“嫦娥”着陆器悬停、避障、缓降试验中的姿态和位置测量

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1、制造技术研究2012年12月第6期制造技术研究“嫦娥”着陆器悬停、避障、缓降试验中的姿态和位置测量刘建新阮国伟（北京卫星环境工程研究所，北京100094）摘要：针对“嫦娥”着陆器悬停、缓降、避障试验过程中的姿态和位置测量需求，提出了全站仪、经纬仪及陀螺经纬仪三种测量方案。分别给出了测量计算数学模型，分析了测量系统误差,并对每一测量方案优劣性进行了评估，确定了最佳测量方案。关键词：姿位测量；全站仪；经纬仪；陀螺经纬仪ComparativeAnalysesoftheMeasurementSchemesfortheTestofHang-Staying,SlowLanding

2、andObstacle-Shunningof“CE”LandingModuleLiuJianxinRuanGuowei（BeijingInstituteofSpacecraftEnvironmentEngineering,Beijing100094）Abstract：Inthispaper,aimedatmeasurerequirementofhang-staying,slowlandingandobstacle-shunning,threekindsofmeasurementschemes,whicharetotalstation,electronic-theodo

3、liteandgyro-theodolite,areputforward.Foreachscheme,thecalculatingmodeliseduced,thesystemerrorofthemeasurementisanalysed,theadvantageordisadvantageareevaluated.Thebestschemeisselectedatlast.Keywords：attitudemeasurement；totalstation；theodolite；gyro-theodolite1引言在“嫦娥”着陆器悬停、避障、缓降试验过程中（图1），需

4、要对其姿态和位置进行控制，着陆器在行进过程中的姿态、位置测量和控制是通过器上控制系统来实现的，但是器上控制系统无法直接获得其初始姿态和位置，必须以另外的技术手段在地面测量出来，并作为初始参数输入到器上控制系统软件中。本文提出了对着陆器初始姿态和位置测量的几种方法，并对测量精度进行了分析比较。2着陆器器体初始姿态和位置的表示图1“嫦娥”着陆器悬停、避障、缓降试验着陆器器体初始姿态和位置的表示是指器体相作者简介：刘建新（1970-），高级工程师，机械电子工程专业；研究方向：航天器总装测试试验。收稿日期：2012-11-1334制造技术研究航天制造技术对大地地理坐标而言，通

5、过器体机械坐标系和试验场大地坐标系之间的关系来描述，一般采用欧拉角表征姿态角，坐标原点值表征位置量，以矩阵方式表示，记为Mx。为表征测量结果，引入三个坐标系：器体机械坐标系，试验场大地坐标系，测量辅助坐标系。图5陀螺经纬仪器体机械坐标系通过着陆器本体结构象限及质心位置来定义，是整器结构设计基准。为了进行实体化测3.1全站仪测量方案量，在着陆器总装期间，安装一个基准立方镜并进行3.1.1测量方法及原理了基准转换。试验场大地坐标系：在试验场建设期间，测量前，先将全站仪在试验场固定位置放置，要设置了大地测量点，并由大地测绘测出其大地坐标求进行水平调节并对准大地中心点固定。值

6、，由此可确定大地坐标系。辅助坐标系：在着陆器三个测量点A、B、C布设在能够被全站仪接受表面设置了三个辅助测量点A、B、C，三点可构成一光信号的反射片上，而后粘贴在着陆器器体上。当全个坐标系，是为了测量器体机械坐标系相对试验场大站仪对准A、B、C中的任意一点时，全站仪上的激地坐标系姿态和位置关系的过渡坐标系。着陆器测量光测距仪可测出被测点相对全站仪中心的距离，测角基准位置见图2。编码器可以测出被测点相对全站仪中心的水平偏角和垂直偏角。设被测点在试验场大地坐标系的位置坐标为P(xi,yi,zi)(i=A,B,C)，则坐标值(xi,yi,zi)可由公式（1）计算得出：xi

7、Lisinβix0yi=−Licosβicosαi+y0（1）z−Lcosβsinαziiii0图2着陆器测量基准位置示意图式中：Li——被测点相对全站仪中心的距离；α3测量方法——被测点相对全站仪中心的水平偏角；β——被测点相对全站仪中心的垂直偏角；（x0,y0,z0）是全站仪经过对试验场实地勘察、分析、比较，提出了三中心点在试验场大地坐标系的坐标值，已通过大地测种测量方案：全站仪测量法、电子经纬仪测量法、陀绘得到。螺经纬仪测量法。仪器设备实物图分别见图3、图4、测量出星上三个辅助点的坐标值