[发明专利]基于不动基准点的航天器舱体重力变形测量方法

权利要求书

1.一种基于不动基准点的航天器舱体重力变形测量方法，其特征是，该方法以激光跟踪仪为测量设备，首先在航天器舱体上布设不动基准点和关键点，以立式工位下的关键点实测数据作为航天器舱体未变形的参考数据；然后将航天器舱体卧式安装，以不动基准点为约束，实现卧式工位与立式工位的坐标系匹配；最后通过转站测量获取关键点在航天器舱体变形后的坐标，求解航天器舱体变形前后关键点几何位移矢量，从而确定航天器舱体的重力变形量；

该方法的具体步骤如下：

第一步，航天器舱体坐标系的构建与关键点赋值

首先，在航天器舱体一端的半封闭锥面、以及与锥面相连的航天器舱体柱面边缘处分别布置P，P≥6个靶球作为不动基准点，其中位于锥面和与锥面相连的航天器舱体柱面边缘处的靶球各自不共平面，在航天器舱体柱面上的关键特征处合理布置N个靶球，作为关键点Q；将航天器舱体(2)吊装至立式工位，航天器舱体(2)上部通过尼龙柔索(5)与车间内的龙门行吊(6)相连，尼龙柔索(5)处于张紧状态，航天器舱体(2)下部放置在阻尼减震器(7)上，以该立式工位作为近似零重力工位；再将1号激光跟踪仪(1)倒置安装于龙门行吊(6)的工装上，测量所有不动基准点的三维坐标，建立依附于不动基准点的航天器舱体坐标系O-XYZ；

然后，将2号、3号激光跟踪仪(3、4)安装于带有加长杆的重型三脚架(8)上，分别布置在(S₁、S₂)站位上，通过多个站位进行测量，获取航天器舱体柱面上所有关键点坐标Q_V'和与锥面相连的航天器舱体柱面边缘处的不动基准点坐标P_V'；

最后，在每个站位下构建以不动基准点为约束的坐标系配准模型：

式中，i是不动基准点的编号，m代表某一站位下所测不动基准点的数量，且m≥3；代表第i个不动基准点在航天器舱体坐标系中的坐标；代表该不动基准点在当前站位的坐标；R是旋转矩阵，T是平移向量；

求解坐标系配准模型，将局部站位下所测关键点坐标配准到航天器舱体坐标系，从而完成所有关键点在航天器舱体坐标系下的赋值Q_V：

Q_V＝RQ_V'+T (2)

其中，Q_V'代表所有关键点在当前站位的坐标；

第二步，航天器的卧式安装与不动基准点匹配

将航天器舱体卧式安装，使其半封闭锥面一端固连到变位机法兰(9)上，航天器舱体(2)下部放置在支撑轮组(10)上；在卧式航天器舱体附近合理布置一台激光跟踪仪站位S_H1，使其测量视场能够覆盖尽量多的不动基准点，在该激光跟踪仪站位下重新测量n，n≥3个不动基准点的三维坐标P_H，以n个不动基准点为约束的坐标系配准模型为：

式中，n代表当前激光跟踪仪站位下所测不动基准点数量；代表卧式工位下航天器舱体的第i个不动基准点在当前激光跟踪仪站位下的坐标；求解该模型，得到航天器舱体在立式和卧式两种工位下的匹配关系，即旋转矩阵和平移向量

第三步，激光跟踪仪转站测量与重力变形求解

首先，获取卧式工位下航天器舱体的关键点在航天器舱体坐标系的坐标；在第二步激光跟踪仪站位下，测量距离较近的j个关键点，将关键点坐标配准到航天器舱体坐标系，得到公式(4)：

式中，j是关键点的编号，取值范围为：j＝1,2,…,q；代表卧式工位的航天器舱体在发生重力变形后，第j个关键点在航天器舱体坐标系中的坐标；代表该关键点在当前激光跟踪仪站位下的坐标；

其次，针对与当前站位距离较远的q个关键点，采用激光跟踪仪转站测量的方式；在所述的q个关键点附近合理布置第二个激光跟踪仪站位S_H2，从上述q个关键点中任意测量非共线分布的q',q'≥3个关键点，并测量所述的q个关键点的坐标，以q'个非公共关键点为约束的坐标系配准模型为：

式中，代表第j个关键点在第二个激光跟踪仪站位下的坐标；

然后，将q个关键点配准到航天器舱体坐标系O-XYZ，公式为：

式中，j取值范围为：j＝1,2,…,q；

最后，求解关键点的几何位移矢量，确定航天器舱体的重力变形；第j个关键点在航天器舱体从立式工位转换到卧式工位的过程中，因航天器舱体重力变形而产生的相对于航天器舱体坐标系的几何位移矢量为：

因此，航天器舱体在该点处的重力变形量为：

同理，最后全部求出航天器舱体的重力变形值。