本發(fā)明涉及一種星球車定向天線自主指向精度測(cè)試方法，屬于航天測(cè)量。

背景技術(shù)：

1、一般而言，定向天線指向精度測(cè)量分為靜態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量?jī)深?，分別代表定向天線指向靜態(tài)目標(biāo)和指向動(dòng)態(tài)目標(biāo)。本體靜止且指向靜態(tài)目標(biāo)、本體靜止且指向動(dòng)態(tài)目標(biāo)的精度測(cè)試難度相對(duì)較低。由于航天器軌道半徑大、姿態(tài)變化小，航天器載定向天線同樣可按照本體靜止、指向靜態(tài)/動(dòng)態(tài)目標(biāo)的形式進(jìn)行指向精度測(cè)試。

2、當(dāng)前在軌運(yùn)行的星球車也均采用車體靜止、天線跟蹤的形式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，測(cè)控通信效率低，無法完成“動(dòng)中通”，難以有效發(fā)揮移動(dòng)探測(cè)潛力。但隨著航天器技術(shù)的發(fā)展，尤其是星球車在軌應(yīng)用的發(fā)展，“動(dòng)中通”成為一種對(duì)空間機(jī)器人在軌操作的迫切需求?！皠?dòng)中通”過程中，跟蹤目標(biāo)為對(duì)地指向/對(duì)中繼星/對(duì)著陸器等中轉(zhuǎn)鏈路，星球車位移相比較中繼軌道半徑為小量，可以忽略；但星球車本體處于移動(dòng)過程中，姿態(tài)(航向角、俯仰角和滾轉(zhuǎn)角)快速變化，因此高精度測(cè)量星球車移動(dòng)狀態(tài)(主要是姿態(tài)變化)下的定向天線指向精度成為迫切需求。

3、目前在現(xiàn)有技術(shù)中尚沒有星球車移動(dòng)狀態(tài)下的定向天線指向精度測(cè)量方法。因此匯總上述情況，目前關(guān)于定向天線指向精度測(cè)試存在星球車移動(dòng)狀態(tài)(主要是姿態(tài)變化)下測(cè)試所需范圍大、所耗資源多、定量評(píng)估難度大的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種星球車定向天線自主指向精度測(cè)試方法，解決星球車移動(dòng)過程指向精度精確測(cè)量的難題。

2、本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種星球車定向天線自主指向精度測(cè)試方法，包括：

3、根據(jù)在軌中繼軌道設(shè)計(jì)中繼通信測(cè)試軌道；

4、在星球車定向天線波束口安裝激光發(fā)射裝置，其激光對(duì)外照射方向與定向天線波束中心重合，且在星球車運(yùn)動(dòng)過程中，激光發(fā)射裝置連接可靠，不發(fā)生晃動(dòng)、滑移和磕碰；

5、根據(jù)測(cè)試場(chǎng)地范圍設(shè)計(jì)靶標(biāo)板；

6、標(biāo)定定向天線誤差，消除定向天線安裝精度、激光發(fā)射裝置安裝精度的誤差影響；

7、激光發(fā)射裝置保持開啟狀態(tài)，星球車起吊，對(duì)星球車按照所述中繼通信測(cè)試軌道運(yùn)動(dòng)并按預(yù)設(shè)工況進(jìn)行擺轉(zhuǎn)，記錄測(cè)試過程中天線轉(zhuǎn)動(dòng)角度、靶標(biāo)板上光斑的位置，獲得在不同姿態(tài)、不同速度下的指向精度，完成星球車動(dòng)態(tài)定向天線指向精度測(cè)試。

8、進(jìn)一步地，所述中繼通信測(cè)試軌道的半長(zhǎng)軸不小于10000km、偏心率不超過0.8，中繼通信衛(wèi)星軌道位置為所述中繼通信測(cè)試軌道遠(yuǎn)月點(diǎn)，方位角變化不小于30min變化1°；中繼通信測(cè)試軌道傾角和升交點(diǎn)赤經(jīng)所述中繼通信測(cè)試軌道遠(yuǎn)月點(diǎn)，測(cè)試時(shí)間內(nèi)中繼軌道高度角符合在軌使用狀態(tài)；中繼通信測(cè)試軌道近月點(diǎn)幅角為所述中繼通信測(cè)試軌道遠(yuǎn)月點(diǎn)時(shí)，在測(cè)試場(chǎng)地坐標(biāo)系下90°±5°，用于垂直靶標(biāo)粘貼墻體。

9、進(jìn)一步地，所述激光發(fā)射裝置適應(yīng)測(cè)試場(chǎng)地光照環(huán)境，有效照射距離大于30m；在30m照射距離下，激光點(diǎn)狀光斑直徑不大于1厘米；激光發(fā)射裝置連續(xù)工作時(shí)間不低于1小時(shí)。

10、進(jìn)一步地，所述根據(jù)測(cè)試場(chǎng)地范圍設(shè)計(jì)靶標(biāo)板包括：同時(shí)考慮水平距離和垂直距離，以星球車測(cè)試位置和靶標(biāo)目標(biāo)指向?yàn)榛鶞?zhǔn)，以波束角為約束，通過均勻離散的形式進(jìn)行分檔位設(shè)置。

11、進(jìn)一步地，所述靶標(biāo)板設(shè)有底紋，并以確定精度的網(wǎng)格作為底紋背景；所述靶標(biāo)板豎直安裝。

12、進(jìn)一步地，所述標(biāo)定定向天線誤差包括：

13、將星球車停放于指定位置和指定高度，該高度作為基準(zhǔn)值，應(yīng)用于后續(xù)動(dòng)態(tài)測(cè)量；

14、測(cè)量星球車的位置和姿態(tài)，采用靶標(biāo)板中心p0的三維坐標(biāo)；利用二者間的關(guān)系，求解定向天線機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)角度θ0；

15、將定向天線運(yùn)動(dòng)至θ0角度，并打開激光發(fā)射裝置，測(cè)量靶標(biāo)板上激光光斑位置的三維坐標(biāo)p1；

16、計(jì)算系統(tǒng)誤差導(dǎo)致激光光斑的偏移距離p1-p0，將該偏移量轉(zhuǎn)換至定向天線移動(dòng)運(yùn)動(dòng)零位中進(jìn)行補(bǔ)償，使得初始狀態(tài)下激光光斑中心位于靶標(biāo)板中心處。

17、進(jìn)一步地，對(duì)星球車按照預(yù)設(shè)工況進(jìn)行定速擺轉(zhuǎn)。

18、進(jìn)一步地，所述預(yù)設(shè)工況包括：

19、星球車俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)，按照從低速到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)范圍覆蓋在軌使用范圍；

20、星球車偏航轉(zhuǎn)動(dòng)，按照從低速到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)范圍覆蓋360°；

21、星球車側(cè)傾轉(zhuǎn)動(dòng)，按照從低速到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)范圍覆蓋在軌使用范圍；

22、星球車三軸復(fù)合轉(zhuǎn)動(dòng)，按照從低速到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)范圍覆蓋在軌使用范圍。

23、進(jìn)一步地，所述星球車起吊的懸掛高度與標(biāo)定測(cè)試高度相同。

24、進(jìn)一步地，所述記錄測(cè)試過程中天線轉(zhuǎn)動(dòng)角度的方法為使用幀頻超過10hz的攝像機(jī)進(jìn)行拍攝記錄。

25、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

26、通過專用中繼通信測(cè)試軌道設(shè)計(jì)和靶標(biāo)板設(shè)計(jì)，解決了目標(biāo)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)范圍大、難以準(zhǔn)確測(cè)量的難題；通過星球車靜態(tài)精測(cè)，解決了初始系統(tǒng)誤差測(cè)量和消除的難題；通過星球車質(zhì)心起吊、定速擺轉(zhuǎn)的方式，解決了常規(guī)移動(dòng)測(cè)試對(duì)場(chǎng)地需求大、資源消耗多、定量評(píng)估困難的難題，確保能夠高精度開展星球車移動(dòng)狀態(tài)下的定向天線自主指向精度測(cè)試。

技術(shù)特征：

1.一種星球車定向天線自主指向精度測(cè)試方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種星球車定向天線自主指向精度測(cè)試方法，其特征在于，所述中繼通信測(cè)試軌道的半長(zhǎng)軸不小于10000km、偏心率不超過0.8，中繼通信衛(wèi)星軌道位置為所述中繼通信測(cè)試軌道遠(yuǎn)月點(diǎn)，方位角變化不小于30min變化1°；中繼通信測(cè)試軌道傾角和升交點(diǎn)赤經(jīng)所述中繼通信測(cè)試軌道遠(yuǎn)月點(diǎn)，測(cè)試時(shí)間內(nèi)中繼軌道高度角符合在軌使用狀態(tài)；中繼通信測(cè)試軌道近月點(diǎn)幅角為所述中繼通信測(cè)試軌道遠(yuǎn)月點(diǎn)時(shí)，在測(cè)試場(chǎng)地坐標(biāo)系下90°±5°，用于垂直靶標(biāo)粘貼墻體。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種星球車定向天線自主指向精度測(cè)試方法，其特征在于，所述激光發(fā)射裝置適應(yīng)測(cè)試場(chǎng)地光照環(huán)境，有效照射距離大于30m；在30m照射距離下，激光點(diǎn)狀光斑直徑不大于1厘米；激光發(fā)射裝置連續(xù)工作時(shí)間不低于1小時(shí)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種星球車定向天線自主指向精度測(cè)試方法，其特征在于，所述根據(jù)測(cè)試場(chǎng)地范圍設(shè)計(jì)靶標(biāo)板包括：同時(shí)考慮水平距離和垂直距離，以星球車測(cè)試位置和靶標(biāo)目標(biāo)指向?yàn)榛鶞?zhǔn)，以波束角為約束，通過均勻離散的形式進(jìn)行分檔位設(shè)置。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種星球車定向天線自主指向精度測(cè)試方法，其特征在于，所述靶標(biāo)板設(shè)有底紋，并以確定精度的網(wǎng)格作為底紋背景；所述靶標(biāo)板豎直安裝。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種星球車定向天線自主指向精度測(cè)試方法，其特征在于，所述標(biāo)定定向天線誤差包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種星球車定向天線自主指向精度測(cè)試方法，其特征在于，對(duì)星球車按照預(yù)設(shè)工況進(jìn)行定速擺轉(zhuǎn)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種星球車定向天線自主指向精度測(cè)試方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)工況包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種星球車定向天線自主指向精度測(cè)試方法，其特征在于，所述星球車起吊的懸掛高度與標(biāo)定測(cè)試高度相同。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種星球車定向天線自主指向精度測(cè)試方法，其特征在于，所述記錄測(cè)試過程中天線轉(zhuǎn)動(dòng)角度的方法為使用幀頻超過10hz的攝像機(jī)進(jìn)行拍攝記錄。

技術(shù)總結(jié)
一種星球車定向天線自主指向精度測(cè)試方法，屬于航天測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，包括：根據(jù)在軌中繼軌道設(shè)計(jì)中繼通信測(cè)試軌道；在星球車定向天線波束口安裝激光發(fā)射裝置，其激光對(duì)外照射方向與定向天線波束中心重合，且在星球車運(yùn)動(dòng)過程中；根據(jù)測(cè)試場(chǎng)地范圍設(shè)計(jì)靶標(biāo)板；標(biāo)定定向天線誤差，消除誤差影響；激光發(fā)射裝置保持開啟狀態(tài)，星球車起吊，對(duì)星球車按照所述中繼通信測(cè)試軌道運(yùn)動(dòng)并按預(yù)設(shè)工況進(jìn)行擺轉(zhuǎn)，記錄測(cè)試過程中天線轉(zhuǎn)動(dòng)角度、靶標(biāo)板上光斑的位置，獲得在不同姿態(tài)、不同速度下的指向精度，完成星球車動(dòng)態(tài)定向天線指向精度測(cè)試。本發(fā)明通過專用中繼通信測(cè)試軌道設(shè)計(jì)和靶標(biāo)板設(shè)計(jì)，解決了目標(biāo)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)范圍大、難以準(zhǔn)確測(cè)量的難題。

技術(shù)研發(fā)人員：辛鵬飛,田鶴,陳百超,袁寶峰,余后滿,饒煒,黨兆龍,宋文韜,張建利
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/12