一種衛(wèi)星結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性的地面測試方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及航天器結(jié)構(gòu)地面試驗技術(shù)領域，尤其涉及一種衛(wèi)星結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性的地 面測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 基于軍事和民用方面的考慮，世界各航天大國相繼研制出各種以對地觀測為目的 的遙感衛(wèi)星，并逐步走向商業(yè)化，如美國的Landsat、Ikonos、QuickBird、WorldView、 GeoEye，法國的SPOT，日本的ASTER、AL0S，印度的Cartosat等。為擺脫我國遙感數(shù)據(jù)的市場 長期依賴美、法等國外遙感衛(wèi)星的現(xiàn)狀，我國陸續(xù)研制和發(fā)射了一系列的陸地遙感衛(wèi)星，如 資源系列衛(wèi)星和ZY-3號衛(wèi)星，但其性能與國外先進國家存在較大差距，未來幾年，研制高精 度陸地遙感衛(wèi)星(或地球資源衛(wèi)星)是我國航天科技發(fā)展的必然趨勢。
[0003] 定位精度是陸地遙感衛(wèi)星的一項關鍵性能指標，由于衛(wèi)星在軌時的熱環(huán)境十分惡 劣，因此定位精度與衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定(主要是指結(jié)構(gòu)熱變形引起相機、星敏光軸相對指向 的變化)性存在密切的關系，例如當結(jié)構(gòu)熱變形引起相機光軸指向變化1"就會導致相機指 向在地面偏離理論目標2.45m(軌道高度約為500Km)。隨著陸地遙感衛(wèi)星精度要求的越來越 高，對衛(wèi)星結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性提出了很高的要求。地面研究衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性規(guī)律不僅可以 地面驗證衛(wèi)星的高熱穩(wěn)定性設計，而且可以對在軌衛(wèi)星進行熱穩(wěn)定性修正。然而目前國內(nèi) 尚沒有較為成熟的高精度地面實驗技術(shù)，衛(wèi)星的高熱穩(wěn)定設計一般只能通過純計算的方法 驗證，由于衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的復雜性造成純計算方法的結(jié)果一般誤差較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供一種衛(wèi)星結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性的地面測試方法，實現(xiàn)了衛(wèi)星結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性的 高精度地面測量。
[0005] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0006] -種衛(wèi)星結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性的地面測試方法，其利用地面測試系統(tǒng)進行衛(wèi)星結(jié)構(gòu)熱穩(wěn) 定性試驗，該地面測試系統(tǒng)包括:試驗平臺、待測結(jié)構(gòu)、立方鏡、加熱單元、測溫單元、經(jīng)煒 儀、數(shù)據(jù)采集單元、程控電源、溫控計算機和數(shù)據(jù)處理計算機;其連接關系為:待測結(jié)構(gòu)根據(jù) 在衛(wèi)星上的實際狀態(tài)放置于試驗平臺上;立方鏡安裝在待測結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)光軸位置處；加熱 單元和測溫單元分別粘貼在待測結(jié)構(gòu)上；數(shù)據(jù)采集單元用于采集測溫單元的溫度測量數(shù) 據(jù);程控電源用于控制加熱單元的加熱功率;溫控計算機分別與數(shù)據(jù)采集單元和程控電源 相連，控制數(shù)據(jù)采集單元和程控電源以實現(xiàn)待測結(jié)構(gòu)的溫度場控制;一個立方鏡由2臺經(jīng)煒 儀采集立方鏡相互正交的兩個反射面數(shù)據(jù)并將其發(fā)送到數(shù)據(jù)處理計算機，所有經(jīng)煒儀兩兩 互瞄；
[0007]其試驗過程為:溫控計算機控制程控電源調(diào)整加熱單元的加熱功率，以進行待測 結(jié)構(gòu)的η個溫度工況試驗，每個溫度工況試驗的試驗溫度范圍分為m個溫度平衡點，每個溫 度工況試驗均從初始溫度到達m個溫度平衡點中溫度值最高的溫度平衡點后回溫到初始溫 度，且每個溫度工況試驗中經(jīng)煒儀的位置固定不變;在每個溫度平衡點時經(jīng)煒儀實時對準 立方鏡的反射面，以實時記錄該反射面對應的經(jīng)煒儀的俯仰、偏航方向的讀數(shù)，根據(jù)讀數(shù)求 得立方鏡的轉(zhuǎn)動角度，并將轉(zhuǎn)動角度實時送往數(shù)據(jù)處理計算機，同時記錄所有測溫單元的 溫度測量數(shù)據(jù);其中，η為4個以上，m為3個以上；
[0008] 數(shù)據(jù)處理計算機：以初始溫度時經(jīng)煒儀獲得的立方鏡轉(zhuǎn)動角度為基準，把后續(xù)每 個溫度平衡點時經(jīng)煒儀獲得的立方鏡轉(zhuǎn)動角度與初始溫度獲得的立方鏡轉(zhuǎn)動角度相減，求 得每個溫度平衡點對應立方鏡轉(zhuǎn)角的變化，然后以測溫單元在溫度平衡時的溫度測量數(shù)據(jù) 為橫坐標，以對應的立方鏡轉(zhuǎn)角變化為縱坐標作該方鏡反射面的溫度-轉(zhuǎn)角圖，選取該溫度 工況試驗中斜率最大的溫度-轉(zhuǎn)角圖作為該溫度工況試驗的溫度-轉(zhuǎn)角代表圖，從η個溫度 工況試驗中選取斜率最大的溫度-轉(zhuǎn)角代表圖作為參考圖，根據(jù)該參考圖獲得待測結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn) 動角度隨溫度的變化情況以進行衛(wèi)星結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性分析。
[0009] 進一步的，待測結(jié)構(gòu)通過螺釘固連在試驗平臺上，試驗平臺為隔振平臺。
[0010] 進一步的，所述系統(tǒng)在進行試驗前，還包括預試驗，以檢測試驗系統(tǒng)的長期飄移誤 差，在溫度不變的條件下，經(jīng)煒儀長時間實時對準立方鏡的反射面，求得立方鏡轉(zhuǎn)角的變 化，即為試驗系統(tǒng)的長期飄移誤差，并當長期飄移誤差在設定范圍內(nèi)時開始試驗。
[0011] 進一步的，初始溫度為室溫。
[0012] 與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0013] (1)與以往衛(wèi)星的高熱穩(wěn)定設計一般只能通過純計算的方法驗證相比，本發(fā)明實 現(xiàn)了衛(wèi)星結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性高精度地面測量;與純計算的結(jié)果相比，地面試驗結(jié)果更為準確，因 此本發(fā)明提出的基于精測法的結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性高精度地面試驗，可以更準確的驗證衛(wèi)星的高 熱穩(wěn)定性設計以提高衛(wèi)星設計的可靠性。例如對于某衛(wèi)星的復材星敏支架，計算結(jié)果表明 復材星敏支架的熱穩(wěn)定性為l"/°c，而地面試驗結(jié)果為10"/°C，純計算的結(jié)果與試驗結(jié)果相 比有數(shù)量級的偏差，而該衛(wèi)星的在軌實測數(shù)據(jù)表明該星敏支架的熱穩(wěn)定性約為8.2"/°C，與 試驗結(jié)果相近。
[0014] (2)本發(fā)明實現(xiàn)了在不同溫度工況下待測結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性能定量試驗，利用這些定 量試驗結(jié)果能準確的修正計算模型，基于修正后的計算模型，在更為復雜的在軌實際溫度 工況下，可以實現(xiàn)待測結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性能較為精確的定量預測，從而為設計和在軌修正提供 參考。因此，通過試驗與計算相結(jié)合的方法不僅能夠更準確的指導設計，而且能在軌進行衛(wèi) 星結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性精確修正。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明的實施例的衛(wèi)星結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性的地面試驗系統(tǒng)示意圖；
[0016] 圖2為本發(fā)明的實施例的衛(wèi)星結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性的地面試驗系統(tǒng)第一試驗結(jié)果示意 圖；
[0017] 圖3為本發(fā)明的實施例的衛(wèi)星結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性的地面試驗系統(tǒng)第二試驗結(jié)果示意 圖。
【具體實施方式】
[0018] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0019] 一種衛(wèi)星結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性的地面測試方法，其利用地面測試系統(tǒng)進行衛(wèi)星結(jié)構(gòu)熱穩(wěn) 定性試驗，該地面測試系統(tǒng)包括:試驗平臺、待測結(jié)構(gòu)、立方鏡、加熱單元、測溫單元、經(jīng)煒 儀、數(shù)據(jù)采集單元、程控電源、溫控計算機和數(shù)據(jù)處理計算機;其連接關系為:待測結(jié)構(gòu)根據(jù) 在衛(wèi)星上的實際狀態(tài)放置于試驗平臺上;立方鏡安裝在待測結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)光軸位置處；加熱 單元和測溫單元分別粘貼在待測結(jié)構(gòu)上；數(shù)據(jù)采集單元用于采集測溫單元的溫度測量數(shù) 據(jù);程控電源用于控制加熱單元的加熱功率;溫控計算機分別與數(shù)據(jù)采集單元和程控電源 相連，控制數(shù)據(jù)采集單元和程控電源以實現(xiàn)待測結(jié)構(gòu)的溫度場控制;一個立方鏡由2臺經(jīng)煒 儀采集立方鏡相互正交的兩個反射面數(shù)據(jù)并將其發(fā)送到數(shù)據(jù)處理計算機，所有經(jīng)煒儀兩兩 互瞄；
[0020] 其試驗過程為:溫控計算機控制程控電源調(diào)整加熱單元的加熱功率，以進行待測 結(jié)構(gòu)的η個溫度工況試驗，每個溫度工況試驗的試驗溫度范圍分為m個溫度平衡點，每個溫 度工況試驗均從初始溫度到達m個溫度平衡點中溫度值最高的溫度平衡點后回溫到初始溫 度，且每個溫度工況試驗中經(jīng)煒儀的位置固定不變;在每個溫度平衡點時經(jīng)煒儀實時對準 立方鏡的反射面，以實時記錄該反射面對應的經(jīng)煒儀的俯仰、偏航方向的讀數(shù)，根據(jù)讀數(shù)求 得立方鏡的轉(zhuǎn)動角度，并將轉(zhuǎn)動角度實時送往數(shù)據(jù)處理計算機，同時記錄所有測溫單元的 溫度測量數(shù)據(jù)；
[0021] 數(shù)據(jù)處理計算機中：以初始溫度時經(jīng)煒儀獲得的立方鏡轉(zhuǎn)動角度為基準，把后續(xù) 每個溫度平衡點時經(jīng)煒儀獲得的立方鏡轉(zhuǎn)動角度與初始溫度獲得的立方鏡轉(zhuǎn)動角度相減， 求得每個溫度平衡點對應立方鏡轉(zhuǎn)角的變化，然后以測溫單元在溫度平衡時的溫度測量數(shù) 據(jù)為橫坐標，以對應的立方鏡轉(zhuǎn)角變化為縱坐標作該方鏡反射面的溫度-轉(zhuǎn)角圖，選取該溫 度工況試驗中斜率最大的溫度-轉(zhuǎn)角圖作為該溫度工況試驗的溫度-轉(zhuǎn)角代表圖，從η個溫 度工況試驗中選取斜率最大的溫度-轉(zhuǎn)角代表圖作為參考圖，根據(jù)該參考圖獲得待測結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)動角度隨溫度的變化情況以進行衛(wèi)星結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性分析。
[0022] 所述待測結(jié)構(gòu)一般通過螺釘固連在所述試驗平臺上，所述試驗平臺一般為隔振平 臺。所述立方鏡可以安裝一個或者多個，所述立方鏡需盡量靠近所述待測結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)光軸 位置，以近似所述待測結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)光軸。所述結(jié)構(gòu)光軸是指:星敏、相機或其他設備安裝在 所述待測結(jié)構(gòu)上后星敏、相機或其他設備對應的光軸或其他特征軸。所述的立方鏡提供經(jīng) 煒儀測量所需要的反射面，且所述立方鏡需要兩臺所述經(jīng)煒儀對應其相互正交的兩個反射 面。所述立方鏡發(fā)射面的需要有較高的正交精度，例如正交偏差角度2"。
[0023]所述溫度工況根據(jù)所述待測結(jié)構(gòu)的熱環(huán)境進行設置，一般包括相互正交的三個方 向