[发明专利]卫星大尺寸平面阵列SAR天线自动化精测方法

说明书

技术领域

本发明属于工业测量技术领域，具体涉及一种卫星大尺寸平面阵列SAR天线自动化精测方法。

背景技术

随着卫星对天线的需求越来越广，天线的尺寸越来越大，型面及安装精度要求也越来越高。SAR天线精测是该卫星研制质量控制的一个关键环节，其安装精度和SAR天线展开构形直接影响卫星在轨成像质量。SAR天线可以由多块天线面板组合而成，总装过程中需要测量天线安装到卫星后展开状态的整体平面度以及卫星机械坐标系下的阵面指向精度，平面点坐标测量精度要求0.2mm，角度测量精度要求20″。

近年来，天线精测技术发展迅速，已从传统的机械、光学和电的测量方法发展为应用成熟的商业化高精度工业测量系统。根据不同的精测项目和被测天线特点，使用不同测量系统并设计特定的测量方法。目前，国内外天线精测所用的仪器设备主要包括：经纬仪测量系统、摄影测量系统、三坐标测量系统、激光跟踪测量系统、激光雷达扫描测量系统等。

目前，国内航天器总装精测过程中，卫星机械坐标系及卫星仪器设备坐标系是以安装的立方镜的坐标系来表征。使用经纬仪测量系统来实现镜面法线及镜面中心坐标点的测量。镜面法线测量原理为自准直测量原理，点坐标测量原理为前方交会测量原理。

经纬仪测量系统在测点时，需两台经纬仪定标测量，需要两人人工瞄点，测量精度低、速度慢。天线展开过程中需要进行多次测量，耗费时间和人力大。激光雷达测量系统，其测量范围可达30m，对目标的三维扫描测量，建立目标的数学三维模型，扫描速度可达1000点/秒，最高扫描精度达0.1mm。通过激光雷达测量系统和经纬仪测量系统的联合精测方法，能实现天线的高精度、自动化测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的卫星大尺寸平面阵列SAR天线自动化精测方法，实现的天线阵列整体平面度、星体机械坐标系下的阵面指向精度测量及多次展开试验的自动化重复测量，旨在提高测量范围、测量精度和自动化程度。

为达到以上目的，本发明采用如下的技术方案：

一种的卫星大尺寸平面阵列SAR天线自动化精测方法，包括以下步骤：

(1)天线安装到卫星之前，在天线被测阵面上均匀粘贴回光反射标志点，点的数量足够多以反映天线整体平面度；

(2)天线安装到卫星之后，在天线展开测量工位附近粘贴数量不少于4个的靶球基座，避免基座位于同一直线或者同一平面上；其中一个靶球基座为公共靶球基座，每个靶球基座上都设置有靶球；

(3)天线展开后，在天线阵面中心正前方的合适位置架设激光雷达测量系统，使所有阵面上的标志点能在雷达的测量范围内，测量过程中激光雷达位置固定；

(4)利用激光雷达的单点手动测量功能，在激光雷达系统坐标系下，测量天线阵面上粘贴的标志点，并通过最小二乘拟合计算阵面平面度和平面法线的方向；

(5)架设3台经纬仪，对卫星上表征卫星机械坐标系的立方镜进行测量，并对公共靶球基座上的靶球进行测量，获取公共靶球中心点在卫星机械坐标系的三维点坐标；

(6)利用激光雷达的靶球测量功能来测量公共靶球基座上的靶球，获取公共靶球中心点在激光雷达坐标系的三维点坐标；

(7)通过公共靶球点转换，建立激光雷达坐标系和卫星坐标系的转换关系，从而获取卫星坐标系下天线阵面法线；

(8)在多次展开试验中，利用激光雷达的多点自动测量功能，测量天线阵面上粘贴的标志点，通过最小二乘拟合计算出阵面平面度和平面法线的方向。

其中，反射标志点的数量为120个以上，优选150个以上，更优选180个-200个。

其中，天线被测阵面(天线阵面)为4块SAR天线单板对称依次设置在卫星两侧并展开后构成的阵面。

本发明解决了大尺寸平面阵列SAR天线的高精度、自动化测量技术难题，具有如下的效果：

突破了传统上采用经纬仪测靶标点的限制，利用激光雷达测量天线阵面标志点，提高了点测量精度和效率，减轻操作人员的劳动强度。通过激光雷达与经纬仪的联合测量，获取卫星机械坐标系下的天线阵面法线角度，提高了角度测量精度。在多次展开试验中，利用激光雷达的多点自动测量功能，实现了自动化、快速测量。

本发明的测量方法能够满足30m测量范围内天线阵面点坐标0.2mm和角度测量精度20″的精度要求。

附图说明

图1为本发明的精测方法中SAR天线阵面粘贴回光反射标志点的位置示意图。

图2为本发明的精测方法中单个回光反射标志点的示意图。