本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星總裝過程精度測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種衛(wèi)星精度單機(jī)測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

隨著衛(wèi)星高分辨率的要求，星上姿態(tài)確定單機(jī)的指向精度要求也有了較大幅度的提升，這給工程實(shí)現(xiàn)帶來了相當(dāng)大的挑戰(zhàn)，對(duì)于精度測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度指標(biāo)也已經(jīng)提高到8〞，這也使得傳統(tǒng)方法的測(cè)量系統(tǒng)誤差不得不被關(guān)注。傳統(tǒng)衛(wèi)星的精測(cè)思想是以測(cè)出精度單機(jī)棱鏡的安裝情況相對(duì)于大地坐標(biāo)系的偏差。為保證衛(wèi)星坐標(biāo)系與大地坐標(biāo)系的平行關(guān)系，每次測(cè)量時(shí)都對(duì)衛(wèi)星停放的狀態(tài)進(jìn)行嚴(yán)格要求，力求衛(wèi)星縱軸與重力垂線平行，在此基礎(chǔ)上用俯仰角、偏置角、滾動(dòng)角3個(gè)參數(shù)描述單機(jī)安裝精度。但是這也對(duì)衛(wèi)星停放架的調(diào)平要求非常高，即使按照調(diào)試工藝要求的水平度0.05mm計(jì)算，對(duì)于俯仰角的精度測(cè)試結(jié)果也會(huì)引入接近9〞的誤差。由于衛(wèi)星縱軸與重力垂線不平行，使得被測(cè)鏡面法線在水平面上的投影也會(huì)與在衛(wèi)星坐標(biāo)系平面內(nèi)的投影存在偏差，同樣會(huì)對(duì)偏置角的精確度產(chǎn)生一定影響，對(duì)于精度要求不高的衛(wèi)星該誤差可以忽略，但對(duì)于高精度測(cè)量要求的衛(wèi)星來說必須要考慮這方面的因素，想辦法消除。

同時(shí)，對(duì)于星敏感器等單機(jī)由于相互視場(chǎng)避讓的要求，在整星構(gòu)型布局上容易形成與主基準(zhǔn)為三維空間夾角的情況，此時(shí)經(jīng)緯儀等精測(cè)設(shè)備無法安置在等高塊與氣浮平臺(tái)間的狹小空隙，不能完成測(cè)量工作，無法獲取星敏頭部數(shù)據(jù)的不同狀態(tài)下變化情況。

因此，采用單機(jī)棱鏡坐標(biāo)系之間的夾角矩陣表達(dá)，即被測(cè)單機(jī)相對(duì)主基準(zhǔn)的相對(duì)偏差測(cè)量法，可以給出被測(cè)單機(jī)棱鏡坐標(biāo)系與主基準(zhǔn)棱鏡坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，有利于減少對(duì)衛(wèi)星停放狀態(tài)的嚴(yán)格要求和停放架的調(diào)平要求，有效提升精測(cè)工作的效率，也能快速實(shí)現(xiàn)精度單機(jī)的表達(dá)和傳遞，這也正是總體和分系統(tǒng)之間最佳的傳遞選擇。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種衛(wèi)星精度單機(jī)測(cè)量方法，其利用了經(jīng)緯儀坐標(biāo)系與大地坐標(biāo)系平行的工作原理，通過高精度經(jīng)緯儀測(cè)量主基準(zhǔn)棱鏡的一個(gè)被測(cè)面，形成了統(tǒng)一的經(jīng)緯儀測(cè)量基準(zhǔn)坐標(biāo)系，其它測(cè)量經(jīng)緯儀測(cè)量被測(cè)棱鏡的鏡面后，再通過經(jīng)緯儀與主經(jīng)緯儀之間的互瞄，將被測(cè)棱鏡鏡面的矢量信息轉(zhuǎn)換到了主經(jīng)緯儀坐標(biāo)系下，從而實(shí)現(xiàn)了同次測(cè)量在統(tǒng)一坐標(biāo)系下描述星上的各個(gè)精度棱鏡指向的目標(biāo)，得出了被測(cè)棱鏡坐標(biāo)系相對(duì)于主基準(zhǔn)棱鏡坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，解決了被測(cè)單機(jī)與主基準(zhǔn)在整星構(gòu)型布局上成空間三維角度關(guān)系的安裝精度測(cè)量，更便于單機(jī)安裝精度在各系統(tǒng)之間的傳遞和表達(dá)；

同時(shí)，由于主基準(zhǔn)棱鏡選在星上，被測(cè)棱鏡與主基準(zhǔn)棱鏡可隨衛(wèi)星姿態(tài)一同變化，因此只需保證主基準(zhǔn)棱鏡與其他棱鏡是在相同的狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)量即可，與衛(wèi)星的具體姿態(tài)無關(guān)，減少了對(duì)衛(wèi)星停放狀態(tài)和對(duì)衛(wèi)星停放架的平臺(tái)要求，有效提升了精測(cè)工作效率，為型號(hào)研制節(jié)約了時(shí)間；解決了星敏感器等單機(jī)的空間安裝精度測(cè)量及其安裝精度的保證，為實(shí)現(xiàn)在軌高精度姿態(tài)測(cè)量奠定了良好基礎(chǔ)，并已被其它型號(hào)借鑒推廣。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種衛(wèi)星精度單機(jī)測(cè)量方法，其特征在于，其包括以下步驟：

步驟一，設(shè)置一臺(tái)固定不動(dòng)經(jīng)緯儀瞄準(zhǔn)主基準(zhǔn)棱鏡的一個(gè)基準(zhǔn)面，將經(jīng)緯儀確定為主經(jīng)緯儀，將經(jīng)緯儀調(diào)水平，瞄基準(zhǔn)棱鏡某被側(cè)面，偏置角置零，讀出俯仰角，形成主經(jīng)緯儀測(cè)量基準(zhǔn)坐標(biāo)系；

步驟二，利用一臺(tái)輔助經(jīng)緯儀測(cè)量主基準(zhǔn)棱鏡的另一個(gè)基準(zhǔn)面，將該鏡面的方向矢量反映在該輔助經(jīng)緯儀下，通過該經(jīng)緯儀與主經(jīng)緯儀對(duì)瞄，測(cè)出相對(duì)偏置角，就將主基準(zhǔn)棱鏡另一個(gè)基準(zhǔn)面的信息轉(zhuǎn)換到主經(jīng)緯儀坐標(biāo)系下，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，得出主基準(zhǔn)棱鏡坐標(biāo)系oxyz在主經(jīng)緯儀坐標(biāo)系下的表示；

步驟三，利用放置在不同方向的第一測(cè)量經(jīng)緯儀和第二經(jīng)緯儀分別瞄準(zhǔn)被測(cè)單機(jī)棱鏡的一個(gè)被測(cè)基準(zhǔn)面，且將第一測(cè)量經(jīng)緯儀和第二測(cè)量經(jīng)緯儀分別與主經(jīng)緯儀互瞄，測(cè)出互相對(duì)瞄的偏置角，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，利用兩個(gè)被測(cè)鏡面的矢量在主經(jīng)緯儀坐標(biāo)系下的表示，從而得出該被測(cè)單機(jī)棱鏡坐標(biāo)系omxmymzm在主經(jīng)緯儀坐標(biāo)系下的表示；

步驟四，如第一測(cè)量經(jīng)緯儀或者第二測(cè)量經(jīng)緯儀與主經(jīng)緯儀之間的測(cè)量光路被遮擋，無法實(shí)現(xiàn)測(cè)量經(jīng)緯儀與主經(jīng)緯儀的直接對(duì)瞄，通過在測(cè)量經(jīng)緯儀與主經(jīng)緯儀之間再設(shè)置一臺(tái)過渡經(jīng)緯儀，通過該過渡經(jīng)緯儀先與主經(jīng)緯儀對(duì)瞄，再與輔助經(jīng)緯儀對(duì)瞄，從而達(dá)到被測(cè)單機(jī)精度測(cè)量的目的；

步驟五，主基準(zhǔn)棱鏡坐標(biāo)系oxyz與被測(cè)單機(jī)棱鏡坐標(biāo)系omxmymzm之間通過矩陣運(yùn)算，得出被測(cè)單機(jī)棱鏡坐標(biāo)系在主基準(zhǔn)棱鏡坐標(biāo)系下的表示，就是轉(zhuǎn)換矩陣，以及兩個(gè)正交坐標(biāo)系之間轉(zhuǎn)換的歐拉轉(zhuǎn)角。

優(yōu)選地，所述主經(jīng)緯儀測(cè)量基準(zhǔn)坐標(biāo)系定義為o為原點(diǎn)，原點(diǎn)是經(jīng)緯儀自準(zhǔn)原點(diǎn)；y為經(jīng)緯儀鏡頭指向被測(cè)鏡面的矢量在水平面內(nèi)的投影；z垂直于大地水平向上，水平面為經(jīng)緯儀自準(zhǔn)水平；x為按右手定則。

優(yōu)選地，所述偏置角指經(jīng)緯儀水平調(diào)好后，經(jīng)緯儀順時(shí)針繞z軸的轉(zhuǎn)角，零位任意指定，經(jīng)緯儀坐標(biāo)系一旦確定，偏置角的零位指向棱鏡被測(cè)平面時(shí)經(jīng)緯儀的位置，范圍為0～360°。

優(yōu)選地，所述俯仰角是在經(jīng)緯儀水平調(diào)好后，經(jīng)緯儀z軸與經(jīng)緯儀光軸夾角，范圍為0～180°。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：本發(fā)明利用了經(jīng)緯儀坐標(biāo)系與大地坐標(biāo)系平行的工作原理，通過高精度經(jīng)緯儀測(cè)量主基準(zhǔn)棱鏡的一個(gè)被測(cè)面，形成了統(tǒng)一的經(jīng)緯儀測(cè)量基準(zhǔn)坐標(biāo)系，其它測(cè)量經(jīng)緯儀測(cè)量被測(cè)棱鏡的鏡面后，再通過經(jīng)緯儀與主經(jīng)緯儀之間的互瞄，將被測(cè)棱鏡鏡面的矢量信息轉(zhuǎn)換到了主經(jīng)緯儀坐標(biāo)系下，從而實(shí)現(xiàn)了同次測(cè)量在統(tǒng)一坐標(biāo)系下描述星上的各個(gè)精度棱鏡指向的目標(biāo)，得出了被測(cè)棱鏡坐標(biāo)系相對(duì)于主基準(zhǔn)棱鏡坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，解決了被測(cè)單機(jī)與主基準(zhǔn)在整星構(gòu)型布局上成空間三維角度關(guān)系的安裝精度測(cè)量，更便于單機(jī)安裝精度在各系統(tǒng)之間的傳遞和表達(dá)；同時(shí)，由于主基準(zhǔn)棱鏡選在星上，被測(cè)棱鏡與主基準(zhǔn)棱鏡可隨衛(wèi)星姿態(tài)一同變化，因此只需保證主基準(zhǔn)棱鏡與其他棱鏡是在相同的狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)量即可，與衛(wèi)星的具體姿態(tài)無關(guān)，減少了對(duì)衛(wèi)星停放狀態(tài)和對(duì)衛(wèi)星停放架的平臺(tái)要求，有效提升了精測(cè)工作效率，為型號(hào)研制節(jié)約了時(shí)間；解決了星敏感器等單機(jī)的空間安裝精度測(cè)量及其安裝精度的保證，為實(shí)現(xiàn)在軌高精度姿態(tài)測(cè)量奠定了良好基礎(chǔ)。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1為本發(fā)明衛(wèi)星精度單機(jī)測(cè)量方法的流程示意圖。

圖2(a)為經(jīng)緯儀坐標(biāo)系示意圖。

圖2(b)為偏置角定義示意圖。

圖2(c)為俯仰角定義示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例基準(zhǔn)棱鏡被測(cè)面在經(jīng)緯儀下表示的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，本發(fā)明衛(wèi)星精度單機(jī)測(cè)量方法包括以下步驟：

步驟一，設(shè)置一臺(tái)固定不動(dòng)經(jīng)緯儀瞄準(zhǔn)主基準(zhǔn)棱鏡的一個(gè)基準(zhǔn)面，將經(jīng)緯儀確定為主經(jīng)緯儀，將經(jīng)緯儀調(diào)水平，瞄基準(zhǔn)棱鏡某被側(cè)面，偏置角置零，讀出俯仰角，形成主經(jīng)緯儀測(cè)量基準(zhǔn)坐標(biāo)系；

步驟二，利用一臺(tái)輔助經(jīng)緯儀測(cè)量主基準(zhǔn)棱鏡的另一個(gè)基準(zhǔn)面，將該鏡面的方向矢量反映在該輔助經(jīng)緯儀下，通過該經(jīng)緯儀與主經(jīng)緯儀對(duì)瞄，測(cè)出相對(duì)偏置角，就將主基準(zhǔn)棱鏡另一個(gè)基準(zhǔn)面的信息轉(zhuǎn)換到主經(jīng)緯儀坐標(biāo)系下，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，即可得出主基準(zhǔn)棱鏡坐標(biāo)系oxyz在主經(jīng)緯儀坐標(biāo)系下的表示；

步驟三，利用放置在不同方向的第一測(cè)量經(jīng)緯儀和第二經(jīng)緯儀分別瞄準(zhǔn)被測(cè)單機(jī)棱鏡的一個(gè)被測(cè)基準(zhǔn)面，且將第一測(cè)量經(jīng)緯儀和第二測(cè)量經(jīng)緯儀分別與主經(jīng)緯儀互瞄，測(cè)出互相對(duì)瞄的偏置角，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，利用兩個(gè)被測(cè)鏡面的矢量在主經(jīng)緯儀坐標(biāo)系下的表示，從而得出該被測(cè)單機(jī)棱鏡坐標(biāo)系omxmymzm在主經(jīng)緯儀坐標(biāo)系下的表示；

步驟四，如第一測(cè)量經(jīng)緯儀或者第二測(cè)量經(jīng)緯儀與主經(jīng)緯儀之間的測(cè)量光路被遮擋，無法實(shí)現(xiàn)測(cè)量經(jīng)緯儀與主經(jīng)緯儀的直接對(duì)瞄，則可通過在測(cè)量經(jīng)緯儀與主經(jīng)緯儀之間再設(shè)置一臺(tái)過渡經(jīng)緯儀，通過該過渡經(jīng)緯儀先與主經(jīng)緯儀對(duì)瞄，再與輔助經(jīng)緯儀對(duì)瞄，從而達(dá)到被測(cè)單機(jī)精度測(cè)量的目的；

步驟五，主基準(zhǔn)棱鏡坐標(biāo)系oxyz與被測(cè)單機(jī)棱鏡坐標(biāo)系omxmymzm之間通過矩陣運(yùn)算，可得出被測(cè)單機(jī)棱鏡坐標(biāo)系在主基準(zhǔn)棱鏡坐標(biāo)系下的表示，即轉(zhuǎn)換矩陣，以及兩個(gè)正交坐標(biāo)系之間轉(zhuǎn)換的歐拉轉(zhuǎn)角。

如圖2(a)、圖2(b)、圖2(c)所示，本實(shí)施例利用經(jīng)緯儀坐標(biāo)系與大地水平坐標(biāo)系平行的工作原理，定義經(jīng)緯儀測(cè)量坐標(biāo)系如下：

o：原點(diǎn)為經(jīng)緯儀自準(zhǔn)原點(diǎn)；

y：經(jīng)緯儀鏡頭指向被測(cè)鏡面的矢量在水平面內(nèi)的投影；

z：垂直于大地水平向上，水平面為經(jīng)緯儀自準(zhǔn)水平；

x：按右手定則。

同時(shí)，偏置角θ指經(jīng)緯儀水平調(diào)好后，經(jīng)緯儀順時(shí)針繞z軸的轉(zhuǎn)角，零位可以任意指定，特別的，經(jīng)緯儀坐標(biāo)系一旦確定，偏置角的零位即指向棱鏡被測(cè)平面時(shí)經(jīng)緯儀的位置，范圍為0～360°；

俯仰角γ是指在經(jīng)緯儀水平調(diào)好后，經(jīng)緯儀z軸與經(jīng)緯儀光軸夾角，范圍為0～180°；

某遙感衛(wèi)星在整星頂部+y向的碳纖維框架上設(shè)置了主基準(zhǔn)棱鏡，因數(shù)傳天線展開機(jī)構(gòu)對(duì)指向角度要求非常敏感，否則會(huì)影響到其展開性能，因此在單機(jī)上設(shè)置了精測(cè)棱鏡，采用棱鏡坐標(biāo)系之間的夾角關(guān)系來精確表達(dá)其指向關(guān)系。

如圖3所示，在整星精測(cè)開始前，衛(wèi)星放置在停放架上，在整星的+y向設(shè)置一臺(tái)固定不動(dòng)經(jīng)緯儀確定為主經(jīng)緯儀，將經(jīng)緯儀水平調(diào)好，通過瞄準(zhǔn)測(cè)量主基準(zhǔn)棱鏡的+y向鏡面，從而確定整星統(tǒng)一的主經(jīng)緯儀測(cè)量坐標(biāo)系；

再通過一臺(tái)輔助經(jīng)緯儀測(cè)量主基準(zhǔn)棱鏡的+x向鏡面，并將輔助經(jīng)緯儀與主經(jīng)緯儀互瞄，測(cè)出相對(duì)偏置角，通過數(shù)據(jù)處理運(yùn)算，則可求出主基準(zhǔn)棱鏡坐標(biāo)系在主經(jīng)緯儀坐標(biāo)系下的表示。

對(duì)于數(shù)傳天線展開機(jī)構(gòu)的棱鏡，通過放置兩臺(tái)第一經(jīng)緯儀和第二經(jīng)緯儀，分別測(cè)量其+x和-y面，并通過一臺(tái)過渡經(jīng)緯儀轉(zhuǎn)接，分別實(shí)現(xiàn)第一經(jīng)緯儀和第二經(jīng)緯儀與主經(jīng)緯儀的互瞄，測(cè)出相對(duì)偏置角，則展開機(jī)構(gòu)棱鏡的兩個(gè)鏡面矢量分別在主經(jīng)緯儀測(cè)量坐標(biāo)系下表示出來，再通過數(shù)據(jù)處理和矩陣運(yùn)算，可得出數(shù)傳天線展開機(jī)構(gòu)棱鏡坐標(biāo)系在主經(jīng)緯儀坐標(biāo)系下的表示。

由于展開機(jī)構(gòu)棱鏡坐標(biāo)系與主基準(zhǔn)棱鏡坐標(biāo)系均在統(tǒng)一的主經(jīng)緯儀坐標(biāo)系下表示，通過矩陣數(shù)據(jù)運(yùn)算，數(shù)傳天線展開機(jī)構(gòu)棱鏡坐標(biāo)系就可轉(zhuǎn)換為相對(duì)主基準(zhǔn)棱鏡坐標(biāo)系下的表示，也即其轉(zhuǎn)換矩陣,該角度信息可傳遞給數(shù)傳天線系統(tǒng)，供其實(shí)現(xiàn)軟件中的精確修訂使用。

綜上所述，本發(fā)明利用了經(jīng)緯儀坐標(biāo)系與大地坐標(biāo)系平行的工作原理，通過高精度經(jīng)緯儀測(cè)量主基準(zhǔn)棱鏡的一個(gè)被測(cè)面，形成了統(tǒng)一的經(jīng)緯儀測(cè)量基準(zhǔn)坐標(biāo)系，其它測(cè)量經(jīng)緯儀測(cè)量被測(cè)棱鏡的鏡面后，再通過經(jīng)緯儀與主經(jīng)緯儀之間的互瞄，將被測(cè)棱鏡鏡面的矢量信息轉(zhuǎn)換到了主經(jīng)緯儀坐標(biāo)系下，從而實(shí)現(xiàn)了同次測(cè)量在統(tǒng)一坐標(biāo)系下描述星上的各個(gè)精度棱鏡指向的目標(biāo)，得出了被測(cè)棱鏡坐標(biāo)系相對(duì)于主基準(zhǔn)棱鏡坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，解決了被測(cè)單機(jī)與主基準(zhǔn)在整星構(gòu)型布局上成空間三維角度關(guān)系的安裝精度測(cè)量，更便于單機(jī)安裝精度在各系統(tǒng)之間的傳遞和表達(dá)；

同時(shí)，由于主基準(zhǔn)棱鏡選在星上，被測(cè)棱鏡與主基準(zhǔn)棱鏡可隨衛(wèi)星姿態(tài)一同變化，因此只需保證主基準(zhǔn)棱鏡與其他棱鏡是在相同的狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)量即可，與衛(wèi)星的具體姿態(tài)無關(guān)，減少了對(duì)衛(wèi)星停放狀態(tài)和對(duì)衛(wèi)星停放架的平臺(tái)要求，有效提升了精測(cè)工作效率，為型號(hào)研制節(jié)約了時(shí)間；解決了星敏感器等單機(jī)的空間安裝精度測(cè)量及其安裝精度的保證，為實(shí)現(xiàn)在軌高精度姿態(tài)測(cè)量奠定了良好基礎(chǔ)，并已被其它型號(hào)借鑒推廣。

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。