medidas, em condições mais apropriadas, com precisão de até 0.05mm.
Nesse caso não foi possível, devido á dificuldade de fotografar a superfície da redoma em condições mais apropriadas, principalmente em elevações menores que 75 graus.
2 – Medidas dos desvios das posições da superfície em relação a um paraboloide ideal mostram rms inferiores a 0.4 mm, que em comprimento de ondas é inferior a 0.03l em 22 GHz e 0.09l em 66 GHz. Esses valores são similares àqueles medidos quando da montagem da antena.
3 – Ajustes dos painéis, utilizando LASERTRACK pode melhor o RMS médio da superfície.

Agradecemos ao Rubens Yasushi Hadano e a todo o pessoal do Radio Observatório do Itapetinga pelo apoio dado durante a execução desse trabalho. Agradecimentos especiais a todo o pessoal da TECNIMAX pelo envolvimento, sob a forma de uma parceria, para elaboração desse trabalho.