空間桁架橫梁分布式光纖變形監測與誤差修正

劉 鵬，曾 捷，李翔宇，吳 肖，王 勇, 顧 欣

(1．南京航空航天大學 機械結構力學及控制國家重點實驗室，江蘇 南京 210016；2．上海宇航系統工程研究所，上海 201109)

0 引言

空間桁架結構是一種具有低頻、密模、非線性等復雜動力學特征的大型撓性空間結構，受到國內外研究機構的廣泛關注[1]。大型空間桁架結構在服役過程中會受到熱載荷循環載荷作用，極易產生較大振動及變形，而長時間頻繁變形將導致桁架結構疲勞損傷，嚴重影響服役安全。因此,開展此類結構形態特征的在軌監測研究具有重要意義[2]。

隨著基于桁架結構的空間天線技術高速發展，使桁架形態監測精度要求也越來越提高[3]。為實現高精度要求，需要研究相關誤差修正技術提高航天器結構變形反演精度[4]。

光纖光柵傳感技術具有頻帶寬，耦合性好，波長選擇性好，便于組建分布式網絡，抗電磁干擾，柔韌性好等特點[5]。Childlers B. A.等[6]研究了基于多芯光纖的形態感知與定位測量技術。美國宇航局蘭利研究中心針對無人機IKHANA開展了基于分布式光纖傳感器的機翼形狀監測研究。朱曉錦等[7]研究了基于擬合算法及正交曲率信息的空間帆板三維曲面擬合與重構算法。郭蒙[8]通過天線陣列單元面板表面的應變測量信息，計算擬合出天線陣列彎曲撓度函數，完成了衛星天線陣列單元的變形監測。因此，本文以空間桁架結構分解簡化后的典型橫梁結構作為研究對象，推導了基于位移算法的桁架橫梁變形反演算法，研究了基于分布式光纖光柵傳感技術的空間桁架結構變形監測方法，給出了橫梁變形反演誤差修正算法。……