抗光轴扰动的双目视觉测量方法

针对交会对接过程中双目测量相机受空间环境影响其光轴指向发生扰动的问题,提出一种抗光轴扰动的双目视觉测量方法。通过辅助光路将固定于卫星本体的参考标志分别成像于两侧像面的边缘,根据其图像变化估计光轴扰动变换矩阵,补偿因光轴扰动而产生的像面变化,从而实现抗扰动测量。理论推导表明：只要参考标志位于两侧相机视场内,便能够校正相机光轴扰动。利用地面试验平台进行了光轴扰动校正的仿真试验,试验结果表明：当两侧相机光轴存在扰动时,该方法能够有效校正光轴扰动,极大地提高了三维位置的测量精度。     

一种实时测量卫星运动像移的新方法

文章针对高分辨率对地观测卫星 ,介绍一种新的方法来实时测量卫星运动在焦平面上的像移。详细地说明了像移实时测量的原理 ,具体推导了像移测量的数学表达式。测量出的像移可以用来对畸变的图像进行校正 ,获得高质量的图像     

舱外航天手套关节阻尼的建模与测量

针对EVA手套(Extra Vehicular Activity Glove,舱外航天手套)弯曲时产生的皱褶现象,采用几何近似的方法对该现象进行几何建模型,通过分析皱褶的应力状态以及因Brazier效应产生的体积变化,获得了关节弯曲角度与外力、内部压力之间的关系。该关系表明EVA手套与刚性梁具有不同的弯曲模式。为避免内置式测量的缺点,利用平行四边形连杆和齿轮的组合设计了一种外骨骼机构。该机构能在EVA手套的背部驱动其产生模拟人手弯曲和伸展运动,同时位于指尖的力传感器输出运动过程中的阻尼力,该阻尼力可达8N并具有滞后特性。最后将理论计算的功与外骨骼机构做功进行比较,验证了褶皱建模的有效性。     

百万像素中波红外焦平面组件研制

中波红外焦平面组件是"高分四号"卫星凝视相机红外成像通道的核心器件。为满足航天型号应用要求,华北光电技术研究所项目团队立足国内技术基础,采用主流的红外焦平面组件技术路线,突破了高均匀性中波红外材料制备、百万像素中波探测器芯片加工、超大规模读出电路设计、高密度铟柱阵列倒装互连、大冷头尺寸微型杜瓦封装等关键技术,研制了像元数为1 024×1 024的百万像素大面阵中波红外焦平面组件,对大面阵中波红外焦平面组件的像元响应一致性、航天环境适应性、可靠性等进行了优化设计,并进行了地面测试和试验验证。中波红外焦平面组件的噪声等效温差达到21.4m K、有效像元率优于99%,经过高温70℃条件下1 500h长期存储和12 000次开关机温度冲击等试验后性能稳定。测试和试验结果表明:像元数为1 024×1 024中波红外焦平面组件产品的性能、环境适应性和可靠性满足技术要求。     

基于惯性参考基准的像移测量与图像复原

卫星上存在高、中、低频率的微振动源,引起光学载荷光轴抖动,造成遥感图像成像品质下降.文章提出了一种基于惯性参考基准的像移测量与图像复原方法,介绍了该方法的原理和涉及的关键部件.为验证该方法的可行性和性能,研制了一套地面试验验证系统,包括验证相机(含惯性参考基准单元、哈特曼传感器)、积分球、靶标、平行光管、隔振平台、激振...     

微振动对干涉仪运动机构均匀性的影响分析

外界振动对双角镜摆臂式傅里叶变换干涉仪（下简称干涉仪）运动机构速度均匀性的影响,可以通过干涉仪光程差速度稳定度来定量分析。文章针对空间光谱探测过程中,在轨微振动影响下的干涉仪运动机构可靠性问题,提出了一种更全面的光程差速度均匀性分析方法。该方法将外界激励引起的干涉仪结构响应作为一项影响因素纳入到稳定性的分析中,从而能够更真实地反映干涉仪在轨工作的可靠性,更准确地判断干涉仪能够承受的微振动临界。文章论述的方法为外界激励扰动下机构运动可靠性的判断以及机构控制优化的研究提供了一种思路。     

星间激光通信机光轴指向误差源分析与补偿控制

针对星间激光通信机后光路各光学元件存在的安装误差导致的光轴指向偏差，细化了激光通信机光学系统中各元件的误差矩阵，并采用矩阵光学方法提高分析精度，通过蒙特卡洛法模拟了总体误差情况，定量分析了各光学元件安装误差对光轴指向精度的影响。为了校正存在的固定安装误差，提出了基于误差校正矩阵的补偿方案。在不测量元件具体误差的情况下，通过相机处光斑质心坐标，反推入射光矢量方向，计算得到误差校正矩阵，对跟踪机构的转动角度进行补偿，显著降低了安装误差对光轴指向精度的影响，并在实机进行了粗跟踪误差校正矩阵修正安装误差的实验验证和全角度推广。结果表明，误差校正矩阵可以在难以测量后光路内部各光学元件误差的情况下，补偿系统安装误差，实现对后光路光轴指向误差的校正，大大简化了地面误差修正的流程，同时节约了在轨通信机跟踪指向运算资源，提高跟踪响应频率。     

轴系回转轴线指向误差测量方法

回转轴线指向误差是扫描机构的重要性能指标之一,对遥感成像质量有明显影响。针对回转轴线无法直接精确测量的问题,提出了基于平面反射镜、电子自准直仪的测量系统。在详细分析平面反射镜法线与回转轴线间关系的基础上,对测得的镜面法线指向数据进行傅里叶级数展开,通过零次项去除和一次谐波分量误差分离处理,得到真实的回转轴线指向误差。利用该方法对某扫描轴系实物进行了测量,结果表明:该方法测得的回转轴线误差为39″,满足系统的指标要求,相对于常规处理方法在精度和准确度上有所提高。     

星敏感器光轴测量的锥面误差模型及其应用

星敏感器是卫星高精度姿态测量系统中的重要器件,根据其测量可以建立不同形式的星敏感器测量模型,准确分析测量模型中测量误差的特性是保证卫星姿态确定精度的重要条件。本文针对广泛采用的星敏感器光轴矢量测量方程,从几何角度出发,结合实际情况,提出了一种新颖的星敏感器光轴测量的锥面误差模型。在两个锥面参数分别服从一定的概率分布的条件下,对测量误差特性进行了深入分析,确定出新的测量误差协方差矩阵。上述研究能够在不增加算法计算量的前提下,从新的角度,更为直观地建立了星敏感器光轴矢量测量模型。最后在仿真实验中,将新的锥面误差测量模型应用于基于扩展卡尔曼滤波（EKF）的姿态确定方法中,结果表明了利用该测量模型进行姿态确定的有效性。     

采用经纬仪测量航天相机视轴的方法分析

在卫星地面总装时,需要测量航天相机视轴之间以及相机视轴与其他敏感仪器或整星坐标系坐标轴之间的角度关系。文章以某线阵CCD相机的安装测量为例,介绍了使用经纬仪系统确定航天相机视轴的方法以及相机与相机之间、相机与整星坐标系坐标轴之间角度关系的测量。分析中对相机的光学系统进行了简化,重点介绍了测量方法的数学模型,并通过误差传递公式分析了测量精度,最后针对该测量方法的不足提出了改进措施。     

航天相机快速定焦的关键参数

在航天相机的装调中,焦平面的位置是影响航天相机的成像质量的关键因素,如何准确且快速地在实验室环境中预置相机的焦平面是体现光学装调水平的重要指标。通过深入研究定焦原理,建立光学模型进行理论推导和光学仿真,发现了定焦过程中平行光管焦面的离焦量与相机焦面组件的偏移量之间的定量关系,提出了离焦放大率的定义并将其作为定焦关键参数进行定焦的方法,克服了传统定焦方法中应用恒定值的轴向放大率定焦而需要反复迭代的缺陷。实验结果表明:装调实例的装调效率较传统装调方法提高了约3倍。由于对焦平面的精度要求主要取决于镜头的焦深大小,因此大相对孔径短焦的相机对焦面偏移量更为敏感,使用该关键参数指导装调,可以快速准确地确定最佳焦面位置,降低反复拆装焦面组件的风险,尤其适用于短焦相机的定焦,能大大节省工作量,提高装调效率。同时,由于离焦放大率和平行光管焦面的离焦量成线性关系,也有利于进行多个具有相同光学参数的相机的快速定焦。     

一种遥感器光轴微振动姿态解算方法

静止轨道高光谱遥感器积分时间较长且谱段较多,成像品质受高频微振动影响较大,若要提高空间分辨率,则需准确地对其光轴微振动进行探测,并指导稳像系统进行矫正。针对光轴微振动探测问题,文章首先提出了一种将像移探测与微振动姿态解算相结合的探测方法,可对遥感器光轴沿俯仰、滚转方向高频微振动进行探测;其次以符合空间分辨率要求的遥感图像作为参考图像,基于摄影测量方法建立了一系列与参考图像存在确定光轴姿态差的测试图像,将参考图像与测试图像作为输入,并对其采样间光轴姿态差进行解算;最后对仿真结果进行了分析,由仿真结果可知该方法可以有效地对10μrad以下的光轴微振动进行探测。     

含间隙天线折展机构模块精度分析

针对天线折展机构连接运动副间隙引起天线折展过程运动不确定、精度下降等问题,提出了基于"无质量杆"模型来模拟自由状态的含运动副间隙机构建模方法。该方法基于D-H法建立了天线3个闭环的几何关系模型,将无质量杆模型引入天线几何关系中,获得了展开误差的计算模型。通过综合运用蒙特卡洛法实现了自由状态折展机构展开误差计算。计算结果表明:转动副间隙对折展机构单元肋展开在Z方向上展开精度影响最大,单元肋展开最大误差为0.353 mm,可为天线折展机构设计提供了参考。     

一种大幅宽空间光学遥感器调焦控制系统设计

传统调焦控制系统的驱动力和体积大小,已无法满足大幅宽空间光学遥感器大焦面调焦的需求,为此,文章提出了一种双路直线驱动调焦控制系统设计。调焦控制系统通过焦面位置遥测单元的精确测量和焦面调焦控制单元的自主决策原则,运用分步调焦、实时监控、实时调整的闭环反馈控制方法,实现高精度、高可靠性的大焦面调焦控制。该系统设计具有调焦驱动力大、调焦精度高、调焦机构设计简单和调焦可靠性高等特点。调焦性能测试和外景成像试验,验证了系统设计的可行性。该设计可用于大幅宽空间光学遥感器的调焦控制,从而保证光学遥感器调制传递函数(MTF)及成像质量。     

星载大型空间天线的一种解耦控制方法

针对星载大型空间可展开天线与卫星平台之间的动力学耦合问题提出一种三自由度驱动与测量机构用于连接天线臂与卫星平台。该机构以驱动电机来控制天线臂转动,通过角度传感器对天线臂转角的测量来实现反馈控制,同时在卫星姿态控制系统中引入前馈控制进行反作用力矩补偿,实现卫星平台与天线之间的解耦控制、抑制天线的振动、提高卫星姿态控制系统的性能。通过姿态稳定状态下卫星-天线系统解耦动力学模型的建立、控制系统的设计、姿态控制的仿真分析,表明解耦机构能大幅增加天线振动的阻尼,有效提高卫星稳定性和天线指向精度。     

一种便携式高精度超声流量仪

研究一种超声波传播方向平行于液体流动方向的流量管和以此为基础的超声流量仪。针对流量系统的新型流量管结构推导两种流量算法并进行误差分析,其中一种算法可以减小由声速变化引起的误差,从而提高系统的测量稳定性,也为流量管的改进方向提供了思路。使用测显比曲线修正管道中流体流速分布不均匀的影响以提升测量准确性,试验证明,在测量范围内,系统测量的平均示值误差不超过0.2%。     

全尺寸超燃冲压发动机推力测量台架研制

介绍了用于全尺寸超燃冲压发动机推力测量的三分量推力台架的研制。该推力台架用于在自由射流试验中测量发动机轴向推力、升力及俯仰力矩。推力架由定架、动架、弹性连杆、锁紧机构、推力校验系统组成。通过5个测量传感器组成的测量系统获得测量矩阵,通过三分量推力校验得出推力、升力、俯仰力矩与测量矩阵之间的关系。动架锁紧机构采用液压插拔销结构,实现动架的锁紧和解锁,在承受冲击过程中保护推力架。自由射流试验验证了推力台架的测力性能,推力架真实反映了发动机在自由射流流场中各阶段的受力状况,各分量测量精度满足要求,为超燃冲压发动型号研制提供了重要的试验测量参数。     

精密圆柱滚动导轨制造工艺

本文介绍JTT500型立式光学投影仪测量工作台垂直升降机构中圆柱滚动摩擦导轨(以下简称滚动导轨)的几个关键零件加工工艺(图1)。 滚动导轨的作用是实现仪器测量工作台的垂直升降,正确调焦。由图1可知,     

航天器总装精度测量中一种不规则棱镜矢量计算方法

航天器总装精度测量一般是通过被测设备上安装的立方镜实现的。某型号上的一种设备受其在航天器上安装位置的限制,使用经纬仪和现有精度测量软件无法直接测得立方镜三个相互垂直平面法线在航天器坐标系下的角度。文章提出使用切角为135°不规则棱镜替代立方镜,并详细介绍了切角为135°不规则棱镜三个相互垂直平面法线在航天器坐标系下矢量的计算方法。该方法已经过验证和认可,并应用到后续型号的精度测量工作中。     

误差链对星载网状可展开天线电性能影响分析

针对星载网状可展开天线因展开臂、展开关节等产生的误差链和地面电性能不可测试等问题,开展误差链对天线电性能的影响分析。引入位置姿态转换矩阵建立误差链传递模型,将此误差模型引入到天线辐射场分析模型,并建立各误差环节对天线电性能的机电耦合模型,通过数值方法得到固定误差和不定误差与天线平均功率方向图的关系,以及角度误差与天线最大增益之间的定量关系。分析结果表明:角度误差对误差链有明显的放大作用,相比于位置误差对电性能的影响较大,角度误差与最大增益有均匀或突变等不同程度的单调递减关系,因此在天线设计与安装中应着重关注和调整各安装位置的角度误差。