CN106168479A - 基于光电自准直仪的航天器高精度角测量方法 - Google Patents

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李强
陈伟男
汤红涛
车腊梅
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Abstract

本发明提供了一种基于光电自准直仪的航天器高精度角测量方法包括如下步骤：步骤1，将待测的航天器设置在测量基座上，在待测的航天器旁设置旋转式平面反射镜；其中航天器包括第一待测单机和第二待测单机；步骤2，通过光电自准直仪对第一待测单机进行测量；步骤3，通过光电自准直仪对第二待测单机进行测量。本发明具有以下有益效果：它很好的解决了传统的经纬仪建站测量过程中测量精度底、需要操作人员通过肉眼进行准直判断、需要多次建站、搬站，且每台经纬仪需要一名测量人员操作，测量时间长、工作量大等不足。具有测量精度高、测值稳定性一致性好、能够实现自动化测量的特点。能够满足航天器地面总装阶段单机安装角度测量的实际需求。

Description

基于光电自准直仪的航天器高精度角测量方法
技术领域
本发明涉及的是一种测量方法，具体涉及一种基于光电自准直仪的航天器高精度角测量方法。
背景技术
在轨运行的航天器主要依赖太阳、太空中的恒星等作为参照物进行自身空间姿态的确认，利用推力器、飞轮等单机进行自身姿态的调整。因此，航天器地面总装时，星敏感器、太阳敏感器、飞轮等姿态控制用单机的初始安装精度均有一定的要求。尤其是高轨(如地球静止轨道)遥感卫星，由于离地球距离远，成像精度高，在地面总装时，对星敏感器与遥感载荷之间的角度关系提出了较高的测量精度要求。
传统的航天器单机安装角度测量方法为使用经纬仪联机建站测量。有精度要求的单机表面都安装有立方镜，该立方镜镜面法线的矢量方向代表了单机的功能主轴方向。使用多台经纬仪联机，每台经纬仪准直一个待测镜面，再通过经纬仪间的互瞄，即可完成单机安装角度精度的测量。
经纬仪联机建站测量方法也有许多的不足之处。首先，该方法的测量精度约为10＂～15＂，对于安装精度要求越来越高的新一代高轨高精度遥感卫星等航天器，该测量精度已经捉襟见肘。其次，该测量方法需要操作人员通过肉眼进行准直判断，测量一致性和稳定性较差。第三，经纬仪建站测量过程中，需要多次建站、搬站，且每台经纬仪需要一名测量人员操作，测量时间长，工作量大。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种测量精度更高、自动化程度高，避免了人眼观测的不稳定性的基于光电自准直仪的航天器高精度角测量方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于光电自准直仪的航天器高精度角测量方法包括如下步骤：
步骤1，将待测的航天器设置在测量基座上，在待测的航天器旁设置旋转式平面反射镜；其中航天器包括第一待测单机和第二待测单机；
步骤2，通过光电自准直仪对第一待测单机进行测量；
步骤3，通过光电自准直仪对第二待测单机进行测量。
优选地，步骤1中，在第一待测单机和第二待测单机上分别安装立方镜。
优选地，步骤2包括：
步骤2.1，将光电自准直仪安装在准直仪旋转装置上并设置在第一测量位置，其中第一测量位置为第一待测单机上的立方镜的镜面矢量方向所在的直线上；
步骤2.2，调整准直仪旋转装置，使光电自准直仪准直第一待测单机上的立方镜的镜面并记录数据；
步骤2.3，调整光电自准直仪指向旋转式平面反射镜，同时调整反射镜旋转装置，使设置在反射镜旋转装置上的旋转式平面反射镜与光电自准直仪准直并记录数据。
优选地，步骤3包括：
步骤3.1，将光电自准直仪安装在准直仪旋转装置上从第一测量位置移动到第二测量位置，其中第二测量位置为第二待测单机上的立方镜的镜面矢量方向所在的直线上；
步骤3.2，调整准直仪旋转装置，使光电自准直仪准直第二待测单机上的立方镜的镜面并记录数据；
步骤3.3，调整光电自准直仪指向旋转式平面反射镜，同时调整反射镜旋转装置，使设置在反射镜旋转装置上的旋转式平面反射镜与光电自准直仪准直并记录数据。
优选地，光电自准直仪沿着圆柱体的表面从第一测量位置移动到第二测量位置；其中圆柱体的横截面为以测量基座的圆心为圆心、第一测量位置与穿过圆心的轴线之间的垂直距离为半径的圆。
优选地，准直仪旋转装置及反射镜旋转装置为二维精密准直仪旋转装置。
本发明具有以下有益效果：它很好的解决了传统的经纬仪建站测量过程中测量精度底、需要操作人员通过肉眼进行准直判断、需要多次建站、搬站，且每台经纬仪需要一名测量人员操作，测量时间长、工作量大等不足。具有测量精度高、测值稳定性一致性好、能够实现自动化测量的特点。不仅能够满足航天器地面总装阶段单机安装角度测量的实际需求，还具备一定的技术移植性。
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为本发明基于光电自准直仪的航天器高精度角测量方法的测量示意图；
图2为本发明基于光电自准直仪的航天器高精度角测量方法原理图；
图3为本发明基于光电自准直仪的航天器高精度角测量方法光电自准直仪的测量原理示意图；
图4为本发明基于光电自准直仪的航天器高精度角测量方法光电自准直仪结构示意图；
图5为本发明基于光电自准直仪的航天器高精度角测量方法旋转式平面反射镜结构示意图。
图中：
1-第一待测单机 2-第二待测单机 3-光电自准直仪
4-旋转式平面反射镜 5-准直仪旋转装置 6-反射镜旋转装置
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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1～图5所示，本发明基于光电自准直仪3的航天器高精度角测量方法的具体实施方式包括光电自准直仪3、旋转式平面反射镜4、二维精密旋转装置、柱坐标运动装置等，光电自准直仪3是主要的测量仪器，测量精度可达0.1″，安装在准直仪旋转装置5(二维精密旋转装置)上，二维精密旋转装置定位精度0.5″。该组合整体安装在柱坐标运动装置上，柱坐标运动装置能够实现航天器外部空间内设定柱面内任意轨迹的运动，可在任意位置准确定位。旋转式平面反射镜4固定安装在地面，其平面反射镜能够实现俯仰和方位轴两个方向的高精度运动，运动精度0.5″。旋转式平面反射镜4具有固定的坐标系，其方位轴编码器设置有固定的零位，俯仰方向使用高精度双轴电子水平仪作为零位基准。
如图2所示，光电自准直仪3运动到第一待测单机1的立方镜镜面矢量与圆柱面的交点位置处，利用二维精密旋转装置调整俯仰角和方位角，准直该立方镜镜面，记录光电自准直仪3读数及二维精密旋转装置角度数据。然后，二维精密旋转装置运动，调整光电自准直仪3指向旋转式平面反射镜4。同时旋转式平面反射镜4调整自身俯仰和方位角度，与光电自准直仪3准直，记录光电自准直仪3读数、旋转式平面反射镜4角度读数、水平仪读数及反射镜旋转装置6(二维精密旋转装置)角度数据。通过以上测量过程，即可求解出第一待测单机1的立方镜的光轴矢量方向信息在平面反射镜的坐标系下的具体值。接着，光电自准直仪3及二维精密旋转装置在柱坐标运动装置的带动下，运动至第二待测单机2的立方镜镜面矢量与圆柱面的交点位置处，重复前面的测量过程，即可求解出第二待测单机2的立方镜的光轴矢量方向信息在平面反射镜的坐标系下的具体值。以此类推，该测量方法能够求解出所有待测单机的立方镜的光轴矢量方向信息在平面反射镜的坐标系下的具体值，进而求出所有需要的单机之间的夹角值。
如图3所示，光电自准直仪3进行测量时，光源位于物镜的焦点上，其发出的光线经物镜后，成一束与光轴平行的平行光束射向反射镜。当反射镜面垂直于光轴时，光线仍按原路返回，经物镜后成像在CCD的中心处。如果反射镜与光轴偏过一个小角度α，当平行光轴的光线射向反射镜时，光线按反射定律与原光线成2α夹角返回，通过物镜后成像在CCD上偏离中心位移量为d的位置。通过线阵CCD测得位移量d，即可计算出反射镜偏角α的大小。
如图4所示，光电自准直仪3的测量精度可达0.1″，但测量范围较小，仅有2000″。将光电自准直仪3安装在准直仪旋转装置5(二维精密旋转装置)上，二维精密旋转装置定位精度0.5″，俯仰轴和方位轴可实现360°旋转。通过这种组合，实现了大范围下的高精度测量。
如图5所示，旋转式平面反射镜4是将一块高精度平面镜安装在一台反射镜旋转装置6(二维精密旋转装置)上，平面镜面型精度0.05λ(PV值，λ＝633nm)、反射率优于95％，二维精密旋转装置各轴定位精度优于0.5″。
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化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种基于光电自准直仪的航天器高精度角测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，将待测的航天器设置在测量基座上，在待测的航天器旁设置旋转式平面反射镜；其中航天器包括第一待测单机和第二待测单机；
步骤2，通过光电自准直仪对第一待测单机进行测量；
步骤3，通过光电自准直仪对第二待测单机进行测量。
2.根据权利要求1所述的基于光电自准直仪的航天器高精度角测量方法，其特征在于，步骤1中，在第一待测单机和第二待测单机上分别安装立方镜。
3.根据权利要求1所述的基于光电自准直仪的航天器高精度角测量方法，其特征在于，步骤2包括：
步骤2.1，将光电自准直仪安装在准直仪旋转装置上并设置在第一测量位置，其中第一测量位置为第一待测单机上的立方镜的镜面矢量方向所在的直线上；
步骤2.2，调整准直仪旋转装置，使光电自准直仪准直第一待测单机上的立方镜的镜面并记录数据；
步骤2.3，调整光电自准直仪指向旋转式平面反射镜，同时调整反射镜旋转装置，使设置在反射镜旋转装置上的旋转式平面反射镜与光电自准直仪准直并记录数据。
4.根据权利要求3所述的基于光电自准直仪的航天器高精度角测量方法，其特征在于，步骤3包括：
步骤3.1，将光电自准直仪安装在准直仪旋转装置上从第一测量位置移动到第二测量位置，其中第二测量位置为第二待测单机上的立方镜的镜面矢量方向所在的直线上；
步骤3.2，调整准直仪旋转装置，使光电自准直仪准直第二待测单机上的立方镜的镜面并记录数据；
步骤3.3，调整光电自准直仪指向旋转式平面反射镜，同时调整反射镜旋转装置，使设置在反射镜旋转装置上的旋转式平面反射镜与光电自准直仪准直并记录数据。
5.根据权利要求4所述的基于光电自准直仪的航天器高精度角测量方法，其特征在于，光电自准直仪沿着圆柱体的表面从第一测量位置移动到第二测量位置；其中
圆柱体的横截面为以测量基座的圆心为圆心、第一测量位置与穿过圆心的轴线之间的垂直距离为半径的圆。
6.根据权利要求3或4所述的基于光电自准直仪的航天器高精度角测量方法，其特征在于，准直仪旋转装置及反射镜旋转装置为二维精密准直仪旋转装置。
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