CN113932782B - 适用于航天器大尺寸舱体结构坐标系建立及基准转移方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于航天器大尺寸舱体结构坐标系建立及基准转移的方法，包括激光跟踪仪、标准转换器、电子经纬仪、航天器舱体基准立方镜、航天器舱体特征点、计算机软件系统。本发明中，利用此方法进行航天器舱体结构坐标系的建立及基准转移过程中，通过标准转换器2的运用，无需人员进行瞄准操作，且充分发挥了激光跟踪的高精度测点、电子经纬仪高精度测角等优势，巧妙的完成了结构坐标系与光学坐标系的转换传递，克服了以往航天器结构坐标系建立及基准转移单一电子经纬仪测量方法的缺点。

Description

适用于航天器大尺寸舱体结构坐标系建立及基准转移方法
技术领域
本发明涉及机械结构精度技术领域，尤其涉及一种适用于航天器大尺寸舱体结构坐标系建立及基准转移的方法。
背景技术
目前，航天器结构坐标系建立及基准转移采用的方法，是用多台电子经纬仪联合建站的方式，通过测量航天器舱体上表征舱体结构尺寸的特征点，完成航天器结构机械坐标系的建立；结合电子经纬仪立方镜测量法，得到航天器舱体结构机械坐标系同与航天器稳定固连的基准立方镜的关系矩阵，实现航天器舱体结构坐标系的建立及基准转移。
当前所采用的航天器结构坐标系建立及基准转移方法存在较多不足。首先，电子经纬仪建站的测量方式，主要基于两台电子经纬仪前方交会的测量原理，该建站过程较为复杂，耗时长，涉及大量运算，且与测量环境相关，两台电子经纬仪距离远近，高低，偏斜对测量精度的影响有很大不确定因素；其次，多台电子经纬仪联合建站过程中，电子经纬仪相关的每一步操作均需技能人员进行操作，如互瞄、瞄点等，技能人员的操作引入了较多的瞄准偏差、粗大误差及系统误差等环节，对测量结果的精度造成一定损失。
综合以上，当前采用的多台电子经纬仪联合建站的航天器结构坐标系建立及基准转移方法，操作过程复杂，存在较多误差引入环节，均对测量结果的精度造成消极影响，导致误差，无法满足当前空间站等航天器大尺寸舱体结构坐标系建立及基准转移的精度要求，因此，有必要寻找一种更高精度的结构坐标系建立及基准转移方法，以满足航天器大尺寸舱体结构坐标系及基准建立的精度测量需求。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决上述问题，而提出的一种适用于航天器大尺寸舱体结构坐标系建立及基准转移的方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种适用于航天器大尺寸舱体结构坐标系建立及基准转移的方法，包括激光跟踪仪、标准转换器、电子经纬仪、航天器舱体基准立方镜、航天器舱体特征点、计算机软件系统，适用于航天器大尺寸舱体结构坐标系建立及基准转移的方法包括以下步骤：
步骤1：将所述激光跟踪仪稳固架设至合适位置；
步骤2：将所述标准转换器稳固架设至合适位置；
步骤3：建立舱体机械坐标系；
步骤4：保持所述激光跟踪仪状态不变，利用所述激光跟踪仪测量标准转换器上特征点，依据所述标准转换器特征点构建标准转换器结构坐标系；
步骤5：架设电子经纬仪，利用计算机软件系统，测得所述标准转换器上立方镜同航天器舱体基准立方镜间的姿态关系矩阵A；
步骤6：向计算机软件系统输入经鉴定已知的标准转换器中机械坐标系与光学基准坐标系间关系矩阵B；
步骤7:在所述计算机软件系统中，查看并记录标准转换器机械坐标系同舱体结构坐标系间姿态关系矩阵C；
步骤8：计算姿态关系矩阵D；
步骤9：计算姿态关系矩阵E；
步骤10：保持所述激光跟踪仪状态不变，利用计算机软件系统，测得舱体机械坐标系下航天器舱体基准立方镜三个正交面的中心点坐标；
步骤11：整合步骤9与步骤10结果，输出航天器舱体基准立方镜同舱体结构机械坐标系的位姿关系矩阵，完成舱体结构坐标系的建立及基准转移。
优选地，所述步骤1中，所述激光跟踪仪稳固架设至合适位置后，连接测试电缆及电源线进行预热。
优选地，所述步骤3中，所述激光跟踪仪预热完成后，联机并初始化，利用计算机软件系统采集航天器舱体结构不小于6个均布的特征点，依据航天器舱体特征点通过基准面、坐标轴、中心点的构建方式建立舱体机械坐标系。
优选地，所述步骤8中，利用所述计算机软件系统，根据步骤6中输入姿态关系矩阵B及步骤7中的关系矩阵C的矩阵关系转换，计算得到舱体结构坐标系同标准转换器上光学基准坐标系间姿态关系矩阵D。
优选地，所述步骤9中，利用所述计算机软件系统，根据步骤8计算得到的D矩阵结果及步骤5中的矩阵A关系转换，计算所述航天器舱体基准立方镜同舱体机械坐标系间姿态关系矩阵E。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明的适用于空间站航天器大尺寸舱体结构坐标系建立及基准转移方法，通过标准器的使用，充分的发挥了激光跟踪仪在位置测量、电子经纬仪在立方镜准直测量中的高精度优势，极大的规避了人为电子经纬仪操作误差，高精度完成了由结构坐标系向光学基准坐标系的传递，在提高效率的基础上，以更高精度完成了航天器大尺寸舱体结构坐标系建立及基准转移。
附图说明
图1示出了空间站航天器大尺寸舱体结构坐标系建立及基准转移方法流程图；
图2示出了空间站航天器大尺寸舱体结构坐标系建立及基准转移方法操作示意图。
图例说明：
1、激光跟踪仪；2、标准转换器；3、电子经纬仪；4、航天器舱体基准立方镜；5、航天器舱体特征点；6、计算机软件系统。
具体实施方式
本发明的目的在于克服当前航天器结构坐标系建立及基准转移方法的缺点，从而提出一种更高精度的适用于空间站航天器大尺寸舱体结构坐标系建立及基准转移的方法。该测量方法通过使用不同测量设备，在减少人为操作误差引入的同时，快速、高精度地实现航天器结构坐标系的建立及基准转移。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：
一种适用于航天器大尺寸舱体结构坐标系建立及基准转移的方法，包括激光跟踪仪1、标准转换器2、电子经纬仪3、航天器舱体基准立方镜4、航天器舱体特征点5、计算机软件系统6，适用于航天器大尺寸舱体结构坐标系建立及基准转移的方法包括以下步骤：
步骤1：将激光跟踪仪1稳固架设至合适位置；
步骤2：将标准转换器2稳固架设至合适位置；
步骤3：建立舱体机械坐标系；
步骤4：保持激光跟踪仪1状态不变，利用激光跟踪仪1测量标准转换器2上特征点，依据标准转换器2特征点构建标准转换器2结构坐标系；
步骤5：架设电子经纬仪3，利用计算机软件系统6，测得标准转换器2上立方镜同航天器舱体基准立方镜4间的姿态关系矩阵A；
步骤6：向计算机软件系统6输入经鉴定已知的标准转换器2中机械坐标系与光学基准坐标系间关系矩阵B；
步骤7:在计算机软件系统6中，查看并记录标准转换器2机械坐标系同舱体结构坐标系间姿态关系矩阵C；
步骤8：计算姿态关系矩阵D；
步骤9：计算姿态关系矩阵E；
步骤10：保持激光跟踪仪1状态不变，利用计算机软件系统6，测得舱体机械坐标系下航天器舱体基准立方镜4三个正交面的中心点坐标；
步骤11：整合步骤9与步骤10结果，输出航天器舱体基准立方镜4同舱体结构机械坐标系的位姿关系矩阵，完成舱体结构坐标系的建立及基准转移。
具体的，如图1所示，步骤1中，激光跟踪仪1稳固架设至合适位置后，连接测试电缆及电源线进行预热。
具体的，如图1所示，步骤3中，激光跟踪仪1预热完成后，联机并初始化，利用计算机软件系统6采集航天器舱体结构不小于6个均布的特征点，依据航天器舱体特征点5通过基准面、坐标轴、中心点的构建方式建立舱体机械坐标系。
具体的，如图1所示，步骤8中，利用计算机软件系统6，根据步骤6中输入姿态关系矩阵B及步骤7中的关系矩阵C的矩阵关系转换，计算得到舱体结构坐标系同标准转换器2上光学基准坐标系间姿态关系矩阵D。
具体的，如图1所示，步骤9中，利用计算机软件系统6，根据步骤8计算得到的D矩阵结果及步骤5中的矩阵A关系转换，计算航天器舱体基准立方镜4同舱体机械坐标系间姿态关系矩阵E。
本发明的方法主要涉及激光跟踪仪1、电子经纬仪3、标准转换器2以及计算机软件系统6。
激光跟踪仪1主要用于高精度点位测量，电子经纬仪3主要用于高精度角度测量，标准转换器2主要建立结构坐标系与光学基准坐标系的关系转换，计算机软件系统6主要用于激光跟踪仪1数据的采集、电子经纬仪3数据采集、坐标系的建立及传递。
具体在航天器舱体结构坐标系建立及基准转移方法如下：将激光跟踪仪1、标准转换器2架设至合适位置，待激光跟踪仪1完成预热、初始化及校验后，利用计算机软件系统6测量航天器舱体特征点5和标准转换器2特征点；利用航天器舱体特征点5建立航天器舱体结构坐标系和标准转换器2结构坐标系；利用激光跟踪仪1测量航天器舱体基准立方镜4中心点在航天器舱体结构坐标系下的点位信息。架设电子经纬仪3，利用计算机软件系统6建立电子经纬仪测量系统，测量标准转换器2上立方镜同航天器舱体基准立方镜4的传递关系矩阵A。输入标准转换器2上结构坐标系——光学基准坐标系传递关系矩阵B，利用计算机软件系统6计算航天器舱体结构坐标系——标准转换器2结构坐标系传递关系矩阵C，结合输入的标准转换器2上结构坐标系——光学基准坐标系传递关系矩阵B，计算标准转换器2光学基准坐标系——航天器舱体结构坐标系传递关系矩阵D，结合标准转换器2上立方镜同航天器舱体基准立方镜4的传递关系矩阵A，最终计算得到航天器舱体基准立方镜4坐标系——航天器舱体结构坐标系的传递关系矩阵E。至此，航天器舱体基准立方镜4坐标系——航天器舱体结构坐标系传递关系矩阵、航天器舱体基准立方镜4中心点在航天器舱体结构坐标系中的坐标均已得到，完成航天器舱体结构坐标系的建立及基准转移。
综上所述，本实施例所提供的一种适用于航天器大尺寸舱体结构坐标系建立及基准转移的方法，利用这种方法进行航天器舱体结构坐标系的建立及基准转移过程中，通过标准转换器2的运用，无需人员进行瞄准操作，且充分发挥了激光跟踪的高精度测点、电子经纬仪高精度测角等优势，巧妙的完成了结构坐标系与光学坐标系的转换传递，克服了以往航天器结构坐标系建立及基准转移单一电子经纬仪测量方法的缺点。
实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种适用于航天器大尺寸舱体结构坐标系建立及基准转移的方法，包括激光跟踪仪（1）、标准转换器（2）、电子经纬仪（3）、航天器舱体基准立方镜（4）、航天器舱体特征点（5）、计算机软件系统（6），其特征在于，适用于航天器大尺寸舱体结构坐标系建立及基准转移的方法包括以下步骤：
步骤1：将所述激光跟踪仪（1）稳固架设至合适位置；
步骤2：将所述标准转换器（2）稳固架设至合适位置；
步骤3：建立舱体机械坐标系，所述激光跟踪仪预热完成后，联机并初始化，利用计算机软件系统采集航天器舱体结构不小于6个均布的特征点，依据航天器舱体特征点通过基准面、坐标轴、中心点的构建方式建立舱体机械坐标系；
步骤4：保持所述激光跟踪仪（1）状态不变，利用所述激光跟踪仪（1）测量标准转换器（2）上特征点，依据所述标准转换器（2）特征点构建标准转换器（2）结构坐标系；
步骤5：架设电子经纬仪（3），利用计算机软件系统（6），测得所述标准转换器（2）上立方镜同航天器舱体基准立方镜（4）间的姿态关系矩阵A；
步骤6：向计算机软件系统（6）输入经鉴定已知的标准转换器（2）中机械坐标系与光学基准坐标系间关系矩阵B；
步骤7:在所述计算机软件系统（6）中，查看并记录标准转换器（2）机械坐标系同舱体结构坐标系间姿态关系矩阵C；
步骤8：利用所述计算机软件系统（6），计算得到舱体结构坐标系同标准转换器（2）上光学基准坐标系间姿态关系矩阵D；
步骤9：利用所述计算机软件系统（6），计算所述航天器舱体基准立方镜（4）同舱体机械坐标系间姿态关系矩阵E；
步骤10：保持所述激光跟踪仪（1）状态不变，利用计算机软件系统（6），测得舱体机械坐标系下航天器舱体基准立方镜（4）三个正交面的中心点坐标；
步骤11：整合步骤9与步骤10结果，输出航天器舱体基准立方镜（4）同舱体结构机械坐标系的位姿关系矩阵，完成舱体结构坐标系的建立及基准转移。
2.根据权利要求1所述的一种适用于航天器大尺寸舱体结构坐标系建立及基准转移的方法，其特征在于，步骤1中，所述激光跟踪仪（1）稳固架设至合适位置后，连接测试电缆及电源线进行预热。
3.根据权利要求1所述的一种适用于航天器大尺寸舱体结构坐标系建立及基准转移的方法，其特征在于，步骤8中，利用所述计算机软件系统（6），根据步骤6中输入姿态关系矩阵B及步骤7中的关系矩阵C的矩阵关系转换，计算得到舱体结构坐标系同标准转换器（2）上光学基准坐标系间姿态关系矩阵D。
4.根据权利要求1所述的一种适用于航天器大尺寸舱体结构坐标系建立及基准转移的方法，其特征在于，步骤9中，利用所述计算机软件系统（6），根据步骤8计算得到的D矩阵结果及步骤5中的矩阵A关系转换，计算所述航天器舱体基准立方镜（4）同舱体机械坐标系间姿态关系矩阵E。
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