利用零部件的質(zhì)量和質(zhì)心信息計(jì)算衛(wèi)星質(zhì)心的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種利用零部件的質(zhì)量和質(zhì)心信息計(jì)算衛(wèi)星質(zhì)心的方法，包括如下步驟：步驟1：確定衛(wèi)星的構(gòu)型與整星布局,將衛(wèi)星拆分為多個(gè)部件；步驟2：測(cè)量所述部件的質(zhì)量并測(cè)量所述部件中各零部件的質(zhì)量和質(zhì)心；步驟3：建立所述部件中各零部件的質(zhì)心所滿足的質(zhì)心方程；步驟5：根據(jù)質(zhì)心方程，求得所述部件的質(zhì)心坐標(biāo)；步驟6：根據(jù)多個(gè)所述部件的質(zhì)心坐標(biāo)合成衛(wèi)星在軌狀態(tài)的質(zhì)心。本發(fā)明在計(jì)算衛(wèi)星質(zhì)心時(shí)，能夠利用足夠多的實(shí)際可測(cè)的零部件質(zhì)量和質(zhì)心信息，以二階精度實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星質(zhì)心計(jì)算，在工程上有較廣的適用范圍。
【專利說(shuō)明】利用零部件的質(zhì)量和質(zhì)心信息計(jì)算衛(wèi)星質(zhì)心的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及航天動(dòng)力學(xué)技術(shù)，具體地，涉及一種利用零部件的質(zhì)量和質(zhì)心信息計(jì) 算衛(wèi)星質(zhì)心的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 針對(duì)高精度編隊(duì)構(gòu)型設(shè)計(jì)與控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多約束條件下的分布式干涉測(cè)繪衛(wèi)星 編隊(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)、編隊(duì)軌道構(gòu)形的協(xié)同控制等技術(shù)，衛(wèi)星的質(zhì)心偏差是一個(gè)主要的干擾力，影 響在軌編隊(duì)的性能水平（參見(jiàn)期刊《國(guó)際宇航聯(lián)會(huì)刊》（ActaAstronautica) 2012年特刊文 章"采用精密編隊(duì)飛行技術(shù)獲取純引力軌道（Acquirementofpuregravityorbitusing precisionformationflyingtechnology)")。精確計(jì)算衛(wèi)星的質(zhì)心，減小干擾力是提高衛(wèi) 星在軌性能的基礎(chǔ)。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中，LISA模型團(tuán)隊(duì)采用衛(wèi)星有限單元模型提供的結(jié)點(diǎn)質(zhì)量和位 置，對(duì)所有單元求和得到衛(wèi)星的質(zhì)心數(shù)據(jù)（參見(jiàn)《經(jīng)典與量子引力》（Classicaland QuantumGravity) 2005年第22卷第10期S395-S402頁(yè)的文章"LISA自引力分析模型 (Self-gravitymodelingforLISA)")。但是，這種利用衛(wèi)星有限元模型計(jì)算衛(wèi)星質(zhì)心的方 法，對(duì)衛(wèi)星有限單元模型的質(zhì)量分布精度要求苛刻，使得材質(zhì)非均勻部件的精確建模非常 困難。
[0004] 依據(jù)我國(guó)現(xiàn)有衛(wèi)星的質(zhì)心測(cè)試經(jīng)驗(yàn)是將如光學(xué)衛(wèi)星的相機(jī)、電子偵察衛(wèi)星的賦性 面天線以及通訊衛(wèi)星的大型反射面天線等作為衛(wèi)星有效載荷部件保持其工作狀態(tài)直接安 裝在衛(wèi)星平臺(tái)上，進(jìn)行整星的質(zhì)心測(cè)試，由于其沒(méi)有展開(kāi)部件或展開(kāi)部件對(duì)整星的質(zhì)心變 化影響小，衛(wèi)星在軌飛行與地面狀態(tài)基本一致，故此類衛(wèi)星的在軌質(zhì)心計(jì)算誤差較小。而作 為安裝了合成孔徑雷達(dá)（SAR)大型平面相控陣天線的雷達(dá)衛(wèi)星的質(zhì)心測(cè)試方法截然不同。 由于合成孔徑雷達(dá)（SAR)大型平面相控陣天線尺寸大，距離向或方位向的尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出運(yùn) 載火箭的整流罩包絡(luò)允許范圍，故需在發(fā)射狀態(tài)下通過(guò)構(gòu)型設(shè)計(jì)技術(shù)將其收攏在運(yùn)載火箭 整流罩的包絡(luò)允許范圍內(nèi)，入軌后通過(guò)展開(kāi)機(jī)構(gòu)形成一塊平面相控陣天線。衛(wèi)星的太陽(yáng)電 池陣也需在發(fā)射狀態(tài)下通過(guò)構(gòu)型設(shè)計(jì)技術(shù)將其收攏在運(yùn)載火箭整流罩的包絡(luò)允許范圍內(nèi)， 入軌后通過(guò)展開(kāi)機(jī)構(gòu)形成一塊平面太陽(yáng)電池陣。由于SAR天線和太陽(yáng)電池陣的重量和尺 寸較大，同時(shí)由于地面測(cè)試設(shè)備、測(cè)試方法、環(huán)境因素等原因?qū)е碌孛鏍顟B(tài)下難以直接測(cè)得 SAR天線和太陽(yáng)電池陣的質(zhì)心。此外，星上其他展開(kāi)部件等均能在不同程度上影響衛(wèi)星的質(zhì) 心。綜合以上衛(wèi)星在軌與地面狀態(tài)的差異，導(dǎo)致了準(zhǔn)確計(jì)算衛(wèi)星在軌質(zhì)心的難題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 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利用實(shí)際可測(cè)的零部件的質(zhì)量 和質(zhì)心信息計(jì)算衛(wèi)星質(zhì)心的方法。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明提供的利用零部件的質(zhì)量和質(zhì)心信息計(jì)算衛(wèi)星質(zhì)心的方法，包括如下 步驟：
[0007] 步驟I:確定衛(wèi)星的構(gòu)型與整星布局，將衛(wèi)星拆分為多個(gè)部件；
[0008] 步驟2 :測(cè)量所述部件的質(zhì)量并測(cè)量所述部件中各零部件的質(zhì)量和質(zhì)心；
[0009] 步驟3:建立所述部件中各零部件的質(zhì)心所滿足的質(zhì)心方程；
[0010] 步驟5:根據(jù)質(zhì)心方程，求得所述部件的質(zhì)心坐標(biāo)；
[0011] 步驟6 :根據(jù)多個(gè)所述部件的質(zhì)心坐標(biāo)合成衛(wèi)星在軌狀態(tài)的質(zhì)心。
[0012] 優(yōu)選地，所述步驟5之后還包括如下修正步驟：
[0013]-根據(jù)總裝電纜走線位置，對(duì)所述部件中的總裝電纜進(jìn)行裁剪并對(duì)裁剪得到的電 纜進(jìn)行秤重和記錄；
[0014]-根據(jù)裁剪得到的電纜的質(zhì)量對(duì)所述質(zhì)心坐標(biāo)進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)以二階精度計(jì)算出 所述部件的質(zhì)心坐標(biāo)。
[0015] 優(yōu)選地，所述多個(gè)部件包括星體、SAR天線以及太陽(yáng)陣。
[0016] 優(yōu)選地,所述步驟3具體為：設(shè)所述部件的質(zhì)量為Ms，s為部件名稱，零部件的質(zhì)量 為msi，i= 1，2,…η，η表示零部件總數(shù)，si表示第i個(gè)零部件，實(shí)測(cè)零部件的質(zhì)心在全局坐 標(biāo)系OXYZ中的坐標(biāo)依次為（X。，#y。，#ζ。，,」)，j= 1，2,…P,C表示測(cè)量的零部件，Sj表示第 j個(gè)零部件，P為實(shí)際測(cè)量的零部件數(shù)量，計(jì)算求得的零部件的質(zhì)心在全局坐標(biāo)系OXYZ中的 坐標(biāo)依次為（Xd，sk,yd，sk,Zd，sk),k= 1，2,p+q=n，q表示計(jì)算的零部件的數(shù)量，d表示計(jì) 算的零部件，sk表示第k個(gè)零部件，則該部件的零部件質(zhì)量和質(zhì)心（XS，YS，Zs)滿足的數(shù)學(xué)方 程為：

【權(quán)利要求】
1. 一種利用零部件的質(zhì)量和質(zhì)心信息計(jì)算衛(wèi)星質(zhì)心的方法，其特征在于，包括如下步 驟： 步驟1 :確定衛(wèi)星的構(gòu)型與整星布局，將衛(wèi)星拆分為多個(gè)部件； 步驟2 :測(cè)量所述部件的質(zhì)量并測(cè)量所述部件中各零部件的質(zhì)量和質(zhì)心； 步驟3 :建立所述部件中各零部件的質(zhì)心所滿足的質(zhì)心方程； 步驟5 :根據(jù)質(zhì)心方程，求得所述部件的質(zhì)心坐標(biāo)； 步驟6 :根據(jù)多個(gè)所述部件的質(zhì)心坐標(biāo)合成衛(wèi)星在軌狀態(tài)的質(zhì)心。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用零部件的質(zhì)量和質(zhì)心信息計(jì)算衛(wèi)星質(zhì)心的方法，其特征 在于，所述步驟5之后還包括如下修正步驟： -根據(jù)總裝電纜走線位置，對(duì)所述部件中的總裝電纜進(jìn)行裁剪并對(duì)裁剪得到的電纜進(jìn) 行秤重和記錄； -根據(jù)裁剪得到的電纜的質(zhì)量對(duì)所述質(zhì)心坐標(biāo)進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)以二階精度計(jì)算出所述 部件的質(zhì)心坐標(biāo)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用零部件的質(zhì)量和質(zhì)心信息計(jì)算衛(wèi)星質(zhì)心的方法，其特征 在于，所述多個(gè)部件包括星體、SAR天線以及太陽(yáng)陣。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用零部件的質(zhì)量和質(zhì)心信息計(jì)算衛(wèi)星質(zhì)心的方法，其特征 在于，所述步驟3具體為：設(shè)所述部件的質(zhì)量為Ms，s為部件名稱，零部件的質(zhì)量為msi，i= 1，2,…η,η表示零部件總數(shù)，si表示第i個(gè)零部件，實(shí)測(cè)零部件的質(zhì)心在全局坐標(biāo)系OXYZ 中的坐標(biāo)依次為（χ。，#y。，#ζ。，,」)，j= 1，2, "·ρ,c表示測(cè)量的零部件，sj表示第j個(gè)零部 件，P為實(shí)際測(cè)量的零部件數(shù)量，計(jì)算求得的零部件的質(zhì)心在全局坐標(biāo)系OXYZ中的坐標(biāo)依 次為（Xd，sk,yd，sk,Zd，sk),k= 1，2,…q,p+q=n，q表示計(jì)算的零部件的數(shù)量，d表示計(jì)算的零 部件，sk表示第k個(gè)零部件，則該部件的零部件質(zhì)量和質(zhì)心（Xs，Ys，Zs)滿足的數(shù)學(xué)方程為：
其中，me，sj表示第j個(gè)零部件實(shí)測(cè)質(zhì)量，md，sk表示第k個(gè)零部件計(jì)算質(zhì)量，Xs、Ys、Zs分 別表示零部件的質(zhì)心坐標(biāo)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用零部件的質(zhì)量和質(zhì)心信息計(jì)算衛(wèi)星質(zhì)心的方法，其 特征在于，所述修正步驟具體為：設(shè)修正后的質(zhì)心坐標(biāo)為（V，V，ZS')，修正值為 (Amsi,Axsi,Aysi,Azsi)實(shí)現(xiàn)以二階精度計(jì)算出所述部件的質(zhì)心，具體包括：
其中，ΛXs為部件s在X向的質(zhì)心變化量，ΛYs為部件s在Y向的質(zhì)心變化量，ΛZs為 部件s在Z向的質(zhì)心變化量，msi'為部件s修正后的質(zhì)量，Xsi'為部件s修正后的X向質(zhì) 心，ys/為部件s修正后的Y向質(zhì)心，Zs/為部件s修正后的Z向質(zhì)心，msi為修正前部件 的質(zhì)量，msi為部件s第i個(gè)零部件的質(zhì)量，Amsi為部件s質(zhì)量的修正值，Xsi為部件s第i 個(gè)零部件X向質(zhì)心，ysi為部件s第i個(gè)零部件Y向質(zhì)心，Zsi為部件s第i個(gè)零部件Z向質(zhì) 心，ΛXsi為部件s第i個(gè)零部件X向質(zhì)心修正值，Λ ysi為部件s第i個(gè)零部件Y向質(zhì)心修 正值，ΛZsi為部件s第i個(gè)零部件Z向質(zhì)心修正值。
【文檔編號(hào)】G01M1/12GK104458123SQ201410610512
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月3日
【發(fā)明者】陳汀, 陳重華, 吳遠(yuǎn)波 申請(qǐng)人:上海衛(wèi)星工程研究所