CN108981748A - 一种原子鉴频转盘测速精度测试方法及系统 - Google Patents

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方宝东
黄庆龙
陈晓
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Abstract

本发明提供了一种原子鉴频测速仪精度测试方法，首先调试激光器，激光器发射单频点激光光束，光束通过准直镜打到转盘上；调试转盘使之开始转动，转盘上的光码盘敏感通、暗刻线造成的脉冲信号，对转盘上光码盘中的信号处理得到转盘速度的理论值；当码盘转动时，经转盘反射的激光出射频点发生多普勒频移，反射的光束通过望远镜和准直镜导入原子鉴频测速仪中；对原子鉴频测速仪中的信号解算得到转盘运动速度的测量值；将原子鉴频测速仪中解算的测量值与光码盘中解算的理论值对比，得到原子鉴频测速仪的精度。本发明解决了原子鉴频测速仪的精度问题。

Description

一种原子鉴频转盘测速精度测试方法及系统
技术领域
本发明涉及原子鉴频测速技术，具体为一种原子鉴频转盘测速精度测试方法及系统。
背景技术
原子鉴频测速仪是深空探测卫星实现自主高精度导航的重要保证。原子鉴频测速仪利用光学多普勒效应测量观测者相对于太阳/恒星的视向运动速度。原子鉴频测速方法基于原子自身的能级跃迁，光谱稳定性高，对振动等环境因素不敏感，使得原子鉴频测速仪具有视向速度测量准确度高的特点。
原子鉴频测速仪同时透过目标光源的夫琅和费谱线两翼的红、蓝双峰。当目标与原子鉴频测速仪之间无相对运动时，红、蓝两翼强度相等；当两者相对接近时，红翼强度增加，蓝翼强度减弱；当两者相对远离时，红翼强度减弱，蓝翼强度增加。利用这种相对运动与红蓝翼强度的关系，反演得到目标相对原子鉴频测速仪的相对运动速度。
原子鉴频光谱测速仪可以测量卫星相对太阳/恒星的相对运动速度，在深空探测领域具有重要的工程应用价值。
发明内容
为了确定原子鉴频测速仪的精度，本发明提供了一种原子鉴频转盘测速精度测试方法及系统，通过对比原子鉴频测速仪和转盘上的光码盘测得的转盘转速值，得到原子鉴频测速仪的精度。
为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：
一种原子鉴频测速仪精度测试方法，包括如下步骤：
步骤1：调试激光器，激光器发射单频点激光光束，光束通过准直镜打到转盘上；
步骤2、调试转盘使之开始转动，转盘上的光码盘敏感通、暗刻线造成的脉冲信号，对转盘上光码盘中的信号处理得到转盘速度的理论值；
步骤3、当码盘转动时，经转盘反射的激光出射频点发生多普勒频移，反射的光束通过望远镜和准直镜导入原子鉴频测速仪中；
步骤4、对原子鉴频测速仪中的信号解算得到转盘运动速度的测量值。
步骤5、将原子鉴频测速仪中解算的测量值与光码盘中解算的理论值对比，得到原子鉴频测速仪的精度。
进一步地，光码盘的信号处理方法为：所述光码盘输出信号以TTL电平输出，通过局域峰值法和二值法进行数据处理；局域峰值法是根据输出脉冲信号的局部峰值，通过峰-峰值变化确定脉冲信号频率；二值化法则是根据将输出脉冲信号视作高电平(+1)、低电平(-1)，通过电平变化规律确定脉冲信号频率。
进一步地，当所述的转盘开始转动时，经转盘反射的激光频率会发生多普勒频移，导致原子鉴频测速仪蓝翼支谱线能量下降，通过计算蓝翼支谱线能量差异，获得谱线频移量，利用多普勒原理可以解算出此时转盘的转速。
本发明还提供了一种原子鉴频转盘测速精度测试系统，所述的测试系统由激光器、准直镜、转盘、光码盘、原子鉴频测速仪、信号处理计算机、光纤组成；激光器用于产生单频点原子光谱；所述的转盘通过转动提供相对运动速度；准直镜用于保证光束的准直性；光码盘用于测试转盘速度；原子鉴频测速仪则通过敏感光强的变化解算出转盘的运动速度；激光器、光纤及准直镜构成平台1；转盘和光码盘构成平台2；望远镜、准直镜、原子鉴频测速仪构成平台3。
本发明具有以下有益效果：
本发明解决了原子鉴频测速仪的精度问题。本发明的试验方法中，原子鉴频测速仪接收经过转盘反射的激光信号，通过处理激光信号光强变化，解算出转盘转速的测量值，同时利用转盘上的光码盘测量转盘转动速度作为转盘转速的理论值。将原子鉴频测速仪得到的转盘转速测量值与转盘转速理论值对比，得到原子鉴频测速仪的精度。
附图说明
图1为本发明实施例一种原子鉴频转盘测速精度测试系统的示意图。
图2为本发明实施例中的光码盘示意图。
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所示，本发明实施例提供了一种原子鉴频转盘测速精度测试系统，该测试系统由激光器、准直镜、转盘、光码盘、原子鉴频测速仪、信号处理计算机、光纤等部分组成。所述的激光器用于产生单频点原子光谱；所述的转盘通过转动提供相对运动速度；所述的准直镜用于保证光束的准直性；所述的光码盘用于测试转盘速度，45扇区的光码盘如图2所示；所述的原子鉴频测速仪则通过敏感光强的变化解算出转盘的运动速度。所述的激光器、光纤及准直镜构成平台1；所述的转盘和光码盘构成平台2；所述的望远镜、准直镜、原子鉴频测速仪构成平台3。
所述光码盘输出信号以TTL电平输出，通过局域峰值法和二值法进行数据处理。所述的局域峰值法是根据输出脉冲信号的局部峰值，通过峰-峰值变化确定脉冲信号频率；所述的二值化法则是根据将输出脉冲信号视作高电平(+1)、低电平(-1)，通过电平变化规律确定脉冲信号频率,进而解算得到转盘的转动速度，作为理论参考值。
当所述的转盘开始转动时，经转盘反射的激光频率会发生多普勒频移，导致原子鉴频测速仪蓝翼支谱线能量下降，通过计算蓝翼支谱线能量差异，获得谱线频移量，利用多普勒原理可以解算出此时转盘的转速。
原子鉴频转盘测速精度测试具体测试步骤为：
步骤1：调试激光器，激光器发射单频点激光光束，光束通过准直镜打到转盘上；
步骤2、调试转盘使之开始转动，转盘上的光码盘敏感通、暗刻线造成的脉冲信号，对转盘上光码盘中的信号处理得到转盘速度的理论值；
步骤3、当码盘转动时，经转盘反射的激光出射频点发生多普勒频移，反射的光束通过望远镜和准直镜导入原子鉴频测速仪中；
步骤4、对原子鉴频测速仪中的信号解算得到转盘运动速度的测量值。
步骤5、将原子鉴频测速仪中解算的测量值与光码盘中解算的理论值对比，得到原子鉴频测速仪的精度。
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 (4)

1.一种原子鉴频测速仪精度测试方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：调试激光器，激光器发射单频点激光光束，光束通过准直镜打到转盘上；
步骤2、调试转盘使之开始转动，转盘上的光码盘敏感通、暗刻线造成的脉冲信号，对转盘上光码盘中的信号处理得到转盘速度的理论值；
步骤3、当码盘转动时，经转盘反射的激光出射频点发生多普勒频移，反射的光束通过望远镜和准直镜导入原子鉴频测速仪中；
步骤4、对原子鉴频测速仪中的信号解算得到转盘运动速度的测量值；
步骤5、将原子鉴频测速仪中解算的测量值与光码盘中解算的理论值对比，得到原子鉴频测速仪的精度。
2.根据权利要求1所述的原子鉴频测速仪精度测试方法，其特征在于：光码盘的信号处理方法为：所述光码盘输出信号以TTL电平输出，通过局域峰值法和二值法进行数据处理；局域峰值法是根据输出脉冲信号的局部峰值，通过峰-峰值变化确定脉冲信号频率；二值化法则是根据将输出脉冲信号视作高电平(+1)、低电平(-1)，通过电平变化规律确定脉冲信号频率。
3.根据权利要求1所述的原子鉴频测速仪中的信号处理方法，其特征在于：当所述的转盘开始转动时，经转盘反射的激光频率会发生多普勒频移，导致原子鉴频测速仪蓝翼支谱线能量下降，通过计算蓝翼支谱线能量差异，获得谱线频移量，利用多普勒原理可以解算出此时转盘的转速。
4.一种原子鉴频转盘测速精度测试系统，其特征在于：所述的测试系统由激光器、准直镜、转盘、光码盘、原子鉴频测速仪、信号处理计算机、光纤组成；激光器用于产生单频点原子光谱；所述的转盘通过转动提供相对运动速度；准直镜用于保证光束的准直性；光码盘用于测试转盘速度；原子鉴频测速仪则通过敏感光强的变化解算出转盘的运动速度；激光器、光纤及准直镜构成平台；转盘和光码盘构成平台；望远镜、准直镜、原子鉴频测速仪构成平台。
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