CN106404001A - 星敏感器与动态光星模拟器精密安装对准装置及测试方法 - Google Patents

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Abstract

一种星敏感器与动态光星模拟器精密安装对准装置，其包含：立式支架，采用柔性材料制成，其连接星敏感器上的遮光罩；轻量化动态光星模拟器，通过立式支架放入所述的星敏感器上的遮光罩内，作为星敏感器观测天空的实时模拟器；测试模块，连接星敏感器，控制星敏感器的工作模式；光星模拟器驱动模块，向光星模拟器控制模块发送姿态四元数信息；光星模拟器控制模块，输入端连接所述的光星模拟器驱动模块，输出端连接轻量化动态光星模拟器，光星模拟器控制模块根据来自光星模拟器驱动模块的姿态四元数模拟出星图，并将星图呈现在轻量化动态光星模拟器上。其优点是：可以实现星敏感器与动态光星模拟器之间的快速精密安装对准，操作简单，精密度高。

Description

星敏感器与动态光星模拟器精密安装对准装置及测试方法
技术领域
本发明涉及一种星敏感器与动态光星模拟器精密安装对准装置及测试方法。
背景技术
星敏感器是一种高精度的光学姿态敏感器，它以恒星为测量目标，通过光学系统将恒星成像于光电转换器上，经星点提取和星图识别，确定星敏感器光轴矢量在惯性坐标系下的指向，经过星敏感器在飞行器上的安装矩阵转换，获得飞行器在惯性坐标系下的三轴姿态。星敏感器可用于高精度测量平台的图像定位和配准。
随着我国航天事业的迅猛发展，高分辨率对地观测卫星的研制需求日益迫切，其姿态的精确测量采用的是星敏感器，由此星敏感器是目前航天器姿态测量的重要部件，具有姿态测量精度高，无飘逸，测量姿态连续等优点。
星敏感器通常是由光学及精密结构系统、光电探测器及信号处理电路和软件等三部分组成。为了星敏感器在轨运行状态稳定，地面的充分的测试验证是很必要的。目前，实验室内的测试方案均采用动态光星模拟器进行星图模拟，以对星敏感器的光电系统进行考核验证。光星模拟器的使用中，对准度的好坏直接影响到测试结果的准确性，对准的方便度直接影响到测试的效率。因此，星敏感器与动态光星模拟器的快速精密对准技术对星敏感器的研制与生产有着非常重大的意义。
现有的光星模拟器装置的对准存在的问题是：
1、与不同类型的产品在机械尺寸上的匹配度不好，导致为了更好的对准有时必须拆除遮光罩，不仅麻烦而且不利于产品的保护和保持状态的一致性，且安装固定方式相对复杂；
2、完全靠机械调整对准，判读数据后再手动反复调整，效率和精度都比较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种星敏感器与动态光星模拟器精密安装对准装置及测试方法，其通过一个多功能立式支架完成星敏感器与动态光星模拟器之间的对接匹配，再配合相应的驱动、控制以及测试模块，有效提高星敏感器测试的精度和效率。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种星敏感器与动态光星模拟器精密安装对准装置，其特征是，包含：
立式支架，采用柔性材料制成，其连接星敏感器上的遮光罩；
轻量化动态光星模拟器，通过立式支架放入所述的星敏感器上的遮光罩内，作为星敏感器观测天空的实时模拟器；
测试模块，连接星敏感器，控制星敏感器的工作模式，设置星敏感器的工作参数，并接收、显示、存储星敏感器的输出姿态四元数；
光星模拟器驱动模块，向光星模拟器控制模块发送姿态四元数信息；
光星模拟器控制模块，输入端连接所述的光星模拟器驱动模块，输出端连接轻量化动态光星模拟器，光星模拟器控制模块根据来自光星模拟器驱动模块的姿态四元数模拟出星图，并将星图呈现在轻量化动态光星模拟器上。
上述的星敏感器与动态光星模拟器精密安装对准装置，其中，所述的立式支架包含：
限位和锁紧装置，防止轻量化动态光星模拟器放入遮光罩中时与镜头发生接触及碰撞。
上述的星敏感器与动态光星模拟器精密安装对准装置，其中：
所述的光星模拟器驱动模块包含一四元数输入端口以及一矩阵修正端口。
一种星敏感器测试方法，其特征是，采用星敏感器与动态光星模拟器精密安装对准装置进行测试，其包含以下步骤：
S1、向光星模拟器控制模块的四元数输入端口输入固定姿态四元数Q1，给出基准四元数；
S2、测试模块得到星敏感器的输出姿态四元数Q2，得到实测四元数；
S3、计算修正量ΔQ＝Q1-Q2，并将修正量ΔQ输入到光星模拟器控制模块的矩阵修正端口，得到四元数偏差修正量；
S4、光星模拟器控制模块将光星模拟器驱动模块输入的驱动姿态四元数Q3进行处理，得到用来模拟星图、供星敏感器测试的姿态四元数信息Q，完成光学对准。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本装置设备轻便，有利于不同试验场地之间的测试系统的搭建；
2、多功能支架针对不同产品进行了适应性设计，保证了动态星光模拟器与星敏感器产品之间的光学系统的对接匹配度；
3、可以实现星敏感器与动态光星模拟器之间的快速精密安装对准，操作简单，精密度高。
附图说明
图1为本发明的星敏感器与动态光星模拟器精密安装对准装置在实施例中的连接示意图；
图2为星敏感器、立式支架以及光星模拟器的安装结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
如图1所示，一种星敏感器与动态光星模拟器精密安装对准装置，其包含：立式支架6，采用柔性材料制成，该柔性材料可以是聚酯纤维，其连接星敏感器1上的遮光罩5；轻量化动态光星模拟器7，通过立式支架6放入所述的星敏感器1上的遮光罩5内，作为星敏感器1观测天空的实时模拟器，轻量化动态光星模拟器7改变了以往的基于钢制光学平台的卧式安装方式，采用轻型柔性材料构成的立式支架6，重量约为原钢制光学平台的1/100，便于携带、利于不同试验场地之间的测试系统的搭建；测试模块2，连接星敏感器1，控制星敏感器1的工作模式，设置星敏感器1的工作参数，并接收、显示、存储星敏感器1的输出姿态四元数；光星模拟器驱动模块4，向光星模拟器控制模块3发送姿态四元数信息；光星模拟器控制模块3，输入端连接所述的光星模拟器驱动模块4，输出端连接轻量化动态光星模拟器7，光星模拟器控制模块3根据来自光星模拟器驱动模块4的姿态四元数模拟出星图，并将星图呈现在轻量化动态光星模拟器7上。
本实施例中，所述的测试模块2为安装有星敏感器综合测试软件的测试计算机，其通过RS422通讯电缆连接所述的星敏感器1，所述的光星模拟器控制模块4由安装有光星模拟器驱动软件的计算机组成，其通过视频信号线连接至轻量化动态光星模拟器7，所述的光星模拟器驱动模块4由安装有光星模拟器控制软件的计算机组成，使用时，如图1所示，需要对各元件进行加电运行。
如图2所示，所述的立式支架6包含：限位和锁紧装置，防止轻量化动态光星模拟器7放入遮光罩5中时与镜头发生接触及碰撞，本实施例中，限位装置62为一个筒形底部设有阶梯卡槽的结构，锁紧装置61固定在限位装置62上。
所述的光星模拟器驱动模块4包含：一个四元数输入端口，用于输入基于基准四元数；一个矩阵修正端口，用于输入四元数偏差修正量。
本实施例中，本装置的安装方法是，先将星敏感器1平放于水平台面上，再将立式支架6稳定安装于星敏感器1遮光罩5上端，手动调整锁紧装置61的方位，使整锁紧装置61较长一端对准遮光罩外壁，将立式支架6与星敏感器1遮光罩5紧固安装。然后将轻量化动态光星模拟器7沿立式支架6缓慢放入星敏感器1遮光罩5内，因为有限位措施，所有不会与镜头发生接触及碰撞；然后，将星敏感器1与轻量化动态光星模拟器精密安装对准装置的各设备通过网线、视频线及通讯电缆等进行物理连接；随后，在相应的计算机上分别运行光星模拟器驱动软件、光星模拟器控制软件和星敏感器综合测试软件，星敏感器加电并由星敏感器综合测试软件控制正常通讯。
本发明还公开了一种星敏感器测试方法，其采用星敏感器与动态光星模拟器精密安装对准装置进行测试，其包含以下步骤：
S1、向光星模拟器控制模块3的四元数输入端口输入固定姿态四元数Q1，给出基准四元数；
S2、测试模块2得到星敏感器1的输出姿态四元数Q2，得到实测四元数；
S3、计算修正量ΔQ＝Q1-Q2，并将修正量ΔQ输入到光星模拟器控制模块3的矩阵修正端口，得到四元数偏差修正量；
S4、光星模拟器控制模块3将光星模拟器驱动模块4输入的驱动姿态四元数Q3进行处理，得到用来模拟星图、供星敏感器测试的姿态四元数信息Q，完成光学对准。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (4)

1.一种星敏感器与动态光星模拟器精密安装对准装置，其特征在于，包含：
立式支架(6)，采用柔性材料制成，其连接星敏感器(1)上的遮光罩(5)；
轻量化动态光星模拟器(7)，通过立式支架(6)放入所述的星敏感器(1)上的遮光罩(5)内，作为星敏感器(1)观测天空的实时模拟器；
测试模块(2)，连接星敏感器(1)，控制星敏感器(1)的工作模式，设置星敏感器(1)的工作参数，并接收、显示、存储星敏感器(1)的输出姿态四元数；
光星模拟器驱动模块(4)，向光星模拟器控制模块(3)发送姿态四元数信息；
光星模拟器控制模块(3)，输入端连接所述的光星模拟器驱动模块(4)，输出端连接轻量化动态光星模拟器(7)，光星模拟器控制模块(3)根据来自光星模拟器驱动模块(4)的姿态四元数模拟出星图，并将星图呈现在轻量化动态光星模拟器(7)上。
2.如权利要求1所述的星敏感器与动态光星模拟器精密安装对准装置，其特征在于，所述的立式支架(6)包含：
限位和锁紧装置，防止轻量化动态光星模拟器(7)放入遮光罩(5)中时与镜头发生接触及碰撞。
3.如权利要求1所述的星敏感器与动态光星模拟器精密安装对准装置，其特征在于：
所述的光星模拟器驱动模块(4)包含一四元数输入端口以及一矩阵修正端口。
4.一种星敏感器测试方法，其特征在于，采用星敏感器与动态光星模拟器精密安装对准装置进行测试，其包含以下步骤：
S1、向光星模拟器控制模块(3)的四元数输入端口输入固定姿态四元数Q1，给出基准四元数；
S2、测试模块(2)得到星敏感器(1)的输出姿态四元数Q2，得到实测四元数；
S3、计算修正量ΔQ＝Q1-Q2，并将修正量ΔQ输入到光星模拟器控制模块3的矩阵修正端口，得到四元数偏差修正量；
S4、光星模拟器控制模块(3)将光星模拟器驱动模块(4)输入的驱动姿态四元数Q3进行处理，得到用来模拟星图、供星敏感器测试的姿态四元数信息Q，完成光学对准。
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