CN110595506B - 一种星光仿真测试中仪器自主对准装置及对准方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的星光仿真测试中仪器自主对准装置及方法，在仿真测试前能够自主完成对准功能，无需人为参与；对准过程的控制由星光模拟计算机完成，且三维转台及星敏感器固定工装可以适应较大尺寸范围内的被测试设备，对被测试设备的影响小；该装置和方法能够保证在测试过程中，星敏感器输出的姿态信息与星光模拟器的姿态信息保持一致，从而保证测试的准确性和测试效率。

Description

一种星光仿真测试中仪器自主对准装置及对准方法
技术领域
本发明涉及天文导航技术领域，特别涉及一种星光仿真测试中仪器自主对准装置及对准方法。
背景技术
星敏感器是星光导航中精度最高、最常用的姿态测量敏感器，是通过观测星光矢量定姿的设备。在设备研制和测试过程中不可能都进行实时星空的拍摄，而且拍摄星空也无法覆盖到全部天区，因而动态星光模拟器成为星敏感器地面功能测试的主要设备。动态星光模拟器是主要是用于测试星敏感器的全天自主识别成功率和跟踪能力，在利用星光模拟器进行半实物仿真测试时，星光模拟器与星敏感器的位置关系通常会随机摆放，此时，星敏感器输出的姿态角会与星图模拟时的视轴指向及姿态角虽然大致相近，但存在一定的偏差，尤其是对于高纬度仿真条件，姿态角误差会更大，此时，通过姿态信息已经无法反映星敏感器识别的正确性或姿态的有效性。
发明内容
有鉴如此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种可保证测试的准确性和测试效率的星光仿真测试中仪器自主对准装置及对准方法。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种星光仿真测试中仪器自主对准装置，包括：光学隔震平台、三维转台、星敏感器、星光模拟控制计算机以及星光模拟器，所述星敏感器固定于所述三维转台的中心位置，所述三维转台及所述星光模拟器均安装于所述光学隔震平台上，所述星敏感器的入瞳中心与所述星光模拟器出瞳的中心在同一高度，所述三维转台、星敏感器及星光模拟器通过与所述星光模拟控制计算机信号连接，所述星光模拟器控制计算机产生的模拟星点显示在所述星光模拟器中，所述星敏感器经过成像后，提取图像中的星点位置坐标，发送到所述星光模拟控制计算机，所述星光模拟控制计算机根据星点的位置调节所述三维转台的转动角度，以使所述星敏感器的光轴与所述星光模拟器的光轴平行，且与所述星光模拟器在滚转方向的偏差趋近为0。
在一些较佳的实施例中，所述隔震平台为气浮式隔震平台。
在一些较佳的实施例中，所述三维转台可实现方位、俯仰及横滚三个方向的转动。
在一些较佳的实施例中，还包括星敏感器固定工装，所述星敏感器固定工装安装于所述三维转台的表面，所述星敏感器固定工装将所述星敏感器固定于三维转台的中心位置。
另外，本发明还提供了一种星光仿真测试中仪器自主对准装置的对准方法，包括下述步骤：
步骤S110：所述星光模拟控制计算机控制所述星光模拟器发出可构成十字丝的4个星点目标，其中2个星点位于x轴上，另外2个星点位于y轴上，所述十字丝的交叉点与所述星光模拟器的坐标系原点o重合；
步骤S120：所述星敏感器对星光模拟器成像后，提取图像中的4个星点目标，并计算十字丝交叉点o与星敏感器主点的脱靶量，并将提取的星点目标位置信息及脱靶量发送给所述星光模拟控制计算机；
步骤S130：所述星光模拟控制计算机根据所述星点目标位置信息及脱靶量计算所述三维转台方位、俯仰、滚转的转动量，并驱动所述三维转台转动，使星光自主完成对准。
在一些较佳的实施例中，在步骤S110中，所述星敏感器对星光模拟器成像后，提取图像中的4个星点目标，并计算十字丝交叉点o与星敏感器主点的脱靶量的步骤中，具体包括下述步骤：
所述星敏感器对星光模拟器成像后，提取图像中的4个星点目标，计算由4个星点目标构成的2条交叉线AC、BD形成的交叉点o的坐标，结合星敏感器的主点坐标Occd，得到交叉点o的坐标相对于主点坐标Occd的脱靶量。
在一些较佳的实施例中，在步骤S130中，所述星光模拟控制计算机根据所述星点目标位置信息及脱靶量计算所述三维转台方位、俯仰、滚转的转动量，并驱动所述三维转台转动，使星光自主完成对准的步骤中，具体包括下述步骤：
步骤S131：所述星光模拟控制计算机根据所述星点目标位置信息，计算由4个星点目标AC、BD构成的十字丝相对于理想坐标系的脱靶量、滚转角，并将所述脱靶量转换得到的方位、俯仰角与滚转角发送给所述三维转台使其反向转动，以减小三维角度偏差，并趋近于0；
步骤S132：所述星光模拟控制计算机根据所述星敏感器发送的脱靶量驱动所述三维转台方位、俯仰角度的转动；
步骤S133：重复步骤S131和S132使所述星敏感器最终发送的脱靶量结果与所述三维转台的角度分辨率持平或者脱靶量不大于1个像元，以使所述十字丝交叉点o与Occd重合；
步骤S134：重复步骤S131和S132，根据所述三维转台的角度分辨率及精度信息，直到所述滚转角的偏差与所述三维转台的角度分辨率持平，以使所述十字丝BD方向平行于Xccd轴。
本发明采用上述技术方案的优点是：
本发明提供的星光仿真测试中仪器自主对准装置及对准方法在仿真测试前能够自主完成对准功能，无需人为参与；对准过程的控制由星光模拟计算机完成，且三维转台及星敏感器固定工装可以适应较大尺寸范围内的被测试设备，对被测试设备的影响小；该装置和方法能够保证在测试过程中，星敏感器输出的姿态信息与星光模拟器的姿态信息保持一致，从而保证测试的准确性和测试效率。
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，下面将对实施例或现有技术描述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它的附图。
图1为本发明提供的星光仿真测试中仪器自主对准装置的结构示意图。
图2为本发明提供的星光仿真测试中仪器自主对准装置的步骤流程。
图3为本发明提供的星模拟器发出的星图。
图4为本发明提供的转台调整前星敏感器采集到的星图。
图5为本发明提供的转台调整后星敏感器采集到的星图。
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它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
请参阅图1，为本发明提供的一种星光仿真测试中仪器自主对准装置的结构示意图，包括：光学隔震平台110、三维转台120、星敏感器130、星光模拟控制计算机140以及星光模拟器150，所述星敏感器130固定于所述三维转台120的中心位置，所述三维转台120及所述星光模拟器150均安装于所述光学隔震平台110上，所述星敏感器130的入瞳中心与所述星光模拟器150出瞳的中心在同一高度，所述三维转台120、星敏感器130及星光模拟器150通过与所述星光模拟控制计算机140信号连接。
在一些较佳的实施例中，所述隔震平台110可以选用气浮式隔震平台，由于隔震平台110可以选用气浮式，结构稳定可靠，且能够轻松调节。
在一些较佳的实施例中，所述三维转台120可实现方位、俯仰及横滚三个方向的转动。
在一些较佳的实施例中，所述星光仿真测试中仪器自主对准装置还包括星敏感器固定工装160，所述星敏感器固定工装160安装于所述三维转台120的表面，所述星敏感器固定工装160将所述星敏感器130固定于三维转台120的中心位置。
本发明提供的星光仿真测试中仪器自主对准装置，所述星光模拟器控制计算机140产生的模拟星点显示在所述星光模拟器150中，所述星敏感器150经过成像后，提取图像中的星点位置坐标，发送到所述星光模拟控制计算机140，所述星光模拟控制计算机140根据星点的位置调节所述三维转台120的转动角度，以使所述星敏感器130的光轴与所述星光模拟器150的光轴平行，且与所述星光模拟器150在滚转方向的偏差趋近为0。
本发明提供的星光仿真测试中仪器自主对准装置，在仿真测试前能够自主完成对准功能，无需人为参与，对准过程的控制由星光模拟计算机完成，且三维转台及星敏感器固定工装可以适应较大尺寸范围内的被测试设备，对被测试设备的影响小，该装置能够保证在测试过程中，星敏感器输出的姿态信息与星光模拟器的姿态信息保持一致，从而保证测试的准确性和测试效率。
实施例二
请参阅图2，为本发明实施例提供的星光仿真测试中仪器自主对准装置的对准方法，包括下述步骤：
步骤S110：所述星光模拟控制计算机140控制所述星光模拟器150发出可构成十字丝的4个星点目标，其中2个星点位于x轴上，另外2个星点位于y轴上，所述十字丝的交叉点与所述星光模拟器的坐标系原点o重合。
具体地，假设星敏感器130的视场为(θ,δ)，星光模拟器130以光轴为z方向，xoy平面原点为O(0，0)，分别在x轴上模拟两个距离较远的星点，如
Figure BDA0002206925550000061
Figure BDA0002206925550000062
在y轴上模拟两个星点，如
Figure BDA0002206925550000063
共计4个星点A、B、C、D，星光模拟器150发出的星点图像如图3所示。
需要说明的是，4个星点的位置不是必须在本实施例中所列举的位置，只需保证星点目标A、C在y轴上，星点目标B、D在x轴上，相对原点O对称即可。
步骤S120：所述星敏感器130对星光模拟器150成像后，提取图像中的4个星点目标，并计算十字丝交叉点o与星敏感器130主点的脱靶量，并将提取的星点目标位置信息及脱靶量发送给所述星光模拟控制计算机140。
可以理解，星敏感器130采集图像后，大多数情况下，并不是理想的十字丝与坐标轴平行、且交叉点落在星敏感器130的主点上，如图4所示，星点目标BD的连线不平行于Xccd轴，提取图像中的4个星点目标，计算由4个星点目标构成的2条交叉线AC、BD形成的交叉点o的坐标，结合星敏感130的主点坐标Occd，得到交叉点o的坐标相对于主点坐标Occd的脱靶量，然后，星敏感器130将4个星点目标坐标及脱靶量结果发送到星光模拟控制计算机140。
步骤S130：所述星光模拟控制计算机140根据所述星点目标位置信息及脱靶量计算所述三维转台120方位、俯仰、滚转的转动量，并驱动所述三维转台120转动，使星光自主完成对准。
在一些较佳的实施例中，在步骤S130中，所述星光模拟控制计算机140根据所述星点目标位置信息及脱靶量计算所述三维转台120方位、俯仰、滚转的转动量，并驱动所述三维转台120转动，使星光自主完成对准的步骤中，具体包括下述步骤：
步骤S131：所述星光模拟控制计算机根据所述星点目标位置信息，计算由4个星点目标AC、BD构成的十字丝相对于理想坐标系的脱靶量、滚转角，并将所述脱靶量转换得到的方位、俯仰角与滚转角发送给所述三维转台使其反向转动，以减小三维角度偏差，并趋近于0；
步骤S132：所述星光模拟控制计算机根据所述星敏感器发送的脱靶量驱动所述三维转台方位、俯仰角度的转动；
步骤S133：重复步骤S131和S132使所述星敏感器最终发送的脱靶量结果与所述三维转台的角度分辨率持平或者脱靶量不大于1个像元，以使所述十字丝交叉点o与Occd重合；
步骤S134：重复步骤S131和S132，根据所述三维转台的角度分辨率及精度信息，直到所述滚转角的偏差与所述三维转台的角度分辨率持平，以使所述十字丝BD方向平行于Xccd轴。
请参阅图5，为星敏感器130的成像效果，即可停止调整，并锁紧三维转台120。
本发明提供的星光仿真测试中仪器自主对准方法，在仿真测试前能够自主完成对准功能，无需人为参与，对准过程的控制由星光模拟计算机完成，且三维转台及星敏感器固定工装可以适应较大尺寸范围内的被测试设备，对被测试设备的影响小，该装置能够保证在测试过程中，星敏感器输出的姿态信息与星光模拟器的姿态信息保持一致，从而保证测试的准确性和测试效率。
当然本发明的星光仿真测试中仪器自主对准装置还可具有多种变换及改型，并不局限于上述实施方式的具体结构。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。

Claims (6)

1.一种星光仿真测试中仪器自主对准装置的对准方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤S110：星光模拟控制计算机控制星光模拟器发出可构成十字丝的4个星点目标，其中2个星点位于x轴上，另外2个星点位于y轴上，所述十字丝的交叉点与所述星光模拟器的坐标系原点o重合；
步骤S120：星敏感器对星光模拟器成像后，提取图像中的4个星点目标，并计算十字丝交叉点o与星敏感器主点的脱靶量，并将提取的星点目标位置信息及脱靶量发送给所述星光模拟控制计算机；
步骤S130：所述星光模拟控制计算机根据所述星点目标位置信息及脱靶量计算三维转台方位、俯仰、滚转的转动量，并驱动所述三维转台转动，使星光自主完成对准；
在步骤S130中，所述星光模拟控制计算机根据所述星点目标位置信息及脱靶量计算所述三维转台方位、俯仰、滚转的转动量，并驱动所述三维转台转动，使星光自主完成对准的步骤中，具体包括下述步骤：
步骤S131：所述星光模拟控制计算机根据所述星点目标位置信息，计算由4个星点目标AC、BD构成的十字丝相对于理想坐标系的脱靶量、滚转角，并将所述脱靶量转换得到的方位、俯仰角与滚转角发送给所述三维转台使其反向转动，以减小三维角度偏差，并趋近于0；
步骤S132：所述星光模拟控制计算机根据所述星敏感器发送的脱靶量驱动所述三维转台方位、俯仰角度的转动；
步骤S133：重复步骤S131和S132使所述星敏感器最终发送的脱靶量结果与所述三维转台的角度分辨率持平或者脱靶量不大于1个像元，以使所述十字丝交叉点o与Occd重合；
步骤S134：重复步骤S131和S132，根据所述三维转台的角度分辨率及精度信息，直到所述滚转角的偏差与所述三维转台的角度分辨率持平，以使所述十字丝BD方向平行于Xccd轴。
2.如权利要求1所述的一种星光仿真测试中仪器自主对准装置的对准方法，其特征在于，在步骤S120 中，所述星敏感器对星光模拟器成像后，提取图像中的4个星点目标，并计算十字丝交叉点o与星敏感器主点的脱靶量的步骤中，具体包括下述步骤：
所述星敏感器对星光模拟器成像后，提取图像中的4个星点目标，计算由4个星点目标构成的2条交叉线AC、BD形成的交叉点o的坐标，结合星敏感器的主点坐标Occd，得到交叉点o的坐标相对于主点坐标Occd的脱靶量。
3.如权利要求1所述的一种星光仿真测试中仪器自主对准装置的对准方法，其特征在于，所述星光仿真测试中仪器自主对准装置包括：光学隔震平台、三维转台、星敏感器、星光模拟控制计算机以及星光模拟器，所述星敏感器固定于所述三维转台的中心位置，所述三维转台及所述星光模拟器均安装于所述光学隔震平台上，所述星敏感器的入瞳中心与所述星光模拟器出瞳的中心在同一高度，所述三维转台、星敏感器及星光模拟器通过与所述星光模拟控制计算机信号连接，
所述星光模拟器控制计算机产生的模拟星点显示在所述星光模拟器中，所述星敏感器经过成像后，提取图像中的星点位置坐标，发送到所述星光模拟控制计算机，所述星光模拟控制计算机根据星点的位置调节所述三维转台的转动角度，以使所述星敏感器的光轴与所述星光模拟器的光轴平行，且与所述星光模拟器在滚转方向的偏差趋近为0。
4.如权利要求3所述的一种星光仿真测试中仪器自主对准装置的对准方法，其特征在于，所述隔震平台为气浮式隔震平台。
5.如权利要求3所述的一种星光仿真测试中仪器自主对准装置的对准方法，其特征在于，所述三维转台可实现方位、俯仰及横滚三个方向的转动。
6.如权利要求3所述的一种星光仿真测试中仪器自主对准装置的对准方法，其特征在于，还包括星敏感器固定工装，所述星敏感器固定工装安装于所述三维转台的表面，所述星敏感器固定工装将所述星敏感器固定于三维转台的中心位置。
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