[发明专利]平面变形绝对-相对欧拉角计算方法及系统

说明书

本发明提供了一种平面变形绝对及相对欧拉角计算方法及系统，包括以下步骤：步骤一，根据平面节点的编号、坐标、位移，计算平面变形前平面内成一定角度(30°～150°之间)的两个参考向量，以及平面变形后对应的两个参考向量；步骤二，根据最小二乘法计算平面变形前后的法向量；步骤三，根据参考坐标点、参考向量、平面法向量，计算平面变形前后的坐标系；步骤四，根据平面变形前后的坐标系和指定转序，计算单个平面变形的绝对欧拉角；步骤五，根据多个平面变形前后的坐标系和指定转序，计算多个平面之间相对变形的相对欧拉角。本发明提高了平面变形绝对及相对欧拉角的计算精度和效率。

技术领域

本发明涉及卫星实验技术领域，具体地，涉及平面变形绝对-相对欧拉角计算方法及系统。具体地，涉及结构变形引起的指向角度变化的计算方法，具体涉及一种利用平面节点或测点的坐标、位移、欧拉角转序计算平面坐标系指向变化欧拉角的方法，具体涉及一种平面变形绝对-相对欧拉角计算方法。

背景技术

卫星上高精度设备对安装面的变形有严格的指标要求，卫星结构在设计阶段需要对各种工况下的安装面的指向变形进行量化分析，通常需要精确计算安装面在指定坐标系和转序下的变形欧拉角。

卫星在地面试验前后、经历运输和发射段力学环境前后，设备安装面可能发生变形，安装面指向可能发生变化。卫星在轨运行期间周期性受到太阳辐射等热载荷作用，设备安装面可能发生热变形，安装面指向变化可能影响设备的指向精度，进而影响重要设备甚至整星的正常工作。

申请号为CN201110380055.6的中国发明专利公开了一种基于角速度的欧拉角任意步长正交级数指数型近似输出方法，用于解决现有的飞行器机动飞行时欧拉角输出精度差的技术问题。技术方案是通过引入多个参数并将滚转、俯仰、偏航角速度采用改进的类似切比雪夫正交多项式的递推形式展开逼近，按照依次求解俯仰角、滚转角、偏航角，直接对欧拉角的表达式进行高阶逼近积分，使得欧拉角的求解按照超线性逼近，保证了确定欧拉角的时间更新迭代计算精度，从而提高了惯性设备输出飞行姿态的准确性。

申请号为CN201711194465.5的中国发明专利公开了一种曲面单层网壳梁单元欧拉角的计算方法，包括如下步骤：将曲面单层网壳进行三角化；建立节点与坐标文件node.txt及element.txt；找出与某一节点相连的节点集合，集合中的每一个节点与该节点组成了梁单元，对任意梁单元，求定向第三点坐标矢量；假定全局坐标系中Z轴对应的矢量为Z＝[0,0,1]，求局部坐标系各轴矢量；求得空间梁的欧拉角BETA为局部坐标轴z与主平面为铅直面的空间梁之局部坐标轴z0之间的角度。本发明，可适用计算机编程运算，计算精度和计算效率均很高，可满足大规模曲面单层网壳设计的需求，适用于多种复杂曲面的处理，可处理大规模曲面单层网壳梁单元欧拉角的计算问题。

为了精确计算卫星上重要设备安装面在各种工况下的变形和指向变化，需要对整星进行力学、热变形分析，通过整星有限元模型和分析结果可以观察和评估安装面的位移、变形量等。对于在指定坐标系和转序下的安装面坐标系指向变化的欧拉角，则需要通过对安装面变形前后的节点坐标、位移数据进行处理后计算得到。

本发明的创新点为：利用平面变形前后节点坐标、位移计算参考向量，根据参考向量与平面坐标系之间的关系计算平面变形前后坐标系，避免直接利用节点数据计算坐标系造成坐标系不能反映平面整体变形的问题；将绝度欧拉角、相对欧拉角计算过程分开，将绝度欧拉角计算结果作为相对欧拉角计算输入，降低单独计算相对欧拉角的算法的复杂程度；计算相对欧拉角时引入参考坐标系，使算法简洁且具有模块化特征。

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平面变形绝对及相对欧拉角计算方法及系统。

根据本发明提供的一种平面变形绝对及相对欧拉角计算方法，包括以下步骤：