杨 璐 贾春雨 梁 天

（北京卫星制造厂有限公司，北京 100094）

0 引言

卫星馈源结构是搭载卫星天线的异形结构，位于卫星结构的中心，由多块倾斜于承力筒的馈源板组成。由于这种结构形式具有利用较小结构形式搭载较多有效载荷的优点，因此，国内外越来越多的卫星部件采用了这种结构[1]。但这种结构形式的产品的装配难度较大，主要体现在一块结构板呈现多面复合角度，装配过程中需要考虑多个结构面的装调位置，保证其精度能够使后续装配中各有效载荷的安装到位。

传统的卫星馈源结构装配使用三位一体测量设备，简称ITP，卫星必须处于ITP 转台中心，用探头击打测量。ITP 测量法因设备过大无法适应环境场地的变化，给测量工作带来困难。用探头击打方法测量异形结构不够灵活，测量数据重复性高，最大误差高达0.5 mm。

该文介绍了卫星馈源结构产品的测调装配过程。在测调中运用激光跟踪仪建模，将装配现场产品的实际姿态按照理论模型用激光跟踪仪软件进行模拟翻转，简化坐标测调量，实时指导装调。再通过长圆孔工艺角盒预装技术完成馈源板的精确安装。该方法对不规则多面体结构卫星构件装配具有一定的指导意义。

1 卫星馈源结构的精测任务与精度要求

航天卫星馈源结构由是多块馈源板组成的不规则多面体，是天线的安装底板，位于卫星承力筒的中上部。馈源结构的上端与馈源天线板相接，下端由异形角盒与卫星承力筒固定。一方面，由于馈源结构的安装位置特殊，馈源结构测调无固定支撑点，每个异形角盒都是边测调边配孔固定。另一方面，每块馈源板的测调坐标都是与整星成一定角度的三维空间坐标，在安装测调时，每调整一块馈源板，其余馈源板的数值都会随之改变。因此，测调方案需满足馈源结构部组件在安装过程中的角度要求和坐标要求。针对卫星馈源结构形式复杂、装配精度高的特点，在测调过程中使用激光跟踪仪，运用现场可视化虚拟装配技术来判断和指导装配过程。

2 利用激光跟踪仪测调卫星馈源结构方案设计

2.1 测绘原理

激光跟踪测量系统主要包括4 个部分。1）跟踪仪主机。主要功能是产生和发射激光，接收反射激光束并反馈给控制单元，利用机械传动装置响应控制单元发出的动作指令和报警等。2） 中央控制单元。连接主机与操作端计算机的中间连接设备，起到了两者间信息传送的作用。3）操作端计算机。用于对测量系统进行控制以及运行相关测量分析软件。4） 测量点采集及反射靶球SMR。5）测量辅助附件[2]。激光跟踪仪结构简单，操作便捷，适用于复杂环境下的测量任务。

在测调中，激光跟踪仪以途中回转中心作为坐标原点建立起测量坐标系。P作为被测点，点P与仪器坐标系的原点之间的距离通过激光干涉测距原理得到，使用2 个角度编码器可测量出水平方位角α以及竖直方位角β，激光干涉测量极径为L，被测点P的空间坐标如图1 所示[3]。

图1 激光跟踪仪测量原理

激光干涉法测距速度快、精度高，在50 m 测量范围内坐标重复测量精度可达到5 μm/m，绝对坐标测量精度达到了10 μm/m[4]。激光跟踪仪配备有环境传感器，可随着测量环境的变化而修正自身的测量参数，以此来提高测量精度，对环境有很高的适应性。激光跟踪仪不同于ITP 只能局限地测量自身转台上的物体，它简单轻巧、便于携带，可应用于各种工作场地。

激光跟踪仪测量是由每个测量点在软件上模拟形成一个个测量目标量，其目标量可根据需求进行模拟转换，在测量调试时可以将模拟值与实际值进行比对，以模拟值作为参考进行实际的测调工作。激光跟踪仪测量对环境的适应性、对非标物体测量的灵活性更适应于现代化卫星装配的需求。

2.2 测调方案

首先，测调部装支架，为馈源结构的安装打基础。先将部装支架置于转台上，用百分表测调部装支架，使其上表面与地面平行。测量部装支架上表面的3 个定位销，调整部装支架，使部装支架中心与转台中心同轴。

然后，利用激光跟踪仪对卫星进行基准建模。激光跟踪仪建模通过“1 点+2 矢量”的方式实现。用激光跟踪仪在部装支架的上表面均布测量多个点，用软件建立模拟平面。将部装支架上表面的3 个定位销中的2 个最远销孔连接，构成“线”。过部装支架上的3 个销孔中心绘圆，圆心即为部装支架中心“点”。以“点”“线”“面”为要素，构成部装支架的基准。用激光跟踪仪测量出部装支架的基准数据。再将卫星落在部装支架上用3 个销子定位，这样部装支架的基准数据就是整星基准数据。

最后，用激光跟踪仪对天线馈源板进行模拟翻转。由于天线馈源板与整星成一定角度，所以需要用激光跟踪仪对馈源板坐标进行模拟翻转，使馈源板基准与整星基准一致。表1 为天线馈源板原坐标点，表2 为模拟翻转后坐标。比对数据可知，转换后的Z轴坐标一致，这样馈源板在整星上的坐标就实现了从三维6 个自由度的测调“降维”到二维4 个自由度的测调。模拟翻转降低了测调难度，提高了馈源板的安装精度。

表1 天线馈源板模拟翻转换前坐标

表2 天线馈源板转化后坐标

3 卫星馈源结构的安装

3.1 安装难点

激光跟踪仪对馈源板的建模，是馈源板安装的依据。但由于卫星馈源结构的不规则性，工艺人员仅凭结构板上的一些孔坐标，只能知道馈源板的角度和参考位置，无法保证馈源板能精确安装。馈源支撑结构通常用钝角角条与承力筒、顶板连接，角条的一边已经预先固定在承力筒上，另一边是实心角条埋件，待测调完馈源板的安装位置后，按照馈源板埋件孔实行配打。这样馈源板在开始安装时和承力筒并无连接，也没有固定点来支撑馈源板。

馈源板埋件是沉入板内的丝套孔而非通孔，这样实心角条安装在埋件孔外侧时，就会遮挡埋件孔。给角条划孔、打孔带来困难。角条划孔的通常做法是在馈源板埋件孔口涂染料，馈源板测调到位后与角条贴实，这样角条会在对应的埋件孔处出现涂料，配孔时候将涂料去除即可。该方法也不是完备的，由于涂料无法均匀涂在埋件孔口，印在角条一侧的涂料会呈现出不规则的图案，配打角条孔时无法准确的找到打孔中心，打完孔在安装时发现孔位偏差，只能进行修配。如果偏差多修配量会很大，修配后角条的连接孔成长圆孔，这样会使连接螺钉的垫片有一端无法压在角条上，影响后续的连接，从而导致角条应力变形。

3.2 解决办法

在安装馈源板前，用异形工艺角盒代替产品角条，测调馈源结构位置。待馈源结构符合设计要求的安装位置时拧紧螺钉，提供一个临时的安装点来支撑馈源结构。考虑到馈源结构测调量大，需不断调整坐标位置，因此，将工艺角盒两边都设计成长圆孔，这样馈源结构测调的自由度会大大增加。待各项数据在合格范围内并趋于稳定后，用笔在结构板上画角条的轮廓，取下角条，根据划线实测埋件孔中心到划线的距离，就可以得出埋件孔在角条上的位置，用轮廓划线定点的方式给角条配孔。最后用产品角条将工艺角盒逐一替换下来。从而完成整个馈源支撑结构在星体上的测调安装工作。

角盒替代法操作便捷，解决了馈源结构的固定问题，减少了角条的修配，降低了测调误差，提高了角条配孔的工作效率。

4 结语

激光跟踪测量技术已广泛应用于各类工程测绘领域。其灵活的模拟基准转换功能在卫星天线馈源测调中得到应用，并且提高了测调精度以及测调效率。将6 个自由度测调转换为4 个自由度测调，简化了测量流程以及测量量。在馈源支撑结构测调配孔中，引入了工艺异形长圆孔角盒，降低了测调难度以及角条盲孔配孔的工作量。经验证，该方法实现过程简单，测量数据误判率低，大大提升了产品的装配效率，满足现阶段大型卫星平台结构部装的测量需要。该方法也可应用于其他特殊安装位置的高精度测调装配当中，希望能够给行业中的相关工程技术应用提供一些借鉴。