卫星结构热稳定性高精度地面实验基础理论及系统技术研究

One of the trends of development of space technology is developing the remote sensing satellites with high geolocation precision, so the satellitic thermo-mechanical stability is drawing more and more attention , however, there is a lack of an effective method with high precision for the ground experiment of the thermo-mechanical stability in our country. In this project, based on digital image correlation (DIC), the precise method used for the measurement of the thermomechanical stability will be developed. To achieve this aim, some basic problems, such as the theoretical relationship between the white-light speckles' movement and the temperature change， the systematic error induced by the white-light speckles' thermal movement, and the static model updating using the surface full-field deformation, will be thoroughly studied.Then,corresponding theories and methods will be established, for example, we will establish the method using DIC for precisely measuring the full-field thermal deformation of the structure's surface, and the method using the full-field thermal deformation of the structure's surface for precisely characterizing the structure's thermomechanical stability. This project will provide a solid foundation for improving performance of the remote sesing satellies, and make great contribution to the theories and applications of DIC and static model updating.

高定位精度的陆地遥感卫星是我国航天科技发展的必然趋势之一，因而卫星结构热稳定性越来越受到重视。针对目前我国缺少结构热稳定性有效的高精度地面实验手段的现状，提出基于数字图像相关法的结构热稳定性高精度地面实验方法，该方法具简单、可靠、精度高和便于现场实验等优点。为实现这一目标，本项目通过深入研究白光散斑场随温度变化规律及其引起的系统测量误差和基于表面全场变形的静力学模型修正方法两个核心基础理论，突破数字图像相关法应用于结构表面全场热变形高精度测量的难点，突破基于表面全场热变形结构热稳定性高精度表征方法的难点，最终形成相应的理论模型、方法和实验系统，不仅为我国陆地遥感卫星性能的提升提供重要的技术支撑，而且完善了数字图像相关法和静力学模型修正法的基本理论，对它们应用范围的进一步扩大具有非常重要的科学技术意义。

结构热稳定性是影响高精度陆地遥感卫星定位精度的关键因素之一，因此结构热稳定性高精度实验技术是我国迫切需要解决的关键科学技术。申请人在基金委的资助下，开展了基于三维数字图像相关法的结构热稳定性实验技术研究。具体包括以下几方面：.1.对基于三维数字图像相关法的结构热稳定性实验误差进行了分析，提出了一种改进算法，通过模拟散斑实验和真实实验证明了该算法具有二阶精度和较高的计算效率。.2.提出了一种的基于地面实验的在轨结构热稳定性修正方法。.3.提出了用缩小模型代替原型实物进行实验的新技术,大幅降低了卫星结构热稳定性实验的成本。.4.利用改进后的算法建立了结构热稳定性高精度实验系统，并通过对比实验验证了该实验系统的测量精度。.5.分别研究了某遥感卫星A、B、C的热稳定性，获得了各卫星关键结构的热稳定性参数，验证了各卫星关键结构的高热稳定设计。.6.提出并实现了一种基于全场热变形测量结果的有限元模型修正方法，扩展了实验结果的工程应用范围。.7.根据实验和分析结果对某大型卫星进行了模块化设计，通过减少平台模块与载荷模块之间的耦合，显著提高了该卫星的热稳定性。.这些成果已经通过论文、专利的形式公开发表,或在具体工程项目中获得了成功应用。在项目执行期间，共发表学术论文6篇（已标注），其中，SCI收录论文3篇，共申请发明专利2项。