CN106767902B - 一种星敏感器主点测量装置及其方法 - Google Patents

一种星敏感器主点测量装置及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种星敏感器主点测量装置及其方法，该装置包含：水平设置的主轴；旋转台，其套置在主轴上，包含间隔设置的安装台及支撑台，安装台和支撑台绕主轴旋转，且所述的星敏感器设置在安装台台面上；位置调整电机组件，其与旋转台相连，用于调整旋转台的竖直及水平方向位移若干对微调组件，其设置在安装台与支撑台之间，微调组件调节安装台的倾角，使得星敏感器光轴和平行光管光轴共线。本发明通过实验装调的方法，得到星敏感器主点的坐标。提高标定精度，从而减少星敏感器的低频误差。

Description

一种星敏感器主点测量装置及其方法
技术领域
本发明特别涉及一种星敏感器主点测量装置及其方法。
背景技术
星敏感器是卫星平台用于姿态控制的关键部件，具有姿态测量精度高，无漂移，测量姿态连续等优点。星敏感器的工作原理是：当星敏感器光轴指向星空中的某一区域时，恒星通过星敏感器的光学系统在探测器上投影得到弥散像斑；通过星图处理算法提取星点信息,与导航星库中的星点信息进行匹配；最后解算出星敏感器在天球坐标系下的三轴姿态角。
在星敏感器投入使用前，需要对星敏感器的焦距、主点坐标以及镜头畸变等参数进行标定。主点坐标是星光垂直入射，在星敏感器探测器面上成像的质心坐标。主点坐标作为星敏感器标定的一项重要内部参数，对标定精度的影响很大。现阶段主要的主点测试方法为：通过建立标定模型，如图2所示；进行标定实验采集星点质心坐标，最后计算得到主点坐标。
现有的主点测试方法存在的问题是：
a)将质心坐标代入标定模型计算得到的主点坐标不精确，由标定模型和计算误差引入误差。
b)由于星敏感器在转台上的安装偏差，使得星敏感器光轴和平行光管光轴不共线，影响主点坐标的估计精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种星敏感器主点测量装置及其方法，通过实验装调的方法，得到星敏感器主点的坐标，提高标定精度，从而减少星敏感器的低频误差。
为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种星敏感器主点测量装置，其特点是，包含：
水平设置的主轴；
旋转台，其套置在主轴上，包含间隔设置的安装台及支撑台，所述的安装台和支撑台绕主轴旋转，且所述的星敏感器设置在安装台台面上；
位置调整电机组件，其与旋转台相连，用于调整旋转台的竖直及水平方向位移
若干对微调组件，其设置在安装台与支撑台之间，所述的微调组件调节安装台的倾角，使得所述的星敏感器光轴和平行光管光轴共线。
所述的位置调整电机组件包含：平移电机和升降电机；
所述的平移电机驱动支撑台的水平移动；
所述的升降电机驱动支撑台的上下运动。
所述的微调组件包含电动螺丝刀和弹簧。
所述的安装台和支撑台通过陶瓷角接触轴承套置在所述的主轴上。
一种星敏感器主点测量方法，其特点是，该方法包含如下步骤：
S1，将星敏感器装载在安装台台面上，调节升降电机和平移电机，使得星敏感器光轴与安装台台面中心轴的交点和平行光管光轴与安装台台面中心轴的交点重合；
S2，微调组件调节安装台的倾角，使得所述的星敏感器光轴和平行光管光轴的倾角α为0，得到主点坐标。
所述的步骤S2具体包含：
S2.1，安装台和支撑台绕着主轴旋转360°；
S2.2，采集星点质心坐标，得到质心的运动轨迹，判断星点质心运动轨迹是否满足预设的要求，若不满足预设的要求，α≠0，需要进一步调节安装台的倾角；
S2.3，通过微调组件调节安装台的倾角；
S2.4，重复步骤S2.1和S2.2，直到α＝0，此时平行光管的入射平行光垂直于星敏感器像面，得到主点坐标。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、旋转台面材料的选取，使装置具有较高的支撑和回转精度，同时双层台面结构，使得在调整台面和旋转过程中更稳定。
2、旋转主轴使用精密陶瓷角接触轴承，可满足旋转台面倾角回转时±3 ″的精度要求。
3、微调装置包含电动电动螺丝刀和弹簧，电动螺丝刀可以控制旋转台面的倾角，弹簧使得旋转台面在微调以及转圈时保持稳定。
附图说明
图1为本发明一种星敏感器主点测量装置的主视图；
图2为本发明一种星敏感器主点测量装置的侧视图；
图3为星敏感器标定模型图；
图4为星敏感器光轴和平行光管光轴示意图。
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、2所示，一种星敏感器主点测量装置，包含：水平设置的主轴1；旋转台，其套置在主轴上，包含间隔设置的安装台21及支撑台22，所述的安装台21和支撑台22绕主轴1旋转，且星敏感器4设置在安装台21台面上，台面经研磨处理，平面度优于0.02mm；位置调整电机组件，其与旋转台相连，用于调整旋转台的竖直及水平方向位移；2对微调组件3，其设置在安装台21与支撑台22之间，所述的微调组件调节安装台21的倾角，使得所述的星敏感器光轴和平行光管5光轴共线。
上述的位置调整电机组件包含：平移电机6和升降电机7；所述的平移电机6与支撑台22相连，控制支撑台22的水平移动；所述的升降电机7与支撑台22相连，控制支撑台22的上下运动。
每个微调组件包含电动螺丝刀31和弹簧32，通过调节水平和竖直方向两个电动螺丝刀31来调整旋转台面的倾角，弹簧32用于安装台台面的稳定支撑。
上述的安装台21和支撑台22通过精密陶瓷角接触轴承套置在所述的主轴上，对支承轴进行精磨加工，可满足于旋转台面倾角回转时±3″的精度要求。同时主轴的结构充分考虑了它的承载能力，主轴承采用能承受较大轴向力和径向力角接触球轴承，整个装置具有很好的刚性，当台面上施加20Kg 的载荷时，不会影响其使用精度。
根据图3的标定模型可知，主点为入射光线和星敏感器光轴共线时，星光在星敏感器探测器上的像点。实际情况如图4，入射光线和星敏感器光轴不共线：不仅星敏感器光轴与安装台台面中心轴的交点和平行光管光轴与安装台台面中心轴的交点相距Δd，而且存在一个星敏感器光轴和平行光管光轴的倾角α。结合测试主点坐标的实际过程，来详细介绍本发明装置的测量方法：
S1，将星敏感器装载在安装台台面上，调节升降电机和平移电机，使得星敏感器光轴与安装台台面中心轴的交点和平行光管光轴与安装台台面中心轴的交点重合；将主点测试装置安装在标定用二维转台内框上。平行光管光轴和星敏感器光轴相距Δd，在实际的寻找主点测试过程中，使用平移电机和升降电机对Δd进行修正。平移电机采用滚珠导轨，升降电机采用两根圆柱形导轨，丝杆滑块传动，步进电机驱动。调节升降电机和平移电机，从而调整星敏感器竖直和水平方向的位置，直到Δd＝0。此时平行光管光轴与星敏感器光轴对齐。
S2，在对齐平行光管光轴与星敏感器光轴后，两者还存在一个倾角α，微调组件调节安装台的倾角，使得所述的星敏感器光轴和平行光管光轴的倾角α为0，得到主点坐标。
上述的步骤S2具体包含：
S2.1，安装台和支撑台绕着主轴旋转360°；
S2.2，使用数据处理计算机采集星点质心坐标，得到质心的运动轨迹，判断星点质心运动轨迹是否满足预设的要求，若不满足预设的要求，α≠0，需要进一步调节安装台的倾角；
S2.3，通过微调组件调节安装台的倾角，通过调节水平和竖直方向两个电动螺丝刀来调整旋转台面的倾角，弹簧用于旋转台面的稳定支撑；
S2.4，重复步骤S2.1和S2.2，直到α＝0，此时平行光管的入射平行光垂直于星敏感器像面，得到主点坐标。
综上所述，本发明一种星敏感器主点测量装置及其方法，通过实验装调的方法，得到星敏感器主点的坐标。提高标定精度，从而减少星敏感器的低频误差。
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 (5)

1.一种星敏感器主点测量方法，其特征在于，该方法包含如下步骤：
S1，将星敏感器装载在安装台台面上，调节升降电机和平移电机，使得星敏感器光轴与安装台台面中心轴的交点和平行光管光轴与安装台台面中心轴的交点重合；
S2，微调组件调节安装台的倾角，使得所述的星敏感器光轴和平行光管光轴的倾角α为0，得到主点坐标；
所述的步骤S2具体包含：
S2.1，安装台和支撑台绕着主轴旋转360°；
S2.2，采集星点质心坐标，得到质心的运动轨迹，判断星点质心运动轨迹是否满足预设的要求，若不满足预设的要求，α≠0，需要进一步调节安装台的倾角；
S2.3，通过微调组件调节安装台的倾角；
S2.4，重复步骤S2.1和S2.2，直到α=0，此时平行光管的入射平行光垂直于星敏感器像面，得到主点坐标。
2.一种星敏感器主点测量装置，其特征在于，该装置采用如权利要求1所述的星敏感器主点测量方法实现的，所述装置包含：水平设置的主轴；
旋转台，其套置在主轴上，包含间隔设置的安装台及支撑台，所述的安装台和支撑台绕主轴旋转，且所述的星敏感器设置在安装台台面上；
位置调整电机组件，其与旋转台相连，用于调整旋转台的竖直及水平方向位移；
若干对微调组件，其设置在安装台与支撑台之间，所述的微调组件调节安装台的倾角，使得所述的星敏感器光轴和平行光管光轴共线。
3.如权利要求2所述的星敏感器主点测量装置，其特征在于，所述的位置调整电机组件包含：平移电机和升降电机；
所述的平移电机驱动支撑台的水平移动；
所述的升降电机驱动支撑台的上下运动。
4.如权利要求2所述的星敏感器主点测量装置，其特征在于，所述的微调组件包含电动螺丝刀和弹簧。
5.如权利要求2所述的星敏感器主点测量装置，其特征在于，所述的安装台和支撑台通过陶瓷角接触轴承套置在所述的主轴上。
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