CN104375256B - 全向直角基准棱镜及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种全向直角基准棱镜及其使用方法，包括棱镜支架、多块棱镜、加强块。本发明利用直角棱镜在入射角为0～45°的情况下，能够实现入射光线平行返回的特点，实现经纬仪的快速准直。每块棱镜均可确定空间内的一组相互平行的平面，三块棱镜则确定空间内三组、每一组内部均相互平行的平面。从每组平面内任选一个平面，三组平面则存在三个平面，通过三个平面，任意选取一点作为坐标原点，确立一个坐标系，则可以用该坐标系作为某些元器件的基准坐标系、或标定坐标系。该发明可以实现快速地标定，克服了传统的立方棱镜标定过慢、准直极度困难的问题。

Description

全向直角基准棱镜及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种新型棱镜，具体地，涉及全向直角基准棱镜及其使用方法。

背景技术

目前，航天器上的姿控机构、敏感载荷等都对其安装方位有明确的较高的要求，而在地面安装完成以后，一般通过机构或载荷上固连的棱镜作为标定基准，标定机构或载荷的安装方位，棱镜一般采用立方棱镜。

但是立方棱镜的标定需要地面标定设备(如经纬仪)等准直到立方棱镜上，准直周期极长，影响了后续工作的开展。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明为了克服现有的立方棱镜准直周期长的缺点，本发明提供了一种新型立方棱镜，该立方棱镜能够实现快速准直，且操作简单，实现方便。

根据本发明提供的一种全向直角基准棱镜，包括：棱镜支架、多块棱镜；

所述多块棱镜分别安装在棱镜支架的不同卡槽内；

所述多块棱镜的空间位置关系为：

当棱镜的数量为3时，三块棱镜的法平面相互垂直；当棱镜的数量大于3时，至少存在3块棱镜满足任意两块的法平面不互相平行。

优选地，还包括加强块，所述加强块安装在棱镜支架中。

优选地，所述多块棱镜是指三块直角棱镜，分别为第一直角棱镜、第二直角棱镜、第三直角棱镜；

所述第一直角棱镜、第二直角棱镜、第三直角棱镜的法平面相互垂直。

优选地，第一直角棱镜、第二直角棱镜、第三直角棱镜的直角边所在的面均镀膜，确保光能够反射回来。

根据本发明提供的一种上述的全向直角基准棱镜的使用方法，包括如下步骤：

通过三台经纬仪，分别测量第一直角棱镜、第二直角棱镜、第三直角棱镜这三块直角棱镜的方位，分别为e₁₁、e₂₁、e₃₁；

分别转动三台经纬仪，再次分别测量第一直角棱镜、第二直角棱镜、第三直角棱镜这三块直角棱镜的方位，分别为e₁₂、e₂₂、e₃₂；

则这三块直角棱镜的方位构成一个直角坐标系，直角坐标系的三个基矢量为e_r1、e_r2、e_r3；则直角坐标系的三个基矢量按照下三式中任意一式确定：

确定完成e_r1、e_r2、e_r3后，根据需要确定单机在安装平台上的安装方位或安装矩阵。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过三块直角棱镜构成一块新型的棱镜，能够实现光学瞄准系统的快速准直，克服了传统的立方棱镜准直困难、准直周期长等的缺点，同时，必要时可以安装加强块，确保了该棱镜的高可靠性。

2、本发明可以应用于航天器上各种对安装方位和姿态有明确要求的单机、载荷如飞轮、陀螺以及各类敏感载荷等。

3、本发明对于地面上有同样要求的载荷亦适用，具有快速准直、操作简单、实现方便的特点。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明各个组成单元示意图。

图2是本发明装配图。

图3为本发明的镀膜示意图。

图中：

1 为第一直角棱镜；

2 为第二直角棱镜；

3 为第三直角棱镜；

4 为基座；

5 为加强块；

6 为第一卡槽；

7 为第二卡槽；

8 为第三卡槽；

9 为安装位置；

10 为全向直角基准棱镜；

11 为镀膜。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供了一种新型棱镜，主要由棱镜支架(即基座)、三块直角棱镜(可根据实际情况增加)、加强块(可根据实际情况决定是否需要)三大部分组成。本发明利用直角棱镜在入射角为0～45°的情况下，能够实现入射光线平行返回的特点，实现经纬仪的快速准直。

在图1中，第一直角棱镜1、第二直角棱镜2、第三直角棱镜3这三块棱镜作为基准棱镜，这三块棱镜的直角边对应的面均镀膜，确保从直角棱镜斜边入射进入直角棱镜直角边的光线能够全反射回来。三块棱镜分别安装在基座4中的第一卡槽6、第二卡槽7、第三卡槽8这三个卡槽内。

第一直角棱镜1、第二直角棱镜2、第三直角棱镜3这三块棱镜均确定了空间内的一组相互平行的平面，这三块棱镜则确定空间内三组、且每一组内部均相互平行的的平面。从每组平面内任选一个平面，三组平面则存在三个平面，通过三个平面，任意选取一点作为坐标原点，确立一个坐标系，则可以用该坐标系作为某些元器件的基准坐标系、或标定坐标系。该发明可以实现快速地标定，克服了传统的立方棱镜标定过慢、准直极度困难的问题。

这三个卡槽之间预留加强块5的安装位置9，必要时可以将加强块安装在预留的安装位置9内，对整个结构的刚度加强。最终棱镜各个单元完成以后，系统的安装状态如图2中的10所示。

在本发明的一个应用具体实施方式中，包括如下步骤：

步骤1：在单机出厂时，将预先安装的立方棱镜替换为该新型棱镜，用于后续的标定；

步骤2：实际标定时，通过三台经纬仪，分别测量第一直角棱镜1、第二直角棱镜2、第三直角棱镜3这三块直角棱镜的方位，分别为e₁₁、e₂₁、e₃₁；在一定范围内，分别转动三台经纬仪，再次分别测量第一直角棱镜1、第二直角棱镜2、第三直角棱镜3这三块直角棱镜的方位，分别为e₁₂、e₂₂、e₃₂；则这三块直角棱镜的方位构成一个直角坐标系，直角坐标系的三个基矢量为e_r1、e_r2、e_r3。则直角坐标系的三个基矢量可以由e₁、e₂、e₃(e₁₁、e₂₁、e₃₁、e₁₂、e₂₂、e₃₂)按照下三式中任意一式确定：

在此过程中，由于第一直角棱镜1、第二直角棱镜2、第三直角棱镜3为直角棱镜，可以保证入射光线在入射角为0～45°的情况下，光线能够平行返回，实现快速地准直。后通过叉乘运算，产生了三个正交的基矢。

步骤3：按照步骤2中确定完成e_r1、e_r2、e_r3后，就可以根据需要确定单机在安装平台上的安装方位或安装矩阵。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (1)

1.一种全向直角基准棱镜的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

通过三台经纬仪，分别测量第一直角棱镜、第二直角棱镜、第三直角棱镜这三块直角棱镜的方位，分别为e₁₁、e₂₁、e₃₁；

分别转动三台经纬仪，再次分别测量第一直角棱镜、第二直角棱镜、第三直角棱镜这三块直角棱镜的方位，分别为e₁₂、e₂₂、e₃₂；

则这三块直角棱镜的方位构成一个直角坐标系，直角坐标系的三个基矢量为e_r1、e_r2、e_r3；则直角坐标系的三个基矢量按照下三式中任意一式确定：

$\left\{\begin{array}{c}{e}_{r1}=e_{11}\×e_{12}\\ e_{r2}=e_{21}\×e_{22}\\ e_{r3}=e_{r1}\×e_{r2}\end{array}\right.;$

$\left\{\begin{array}{c}{e}_{r2}=e_{21}\×e_{22}\\ e_{r3}=e_{31}\×e_{32}\\ e_{r1}=e_{r2}\×e_{r3}\end{array}\right.;$

$\left\{\begin{array}{c}{e}_{r3}=e_{31}\×e_{32}\\ e_{r1}=e_{11}\×e_{12}\\ e_{r2}=e_{r3}\×e_{r1}\end{array}\right.;$

确定完成e_r1、e_r2、e_r3后，根据需要确定单机在安装平台上的安装方位或安装矩阵；

全向直角基准棱镜，包括：棱镜支架、多块棱镜；

所述多块棱镜分别安装在棱镜支架的不同卡槽内；

所述多块棱镜的空间位置关系为：

当棱镜的数量为3时，三块棱镜的法平面相互垂直；

还包括加强块，所述加强块安装在棱镜支架中；

所述多块棱镜是指三块直角棱镜，分别为第一直角棱镜、第二直角棱镜、第三直角棱镜；

所述第一直角棱镜、第二直角棱镜、第三直角棱镜的法平面相互垂直。