CN102880749B - 一种通信卫星2d-3d联合布局方法 - Google Patents
一种通信卫星2d-3d联合布局方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种通信卫星2D-3D联合布局方法，在计算机上利用二维绘图工具进行二维布局图中属性定义以及坐标系变换并形成布局接口数据单自动输出，利用三维绘图工具通过读取布局接口数据单自动生成各舱板三维布局模型，根据模型布局结果将实际布局完毕的各舱板组合在一起完成整星单机设备的原始布局，通过技术指标分析调整后即可完成整星单机设备的布局安装。本发明方法采用计算机完成理论模型布局设计，降低了人为参与导致的操作失误率、减少三维模装的工作量，按照得到的布局模型对实际卫星进行布局，可以提高卫星布局的准确性和效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种通信卫星星载设备的布局方法。
背景技术
随着地球静止轨道轨位资源变得越来越紧张，用户对单颗通信卫星承载的有效载荷容量要求越来越大，实现任务的复杂程度越来越高，使得星上仪器设备数量越来越多。原有的卫星平台提供的布局空间越来越紧张，加大了构型布局工作的难度，也对构型布局设计工作提出了更高质量的要求。为了提高构型布局工作的质量和效率，有必要研究一种布局辅助工具实现布局工作的自动化。
传统的布局方法一般是首先根据相关分系统系统链路图在二维图纸上进行仪器设备的初步摆放，确定构型布局的总体方案，然后根据二维图纸手动在三维软件中进行仪器设备的详细布局，完成实际卫星搭载设备三维模装。这种方法主要有以下不足：(1)二维布局修改和设备布局属性提取工作繁琐，需要反复迭代，而且全部由设计师手工完成，容易出错；(2)三维软件上进行仪器设备的摆放缺乏二维的直观性、快捷性和方便性，严重制约布局效率的提升；(3)三维模装过程中需要耗费大量的人力物力，随着模型数据量的成倍增加对计算机性能需要越来越高；(4)从二维布局到三维模装需要手工提取大量信息容易出错。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种通信卫星2D-3D联合布局方法，将二维图纸上的设备布局属性进行自动提取并自动生成整星三维布局模型，从而减少人为参与导致的操作失误、降低三维模装的工作量，按照得到的布局模型对实际卫星进行布局，可以大幅提高卫星布局的准确性和效率。
本发明的技术解决方案是：一种通信卫星2D-3D联合布局方法，步骤如下：
(1)收集并存储通信卫星所要安装单机设备的二维外形图以及三维模型，二维外形图和三维模型中均包含各单机设备的参考坐标系且保持一致；
(2)在计算机上利用二维绘图工具建立通信卫星舱板二维图并在通信卫星舱板上建立布局坐标系，将卫星舱板名称以及卫星舱板上对应安装单机设备所在的安装面信息作为舱板属性进行保存；
(3)将步骤(1)中收集到的单机设备在步骤(2)建立的布局坐标系下进行二维布局；
(4)将各单机设备三维模型存放位置、参考坐标系参数作为设备属性保存到步骤(3)得到的二维布局中各单机设备外形图的属性中；
(5)确定各单机设备相对通信卫星舱板的相对位置关系，得到各单机设备参考坐标系相对布局坐标系的变换矩阵，将变换矩阵及设备属性自动保存为布局接口数据单；
(6)在计算机上利用三维绘图工具创建通信卫星舱板的三维模型，并利用步骤(2)中保存的舱板属性信息在通信卫星舱板三维模型上创建布局坐标系；
(7)利用布局接口数据单中的变换矩阵在通信卫星舱板三维模型中建立各单机设备的参考坐标系，利用布局接口数据单中的设备属性信息导入各单机设备的三维模型并放置在通信卫星舱板的三维模型中建立的对应参考坐标系处，并使得单机设备三维模型中包含的参考坐标系与在通信卫星舱板的三维模型中建立的对应参考坐标系完全重合；
(8)重复步骤(2)～(7)，在计算机上自动完成各舱板上单机设备三维模型的布局；
(9)利用步骤(8)的结果，在实际通信卫星舱板上布局各单机设备，将所有布局完毕的舱板组合在一起，完成整星单机设备的布局安装。
本发明与现有技术相比的优点在于：(1)本发明方法将二维图纸上的设备布局属性进行自动提取形成布局接口数据单并自动生成整星三维布局模型，设 计效率较之手工操作提升数倍，且由于所有中间过程全部可交由计算机处理，数据量越大，效率提升越高；(2)本发明方法将所有中间过程全部可交由计算机处理从而减少人为参与导致的操作失误，使得产品设计的正确性得到有效保证，可靠性较之以往有了巨大提升；(3)采用本发明方法进行星载各单机设备的实物装配，可以消除人为原因造成的不可靠因素，提高实物装配的正确性和效率。
附图说明
图1为本发明方法的流程框图。
具体实施方式
本发明方法在进行布局设计时，基于AutoCAD以及CATIA或Pro/E的二次开发，在AutoCAD中增加两个操作环节：设备属性定义和布局接口数据单自动输出，布局接口数据单包括单机设备代号、三维模型存放位置、参考坐标系相对布局坐标系的变换矩阵等，采用基于CATIA或Pro/E二次开发的三维模型自动装配工具读取布局接口数据单完成各单机设备理论布局，在理论布局基础上完成所有单机设备的整星布局。
如图1所示，本发明方法的主要步骤如下：
(1)收集单机设备二维外形图以及三维模型，其中三维模型和二维外形图需要包含定义一致的参考坐标系，参考坐标系是确定单机设备自身摆放方位的基准，通常单机设备的二维外形图以及三维模型由单机设备研制厂家提供；
(2)定义舱板布局坐标系，在计算机上利用AutoCAD建立通信卫星舱板二维图并在通信卫星舱板上建立布局坐标系，将卫星舱板名称以及卫星舱板上对应安装单机设备所在的安装面信息作为舱板属性进行保存；
(3)二维布局，在AutoCAD软件中将步骤(1)中收集到的单机设备外形图在步骤(2)建立的舱板布局坐标系下进行二维布局，确定单机设备参考坐标系相对舱板布局坐标系的相对位置关系；
(4)逐台定义单机设备属性，包括各单机设备名称、代号、三维模型存放位置、参考坐标系参数，设备属性信息自动保存到二维布局图中各单机设备外形图属性中；
(5)获取单机设备参考坐标系相对舱板布局坐标系的变换矩阵，在AutoCAD软件中根据单机设备参考坐标系相对世界坐标系的变换矩阵T1以及舱板布局坐标系相对世界坐标系的变换矩阵T2自动计算出单机设备参考坐标系相对舱板布局坐标系的变换矩阵T3(T3＝T2*T1 -1)，该变换矩阵为4×4方阵，反应单机设备参考坐标系相对舱板布局坐标系的平移、旋转等关系；
(6)生成布局接口数据单，在AutoCAD软件中自动利用各单机设备的属性信息以及变换矩阵T3建立各单机设备名称、代号、三维模型存放位置和变换矩阵T3相对卫星舱板的映射关系；
(7)创建通信卫星舱板，在计算机上利用三维绘图工具软件CATIA(或Pro/E)创建通信卫星舱板的三维模型，并利用舱板属性信息在通信卫星舱板三维模型上创建布局坐标系；
(8)单机设备模型装配，在CATIA(或Pro/E)软件中利用布局接口数据单中的变换矩阵T3在卫星舱板的三维模型中自动建立以各单机设备代号为名称的单机设备参考坐标系，然后自动利用布局接口数据单中的设备属性信息导入各单机设备三维模型并放置在通信卫星舱板三维模型中建立的对应参考坐标系处，并使单机设备三维模型中包含的参考坐标系与在通信卫星舱板的三维模型中建立的对应参考坐标系完全重合以确保单机设备模型布局位置完全约束；
(9)重复步骤(2)～(8)，在CATIA(或Pro/E)软件中自动完成各舱板上单机设备三维模型的布局；
(10)利用步骤(9)的模型布局结果，将布局完毕的各舱板组合在一起完成整星单机设备的布局，对系统链路、质量特性等技术指标进行分析，并利用分析结果调整布局最终完成整星单机设备的布局安装。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (1)
1.一种通信卫星2D-3D联合布局方法，其特征在于步骤如下：
(1)收集并存储通信卫星所要安装单机设备的二维外形图以及三维模型，二维外形图和三维模型中均包含各单机设备的参考坐标系且保持一致；
(2)在计算机上利用二维绘图工具在通信卫星舱板上建立布局坐标系，将卫星舱板名称以及卫星舱板上对应安装单机设备所在的安装面信息作为舱板属性进行保存；
(3)将步骤(1)中收集到的单机设备在步骤(2)建立的布局坐标系下进行二维布局；
(4)将单机设备三维模型存放位置、参考坐标系参数作为设备属性保存到步骤(3)得到的二维布局中各单机设备外形图的属性中；
(5)确定各单机设备相对通信卫星舱板的相对位置关系，得到各单机设备参考坐标系相对布局坐标系的变换矩阵，将变换矩阵及设备属性保存为布局接口数据单；
(6)在计算机上利用三维绘图工具创建通信卫星舱板的三维模型，利用步骤(2)中保存的舱板属性信息在通信卫星舱板三维模型上创建布局坐标系；
(7)利用布局接口数据单中的变换矩阵在通信卫星舱板三维模型中建立各单机设备的参考坐标系，利用布局接口数据单中的设备属性信息导入各单机设备的三维模型并放置在通信卫星舱板的三维模型中建立的对应参考坐标系处，并使得单机设备三维模型中包含的参考坐标系与在通信卫星舱板的三维模型中建立的对应参考坐标系完全重合；
(8)重复步骤(2)～(7)，在计算机上完成各舱板上单机设备三维模型的布局；
(9)利用步骤(8)的结果，在实际通信卫星舱板上布局各单机设备，将所有布局完毕的舱板组合在一起，完成整星单机设备的布局安装。
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