發(fā)布時間：2020-06-27 05:17

【摘要】：光學(xué)遙感衛(wèi)星在軌工作過程中,需要穩(wěn)定的姿態(tài)以實現(xiàn)對規(guī)劃區(qū)域的成像。然而用于保障整星姿態(tài)控制精度的重要執(zhí)行部件——飛輪,在其制造過程中難免會存在微小的加工誤差,例如動靜不平衡,軸承缺陷等,使得飛輪在成像環(huán)節(jié)中產(chǎn)生預(yù)期之外、幅值小、頻帶寬的擾振力和力矩。這些擾振力和力矩將影響整星的指向精度以及敏感光學(xué)元件的相對位置精度,降低成像質(zhì)量,嚴重時甚至造成圖像的扭曲,退化以及模糊。為保障入軌后高分辨率光學(xué)遙感衛(wèi)星的成像指標,針對飛輪微振動展開深入研究十分必要。本文依托于吉林一號衛(wèi)星星座中某型號亞米級高分辨光學(xué)遙感衛(wèi)星,從飛輪微振動特性的建模,飛輪微振動對成像影響過程的建模,微振動地面試驗技術(shù)以及隔振方案四個方面展開了研究。首先對飛輪微振動產(chǎn)生機理進行了深入的研究。針對飛輪中角接觸軸承成對安裝的情況,應(yīng)用轉(zhuǎn)子動力學(xué)基本原理、Hertz接觸相關(guān)理論和飛輪結(jié)構(gòu)動力學(xué),建立了飛輪擾振幅值和擾振頻率關(guān)于飛輪轉(zhuǎn)速,安裝基座剛度以及阻尼的函數(shù)關(guān)系表達式;而后對飛輪擾振展開了精確地試驗測量,利用試驗數(shù)據(jù),對表達式中的關(guān)鍵參數(shù)進行了數(shù)值擬合,建立了飛輪擾振的數(shù)值模型。接著采用集成建模法對整星有限元動力學(xué)模型,光學(xué)系統(tǒng)模型以及姿控環(huán)節(jié)進行集成建模以獲得整星微振動分析模型,利用所得分析模型對飛輪在各轉(zhuǎn)速下成像像移的頻域響應(yīng)進行了理論計算。結(jié)合統(tǒng)計矩法,并根據(jù)TDI CCD推掃成像的基本原理提出將飛輪所致像移的頻域響應(yīng)轉(zhuǎn)換為MTF的算法,利用該算法對研究對象飛輪擾振環(huán)節(jié)所致的MTF分量進行了初步預(yù)估,預(yù)估結(jié)果表明飛輪在某些轉(zhuǎn)速下存在微振動超標的現(xiàn)象。設(shè)計并搭建了可對飛輪微振動所致像移進行精確測量的高仿真度整星試驗平臺。在該平臺上不僅完成了對理論分析結(jié)果的校核試驗,亦針對姿控策略和各向飛輪所致像移之間的耦合特性展開了研究。根據(jù)試驗的結(jié)果,分析了集成建模法的合理性和誤差特性,并論證了利用各飛輪穩(wěn)定轉(zhuǎn)速模式下所致像移線性疊加值等效飛輪受控組合工作時所致像移值的合理性,完成了對在軌飛輪受控組合工作時轉(zhuǎn)速覆蓋區(qū)間內(nèi)飛輪擾振所致像移環(huán)節(jié)的MTF均值預(yù)估。此外,借助于高精度試驗數(shù)據(jù),本文提出了一種新型整星微振動建模法——數(shù)值建模法,并將該方法與前面所提出的集成建模法進行了對比,分析了各自的優(yōu)缺點和適用場合。飛輪擾振所致成像像移環(huán)節(jié)的MTF均值預(yù)估結(jié)果表明,該衛(wèi)星在部分轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)有微振動超標的現(xiàn)象,且Y向飛輪為敏感飛輪,針對Y向飛輪和相機的隔振研究十分必要。本文根據(jù)單自由度隔振系統(tǒng)的理論對飛輪和相機的隔振原理進行了分析,設(shè)計了結(jié)構(gòu)簡潔的隔振裝置以實現(xiàn)飛輪擾振輸入的衰減和相機的隔離保護;利用集成分析法對隔振后像移進行了預(yù)估,并對不同隔振方案隔振效率進行測試,確定了最終飛輪和相機的隔振方案;最后對隔振方案的合理性進行了校核。校核結(jié)果表明:隔振方案設(shè)計合理,可在各項指標要求內(nèi)有效降低飛輪擾振對成像的影響。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V414;V448.22

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本文編號：2731371