[发明专利]绳网拖曳地面试验中的重力卸载与距离相模拟装置与方法

权利要求书

1.一种绳网拖曳地面试验中的重力卸载与距离相模拟装置，所述绳网拖曳地面试验中的重力卸载与距离相模拟装置和绳网拖曳地面仿真系统相配合，所述绳网拖曳地面仿真系统包括任务卫星运动模拟系统、目标卫星运动模拟系统、任务卫星模型、目标卫星模型和绳索，所述目标卫星模型安装在所述目标卫星运动模拟系统的二号转动平台上，以模拟目标卫星三自由度平动运动和三自由度转动运动；所述绳索的一端通过安装在所述任务卫星模型上的系绳收放装置释放或收起，所述任务卫星模型通过安装在系绳收放装置滚轮机构上的光电码盘获知释放出的绳索长度，所述绳索的另一端分为四段，分别与所述目标卫星模型四角的四个拉力传感器连接，以获取四段绳索的拉力，其特征在于，所述重力卸载与距离相模拟装置包括：距离相模拟系统、重力卸载系统、传感器补偿系统、通讯系统和供电系统，其中，

所述距离相模拟系统安装在所述绳网拖曳地面仿真系统的目标卫星模型上，并通过所述通讯系统与所述绳网拖曳地面仿真系统和外界环境进行有线或无线通信，其中，所述距离相模拟系统包括显示模块、显示控制模块和手动调节模块，所述显示控制模块用于通过所述通讯系统获取所述目标卫星模型与所述任务卫星模型之间的实际距离，并输入待模拟的目标卫星与任务卫星之间的距离和待模拟的目标卫星的光学特征长度，根据所述实际距离、所述待模拟的目标卫星与任务卫星之间的距离和待模拟的目标卫星的光学特征长度计算所述目标卫星模型的目标光学特征长度，所述目标光学特征长度为两特征光点间距或单个特征光点的光斑直径；所述显示模块用于显示所述目标光学特征长度；所述手动调节模块通过数据线与所述显示控制模块连接，用于为操作者提供手动调节所述目标光学特征长度的渠道，以备所述通讯系统损坏或校正误差时使用；

所述重力卸载系统包括氦气套筒模块、充气排气模块和套筒控制模块，其中，所述氦气套筒模块包括套在所述绳索上的分段充气的筒状氦气球、充气气管和放气气管，充气排气模块包括充气氦气瓶、氦气压缩机和电动气阀，所述筒状氦气球每段分别通过所述充气气管和所述电动气阀与所述充气氦气瓶连接，所述筒状氦气球通过所述放气气管和所述电动气阀与所述氦气压缩机的低压端连接，所述套筒控制模块与所述电动气阀电连接，并通过所述通讯系统与所述绳网拖曳地面仿真系统和外界环境进行有线或无线通信；

所述传感器补偿系统通过所述通讯系统与所述绳网拖曳地面仿真系统进行有线或无线通信，其中，所述传感器补偿系统包括测量误差拟合模块和测量误差补偿模块，所述测量误差拟合模块通过所述通讯系统获得所述四个拉力传感器的读数和所述目标卫星运动模拟系统中二号转动平台绕预定轴转动的角度，并利用分段最小二乘法拟合拉力传感器干扰力与目标卫星模型转动角度之间的关系函数所述测量误差补偿模块根据所述拉力传感器干扰力与目标卫星模型转动角度之间的关系函数在所述绳网拖曳地面仿真系统中补偿四个拉力传感器因自身与四段绳索重力产生的测量误差；

所述供电系统分别与所述距离相模拟系统、所述重力卸载系统和所述传感器补偿系统连接。

2.根据权利要求1所述的绳网拖曳地面试验中的重力卸载与距离相模拟装置，其特征在于，所述套筒控制模块包括单片机和驱动芯片，其中，所述单片机与所述驱动芯片连接，所述单片机还通过控制线与所述电动气阀连接。

3.根据权利要求1所述的绳网拖曳地面试验中的重力卸载与距离相模拟装置，其特征在于，当所述目标光学特征长度为两特征光点间距时，所述显示模块包括底座、两台线性电机、两个LED灯、标尺和两个锁定机构，其中，所述两台线性电机紧密安装在所述底座上，所述两个LED灯分别安装在两台线性电机的动子上，一个线性电机上的动子在远离另一线性电机的一侧安装锁定机构，所述底座上安装所述标尺；

所述线性电机，用于通过其动子的运动连续地改变所述两个LED灯之间的距离，以达到所述目标光学特征长度；

所述标尺与所述手动调节模块相配合，用于为操作者提供手动调节所述目标光学特征长度的渠道；

所述锁定机构，用于固定所述线性电机的动子。

4.根据权利要求1所述的绳网拖曳地面试验中的重力卸载与距离相模拟装置，其特征在于，当所述目标光学特征长度为单个特征光点的光斑直径时，所述显示模块包括若干紧密排列的LED灯，所述显示模块根据需求点亮不同数目以及不同位置的LED灯以构成不同大小的光斑。

5.一种绳网拖曳地面试验中的重力卸载与距离相模拟方法，基于权利要求1所述的绳网拖曳地面试验中的重力卸载与距离相模拟装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，对所述重力卸载与距离相模拟装置上电，并确保各个系统正常运行；

步骤S2，在连接所述目标卫星模型和所述任务卫星模型的绳索无外拉力的情况下，转动所述目标卫星模型，利用所述传感器补偿系统的测量误差拟合模块通过所述通讯系统记录在一周的范围内，多个预设目标卫星模型转动角度及每个转动角度下位于目标卫星模型四角的每个拉力传感器的读数，以拟合拉力传感器干扰力与目标卫星模型转动角度之间的关系函数；

步骤S3，通过所述通讯系统向所述距离相模拟系统中的显示控制模块输入待模拟的目标卫星与任务卫星之间的距离和待模拟的目标卫星的光学特征长度，并获取所述目标卫星模型与所述任务卫星模型之间的实际距离，并根据上述输入和获取的数据计算所述目标卫星模型的目标光学特征长度；

步骤S4，通过所述通讯系统向所述重力卸载系统中的套筒控制模块输入当前环境温度，所述套筒控制模块通过所述通讯系统获取任务卫星模型释放的绳索长度，并根据所述当前环境温度和所述绳索长度计算所述筒状氦气球的待充气长度，并根据所述待充气长度确定所述筒状氦气球的段数并取整，以对所述筒状氦气球进行充气或放气平衡绳索重力；

步骤S5，利用所述拉力传感器干扰力与目标卫星模型转动角度之间的关系函数计算干扰力，在任意角度下位于目标卫星模型四角的每个拉力传感器的读数上减去干扰力，以补偿四个拉力传感器输出；

步骤S6，控制所述距离相模拟系统的显示模块显示所述目标光学特征长度；

步骤S7，完成实验，将所述重力卸载与距离相模拟装置归位并关机。