大型环形可展开天线型面高精度测试方法研究

天线反射器型面精度是衡量、评价天线质量的重要指标之一,天线型面精度的高低将直接影响天线的电性能指标。大型环形可展开天线型面精度测试,目前多采用高精度工业数字化摄影测量技术进行,在使用高精度数字化摄影测量系统对大型环形可展开天线开展型面测试过程中,系统测量精度主要受摄影基准选用、测量距离、测量靶标大小、测量角度、测量拍照数量、相机参数等多项工艺参数影响。就如何使用数字化摄影测量系统对大型环形可展开天线开展高精度型面测试方法开展研究,通过对高精度长基准尺的设计及布局研究,以及对摄影测量系统最优匹配工艺参数研究及验证,得到一种针对大型环形可展开天线开展高精度型面测试的方法。试验证明,该方法可靠有效,能够满足大型环形可展开天线开展型面高精度测试的测量需求。     

太阳帆板平面度测量系统的误差补偿方法

介绍了一种采用斜光学三角形测量结构和基于虚拟精密测量基准的太阳帆板平面度无接触测量系统及误差补偿方法.提出的虚拟精密基准的建模与误差补偿技术,解决了在非精密基准上实现精密测量这一难题,使得所研制的测量系统利用现有平台可实现对太阳帆板平面度的高精度测量.实际测量结果表明,该测量系统对面积为2581mm×1755mm太阳帆板的平面度测量精度达0.02mm(RMS).     

碳纤维复合材料格栅反射面研制进展

为了满足某太赫兹天线高精度、高稳定的需求，采用线膨胀系数极低的全碳纤维格栅结构制备半径为1.2m的反射面。文章首先运用有限元法计算了全碳纤维格栅结构反射面的热变形情况，以验证格栅结构设计的合理性；其次，选择殷钢作为模具材料、M55J/氰酸脂复合材料作为反射面材料，采用热压罐成型工艺，在中温条件下分别固化内、外蒙皮与格栅板；再次，采用数控铣削加工形状各异的格栅筋板，并在筋板上开槽以实现格栅结构的拼装；最后，在常温条件下，利用重物加压的方式实现低应力胶接，并采用高精度摄影测量技术检测反射面的初始面型精度及热变形后精度。结果表明，采用有限元法模拟反射面降温70℃条件下的热变形为1.2μm；采用摄影测量检测30℃初始面型精度（RMS）为5.5μm，-40℃环境下面型精度（RMS）为7.8μm。文中所述工艺方法对制备高精度、高稳定复合材料天线反射面具有重要的指导意义。     

基于数字近景摄影测量的天线变形测量

文章介绍了基于数字近景摄影测量原理的天线变形测量方法。该方法利用2台CCD相机交会摄影来获取被测面图像,并对被测面上特殊标志点进行中心坐标提取,然后利用光束法平差解算标志点中心坐标。测量精度可达到1:50000,可用于卫星天线研制过程中空间环境模拟试验的检验,为卫星天线在轨正常工作提供可靠性保证。     

一种伞状天线反射器型面热变形测量及分析模型在轨预示

文章详细介绍了在真空高低温环境下一种伞状可展开天线的型面测量过程。首先依据天线在轨热分析结果定义典型温度工况,然后采用红外加热笼与天线自身主动热控相结合的方法实现天线各部件不同温度的控温要求,并采用摄影测量方法测量典型极端工况下的天线反射器型面热变形。结果表明,测量值与试验前热变形预示结果一致性较好,证明天线热变形分析模型有较高精度。依据在轨热分析温度场计算天线在轨热变形,得到天线在最大温度梯度工况下的型面变化(RMS)最大为0.19 mm。     

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。     

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。     

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。     

基于数字摄影的高低温热变形测量研究

本文从现有热变形测量方法及其限制性出发，基于高精度数字摄影测量技术，在对相机进行常温常压防护的情况下，开展了相关热变形测量研究。通过对其精度理论分析，并在常压高低温环境下开展天线热变形测试验证，从而系统验证了测试方法的可行性。结果表明，该方法满足高精度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。     

基于条纹投射三维测量的铆钉自动化检测技术

针对大型薄壁结构铆接点位自动化检测问题,提出了基于条纹投射三维测量的铆钉检测技术,实现了铆钉镦头尺寸特征高精度测量以及裂纹缺陷自动化识别。在传统条纹投射三维测量的基础上,引入高动态范围(HDR)纹理合成,提出二、三维结合的点云分割策略,实现铆钉尺寸特征高效提取。搭建深度学习神经网络,实现镦头表面缺陷识别。本文搭建了系统原理样机,以铆接桁条样品和标准器作为样件进行系统实验验证。结果表明:实验室条件下,该方法直径测量精度为0.040 mm,高度测量精度为0.013 mm,缺陷识别准确率可达99.30%。与传统方法相比,本文提出的方法更加易于集成,效率高,具有广泛应用价值。     

高精度伞状天线热设计优化及热平衡试验验证

高精度伞状天线温度场影响天线在轨运行型面精度,而天线肋组件作为天线型面保持最重要的部件,其热控设计合理性对保证天线在轨正常工作尤为关键。通过对天线肋组件采取保温、加热设计,在热控实施过程中控制影响漏热的主要因素,使得天线肋温度满足在轨使用要求,通过整机热平衡试验验证了天线肋热设计的合理性。     

基于相位单差精密测速的动态精密单点定位算法

利用相邻历元间的载波相位单差可求得动态载体的高精度三维速度向量,基于此提出了可精确描述载体运动变化的扩展卡尔曼滤波动态精密单点定位算法。该算法克服了高动态条件下采用简化动力学模型可能引起的系统状态描述失实问题,同时还可输出动态载体的精密速度信息。飞机动态试验结果表明,用该算法的动态单点定位结果与TRACK双差解计算互差得到的三维RMS值,平面分量精度优于3cm,高程分量精度优于6cm,速度测量精度可达mm/s级。     

一种新型伞状天线反射面研究

为设计和研制高精度伞状天线碳纤维三向编织反射面，选取碳纤维三向编织反射面为研究对象，通过试验获取了碳纤维织物的材料属性，设计了不同结构形态、不同加强筋方案的天线反射面，建立反射面有限元模型进行重力变形仿真，探索重力场下天线型面精度与反射面形态的关系，获取了最优的反射面设计方案。优化结果表明，多边形口径反射面相比圆形口径反射面型面精度提高了9995％，在多边形口径反射面上设计环向加强筋可使型面精度进一步提高34％，为反射面的结构设计提供参考和依据。     

真空低温环境对摄影测量精度的影响

为提高真空低温环境下摄影测量的精度,文章通过分析真空低温环境对摄影测量的影响,发现引入光学窗口会降低测量精度。以实际使用的温控小舱上的光学窗口为研究对象,根据摄影测量原理,通过仿真和试验相结合的方式,分析增加光学介质和改变介质面形对摄影测量的影响程度。研究结果表明影响的主要原因是光学窗口的使用导致在原有光路上增加光学介质,改变了光路,其引起的精度误差与摄影测量系统精度属同一数量级,需要采用优化方法降低这种影响。     

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。     

蜂窝夹层结构抛物面天线型面精度仿真分析

星载抛物面天线在绕地球工作时会产生较大的热变形。为了获得在近地服役环境下全尺寸反射器型面精度模拟的工程方法,采用ABAQUS有限元和最小二乘法,对口径1.2 m的小尺寸蜂窝夹层结构天线进行热变形和均方根(RMS)值计算,对热膨胀系数、蜂窝高度和蒙皮铺层数量等因素进行分析。结果表明:蜂窝高度方向的热膨胀系数是影响RMS值的最主要因素。当蜂窝高度为65 mm,上、下蒙皮铺层数量为12层时,型面精度RMS值满足设计要求。最后基于实际装配条件计算全尺寸反射器在-80～120℃下的热变形,发现紧固件和预埋件可以有效减小工作面热变形,并且得到全尺寸反射器RMS值为40.45μm。该研究结果可为星载固面蜂窝夹层结构反射面天线结构的设计提供依据。     

小型零件测量的旋转拼接

拼接技术是非接触三维曲面测量中的一个关键步骤。大型零件较多采用贴标志点法进行拼接,而小型零件却不便甚至不能采用该方法进行拼接。针对这个问题,研究了小型零件的旋转拼接方案,并将其用于某零件的测量拼接中,与贴标志点拼接存在较明显的型面错位相比较,旋转拼接不会产生明显的错位,边缘更清晰,误差大约在 0.5mm 左右。     

导航卫星载波相位测量中的相位缠绕研究

文章针对载波相位测量在高精度测量、定位领域中，由于导航信号接收天线与发射天线的非理性因素导致的测量误差问题进行研究。根据载波相位测量原理及导航信号天线的收、发原理，从理论上分析了因导航信号接收天线与发射天线之间倾角的不一致性而导致的载波相位测量中相位缠绕的产生，以及相位缠绕对载波相位测量、定位精度的影响，并通过理论计算得出，载波相位测量中相位缠绕引入的测量误差最大可达厘米量级。计算结果表明，相位缠绕对高精度载波相位测量引入的测量误差不可忽略。在实际的载波相位测量应用中，尽量提高导航信号接收天线与发射天线之间的倾角的一致性，以减小相位缠绕对载波相位测量引入的测量误差，进而获得高精度载波相位测量值。     

星载大口径反射器组件双向调节低应力装配胶接技术

大口径高精度反射器天线是夺取制信息权和制天权卫星的核心单机,其性能直接影响到数据反演的精度和准确度.大口径高精度反射器的性能核心指标在于反射面成型精度及反射面型面精度稳定性两方面,目前大口径高精度反射器研制的精度指标仍存在不稳定问题.文章提出了一种型口径大于1.5 m的星载大口径高精度反射器的低应力胶接装配技术.通过设计一种双向自由调节装置,保证反射器本体型面自由支撑状态下,通过调节背部接口,完成组件装配,最大限度降低反射器本体型面受力,降低反射器组件装配过程受力对型面精度的影响,确保反射器成型型面的高精度成型,实现反射器组件的低应力胶接装配.最终产品型面精度相较于本体精度,仅降低了不到0.012 mm r.m.s,相较于传统大口径高精度反射器胶接装配型面精度损失达0.03 mm r.m.s以上,该技术方法对高精度反射器成型具有显著提高.     

空间交会对接光学敏感器测量的实验研究

光学敏感器通常用作空间交会对接最后阶段的测量敏感器。本文研究了光学成像敏感器的测量方法，并在此基础上进行了物理仿真实验。实验结果表明，当距离为１ｍ左右对直径４０ｃｍ的目标模拟器进行测量时．位置测量精度优于１ｍｍ，姿态测量精度优于０．４°。