大型网状天线展开指向精度测量方法研究

可展开天线研制过程中需对其进行地面展开指向精度测试以验证天线在轨实际指向性能.为了实现大型网状天线展开指向精度的地面测量,基于天线实际结构特点,从影响天线展开指向精度的因素入手,在建立的统一卫星坐标系分析模型下采用了一种基于展开臂、反射器和馈源阵等多个组成子部件单独展开指向精度直接测量的模式,并在各子部件测量结果的基础上间接分析得到天线的综合指向精度,最终不仅解决了目前对于大型网状天线展开指向精度在地面无法直接测量的难题,实现了其指向精度的间接测量,而且使综合测量精度优于0.01°,满足了高精度测量需求,研究结果对后续相关类型大尺寸天线展开指向的高精度测量和分析具有重要的指导意义.     

高精度准光天线装配校准测量技术研究

高精度准光天线尺寸小、部件多、结构紧凑且复杂,工作频率达到数百赫兹以上,这些特点对天线的装配校准和测量提出了高精度、高效率和高可靠的需求.基于此,针对天线装配校准过程提出了一种统一基准定位装配技术,实现了天线反射镜、馈源喇叭、频选和线栅等部件的高精度可靠装配,并降低了最终装配累积误差的影响,同时针对测量过程,提出了一种基于激光测量和数模比对技术建立虚拟基准用于高精度天线多部件形状位姿等装配精度测量的新技术.解决了目前高精度准光天线各部件装配精度测量的难题,提高了准光天线装配校准测量的精度和效率,对后续相关类型天线的高精度装配校准和测量具有重要的指导意义.     

弹簧驱动的剪式铰可展开天线设计与分析

空间可展开天线是现代卫星通信、地球观测、深空探测等航天和国防领域的关键设备之一,现正朝着高频段、高增益、高精度与大口径的方向发展。剪式铰可展开天线在周边桁架天线的基础上,结合张拉整体结构的特性设计而成,使用弹簧驱动的剪式铰结构形成自驱动展开结构。对其结构设计原理、不同口径下形面精度以及展开过程运动性能的研究和分析表明,该天线收拢体积小、形面精度高、质量轻,可用于制作大口径、高精度的空间可展开天线。     

一种卫星天线热变形测量系统设计

为满足某星载高精度伞状天线热变形测量需求，文章利用高精度数字近景摄影测量技术，结合特殊的相机防护和测量技术，设计研制了一套可在大型常压高低温箱中使用的在线自动热变形测量系统。通过对影响测量系统在高低温环境正常工作的多个因素进行分析入手，并从相机防护、测量网型、测量自动化和数据采集等方面进行优化设计改进，最终使该系统热变形测量精度优于0.02mm，满足了高精度网状及固面天线热变形测量需求，为后续类似工作的开展提供了重要参考。     

空间大型可展开高精度天线的应用现状及发展趋势

随着空间应用对高收纳比大型可展开高精度天线需求日益强烈,以美国、日本、俄罗斯为代表的各世界航天强国均投入了大量资源,开发了多种形式的大型可展开高精度天线,并成功应用于不同的领域。与国外相比较,国内起步较晚,各高校与研究所也开展了大量的研究,并取得了一些成果。文中根据各主要航天强国的技术发展现状及应用情况,结合国内的需求,对我国大型可展开高精度天线的后续发展提出了建议。     

某数字摄影测量系统精度量化评估方法

受到测量试验中被测目标尺寸及结构、控制场布局、测量网形等现场因素的影响,工业数字摄影测量系统的实际测试精度达不到理论精度。文章以V-STARS摄影测量系统为例,针对大型平面天线热变形测量需求,创新性地提出了线型测量精度和面型测量精度的指标,对摄影测量系统的实际测量精度进行了定量评估。测量结果表明,该测量系统的实际测量精度满足0.1 mm的测试精度要求。该精度标定方法可为各类型摄影测量系统的实际测量精度评价提供一种直观、可靠的手段。     

星载高精度伞状天线展开过程运动及受力分析

伞状天线是目前大型可展开天线的一种主流构型。由于天线口径大，天线在卫星发射阶段处于收拢状态；卫星发射至指定轨道后，天线展开至工作状态。展开机构是伞状天线展开与收拢的执行机构，其展开与收拢过程中关键零部件的运动精度及受力情况直接决定了天线展开到位精度和天线型面在轨热变形，对最终天线在轨型面精度起决定性作用。文章以国内某星载高精度伞状天线展开机构为研究对象，结合天线展开机构各运动部件参数，利用解析的方法获得展开机构运动方程；通过对方程进行分析，得到展开机构各关键部件在天线展开过程中的运动情况、受力情况及天线理论展开时间，为天线最终在轨展开时间的制定及展开过程中关键零部件的受力控制提供理论依据。     

单向曲率抛物反射面可展结构型面精度误差研究

具备大尺度、高精度特性的刚性反射面天线是解决星载微波遥感有效载荷空间分辨率、增益与信噪比等电气指标需求的优选方案，需要采用可展结构设计，以解决卫星尺寸与整流罩包络之间的矛盾。文章针对高精度单向曲率抛物反射面可展结构型面精度误差的分析及预示需求，基于刚体旋转的欧拉理论及正态分布，描述加工精度误差与展开重复精度误差，建立了可展结构型面精度误差的预测模型。并根据Monte Carlo试验结果数据的统计分析方法，开展了面向加工精度误差与展开重复精度误差的敏感度分析。结果表明：板间铰链的展开重复精度对整体型面精度误差的收益高于根部铰链，同等条件下应优先对其进行优化；在整体型面精度误差指标允许的前提下，应适当提高刚性抛物柱面的加工精度误差，从而控制整体型面精度误差的变化区间。     

基于光学靶标的天线型面高精度摄影测量

天线型面的高精度测量是天线研发与生产过程当中的一个重要环节，特别是天线表面镀有镀膜的情况就需要用到非接触式的高精度测量方式，文章介绍了利用光学靶标投射器投射光学靶标代替传统反光标志点的非接触工业摄影测量技术，并对该技术的适用性与精度进行了一系列的对比测试，利用该测量技术得出的测量精度指标RMS与三坐标测量机所测RMS值进行比较，结果表明两者RMS值仅相差0.002 mm，同时与传统粘贴人工反光标志点测量RMS值相比较优于后者0.002 mm。以上测量结果对比验证了利用光学靶标投射器对镀膜天线型面的摄影测量的可靠性与测量精度满足高精度天线型面检测需求，实现了基于光学靶标的真正意义上的非接触高精度测量，为基于光学靶标的摄影测量在镀膜天线型面检测等方面的应用提供参考。     

双层环形可展开天线机构构型优选及结构设计

提出可构成双层环形桁架式可展开天线机构的可展开单元需满足的条件,设计出一种轻量化、高刚度曲柄滑块式可展开单元。建立单元特性综合评价指标,对7种可展开单元进行单元特性评价及优选。对优选出的可展单元的结构尺寸进行优化设计,获得了优化设计参数。设计了20m的大口径双层环形桁架式可展开天线机构,研制含弹性铰链的单层环形桁架式可展开天线机构与双层单元机构原理样机,对两种样机的展开功能和重复展开精度进行测试,验证了提出的可展开机构单元及大口径天线机构设计的正确性和可行性。     

基于在轨热环境的可展开天线反射面精度调整技术

随着宇航事业的发展,网状展开天线的尺寸越来越大,对形面精度要求越来越高(特别是高频段),在轨热环境与地面调整点的热环境差别大,必须采用基于在轨热环境的网面精度调整技术以满足反射面的精度要求。就在轨热环境下的辅助牵引面式网面精度调整技术的理论分析及调整方法进行了探讨,给出了计及在轨热环境的网面形状精度调整的基本理论公式及调整步骤,并对某样机进行了调整计算。计算结果表明,文中的分析、公式、方法是正确的,可行的。     

Surface accuracy analysis of large deployable antennas

This paper performs an analysis to the systematic surface figure error influenced by three factors including errors of faceted paraboloids, fabrication imperfection and random thermal strains in orbit. Firstly, the computational formulas for root-mean-square surface deviations caused by these factors are presented respectively. The stochastic finite element method is applied to derive the computational formulas of fabrication imperfection and random thermal strains, by which the sensitivity of surface accuracy to component imperfection can be revealed. Then the Monte Carlo simulation method is introduced to obtain the surface figure by sampling test on random errors. Finally, the analytical method is applied to the research on the surface figure error of AstroMesh deployable reflector. The results show that the deviations between the root-mean-square surface errors calculated by the proposed formulas with less consuming time and those by the Monte Carlo simulation method are less than 2%, which indicates that the proposed method is efficient and receivable enough to analyze systematic surface figure error of a large deployable antenna. Moreover, further investigations on the relationship between surface RMS deviation and the antenna parameters including aperture and the number of subdivisions are presented in the end.     

空间可展开天线结构研究进展

扼要综述了空间可展开天线结构的发展及目前的国际动态,叙述了空间可展开天线结构、设计及分析中的主要研究课题及其目前的进展。指出“把多体动力学与有限元法相结合的综合动力学建模法”、“辩识模型后,用预测控制和优化的思想进行展开过程控制”、“用多约束优化法调整网状天线反射面形状精度”等是适合我国目前状况的较好方法。     

真空低温环境用高精度CCD摄影测量系统

文章介绍了一套高精度CCD摄影测量系统,该系统是专门为在真空低温环境下的摄影测量而研制的,主要应用于卫星天线在模拟真空低温环境下的冷热变形测量试验。在试验过程中当卫星天线处于不同温度时,采用此系统对卫星天线表面进行高精度实时拍摄,将拍摄得到的数字图像传输给专门的图像处理软件分析,就能够得到卫星天线表面的变形数据。该系统的设计思想还可以扩展到其他小型设备在真空低温环境或其他特殊环境下的应用中。     

宽带相控阵馈源可展开反射面天线研究

为满足星载高增益天线的应用需求,本文设计了一种带有相控阵馈源的伞状可展开反射面天线。首先介绍了反射面天线可展开机构的原理及设计,由碳纤维天线肋和金属编织网面组成反射面,在高精度可展开机构的动作下实现其收拢和展开,从而大幅减小其收藏包络尺寸。对于直径为1.14 m的可展开反射面天线设计了宽带相控阵馈源,采用金属Vivaldi天线作为相控阵单元,根据极化方式、焦径比和扫描范围选择排列成双极化矩形阵列,使可展开反射面天线在8~16 GHz内实现二维波束扫描,通过电磁仿真进行验证,仿真结果表明,宽带相控阵馈源能够有效地增加可展开反射面天线的视场,反射面天线在8 GHz、12 GHz和16 GHz时扫描到0°的增益分别是38.03 dB、40.65 dB和41.48 dB,扫描到+3°的增益分别是37.68 dB、40.68 dB和41.09 dB。     

卫星星体对多波束天线的散射影响分析

地球静止轨道(GEO)移动通信卫星,多采用大反射面天线及多馈源组成的空间可展开多波束天线系统,具有更高的天线增益,并提高了整体系统性能,但由于过于庞大的天线反射面和馈源阵列,在整星结构构型布局中难免由于卫星星体或其它机构部件的存在而造成散射.文章主要针对GEO移动通信卫星星体对多波束天线散射影响问题,利用仿真分析软件,...     

Structure design and mechanical measurement of inflatable antenna

This paper deals with the initial shape analysis, cutting-pattern analysis, surface accuracy measurement and modal testing of high-precision inflatable antennas reflectors that are intended for spaceflight applications. The initial shape analysis method, formulated on the basis of membrane theory and elastic mechanics, determines the required as-manufactured shape of the reflective surface of the antenna reflector. On the other hand, the cutting-pattern analysis method, with its formulation based on spring-mass representations, numerically calculates the required cutting pattern of the planar membrane gores that are to be assembled to form the 3-dimensional reflective surface. To validate the effectiveness of the proposed analysis methods, a 3.2-m antenna reflector model was designed, manufactured, and assembled for ground demonstration and testing. The reflective surface accuracy of this demonstration reflector model was measured by a photogrammetric measuring system. Shape adjustments of the reflective surface were performed by systematically adjusting the tension in the cables that were used to mount the reflector to its support structure. It was found that the reflective surface accuracy of the reflector model, as defined by its RMS error from a best-fit parabolic shape, was less than 1 mm. In addition, dynamic and RF tests were also performed on the demonstration reflector model. The test results indicated that the first-mode frequency of the reflector model agreed well with the corresponding analytical prediction, and its radiation pattern was also well focused.     

卫星整星状态下的紧缩场测试技术

文章介绍了CCR 120/100紧缩场的基本原理和主要特点,该紧缩场的主、副反射面表面精度达到RMS 10～15μm,具有100 GHz以上的高频潜在测试能力.概要讲述了利用紧缩场进行卫星整星状态下的天线及卫星系统测试的原理及方法.文章还对该紧缩场的测试误差进行了全面的分析.     

真空低温太阳辐照环境下的天线热变形测量技术

航天器结构在轨受到空间外热流影响而产生巨大温度梯度,将导致结构热致变形,为了保证有关地面模拟考核验证的有效性,必须对在轨外热流进行尽可能真实的模拟,同时采用高精度的热变形测量手段获取航天器的结构变形数据。文章介绍了一种热变形测试试验方法,系国内首次将太阳模拟器外热流模拟法和非接触摄影测量法结合应用在某天线的地面模拟热变形测试试验中,在真实模拟天线在轨温度分布的同时精确获取了天线上大量的点云变形数据。经数据比较分析,天线变形实测数据与在轨仿真分析一致,在1.5 m口径范围内的变形测量精度优于15 μm,验证了该测试试验方法的有效性,为航天器结构的在轨热效应模拟和测试评估提供了新的试验手段。