CN107014590B - 一种用于卫星光学载荷测试的悬浮面光源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了涉及一种用于卫星光学载荷测试的悬浮面光源，该装置采用无人飞行器将面光源悬浮成像载荷上方，避免了接触式面光源重量限制及供电安全问题，同时避免非接触式金属支架面光源的支架倾倒安全隐患；采用悬停监测装置对面光源支架的安全状态、稳定性进行实时监测，在出现危险时，发出警报或者采取紧急关机措施，大大提高了可靠性；配置有减震隔垫，保证了面光源支架在异常坠落情况下，弹性落于卫星舱板，避免对整星及载荷设备造成物理撞击伤害。该设备结构安装简易、通用性强、供电方式对整星无安全危害，具有较强的可操作性和推广价值。

Description

一种用于卫星光学载荷测试的悬浮面光源

技术领域

本发明涉及一种用于卫星光学载荷测试的悬浮面光源，特别适用于卫星整星地面测试阶段，载荷入光口垂直向上的被测设备的成像载荷测试，属于卫星测试设备领域。

背景技术

根据任务和构型设计，一类光学成像载荷在地面装星后，载荷入光口即载荷光轴与地面平行，见图1，一类光学成像载荷在地面装星后，载荷入光口即载荷光轴与地面垂直并向上，见图2。整星测试时，需要给光学成像载荷提供面光源，作为定性分析的光源输入，对于第一类载荷形式，采用地面放置面光源或者平行光管或者景物模拟器作为输入，对于第二类载荷形式，光源放置于整星上方。针对第二类载荷形式，普遍应用的两种面光源：一种是接触式，将光源直接放置于载荷入光口，见图3，该装置弊端在于由于面光源需要与整星直接接触，需考虑光源重量对整星舱板及载荷承重限制，同时需考虑光源电源对整星供电的安全隐患，第二种是非接触式，将光源放置于架子上，架子、光源与整星不接触，架子四角放置于地面上，见图4，该装置的弊端在于整星测试阶段总装要求支架类设备与整星安全距离为2m，同时考虑光源放置于架子顶面，架子的材质要保持足够强度，因此该支架重量和尺寸较大，类似龙门吊或者悬臂梁，不便于测试应用，同时支架存在倾倒的隐患，对整星安全造成威胁。上述两种面光源都需要安装，使用起来都不方便。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种结构安装简易、通用性强、供电方式对整星无安全危害的用于卫星光学载荷测试的悬浮面光源。

本发明的技术解决方案是：一种用于卫星光学载荷测试的悬浮面光源，其特征在于包括面光源供电电源、面光源、支架、N个无人飞行器、无人飞行器控制台和悬停监测装置，N≥1，面光源供电电源、面光源、N个无人飞行器和悬停监测装置均安装在支架上，面光源嵌入面光源支架中央，N个无人飞行器均匀分布在支架上方，与支架可拆卸连接，其中：

面光源供电电源，用于为面光源提供供电信号；

面光源，在供电信号驱动下，发出特定光谱，用于卫星光学载荷测试；

N个无人飞行器，接收无人飞行器控制台发送的运动轨迹控制信号，在其驱动下带动面光源支架移动或悬停在被测卫星光学载荷正上方，接收紧急关机信号，在其控制下停止运动；

无人飞行器控制台，为无线遥控设备，接收外部控制指令，所述外部控制指令包括运动控制指令、悬停监测开关指令、紧急关机指令，根据运动控制指令产生相应的运动轨迹控制信号发送至无人飞行器，根据悬停监测开关指令向悬停监测装置发送监测使能信号，根据紧急关机指令产生紧急关机信号制动无人飞行器；同时，监测各无人飞行器电量、供电状态，在电量不足、供电异常的情况下发出警报；

悬停监测装置，接收无人飞行器控制台发送的监测使能信号，当监测使能信号“有效”时，对面光源支架的安全状态和悬停稳定性进行监测，当面光源支架处于“不安全”状态或者悬停稳定性异常情况，发出警报，并同时发送紧急关机指令至无人飞行器控制台，当监测使能信号“无效”时，不工作。

所述悬浮面光源还包括减震隔垫，所述减震隔垫固定安装在面光源支架下方，用于防止悬停于载荷入光口上方的支架异常坠落，对整星或载荷设备造成物理撞击伤害。

所述面光源供电电源(4)由供电控制装置和蓄电池组组成，蓄电池组为面光源供电，供电控制装置用于监测面光源蓄电池组电量和供电状态，当蓄电池组电量不足或供电异常时，发出警报。

所述无人飞行器为旋翼无人机。

所述支架为框架结构。

所述特定光谱为可见光、近红外光或者紫外光。

所述悬停监测装置包括M个测距模块、加速度测量模块、控制模块，M≥6，其中：

M个测距模块，安装在面光源支架的边缘不同测试点，实时测量测试点与不同方向物体的距离，并发送至控制模块；

加速度测量模块，实时测量面光源支架三个轴向的加速度，并发送至控制模块；

控制模块，接收无人飞行器控制台发送的监测使能信号，当监测使能信号“无效”时，不工作，当监测使能信号“有效”时，对面光源支架的安全状态和悬停稳定性进行监测：

当面光源支架各测试点与任一方向物体的距离小于预设的安全距离时，认为面光源支架处于“不安全”状态；

当面光源支架任一轴向的加速度超过预设门限时，认为面光源支架悬停稳定性异常；

当面光源支架处于“不安全”状态或者悬停稳定性异常情况，发出警报。

本发明与现有技术相比有益效果为：

(1)、本发明采用无人飞行器将面光源悬浮于成像载荷上方，避免了接触式面光源重量限制及供电安全问题，同时避免非接触式金属支架面光源的支架倾倒安全隐患，该设备结构安装简易、面光源通用性强、供电方式对整星无安全危害，具有较强的可操作性和推广价值。

(3)、本发明所采用的无人飞行器可以是但不限于旋翼无人机，旋翼无人机性能优异，改装简单，成本可控，根据面光源支架重量和大小，在满足稳定可靠前提下，可适应性增减无人飞行器数量用来提高或降低支架承载能力。

(4)、本发明采用悬停监测装置对面光源支架的安全状态、稳定性进行实时监测，在出现危险时，发出警报或者采取紧急关机措施，大大提高了可靠性。

(5)、本发明设置多个报警装置可及时获取支架安全状态，采取措施保证安全性及可靠性。

(6)、本发明中面光源支架可根据实际载荷入光口形状，适应性改造而不必改变面光源的结构及电子学，通用性更强。

(7)、本发明配置有减震隔垫，保证了面光源支架在异常坠落情况下，弹性落于卫星舱板，避免对整星及载荷设备造成物理撞击伤害。

附图说明

图1为整星测试是载荷入光口与地面平行示意图；

图2为整星测试是载荷入光口与地面垂直并向上示意图；

图3为接触式光源支架示意图；

图4为非接触式光源支架示意图；

图5为面光源支架各部分位置示意图；

图6为本发明面光源各功能模块控制流图；

图7为面光源支架工作示意图。

具体实施方式：

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。

一般卫星光学载荷入光口方向一般指垂直地面向上，要想对其进行测试需要在其载荷入光口上方布置一个面光源。本发明提供了一种卫星光学载荷测试的悬浮面光源，如图5所示，该悬浮面光源包括支架2、面光源供电电源4、面光源3、8个无人飞行器1、无人飞行器控制台5、悬停监测装置6和减震隔垫7，面光源供电电源、面光源3、减震隔垫、无人飞行器1和悬停监测装置都固定在支架2上，其中，面光源3嵌入面光源支架2中央，无人飞行器1均匀分布在支架2上方，与支架2固定连接，无人飞行器控制台5为无线遥控设备，与支架分离，通过无线方式与8个无人飞行器和悬停监测装置进行通信。为了减轻重量，所述支架为框架结构。

如图6所示，所述悬浮面光源各个模块功能如下：

(1)、面光源供电电源

面光源供电电源4用于为面光源提供供电信号，由供电控制装置和蓄电池组组成，蓄电池组为面光源供电，供电控制装置用于监测面光源蓄电池组电量和供电状态，当蓄电池组电量不足或供电异常时，发出警报。

(2)、面光源

面光源3在供电信号驱动下，发出特定光谱，用于卫星光学载荷测试，所述特定光谱为可见光、近红外光或者紫外光。可以根据测试的需要选择合适的面光源。当面光源的形状与支架框架结构不匹配时，可以增加一个与支架框架结构相匹配的工装，将面光源安装于支架上。

(3)无人飞行器

接收无人飞行器控制台发送的运动轨迹控制信号，在其驱动下带动面光源支架2移动或悬停在被测卫星光学载荷正上方；接收紧急关机信号，在其控制下停止运动。

所述无人飞行器可以采用旋翼无人机，旋翼无人机性能优异，改装简单，成本可控，根据面光源支架重量和大小，在满足稳定可靠前提下，可适应性增减无人飞行器数量用来提高或降低支架承载能力。

(4)、无人飞行器控制台

无人飞行器控制台5接收外部控制指令，所述外部控制指令包括运动控制指令、悬停监测开关指令、紧急关机指令，其中紧急关机指令由悬停监测装置发出，其他指令可以由人工发出。根据运动控制指令产生相应的运动轨迹控制信号发送至无人飞行器1，根据悬停监测开关指令向悬停监测装置发送监测使能信号，根据紧急关机指令制动无人飞行器1；监测各无人飞行器1电量、供电状态，在电量不足、供电异常的情况下发出警报。

(5)、悬停监测装置

悬停监测装置由M个测距模块、加速度测量模块、控制模块组成，M≥6，其中：

M个测距模块，安装在面光源支架的边缘不同测试点，实时测量测试点与上、下、左、右、前、后多个不同方向物体的距离，并发送至控制模块；

加速度测量模块，实时测量面光源支架三个轴向的加速度，并发送至控制模块；

控制模块，接收无人飞行器控制台发送的监测使能信号，当监测使能信号“无效”时，不工作，当监测使能信号“有效”时，对面光源支架的安全状态和悬停稳定性进行监测：

当面光源支架各测试点与任一方向物体的距离小于预设的安全距离时，认为面光源支架处于“不安全”状态；

当面光源支架任一轴向的加速度超过预设门限时，认为面光源支架悬停稳定性异常；

当面光源支架处于“不安全”状态或者悬停稳定性异常情况，发出警报，并同时发送紧急关机指令至无人飞行器控制台。

(6)、减震隔垫

减震隔垫用于防止悬停于载荷入光口上方的面光源支架异常坠落，对整星或载荷设备造成物理撞击伤害，一般减震隔垫选取绝缘材料，厚度不低于面光源遮光罩凸出支架高度，也就是保证支架一旦落下了，减震隔垫先接触顶板即可。

卫星光学载荷测试过程中，上述面光源的具体操作方式为：

(1)、将支架2的结构框架与减震隔垫7相连接，将面光源供电设备4的供电控制装置和蓄电池组用线缆连接，并与面光源3连接，将面光源3和面光源供电设备4安装在支架2的结构框架上，将若干个无人飞行器1与支架2连接。

(2)、使用面光源供电设备4将面光源3开启，用无人飞行器控制台5遥控面面光源支架从地面位置飞行并悬停于载荷入光口处，安全距离0.5m，如图7所示。

(3)、面光源供电设备4中供电控制装置监测面光源蓄电池组电量和供电状态，在电量不足或供电异常情况下，发出警报；无人机飞行器控制台5监测无人飞行器1电量、供电状态和悬停稳定性状态，在电量不足、供电异常或悬停稳定性异常情况下，发出警报。

(4)、当发生步骤3所述异常情况时，利用无人飞行器控制台5控制无人飞行器1将面光源支架移动至地面，完成面光源3检修、电源更换或无人飞行器1检修、电源更换，完成后，重复步骤2。

(5)、测试完成后，利用无人飞行器控制台5控制无人飞行器1将面光源支架移动至地面，关闭电源。

本发明方法可在光学卫星整星测试中推广应用。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种用于卫星光学载荷测试的悬浮面光源，其特征在于包括面光源供电电源(4)、面光源(3)、支架(2)、N个无人飞行器(1)、无人飞行器控制台(5)和悬停监测装置(6)，N≥1，面光源供电电源(4)、面光源(3)、N个无人飞行器(1)和悬停监测装置均安装在支架(2)上，面光源嵌入支架(2)中央，N个无人飞行器(1)均匀分布在支架(2)上方，与支架(2)可拆卸连接，其中：

面光源供电电源(4)，用于为面光源提供供电信号；

面光源(3)，在供电信号驱动下，发出特定光谱，用于卫星光学载荷测试；

N个无人飞行器(1)，接收无人飞行器控制台发送的运动轨迹控制信号，在其驱动下带动支架(2)移动或悬停在被测卫星光学载荷正上方，接收紧急关机信号，在其控制下停止运动；

无人飞行器控制台(5)，为无线遥控设备，接收外部控制指令，所述外部控制指令包括运动控制指令、悬停监测开关指令、紧急关机指令，根据运动控制指令产生相应的运动轨迹控制信号发送至无人飞行器(1)，根据悬停监测开关指令向悬停监测装置发送监测使能信号，根据紧急关机指令产生紧急关机信号制动无人飞行器(1)；同时，监测各无人飞行器(1)电量、供电状态，在电量不足、供电异常的情况下发出警报；

悬停监测装置，接收无人飞行器控制台发送的监测使能信号，当监测使能信号“有效”时，对支架的安全状态和悬停稳定性进行监测，当支架处于“不安全”状态或者悬停稳定性异常情况，发出警报，并同时发送紧急关机指令至无人飞行器控制台，当监测使能信号“无效”时，不工作。

2.根据权利要求1所述的一种用于卫星光学载荷测试的悬浮面光源，其特征在于还包括减震隔垫(7)，所述减震隔垫固定安装在支架(2)下方，用于防止悬停于载荷入光口上方的支架异常坠落，对整星或载荷设备造成物理撞击伤害。

3.根据权利要求1所述的一种用于卫星光学载荷测试的悬浮面光源，其特征在于所述面光源供电电源(4)由供电控制装置和蓄电池组组成，蓄电池组为面光源供电，供电控制装置用于监测面光源蓄电池组电量和供电状态，当蓄电池组电量不足或供电异常时，发出警报。

4.根据权利要求1所述的一种用于卫星光学载荷测试的悬浮面光源，其特征在于所述无人飞行器为旋翼无人机。

5.根据权利要求1所述的用于卫星光学载荷测试的悬浮面光源，其特征在于所述支架为框架结构。

6.根据权利要求1所述的用于卫星光学载荷测试的悬浮面光源，其特征在于所述特定光谱为可见光、近红外光或者紫外光。

7.根据权利要求1所述的用于卫星光学载荷测试的悬浮面光源，其特征在于所述悬停监测装置包括M个测距模块、加速度测量模块、控制模块，M≥6，其中：

M个测距模块，安装在支架的边缘不同测试点，实时测量测试点与不同方向物体的距离，并发送至控制模块；

加速度测量模块，实时测量支架三个轴向的加速度，并发送至控制模块；

控制模块，接收无人飞行器控制台发送的监测使能信号，当监测使能信号“无效”时，不工作，当监测使能信号“有效”时，对支架的安全状态和悬停稳定性进行监测：

当支架各测试点与任一方向物体的距离小于预设的安全距离时，认为支架处于“不安全”状态；

当支架任一轴向的加速度超过预设门限时，认为支架悬停稳定性异常；

当支架处于“不安全”状态或者悬停稳定性异常情况，发出警报。