CN115060227B - 卫星在轨视轴指向变化高精度测量的组合夹角测量方法 - Google Patents

卫星在轨视轴指向变化高精度测量的组合夹角测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115060227B
CN115060227B CN202210670873.8A CN202210670873A CN115060227B CN 115060227 B CN115060227 B CN 115060227B CN 202210670873 A CN202210670873 A CN 202210670873A CN 115060227 B CN115060227 B CN 115060227B
Authority
CN
China
Prior art keywords
satellite
included angle
orbit
angle measuring
visual axis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210670873.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115060227A (zh
Inventor
祝连庆
王帅
庄炜
张旭
董明利
喻靖
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Information Science and Technology University
Original Assignee
Beijing Information Science and Technology University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Information Science and Technology University filed Critical Beijing Information Science and Technology University
Priority to CN202210670873.8A priority Critical patent/CN115060227B/zh
Publication of CN115060227A publication Critical patent/CN115060227A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115060227B publication Critical patent/CN115060227B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C1/00—Measuring angles

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Navigation (AREA)

Abstract

本发明提供卫星在轨视轴指向变化高精度测量的组合夹角测量方法，包括以下步骤：步骤一，将三台夹角测量仪及其反射镜布置与卫星框架上相应位置；步骤二，调整夹角测量仪的位置，使得夹角测量仪与对应反射镜面垂直，此时，称为“零位”；步骤三，当空间环境发生变化时，卫星视轴指向发生微小的空间三轴角度偏移；步骤四，获得三台夹角测量仪上传感器像面上的像点坐标，算得对应反射镜面的俯仰，偏摆角度偏转量。步骤五，将三台夹角测量仪测得的角度偏转量用算法算得卫星在轨视轴指向的空间三轴角度偏移。本发明能实现在轨的卫星视轴指向高精度测量，具有兼容多次测量、计算快捷、测量精度高等优点。

Description

卫星在轨视轴指向变化高精度测量的组合夹角测量方法
技术领域
本发明涉及测角方法，具体地，涉及卫星在轨视轴指向变化高精度测量的组合夹角测量方法。
背景技术
卫星在轨运行时，由于空间环境的影响，对导致卫星的视轴指向发生变化，影响卫星的工作性能。直接测量卫星的视轴变化在实际操作过程中存在诸多困难，因此在卫星在轨过程中，一般不对视轴变化进行在轨测量。通常采用加强结构设计的方法，保证在空间环境的影响下，卫星的视轴指向变化在可接受的程度内。由于是被动的方法，不能消除视轴指向变化带来的影响。已经无法完全满足新一代卫星对视轴指向精度提出的要。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供卫星在轨视轴指向变化高精度测量的组合夹角测量方法，其通过夹角测量仪自动获取对应反射镜面所在位置的空间微小角度变化，结合后台合理的数学解算，在轨实时得到卫星的视轴指向变化，进一步提高卫星在轨视轴指向精度。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：卫星在轨视轴指向变化高精度测量的组合夹角测量方法，包括以下步骤；
步骤一，将三台夹角测量仪及其反射镜布置与卫星框架上相应位置；
步骤二，调整夹角测量仪的位置，使得夹角测量仪的光轴与对应反射镜面垂直，此时，称为“零位”；
步骤三，当在轨空间环境发生变化时，卫星视轴指向发生微小的空间三轴角度偏移；
步骤四，获得三台夹角测量仪上传感器像面上的像点坐标，算得对应反射镜面的俯仰，偏摆角度偏转量；
步骤五，将三台夹角测量仪测得的角度偏转量用算法算得卫星在轨视轴指向的空间三轴角度偏移。
优选的，三台夹角测量仪与反射镜组件的布置位置为，反射镜1与反射镜2共同刚性固定反射镜组件底座a上，反射镜组件底座a与卫星结构刚性连接，固定在卫星上A处。
优选的，三台夹角测量仪与反射镜组件的布置位置为，夹角测量仪1与夹角测量仪3共同刚性固定在转接支架a上，转接支架a与卫星框架刚性连接，固定在卫星上B处。
优选的，三台夹角测量仪与反射镜组件的布置位置为，夹角测量仪2与反射镜3共同刚性固定在转接支架b上，转接支架b与卫星框架刚性连接，固定在卫星上C处。
优选的，夹角测量仪1、2、3与其对应的反射镜1、2、3在“零位”时，夹角测量仪的光轴与对应反射镜面垂直。
优选的，当在轨空间环境发生变化时，卫星上三处为A、B、C之间的相对位置和相对指向会发生变化，其中A处的相对指向变化称作卫星的轨视轴指向，C处作为卫星的基准点，视为不发生相对变化。
优选的，当在轨空间环境发生变化时，卫星上三处为A、B、C之间的相对位置和相对指向会发生变化，使得夹角测量仪与对应反射镜之间的相对指向发生变化，导致夹角测量仪上传感器像面上的像点坐标发生变化。通过测量各台夹角测量仪上传感器像面上的像点坐标变化值，通过算法算得卫星在轨的轨视轴指向变化。
优选的，整个测量方法在测量装置安装好调试好后，可在轨自动完成，无需人工干预。
(三)有益效果
本发明提供了卫星在轨视轴指向变化高精度测量的组合夹角测量方法。
具备以下有益效果：
1、通过采用夹角测量仪和反射镜组件对卫星的轨视轴指向变化进行测量，可实现卫星视轴指向变化的在轨实时测量。
2、通过采用夹角测量仪和反射镜组件对卫星的轨视轴指向变化进行测量，可实现测量系统的小型化，降低了对卫星的影响。
3、通过采用夹角测量仪和反射镜组件对卫星的轨视轴指向变化进行测量，各个夹角测量仪和反射镜的布置位置灵活可变，满足卫星上复杂的空间布置要求。
附图说明
图1为本发明的卫星在轨视轴指向变化高精度测量的组合夹角测量方法的流程图；
图2为本发明的卫星在轨视轴指向变化高精度测量的组合夹角测量方法的设备位置关系图。
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。
如图1所示，卫星在轨视轴指向变化高精度测量的组合夹角测量方法包括以下步骤：
步骤一，如图2所示，将三台夹角测量仪及其反射镜布置与卫星框架上相应位置。
步骤二，如图2所示，调整夹角测量仪的位置，即微调转接支架a与转接支架b，调整使得夹角测量仪的光轴与对应反射镜面垂直，此时，称为“零位”，此时各台夹角测量仪传感器像面上的像点位置记为“零位”值。
步骤三，当在轨空间环境发生变化时，卫星视轴指向发生微小的空间三轴角度偏移，对应各台夹角测量仪传感器像面上的像点位置发生变化。
步骤四，获得三台夹角测量仪上传感器像面上的像点坐标，算得对应反射镜面的俯仰，偏摆角度偏转量。具体地，通过夹角测量仪与对应反射镜镜面在传感器像面x轴上的偏摆角度偏转量为αx，通过夹角测量仪与对应反射镜镜面在传感器像面x轴上的偏摆角度偏转量为αy，记自准直仪像点在传感器像面上的像点坐标相对“零位”值的变化量为(dx、dy)，记夹角测量仪物镜的焦距f，由公式dx＝2αx×f，dy＝2αy×f可以得到算得对应反射镜面的俯仰，偏摆角度偏转量αx1、αy1、αx2、αy2、αx3、αy3。
步骤五，将三台夹角测量仪测得的角度偏转量用算法算得卫星在轨视轴指向的空间三轴角度偏移。具体地，如图2所示，反射镜R1与反射镜R2视为刚体A，夹角测量仪J1与夹角测量仪J3视为刚体B，夹角测量仪J3与反射镜R3视为刚体C。A、B、C三点同时作为相应夹角测量仪坐标系的原点，由于刚体C相对世界坐标系视为不动，则刚体A、B会相对刚体C发生姿态变化，假设刚体A、B相对世界坐标系的空间三轴角度变化量分别表示为(a1,b1,c1)、(a2,b2,c2)。则J1、J2与J3三台夹角测量仪上传感器像面上的像点坐标相应的为(dx1、dy1)、(dx2、dy2)与(dx3、dy3)。其中A处的相对指向变化(a1,b1,c1)即为卫星的轨视轴指向变化。需通过以下求解一下方程组可得。MS＝D，其中M为参数矩阵，由“零位”时，各台夹角测量仪与反射镜的位置与相对角度确定。其中S为[a1,b1,c1,a2,b2,c2]T，表示刚体A、B的相对空间三轴角度变化量，其中D为[dx1,dy1,dx2,dy2,dx3,dy3]T，表示三台夹角测量仪上测量的其传感器像面上的像点坐标变化量。解得S＝M-1D，其中S为[a1,b1,c1,a2,b2,c2]T中的前三项(a1,b1,c1)即所求的卫星的轨视轴指向变化。
本发明测量时自动获取数据，可实现在轨测量计算，无需人工操作避免了认为操作产生的误差。
本发明基于光电自准直仪测角原理，提出了基于夹角测量仪的卫星在轨视轴指向变化高精度解算算法，该算法可在轨实时解算，解算精度极高。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.卫星在轨视轴指向变化高精度测量的组合夹角测量方法，其特征在于，包括以下步骤；
步骤一，将三台夹角测量仪及与其分别对应的三台反射镜布置于卫星框架上相应位置：反射镜1与反射镜2共同刚性固定反射镜组件底座a上，反射镜组件底座a与卫星结构刚性连接，固定在卫星上A处；夹角测量仪1与夹角测量仪3共同刚性固定在转接支架a上，转接支架a与卫星框架刚性连接，固定在卫星上B处；夹角测量仪2与反射镜3共同刚性固定在转接支架b上，转接支架b与卫星框架刚性连接，固定在卫星上C处；
步骤二，调整夹角测量仪的位置，使得夹角测量仪的光轴与对应反射镜面垂直，此时，称为“零位”；
步骤三，当在轨空间环境发生变化时，卫星视轴指向发生微小的空间三轴角度偏移；
步骤四，获得三台夹角测量仪上传感器像面上的像点坐标，算得对应反射镜面的俯仰，偏摆角度偏转量；
步骤五，将三台夹角测量仪测得的角度偏转量用算法算得卫星在轨视轴指向的空间三轴角度偏移。
2.根据权利要求1所述的卫星在轨视轴指向变化高精度测量的组合夹角测量方法，其特征在于，当在轨空间环境发生变化时，卫星上三处为A、B、C之间的相对位置和相对指向会发生变化，其中A处的相对指向变化称作卫星的轨视轴指向，C处作为卫星的基准点，视为不发生相对变化。
3.根据权利要求1所述的卫星在轨视轴指向变化高精度测量的组合夹角测量方法，其特征在于，当在轨空间环境发生变化时，卫星上三处为A、B、C之间的相对位置和相对指向会发生变化，使得夹角测量仪与对应反射镜之间的相对指向发生变化，导致夹角测量仪上传感器像面上的像点坐标发生变化，通过测量各台夹角测量仪上传感器像面上的像点坐标变化值，通过算法算得卫星在轨的轨视轴指向变化。
4.根据权利要求1所述的卫星在轨视轴指向变化高精度测量的组合夹角测量方法，其特征在于，整个测量方法在测量装置安装好调试好后，可在轨自动完成，无需人工干预。
CN202210670873.8A 2022-06-15 2022-06-15 卫星在轨视轴指向变化高精度测量的组合夹角测量方法 Active CN115060227B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210670873.8A CN115060227B (zh) 2022-06-15 2022-06-15 卫星在轨视轴指向变化高精度测量的组合夹角测量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210670873.8A CN115060227B (zh) 2022-06-15 2022-06-15 卫星在轨视轴指向变化高精度测量的组合夹角测量方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115060227A CN115060227A (zh) 2022-09-16
CN115060227B true CN115060227B (zh) 2023-05-12

Family

ID=83199497

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210670873.8A Active CN115060227B (zh) 2022-06-15 2022-06-15 卫星在轨视轴指向变化高精度测量的组合夹角测量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115060227B (zh)

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5267014A (en) * 1992-04-21 1993-11-30 Bodenseewerk Geratetechnik Gmbh Position and orientation measurement device
WO1996007120A1 (fr) * 1994-08-29 1996-03-07 Centre National D'etudes Spatiales Systeme de reperage d'orientation d'un instrument d'observation
CA2266679A1 (en) * 1996-09-17 1998-03-26 Centre For Research In Earth And Space Technology Satellite attitude sensor using thermal imaging
JPH1159599A (ja) * 1997-08-27 1999-03-02 Mitsubishi Electric Corp 姿勢制御装置
CN102679945A (zh) * 2012-06-05 2012-09-19 哈尔滨工业大学 基于三点反射合作的卫星指向与姿态测量方法与装置
CN104386267A (zh) * 2014-11-03 2015-03-04 哈尔滨工业大学 适用于空间飞行器高稳定度指向控制试验装置及方法
CN105674927A (zh) * 2015-10-14 2016-06-15 北京信息科技大学 一种关节式坐标测量机的测量姿态优化方法
CN106468544A (zh) * 2016-08-31 2017-03-01 上海卫星工程研究所 基于光电自准直仪的卫星高精度测角方法
CN106525001A (zh) * 2016-11-16 2017-03-22 上海卫星工程研究所 地球静止轨道遥感卫星相机视轴空间指向计算方法
KR20170073099A (ko) * 2015-12-18 2017-06-28 한국항공우주연구원 위성체 얼라인먼트 통합 측정 장치 및 방법
CN107121123A (zh) * 2017-05-18 2017-09-01 上海卫星工程研究所 卫星精度单机测量方法
CN108445779A (zh) * 2018-03-15 2018-08-24 西安电子科技大学 航天光学相机内参数星上监测仿真装置及模拟仿真方法
CN110285816A (zh) * 2019-06-28 2019-09-27 航天东方红卫星有限公司 一种小卫星星上设备高精度姿态测量系统及方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7130034B2 (en) * 2004-04-26 2006-10-31 The Boeing Company Metrology system and method for measuring five degrees-of-freedom for a point target

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5267014A (en) * 1992-04-21 1993-11-30 Bodenseewerk Geratetechnik Gmbh Position and orientation measurement device
WO1996007120A1 (fr) * 1994-08-29 1996-03-07 Centre National D'etudes Spatiales Systeme de reperage d'orientation d'un instrument d'observation
CA2266679A1 (en) * 1996-09-17 1998-03-26 Centre For Research In Earth And Space Technology Satellite attitude sensor using thermal imaging
JPH1159599A (ja) * 1997-08-27 1999-03-02 Mitsubishi Electric Corp 姿勢制御装置
CN102679945A (zh) * 2012-06-05 2012-09-19 哈尔滨工业大学 基于三点反射合作的卫星指向与姿态测量方法与装置
CN104386267A (zh) * 2014-11-03 2015-03-04 哈尔滨工业大学 适用于空间飞行器高稳定度指向控制试验装置及方法
CN105674927A (zh) * 2015-10-14 2016-06-15 北京信息科技大学 一种关节式坐标测量机的测量姿态优化方法
KR20170073099A (ko) * 2015-12-18 2017-06-28 한국항공우주연구원 위성체 얼라인먼트 통합 측정 장치 및 방법
CN106468544A (zh) * 2016-08-31 2017-03-01 上海卫星工程研究所 基于光电自准直仪的卫星高精度测角方法
CN106525001A (zh) * 2016-11-16 2017-03-22 上海卫星工程研究所 地球静止轨道遥感卫星相机视轴空间指向计算方法
CN107121123A (zh) * 2017-05-18 2017-09-01 上海卫星工程研究所 卫星精度单机测量方法
CN108445779A (zh) * 2018-03-15 2018-08-24 西安电子科技大学 航天光学相机内参数星上监测仿真装置及模拟仿真方法
CN110285816A (zh) * 2019-06-28 2019-09-27 航天东方红卫星有限公司 一种小卫星星上设备高精度姿态测量系统及方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Kinematics invariance in multi-directional complex movements in free space: effect of changing initial direction;Cheron, G等;《CLINICAL NEUROPHYSIOLOGY》;第110卷(第4期);第757-764页 *
光学测绘卫星星地相机夹角在轨实时定标方法;蒋唯娇等;《西安电子科技大学学报》;第46卷(第05期);第105-112页 *
动载体光电平台视轴稳定精度的检测;孙辉;郎小龙;李志强;孙丽娜;;光学精密工程(第09期);第2131-2137页 *
卡塞格林系统装调过程中高精度测角方法;李斌等;《应用光学》;第38卷(第06期);第958-962页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN115060227A (zh) 2022-09-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112415493B (zh) 三维扫描激光雷达坐标误差修正方法
CN109682399B (zh) 一种基于三轴转台对全站仪位姿测量结果的精度校验方法
CN101539397B (zh) 物体三维姿态的精密光学测量方法
CN108759798A (zh) 一种高精度航天器精度测量的实现方法
CN107490391B (zh) 基于高带宽陀螺测量的天基探测基准标定方法
CN112917513A (zh) 一种基于机器视觉的三维点胶针头的tcp标定方法
CN112197790B (zh) 一种机载高精度地理指示光电转塔的几何精度校准方法
Burge et al. Alternate surface measurements for GMT primary mirror segments
CN115235414A (zh) 一种大口径望远镜指向变化检测与修正方法
CN113639676B (zh) 基于波前测量与校正的二维光电自准直方法与装置
CN113687521B (zh) 基于波前校正的低像差高精度二维光电自准直方法与装置
CN111486867A (zh) 一种视觉和惯性混合跟踪组件安装参数的标定装置及方法
CN115060227B (zh) 卫星在轨视轴指向变化高精度测量的组合夹角测量方法
West et al. Alignment and use of the optical test for the 8.4-m off-axis primary mirrors of the Giant Magellan Telescope
CN113607188A (zh) 基于经纬仪叉丝成像的多视场星敏感器的标定系统及方法
CN113091653A (zh) 基于五棱镜测量直线导轨角自由度误差的装置及方法
CN111189391B (zh) 一种基于测量碳纤维杆轴线中点的坐标统一化方法
CN110428471B (zh) 一种针对光学自由曲面子孔径偏折测量的精确自定位方法
Burge et al. Development of surface metrology for the Giant Magellan Telescope primary mirror
CN110608756A (zh) Sins/dvl组合导航系统安装误差结构补偿方法
CN113899324B (zh) 基于单轴激光陀螺测角仪的多轴转台垂直度误差检测方法
CN115793722A (zh) 一种地平式太阳望远镜库德焦面的高精度跟踪方法及系统
CN115951502A (zh) 一种利用激光跟踪仪的平行光管焦面组件装调方法
CN110332905B (zh) 任意姿态光学元件在位面形检测装置及方法
CN108050960B (zh) 一种基于数字摄影测量技术的高精度转动测量方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant