摄影测量技术及其在航天器变形测量中的应用

文章介绍了摄影测量技术的测量原理,系统调研了近年来摄影测量技术在国内外航天器变形测量领域的发展概况,分析总结了该技术的发展趋势和关键技术,并结合我国的具体国情提出了当前变形测量技术发展的建议,为我国在航天器大型复杂部件微变形测量技术的发展提供借鉴和参考。     

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。     

星载天线热变形摄影测量技术研究应用进展

文章介绍了星载天线热变形测量的背景、现状及需求情况,详述了星载天线热变形摄影测量的原理及方法过程,并对目前国内外普遍采用的单相机外置、单相机内置、多相机内置3种摄影测量方式进行了系统的总结和探讨,其中重点介绍了西安空间无线电技术研究所开展的常压热变形测量技术研究;随后基于星载天线后续朝着更大尺寸、更高精度和更高稳定性发展的趋势,提出了热变形测量技术需要进一步考虑的技术问题及未来发展方向。     

卫星天线高低温热变形测量技术综述

卫星天线产品在进入轨道工作之前需要在地面进行模拟空间环境的高低温热变形测量。文章依据测量设备所处环境及测量方式将卫星天线高低温热变形测量划分为常压高低温测量和真空高低温测量,介绍了真空罐和常压高低温箱测量方式的工作模式及应用范围。此外,还对高低温热变形测量的特点、误差影响因素、现存的问题做了介绍和讨论。最后对卫星天线高低温热变形测量的未来重点研究方向给出建议。     

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。     

光学遥感卫星平台结构热变形试验及测量技术研究

太空复杂外界热环境是平台结构热变形的关键影响因素,为了满足某高轨光学遥感卫星对热变形的特殊要求,更准确获取平台结构热变形引起两台相机安装面指向变化,及两相机安装面之间的相对指向变化,进而推导卫星在轨热变形规律。文章设计了卫星平台结构热变形试验,模拟在轨典型外热流工况对卫星平台实施加热控制,使用数字近景摄影测量技术实时测量和分析热变形引起两台相机安装面的绝对指向变化和两相机安装面之间的相对指向变化情况。热变形测量结果表明:A相机安装面指向最大变形57.5″,B相机安装面指向最大变形79.3″,模拟试验的结果可以作为卫星在轨运行期间热变形预测的依据。     

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。     

基于统一空间测量网络的大尺寸测量方法

近年来,在航空航天、船舶、汽车等领域广泛应用到大尺寸精密测量设备,但其测量精度受使用环境、仪器本身及操作方法等多种因素影响。文章提出了一种基于统一空间测量网络软件平台的大尺寸测量方法,该方法可以将测量过程中所有仪器集成起来,并适当地合成彼此的测量不确定度,优化测量结果。通过激光跟踪仪多次移站的方式来对空间位置点进行测量以验证该软件平台,结果表明统一空间测量网络融合了所有测站的测量结果,融合测量精度优于局部测站测量精度。     

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。     

一种固面可展开天线热变形测量实践

为实现高精度星载固面可展开天线的热变形测量,分析热变形对于可展开天线反射面型面和天线指向精度的影响,文章以某型号天线为对象,针对其具体结构和不同的测量环境,研究固面可展开天线在常压和真空2种环境中反射面型面和天线指向热变形的测量方法;按此进行原始测量,并提出一种适用于此类天线的热变形测量数据分析处理方法,实现了固面可展开天线高/低温环境下的热变形量化分析计算。     

运载火箭尾段防热/承载一体化热防护系统设计及性能分析

先进热防护技术是可重复使用运载火箭研制的关键技术之一,具有高结构效率的防热/承载一体化热防护系统是运载火箭极具潜力的备选热防护方案。本文系统地总结了可重复使用运载火箭尾舱段防热和承载两方面的设计要求,设计了一种全复合材料防隔热/承载一体化热防护系统。开展了运载火箭尾段一体化热防护系统设计,进行了代表性单胞结构的高温环境地面试验,揭示了复合材料一体化热防护系统的防隔热机理。同时施加力学和热流载荷,利用有限元方法对运载火箭尾段进行了热力耦合分析,获得了尾段结构的温度场、应变场和应力场。结果表明:在典型载荷工况下一体化热防护系统内壁温度保持在89.2℃以下,内部最大应力不超过9.53 MPa,安全系数达到1.89。     

基于量子海鸥算法的运载火箭回收舱段时差定位方法

火箭回收舱段的准确定位是实现运载火箭可重复使用的关键技术之一。针对运载火箭回收舱段飞行轨迹的特点,基于多站到达时间差(TDOA)无源定位原理,通过在回收舱段上加装主动辐射源设计了火箭回收舱段定位系统。将时差非线性定位方程求解问题转化为时差似然函数的极值优化问题,通过引入量子编码理论、混沌映射和遗传反向学习机制改进海鸥算法(SOA),将其用于搜索回收舱段最优定位信息。仿真结果表明:改进的量子海鸥算法在火箭回收舱段定位解算的早期收敛速度、定位精度、全局搜索能力等方面均优于传统Chan算法和标准海鸥算法。     

改进的RLV再入制导方法及其性能分析

提出一种改进的再入制导算法，并用于跨大气层、无动力升力体、可重复使用运载器再入制导。该算法根据剩余航程和预测航程信息，对输入到反馈控制器的参考飞行剖面参数进行修正，以消除航程误差。1000条Monte Carlo散布仿真结果表明，该算法可靠、鲁棒性好。此外，对升力系数减少20％、阻力系数增加20％的最坏情况进行了仿真，进一步测试该再入制导方法的优劣。     

基于桥接模式的双网络重复使用运载器控制系统冗余技术

根据重复使用运载器因面临恶劣电磁环境而对控制系统提出的可重用、高可靠性要求,提出了一种基于桥接控制器的四余度1773A光纤总线双网络冗余控制系统方案。该方案在实时性、数据处理、缓解信息拥塞、电磁兼容性等方面具有较好的优势,控制系统实现了集控制、传感、通信、网络、故障诊断与容错处理于一体的功能。通过对计算机、综合控制器、伺服机构等关键部组件及系统级总线进行冗余设计,提高了系统的可靠性。     

三平测发模式下起竖臂对运载火箭地面风载的影响

为提高运载火箭地面风载条件对地面风场较大的发射场的适应性、降低运载火箭设计载荷、减轻火箭结构质量、提高运载效率,针对三平测发模式的特点,开展起竖臂对运载火箭地面风载的影响分析。采用基于广义位移和广义载荷的运载火箭地面风载计算方法,根据起竖臂的结构特点,量化分析竖臂刚度、支承油缸刚度、抱箍数量及位置因素对运载火箭地面风载的影响程度。起竖臂刚度、抱箍数量和位置对运载火箭地面风载影响较大,提高起竖臂刚度可使根部弯矩降低24.8%,增加Ⅰ级箱间段抱箍可使根部弯矩降低38%,而支承油缸刚度对运载火箭地面风载几乎没有影响。     

基于材料优化设计的某卫星结构热变形控制

为在不改变结构形式和卫星构型的前提下减小某卫星有效载荷安装界面热变形,用有限元法分析了初始方案的变形及其原因,通过材料优化设计确定了新的设计方案。经在轨飞行试验验证,新方案的热变形控制方法的热变形满足指标要求。     

可重复使用飞行器归一化复合控制系统设计

以可重复使用飞行器（RLV）的姿态控制系统为研究对象,提出一种基于归一化方法的新型复合控制系统设计方法。对RLV三自由度姿态动力学模型中的气动控制量和反作用控制系统（RCS）控制量分别进行归一化处理,建立RLV复合控制的归一化模型。在此基础上,通过对归一化模型的输入矩阵中同种执行机构控制阈值的设计,获得两种异类执行机构复合控制的切换条件,并进一步修正了归一化复合控制模型。基于积分型终端滑模控制方法,设计了可重复使用飞行器的复合控制系统,并采用广义逆的方法,直接将控制分配融合到控制律的设计中来,实现控制律和控制分配的一体化设计,不需要优化算法,减少了控制系统的计算量。最后,对可重复使用飞行器姿态控制系统进行数学仿真,不仅校验了采用归一化方法设计的复合控制系统的有效性,而且与采用线性规划优化控制方法具有相同的姿态控制效果。     

航天器高稳定结构热变形分析与试验验证方法研究

航天器高稳定结构研制须探讨微米级结构热变形仿真分析与试验验证工作,以满足空间环境交变温度载荷下结构微变形要求。根据机热一体化设计的特点,提出机热一体化分析方法进行机、热载荷交互,机、热温度场交互过程由手动赋值的几天时间缩短至几分钟,且映射误差小于1℃。基于数字图像相关测量技术,采用高稳定结构微米级变形的非接触式测试方法进行试验验证。结果显示,文章中的高稳定结构在轨热变形为2~30μm。文章提出的分析与试验验证方法,可为航天器高稳定结构设计及验证提供参考。     

RLV应急再入轨迹规划问题的动态伪谱法求解

针对可重复使用运载器(RLV)的应急轨迹规划问题,提出了动态伪谱法,实现了目标变更与能力下降情况下的轨迹重构。该方法将应急轨道规划问题转换为动态全局规划问题,基于Legendre-Gauss-Lobatto伪谱法进行了连续最优问题的离散化处理,推导了连续Bolza问题与离散化谱方法的一致性,并基于拉格朗日算子进行了性能指标优化。考虑到非连续最优解的收敛困难,给出了高效的初始配点和动态规划算法。最终的仿真结果表明所提出方法可有效实现再入轨迹重构,适应气动力系统20%的拉偏,且终端约束精度小于10m。     

基于闭环解析解的可重复使用运载器轨迹在线生成方法

The relationships between path constraints such as heating rate, dynamic pressure and aerodynamic load and velocity during entry flight are analyzed in  r-V  plane for an entry vehicle with mediate high lift to drag ratio. Through derivation and integration, a unified formula for path constraints is obtained in  r-V  plane. Based on the unified formula and several characteristics an analytical solution is obtained,and an online trajectory generation method is developed. In the method, the coupled longitudinal and lateral motion is considered, and can make the best use of flight capability and satisfy path constraints. Trajectory generation cases with different flight mission and downranges are tested. Simulation results demonstrate the capability and efficiency of the trajectory planning method in dealing with path constraints.