CN116015447A - 一种提升激光通信指向精度安装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提升激光通信指向精度安装方法，属于航天器激光通信技术领域，其涉及的激光采用两个星敏感器作为定姿元件，两个星敏互为备份，激光安装在倾斜支架上，该方法包括：步骤S1：热控前处理；步骤S2：各部件之间进行组装；步骤S3：热控后处理；步骤S4：模拟转接支架、星敏安装面在轨温度控制；S5：使用经纬仪标定星敏棱镜与激光棱镜之间位置关系；步骤S6：对星敏棱镜和激光棱镜进行坐标转换，激光利用坐标换算后的姿态四元数进行指向建链，本发明通过利用刚性结构件固定星敏与激光相对位置，激光直接转化星敏姿态四元数进行指向，同时采用热控措施保障激光与星敏间坐标换算同一性，提升了激光通信在轨指向精度。
Description
技术领域
本发明涉及航天器激光通信技术领域，尤其涉及一种提升激光通信指向精度安装方法。
背景技术
航天器空间通信技术分为微波通信和激光通信，激光通信由于抗干扰能力强、通信容量大、质量功耗低，已逐渐成为航天领域研究热点。建链时间是反映激光性能的一项重要指标，激光通信视场角在微弧度量级，提高初始指向精度，可降低激光捕获时间。指向姿态信息由搭载平台提供，平台指向精度受外界和自身因素影响，外界因素包括卫星温度不均匀、发射主动段振动等引起的安装面精度变形，自身因素包括飞轮扰振、SADA驱动太阳帆板振动、反射面天线运动等影响。星体振动会影响通信质量，同时导致激光与星体安装矩阵系数与地面标定不一致，降低指向精度，增加在轨捕获时间。
当前抑制星体振动方案有被动隔振、主动减振、算法抑制等措施。被动隔振结构简单，易于实现，对高频振动具有很好的抑制作用。主动隔振受限于卫星质量、体积、功耗，在卫星上应用较少。算法抑制内嵌于激光精跟踪，对低频振动具有很好的抑制作用。校正激光安装矩阵系数方法有星地标较、星间标较、恒星标较。但卫星在轨运行中，蜂窝板形变不可预测，引起星敏指向偏差，不利于快速建链。
针对现有激光被动减振中由于蜂窝板变形引起的激光、星敏与星体安装矩阵变化，导致激光建链时间增长以及多次在轨标较的风险问题，如何提供一种提升激光通信指向精度安装方法，成为了本领域技术人员亟需解决的重要技术问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种提升激光通信指向精度安装方法，针对现有激光被动减振中由于蜂窝板变形引起的激光、星敏与星体安装矩阵变化，导致激光建链时间增长、以及多次在轨标较的风险，该方法通过利用结构件将星敏与激光固接，通过减振器与星体连接，将指向精度与星体解耦，提升指向精度，缩短激光建链时间且无需多次标定。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明公开了一种提升激光通信指向精度安装方法，其涉及的转动式激光采用两个星敏感器作为定姿元件，两个星敏互为备份，为满足所述激光俯仰角需求，该所述激光安装在20°倾角的倾斜支架上；
该方法包括以下步骤：
步骤S1；热控前处理：
步骤S1.1所述星敏与星敏支架进行热控处理；
步骤S1.2转接支架进行热控处理，所述转接支架热控实施中，加热带黏贴在工字型中部；
步骤S2：各部件之间进行组装；
步骤S2.1：所述星敏与所述星敏支架进行组装；
步骤S2.2：减振器与所述转接支架安装：
步骤S2.2.1：所述倾斜支架与所述转接支架安装；
步骤S2.3：所述星敏支架与所述转接支架安装、以及垫片与所述倾斜支架安装；
步骤S3：热控后处理，所述激光、所述星敏、所述转接支架整体做热控处理，减小螺栓安装处漏热；
步骤S4：所述转接支架(3)、星敏支架(7)模拟在轨闭环温度控制；
步骤S5：上述步骤S4工况稳定后，使用经纬仪标定星敏棱镜与激光棱镜之间位置关系；
步骤S6：对所述星敏棱镜和所述激光棱镜进行坐标转换，所述激光利用坐标换算后的姿态四元数进行指向建链。
进一步的，所述转接支架、所述星敏支架的材质均为铝基碳化硅材料，其中所述转接支架采用工字型结构。
进一步的，所述减振器的材质为粘弹性阻尼材料。
进一步的，上述步骤S2.3中，所述垫片采用玻璃钢或者聚酰亚胺材料。
进一步的，上述步骤S4：在轨温度控制工况中，所述转接支架控温为19.5℃～20.5℃，星敏安装面控温为19.5℃～20.5℃。
在上述技术方案中，本发明提供的一种提升激光通信指向精度安装方法，有益效果：
该方法与现有技术相比，首先，星敏姿态四元数与星体变形、振动进行解耦；其次，转接支架、星敏支架在轨全寿命周期内精密控温，使得在轨过程中星敏与激光间坐标变换与地面测试一致；
另外，激光与星敏固定在刚性转接支架，激光直接利用星敏姿态四元数进行指向，无需通过星体坐标换算，减小中间误差；
该方法通过利用刚性结构件固定星敏与激光相对位置，激光直接转化星敏姿态四元数进行指向，同时采用热控措施保障激光与星敏间坐标换算同一性，提升了激光通信在轨指向精度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明公开的一种提升激光通信指向精度安装方法实施例激光安装示意图；
图2是本发明公开的一种提升激光通信指向精度安装方法实施例安装流程图；
图3是本发明公开的一种提升激光通信指向精度安装方法实施例减振器安装示意图；
图4是本发明公开的一种提升激光通信指向精度安装方法实施例倾斜支架与垫片安装示意图。
附图标记说明：
1、蜂窝板；2、减振器；3、转接支架；4、倾斜支架；5、垫片；6、激光；7、星敏支架；8、星敏；9、星敏棱镜；10、激光棱镜；
21、减振器轴套；22、下橡胶减振器；23、下减振器橡胶外壳；24、上减振器橡胶外壳；25、上橡胶减振器；26、减振器垫片；27、螺栓平垫片；28、螺栓弹垫片；29、螺栓；
31、转接支架中部；32、转接支架上下部。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
参见图1所示；
发明一种提升激光通信指向精度安装方法，其涉及的转动式激光6采用两个星敏感器作为定姿元件，两个星敏8互为备份，为满足激光俯仰角需求，该激光安装在20°倾角倾斜支架4上；该安装方法具体的包括：蜂窝板1、减振器2、转接支架3、倾斜支架4、垫片5、激光6、星敏支架7、星敏8、星敏棱镜9、激光棱镜10的安装；
蜂窝板1成型前在减振器安装处预埋哑铃型螺母埋件；
星敏支架7选用高导热、低膨胀率、高强度的铝基碳化硅材料，星敏支架黏贴加热带；
星敏遮光罩和星敏电箱根据目标轨道热流特点，选择性进行散热面设计，一般在散热面黏贴F46薄膜镀铝第二次表面镜或喷涂低吸收发射比热控白漆，并在星敏安装面黏贴热敏电阻；
转接支架3选用高导热、低膨胀率、高强度的铝基碳化硅材料，如图3所示，转接支架3采用工字型结构，转接支架3和蜂窝板1连接处设计减震垫安装通孔，转接支架3和星敏支架7、倾斜支架4连接处设计螺纹孔，如图3所示；
参见图2所示，该方法包括以下步骤；
步骤S1：热控前处理：
步骤S1.1：星敏8与星敏支架7进行热控处理；
步骤S1.2：转接支架3进行热控处理，转接支架3热控实施中，加热带黏贴在工字型中部31，加热回路配线完成后，除安装孔外，均包覆单元多层隔热组件，最外层为F46薄膜镀铝第二次表面镜，减少外热流对转接支架温度影响，同时工字型上下部32起到了保护加热带作用；
步骤S2：各部件之间进行组装；
步骤S2.1：星敏8与星敏支架7进行组装；
步骤S2.2：减振器2与转接支架3安装：具体的，首先，将减振器轴套21、下橡胶减振器22、下减振器橡胶外壳23组装在一起，与转接支架3安装，之后将上减振器橡胶外壳24、上橡胶减振器25、减振器垫片26组装，完成减振器2与转接支架3组装；
步骤S2.2.1：倾斜支架4与转接支架3安装：具体的，首先，蜂窝板1位于星敏支架7安装侧，减振器2通过螺栓平垫片27、螺栓弹垫片28、螺栓29将转接支架3固定在蜂窝板1上；
蜂窝板1位于转动激光6安装侧，倾斜支架4通过螺栓平垫片27、螺栓弹垫片28、螺栓29将减振器2、转接支架3固定在蜂窝板1上；
S2.3：星敏支架7与转接支架3安装：具体的，星敏支架7与转接支架3通过聚酰亚胺隔热垫安装，避免减振器2突出部分影响星敏支架7安装；
垫片5与倾斜支架4安装：具体的，首先，倾斜支架4斜面安装垫片5，避免转动激光6安装面与倾斜支架4固定的螺栓干涉，如图4所示；
其次，垫片5采用玻璃钢或者聚酰亚胺材料，增大转动激光6与倾斜支架4传导热阻和接触热阻；
S3：热控后处理，转动激光6、星敏8、转接支架3整体做热控处理，减小螺栓安装处漏热；
S4：转接支架3、星敏支架7模拟在轨闭环温度控制，具体的，利用加热带、热敏电阻模拟转接支架3、星敏安装面在轨温度控制工况，转接支架3控温为19.5℃～20.5℃，星敏安装面控温为19.5℃～20.5℃；
S5：上述步骤S4工况稳定后，使用经纬仪标定星敏棱镜9与激光棱镜10之间位置关系；
S6：对星敏棱镜9和激光棱镜10进行坐标转换；
激光利用坐标换算后的姿态四元数进行指向建链，无需通过星体安装矩阵中转；
该提升激光通信指向精度安装方法固定星敏8与激光6之间相对位置，并使得激光6、星敏8与星体进行刚度解耦，具体做法为：设计一个刚度大、导热性强、满足激光6和星敏8安装视场角的转接支架3，转接支架3通过减振器2与星体连接，激光6与星敏8通过螺栓固定在转接支架3上；对转接支架3和星敏安装面进行在轨温度控制模拟，当工况稳定时，使用经纬仪对星敏棱镜9和激光棱镜10进行标定，得出星敏8与激光6间坐标变换。该方法减小星体振动及变形对星敏8指向精度的影响，通过固化激光6与星敏8之间相对位置及温度控制，提高激光6与星敏8间坐标转换精度，激光利用坐标换算后的星敏姿态四元数，提升在轨激光通信指向精度。
在上述技术方案中，本发明提供的一种提升激光通信指向精度安装方法；
有益效果：
该方法与现有技术相比，首先，星敏姿态四元数与星体变形、振动进行解耦；其次，转接支架、星敏支架在轨全寿命周期内精密控温，使得在轨过程中星敏与激光间坐标变换与地面测试一致；
另外，激光与星敏固定在刚性转接支架，激光直接利用星敏姿态四元数进行指向，无需通过星体坐标换算，减小中间误差；
该方法通过利用刚性结构件固定星敏与激光相对位置，激光直接转化星敏姿态四元数进行指向，同时采用热控措施保障激光与星敏间坐标换算同一性，提升了激光通信在轨指向精度。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。
Claims (5)
1.一种提升激光通信指向精度安装方法，其特征在于，其涉及的转动式激光(6)采用两个星敏感器作为定姿元件，两个星敏(8)互为备份，为满足所述激光(6)俯仰角需求，该所述激光(6)安装在20°倾角的倾斜支架(4)上；
该方法包括以下步骤：
步骤S1；热控前处理；
步骤S1.1所述星敏(8)与星敏支架(7)进行热控处理；
步骤S1.2转接支架(3)进行热控处理，所述转接支架(3)热控实施中，加热带黏贴在工字型中部(31)；
步骤S2：各部件之间进行组装；
步骤S2.1：所述星敏(8)与所述星敏支架(7)进行组装；
步骤S2.2：减振器(2)与所述转接支架(3)安装：
步骤S2.2.1：所述倾斜支架(4)与所述转接支架(3)安装；
步骤S2.3：所述星敏支架(7)与所述转接支架(3)安装、以及垫片(5)与所述倾斜支架(4)安装；
步骤S3：热控后处理，所述激光(6)、所述星敏(8)、所述转接支架(3)整体做热控处理，减小螺栓安装处漏热；
步骤S4：所述转接支架(3)、星敏支架(7)模拟在轨闭环温度控制；
步骤S5：上述步骤S4工况稳定后，使用经纬仪标定星敏棱镜(9)与激光棱镜(10)之间位置关系；
步骤S6：对所述星敏棱镜(9)和所述激光棱镜(10)进行坐标转换，所述激光(6)利用坐标换算后的姿态四元数进行指向建链。
2.根据权利要求1所述的一种提升激光通信指向精度安装方法，其特征在于；
所述转接支架(3)、所述星敏支架(7)的材质均为铝基碳化硅材料，其中所述转接支架(3)采用工字型结构。
3.根据权利要求1所述的一种提升激光通信指向精度安装方法，其特征在于；
所述减振器(2)的材质为粘弹性阻尼材料。
4.根据权利要求1所述的一种提升激光通信指向精度安装方法，其特征在于；
上述步骤S2.3中，所述垫片(5)采用玻璃钢或者聚酰亚胺材料。
5.根据权利要求1所述的一种提升激光通信指向精度安装方法，其特征在于；
上述步骤S4：在轨温度控制工况中，所述转接支架(3)控温为19.5℃～20.5℃，星敏安装面控温为19.5℃～20.5℃。
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