CN104142579B - 一种潜望式捕跟机构反射镜装调方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种潜望式捕跟机构反射镜装调方法，该方法使用三台经纬仪建立坐标系装调潜望式捕跟机构反射镜，首先用一台经纬仪通过安装基准面作为基准光轴，利用几何光学的原理将基准传递给另外两台经纬仪建立坐标系实时监测方位反射镜的位置，然后调整好方位反射镜位置，锁紧固定，再通过重新建立另一套经纬仪的坐标系监视俯仰反射镜的位置，最终使潜望式捕跟机构收发光束平行度达到技术指标要求的优于千分之一度，并且不会切光。

Description

一种潜望式捕跟机构反射镜装调方法

技术领域

本发明涉及一种反射镜装调方法，尤其涉及一种高精度的潜望式捕跟机构反射镜装调方法，属于激光通信领域。

背景技术

近年来激光通信技术得到快速发展，而PAT(指向，捕获，跟踪)系统是激光终端实现星间链路的关键，粗捕跟机构是实现捕获跟踪的关键，目前比较常见的粗捕跟机构形式主要有：潜望式、万向节式、以及摆镜式。潜望式捕跟机构的特点是转动惯量较小、转动范围大、电机功率较小、锁定装置设计简单、反射镜尺寸适中，但装配较复杂，码盘电机轴承结构大、反射镜膜系难度较大，因此反射镜装调精度是潜望式捕跟机构收发光束平行度的关键，对后续光通道及捕跟机构的影响深远。

现有的通过两块反射镜折转光路使收发光束平行的装调方法，主要是通过平行光管和大口径标准反射镜以及五棱镜等附件搭建光路装调的方式，但是该方法不能满足潜望式捕跟机构反射镜的装调要求，而且对于不同口径的潜望镜装调不具有普遍适用性。中国科学院研究生院2006年硕士学位论文“平行度检测仪的分析及研究”中，指出可见光平行度检测仪和红外激光平行度检测仪的精度关键在于两块反射镜的平行度装调精度，根据研究发现，只要两块反射镜平行度好，折转的光束平行度也好，因此并不严格要求反射镜呈45度倾斜放置，设计出如图1所示装调光路原理图，先用平行光管通过大口径平面反射镜自准直，然后去掉大口径反射镜，在平行光管前方放置反射镜1，然后再调节反射镜2，使得平行光管自准直光束成像在分划板中心。此论文给出了一种常规的装调两块反射镜折转平行光路的方法，但是不能满足潜望式捕跟机构反射镜的装调特点，即两块反射镜的位置都需要与基准光轴呈45度夹角。

文献《具有视频输出的多光轴光学系统平行校正仪设计》(《光学技术》2003年第29卷第3期)，介绍了平行度标校镜平行度调整与检验方法，如图2所示用两只平行的对准平面镜。并将各自的自准像调重合，表明两只光管的光轴相互平行，然后将平面镜取掉，换上视轴平行度标校镜，使反射镜与屋脊棱镜对准平行光管，调整标校镜使光管1的十字丝像呈在光管2的十字丝上，测其两十字丝偏差。此论文给出了一种视轴平行度的标校方法，但是该方法即不能满足潜望式捕跟机构的机械指向零位时的反射镜装调，也不能适用于不同口径的潜望式捕跟机构反射镜的装调，而且屋脊棱镜的应用会引入较大的误差，放置五棱镜的工装加工复杂，并且工装加工精度也会影响装调精度。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种潜望式捕跟机构反射镜装调方法，使潜望式捕跟机构收发光束平行度达到技术指标要求的优于千分之一度，并且不会切光。

本发明的技术解决方案是：一种潜望式捕跟机构反射镜装调方法，步骤如下：

(1)调整潜望式捕跟机构的电机码盘，使潜望式捕跟机构的方位轴和俯仰轴指向零位；

(2)将按照步骤(1)调整后的潜望式捕跟机构固定在一套工装上，然后将该工装固定在二维支撑机构上；将经纬仪I放置在潜望式捕跟机构安装基准面的正前方，经纬仪II放置在潜望式捕跟机构俯仰反射镜背侧的前方，经纬仪III放置在潜望式捕跟机构方位反射镜镜面的前方；

(3)在潜望式捕跟机构安装基准面上镀反射膜，将经纬仪I、经纬仪II和经纬仪III的俯仰角调整为90度，然后调整二维支撑机构，使经纬仪I发出的光经潜望式捕跟机构安装基准面自准直后作为基准光轴，此时潜望式捕跟机构安装基准面与大地水平面形成横平竖直坐标系；

(4)装调方位反射镜：

(4.1)调整经纬仪II的指向光轴垂直于基准光轴：将经纬仪I的方位角归零，旋转经纬仪I的方位角使其与经纬仪II互瞄，且经纬仪I和经纬仪II分别成像在对方分划板的中心，记录此时经纬仪I的方位角读数θ，然后将经纬仪II的读数归零，再将经纬仪II的方位角顺时针旋转π/2-θ，此时经纬仪II的指向光轴垂直于基准光轴；

(4.2)调整经纬仪III的指向光轴平行于基准光轴：继续旋转经纬仪I的方位角，使经纬仪I与经纬仪III互瞄，且经纬仪I和经纬仪III分别成像在对方分划板的中心，记录此时经纬仪I的方位角读数α，然后将经纬仪III的方位角归零，再将经纬仪III的方位角顺时针旋转π-α，此时经纬仪III的指向光轴平行于基准光轴；

(4.3)固定方位反射镜：调节潜望式捕跟机构的方位反射镜，直至经纬仪II和经纬仪III各自发出的十字叉丝光成像在对方分划板的中心，将方位反射镜固定在该状态；

(5)将经纬仪II从潜望式捕跟机构俯仰反射镜背侧的前方移动到俯仰反射镜镜面的前方，然后装调俯仰反射镜：

(5.1)调整经纬仪III的指向光轴平行于基准光轴：调节经纬仪I自准直于安装基准面并将其读数归零，旋转经纬仪I的方位角使其与经纬仪III互瞄，且经纬仪I和经纬仪III分别成像在对方分划板的中心，记录此时经纬仪I的读数γ，然后将经纬仪III的读数归零，再将经纬仪III的方位角顺时针旋转π-γ，此时经纬仪III的指向光轴平行于基准光轴；

(5.2)调整经纬仪Ⅱ的指向光轴平行于经纬仪III的指向光轴：将经纬仪III的读数归零，调节经纬仪III与经纬仪II互瞄，且经纬仪III和经纬仪II分别成像在对方分划板的中心，记录经纬仪III的读数β，然后将经纬仪II的读数归零；调节经纬仪II向俯仰反射镜镜面方向偏转角度β，并锁定该角度，调整经纬仪III的方位角回到步骤(5.1)中π-γ的位置，此时经纬仪II和经纬仪III的指向光轴都平行于基准光轴；

(5.3)固定俯仰反射镜：调节潜望式捕跟机构俯仰反射镜的倾角，直到经纬仪III和经纬仪II互瞄，且经纬仪III和经纬仪II分别成像在对方分划板的中心，将俯仰反射镜固定在该状态，从而完成潜望式捕跟机构反射镜的装调。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明采用三台经纬仪自由建立坐标系，对于大多数口径的潜望式捕跟机构反射镜装调都适用，与传统的平行度检测仪的反射镜装调方法相比，本发明可以大大提高潜望式捕跟机构反射镜装调效率；

(2)在装调检测精度方面，本发明以各轴系安装基准面找基准光轴，使装调的两件反射镜与基准光轴呈严格45度角，在保证光束收发平行度的同时不会切光，并且第一件反射镜的装调精度不会影响第二件反射镜的装调精度，根据经纬仪的测角精度及视觉误差进行系统误差分析，装调后反射镜折转光束平行度优于千分之一度；

(3)本发明方法装调仪器比较常见，光路比较容易搭建，工装结构简单，易于加工，并且工装对装调结果影响不大。

附图说明

图1为两块反射镜的装调原理图；

图2为两只平行的对准平面镜平行度的标校示意图；

图3为本发明方法流程图；

图4为潜望式捕跟机构指向零位的示意图；

图5为潜望式捕跟机构基准面调校示意图；

图6为调整经纬仪Ⅱ的指向光轴垂直于基准光轴的示意图；

图7为调整经纬仪Ⅲ的指向光轴平行于基准光轴的示意图；

图8为固定方位反射镜的示意图；

图9为固定俯仰反射镜的示意图。

具体实施方式

为了解决潜望式捕跟机构反射镜装调精度要求高的需求，充分利用经纬仪高精度的测角和自准直精度，以及可以灵活组建坐标系的优势，本发明提出一种高精度的潜望式捕跟机构反射镜装调方法，该方法基于经纬仪自准直和有源互瞄的功能，以大地水平和潜望式捕跟机构安装基准面建立横平竖直坐标系，把经纬仪当做能大范围、高精度偏转方位角和俯仰角的平行光管，专门设计一套工装使潜望式捕跟机构的安装基准面铅垂于大地水平基准，使用三台经纬仪建立坐标系装调潜望式捕跟机构反射镜，首先用一台经纬仪通过安装基准面作为基准光轴，利用几何光学的原理将基准传递给另外两台经纬仪建立坐标系实时监测方位反射镜的位置，然后调整好方位反射镜位置，锁紧固定，再通过重新建立另一套经纬仪的坐标系监视俯仰反射镜的位置，最终使潜望式捕跟机构收发光束平行度达到技术指标要求的优于千分之一度，并且不会切光。

本发明的原理：使用一台经纬仪自准直于安装基准面作为基准光轴，另外两台经纬仪发出的光模拟激光通信接收光和发射光，利用几何光学中光的直线传播原理和经纬仪方位码盘的精确读数建立三经纬仪坐标系，监视并调整反射镜位置，使两经纬仪各自成像在对方的分划板中心上。

如图3所示，本发明方法的步骤如下：

(1)调整机械指向零位；调整电机码盘(或手动将潜望式捕跟机构的方位镜筒和俯仰镜筒调成平行位置)，使潜望式捕跟机构的方位轴和俯仰轴指向零位，如图4所示。

潜望式捕跟机构机械指向零位的定义：潜望式捕跟机构从机械锁紧状态由俯仰电机旋转180°时，方位镜筒与俯仰镜筒平行时定义为机械指向零位。

(2)加工一套工装将步骤(1)调整后的潜望式捕跟机构固定，然后将该潜望式捕跟机构连同辅助工装一起固定在二维(能够在俯仰、方位方向上调整)支撑机构上。(注意该工装应采用刚度大的钢作为材料，并且中间支撑不能使镜筒的轴受力)。

装调时，经纬仪I置于潜望式捕跟机构安装基准面正前方，经纬仪II置于潜望式捕跟机构俯仰反射镜安装位置背侧的正前方，经纬仪III放置在潜望式捕跟机构方位反射镜镜面的前方。

(3)统一测量基准，建立横平竖直坐标系：以大地水平为基准，将经纬仪I、经纬仪II和经纬仪III的俯仰角调整到90度固定，调整潜望式捕跟机构的二维支撑机构，使经纬仪I发出的光经过基准面反射后，自准直回自身分划板的中心，将经纬仪I的读数归零，经纬仪I的自准直光束即为潜望式捕跟机构反射镜装调的基准光轴，如图5所示，此时潜望式捕跟机构安装基准面与大地水平面形成横平竖直坐标系。

(4)装调方位反射镜

(4.1)调整经纬仪II指向光轴垂直于基准光轴：调节经纬仪I和经纬仪II互瞄，且经纬仪I和经纬仪II分别成像在对方的分划板中心，记录此时经纬仪I的读数为θ，将经纬仪II的读数归零，再将经纬仪II的方位角顺时针旋转(π/2‐θ)，如图6所示，此时经纬仪II的指向光轴垂直于基准光轴，锁定此时经纬仪II的偏转指向。

(4.2)调整经纬仪III指向光轴平行于基准光轴：继续调节经纬仪I偏转，使其和经纬仪III互瞄，且经纬仪I和经纬仪III分别成像在对方的分划板中心，记录此时经纬仪I的读数为α，然后将经纬仪III的读数归零，再将经纬仪III的方位角顺时针旋转(π-α)，如图7所示，此时经纬仪III的指向光轴平行于基准光轴。

(4.3)固定方位反射镜：调节方位反射镜直至经纬仪II和经纬仪III各自发出的十字叉丝光成像在对方经纬仪分划板的中心，将方位反射镜固定在该状态，如图8所示。

(5)将经纬仪II从俯仰反射镜背侧的前方移动到俯仰反射镜镜面的前方，然后装调俯仰反射镜，如图9所示：

(5.1)调整经纬仪III的指向光轴平行于基准光轴：再次调节经纬仪I自准直于安装基准面并将其读数归零，旋转经纬仪I的方位角使其与经纬仪III互瞄，且经纬仪I和经纬仪III分别成像在对方分划板的中心，记录此时经纬仪I的读数γ，然后将经纬仪III的读数归零，将经纬仪III的方位角顺时针旋转(π-γ)，此时经纬仪III的指向光轴平行于基准光轴；

(5.2)调整经纬仪II的指向光轴平行于经纬仪Ⅲ的指向光轴：将经纬仪III的读数再次归零，调节经纬仪III与经纬仪II互瞄，且经纬仪III和经纬仪II分别成像在对方分划板的中心，记录经纬仪III的读数β，然后将经纬仪II的读数归零；调节经纬仪II向俯仰反射镜镜面方向偏转角度β，并锁定该角度，调整经纬仪III的方位角回到步骤(5.1)中(π-γ)的位置，此时经纬仪II和经纬仪III的指向光轴都平行于基准光轴；

(5.3)固定俯仰反射镜：调节潜望式捕跟机构俯仰反射镜的倾角，直到经纬仪Ⅲ和经纬仪II互瞄成像于对方的分划板中心，此时经纬仪Ⅲ和经纬仪II的指向光轴与基准光轴平行，将俯仰反射镜固定在该状态，从而完成潜望式捕跟机构反射镜的装调。

本方法采用三台经纬仪自由建立坐标系，对于大多数口径的潜望式捕跟机构反射镜装调都适用，并且第一件反射镜的装调精度不会影响第二件反射镜的装调精度，根据经纬仪的测角精度及视觉误差进行系统误差分析，装调后反射镜折转光束平行度优于千分之一度。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (1)

1.一种潜望式捕跟机构反射镜装调方法，其特征在于步骤如下：

(1)调整潜望式捕跟机构的电机码盘，使潜望式捕跟机构的方位轴和俯仰轴指向零位；

(2)将按照步骤(1)调整后的潜望式捕跟机构固定在一套工装上，然后将该工装固定在二维支撑机构上；将经纬仪I放置在潜望式捕跟机构安装基准面的正前方，经纬仪II放置在潜望式捕跟机构俯仰反射镜背侧的前方，经纬仪III放置在潜望式捕跟机构方位反射镜镜面的前方；

(3)在潜望式捕跟机构安装基准面上镀反射膜，将经纬仪I、经纬仪II和经纬仪III的俯仰角调整为90度，然后调整二维支撑机构，使经纬仪I发出的光经潜望式捕跟机构安装基准面自准直后作为基准光轴，此时潜望式捕跟机构安装基准面与大地水平面形成横平竖直坐标系；

(4)装调方位反射镜：

(4.1)调整经纬仪II的指向光轴垂直于基准光轴：将经纬仪I的方位角归零，旋转经纬仪I的方位角使其与经纬仪II互瞄，且经纬仪I和经纬仪II分别成像在对方分划板的中心，记录此时经纬仪I的方位角读数θ，然后将经纬仪II的读数归零，再将经纬仪II的方位角顺时针旋转π/2-θ，此时经纬仪II的指向光轴垂直于基准光轴；

(4.2)调整经纬仪III的指向光轴平行于基准光轴：继续旋转经纬仪I的方位角，使经纬仪I与经纬仪III互瞄，且经纬仪I和经纬仪III分别成像在对方分划板的中心，记录此时经纬仪I的方位角读数α，然后将经纬仪III的方位角归零，再将经纬仪III的方位角顺时针旋转π-α，此时经纬仪III的指向光轴平行于基准光轴；

(4.3)固定方位反射镜：调节潜望式捕跟机构的方位反射镜，直至经纬仪II和经纬仪III各自发出的十字叉丝光成像在对方分划板的中心，将方位反射镜固定在该状态；

(5)将经纬仪II从潜望式捕跟机构俯仰反射镜背侧的前方移动到俯仰反射镜镜面的前方，然后装调俯仰反射镜：

(5.1)调整经纬仪III的指向光轴平行于基准光轴：调节经纬仪I自准直于安装基准面并将其读数归零，旋转经纬仪I的方位角使其与经纬仪III互瞄，且经纬仪I和经纬仪III分别成像在对方分划板的中心，记录此时经纬仪I的读数γ，然后将经纬仪III的读数归零，再将经纬仪III的方位角顺时针旋转π-γ，此时经纬仪III的指向光轴平行于基准光轴；

(5.2)调整经纬仪Ⅱ的指向光轴平行于经纬仪III的指向光轴：将经纬仪III的读数归零，调节经纬仪III与经纬仪II互瞄，且经纬仪III和经纬仪II分别成像在对方分划板的中心，记录经纬仪III的读数β，然后将经纬仪II的读数归零；调节经纬仪II向俯仰反射镜镜面方向偏转角度β，并锁定该角度，调整经纬仪III的方位角回到步骤(5.1)中π-γ的位置，此时经纬仪II和经纬仪III的指向光轴都平行于基准光轴；

(5.3)固定俯仰反射镜：调节潜望式捕跟机构俯仰反射镜的倾角，直到经纬仪III和经纬仪II互瞄，且经纬仪III和经纬仪II分别成像在对方分划板的中心，将俯仰反射镜固定在该状态，从而完成潜望式捕跟机构反射镜的装调。