电子经纬仪测量系统中立方镜坐标系建立技术探讨

在航天器总装过程中,通常利用立方镜来转移航天器分系统的位置关系基准,通过对基准立方镜之间位置关系的测量与调整,实现航天器的空间位置关系观测与调整。电子经纬仪测量系统在进行立方镜测量时,经常需要建立立方镜坐标系,本文介绍了电子经纬仪测量系统中构建立方镜法线的两种方法,对其优缺点进行了比较,并在此基础上,阐述了立方镜坐标系的构建方法。     

iGPS系统与经纬仪测量系统联合测量方法研究

iGPS测量系统凭借建站方便快捷、测量速度快等优势,已经在国内外航空航天制造等大型工业设备安装和检测领域有广泛的应用,而航天器测量任务中大量的立方镜准直测量工作则只能由经纬仪测量系统完成。由于经纬仪测量系统点坐标测量效率偏低,需要将iGPS系统测量点通过经纬仪系统转换到立方镜坐标系下,实现两种坐标测量系统的联合测量。基于上述需求,研究了两种系统的坐标系转换方法,提出了利用标定板实现转换的方法,分析了原理与转换过程,并通过实验验证了可靠性和精度。     

复杂航天器的太阳光压建模方法

针对几何形状比较复杂的航天器光压建模时存在的不同光照特性的材料相互遮挡重叠、传统的简化或经验公式难以满足精度要求的困难,基于精确三维几何模型,利用虚拟视觉原理得到航天器垂直于太阳矢量截面形状,并结合截面各类材料光压系数等特性计算总的等效光压面积和系数。针对该方法计算量较大问题,提出一种根据设定姿态模式事先计算结合实时插值的快速简化算法。考虑到材料特性在空间环境中可能发生的变化,可将其调整为半经验公式,通过观测数据对材料光压系数进行最优估计并应用。仿真实例表明,提出的分析方法可有效反映航天器各部分的相互遮挡,与传统模型相比有一定优势。     

基于通用测控信号的多频点同波束干涉测量

提出利用两个深空航天器的通用测控信号进行多频点同波束干涉测量,实现两航天器的高精度相对测量。对差分相位时延进行理论推导,提出了一种针对两航天器测控信号主载波存在频差情况下的差分时延观测量误差的模型修正方法,并对月球轨道上两航天器间同波束干涉测量地面跟踪测量条件进行了分析。仿真结果表明,利用两航天器的通用测控信号进行多频点同波束干涉测量,经误差模型修正后获取了误差小于皮秒量级的差分相位时延,能为深空航天器间相对导航定位提供高精度的观测量信息。     

航空制孔机器人末端垂直度智能调节方法

针对飞机蒙皮的机器人制孔中铆接孔的垂直度问题,提出了一种曲面法线测量的新方法,然后对钻头的姿态进行调整,保证钻头沿钻孔点的法线方向钻孔.该方法首先利用3个激光测距传感器测量出钻孔点周围3个特征点的坐标,然后求出已知的钻孔点处的切向量,通过叉积原理计算出钻孔点的法向量及其与钻头中心轴线的夹角,并将它们反馈到控制系统,最后控制系统利用定角度的二元角度调节法调节钻头的角度使其与钻孔点的法线重合.在航空制孔机器人平台上的实验及结果证明了这种钻头垂直度调节的高精度和高效性.     

基于三坐标测量机的立方镜标定精度分析

立方镜是航天器产品制造过程中不可缺少的工艺基准。针对基于三坐标测量机的立方镜标定精度问题，进行了不同采样策略的采样试验，获得了立方镜夹角测量重复性数据。并利用解析法和蒙特卡罗方法两种理论分析方法分别对立方镜相邻面夹角测量不确定度进行了评估。数据表明，试验和理论分析结果一致， 两种理论分析方法得到的立方镜相邻面夹角测量不确定度相差微小，且夹角的测量不确定度随着采样点的数量增多而减小，最小接近0.0020°。利用理论分析的方法可以进行面向测量任务的立方镜标定精度的评估和采样规划。     

基于补偿最小二乘的航天器轨道确定方法研究

航天器动力学模型误差是降低轨道确定精度的关键因素之一,文章将航天器动力学模型中的模型误差转化为测量模型的系统误差,建立了测量方程的部分线性模型;并根据补偿最小二乘原理,推导了部分线性模型参数估计方法,并证明了相关性质。仿真试验表明:部分线性模型更接近测量数据的真实表现;基于补偿最小二乘的航天器轨道改进方法能有效逼近航天器状态真值,定轨精度显著优于传统最小二乘估计。     

在轨航天器动力学参数辨识技术研究

针对在轨航天器低频密集和辨识时激励源有限且难于测量等特点,开展了适用于低频密集模态且不需激励信息的在轨航天器动力学参数辨识方法的研究,探讨了直接利用在轨响应数据在频域内辨识航天器动力学参数的技术;并根据在轨航天器低频密集特点,设计了在轨航天器动力学参数辨识仿真试验系统,对该辨识方法进行了试验验证。     

一种航天器防护与遮挡的几何描述算法研究

文中提出了一种航天器部件在任意威胁攻击方向上的投影面积和重叠面积的计算方法及部件间遮挡关系的确定方法。采用“几何拼接法”或借助有限元软件来建立航天器及其部件模型。将航天器各个部件向投影坐标系进行投影获得部件投影边界图形。利用垂直扫描线对各个部件的投影多边形进行扫描并进行求交运算 ,形成多个分散的四边形 ,在每个四边形内产生射击线 ,累加求出航天器易损性评估中所需的部件投影面积、重叠面积及遮挡关系。算例对三个正方体形状的部件进行了几何描述 ,当扫描线步长取 2cm时 ,投影面积及重叠面积计算值与理论值的最大相对误差为 5 0 6% ;当扫描线步长取 0 5cm时 ,最大相对误差为 1 2 5 %。结果表明算法通用性强 ,易于实现     

地球静止轨道卫星扫描镜运动补偿

研究地球静止轨道卫星的扫描镜运动补偿问题,以消除卫星姿态偏差和扫描镜法线偏移引起的光轴指向偏差.给出了带有两自由度扫描镜的航天器姿态动力学方程以及光轴指向误差的描述.以欧拉角描述卫星姿态,以欧拉轴/角参数来描述扫描镜法线偏移,并推导了这2种影响因素对光轴指向的误差传递关系.针对法线偏移不易测量的特点,利用扫描镜在特定工作模式下的准确定向能力和法线偏移的长周期特性,给出了一种偏移参数的估计算法,每隔一定的时间段对法线偏移估计值进行更新.在此基础上给出了一种基于卫星姿态和法线偏移信息的运动补偿算法,对扫描镜的扫描角和步进角分别进行补偿.数值仿真结果验证了补偿算法的有效性.      

可见光/激光组合的相对位姿测量研究

针对可重构航天器模块超近距离对接场景下特征点消失问题，提出一种可见光/激光的高精度相对位姿测量方法。该方法先通过可见光/激光组合对初始相对横滚角误差进行校零，完成粗校准环节；然后通过激光二维双镜反射法进行精确的相对位姿解算，获得高精度相对位姿数据。仿真结果表明，在现有技术条件下，该方法在模块相对距离在100cm内可不依赖视觉特征点，实现±1.2mm和±0.03°的相对位姿测量精度，为模块航天器对接后续的超近距离高精度位姿控制奠定基础。     

深空测控网干涉测量系统在“鹊桥”任务中的应用分析

在"嫦娥4号"任务的第一阶段—"鹊桥"阶段,北京航天飞行控制中心利用佳木斯及喀什深空站对"鹊桥"进行了干涉测量观测,获取了实时与事后的高精度测角观测量,有效支持了任务的实施。两深空站需同时完成测控任务,无法交替射电源观测来进行系统差标校,基于此系统采用了长时间隔、在航天器观测前及双站结束后观测射电源的标校方法,在地月转移段、月球至L2转移段、Halo轨道形成段开展了多次干涉测量观测,所获得的时延、时延率结果直接应用于事后联合轨道确定,结果表明:深空网的时延观测精度约为3 ns。     

基于自准直的立方镜姿态测量方法研究

根据用户对部件进行高准确度姿态测量的要求,介绍了基于立方镜的姿态测量方法,通过经纬仪进行自准直测量和互瞄测量,分析立方镜姿态轴的正交性,并对水平方向观测值和垂直方向观测值同时修正以建立立方镜坐标系,确定立方镜的姿态。     

陀螺经纬仪在北向基准检测中的应用研究

利用高端精密仪表——陀螺经纬仪,确定与检测棱镜、转台、地标北向基准准确度。在说明了陀螺经纬仪寻北原理、使用方法的基础上,描述了棱镜、转台、地标等检测方法和技术要求。     

基于图像的经纬仪测量目标快速瞄准技术

电子经纬仪是一种高精度的测角仪器,由多台高精度电子经纬仪构成的测量系统可以实现三维坐标测量,用于对大型工业产品的几何检测。但经纬仪在测量过程中仍然需要人工瞄准目标,存在速度慢、效率低、人为因素影响大等不足。实现经纬仪自动照准目标功能将是一个新的发展方向。提出一种基于图像的自动瞄准技术,通过在经纬仪上安装一台相机获取待测目标点的图像,利用图形目标识别技术获取目标点图像坐标,依据相机与经纬仪的空间关系可以获得各目标点相对于经纬仪的初始角度,从而实现目标点的快速概略定位,理论推导及实验证明本方法能够准确有效的获得目标点的概略位置。     

星载立体测绘相机立方镜间姿态标定

介绍了测绘相机立方镜与星敏感器立方镜间坐标系转换关系的标定方法。采用4台自准直经纬仪分别对两个立方镜进行准直测量,建立立方镜坐标系,并推导了基于准直测量角度的立方镜坐标系的旋转矩阵公式;利用经纬仪间短边互瞄方法实现两个立方镜间姿态的传递。标定试验表明,该方法可以标定出两立方镜坐标轴间夹角以及测绘相机间的姿态关系,满足了相机研制要求。     

航天器测试需求描述及其自动生成

航天器作为一个典型的安全苛刻系统,其可信性研究需求迫切,支持可信性评估的数据来自于航天器测试用例的执行,而航天器测试需求是测试用例生成的重要依据.在实际应用中,对航天器这类复杂系统,面临测试需求庞杂、测试需求编制周期长、人工经验编制方式难以保证测试需求的充分性、完备性及可复用性等问题.针对这些问题,通过分析航天器组织结构特点,建立航天器形式化模型,基于航天器测试任务流程,给出了航天器静态测试需求和动态测试需求形式化描述规范,并给出航天器测试需求自动生成方法,保证了测试需求的充分性和完备性,提高了测试需求复用性,与人工编制方式相比,缩短了测试需求编制周期.最后设计并实现航天器测试需求生成应用系统,验证所提出方法的有效性.      

一种惯性测姿装置的校准方法

根据惯性测姿装置的基本原理和组成,将装置的姿态角引出到立方镜的工作面上,提出了一种利用电子 经纬仪进行三维姿态角的校准方法,该方法通过电子经纬仪分别对立方镜的工作面进行测量,再根据姿态角的定义 进行角度转换,从而实现对惯性测姿装置的校准。此外,利用惯性测姿装置进行试验,验证了该校准方法的可行性, 并对校准结果的测量不确定度进行评定。