合成孔径雷达卫星精度测量基准设计方法

摘要

本发明提供了一种合成孔径雷达卫星精度测量基准设计方法，其包括以下步骤：步骤一、在天线框架的四个端部外侧面区域分别设置基准块，并在框架上设置棱镜安装凸台，通过组合加工的方式控制基准块的水平度，以及凸台与基准块的平行度；步骤二、调平天线框架，依据其四个端部的基准块，通过工装转换，将卫星的主基准棱镜安装在天线框架的凸台上，并控制主基准棱镜的与基准块平行度。本发明可实现主基准棱镜坐标系与载荷天线坐标系的高度一致，直接消除了主基准棱镜与载荷天线之间的安装偏差，星上其它精度单机与载荷天线精度等均相对于整星在轨要达到的目标精度实现了统一，减少了精度误差的传递环节，提高了整星精度测量工作的效率。

说明书

技术领域

本发明涉及雷达卫星精度测量基准设计方法，具体地，涉及一种合成孔径雷达卫星精度测量基准设计方法。

背景技术

载荷天线的精度是保证高分辨率卫星在轨成像质量的关键之处，而载荷天线的精度又由整星结构装配阶段的安装精度保证，这就对精测过程中卫星主基准的设置提出了要求。整星开展精测工作中，一般在卫星上某相对固定的位置来设置一个精测棱镜来作为整星装配精测的主基准，该主基准代表卫星的质心坐标系，星上其它精度单机和载荷相对其进行精度测量和调整，从而达到安装精度满足卫星姿轨控分系统的需求。高分辨率合成孔径雷达卫星的载荷天线在进行集成和测试的过程中，与整星结构存在着多次的拆装操作，会引入更多的误差因素，这对整星主基准棱镜的设置和精测提出了更高的要求。因此，经过分析论证，将主基准棱镜设置在载荷天线的框架上是解决此问题的有效办法，主基准棱镜在框架上，其代表的坐标系始终与载荷天线的坐标系保持高度一致，同时在框架上设置另外两个备份主基准棱镜，可在主基准棱镜受工装等设备遮挡时，采用备份主基准棱镜开展测量，最终再将主基准棱镜和备份主基准棱镜之间的相对偏差采用数学手段进行补偿，同时，在整星开展精测时，在主基准随载荷天线集成和测试期间，由于主基准和备份主基准棱镜与卫星平台分离上，此时，卫星平台采用基准环上的辅助基准棱镜进行精测，并对精测结果采用数学手段消除辅助基准棱镜与主基准棱镜之间的相对偏差，从而实现了整星精测的目的。

目前，一般卫星的精度基准设置在精测环或者卫星的承力筒上，但未查阅到卫星精测基准设置在合成孔径雷达载荷天线框架上，且通过主基准与载荷天线坐标系的高度一致来保证消除卫星主基准与载荷天线之间偏差的相关报道或方法。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种合成孔径雷达卫星精度测量基准设计方法，其可实现主基准棱镜坐标系与载荷天线坐标系的高度一致，直接消除了主基准棱镜与载荷天线之间的安装偏差，星上其它精度单机与载荷天线精度等均相对于整星在轨要达到的目标精度实现了统一，减少了精度误差的传递环节，提高了整星精度测量工作的效率，更为后期的数据处理带来了极大便利，对卫星在轨成像质量提升打下了坚实基础。

根据本发明的一个方面，提供一种合成孔径雷达卫星精度测量基准设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、在天线框架的四个端部外侧面区域分别设置基准块，并在框架上设置棱镜安装凸台，通过组合加工的方式控制基准块的水平度，以及凸台与基准块的平行度；

步骤二、调平天线框架，依据其四个端部的基准块，通过工装转换，将卫星的主基准棱镜安装在天线框架的凸台上，并控制主基准棱镜的与基准块平行度；

步骤三、在天线框架的主基准棱镜的同侧再安装一个备份主基准棱镜，其凸台高度应高于安装主基准棱镜的凸台，控制备份主基准棱镜与主基准棱镜的平行度；

步骤四、在天线框架主基准棱镜的对侧另外安装一个备份主基准棱镜，控制备份主基准棱镜与基主基准棱镜的平行度；

步骤五、在精测环上设置基准面，安装辅助基准棱镜，通过工装设备调整，控制辅助基准棱镜与大地水平的平行度，以及精测环轴线的垂直度；

步骤六、在整星精测时，精测环每次装星均通过复位销先复位，再进行主基准棱镜与备份主基准棱镜、辅助基准棱镜之间的精度测量，建立主基准棱镜与其它精测基准棱镜之间的关系；

步骤七、在整星精测过程中，卫星的精度单机依据整星主基准棱镜开展精测；在主基准被遮挡时，采用备份主基准棱镜开展精测；如果天线框架不在星体上时，采用辅助基准棱镜开展精测；最终通过计算将所有精测关系均转移至相对主基准棱镜的关系。

优选地，所述天线框架的四个端部的每个基准块的平面度优于0.02mm，四个基准块同向面的平面度优于0.05mm，凸台与基准块的平行度均优于0.05mm。

优选地，所述主基准棱镜的六个镜面法线之间的正交偏差优于5"，所述备份主基准棱镜与主基准棱镜的三个镜面法线指向之间偏差优于10"。

优选地，所述辅助基准镜在精测环调整至水平状态下的两个镜面法线方向与大地水平的平行度优于10"，与精测环纵向轴线垂直度优于10"。

优选地，所述合成孔径雷达卫星精度测量基准设计方法的卫星精测状态结构包括第一基准块、第一备份基准棱镜安装凸台、天线框架、主基准棱镜安装凸台、第二备份基准棱镜安装凸台、第二基准块、第三基准块、第四基准块、精测环、辅助基准棱镜、卫星平台，第一基准块、第二基准块、第三基准块和第四基准块都分别位于天线框架的四个顶角上，天线框架位于主基准棱镜安装凸台的一侧，第一备份基准棱镜安装凸台位于天线框架一侧，主基准棱镜安装凸台位于第一备份基准棱镜安装凸台下方，第二备份基准棱镜安装凸台位于天线框架一侧，第二备份基准棱镜安装凸台位于第二基准块的一侧，天线框架位于卫星平台上方，第四基准块位于第二备份基准棱镜安装凸台的一侧，卫星平台上方与天线框架连接，第一备份基准棱镜安装凸台位于辅助基准棱镜的上方，精测环上方与卫星平台连接，辅助基准棱镜位于精测环的一侧。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明可实现主基准棱镜坐标系与载荷天线坐标系的高度一致，直接消除了主基准棱镜与载荷天线之间的安装偏差，星上其它精度单机与载荷天线精度等均相对于整星在轨要达到的目标精度实现了统一，减少了精度误差的传递环节，提高了整星精度测量工作的效率，更为后期的数据处理带来了极大便利，对卫星在轨成像质量提升打下了坚实基础。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明合成孔径雷达卫星精度测量基准设计方法的流程图。

图2为本发明合成孔径雷达卫星精度测量基准设计方法的卫星载荷天线框架结构示意图。

图3为本发明合成孔径雷达卫星精度测量基准设计方法的卫星精测环辅助基准棱镜结构示意图。

图4为本发明合成孔径雷达卫星精度测量基准设计方法的卫星精测状态结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明合成孔径雷达卫星精度测量基准设计方法包括以下步骤：

步骤一、在天线框架的四个端部外侧面区域分别设置基准块，并在框架上设置棱镜安装凸台，通过组合加工的方式控制基准块的水平度，以及凸台与基准块的平行度；

步骤二、调平天线框架，依据其四个端部的基准块，通过工装转换，将卫星的主基准棱镜安装在天线框架的凸台上，并控制主基准棱镜的与基准块平行度；

步骤三、在天线框架的主基准棱镜的同侧再安装一个备份主基准棱镜，其凸台高度应高于安装主基准棱镜的凸台，控制备份主基准棱镜与主基准棱镜的平行度；

步骤四、在天线框架主基准棱镜的对侧另外安装一个备份主基准棱镜，控制备份主基准棱镜与基主基准棱镜的平行度；

步骤五、在精测环上设置基准面，安装辅助基准棱镜，通过工装设备调整，控制辅助基准棱镜与大地水平的平行度，以及精测环轴线的垂直度；

步骤六、在整星精测时，精测环每次装星均通过复位销先复位，再进行主基准棱镜与备份主基准棱镜、辅助基准棱镜之间的精度测量，建立主基准棱镜与其它精测基准棱镜之间的关系；

步骤七、在整星精测过程中，卫星的精度单机依据整星主基准棱镜开展精测；在主基准被遮挡时，采用备份主基准棱镜开展精测；如果天线框架不在星体上时，采用辅助基准棱镜开展精测；最终通过计算将所有精测关系均转移至相对主基准棱镜的关系。

优选地，所述天线框架的四个端部的每个基准块的平面度优于0.02mm，四个基准块同向面的平面度优于0.05mm，凸台与基准块的平行度均优于0.05mm。

优选地，所述主基准棱镜的六个镜面法线之间的正交偏差优于5"，所述备份主基准棱镜与主基准棱镜的三个镜面法线指向之间偏差优于10"。

优选地，所述辅助基准镜在精测环调整至水平状态下的两个镜面法线方向与大地水平的平行度优于10"，与精测环纵向轴线垂直度优于10"。

如图2至图4所示，本发明合成孔径雷达卫星精度测量基准设计方法的卫星精测状态结构包括第一基准块1、第一备份基准棱镜安装凸台2、天线框架3、主基准棱镜安装凸台4、第二备份基准棱镜安装凸台5、第二基准块6、第三基准块7、第四基准块8、精测环9、辅助基准棱镜10、卫星平台11，第一基准块1、第二基准块6、第三基准块7和第四基准块8都分别位于天线框架3的四个顶角上，天线框架3位于主基准棱镜安装凸台4的一侧，第一备份基准棱镜安装凸台2位于天线框架3一侧，主基准棱镜安装凸台4位于第一备份基准棱镜安装凸台2下方，第二备份基准棱镜安装凸台5位于天线框架3一侧，第二备份基准棱镜安装凸台5位于第二基准块6的一侧，天线框架3位于卫星平台11上方，第四基准块8位于第二备份基准棱镜安装凸台5的一侧，卫星平台11上方与天线框架3连接，第一备份基准棱镜安装凸台2位于辅助基准棱镜10的上方，精测环9上方与卫星平台11连接，辅助基准棱镜10位于精测环9的一侧。

具体地，如图2～图4所示，这里结合某合成孔径雷达卫星的精度测试基准设置来进行详细说明。

SAR天线框架尺寸为2900mm×1200mm×200mm的碳纤维长方体结构。框架的四个端部三个外侧面均设置了铝合金基准块，通过在机床上组合加工，控制每个基准块的平面度均优于0.02mm，四个基准块同向面的平面度优于0.05mm。在该框架上设置了三个棱镜安装铝合金凸台，其中两个凸台位于同一侧，每个凸台与基准块的平行度均优于0.05mm；同侧的两个凸台中，位于边缘的凸台较位于中间的凸台高20mm。

将天线框架放置在水平度优于0.02mm的大理石平台上，在框架的中间位置凸台上安装1个精测棱镜，棱镜的六个镜面法线之间的正交偏差优于5"，通过精测工装转换，以及采取铲刮凸台安装面和垫垫片等方式，控制主基准棱镜与基准块法线的平行度均优于10"。

同样状态下，在天线框架的另外两个凸台上分别安装1个精测棱镜，每个棱镜的六个镜面法线之间的正交偏差均优于5"，通过电子经纬仪系统实时精测，并采取铲刮凸台安装面和垫垫片等方式，控制两个备份主基准棱镜三个镜面法线与主基准棱镜对应的三个镜面法线的平行度均优于10"。

在通用的精测环上绕环轴线对称设置两个基准面，通过精测转台将精测环调整至水平状态，在精测面上安装辅助基准棱镜，基准棱镜的六个镜面法线之间的正交偏差优于5"，同时控制辅助基准棱镜的两个镜面法线方向与大地水平的平行度优于10"，以及与精测环轴线的垂直度优于10"。

在整星精测时，精测环每次装星均通过复位销先复位，再进行主基准棱镜与备份主基准棱镜、辅助基准棱镜之间的精度测量，建立主基准棱镜与其它精测基准棱镜之间的关系。

在整星精测过程中，卫星的精度单机依据整星主基准棱镜开展精测；在主基准被遮挡时，采用备份主基准棱镜开展精测；如果天线框架不在星体上时，采用辅助基准棱镜开展精测；最终通过计算将所有精测关系均转换至相对主基准棱镜的精度关系。

通过该精度测量基准的设计方法，将卫星所有精度的测量基准均与载荷天线坐标系直接固连的主基准棱镜建立关系，做到了整星精度基准的高度统一，减少了主基准棱镜设置和测量安装环节转换引入的误差，提高了整星精度测量工作的效率，更为后期数据处理的带来了极大便利。

综上所述，本发明可实现主基准棱镜坐标系与载荷天线坐标系的高度一致，直接消除了主基准棱镜与载荷天线之间的安装偏差，星上其它精度单机与载荷天线精度等均相对于整星在轨要达到的目标精度实现了统一，减少了精度误差的传递环节，提高了整星精度测量工作的效率，更为后期的数据处理带来了极大便利，对卫星在轨成像质量提升打下了坚实基础。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。