CN108168472B - 一种卫星天线展开平面度和指向精度的测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种卫星天线展开平面度和指向精度的测量方法及装置，通过摄影测量系统测量卫星基体和天线面板的点状编码标志，获取不同位置带有点状编码标志的卫星基体和天线面板的数字图像，经计算机图像处理和最小二乘拟合计算卫星基体和天线面板的平面度，确定卫星基体和天线面板的法线方向，根据天线面板和卫星基体的法线方向计算卫星天线的指向精度。本发明可以完成对卫星天线面板的平面度、单翼指向精度的高精度、自动化、快速测量，满足10m×2.5m范围内平面度≤0.1mm，单翼指向精度≤0.02°的测量精度要求。
Description
技术领域
本发明属于工业测量技术领域，具体涉及一种卫星天线展开平面度和指向精度的测量方法及装置。
背景技术
大型展开天线是卫星的重要组成部分，是直接执行卫星功能的重要物理平台，是近年来随着航天科技快速发展而产生的一种新型空间结构，广泛应用于通信、测控、深空探测、对地观测和军事侦察等许多领域。
随着空间任务的不断发展，卫星展开天线的尺寸越来越大，结构越来越复杂，天线的平面精度和指向精度要求越来越高。天线展开后的平面度、指向精度直接影响卫星的观测精度和性能。为了检验卫星天线展开后的平面度、指向精度，需要对卫星天线展开精度进行测量，测量内容包括展开面板的平面度和单翼指向精度，精度要求为10m×2.5m范围内平面度≤0.1mm，单翼指向精度≤0.02°。
目前，卫星天线的测量采用经纬仪测量系统或激光雷达测量系统，经纬仪测量系统测量精度低，速度慢；激光雷达测量系统测量范围有限，对于大型展开天线具有一定局限性。大型展开卫星天线需要进行多次重复展开试验，因此需要多次测量，现有测量方法的精度和效率较低，都不适合大型展开天线的测量。
发明内容
本发明的技术解决问题是：本发明克服现有技术的不足，提供了一种卫星天线展开平面度和指向精度的测量方法及装置，实现了大型展开天线的平面度和指向精度的自动化测量，提高了大型展开天线的测量范围、测量精度、测量速度和自动化程度，解决了采用经纬仪测量方法测量精度低，速度慢和采用激光雷达测量方法测量范围有限等问题。
本发明的技术方案是：
一种卫星天线展开平面度和指向精度的测量方法，包括如下步骤：
1)在外部卫星基体上粘贴编码标志，获取多幅带有编码标志的卫星基体的数字图像；
2)根据卫星基体的数字图像，计算卫星基体的平面度，根据卫星基体的平面度确定卫星基体的法线方向；
4)展开天线面板，在天线面板上均匀粘贴编码标志，获取多幅带有编码标志的天线面板的数字图像；
5)根据天线面板的数字图像，计算天线面板的平面度，根据天线面板的平面度确定天线面板的法线方向；
6)根据天线面板法线方向与卫星基体法线方向计算卫星天线的指向精度。
所述在天线面板上均匀粘贴编码标志的方法为在卫星天线面板上横竖均匀粘贴编码标志，各编码标志的间距小于50mm。
所述多幅带有编码标志的卫星基体的数字图像或多幅带有编码标志的天线面板的数字图像中，各图像之间有重叠部分。
所述编码标志为点状编码标志。
所述点状编码标志为正方形灰板，表面有8个圆形的回光反射标志。
所述外部卫星基体上粘贴编码标志不少于4个。
所述计算卫星天线的指向精度的具体公式为：
(α,β,γ)＝(α2-α1,β2-β1,γ2-γ1)，
其中，(α1,β1,γ1)为卫星基体的法线方向，(α2,β2,γ2)为天线面板的法线方向。
一种实施所述的一种卫星天线展开平面度和指向精度的测量方法的装置，包括：数字相机、编码标志、AGV小车、图像处理系统；
AGV小车为有电磁或光学自动引导的具有移载功能的装置，用于移动数字相机；
数字相机用于拍摄多幅粘贴有编码标志的数字图像，固定在AGV小车上；
图像处理系统用于处理多幅数字图像，获得卫星基体或天线面板的法线方向，计算卫星天线的指向精度。
所述编码标志为正方形灰板，表面有8个圆形的回光反射标志。
所述图像处理系统计算卫星天线的指向精度(α,β,γ)的具体方法为：
(α,β,γ)＝(α2-α1,β2-β1,γ2-γ1)，
其中，(α1,β1,γ1)为卫星基体的法线方向，(α2,β2,γ2)为天线面板的法线方向。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1)本发明解决了大型展开天线展开平面度和指向精度的高精度、自动化、快速测量技术难题；
2)本发明采用了摄影测量的方法，解决了采用经纬仪测量精度差、效率低的缺点；采用激光雷达测量对天线尺寸范围的限制，提高了天线的测量范围、测量精度和测量效率；
3)本发明的测量方法对天线的尺寸没有限制，通过AGV小车的移动和伸缩支架的运动可实现任何尺寸的天线测量，能够满足10m×2.5m范围内平面度≤0.1mm，单翼指向精度≤0.02°的精度要求。
附图说明
图1是本发明所述的卫星天线展开平面度和指向精度测量布局示意图；
图2是本发明所述的点状编码标志示意图；
图3是本发明所述的测量轨迹示意图。
具体实施方式
图1为卫星天线展开平面度和指向精度的测量方法布局示意图，建立摄影测量系统，该系统由数字相机1、点状编码标志2、AGV小车3、图像处理系统4、伸缩支架5、云台6组成，数字相机1通过云台6转动，通过伸缩支架5上下移动，通过AGV小车3按照预定轨迹运动。
点状编码标志2为正方形灰板，表面有8个圆形的回光反射标志。
在卫星基体8上粘贴4个或4个以上点状编码标志2；在天线面板7上粘贴点状编码标志2，横竖均匀粘贴，其间距小于50mm，点状编码标志2的数量越多，测量精度越高。
图2为点状编码标志2示意图，点状编码标志2为正方形灰板，表面有8个圆形的回光反射标志，每个回光反射标志被编码，能够被数字相机1通过图像处理自动识别，该点状编码标志2由北京普达迪泰科技有限公司生产，使用北京普达迪泰科技有限公司提供的配套软件可计算点状编码标志2粘贴平面的平面度和法线方向。
移动AGV小车3，将数字相机1移动到卫星基体8的正前方，通过数字相机1在不同的位置和方向获取带有点状编码标志2的卫星基体8的数字图像，经计算机图像处理和最小二乘拟合计算卫星基体8的平面度，根据卫星基体8的平面度确定卫星基体8的法线方向(α1,β1,γ1)。其中，各数字图像之间有重叠部分。
展开天线面板7，移动AGV小车3将数字相机1移动到天线面板7距离卫星基体8远端的正前方，使天线面板7的上端面和下端面能够被数字相机1的视场所覆盖。测量系统沿平行于天线面板7的方向运动，使用数字相机1扫描天线面板7，获得带有点状编码标志2的天线面板7的数字图像，经计算机图像处理和最小二乘拟合计算天线面板7的平面度，根据天线面板7的平面度确定天线面板7的法线方向(α2,β2,γ2)。
如果受场地和精度要求等条件的限制，数字相机1的视场不能覆盖天线面板的上下端面，可以使数字相机1视场覆盖天线面板7的一部分，通过控制伸缩支架5的上下运动和AGV小车3的左右移动，按照预定运动轨迹实现整个天线面板7的测量。测量轨迹如图3所示，数字相机1从天线面板7的左上方沿平行于天线面板7的方向水平向右端移动，到右端后再竖直向下移动，然后再水平向左端移动，直到数字相机1将整个天线面板7都扫描完为止。
根据天线面板7法线方向与卫星基体8法线方向计算确定卫星天线的指向精度(α,β,γ)＝(α2-α1,β2-β1,γ2-γ1)。
尽管上文对本发明的具体实施方式进行了详细的描述和说明，但是应该指明的是，对上述实施方式进行各种改变和修改，都不脱离本发明的精神和所附的权利要求记载的范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。
Claims (7)
1.一种卫星天线展开平面度和指向精度的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)在外部卫星基体(8)上粘贴不少于4个编码标识(2)，通过AGV小车移动数字相机(1)在不同的位置和方向获取多幅带有编码标识(2)的卫星基体(8)的数字图像，各幅数字图像之间有重叠部分；
2)根据卫星基体(8)的数字图像，通过计算机图像处理和最小二乘拟合计算卫星基体(8)的平面度，根据卫星基体(8)的平面度计算卫星基体(8)的法线方向(α1,β1,γ1)；
3)展开天线面板(7)，在天线面板(7)上横竖均匀粘贴编码标识(2)，各编码标识(2)的间距小于50mm；通过控制伸缩导轨(5)的上下运动和AGV小车(3)的左右移动，按照预定运动轨迹实现整个天线面板(7)的测量；获取多幅带有编码标识(2)的天线面板(7)的数字图像，各幅数字图像之间有重叠部分；
4)根据天线面板(7)的数字图像，通过计算机图像处理和最小二乘拟合计算天线面板(7)的平面度，根据天线面板(7)的平面度计算天线面板(7)的法线方向(α2,β2,γ2)；
5)根据天线面板(7)法线方向与卫星基体(8)法线方向计算卫星天线的指向精度(α,β,γ)＝(α2-α1,β2-β1,γ2-γ1)。
2.根据权利要求1所述的一种卫星天线展开平面度和指向精度的测量方法，其特征在于：所述编码标识(2)为点状编码标识。
3.根据权利要求2所述的一种卫星天线展开平面度和指向精度的测量方法，其特征在于：所述点状编码标识(2)为正方形灰板，表面有8个圆形的回光反射标识，每个回光反射标识被编码，能够被数字相机(1)通过图像处理自动识别。
4.根据权利要求1-3任意之一所述的一种卫星天线展开平面度和指向精度的测量方法，其特征在于：所述计算卫星天线的指向精度的具体公式为：
(α,β,γ)＝(α2-α1,β2-β1,γ2-γ1)，
其中，(α1,β1,γ1)为卫星基体(8)的法线方向，(α2,β2,γ2)为天线面板(7)的法线方向。
5.一种实施权利要求1所述的一种卫星天线展开平面度和指向精度的测量方法的装置，其特征在于，包括：数字相机(1)、编码标识(2)、AGV小车(3)、图像处理系统(4)、伸缩导轨(5)、云台(6)；
数字相机(1)用于拍摄多幅粘贴有编码标识(2)的数字图像，固定在AGV小车(3)的云台(6)上；
AGV小车(3)为有电磁或光学自动引导的具有移载功能的装置，用于移动数字相机(1)，AGV小车(3)可以按照预定轨迹运动；
图像处理系统(4)用于处理多幅数字图像，获得卫星基体(8)或天线面板(7)的平面度和法线方向，计算卫星天线的指向精度；
伸缩导轨(5)用于使数字相机(1)上下移动或停止；
云台(6)用于使数字相机(1)左右或上下旋转。
6.根据权利要求5所述的一种卫星天线展开平面度和指向精度的测量装置，其特征在于：所述编码标识(2)为正方形灰板，表面有8个圆形的回光反射标识。
7.根据权利要求5或6所述的一种卫星天线展开平面度和指向精度的测量装置，其特征在于：所述图像处理系统(4)计算卫星天线的指向精度(α,β,γ)的具体方法为：
(α,β,γ)＝(α2-α1,β2-β1,γ2-γ1)，
其中，(α1,β1,γ1)为卫星基体(8)的法线方向，(α2,β2,γ2)为天线面板(7)的法线方向。
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