小议高空拍摄的技术

1测量系统

标尺为600mm×35mm×35mm的微晶玻璃棒，其在±50℃范围内的线膨胀系数为0．024×10－7／℃。标尺上贴有编码标志点，标志点中心间距经过标定。天线支撑机构在天线测量过程中，CCD摄像机除了记录天线因热载荷所引起的变形外，一些其他干扰所引起的变形也同时被记录下来，如支撑结构自身的变形、支撑结构因振动所引起的刚性变形等，虽然利用照相测量技术大大减小了由于天线支撑机构的振动而产生的误差，但天线支撑结构的稳定性仍然是影响测量精度的主要因素之一。为了减少在测量过程中由于温度变化引起的误差，天线支撑机构采用了对称结构设计，同时在关键部位采用了低膨胀系数的铟钢材料。天线加热设备在试验测量过程中，天线的温控系统不能影响到CCD摄像机的拍摄。采用传统的加热笼加热方式会对天线产生遮挡，因此对于摄影测量法不太合适。比较适合的加热方式为太阳模拟器加热方式或天线背面加热方式，由于实际情况限制，最终采用了在被测天线背面用加热板进行加热的方式。加热板由铜质基板和电加热管组成，电加热管焊接在基板上，面向天线的一面刷无光黑漆。采用粘贴在天线表面的多个温度传感器进行天线的温度测量，通过温控仪接收温度传感器的温度信号，然后通过计算输出适当的电流给加热板实现对天线的加热控制。专用图像处理软件图像处理是天线变形测量技术的关键，图像处理步骤包括坐标转换、相机标定、圆心提取、编码靶标提取、立体匹配、三维坐标求取等，主要靠图像处理软件来实现。

2试验验证

试验时，被测天线水平放置，在其背后采用加热板加热，两台CCD摄像机成一定夹角对被测天线进行全场拍摄，获得被测天线在不同温度下的变形情况。试验过程中，由KM2真空环模设备里面的热沉和天线加热设备来模拟卫星在轨期间的冷热环境。变形测量试验共经历了三个热循环高低温工况。在每个热循环中，在不同的温度点对天线进行拍照测量。试验中，天线参考温度把以粘贴在天线正面正中心的温度传感器所测的温度作为参考温度，天线参考温度最低达到－110℃，最高达到135℃。整个试验期间天线和天线支撑结构的温度分布曲线，测量试验中对天线在不同的温况下进行了拍摄，取得了大量的拍摄图片，所示为试验过程中拍摄的天线图片。通过软件对这些图片进行了分析处理，得到了大量的试验分析数据，包括各温况变化前后的标志点中心位置三维坐标值、变形量值等。数据处理结果。在对三个热循环拍摄的图片进行软件处理后，最终得到在各温况下天线表面面形变形数据最后的变形结果取三次循环中低温至高温工况的三次变形量的平均值，计算得到在温度范围为－100～110℃的情况下，天线的形面热变形为0．074mm。将以上分析结果与该反射面天线热变形仿真分析和形面变形的规范值数据进行比较通过对整个试验过程和测量结果进行分析，认为该套测量系统能够满足真空低温环境下的变形测量要求，测量结果与理论分析结果一致。

3精度分析

通过对支撑结构进行合理设计和试验中在支撑结构外部包裹几层阻隔薄膜可以有效地降低热变形影响程度，另外通过计算，选用的由微晶玻璃标尺的热胀冷缩引起的误差在试验过程中的温度范围内不大于0．3μm／m，也可以忽略。最后，通过大气环境下的精度评价测量及模拟空间环境下的理论分析，确定该套测量系统对Φ1m口径范围内的卫星天线的变形测量精度可达到39μm（1δ），相对测量精度优于1／20000。在本套测量系统中相机的性能指标相对还是比较低的，如果提高相机分辨率和像素大小，并进行细致的参数标定，该系统的测量精度还可以有较大幅度的提高，能够进一步满足各种测量精度的要求。本文所介绍的真空低温环境下变形摄影测量系统具有广阔的应用前景，采用该系统进行了模拟空间环境下的天线变形测量试验，通过试验验证了采用该测量系统进行天线变形测量的可行性以及采用此种测量方法的测量精度和灵活性。该测量系统的研制成功为今后该项测量技术的大规模工程应用，实现我国航天事业在先进试验领域的拓展，为天线变形测量试验成为一项常规试验打下了基础。

作者：蒋山平杨林华许杰于江单位：北京卫星环境工程研究所