CN103076041B - 一种航天器上设备精度的测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种航天器上设备精度的测定方法。在待测量设备上安装一个标定转移基准；待测量设备交付前，测量标定转移基准与待测量设备之间的关系；待测量设备交付装于卫星上后，测量标定转移基准的精度，然后通过得到的测量标定转移基准与待测量设备之间的关系，得到待测量设备的精度。本发明针对航天器上有精度要求的设备精测光路被遮挡的情况，实现对设备进行精测；该方法简单、安全、可靠、准确。

Description

一种航天器上设备精度的测定方法

技术领域

本发明涉及一种航天器上设备精度的测定方法，尤其是一种航天器上光路被遮挡设备精度的测定方法，适用于国内航天器上设备精测光路被遮挡时的精测，适用于导航卫星、通信卫星、探月卫星、载人飞船等。

背景技术

在航天器的总装过程中，敏感器、执行机构、天线等的安装精度保证是其质量控制的关键环节之一，有些精度指标则直接关系到航天器的入轨、制导、姿态控制、返回落点等的精度。由于航天器的结构制造及系统集成特点，结构加工、装配的精度无法满足敏感器、执行机构、天线等的安装精度要求，目前我国航天器精度保证是通过电子经纬仪、三坐标测量机等常规测量仪器设备对敏感器、执行机构、天线等得安装精度进行测量，在设备安装面上垫调整垫片的方式修正设备的安装精度，经过几次的测量、调整使敏感器、执行机构、天线等的安装精度满足要求。

在卫星布局时，考虑布局空间、电磁兼容、质量特性、结构强度、卫星散热等约束条件，某些敏感器、执行机构、天线无法布置在航天器表面，其精测光路可能被航天器结构或者航天器上其它设备、支架等遮挡，无法对其进行精度测量，无法保证敏感器、执行机构、天线等的安装精度。

发明内容

本发明的目的是为了解决航天器上设备被遮挡时其光路无法精确测量的问题，提出一种航天器上设备精度的测定方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种航天器上设备精度的测定方法，该方法的步骤包括：

1)在待测量设备上安装一个标定转移基准镜；

2)待测量设备交付前，测量标定转移基准镜与待测量设备之间的关系；

3)待测量设备交付装于卫星上后，测量标定转移基准镜的精度，然后通过步骤2)得到的测量标定转移基准镜与待测量设备之间的关系，得到待测量设备的精度。

有益效果

本发明针对航天器上有精度要求的设备精测光路被遮挡的情况，实现对设备进行精测；该方法简单、安全、可靠、准确。

附图说明

图1为标定转移基准镜的结果示意图；

图2为标定转移基准镜的安装位置示意图；

图3为反作用轮坐标系。

具体实施方式

本发明的具体实施方式选用某导航卫星反作用轮精测做进一步说明。反作用轮是控制分系统重要的执行结构，在总装过程中，为了保证反作用轮的安装精度，需要精测反作用轮的安装精度并进行调整，从导航卫星的布局上分析，此方向的光路被反作用轮支架、隔板和气瓶遮挡，无法进行直接精确测量，因此采用间接测量，即基准转移设计方法，实现对反作用轮的精测，实施步骤如下：

1)根据卫星布局，在反作用轮上安装一个标定转移基准镜，标定该转移基准镜；所述的标定转移基准镜包括支架和两个平面镜1；支架中成120°的两个平面上各安装一个平面镜1，支架固定在反作用轮的表面上，从而将两个平面镜1和反作用轮的位置进行限定；如图1和图2所示；

2)以安装反作用轮的法兰面的圆心为坐标原点，Y轴指向反作用轮基准镜4的法向的反方向，X轴和Z轴分别与Y轴垂直，建立反作用轮坐标系；如图3所示，标定转移基准镜3安装在反作用轮的表面上，反作用轮基准镜4位于反作用轮的中心位置；

3)精确测量两个平面镜1的法向矢量R1、R2；然后计算R1和R2的矢量积即为Y’；

4)计算Y的单位矢量和归一化后的矢量Y’的关系，得到矢量误差δ；并通过公式(1)进行坐标转化，得到在整星坐标系下的误差矢量δ_T；

$\left[\begin{array}{c}{x}_T\\ y_T\\ z_T\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}\cos {\mathrm{\α}}_1& \cos {\mathrm{\α}}_2& \cos {\mathrm{\α}}_3\\ \cos {\mathrm{\β}}_1& \cos {\mathrm{\β}}_2& \cos {\mathrm{\β}}_3\\ \cos {\mathrm{\γ}}_1& \cos {\mathrm{\γ}}_2& \cos {\mathrm{\γ}}_3\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right]---\left(1\right)$

式中，

[x  y  z]^T———反作用轮坐标系下的误差矢量δ；

[x_T y_T z_T]^T-整星坐标系下的误差矢量δ_T；

α_i、β_i、γ_i(i＝1，2，3)-反作用轮坐标系的i轴与整星坐标系的x轴、y轴、z轴的夹角；

5)将反作用轮交付、装星；

6)在整星坐标系下精确测量两个平面镜的法向矢量R3、R4；

7)计算R3和R4的矢量积分Y”，计算矢量Y”与误差矢量δ_T矢量和，得到反作用轮的精确测量结果。

实施例

以导航卫星反作用轮为例进行说明：

1)根据卫星布局，在反作用轮上安装一个标定转移基准镜，标定转移基准镜包括支架和两个平面镜；支架中成120°的两个平面上个安装一个平面镜，支架固定在反作用轮的表面上，从而将两个平面镜和反作用轮的位置进行限定；如图1和图2所示；

2)以安装反作用轮的法兰面的圆心为坐标原点，Y轴指向反作用轮基准镜的法向的反方向，X轴和Z轴分别与Y轴垂直，建立反作用轮坐标系；如图3所示；

3)通过测量，平面镜1与反作用轮坐标系的三个轴的夹角分别为15.10°、90.05°、105.10°，平面镜2与反作用轮坐标系的三个坐标轴的夹角分别为75.21°、89.82°、165.21°。

计算得到平面镜1的法向矢量R1＝[0.96547 -0.00087 -0.26050]，平面镜2的法向矢量R2＝[0.25528 0.00314 -0.96686]。

计算R1与R2的矢量积Y′＝[0.00166 0.86697 0.00325]。

4)对Y′进行归一化，计算Y的单位矢量和归一化后的矢量Y′之差，得到矢量误差δ＝[-0.00191 0.00001 -0.00375]。

根据卫星三维模型，得到反作用轮坐标系的坐标轴与整星坐标系的夹角如下：

根据公式(1)，得到在整星坐标系下的误差矢量δ_T＝[0.00322 0.002660.00052]；

5)反作用轮装星后，在整星坐标系下进行测量，平面镜1与反作用轮坐标系的三个轴的夹角分别为123.60°、79.45°、35.67°，平面镜2与反作用轮坐标系的三个坐标轴的夹角分别为72.55°、46.92°、48.24°。

计算得到在整星坐标系下平面镜1的法向矢量R3＝[-0.55339 0.183090.81239]，平面镜2的法向矢量R4＝[0.29987 0.68302 0.66601]。

计算R3与R4的矢量积Y″＝[-0.43293 0.61218 -0.43288]。

6)Y″归一化后为[-0.50005 0.70708 -0.49999]，与δ_T求和得到反作用轮的精测结果[-0.49683 0.70974 -0.49947]。

Claims (2)

1.一种航天器上设备精度的测定方法，其特征在于该方法的步骤包括：

1)在待测量设备上安装一个标定转移基准镜；

2)待测量设备交付前，测量标定转移基准镜与待测量设备之间的关系；

3)待测量设备交付装于卫星上后，测量标定转移基准镜的精度，然后通过步骤2)得到的测量标定转移基准镜与待测量设备之间的关系，得到待测量设备的精度；

步骤1)中的标定转移基准镜包括支架和两个平面镜；支架中成120°的两个平面上各安装一个平面镜，支架固定在反作用轮的表面上；

步骤2)中测量标定转移基准镜与待测量设备之间的关系的方法为：以安装反作用轮的法兰面的圆心为坐标原点，Y轴指向反作用轮基准镜的法向的反方向，X轴和Z轴分别与Y轴垂直，建立反作用轮坐标系；精确测量两个平面镜的法向矢量R1、R2；然后计算R1和R2的矢量积即为Y’；计算Y的单位矢量和归一化后的矢量Y’的关系，得到矢量误差δ；并通过公式(1)进行坐标转化，得到在整星坐标系下的误差矢量δ_T；

$\left[\begin{array}{c}{x}_T\\ y_T\\ z_T\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}\cos {\mathrm{\α}}_1& \cos {\mathrm{\α}}_2& \cos {\mathrm{\α}}_3\\ \cos {\mathrm{\β}}_1& \cos {\mathrm{\β}}_2& \cos {\mathrm{\β}}_3\\ \cos {\mathrm{\γ}}_1& \cos {\mathrm{\γ}}_2& \cos {\mathrm{\γ}}_3\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right]---\left(1\right)$

式中，

[x y z]^T——反作用轮坐标系下的误差矢量δ；

[x_T y_T z_T]^T-整星坐标系下的误差矢量δ_T；

α_i、β_i、γ_i，其中i＝1，2，3-反作用轮坐标系的i轴与整星坐标系的x轴、y轴、z轴的夹角。

2.根据权利要求1所述的一种航天器上设备精度的测定方法，其特征在于：步骤3)中待测量设备的精度测量方法为：在整星坐标系下精确测量两个平面镜的法向矢量R3、R4；计算R3和R4的矢量积分Y”，计算矢量Y”与误差矢量δ_T矢量和，得到反作用轮的精确测量结果。