CN116242315A - 双面阵离轴三反测绘相机的装调方法 - Google Patents

双面阵离轴三反测绘相机的装调方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种双面阵离轴三反测绘相机的装调方法，双面阵离轴三反测绘相机由前视相机和后视相机组成，两相机共用一组补偿器，即主镜补偿器和三镜补偿器，以主镜补偿器和三镜补偿器的光轴代表相机光轴，先装调前视相机，利用高精度调整架平移上述两个补偿器，移动距离与两相机的光轴间隔相同，利用两个经纬仪互瞄，调整主镜补偿器和三镜补偿器与移动前平行，以移动后的两补偿器为基准装调后视相机。两相机装调完毕后，将相机框架安装于高精度二维转台上，安装各自的焦平面组件。本发明能够实现双镜头像面的平行性，提高测绘精度，实现双镜头共框架高精度装调。

Description

双面阵离轴三反测绘相机的装调方法
技术领域
本发明涉及空间光学遥感测绘技术领域，特别涉及一种双面阵离轴三反测绘相机的装调方法。
背景技术
空间测绘相机可以获取地球表面地貌的三维立体信息，生成带有地理信息的不同比例尺的地图产品，在军事和民生领域有着重要的意义。离轴三反系统可以在相同条件下实现更大的视场角，用于测绘相机可以极大提高数据获取效率，降低测绘成本。但是离轴三反系统的装调相比同轴系统较为复杂，调整自由度高出许多，因而离轴三反相机的内方元素很难精确的装调出设计值，按照离轴三反相机传统的装调方法依次对两台相机进行装调难以实现双镜头像面的平行性，无法形成精确的等效框幅相片，从而影响测绘精度。
发明内容
本发明的目的是为了克服使用离轴三反相机传统的装调方法难以实现双镜头像面的平行性，且无法形成精确的等效框幅相片的技术缺陷，提出一种双面阵离轴三反测绘相机的装调方法，能够实现双镜头相面的平行性，摄影图像可以构成等效框幅相片。
为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：
本发明提供的一种双面阵离轴三反测绘相机的装调方法，借助装调辅助设备完成对双面阵离轴三反测绘相机的装调，双面阵离轴三反测绘相机包括前视相机、后视相机和测绘相机框架，前视相机包括前视相机主镜组件、前视相机次镜组件、前视相机三镜组件、前视相机基准立方镜组件，后视相机包括后视相机主镜组件、后视相机次镜组件、后视相机三镜组件、后视相机基准立方镜组件，装调辅助设备包括主镜补偿器、三镜补偿器、第一经纬仪、第二经纬仪、六维调整架、干涉仪、探测器和平行光管，该装调方法包括如下步骤：
S1、按照相机中心高、前视相机的主镜曲率半径和前视相机的三镜曲率半径的位置摆放主镜补偿器和三镜补偿器，使用移动式三坐标测量机作为辅助，调整主镜补偿器和三镜补偿器同轴，利用第一经纬仪进行监视；
S2、利用六维调整架将前视相机主镜组件对应主镜补偿器进行调整，并将前视相机三镜组件对应三镜补偿器进行调整，使前视相机主镜组件和前视相机三镜组件经主镜补偿器、三镜补偿器和干涉仪后获得的干涉检测结果与设计值相符；
S3、将测绘相机框架安装至六维调整架上，调整六维调整架的高度和姿态角，使前视相机主镜组件和前视相机三镜组件与测绘相机框架上的安装接口相对应，修研前视相机主镜组件和前视相机三镜组件的调整垫，使前视相机主镜组件和前视相机三镜组件无应力的安装在测绘相机框架上；
S4、保持测绘相机框架的位置不变，调整六维调整机构的高度和姿态角，使前视相机次镜组件与测绘相机框架的安装接口对应，利用小型4D干涉仪检测系统关于0、±0.5、±1共5个视场的波相差，使其优于1/14λ(λ＝632.8nm)，修研前视相机次镜组件的调整垫，使前视相机次镜组件无应力的安装在测绘相机框架上；
S5、以前视相机的主镜补偿器的光轴为基准安装前视相机基准立方镜组件，使前视相机基准立方镜组件顶面的法线与主镜补偿器的光轴平行，侧面法线水平；
S6、平移主镜补偿器和三镜补偿器，移动距离与前视相机和后视相机的光轴的间隔相同，利用第二经纬仪与第一经纬仪互瞄，调整前视相机的主镜补偿器和三镜补偿器与移动前平行，重复S1-S4的操作过程，将后视相机主镜组件、后视相机次镜组件、后视相机三镜组件和后视相机基准立方镜组件安装完成，完成测绘相机镜头的装调；
S7、将测绘相机镜头安装在高精度二维转台上，调整前视相机的视轴与平行光管光轴平行，前视相机的基准立方镜侧面法线水平，利用六维调整架安装前视相机的焦面组件，使得探测器的光敏面与前视相机的光轴垂直，且探测器的光敏面中心与前视相机的主点重合，探测器长度方向水平，对成像电子学加电，利用平行光管检测前视相机各个视场的MTF；
S8、重复S7，安装后视相机的焦面组件，完成双面阵离轴三反测绘相机的装调。
优选地，六维调整架的角分辨率优于1″，线位移分辨率优于0.002mm。
优选地，经纬仪满足0.5″测量精度。
优选地，二维转台的精度为0.5″。
本发明能够取得如下技术效果：
1、相比一般离轴三反相机(两台)的装调过程，本发明提出的装调方法增加的工作量很少，可以很好的控制测绘相机的研制周期；
2、间接实现共基准(补偿器)装调双镜头，使得两相机焦平面平行性极好，有利于EFP光束平差精度的提高。
附图说明
图1是根据本发明实施例提供的双面阵离轴三反测绘相机的结构示意图。
图2是根据本发明实施例提供的主镜补偿器的结构示意图
图3是根据本发明实施例提供的测绘相机的装调方式示意图。
图4是根据本发明实施例提供的基准立方镜组件的结构示意图。
图5是根据本发明实施例提供的经纬仪互瞄的原理示意图。
图6是根据本发明实施例提供的焦面组件的装调方式示意图。
图7是根据本发明实施例提供的双面阵离轴三反测绘相机的装调方法的流程图。
其中的附图标记包括：前视相机1、后视相机2、干涉仪3、主镜补偿器4、标准平面镜5、三镜补偿器6、前视相机次镜组件7、测绘相机框架8、前视相机三镜组件9、前视相机主镜组件10、六维调整架11、补偿器基准平面镜12。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
图1示出了根据本发明实施例提供的双面阵离轴三反测绘相机的结构，图2示出了根据本发明实施例提供的主镜补偿器的结构，图3示出了根据本发明实施例提供的测绘相机的装调方式。
如图1-图3所示，双面阵离轴三反测绘相机由前视相机1、后视相机2和测绘相机框架8这三部分组成，其中，前视相机包括前视相机主镜组件10、前视相机次镜组件7、前视相机三镜组件9和前视相机的基准立方镜组件，后视相机包括后视相机主镜组件、后视相机次镜组件、后视相机三镜组件和后视相机基准立方镜组件。图1-图3还介绍了部分装调辅助设备，完整的装调辅助设备包括主镜补偿器4、三镜补偿器6、六维调整架11、干涉仪3、第一经纬仪、第二经纬仪、探测器和平行光管。
图7示出根据本发明实施例提供的双面阵离轴三反测绘相机的装调方法的整体流程。
如图7所示，本发明实施例提供的双面阵离轴三反测绘相机的装调方法的具体步骤如下：
S1、按照相机中心高、前视相机1的主镜曲率半径和前视相机1的三镜曲率半径的位置摆放主镜补偿器4和三镜补偿器6，主镜补偿器4和三镜补偿器6均安装有基准平面镜12，基准平面镜12与对应的补偿器光轴严格垂直，基准平面镜12内圆轴心与补偿器光轴同轴，使用移动式三坐标测量机作为辅助，调整主镜补偿器4和三镜补偿器6同轴，利用满足0.5″测量精度的第一经纬仪进行监视，且在后续装调过程中以此第一经纬仪为基准，保证其位置和精度不变。
S2、利用六维调整架11将前视相机主镜组件10和前视相机三镜组件9与主镜补偿器4和三镜补偿器6相对应并进行调整，使前视相机主镜组件10和前视相机三镜组件9经主镜补偿器4、三镜补偿器6和干涉仪3后获得的干涉检测结果(面形、残余像差)与设计值相符，本发明提到的六维调整架11的角分辨率优于1″，线位移分辨率优于0.002mm。
S3、将测绘相机框架8安装至六维调整架11上，调整六维调整架11的高度和姿态角，使前视相机主镜组件10和前视相机三镜组件9与测绘相机框架8上的安装接口相对应，修研前视相机主镜组件10和前视相机三镜组件9的调整垫，选用塞规测量调整垫的厚度(实际为空气间隔)与倾角，通过粗修、精研逐步逼近的方式来提高调整垫的修研精度，使前视相机主镜组件10和前视相机三镜组件9无应力的安装在测绘相机框架8上。
S4、保持测绘相机框架8的位置不变，调整六维调整机构11的高度和姿态角，使前视相机次镜组件7与测绘相机框架8的安装接口对应，由于空间所限，利用小型4D干涉仪检测系统关于0、±0.5、±1共5个视场的波相差，使其优于1/14λ(λ＝632.8nm)，修研前视相机次镜组件7的调整垫，使前视相机次镜组件7无应力的安装在相机框架上。
S5、以前视相机1的主镜补偿器4的光轴为基准安装前视相机1的基准立方镜组件，如图4所示，基准立方镜组件的空间直角坐标系遵循右手定则，OX与探测器长度方向平行，OY为侧面法线，对应于测绘相机在轨飞行方向，OZ为立方镜顶面法线，对应于测绘相机的光轴方向，通过调整使基准立方镜组件顶面的法线与主镜补偿器4的光轴平行，侧面法线水平，这里平行与水平应在周期允许的情况下尽可能的减小偏差，在本实施例中要求优于2″，且记录偏差实测值与方向作为引出误差。
S6、平移主镜补偿器4和三镜补偿器6，移动距离与前视相机1和后视相机2的光轴的间隔相同，移动式三坐标测量机用于测定并调整移动距离，利用第二经纬仪与第一经纬仪互瞄，调整主镜补偿器4和三镜补偿器6与移动前平行，重复S1-S4的操作过程，将后视相机6的后视相机主镜组件、后视相机次镜组件和后视相机三镜组件安装完成，完成测绘相机镜头的装调。
为了理解经纬仪互瞄的原理，图5示出了经纬仪的互瞄原理。如图5所示：O1P1为第一经纬仪自准直后的光轴，O2P2为第二经纬仪自准直后的光轴，自准直目标均为补偿器基准平面镜，两光轴夹角由下式决定：
δ＝ζ+η-180° (1)，
调整δ＝0，则表示补偿器移动前后光轴平行，在本实施例中要求调整偏差小于2″。
S7、图6示出了根据本发明实施例提供的焦面组件的装调方式，如图6所示，将测绘相机镜头安装在0.5″高精度二维转台上，为了使前视相机1光学系统像平面垂直于平行光管且与大地水平，调整前视相机1视轴与平行光管光轴平行，基准立方镜侧面法线OX水平，为了使探测器光敏面与光学系统像面重合，利用六维调整架11安装前视相机焦面组件，使得探测器的光敏面与前视相机光轴垂直，且探测器的光敏面中心与前视相机主点重合，探测器长度方向水平，对成像电子学加电，利用平行光管检测前视相机各个视场的MTF。
S8、重复S7，安装后视相机的焦面组件，完成双面阵离轴三反测绘相机的装调。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种双面阵离轴三反测绘相机的装调方法，借助装调辅助设备完成对双面阵离轴三反测绘相机的装调，所述双面阵离轴三反测绘相机包括前视相机、后视相机和测绘相机框架，所述前视相机包括前视相机主镜组件、前视相机次镜组件、前视相机三镜组件、前视相机基准立方镜组件，所述后视相机包括后视相机主镜组件、后视相机次镜组件、后视相机三镜组件、后视相机基准立方镜组件，所述装调辅助设备包括主镜补偿器、三镜补偿器、第一经纬仪、第二经纬仪、六维调整架、干涉仪、探测器和平行光管，其特征在于，该装调方法包括如下步骤：
S1、按照相机中心高、所述前视相机的主镜曲率半径和所述前视相机的三镜曲率半径的位置摆放所述主镜补偿器和所述三镜补偿器，使用移动式三坐标测量机作为辅助，调整所述主镜补偿器和所述三镜补偿器同轴，利用所述第一经纬仪进行监视；
S2、利用所述六维调整架将所述前视相机主镜组件对应所述主镜补偿器进行调整，并将所述前视相机三镜组件对应所述三镜补偿器进行调整，使所述前视相机主镜组件和所述前视相机三镜组件经所述主镜补偿器、所述三镜补偿器和所述干涉仪后获得的干涉检测结果与设计值相符；
S3、将所述测绘相机框架安装至所述六维调整架上，调整所述六维调整架的高度和姿态角，使所述前视相机主镜组件和所述前视相机三镜组件与所述测绘相机框架上的安装接口相对应，修研所述前视相机主镜组件和所述前视相机三镜组件的调整垫，使所述前视相机主镜组件和所述前视相机三镜组件无应力的安装在所述测绘相机框架上；
S4、保持所述测绘相机框架的位置不变，调整所述六维调整机构的高度和姿态角，使所述前视相机次镜组件与所述测绘相机框架的安装接口对应，利用小型4D干涉仪检测系统关于0、±0.5、±1共5个视场的波相差，使其优于1/14λ(λ＝632.8nm)，修研所述前视相机次镜组件的调整垫，使所述前视相机次镜组件无应力的安装在所述测绘相机框架上；
S5、以所述前视相机的所述主镜补偿器的光轴为基准安装所述前视相机基准立方镜组件，使所述前视相机基准立方镜组件顶面的法线与所述主镜补偿器的光轴平行，侧面法线水平；
S6、平移所述主镜补偿器和所述三镜补偿器，移动距离与所述前视相机和所述后视相机的光轴的间隔相同，利用所述第二经纬仪与所述第一经纬仪互瞄，调整所述前视相机的所述主镜补偿器和所述三镜补偿器与移动前平行，重复S1-S4的操作过程，将所述后视相机主镜组件、所述后视相机次镜组件、所述后视相机三镜组件和所述后视相机基准立方镜组件安装完成，完成测绘相机镜头的装调；
S7、将所述测绘相机镜头安装在高精度二维转台上，调整所述前视相机的视轴与所述平行光管光轴平行，所述前视相机的基准立方镜侧面法线水平，利用所述六维调整架安装所述前视相机的焦面组件，使得所述探测器的光敏面与所述前视相机的光轴垂直，且所述探测器的光敏面中心与所述前视相机的主点重合，所述探测器长度方向水平，对成像电子学加电，利用所述平行光管检测前视相机各个视场的MTF；
S8、重复S7，安装所述后视相机的焦面组件，完成双面阵离轴三反测绘相机的装调。
2.根据权利要求1所述的双面阵离轴三反测绘相机的装调方法，其特征在于，所述六维调整架的角分辨率优于1″，线位移分辨率优于0.002mm。
3.根据权利要求1所述的双面阵离轴三反测绘相机的装调方法，其特征在于，所述经纬仪满足0.5″测量精度。
4.根据权利要求1所述的双面阵离轴三反测绘相机的装调方法，其特征在于，所述二维转台的精度为0.5″。
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