【技术实现步骤摘要】
本申请涉及航天，特别涉及一种航天器质心在轨辨识技术地面验证装置及其方法。
技术介绍
1、相关技术中，精确建立地球重力场模型对于地球大地测量学、海洋科学、地震学、资源探测等领域具有重要意义。高精度的重力航天器是建立精确地球重力场模型的必要设备之一。为确保地球重力的精确测量，必须准确去除地球引力外的其他非保守力，并确保重力航天器质心位置与加速度计检验质量的检测中心位置在一定范围内，这是其中关键的技术挑战。
2、航天器在轨期间，航天器结构变形、材料出气、推进剂的消耗等因素均会导致航天器质心相对于航天器框架发生变化，而加速度计和航天器框架之间是近似刚性连接，因此加速度计检验质量质心与航天器质心在轨的实际位置会随时间的推移发生变化。
3、然而，与航天器在轨工作环境相比，航天器在地面实验中受到重力因素的影响。这是因为地球引力会对航天器的运动和平衡产生显著影响。在地面实验中，航天器难以复现在轨道上的真实运行状态，受到地球引力的影响，导致其行为与在轨道上存在差异。这种情况对质心位置的准确辨识和调整产生影响。
4、因此，在进行质心辨识与调整的地面等效验证方案时，难以在地面验证试验中模拟航天器在轨时的状态。
技术实现思路
1、本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种航天器质心在轨辨识技术地面验证方法，能够在进行地面验证实验时，模拟航天器在轨时的状态。
2、本申请还提出一种用于实施上述航天器质心在轨技术地面验证方法的航天器质心在
3、根据本申请的第一方面实施例的航天器质心在轨辨识技术地面验证方法，包括以下步骤：
4、设置质心测量平台，限制所述质心测量平台的自由度，使所述质心测量平台仅保留绕重力方向转动的自由度；
5、将航天器模拟器放置在所述质心测量平台上，使用质心惯量测量仪测量出航天器模拟器的质心位置，质心测量平台上方设置有加速度计和姿态测量仪，所述加速度计具有测量中心，所述航天器模拟器的质心位置与所述测量中心的位置错位设置，即所述航天器模拟器的质心位置与所述测量中心的位置具有偏差；
6、对所述航天器模拟器施加力矩激励，使所述航天器模拟器在所述质心测量平台上产生周期性摆动；
7、使用所述姿态测量仪对摆动中的所述航天器模拟器进行姿态测量，使用所述加速度计测量航天器模拟器位于加速度计中心处的线加速度；
8、通过测量出的航天器模拟器的姿态和加速度，计算出此时航天器模拟器的质心位置；
9、根据计算出的质心位置，对航天器模拟器的质心位置进行调节，控制航天器模拟器的质心与加速度计中心的偏差，即控制航天器模拟器的质心与加速度计中心的距离。
10、根据本申请实施例的航天器质心在轨辨识技术地面验证方法，至少具有如下有益效果：
11、通过设置质心测量平台，将航天器模拟器放置于质心测量平台上，航天器模拟器可在质心测量平台进行扭摆运动，通过测量扭摆中的航天器的各项参数，通过测量出的各项参数可计算出航天器模拟器的质心位置，在航天器模拟器的地面验证试验中，还能通过其它方式测量航天器模拟器的质心，从而验证上述计算方法的准确性，从而能够将该计算方法应用到航天器在轨时的测量。
12、通过限制质心测量平台的自由度，使质心测量平台上的航天器模拟器不会在重力的作用下运动，能够保持一个纯理想的转动，从而模拟出航天器在轨时的状态，从而提高地面验证实验的准确性。
13、在航天器模拟器的测量中，使用加速度计和姿态测量仪测量航天器模拟器的各项参数，为了使测量结果更加准确，以及为了使航天器模拟器的测量状态接近于航天器在轨时的状态，加速度计的测量中心与航天器模拟器的质心需要保持一定的偏差，本申请实施例通过质心惯性测量仪确定航天器模拟器在进入扭摆状态前的质心位置，便于安装加速度计，使加速度计的测量中心与航天器模拟器的质心保持一定的偏差。通过对航天器模拟器施加力矩激励，使航天器模拟器进入周期性的扭摆运动状态，在航天器模拟器进入扭摆状态后，通过加速度计以及姿态测量仪测量出的参数，计算出航天器模拟器的质心位置，并对航天器模拟器的质心进行调节，使航天器模拟器的质心与加速度测量仪的测量中心之间的偏差保持在一定范围内，保证加速度计测量时，航天器模拟器的旋转中心等效于航天器在轨时的质心。
14、本申请实施例通过质心测量平台和航天器模拟器模拟航天器在轨时的状态，进行质心测量和质心调节的地面验证实验，从而验证测量方法的准确性，进而能够将测量方法应用到实际的航天器在轨测量中，提高研究效率，降低研究成本。
15、根据本申请的一些实施例，依照上述步骤进行重复实验，根据重复实验的结果，计算航天器模拟器质心测量与理想值之间的误差，保证地面实验的准确性。
16、根据本申请的一些实施例，所述质心测量平台包括扭摆基座和扭摆平台，所述航天器模拟器的质心位置测量公式为：
17、
18、式中δ为所述航天器模拟器质心的偏移量；k为扭摆平台的扭转刚度系数；m0为所述航天器模拟器的质量；mp为所述扭摆平台的质量；ω1和ω2分别为所述航天器模拟器绕所述扭摆平台的转轴旋转0°和180°时的振动频率；为所述航天器模拟器的水平投影与航天器模拟器的垂线的夹角；r为所述航天器模拟器的几何中心与所述扭摆平台的转轴的距离。
19、根据本申请的一些实施例，计算误差的方法包括：
20、获取航天器模拟器的角速度和角加速度以及航天器模拟器的姿态信息；
21、设定asum矩阵，ω矩阵和dω矩阵，所述asum矩阵包含了航天器的三维坐标(x,y,z)，所述ω矩阵为航天器模拟器的角速度在x,y,z三个方向上的分类(ωx,ωy,ωz)；所述dω矩阵为航天器模拟器的角加速度在x,y,z三个方向上的分类(dωx,dωy,dωz)；
22、在ωz、dωz、x、y上加上噪声，加入噪声后的数据设为ωz’、dωz’、x’、y’
23、设定一个2×2矩阵a和一个2×1矩阵a，其中：
24、
25、a＝[x,y]
26、计算航天器模拟器x方向的偏差和y方向的偏差，计算公式如下：
27、l＝(a×a)-1×a×a
28、error＝l-[0.005；0.005]
29、其中，矩阵l第一列为航天器模拟器x方向的偏差，矩阵l第二列为航天器模拟器y方向的偏差；结果2×1矩阵error矩阵为当前估计参数与期望值[0.005；0.005]的误差，error矩阵的第一列为x方向上的误差，设为xerror,error矩阵的第二列为y方向上的误差，设为yerror.
30、设x方向上的误差为xerror，设y方向上的误差为yerror；
31、进行重复实验，记录每次的误差；设第i次实验在x方向上的误差和y方向上的误差分别为xerror(i)和yerror(i)；本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.航天器质心在轨辨识技术地面验证方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的航天器质心在轨辨识技术地面验证方法，其特征在于，所述质心测量平台包括扭摆基座和扭摆平台，所述航天器模拟器的质心位置测量公式为：
3.根据权利要求1所述的航天器质心在轨辨识技术地面验证方法，其特征在于，进行重复实验，根据重复实验的结果，计算航天器模拟器质心测量与理想值之间的误差，保证地面验证实验的准确性。
4.根据权利要求3所述的航天器质心在轨辨识技术地面验证方法，其特征在于，计算误差的方法包括：
5.一种航天器质心在轨辨识技术地面验证装置，其特征在于，用于实施权利要求1所述的航天器质心在轨辨识技术地面验证方法，包括：
6.根据权利要求5所述的航天器质心在轨辨识技术地面验证装置，其特征在于，所述悬丝包括第一悬丝、第二悬丝、第三悬丝、第四悬丝和第五悬丝，所述第一悬丝的设置方向与重力的方向平行，所述第二悬丝与所述第三悬丝相交于第一交点，所述第四悬丝与所述第五悬丝相交于第二交点，所述第一交点和所述第二交点均设置在所述扭摆平台上。
<...【技术特征摘要】
1.航天器质心在轨辨识技术地面验证方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的航天器质心在轨辨识技术地面验证方法，其特征在于，所述质心测量平台包括扭摆基座和扭摆平台，所述航天器模拟器的质心位置测量公式为：
3.根据权利要求1所述的航天器质心在轨辨识技术地面验证方法，其特征在于，进行重复实验，根据重复实验的结果，计算航天器模拟器质心测量与理想值之间的误差，保证地面验证实验的准确性。
4.根据权利要求3所述的航天器质心在轨辨识技术地面验证方法，其特征在于，计算误差的方法包括：
5.一种航天器质心在轨辨识技术地面验证装置，其特征在于，用于实施权利要求1所述的航天器质心在轨辨识技术地面验证方法，包括：
6.根据权利要求5所述的航天器质心在轨辨识技术地面验证装置，其特征在于，所述悬丝包括第一悬丝、第二悬丝、第三悬丝、第四悬丝和第五悬丝，所述第一悬丝的设置方向与重力的方向平行，所述第二悬丝与所述第三悬...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵宏超，周文科，陈文多，焦小磊，张锦绣，吴嘉宁，
申请(专利权)人：中山大学·深圳，
类型：发明
国别省市：
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