星载天线指向机构误差分析与建模

探讨了星载卫星天线指向机构误差源,结合方位-俯仰型天线座建立误差模型,并分析不同误差因素对天线指向精度的影响,从而为该种天线座的设计精度要求提供了理论依据。同时,该研究思路与方法也可用于其他多轴机构的误差分析,具有一定的实际意义。     

天线指向机构减振设计与试验研究

根据星载天线指向稳定的需求,研究了带减振系统的天线指向机构在随机振动环境下的性能。提出了一种基于三向等刚度减震器的星载天线指向机构减振系统,分析了减震器的布局以及减震器参数的选择。随机振动试验表明,天线指向机构加装三向等刚度减震器后,固有频率降低,振动量级减小。通过对比天线指向机构减振前后的稳定精度,得出以下结论:天线指向机构减振后,三轴俯仰向和方位向稳定精度都明显提升,且方位向稳定精度更高。通过试验验证,该减振系统满足总体对稳定精度的指标要求,保证了天线指向稳定,为后续卫星载荷上天可靠工作奠定了基础。     

星载双反射面偏置天线可展开双轴指向机构设计

为实现双反射面偏置天线在航天系统中的应用,提出一种基于连杆连接的双反射面偏置天线可展开双轴指向机构设计方案,并研制出原理样机、完成相关试验验证。本文首先针对双反射面偏置天线的特点以及航天系统的特殊要求,分析和对比传统天线指向机构不同构型的特点,完成了双反射面偏置天线指向机构的构型设计;其次通过有限元方法对指向机构进行动力学分析并针对双轴连杆、锁紧释放装置等关键部件进行理论分析与结构优化;最终根据设计方案完成了指向机构原理样机的研制并进行振动试验与振动试验后双轴夹角精度的测量。试验结果表明压紧状态下指向机构一阶基频达到103 Hz,振动试验后双轴夹角精度为21″,满足指向机构设计要求,结构设计合理可行。     

层合壳反射面星载天线大范围指向行为特性分析

为了研究柔性反射面几何非线性和耦合效应对大范围运动星载天线的精确动力学行为,以多层层合间结构特性的反射面为研究对象,采用三节点壳单元结构对反射面变形位移进行精确描述,并考虑天线大范围运动和反射面厚度方向变形、横向、侧向弯曲变形以及扭转变形的耦合作用,利用Lagrange方法推导大范围运动星载天线的精确非线性动力学模型,所建立模型包含层合间的结构特性与非线性耦合项。针对线性模型和非线性模型,分别对星载天线系统进行仿真对比分析,结果表明,线性模型过早忽略几何非线性和耦合变形作用,随着转动角速度增大,动力学特性将产生差异,而非线性模型适合于大范围柔性反射面天线指向过程,可精确地预测星载天线的指向精度。结论对星载天线指向精度的分析与控制具有重要的理论价值及工程实际意义。     

基于国产FPGA的天线指向机构伺服控制器的设计

以天线指向机构为研究对象,采用两相混合式步进电机作为其驱动机构,设计基于国产FPGA的伺服控制器.以细分SPWM技术为基础,设计基于插值的PID控制算法进行位置闭环控制来提高步进电机的指向精度和保证步进电机的平滑指向,在Simulink中对此算法进行仿真分析.进行热循环试验和EMC试验来验证国产FPGA在空间环境中的可靠性.试验表明,该伺服控制器的指向精度达到0.1°,满足空间环境可靠性的要求.     

多功能天文经纬仪光轴指向变化实测与修正

光轴指向变化是地面天体测量误差最大来源之一,对光轴指向变化进行准确测量和修正是获取高精度天体测量数据的必要前提。针对云南天文台多功能天文经纬仪高精度时纬测量工作的需求,分析和测定了光轴指向变化对时纬测量的影响。首先,介绍了多功能天文经纬仪实时测定光轴指向变化的原理和方法,然后对望远镜光轴指向变化进行了实时测定和分析。实验结果表明,由于镜筒受重力的影响,相较于测时结果而言,光轴指向变化对测纬结果的影响更大。在天顶距为55°时,最大可以达到2.5″。经过光轴指向变化修正后,测纬精度由1.37″提高到了0.36″,测时精度由0.033s提高到了0.023s。通过分析光轴指向变化的实时测定结果可以看出时纬测量精度有了显著改善,基本满足高精度天体测量需求。     

雷达天线和天文望远镜指向误差修正的数学模型――拟里兹广义插值

利用软件修正误差来提高望远镜和天线指向精度,除了高精度的误差测量以外,具关键环节在于如何建立误差修正的数学模型。本文提出了一种新的建立数学模型的方法——拟甲兹广义插值方法,用以处理已测的误差数据,分析和实例表明这一方法精度高,效果良好。     

全站仪测量自行火炮身管指向的方法改进

在实现自行火炮身管指向测量的各类方法中,全站仪测量法综合性能表现良好。 但传统全站仪测量身管指向方法存在 缺乏北向基准、存在轴线模拟误差的问题,因此提出了一种基于旋转矩阵的全站仪测量自行火炮身管真实指向方法。 然后,利 用欧拉-罗德里格斯公式推导出标记点连线与真实轴线指向的偏差公式,进而得到了真实指向相对于各观测量的不确定度模 型。 随后,为了减小测量方法的误差,研究了全站仪最佳布站位置,并基于蒙特卡罗方法原理进行寻优解算。 最后,进行了模拟 身管实装实验,实验结果表明,最佳布站方式下的测量不确定度在 0. 1 以内,验证了本方法的可行性和准确性,抑制了由于布站 方式引起的测量误差。     

空间光学镜并联指向机构优化

针对空间光学镜指向机构高精度、轻量化的特殊要求,提出一种基于球面5R机构的新型空间二维并联指向机构。传统球面5R并联机构存在负载不便安装的问题,通过设计非对称支链形式和特殊连杆结构,有效解决了这一问题。基于机构的运动学分析,以工作空间、灵巧性和承载能力作为优化指标,采用图谱法对机构的结构参数进行了优化设计。采用有限元方法对优化后机构的不同负载布置形式进行模态分析。优化结果表明非对称支链形式机构具有更好的灵巧性指标。设计光学镜负载质心位于球面机构球心处,结构更加紧凑,可以提高机构固有频率,并且能够降低负载运动转动惯量。提出的新型空间光学镜并联指向机构具有良好的综合性能,研究为高精度并联光学指向机构的应用提供了理论基础。     

水平式经纬仪静态指向修正模型的比较与改进

为了对跟踪高轨目标无跟踪盲区的水平式经纬仪的指向进行修正,对经纬仪指向修正模型进行了理论分析和实验研究。介绍了球谐函数、支架、水平式3种指向修正模型,并对水平式模型做了修改。利用实测恒星数据进行matlab回归对比分析,最后采用内符合和外符合两种方法对3种模型的回归精度进行符合对比,得出了适合水平式经纬仪指向修正的模型。应用该水平式修正模型对某型水平式经纬仪的实际指向进行了修正,实验结果表明,其经轴L修正精度为0.4672″,纬轴B修正精度为0.4227″。对3种模型回归精度的对比分析显示,用支架和水平式模型修正水平式光电经纬仪指向精度时,效果均远优于球谐函数模型,支架模型略优于水平式模型,从而得出球谐函数模型不适合修正水平式经纬仪指向的结论。     

大气临边观测中视轴临边指向精度的在轨补偿

为提高大气臭氧观测中的临边大气反演精度,克服臭氧探测仪在轨热变形和卫星姿态误差对临边指向精度的影响,建立了在轨视轴临边指向的精度补偿方法。通过分析低星等恒星的能量和观测时机,设计合适的恒星观测窗口和积分时间;采用平板玻璃获取星点像的弥散斑,用阈值距心法计算恒星像在像面上的位置;然后根据卫星轨道和探测仪的几何结构,设计临边指向精度的在轨补偿方法并分析了补偿后的临边指向精度。地面对星观测实验的结果表明:采用恒星定位补偿法,可使星点像的定位误差小于1.83″,当前视轴的指向误差控制在±3.08″以内;在编码器的位置重复精度为±2.47″的条件下,使临边观测光轴位置上的扫描镜定位误差控制在±3.95″以内,臭氧探测仪临边指向精度达到±7.9″以上,完全满足反演所需的指向精度优于±12.4″的要求。     

手动0.9 m便携天线结构设计与抗风分析

对手动便携天线结构设计而言,轻便的结构形式和抗风能力至关重要。该天线系统需在10.7 m/s的风速下正常工作,风载荷引起的天线结构变形会直接影响其指向精度。文中详细介绍了手动0.9 m便携天线的结构设计,并对整个系统在10.7 m/s风速下的指向精度进行了仿真校核。仿真结果显示,该系统的指向精度几乎不受影响,能够满足系统正常工作要求,同时印证了手动0.9 m便携天线轻便的结构设计具有足够的抗风能力。     

车载经纬仪的静态指向误差补偿

为了降低载车平台变形对经纬仪静态测角精度的影响,补偿较大变形产生的测角误差,实现移动站弹道测量,分析了平台变形对光电经纬仪静态测角误差影响的基本原理,利用固定在方位轴轴心的倾角传感器测量出因平台变形而导致的经纬仪工作基准面中心点与水平面变化的夹角,并计算其测量坐标系的变化量。建立了平台中心变形角的底部轮廓图,经过有限的平台变形采样,存入计算机,在计算机中以方位、俯仰角为输入变量建立二维查找表,通过插值计算全方位角和全俯仰角的平台变形量,进行事后补偿。实验结果表明,该方法能够有效地补偿因平台变形而带来最大为142″的测角误差,使方位测角精度提高44″,俯仰测量精度提高8.5″。该方法为实现高精度车载光电测量提供了一种有效的途径。     

空间指向测量仪器的多物理场效应研究综述

空间指向测量技术是航天器研制中的基础性和关键性技术之一。多参量、时变性、强耦合的空间多物理场是制约指向测量精度向毫角秒级提升的瓶颈。本文首先对空间多物理场的复杂效应进行了概述;然后从空间多物理场误差的分析抑制、地面标定和在轨标定3个方面总结了国内外空间多物理场误差标定装置和关键技术的研究现状。本文提出,通过精准模拟与感知多物理场,量化重构空间复杂环境,搭建毫角秒级误差标定系统,揭示多物理场耦合效应及误差演化机理,建立完备的多物理场效应分析和误差补偿模型,是突破高精度空间指向测量技术的重要途径。最后,本文剖析了装置研制和空间多物理场效应研究中的关键难题,并对相关技术的发展给出了若干建议和展望。     

火炮随机激励对天线指向精度的影响

针对安装于炮座上,处于恶劣振动环境下的天线座结构研制问题,运用ANSYS有限元分析软件的随机振动谱分析工具,以天线座安装基面上实测的振动功率谱密度为激励,建立有限元动力分析模型,得出该结构系统的随机振动响应统计值;对位移响应谱作近似时域化处理及互相关分析,计算了随机振动对天线指向精度的影响。     

数控机床进给系统工作台定位精度检测研究

对于数控机床工作台的定位检测问题,实际上也就是工作台在工作状态下的位置检测。我们通过对自制的模拟数控机床工作状态的实验台,在某一特定时刻的特定位置转化成位移量加以测量,用以研究数控机床进给系统工作台定位精度检测的方法。     

应用模型线性化和最小二乘估计的导引头指向精度标定

为了减小和消除平台框架的加工、装配误差,传感器误差等对双摆框架导引头指向精度的影响,提出了应用模型线性化方法和分步最小二乘估计的指向误差标定方法。根据双摆框导引头的运动学特性,同时考虑影响指向精度的各误差项,建立了系统运动学方程。然后,重新构造运动学方程,建立了由表示控制输入指向的矢量到实际指向矢量的线性化模型。最后,根据分步求解的思路,采用最小二乘法获得了由表示控制输入指向的矢量到实测指向矢量的映射矩阵,实现了指向误差的标定。实验结果显示:标定后偏航角与俯仰角误差均值分别由原来的92.63″和75.94″减小至2.86″和2.85″,标准差也分别由原来的95.01″和77.44″减小至11.11″和11.15″。结果表明:该标定算法在视轴工作空间中具有较高的精度和良好的稳定性,且方便易行,可广泛应用于各类光电设备的指向误差标定。     

50米口径射电望远镜天线结构静动力分析

50m口径射电望远镜天线结构主要由座架和反射体等组成。将座架和反射体进行耦合,建立了有限元分析模型,在此基础上对耦合的整体结构进行了多工况静力、动力分析。计算结果表明50m天线结构设计达到了指向精度和固有频率的指标要求,为工程实施提供了理论依据。