CN110109229A - 一种野外自动化点光源靶标装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种野外自动化点光源靶标装置。包括太阳敏感器组件、反射镜组件、姿态调整组件、GPS模块和远程控制系统，反射镜中心法线与太阳敏感组件的光轴平行；姿态调整组件包括安装板以及安装在安装板上的U型叉臂、方向调节机构和俯仰调节机构，U型叉臂的两臂之间安装有反射镜组件；俯仰调节机构调节反射镜的俯仰角度；方向调节机构通过驱动U型叉臂在垂直方向上旋转实现对反射镜方向的调节；远程控制系统根据太阳敏感器感知到的太阳方向和GPS模块确定位置信息，控制方向调节机构和俯仰调节机构对反射镜组件的方向和俯仰角度进行调节，实现了对点光源靶标装置的自动调节，同时，远程控制系统还可以通过远程通信模块执行远程指令等。

Description

一种野外自动化点光源靶标装置

技术领域

本发明涉及航天遥感技术领域，特别是涉及一种野外自动化点光源靶标装置。

背景技术

辐射定标是航天载荷遥感数据定量化应用的关键技术，星载遥感器在轨定标方法主要有星上定标和替代定标。星上定标无论采用标准灯与积分球方法，还是太阳漫射板，都是将地面实验室辐射基准作为星上定标参考，存在向国际单位溯源的难题，而且卫星发射过程中的冲击和加速度等影响没有有效的监测手段，在发射后将完全依赖自身的稳定性来保障其预期精度。光学遥感卫星基于地面目标的替代定标是业务化遥感卫星在轨绝对定标与遥感数据定量化应用的主要技术手段。国内外相继发展了基于沙漠、海洋、冰雪等伪不变目标的定标方法，并已成功应用于LANDSAT、SPOT、MODIS、FY、CBERS和ZY等系列卫星的在轨辐射定标与检校，均取得了良好的应用效果，但是各种算法的特点和适用性存在一定的差异，且容易受场地地理位置及天气状况等因素限制，使得遥感器定标周期长、机会少、效率低。针对近年快速发展的高分辨率光学卫星，国内外发展了基于人工靶标的在轨定标方法，可以实现航天遥感卫星高精度的在轨定标应用与性能检测，但是大面积靶标的运输、布设、维护等需要耗费大量的人力物力财力，不适应于航天光学遥感载荷无人值守的自动化定标应用与性能检测。点光源靶标作为光学遥感卫星传感器在轨定标的人工检测参照目标，通常布设于视野开阔，人烟稀少的偏远地区，同时为了应对雨雪、沙尘等恶劣天气影响，急需一种可野外长期安置的、无人值守的、远程控制的自动化点光源装置，实现无人值守条件下高频次、高精度的业务化、自动化定标，同时具备恶劣天气防护与反射镜保护的防护罩装置，以对点光源装置光学性能进行防护。

发明内容

本发明的目的是提供一种可野外长期安置的、无人值守的、远程控制的自动化点光源靶标装置。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种野外自动化点光源靶标装置，包括：

太阳敏感器组件，固定在反射镜组件上，包括太阳敏感器，所述太阳敏感器用于感知太阳的方位；

反射镜组件，包括反射镜，所述反射镜中心法线与所述太阳敏感组件的光轴平行；

姿态调整组件，包括安装板以及安装在所述安装板上的U型叉臂、方向调节机构和俯仰调节机构，所述U型叉臂的两臂之间安装有所述反射镜组件，且所述反射镜组件的两端均通过转轴连接在所述U型叉臂的臂上，所述U型叉臂的两臂中均安装有轴承，所述转轴安装在所述轴承中；所述俯仰调节机构，与所述转轴连接，用于驱动所述转轴在水平方向上转动；所述方向调节机构，与所述U型叉臂的底部连接，用于驱动所述U型叉臂在垂直方向上旋转；

支撑机构，用于对所述姿态调整组件进行支撑；

GPS模块；和

远程控制系统，用于根据所述太阳敏感器感知到的太阳方向和所述GPS模块确定位置信息，控制所述方向调节机构和所述俯仰调节机构对所述反射镜组件的方向和俯仰角度进行调节，以及执行远程指令。

可选的，所述野外自动化点光源靶标装置还包括调平机构，所述调平机构连接于所述姿态调整组件与所述支撑机构之间，所述调平机构包括底座和多个丝杆，所述底座安装在所述支撑构件上，所述丝杆的一端与底座螺纹连接，另一端通过法兰与所述姿态调整组件的底部连接。

可选的，所述野外自动化点光源靶标装置还包括防护罩组件，所述防护罩组件罩在所述太阳敏感器组件、所述反射镜组件、所述姿态调整组件和所述远程控制系统的外部，所述防护罩组件包括防护罩底壳和防护罩顶盖，所述防护罩底壳和所述防护罩顶盖铰接。

可选的，所述防护罩组件还包括：

合页，用于将所述防护罩底壳和所述防护罩顶盖铰接；和

开闭驱动机构，与所述合页的转轴连接，用于驱动所述合页的转轴转动，且所述开闭驱动机构受所述远程控制系统控制。

可选的，所述防护罩组件还包括：位置开关，用于在所述防护罩顶盖到达闭合位置或到达打开位置时动作，以停止所述开闭驱动机构的运行。

可选的，所述防护罩组件还包括：托架，用于在所述防护罩顶盖打开时，托住所述防护罩顶盖。

可选的，所述方向调节机构包括方位伺服电机和方位涡轮蜗杆减速机，所述方位伺服电机通过同步带驱动所述方位涡轮蜗杆减速机；所述方位涡轮蜗杆减速机的输出端与所述U型叉臂的底部连接。

可选的，所述俯仰调节机构包括俯仰伺服电机和俯仰涡轮蜗杆减速机，所述俯仰伺服电机通过同步带驱动所述俯仰涡轮蜗杆减速机；所述俯仰涡轮蜗杆减速机的输出端与所述反射镜组件一端的所述转轴连接。

可选的，所述反射镜组件还包括反射镜架框，所述反射镜安装于所述反射镜架框内，所述反射镜架框上设置有所述转轴。

可选的，所述太阳敏感器组件还包括衰减片，衰减片安装于太阳敏感器镜头的前端。

根据本发明提供的发明内容，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的野外自动化点光源靶标装置包括太阳敏感器组件、反射镜组件、姿态调整组件、GPS模块和远程控制系统；反射镜中心法线与太阳敏感组件的光轴平行；姿态调整组件包括安装板以及安装在安装板上的U型叉臂、方向调节机构和俯仰调节机构，U型叉臂的两臂之间安装有反射镜组件；俯仰调节机构调节反射镜的俯仰角度；方向调节机构通过驱动U型叉臂在垂直方向上旋转实现对反射镜方向的调节；远程控制系统根据太阳敏感器感知到的太阳方向和GPS模块确定位置信息，控制方向调节机构和俯仰调节机构对反射镜组件的方向和俯仰角度进行调节，实现了对点光源靶标装置的自动调节，同时，远程控制系统还可以通过远程通信模块执行远程指令等。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中野外自动化点光源靶标装置结构示意图；

图2为本发明实施例中防护罩组件的结构示意图；

图3为本发明实施例中反射镜组件的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种可野外长期安置的、无人值守的、远程控制的自动化点光源靶标装置。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供的野外自动化点光源靶标装置包括：太阳敏感器组件1、反射镜组件2、姿态调整组件3、GPS模块和远程控制系统9。

太阳敏感器组件1，固定在反射镜组件2上，包括太阳敏感器，太阳敏感器用于感知太阳的方位；

反射镜组件2，包括反射镜，反射镜中心法线与太阳敏感组件的光轴平行；

姿态调整组件3，包括安装板以及安装在安装板上的U型叉臂、方向调节机构和俯仰调节机构，U型叉臂的两臂之间安装有反射镜组件2，且反射镜组件2的两端均通过转轴连接在U型叉臂的臂上，U型叉臂的两臂中均安装有轴承，该轴承安装在轴承座中，转轴安装在轴承中；俯仰调节机构，与转轴连接，用于驱动转轴在水平方向上转动；方向调节机构，与U型叉臂的底部连接，用于驱动U型叉臂在垂直方向上旋转；

GPS模块；

远程控制系统9，用于根据太阳敏感器感知到的太阳方向和GPS模块确定位置信息，驱动方向调节机构和俯仰调节机构对反射镜组件2的方向和俯仰角度进行调节，以及通过无线模块8与远程控制端进行通信，执行远程指令。其中，远程控制系统9可以内置于姿态调整组件3中。

在上述实施例的基础上，作为本发明的一个实施例，本发明提供的野外自动化点光源靶标装置还包括支撑机构6，用于对姿态调整组件3进行支撑，该支撑机构6可以为立柱，但不限于立柱的形式，凡是可以起到支撑作用的构件均可以作为本发明的支撑机构6。

作为本发明的一个实施例，上述实施例中的俯仰调节机构包括俯仰伺服电机和俯仰涡轮蜗杆减速机，俯仰伺服电机通过同步带驱动俯仰涡轮蜗杆减速机；俯仰涡轮蜗杆减速机的输出端与反射镜组件2的一端的转轴连接，该转轴通过U型叉臂中的轴承安装在U型叉臂上。

俯仰调节机构还包括编码器，其中，编码器用于测量俯仰涡轮蜗杆减速机的输出端的旋转角度，该编码器与远程控制系统9连接。

作为本发明的一个实施例，上述实施例中的方向调节机构包括方位伺服电机和方位涡轮蜗杆减速机，方位伺服电机通过同步带驱动方位涡轮蜗杆减速机；方位涡轮蜗杆减速机的输出端与U型叉臂的底部连接。方向调节机构还包括编码器，其中，编码器用于测量方位涡轮蜗杆减速机的输出端的旋转角度，该编码器与远程控制系统9连接。

作为本发明的一个实施例，野外自动化点光源靶标装置还包括调平机构5，调平机构5连接于姿态调整组件3与支撑机构6之间，调平机构5包括底座和多个丝杆，底座通过法兰安装在支撑构件上，丝杆的一端与底座螺纹连接，另一端通过法兰与姿态调整组件3的底部连接。

作为本发明的一个实施例，野外自动化点光源靶标装置还包括防护罩组件，防护罩组件罩在太阳敏感器组件1、反射镜组件2、姿态调整组件3和远程控制系统9的外部，防护罩组件包括防护罩底壳4和防护罩顶盖10，防护罩底壳4和防护罩顶盖10铰接。防护罩底壳4安装于立柱(支撑机构6)上端法兰面。

作为本发明的一个实施例，如图2所示，上述实施例中的防护罩组件还包括：合页13和开闭驱动机构。

合页13用于将防护罩底壳4和防护罩顶盖10铰接；

开闭驱动机构与合页13的转轴11一端连接，用于驱动合页13的转轴11转动，且开闭驱动机构受远程控制系统9控制。其中，开闭驱动机构包括步进电机和电机减速装置12，电机减速装置12的输出端与合页13的转轴11一端连接。步进电机通过控制器与远程控制系统9相连接。合页13转轴11的另一端安装有位置开关，位置开关用于在防护罩顶盖10到达闭合位置或到达打开位置时动作，以停止开闭驱动机构的运行。位置开关安装固定于合页13转轴11轴承的支撑座上，转动轴承上固定有指针，位置开关安装在开关安装架上，在防护罩顶盖10与防护罩底壳4关闭与打开两个状态对应的转动轴承指针位置分别安装有接近开关与极限开关(有接近开关与极限开关均为位置开关)，开关均与远程控制系统9相连接。

作为本发明的一个实施例，上述实施例中的防护罩组件还包括：托架7，托架7用于在防护罩顶盖10打开时，托住防护罩顶盖10，托架7安装于支撑机构6上，防护罩顶盖10打开时防护罩顶盖10可放置于后端的托架7上。

作为本发明的一个实施例，上述实施例中的反射镜组件还包括反射镜架框，反射镜安装于反射镜架框内，反射镜架框上设置有转轴，如图3所示，多个反射镜15安装于反射镜架框14内。

作为本发明的一个实施例，上述实施例中的太阳敏感器组件还包括衰减片，衰减片安装于太阳敏感器镜头的前端。

本发明的野外自动化点光源靶标装置还包括用于提供电源的电池。

上述实施例中的远程控制系统通过无线或有线网络来实现装置的远程操控，远程控制系统的硬件电路包含伺服电机控制、编码器读取、远程控制信息与状态反馈、GPS信号读取、防护罩步进电机控制与开关状态检测等相关的硬件电路。

本发明具有以下优势：

1、本装置安装反射镜来作为点光源靶标，用于航天遥感载荷的辐射定标与像质评价；

2、本装置内置GPS模块与控制系统，自动获取装置架设点的地理位置信息并解算太阳运行轨迹，进而驱动伺服电机与减速机构带动反射镜运转，并通过编码器构成闭环控制系统，自动跟踪太阳进行点光源靶标装置的自校准；

3、本装置具备网络接口、无线WIFI模块与远程控制系统，同时具备雨雪、沙尘天气防护功能的防护罩，可以实现无人值守情况下的远程控制操作，可通过客户端-服务器模式控制防护罩开关与装置运转；

4、本装置创造性地采用太阳敏感器对恒星太阳运行轨迹的连续跟踪成像，实现装置俯仰轴与方位轴间正交性、反射镜中心法向与太阳敏感器光轴平行性等坐标系间的精确标定，进而实现该点光源装置高精度的空间指向；

5、本装置采用姿态可调的反射镜组件作为目标，可以安装不同数量反射镜单元以适应不同分辨率的航天载荷，同时反射镜的镜面反射率在太阳反射波段至中红外甚至热红外波段都具有较好的光谱平坦性，可以在全谱段范围内实现航天遥感载荷的在轨辐射定标与像质评价。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种野外自动化点光源靶标装置，其特征在于，包括：

太阳敏感器组件，固定在反射镜组件上，包括太阳敏感器，所述太阳敏感器用于感知太阳的方位；

反射镜组件，包括反射镜，所述反射镜中心法线与所述太阳敏感组件的光轴平行；

姿态调整组件，包括安装板以及安装在所述安装板上的U型叉臂、方向调节机构和俯仰调节机构，所述U型叉臂的两臂之间安装有所述反射镜组件，且所述反射镜组件的两端均通过转轴连接在所述U型叉臂的臂上，所述U型叉臂的两臂中均安装有轴承，所述转轴安装在所述轴承中；所述俯仰调节机构，与所述转轴连接，用于驱动所述转轴在水平方向上转动；所述方向调节机构，与所述U型叉臂的底部连接，用于驱动所述U型叉臂在垂直方向上旋转；

支撑机构，用于对所述姿态调整组件进行支撑；

GPS模块；和

远程控制系统，用于根据所述太阳敏感器感知到的太阳方向和所述GPS模块确定位置信息，控制所述方向调节机构和所述俯仰调节机构对所述反射镜组件的方向和俯仰角度进行调节，以及执行远程指令。

2.根据权利要求1所述的野外自动化点光源靶标装置，其特征在于，所述野外自动化点光源靶标装置还包括调平机构，所述调平机构连接于所述姿态调整组件与所述支撑机构之间，所述调平机构包括底座和多个丝杆，所述底座安装在所述支撑构件上，所述丝杆的一端与底座螺纹连接，另一端通过法兰与所述姿态调整组件的底部连接。

3.根据权利要求1所述的野外自动化点光源靶标装置，其特征在于，所述野外自动化点光源靶标装置还包括防护罩组件，所述防护罩组件罩在所述太阳敏感器组件、所述反射镜组件、所述姿态调整组件和所述远程控制系统的外部，所述防护罩组件包括防护罩底壳和防护罩顶盖，所述防护罩底壳和所述防护罩顶盖铰接。

4.根据权利要求3所述的野外自动化点光源靶标装置，其特征在于，所述防护罩组件还包括：

合页，用于将所述防护罩底壳和所述防护罩顶盖铰接；和

开闭驱动机构，与所述合页的转轴连接，用于驱动所述合页的转轴转动，且所述开闭驱动机构受所述远程控制系统控制。

5.根据权利要求4所述的野外自动化点光源靶标装置，其特征在于，所述防护罩组件还包括：位置开关，用于在所述防护罩顶盖到达闭合位置或到达打开位置时动作，以停止所述开闭驱动机构的运行。

6.根据权利要求1所述的野外自动化点光源靶标装置，其特征在于，所述防护罩组件还包括：托架，用于在所述防护罩顶盖打开时，托住所述防护罩顶盖。

7.根据权利要求1所述的野外自动化点光源靶标装置，其特征在于，所述方向调节机构包括方位伺服电机和方位涡轮蜗杆减速机，所述方位伺服电机通过同步带驱动所述方位涡轮蜗杆减速机；所述方位涡轮蜗杆减速机的输出端与所述U型叉臂的底部连接。

8.根据权利要求1所述的野外自动化点光源靶标装置，其特征在于，所述俯仰调节机构包括俯仰伺服电机和俯仰涡轮蜗杆减速机，所述俯仰伺服电机通过同步带驱动所述俯仰涡轮蜗杆减速机；所述俯仰涡轮蜗杆减速机的输出端与所述反射镜组件一端的所述转轴连接。

9.根据权利要求1所述的野外自动化点光源靶标装置，其特征在于，所述反射镜组件还包括反射镜架框，所述反射镜安装于所述反射镜架框内，所述反射镜架框上设置有所述转轴。

10.根据权利要求1所述的野外自动化点光源靶标装置，其特征在于，所述太阳敏感器组件还包括衰减片，衰减片安装于太阳敏感器镜头的前端。