CN113009748B - 一种小行星探测相机的杂光自动抑制系统 - Google Patents

一种小行星探测相机的杂光自动抑制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种小行星探测相机的杂光自动抑制系统，其包括：相机镜筒，所述相机镜筒的外壁上均匀安装有多个第一太阳敏感器；驱动机构，所述驱动机构安装于相机镜筒上；异形遮光罩，所述异形遮光罩安装于驱动机构上；所述驱动机构包括：双列角接触轴承，所述双列角接触轴承的内圈套设在相机镜筒上；安装座，所述安装座安装在位于双列角接触轴承底部的外圈上，所述安装座上安装有驱动组件；从动齿轮，所述从动齿轮安装在位于双列角接触轴承顶部的外圈上，所述从动齿轮与所述驱动组件的输出端啮合连接。本发明根据太阳方位角不断的调整异形遮光罩的角度来遮挡太阳杂光，实现自动对太阳杂光的方位判断和抑制。

Description

一种小行星探测相机的杂光自动抑制系统
技术领域
本发明涉及空间探测技术领域，尤其涉及一种小行星探测相机的杂光自动抑制系统。
背景技术
为了更有效的利用空间，更深入的探索空间，各航天大国都在积极研究空间监视技术。空间监视主要是对探测识别和跟踪特定的空间目标，主要是通过地基观测系统和天基观测系统完成。相比于地基观测系统而言，天基观测系统具有以下显著的优点：不受地理位置和气象条件的约束，并且可以从不同的方位观测目标；天基观测不经过大气衰减，具有比地基观测更高的信噪比；天基观测系统在轨运行，只需要一颗星便能够实现对整个地球同步轨道的覆盖。鉴于天基观测的优点，得到了越来越多的重视。
在深空探测中，小行星探测作为人类进一步探索宇宙和开发利用宇宙资源的一种重要手段，需要不断提高小行星勘探技术来为小行星探测工作提供技术保证。小行星探测相机光学系统设计需要考虑杂散光对光学系统的影响，遮光罩是空间相机光学系统的重要部分，它既能隔绝在观测时接收到的大密度热流，保持空间相机结构的热稳定性，还可以阻止部分地气光和其他杂光进入相机镜头，同时利用表面材料特性，最大限度地吸收进入遮光罩的杂散光，保证较高的成像信噪比，提高相机成像质量。
空间小行星目标反射率低、杂光背景复杂，需要高性能的杂光抑制系统，已有的二级遮光罩通过叠加两个一级遮光罩实现高性能杂光抑制。而该高抑制比消光结构无法实现小型化设计，且遮光罩内部挡光环较多，容易造成长间隔的挡光环间刃边散射光的二次传递。而仅采用异形遮光罩，由于异形遮光罩主要基于杂光入射方向进行设计，因此只能适用于特定类型轨道，无法实现全角度抑制，不能满足小行星绕飞探测阶段的任务要。
发明内容
本发明提供了一种解决对小行星等空间目标进行绕飞探测过程中，会高频率的受到太阳杂光辐照的问题，实现紧凑、高性能的杂光抑制的一种小行星探测相机的杂光自动抑制系统。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：该系统包括：
相机镜筒，所述相机镜筒的第一端安装于探测相机上，所述相机镜筒的外壁上均匀安装有多个第一太阳敏感器；
驱动机构，所述驱动机构安装于相机镜筒的第二端；
异形遮光罩，所述异形遮光罩安装于驱动机构上、且驱动机构能够驱动异形遮光罩沿着探测相机的光轴转动；
所述驱动机构包括：
双列角接触轴承，所述双列角接触轴承的内圈套设在相机镜筒的第二端上；
安装座，所述安装座安装在位于双列角接触轴承底部的外圈上，所述安装座上安装有驱动组件；
从动齿轮，所述从动齿轮安装在位于双列角接触轴承顶部的外圈上，所述从动齿轮与所述驱动组件的输出端啮合连接，所述从动齿轮上远离安装座的一侧安装有安装基座、且安装基座能够随着从动齿轮同步转动，所述异形遮光罩安装于安装基座上。
进一步的，所述驱动组件包括：
步进电机，所述步进电机安装于电机安装座上，所述电机安装座安装于所述安装座的底面上；
传动机构，所述传动机构的输入端与步进电机的输出端传动连接，所述传动机构的输出端与所述从动齿轮啮合连接。
进一步的，所述传动机构包括：
蜗杆，所述蜗杆的输入端通过联轴器与步进电机的输出端传动连接，蜗杆的输出端与蜗轮啮合连接；
齿轮轴，所述齿轮轴的输入端与蜗轮连接、且蜗轮能够带动齿轮轴转动，所述齿轮轴的输出端安装有主动齿轮，主动齿轮与所述从动齿轮啮合连接。
进一步的，所述电机安装座包括：
基座，所述基座安装于所述安装座的底面上，所述齿轮轴穿过该基座；
电机固定座，所述电机固定座安装于基座的顶面、且电机固定座与基座垂直，所述步进电机安装于电机固定座上，且步进电机的输出端穿过该电机固定座；
U形支撑架，所述U形支撑架安装于基座的顶面，且位于电机固定座上远离步进电机的一侧，啮合连接的所述蜗轮和蜗杆安装于U形支撑架上。
进一步的，所述U形支撑架包括半环部和沿着半环部两端向外延伸形成的延伸部，所述半环部和延伸部均与基座的顶面垂直，所述蜗轮安装于半环部内侧，所述蜗杆穿过所述延伸部。
进一步的，所述异形遮光罩包括锥筒状的罩体以及同轴设置在罩体内壁的多个挡光环；所述罩体和挡光环整体由罩体大尺寸端向侧壁设置有切割面，所述切割面和罩体轴线方向夹角小于太阳矢量和罩体轴线方向的夹角。
进一步的，所述安装基座的外圆周上远离所述切割面的一侧具有固定座，所述固定座上安装有第二太阳敏感器。
在上述技术方案中，本发明提供的一种小行星探测相机的杂光自动抑制系统，具有以下有益效果：
1、本系统实现对太阳杂光的自动抑制，而不直接采用二级遮光罩；整体尺寸更为紧凑、重量更轻；
2、在飞行过程中根据太阳方位角不断的调整异形遮光罩的角度来遮挡太阳杂光，实现自动对太阳杂光的方位判断和抑制，能够适应小行星绕飞探测的任务环境，适应性好；
3、可在运动部件表面溅射二硫化钼薄，使接触表面上形成一层固体润滑薄膜，达到长寿命润滑的目的，具有非常高的可靠性；
4、蜗杆与蜗轮构成传动副，并实现一级减速，同时该传动副能够实现自锁，提高整体的可靠性；主动齿轮和从动齿轮构成另一传动副，该另一传动副能够实现二级减速，装配简单、可靠性高。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种小行星探测相机的杂光自动抑制系统的结构示意图；
图2为图1中驱动机构的结构示意图；
图3为图2中驱动组件的传动机构侧结构示意图。
附图标记说明：
10、相机镜筒；11、第一太阳敏感器；
20、探测相机；
30、异形遮光罩；31、罩体；32、挡光环；
40、双列角接触轴承；
50、安装座；
60、从动齿轮；61、安装基座；62、固定座；63、第二太阳敏感器；
70、驱动组件；71、步进电机；72、电机安装座；73、传动机构；
721、基座；722、电机固定座；723、U形支撑架；
7231、半环部；7232、延伸部；
731、蜗杆；732、联轴器；733、蜗轮；734、齿轮轴；735、主动齿轮。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
参见图1-3所示；
本发明实施例所述的一种小行星探测相机的杂光自动抑制系统，该系统包括：
相机镜筒10，所述相机镜筒10的第一端安装于探测相机20上，所述相机镜筒10的外壁上均匀安装有六个第一太阳敏感器11、且相邻的两个第一太阳敏感器11的感光面与探测相机20的光轴之间成60度夹角；
驱动机构，所述驱动机构安装于相机镜筒10的第二端；
异形遮光罩30，所述异形遮光罩30安装于驱动机构上、且驱动机构能够驱动异形遮光罩30沿着探测相机20的光轴转动；
所述驱动机构包括：
双列角接触轴承40，所述双列角接触轴承40的内圈套设在相机镜筒10的第二端上；
安装座50，所述安装座50安装在位于双列角接触轴承40底部的外圈上，所述安装座50上安装有驱动组件70；
从动齿轮60，所述从动齿轮60安装在位于双列角接触轴承40顶部的外圈上，所述从动齿轮60与所述驱动组件70的输出端啮合连接，所述从动齿轮60上远离安装座50的一侧安装有安装基座61、且安装基座61能够随着从动齿轮60同步转动，安装基座61与从动齿轮60为一体加工结构，所述异形遮光罩30安装于安装基座61上。
在小行星绕飞探测阶段，当太阳杂光方向相对探测相机20的光轴方向发生变化时，六个第一太阳敏感器11中位于杂光一侧的第一太阳敏感器11将受到太阳光的照射，并产生相应的电信号；设置在探测相机20上的异形遮光罩调整控制器根据该第一太阳敏感器11的电信号值来计算太阳方位角，结合驱动机构的当前角度值来计算出所需角度调整量；生成驱动组件70控制指令来驱动从动齿轮60带动异形遮光罩30旋转，从而使异形遮光罩30能够完全挡住太阳光，完成杂光抑制(异形遮光罩接收第一太阳敏感器11的电信号值来计算太阳方位角，结合驱动机构的当前角度值来计算出所需角度调整量，并生成驱动组件70控制指令的过程为现有技术)。
本系统实现对太阳杂光的自动抑制，而不直接采用二级遮光罩。整体尺寸更为紧凑、重量更轻；在飞行过程中根据太阳方位角不断的调整异形遮光罩的角度来遮挡太阳杂光，实现自动对太阳杂光的方位判断和抑制，能够适应小行星绕飞探测的任务环境；可在运动部件表面溅射二硫化钼薄，使接触表面上形成一层固体润滑薄膜，达到长寿命润滑的目的，具有非常高的可靠性。
所述驱动组件70包括：
步进电机71，所述步进电机71安装于电机安装座72上，所述电机安装座72安装于所述安装座50的底面上；
传动机构73，所述传动机构73的输入端与步进电机71的输出端传动连接，所述传动机构73的输出端与所述从动齿轮60啮合连接。
步进电机71根据异形遮光罩调整控制器输出的控制指令工作，通过传动机构73带动与其啮合连接的从动齿轮60转动，至异形遮光罩30能够完全挡住太阳光，完成杂光抑制。
所述传动机构73包括：
蜗杆731，所述蜗杆731的输入端通过联轴器732与步进电机71的输出端传动连接，蜗杆731的输出端与蜗轮733啮合连接；
齿轮轴734，所述齿轮轴734的输入端与蜗轮733连接、且蜗轮733能够带动齿轮轴734转动，所述齿轮轴734的输出端安装有主动齿轮735，主动齿轮735与所述从动齿轮60啮合连接。
步进电机71工作时，通过联轴器732带动蜗杆731转动，蜗杆731与蜗轮733啮合连接，并由蜗杆731带动而转动，蜗杆731与蜗轮733构成传动副，并实现一级减速，同时该传动副能够实现自锁，提高整体的可靠性；蜗轮733的转动带动齿轮轴734的转动，进而通过输出端的主动齿轮735带动从动齿轮60转动，主动齿轮735和从动齿轮60构成另一传动副，该另一传动副能够实现二级减速。
所述电机安装座72包括：
基座721，所述基座721安装于所述安装座50的底面上，所述齿轮轴734穿过该基座721；
电机固定座722，所述电机固定座722安装于基座721的顶面、且电机固定座722与基座721垂直，所述步进电机71安装于电机固定座722上、且步进电机71的输出端穿过该电机固定座722；
U形支撑架723，所述U形支撑架723安装于基座721的顶面、且位于电机固定座722上远离步进电机71的一侧，啮合连接的所述蜗轮733和蜗杆731安装于U形支撑架723上。
所述U形支撑架723包括半环部7231和沿着半环部7231两端向外延伸形成的延伸部7232，所述半环部7231和延伸部7232均与基座721的顶面垂直，所述蜗轮733安装于半环部7231内侧，所述蜗杆731穿过所述延伸部7232，有利于U形支撑架723对蜗轮733和蜗杆731进行保护。
所述异形遮光罩30包括锥筒状的罩体31以及同轴设置在罩体31内壁的多个挡光环32；所述罩体31和挡光环32整体由罩体31大尺寸端向侧壁设置有切割面，所述切割面和罩体31轴线方向夹角小于太阳矢量和罩体31轴线方向的夹角。
异形遮光罩30能够阻挡太阳光进入相机镜筒10，需将遮光罩设计成经过切割的斜遮光罩，利用长边对太阳光的遮挡效果，阻断太阳光直接照射进入罩体31内部
所述安装基座61的外圆周上远离所述切割面的一侧具有固定座62，所述固定座62上安装有第二太阳敏感器63。当异形遮光罩30旋转到指定位置后，第二太阳敏感器63在异形遮光罩30挡住太阳光时，会受到太阳光的照射，产生电信号反馈至异形遮光罩调整控制器，从而确定异形遮光罩30已成功遮挡太阳光线。完成杂光自动抑制。
具体的，在小行星绕飞探测阶段，当太阳杂光方向相对光轴方向发生变化时，六个第一太阳敏感器11中位于杂光一侧的第一太阳敏感器11将受到太阳光的照射，并产生相应的电信号。设置在探测相机20上的异形遮光罩调整控制器根据该第一太阳敏感器11的电信号值来计算太阳方位角，结合驱动机构的当前角度值来计算出所需角度调整量；生成驱动组件70控制指令传输给步进电机71工作，步进电机71转动，并通过联轴器732驱动蜗杆731转动，蜗杆731的转动，带动蜗轮733的转动，进而通过与其相适配的齿轮轴734带动主动齿轮735转动，主动齿轮735带动与其啮合连接的从动齿轮60转动，进而带动安装基座61上的异形遮光罩30转动；上述过程中，蜗轮733与蜗杆731构成传动副，并实现减速减速、且具有自锁功能，主动齿轮735与从动齿轮60构成另一传动副，并实现二级减速；当异形遮光罩30旋转到指定位置后，第二太阳敏感器63在异形遮光罩30挡住太阳光时，会受到太阳光的照射，产生电信号反馈至异形遮光罩调整控制器，从而确定异形遮光罩30已成功遮挡太阳光线，完成杂光自动抑制。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (5)

1.一种小行星探测相机的杂光自动抑制系统，其特征在于，该系统包括：
相机镜筒(10)，所述相机镜筒(10)的第一端安装于探测相机(20)上，所述相机镜筒(10)的外壁上均匀安装有多个第一太阳敏感器(11)；
驱动机构，所述驱动机构安装于相机镜筒(10)的第二端；
异形遮光罩(30)，所述异形遮光罩(30)安装于驱动机构上、且驱动机构能够驱动异形遮光罩(30)沿着探测相机(20)的光轴转动；
所述驱动机构包括：
双列角接触轴承(40)，所述双列角接触轴承(40)的内圈套设在相机镜筒(10)的第二端上；
安装座(50)，所述安装座(50)安装在位于双列角接触轴承(40)底部的外圈上，所述安装座(50)上安装有驱动组件(70)；
从动齿轮(60)，所述从动齿轮(60)安装在位于双列角接触轴承(40)顶部的外圈上，所述从动齿轮(60)与所述驱动组件(70)的输出端啮合连接，所述从动齿轮(60)上远离安装座(50)的一侧安装有安装基座(61)，且安装基座(61)能够随着从动齿轮(60)同步转动，所述异形遮光罩(30)安装于安装基座(61)上；
所述异形遮光罩(30)包括锥筒状的罩体(31)以及同轴设置在罩体(31)内壁的多个挡光环(32)；所述罩体(31)和挡光环(32)整体由罩体(31)大尺寸端向侧壁设置有切割面，所述切割面和罩体(31)轴线方向夹角小于太阳矢量和罩体(31)轴线方向的夹角；
所述安装基座(61)的外圆周上远离所述切割面的一侧具有固定座(62)，所述固定座(62)上安装有第二太阳敏感器(63)，当异形遮光罩(30)旋转到指定位置后，第二太阳敏感器(63)在异形遮光罩(30)挡住太阳光时，会受到太阳光的照射，产生电信号反馈至异形遮光罩调整控制器，从而确定异形遮光罩(30)已成功遮挡太阳光线，完成杂光自动抑制。
2.根据权利要求1所述的一种小行星探测相机的杂光自动抑制系统，其特征在于，所述驱动组件(70)包括：
步进电机(71)，所述步进电机(71)安装于电机安装座(72)上，所述电机安装座(72)安装于所述安装座(50)的底面上；
传动机构(73)，所述传动机构(73)的输入端与步进电机(71)的输出端传动连接，所述传动机构(73)的输出端与所述从动齿轮(60)啮合连接。
3.根据权利要求2所述的一种小行星探测相机的杂光自动抑制系统，其特征在于，所述传动机构(73)包括：
蜗杆(731)，所述蜗杆(731)的输入端通过联轴器(732)与步进电机(71)的输出端传动连接，蜗杆(731)的输出端与蜗轮(733)啮合连接；
齿轮轴(734)，所述齿轮轴(734)的输入端与蜗轮(733)连接，且蜗轮(733)能够带动齿轮轴(734)转动，所述齿轮轴(734)的输出端安装有主动齿轮(735)，主动齿轮(735)与所述从动齿轮(60)啮合连接。
4.根据权利要求3所述的一种小行星探测相机的杂光自动抑制系统，其特征在于，所述电机安装座(72)包括：
基座(721)，所述基座(721)安装于所述安装座(50)的底面上，所述齿轮轴(734)穿过该基座(721)；
电机固定座(722)，所述电机固定座(722)安装于基座(721)的顶面、且电机固定座(722)与基座(721)垂直，所述步进电机(71)安装于电机固定座(722)上、且步进电机(71)的输出端穿过该电机固定座(722)；
U形支撑架(723)，所述U形支撑架(723)安装于基座(721)的顶面、且位于电机固定座(722)上远离步进电机(71)的一侧，啮合连接的所述蜗轮(733)和蜗杆(731)安装于U形支撑架(723)上。
5.根据权利要求4所述的一种小行星探测相机的杂光自动抑制系统，其特征在于，所述U形支撑架(723)包括半环部(7231)和沿着半环部(7231)两端向外延伸形成的延伸部(7232)，所述半环部(7231)和延伸部(7232)均与基座(721)的顶面垂直，所述蜗轮(733)安装于半环部(7231)内侧，所述蜗杆(731)穿过所述延伸部(7232)。
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