光学遥感卫星微振动隔振器动力学参数系统级优化方法技术方案

本发明专利技术涉及光学遥感卫星微振动隔振器动力学参数系统级优化方法，属于航天器振动控制技术领域；建立整星的有限元模型；对隔振系统进行模态分析，并拟合出隔振系统固有频率与轴向刚度k

【技术实现步骤摘要】
光学遥感卫星微振动隔振器动力学参数系统级优化方法


[0001]本专利技术属于航天器振动控制
，涉及光学遥感卫星微振动隔振器动力学参数系统级优化方法。

技术介绍

[0002]随着航天技术的发展，以亚米级光学遥感卫星为代表的高精度航天器在对地观测、激光通讯和深空探测等领域的应用越来越多，精度也越来越高，微振动已经成为影响高精度航天器成像质量等性能的关键因素之一。
[0003]我国高精度航天器发展迅速，但是在微振动抑制方面缺少系统的理论性指导，隔振器的设计研制主要采用经验加试验的方法。以已发射卫星采用的隔振器为基础，生产多个与其参数相近的试验件，通过大量的试验筛选处隔振效果较好的隔振器。该方法主要存在以下问题：
[0004](1)该方法只能在单机层面进行，安装在整星上后其频率可能与卫星结构频率或大型设备频率发生耦合，导致隔振效果大大降低；
[0005](2)该方法需要生产大量的试验件，耗费巨大，且周期长，可能影响整个卫星的研制进度；
[0006](3)该方法虽然生产大量的试验件，但由于没有系统的理论指导，无法确定能否取到最优解；
[0007](4)该方法可扩展性及继承性差，对于不同的卫星、不同的扰振设备均需完全重复筛选过程。

技术实现思路

[0008]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出光学遥感卫星微振动隔振器动力学参数系统级优化方法，从系统级控制微振动，给出隔振器设计研制的具体的参数要求，对节省人力、财力、保证卫星研制进度及提高隔振效率都具有重要的意义。
[0009]本专利技术解决技术的方案是：
[0010]光学遥感卫星微振动隔振器动力学参数系统级优化方法，包括：
[0011]建立整星的有限元模型；整星包括卫星本体、高分相机和隔振器；定义隔振器有限元模型的轴向刚度为k
w
、横向刚度为k
v
；
[0012]定义高分相机为被隔振对象；隔振器与被隔振对象组成的隔振系统；对隔振系统进行模态分析，获得隔振系统的横向固有频率f
横向
、纵向固有频率f
纵向
；并拟合出隔振系统横向固有频率f
横向
与轴向刚度k
w
、横向刚度k
v
的函数关系；拟合出纵向固有频率f
纵向
与轴向刚度k
w
、横向刚度k
v
的函数关系；
[0013]设定横向固有频率f
横向
和纵向固有频率f
纵向
的约束条件；
[0014]对整星有限元模型进行瞬态响应分析，得到影响成像质量的高分相机的角位移，拟合得到高分相机角位移与隔振器轴向刚度k
w
、横向刚度k
v
的函数关系；并通过瞬态响应分
析提取出高分相机内部影响成像质量的主要部件；并拟合出主要部件的角位移与隔振器轴向刚度k
w
、横向刚度k
v
的函数关系；
[0015]将主要部件的角位移与隔振器轴向刚度k
w
、横向刚度k
v
的函数关系代入线性光学系统模型，获得振动引起的成像像移与隔振器轴向刚度k
w
、横向刚度k
v
的函数关系；并根据成像像移与隔振器轴向刚度k
w
、横向刚度k
v
的函数关系，构建目标函数F；
[0016]以横向固有频率f
横向
和纵向固有频率f
纵向
的约束条件为约束，采用拟牛顿法对目标函数F进行非线性优化求解，得到优化后的隔振系统的横向固有频率f
横向
、纵向固有频率f
纵向
，即实现成像像移最小，成像质量最好。
[0017]在上述的光学遥感卫星微振动隔振器动力学参数系统级优化方法，整星有限元模型采用自由边界；其中，隔振器有限元模型采用BUSH单元建模；高分相机和卫星本体采用板壳单元建模。
[0018]在上述的光学遥感卫星微振动隔振器动力学参数系统级优化方法，采用非线性最小二乘法拟合隔振系统横向固有频率f
横向
与轴向刚度为k
w
、横向刚度为k
v
的函数关系；采用非线性最小二乘法拟合纵向固有频率f
纵向
与轴向刚度为、横向刚度为的函数关系。
[0019]在上述的光学遥感卫星微振动隔振器动力学参数系统级优化方法，非线性最小二乘法通过Matlab实现。
[0020]在上述的光学遥感卫星微振动隔振器动力学参数系统级优化方法，横向固有频率f
横向
和纵向固有频率f
纵向
的设置要求为：避开整星基频f
整星基频
、运载火箭固有频率f
运载火箭固有频率
和被隔振对象的固有频率，且以避开频率的倍为基准。
[0021]在上述的光学遥感卫星微振动隔振器动力学参数系统级优化方法，横向固有频率f
横向
的约束条件为：
[0022][0023]式中，f
运载火箭固有频率
为搭载整星的运载火箭固有频率；
[0024]f
整星基频
为整星基频。
[0025]在上述的光学遥感卫星微振动隔振器动力学参数系统级优化方法，纵向固有频率f
纵向
的约束条件为：
[0026][0027]式中，f
整星基频
为整星基频；
[0028]f
高分相机固有频率
为高分相机的固有频率。
[0029]在上述的光学遥感卫星微振动隔振器动力学参数系统级优化方法，采用非线性最小二乘法拟合高分相机角位移与隔振器轴向刚度k
w
、横向刚度k
v
的函数关系；非线性最小二乘法通过Matlab实现。
[0030]在上述的光学遥感卫星微振动隔振器动力学参数系统级优化方法，高分相机内部影响成像质量的主要部件为次镜和主镜；采用非线性最小二乘法分别拟合次镜角位移与隔振器轴向刚度k
w
、横向刚度k
v
的函数关系，以及主镜角位移与隔振器轴向刚度k
w
、横向刚度k
v
的函数关系。
[0031]在上述的光学遥感卫星微振动隔振器动力学参数系统级优化方法，目标函数F为：
[0032]F＝
‑
[(d
max
×
d
‑
d
imX
)2+(d
‑
d
imY
)2][0033]式中，d
imX
为积分向像移；
[0034]d
imY
为线阵向像移；
[0035]d
max
为积分向像移的最大值，即积分向像移不能超过的象元个数。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.光学遥感卫星微振动隔振器动力学参数系统级优化方法，其特征在于：包括：建立整星的有限元模型；整星包括卫星本体、高分相机和隔振器；定义隔振器有限元模型的轴向刚度为k
w
、横向刚度为k
v
；定义高分相机为被隔振对象；隔振器与被隔振对象组成的隔振系统；对隔振系统进行模态分析，获得隔振系统的横向固有频率f
横向
、纵向固有频率f
纵向
；并拟合出隔振系统横向固有频率f
横向
与轴向刚度k
w
、横向刚度k
v
的函数关系；拟合出纵向固有频率f
纵向
与轴向刚度k
w
、横向刚度k
v
的函数关系；设定横向固有频率f
横向
和纵向固有频率f
纵向
的约束条件；对整星有限元模型进行瞬态响应分析，得到影响成像质量的高分相机的角位移，拟合得到高分相机角位移与隔振器轴向刚度k
w
、横向刚度k
v
的函数关系；并通过瞬态响应分析提取出高分相机内部影响成像质量的主要部件；并拟合出主要部件的角位移与隔振器轴向刚度k
w
、横向刚度k
v
的函数关系；将主要部件的角位移与隔振器轴向刚度k
w
、横向刚度k
v
的函数关系代入线性光学系统模型，获得振动引起的成像像移与隔振器轴向刚度k
w
、横向刚度k
v
的函数关系；并根据成像像移与隔振器轴向刚度k
w
、横向刚度k
v
的函数关系，构建目标函数F；以横向固有频率f
横向
和纵向固有频率f
纵向
的约束条件为约束，采用拟牛顿法对目标函数F进行非线性优化求解，得到优化后的隔振系统的横向固有频率f
横向
、纵向固有频率f
纵向
，即实现成像像移最小，成像质量最好。2.根据权利要求1所述的光学遥感卫星微振动隔振器动力学参数系统级优化方法，其特征在于：整星有限元模型采用自由边界；其中，隔振器有限元模型采用BUSH单元建模；高分相机和卫星本体采用板壳单元建模。3.根据权利要求1所述的光学遥感卫星微振动隔振器动力学参数系统级优化方法，其特征在于：采用非线性最小二乘法拟合隔振系统横向固有频率f
横向
与轴向刚度为k
w
、横向刚度为k
v

【专利技术属性】
技术研发人员：冯振伟，崔玉福，扈勇强，秦江，杨新峰，刘质加，刘江，张一鹏，常静，徐欣，东巳宙，马雨嘉，
申请(专利权)人：航天东方红卫星有限公司，
类型：发明
国别省市：