CN106706002A - 一种用于面阵静态红外地球敏感器的高精度地球模拟器 - Google Patents

一种用于面阵静态红外地球敏感器的高精度地球模拟器 Download PDF

Info

Publication number
CN106706002A
CN106706002A CN201710037353.2A CN201710037353A CN106706002A CN 106706002 A CN106706002 A CN 106706002A CN 201710037353 A CN201710037353 A CN 201710037353A CN 106706002 A CN106706002 A CN 106706002A
Authority
CN
China
Prior art keywords
earth
bearing
screw
infrared
drive component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710037353.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106706002B (zh
Inventor
崔维鑫
刘石神
金亚方
于远航
孙浩
田清
韩开亮
王钊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Original Assignee
Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Institute of Technical Physics of CAS filed Critical Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Publication of CN106706002A publication Critical patent/CN106706002A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106706002B publication Critical patent/CN106706002B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C25/00—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于面阵静态红外地球敏感器的高精度地球模拟器，该设备包括地球红外辐射模拟单元、姿态模拟单元及系统控制单元。地球红外辐射模拟单元通过调整热板和冷光阑的红外辐射差进行模拟；并通过更换不同孔径冷光阑模拟轨道高度的变化；姿态模拟单元通过带动红外辐射模拟单元转动进行姿态角度变化的模拟，系统控制单元通过旋转轴上安装的角度编码器实时测量转台的转角，采用闭环控制的方式及时纠正角度反馈值和转台设定值之间的偏差，精确仿真卫星姿态角的变化，实现红外地球敏感器在地面上的高精度测量和标定。本发明优点在于：模拟器的通用性强、稳定性好，精度高。

Description

一种用于面阵静态红外地球敏感器的高精度地球模拟器
技术领域
本发明涉及星载面阵静态红外地球敏感器的地面测试设备。具体涉及一种用于面阵静态红外地球敏感器检测手段，新型模拟地球辐射源的产生方法。
背景技术
卫星姿态控制系统中会用到红外地球敏感器，其通过测量地球与太空的红外辐射差来获取航天器的姿态信息，此外，卫星发射过程中捕获地球、在过渡轨道对地球定位等功能都由红外地球敏感器负责。红外地球敏感器在卫星上非常重要，其性能和精度将直接影响卫星在轨道上的工作状态。
为了对地球敏感器进行性能测试及精度标定，必须在地面上为其开发一套专用的性能测试设备，即地球模拟器。地球模拟器是在地面上标定地球敏感器精度的试验设备，是地球敏感器研制和生产中不可缺少的实验设备。其可以模拟出红外地球敏感器在不同轨道、不同姿态下运行时看到的地球红外图像，实现地球敏感器性能指标的地面测试评估。
发明内容
本发明提供一种用于面阵静态红外地球敏感器的高精度地球模拟器，其为面阵静态红外地球敏感器提供地球红外辐射模拟和姿态模拟，是红外地球敏感器专用地面检测设备。
本发明它包括地球红外辐射模拟单元1、姿态模拟单元2和系统控制单元3。其中：
所述地球红外辐射模拟单元1中薄膜加热片1-3采用航天工艺贴在热板1-5上，加热片压板1-4覆盖于薄膜加热片1-3上通过螺钉与热板1-5连接固定，热板1-5通过螺钉与隔热板1-2连接固定，隔热板1-2通过隔热柱与外圈1-1螺钉连接固定，外圈1-1通过隔热柱1-6与冷光阑1-7螺钉连接固定，冷光阑固定板1-8通过螺钉与冷光阑1-7连接固定，红外准直镜1-9通过螺钉与冷光阑固定板1-8连接固定，通过控制地球红外辐射模拟单元1中的热板1-5和冷光阑1-7的温度差，模拟地球红外辐射，冷光阑1-7上根据特征轨道高度开有不同的光阑孔模拟不同轨道高度地球红外辐射；
所述姿态模拟单元2中的外框架2-1、内框架2-2、水平驱动组件2-3、铅垂驱动组件2-4。水平驱动组件2-3中的轴承套筒2-3-16和轴承套筒2-3-26通过螺钉与外框架2-1连接固定，水平驱动组件2-3中驱动轴2-3-13和游动轴2-3-25通过螺钉与内框架2-2连接固定，铅垂驱动组件2-4中轴承套筒2-4-15通过螺钉与内框架2-2连接固定。
水平驱动组件2-3中的转台水平轴系分驱动轴轴系和游动轴轴系，其中驱动轴轴系的电机2-3-11通过螺钉与驱动轴套筒2-3-18连接固定，电机2-3-11与驱动轴2-3-13之间通过联轴器2-3-12连接，轴承2-3-15两轴承的内外圈之间分别通过压圈2-3-17的厚度来调节轴承预紧力，轴承套筒2-3-16、轴承2-3-15和压圈2-3-17通过圆螺母2-3-14连接固定，驱动轴2-3-13穿过轴承2-3-15内圈、压圈2-3-17内圈与轴承2-3-15内圈达到紧配，驱动轴套筒2-3-18通过螺钉与外框架2-1连接固定。其中游动轴轴系的游动轴2-3-25、轴承2-3-23和压圈2-3-24通过圆螺母2-3-22连接固定，轴承套筒2-3-26、轴承2-3-23和压圈2-3-24通过圆螺母2-3-22连接固定，光栅码盘2-3-21穿过轴承2-3-23后通过圆螺母2-3-22连接固定，轴承套筒2-3-26通过螺钉与外框架2-1连接固定。
其中铅垂驱动组件的电机2-4-11通过螺钉与铅垂轴套筒2-4-12连接固定，电机2-4-11与铅垂轴2-4-13之间通过联轴器连接，光栅码盘2-4-14穿过铅垂轴2-4-13后通过螺钉与轴承套筒2-4-15连接固定，铅垂轴套筒2-4-12通过螺钉与轴承套筒2-4-15连接固定，轴承套筒2-4-15、轴承2-4-16外圈和压圈2-4-17外圈通过圆螺母2-4-18连接固定，铅垂轴2-4-13、轴承2-4-16内圈和压圈2-4-17内圈通过圆螺母2-4-18连接固定，轴承套筒2-4-15通过螺钉与内框架2-2连接固定。
系统控制单元3控制红外辐射模拟单元1中的热板1-1和冷光阑1-5的温度差，其中冷光阑1-5上开有不同的光阑孔来模拟不同轨道高度地球红外辐射。姿态模拟单元2通过系统控制单元3控制水平驱动组件2-3的电机2-3-11和铅垂驱动组件的电机2-4-11带动被测产品相对地球红外辐射模拟单元转动，其中内框架2-2转动，来模拟被测产品俯仰角姿态变化，其中外框架2-1转动，来模拟被测产品滚动角姿态变化，每根旋转轴上分别安装光栅码盘2-3-21和光栅码盘2-4-14，实时测量转角的变化，地球模拟器根据光栅码盘2-3-21和光栅码盘2-4-14采集的反馈值和系统设定值之间的偏差，采用闭环控制方式及时纠正运行偏差，从而实现在面阵红外地球敏感器在地面高精度测试及标定。
本发明用于面阵静态红外地球敏感器的高精度地球模拟器，具有通用性强、稳定性好，精度高的优点。
附图说明
图1为本发明地球模拟器结构组成图。
图2本发明地球模拟器地球红外辐射模拟单元结构简图；图中：1-1-外圈、1-2-隔热板、1-3-加热片、1-4-加热片压板、1-5-热板、1-6-隔热柱、1-7-冷光阑、1-8-冷光阑固定板、1-9-红外准直镜。
图3本发明地球模拟器姿态模拟单元结构简图，图中：2-1-外框架、2-2-内框架、2-3-水平驱动组件、2-4-铅垂驱动组件。
图4本发明地球模拟器姿态模拟单元水平驱动组件中驱动轴轴系结构简图，图中：2-3-11-电机、2-3-12-联轴器、2-3-13-驱动轴、2-3-14-圆螺母、2-3-15-轴承、2-3-16-轴承套筒、2-3-17-压圈、2-3-18驱动轴套筒。
图5本发明地球模拟器姿态模拟单元水平驱动组件中游动轴轴系结构简图；图中：2-3-21-光栅码盘、2-3-22-圆螺母、2-3-23-轴承、2-3-24-压圈、2-3-25-游动轴、2-3-26-轴承套筒。
图6本发明地球模拟器姿态模拟单元铅垂驱动组件结构简图，图中：2-4-11-电机、2-4-12-铅垂轴套筒、2-4-13-铅垂轴、2-4-14-光栅码盘、2-4-15-轴承套筒、2-4-16-轴承、2-4-17-压圈、2-4-18-圆螺母。
图7本发明地球模拟器系统控制单元原理框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加明了，下面结合附图对本发明进行描述。但是要指的是，所给出的实施例是为了说明本发明，而不是限制本发明的范围。
本发明地球模拟器如图1所示，包括地球红外辐射模拟单元、姿态模拟单元和系统控制单元。
地球红外辐射模拟单元如图2所示，包括外圈1-1、隔热板1-2、薄膜加热片1-3、加热片压板1-4、热板1-5、隔热柱1-6、冷光阑1-7、冷光阑固定板1-8和红外准直镜1-9。其中热板采用铝合金加工而成，薄膜加热片1-3直接贴在热板1-5表面加热，薄膜加热片1-3外表面再贴装薄膜加热片压板1-4进行保温处理，薄膜加热片的电功率为50W，热板黑色阳极氧化处理，表面发射率εh≥0.85。冷光阑1-7采用紫铜加工而成，表面喷涂耐高温黑漆处理，表面发射率εh≥0.85，与红外准直镜1-9导热安装。热板1-5与冷光阑1-7以及热板1-5与红外准直镜1-9之间采用绝热安装，热板1-5和冷光阑1-7的温度利用铂电阻进行测量，并采用PID智能控制其温度差，温度差控制精度为±0.2℃；温度差准确度需通过精密温度计测温后软件修正。
姿态模拟单元如图3所示，包括外框架2-1、内框架2-2、水平驱动组件2-3、铅垂驱动组件2-4。姿态角度的模拟是通过二轴转台带动被测产品相对光学系统进行转动，模拟红外地球敏感器相对地球的姿态角度变化。其中水平驱动组件2-3内的电机2-3-11带动内框架2-2转动，模拟被产品俯仰轴转动；与内框架2-2相连接的铅垂驱动组件2-4中的电机带动被测产品转动，模拟被测产品滚动轴转动。
水平驱动组件2-3中的转台水平轴系分驱动轴轴系和游动轴轴系，其中驱动轴轴系如图4所示，包括电机2-3-11、联轴器2-3-12、驱动轴2-3-13、圆螺母2-3-14、轴承2-3-15、轴承套筒2-3-16、压圈2-3-17、驱动轴套筒2-3-18组。游动轴轴系如图5所示，包括光栅码盘2-3-21、圆螺母2-3-22、轴承2-3-23、压圈2-3-24、游动轴2-3-25、轴承套筒2-3-26。水平驱动组件采用两端双轴承支撑，一端固定一端游动，每个轴承组件采用两个角接触球轴承面对面安装，轴承双端预紧，消除径向间隙和轴向间隙对回转精度的影响。
铅垂驱动组件如图6所示，包括电机2-4-11、铅垂轴套筒2-4-12、铅垂轴2-4-13、光栅码盘2-4-14、轴承套筒2-4-15、轴承2-4-16、压圈2-4-17、圆螺母2-4-18。其采用单端支撑，轴承组件采用两个角接触球轴承背靠背安装，保证轴线具有一定的刚度，轴承采用双端预紧，消除径向间隙和轴向间隙对回转精度的影响。
姿态模拟角度通过角度传感器进行绝对测量和控制，测角分辨率为1″，测角精度为±2.5″，码盘为360°全周编码，可连续转动工作。姿态模拟单元的水平轴和铅锤轴的安装孔均通过对内框进行精镗加工，保证其轴线垂直度和安装孔圆周度、同轴度。
系统控制单元结构功能图如图7所示，通过软件温度设置功能，对红外地球模拟单元冷光阑热板温差设定；通过软件姿态设置功能，由角度传感器进行角度信息测量，控制电机带动内外框运转，实时测量转台角度的变化，并采用闭环控制方式及时纠正运行偏差。
该设备能精确仿真卫星姿态角的变化，此新型地球模拟器所能仿真的姿态角精度为0.004°。

Claims (1)

1.一种用于面阵静态红外地球敏感器的高精度地球模拟器，包括地球红外辐射模拟单元(1)、姿态模拟单元(2)和系统控制单元(3)，其特征在于：
所述的地球红外辐射模拟单元(1)中薄膜加热片(1-3)贴在热板(1-5)上，加热片压板(1-4)覆盖于薄膜加热片(1-3)上通过螺钉与热板(1-5)连接固定，热板(1-5)通过螺钉与隔热板(1-2)连接固定，隔热板(1-2)通过隔热柱与外圈(1-1)螺钉连接固定，外圈(1-1)通过隔热柱(1-6)与冷光阑(1-7)螺钉连接固定，冷光阑固定板(1-8)通过螺钉与冷光阑(1-7)连接固定，红外准直镜(1-9)通过螺钉与冷光阑固定板(1-8)连接固定，通过控制地球红外辐射模拟单元(1)中的热板(1-5)和冷光阑(1-7)的温度差，模拟地球红外辐射，冷光阑(1-7)上根据特征轨道高度开有不同的光阑孔模拟不同轨道高度地球红外辐射；
所述的姿态模拟单元(2)中的外框架(2-1)、内框架(2-2)、水平驱动组件(2-3)、铅垂驱动组件(2-4)。水平驱动组件(2-3)中的轴承套筒(2-3-16)和轴承套筒(2-3-26)通过螺钉与外框架(2-1)连接固定，水平驱动组件(2-3)中驱动轴(2-3-13)和游动轴(2-3-25)通过螺钉与内框架(2-2)连接固定，铅垂驱动组件(2-4)中轴承套筒(2-4-15)通过螺钉与内框架(2-2)连接固定；
所述的水平驱动组件(2-3)中的转台水平轴系分驱动轴轴系和游动轴轴系，其中驱动轴轴系的电机(2-3-11)通过螺钉与驱动轴套筒(2-3-18)连接固定，电机(2-3-11)与驱动轴(2-3-13)之间通过联轴器(2-3-12)连接，轴承(2-3-15)两轴承的内外圈之间分别通过压圈(2-3-17)的厚度来调节轴承预紧力，轴承套筒(2-3-16)、轴承(2-3-15)和压圈(2-3-17)通过圆螺母(2-3-14)连接固定，驱动轴(2-3-13)穿过轴承(2-3-15)内圈、压圈(2-3-17)内圈与轴承(2-3-15)内圈达到紧配，驱动轴套筒(2-3-18)通过螺钉与外框架(2-1)连接固定。其中游动轴轴系的游动轴(2-3-25)、轴承(2-3-23)和压圈(2-3-24)通过圆螺母(2-3-22)连接固定，轴承套筒(2-3-26)、轴承(2-3-23)和压圈(2-3-24)通过圆螺母(2-3-22)连接固定，光栅码盘(2-3-21)穿过轴承(2-3-23)后通过圆螺母(2-3-22)连接固定，轴承套筒(2-3-26)通过螺钉与外框架(2-1)连接固定；
其中铅垂驱动组件(2-4)的电机(2-4-11)通过螺钉与铅垂轴套筒(2-4-12)连接固定，电机(2-4-11)与铅垂轴(2-4-13)之间通过联轴器连接，光栅码盘(2-4-14)穿过铅垂轴(2-4-13)后通过螺钉与轴承套筒(2-4-15)连接固定，铅垂轴套筒(2-4-12)通过螺钉与轴承套筒(2-4-15)连接固定，轴承套筒(2-4-15)、轴承(2-4-16)外圈和压圈(2-4-17)外圈通过圆螺母(2-4-18)连接固定，铅垂轴(2-4-13)、轴承(2-4-16)内圈和压圈(2-4-17)内圈通过圆螺母(2-4-18)连接固定，轴承套筒(2-4-15)通过螺钉与内框架(2-2)连接固定；
系统控制单元(3)控制红外辐射模拟单元(1)中的热板(1-1)和冷光阑(1-5)的温度差，其中冷光阑(1-5)上开有不同的光阑孔来模拟不同轨道高度地球红外辐射。姿态模拟单元(2)通过系统控制单元(3)控制水平驱动组件(2-3)的电机(2-3-11)和铅垂驱动组件的电机(2-4-11)带动被测产品相对地球红外辐射模拟单元转动，其中内框架(2-2)转动，来模拟被测产品俯仰角姿态变化，其中外框架(2-1)转动，来模拟被测产品滚动角姿态变化，每根旋转轴上分别安装光栅码盘(2-3-21)和光栅码盘(2-4-14)，实时测量转角的变化，地球模拟器根据光栅码盘(2-3-21)和光栅码盘(2-4-14)采集的反馈值和系统设定值之间的偏差，采用闭环控制方式及时纠正运行偏差，从而实现在面阵红外地球敏感器在地面高精度测试及标定。
CN201710037353.2A 2016-11-04 2017-01-19 一种用于面阵静态红外地球敏感器的高精度地球模拟器 Active CN106706002B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2016211854289 2016-11-04
CN201621185428 2016-11-04

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106706002A true CN106706002A (zh) 2017-05-24
CN106706002B CN106706002B (zh) 2019-05-28

Family

ID=59940165

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201720061397.4U Expired - Fee Related CN206540557U (zh) 2016-11-04 2017-01-19 用于面阵静态红外地球敏感器的高精度地球模拟器
CN201710037353.2A Active CN106706002B (zh) 2016-11-04 2017-01-19 一种用于面阵静态红外地球敏感器的高精度地球模拟器

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201720061397.4U Expired - Fee Related CN206540557U (zh) 2016-11-04 2017-01-19 用于面阵静态红外地球敏感器的高精度地球模拟器

Country Status (1)

Country Link
CN (2) CN206540557U (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN206540557U (zh) * 2016-11-04 2017-10-03 中国科学院上海技术物理研究所 用于面阵静态红外地球敏感器的高精度地球模拟器
CN109552675B (zh) * 2018-12-27 2019-09-03 北京航天长征飞行器研究所 不同轨道高度背景辐射动态模拟方法及装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1757566A (zh) * 2005-10-11 2006-04-12 中国科学院上海技术物理研究所 适合双圆锥扫描式红外地平仪地面检测用的地球模拟器
CN102092488A (zh) * 2010-12-31 2011-06-15 北京控制工程研究所 双弦宽地球模拟器
CN206540557U (zh) * 2016-11-04 2017-10-03 中国科学院上海技术物理研究所 用于面阵静态红外地球敏感器的高精度地球模拟器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1757566A (zh) * 2005-10-11 2006-04-12 中国科学院上海技术物理研究所 适合双圆锥扫描式红外地平仪地面检测用的地球模拟器
CN102092488A (zh) * 2010-12-31 2011-06-15 北京控制工程研究所 双弦宽地球模拟器
CN206540557U (zh) * 2016-11-04 2017-10-03 中国科学院上海技术物理研究所 用于面阵静态红外地球敏感器的高精度地球模拟器

Also Published As

Publication number Publication date
CN206540557U (zh) 2017-10-03
CN106706002B (zh) 2019-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100364857C (zh) 适合双圆锥扫描式红外地平仪地面检测用的地球模拟器
CN101462599B (zh) 静态红外地平仪地面检测用的新型地球模拟器
CN206540557U (zh) 用于面阵静态红外地球敏感器的高精度地球模拟器
CN107741238B (zh) 一种角速率陀螺测试装置
CN102393213A (zh) 天基探测与跟踪成像系统测试装置及测试方法
Chong et al. Cost-effective solar furnace system using fixed geometry Non-Imaging Focusing Heliostat and secondary parabolic concentrator
CN105782458B (zh) 用于复合环境下星敏感器校准装置的动密封装置
CN206540558U (zh) 用于不同线阵红外地球敏感器姿态测量的地球模拟器
CN105067009A (zh) 一种卫星敏感器测试用地面模拟光源装置
CN110606222B (zh) 一种垂吊式火星飞行器单旋翼系统气动特性测试装置
CN111438516A (zh) 用于联轴器对中的自转基座
CN207523959U (zh) 用于线阵红外地球敏感器变轨道极性测量的地球模拟器
CN206410714U (zh) 用于线阵地球敏感器变轨道姿态测量的地球模拟器
CN206281500U (zh) 用于线阵红外地球敏感器姿态测量的地球模拟器
Ban et al. A calibration method for rotary optical encoder temperature error in a rotational inertial navigation system
CN106767909B (zh) 一种用于线阵红外地球敏感器姿态测量的地球模拟器
CN108896069B (zh) 一种真空低温环境下的双轴转台系统
Gonsette et al. AUTODIF: automatic absolute DI measurements
CN210741513U (zh) 一种高精度五轴飞行仿真转台复合轴系
CN114859949A (zh) 卫星远程修复地面仿真装置与方法
CN106481674B (zh) 太阳辐射计多轴扫描装置
CN206410713U (zh) 用于面阵地球敏感器半物理仿真的地球模拟器
CN106828988B (zh) 用于线阵红外地球敏感器变轨道极性测量的地球模拟器
CN105388510B (zh) 一种用于辐射测量器具的角响应控制器
CN117129016B (zh) 用于卫星有效载荷全范围视线确定的地面标定系统及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant