空間載荷相對位姿在軌測量實現(xiàn)方法及系統(tǒng)技術方案

本發(fā)明專利技術提供了一種空間載荷相對位姿在軌測量實現(xiàn)方法及系統(tǒng)，其主要技術特征有：使用兩臺激光掃描測量儀分別測量多個特征點處的角反射器中心三維坐標，建立相對于兩臺激光掃描測量儀的局部坐標系，再通過公共基準點得到兩臺激光掃描測量儀之間的相對位姿關系，將所有局部坐標系統(tǒng)一到任意一臺激光掃描測量儀坐標系下，最后通過旋轉矩陣和平移矩陣將所有坐標系統(tǒng)一到基準坐標系下，得到載荷基準與有效載荷之間的位置和姿態(tài)變化關系。它主要解決了航天器在軌狀態(tài)下，測量大尺寸空間中有效載荷相對于載荷基準的位置與姿態(tài)變化關系，可以實現(xiàn)載荷測量基準與有效載荷之間的坐標系統(tǒng)一，具有測量精度高，適用性強等優(yōu)點。適用性強等優(yōu)點。適用性強等優(yōu)點。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
空間載荷相對位姿在軌測量實現(xiàn)方法及系統(tǒng)


[0001]本專利技術涉及航天器大尺寸空間載荷的在軌變形測量的
，具體地，涉及空間載荷相對位姿在軌測量實現(xiàn)方法及系統(tǒng)，尤其涉及一種大尺寸空間載荷相對位姿在軌測量實現(xiàn)方法。

技術介紹

[0002]航天器在軌工作時受太陽照射的時間長，一天內來自太陽輻射的外熱流變化十分劇烈。天線的各反射面位姿因溫度的劇烈變化會發(fā)生大尺度熱變形，嚴重影響天線系統(tǒng)的主波束效率，進而影響整星的在軌工作性能。為有效抑制天線變形，提升整星工作性能，衛(wèi)星在軌運行階段需要對天線反射面的相對位姿進行測量，為天線在軌調節(jié)提供依據。
[0003]航天器的大尺寸天線通常由多個反射面組成，需要測量的空間范圍在3m
×
3m
×
5m以上，傳統(tǒng)的攝影測量法、經緯儀測量法、PSD測量法等都無法滿足在軌變形測量需求。專利《一種對具有平行線特征的目標空間指向測量方法》(專利號zl201711462286.5)和專利《一種衛(wèi)星高精度光學敏感載荷的指向測量方法》(專利號zl201611076473.5)介紹的兩種方法雖然都能解算光學敏感載荷的指向變化，但都無法同步解算載荷的位置變化，更無法對大尺寸空間載荷的相對位姿進行在軌測量；專利《大尺寸非合作目標的相對位姿測量方法》(專利號zl201410226532.7)介紹的方法雖能通過兩臺相機解算得到被測目標整體的位姿關系，但該方法需要近距離拍攝，視場角較小，無法滿足大尺寸空間載荷對測量方法的精度要求。因此，需要提出一種技術方案以改善上述技術問題。

技術實現(xiàn)思路

[0004]針對現(xiàn)有技術中的缺陷，本專利技術的目的是提供一種空間載荷相對位姿在軌測量實現(xiàn)方法及系統(tǒng)。
[0005]根據本專利技術提供的一種空間載荷相對位姿在軌測量實現(xiàn)方法，所述方法包括如下步驟：
[0006]步驟S1：使用兩臺激光掃描測量儀分別測量多個特征點處的角反射器中心三維坐標；
[0007]步驟S2：建立相對于兩臺激光掃描測量儀的局部坐標系；
[0008]步驟S3：通過公共基準點得到兩臺激光掃描測量儀之間的相對位姿關系；
[0009]步驟S4：將所有局部坐標系統(tǒng)一到任意一臺激光掃描測量儀坐標系；
[0010]步驟S5：通過旋轉矩陣和平移矩陣將所有坐標系統(tǒng)一到基準坐標系，得到載荷基準與有效載荷之間的位置和姿態(tài)變化關系。
[0011]優(yōu)選地，所述步驟S1中的特征點處的角反射器是指每個有效載荷上布置有4個角反射器，通過4個角反射器中心點的三維坐標，推導出有效載荷在激光掃描測量儀坐標系下的局部坐標系表示。
[0012]優(yōu)選地，所述步驟S3中的兩臺激光掃描測量儀之間的相對位姿關系是通過同時對
公共基準點處的角反射器測量，建立兩個公共基準點的局部坐標系，再通過兩個局部坐標系得到兩臺激光掃描測量儀之間的位姿關系。
[0013]優(yōu)選地，所述步驟S4中的將所有局部坐標系統(tǒng)一到任意一臺激光掃描測量儀坐標系下是將所有的有效載荷坐標系通過兩臺激光掃描儀之間的相對位姿關系統(tǒng)一到同一坐標系下。
[0014]優(yōu)選地，所述步驟S5中的基準坐標系是指在軌測量中所有有效載荷位姿變化的參考基準；所述載荷基準與有效載荷之間的相對位姿關系是通過同一坐標系下推導出各有效載荷和基準之間的位置矢量和旋轉矢量，再通過矢量變換得到有效載荷相對于基準坐標系的位置與姿態(tài)變化。
[0015]本專利技術還提供一種空間載荷相對位姿在軌測量實現(xiàn)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括如下模塊：
[0016]模塊M1：使用兩臺激光掃描測量儀分別測量多個特征點處的角反射器中心三維坐標；
[0017]模塊M2：建立相對于兩臺激光掃描測量儀的局部坐標系；
[0018]模塊M3：通過公共基準點得到兩臺激光掃描測量儀之間的相對位姿關系；
[0019]模塊M4：將所有局部坐標系統(tǒng)一到任意一臺激光掃描測量儀坐標系；
[0020]模塊M5：通過旋轉矩陣和平移矩陣將所有坐標系統(tǒng)一到基準坐標系，得到載荷基準與有效載荷之間的位置和姿態(tài)變化關系。
[0021]優(yōu)選地，所述模塊M1中的特征點處的角反射器是指每個有效載荷上布置有4個角反射器，通過4個角反射器中心點的三維坐標，推導出有效載荷在激光掃描測量儀坐標系下的局部坐標系表示。
[0022]優(yōu)選地，所述模塊M3中的兩臺激光掃描測量儀之間的相對位姿關系是通過同時對公共基準點處的角反射器測量，建立兩個公共基準點的局部坐標系，再通過兩個局部坐標系得到兩臺激光掃描測量儀之間的位姿關系。
[0023]優(yōu)選地，所述模塊M4中的將所有局部坐標系統(tǒng)一到任意一臺激光掃描測量儀坐標系下是將所有的有效載荷坐標系通過兩臺激光掃描儀之間的相對位姿關系統(tǒng)一到同一坐標系下。
[0024]優(yōu)選地，所述模塊M5中的基準坐標系是指在軌測量中所有有效載荷位姿變化的參考基準；所述載荷基準與有效載荷之間的相對位姿關系是通過同一坐標系下推導出各有效載荷和基準之間的位置矢量和旋轉矢量，再通過矢量變換得到有效載荷相對于基準坐標系的位置與姿態(tài)變化。
[0025]與現(xiàn)有技術相比，本專利技術具有如下的有益效果：
[0026]1、本專利技術采用兩臺激光掃描測量儀對大尺寸空間下有效載荷的相對位姿進行測量，可完整描述出航天器有效載荷相對于基準坐標系的位置和姿態(tài)變化；
[0027]2、本專利技術所有計算均為代數計算，最復雜的求解步驟只是對三階矩陣求逆，具有測量精度高、計算快捷、操作簡便等特點；
[0028]3、由公式推導過程可知，解算得到的有效載荷相對于基準坐標系的位姿變化關系僅與各有效載荷在測量坐標系下的旋轉矩陣和平移矩陣有關，與激光掃描測量儀的自身位姿變化無關，因此當激光掃描測量儀自身位姿發(fā)生變化時，該方法仍能保持高精度，高穩(wěn)定
性的優(yōu)點，滿足航天器天線反射面對在軌測量系統(tǒng)的測量精度和穩(wěn)定性要求。
附圖說明
[0029]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本專利技術的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：
[0030]圖1為本專利技術角反射器中心坐標解算局部坐標系描述示意圖；
[0031]圖2為本專利技術兩臺激光掃描測量儀通過公共點轉換描述示意圖；
[0032]圖3為本專利技術載荷坐標系相對基準坐標系轉換描述示意圖；
[0033]圖4為本專利技術大尺寸空間中激光掃描測量儀與有效載荷布局描述示意圖；
[0034]圖5為本專利技術坐標系轉換流程圖。
具體實施方式
[0035]下面結合具體實施例對本專利技術進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本專利技術，但不以任何形式限制本專利技術。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本專利技術構思的前提下，還可以做出若干變化和改進。這些都屬于本專利技術的保護范圍。
[0036]實施例1：
[0037]根據本專利技術提供的一種空間載荷相對位姿在軌測量實現(xiàn)方法，方法包括如下步驟：
[0038]步驟S1：使用兩臺激光掃本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種空間載荷相對位姿在軌測量實現(xiàn)方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：步驟S1：使用兩臺激光掃描測量儀分別測量多個特征點處的角反射器中心三維坐標；步驟S2：建立相對于兩臺激光掃描測量儀的局部坐標系；步驟S3：通過公共基準點得到兩臺激光掃描測量儀之間的相對位姿關系；步驟S4：將所有局部坐標系統(tǒng)一到任意一臺激光掃描測量儀坐標系；步驟S5：通過旋轉矩陣和平移矩陣將所有坐標系統(tǒng)一到基準坐標系，得到載荷基準與有效載荷之間的位置和姿態(tài)變化關系。2.根據權利要求1所述的空間載荷相對位姿在軌測量實現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟S1中的特征點處的角反射器是指每個有效載荷上布置有4個角反射器，通過4個角反射器中心點的三維坐標，推導出有效載荷在激光掃描測量儀坐標系下的局部坐標系表示。3.根據權利要求1所述的空間載荷相對位姿在軌測量實現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟S3中的兩臺激光掃描測量儀之間的相對位姿關系是通過同時對公共基準點處的角反射器測量，建立兩個公共基準點的局部坐標系，再通過兩個局部坐標系得到兩臺激光掃描測量儀之間的位姿關系。4.根據權利要求1所述的空間載荷相對位姿在軌測量實現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟S4中的將所有局部坐標系統(tǒng)一到任意一臺激光掃描測量儀坐標系下是將所有的有效載荷坐標系通過兩臺激光掃描儀之間的相對位姿關系統(tǒng)一到同一坐標系下。5.根據權利要求1所述的空間載荷相對位姿在軌測量實現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟S5中的基準坐標系是指在軌測量中所有有效載荷位姿變化的參考基準；所述載荷基準與有效載荷之間的相對位姿關系是通過同一坐標系下推導出各有效載荷和基準之間的位置矢量和旋轉矢量，再通過矢量變換得到有效載荷相對于基準坐標系的位置與姿態(tài)變化。6.一種空間載...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：熊良磊，龐亞飛，周春華，賈奧男，葉子龍，尹永康，
申請(專利權)人：上海衛(wèi)星工程研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：