CN116399233B - 一种星载激光载荷伺服转台安装误差标定装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种星载激光载荷伺服转台安装误差标定装置和方法，该装置包括：工装平板、调节模块、平行光管系统和相机，伺服转台可在调节模块或码盘的驱动下按一维旋转方向进行旋转，以此可基于调节模块和码盘分别控制伺服转台的旋转角度，并通过平行光管系统和相机形成摆镜返回像，根据摆镜返回像的位置变化确定伺服转台的安装误差标定结果，从而实现准确的对星载激光载荷伺服转台的安装误差进行标定。

Description

一种星载激光载荷伺服转台安装误差标定装置和方法

技术领域

本申请涉及星间激光通信技术领域，更具体地，涉及一种星载激光载荷伺服转台安装误差标定装置和方法。

背景技术

随着航空航天遥感以及高分辨率相机等技术的快速发展，所获取图像的质量大幅提高，对大容量数据传输的需求呈指数级增长。基于微波的星地数传受限于波段和数传终端的功耗、体积、重量等限制，难以满足海量数据的高速下传需求。除此之外，要进行微波远距离的通信，需要对信号进行多次中继转发，建立大量的中继站，基于目前国际形势以及境外数据回传困难等现实问题，现阶段的微波通信很难满足卫星数据的数传需求。相比传统的微波通信，激光通信技术具有波段窄、频率高、带宽大、高信噪比、低误码率、保密性好等优点，可以提供比微波通信更快的数据传输速率，更安全的信道，满足大容量数据传输需求并保证更可靠的传输。因此越来越多的卫星选择激光通信进行星地的高速数传。但同时，无论是星地微波通信还是星地激光通信，对地面网络的依赖性无法减弱，进而提升了地面站的建设数量，增加了建设成本。并且，由于地面站数量的局限性，仅靠星地激光通信无法解决因蜂窝通信网络覆盖率严重不足而导致的“通信盲区”难题。而星间激光通信是一种利用激光束作为载波在卫星间进行图像、语音、信号等信息传递的通信方式，具有传输速率高、抗干扰能力强、系统终端体积小、质量轻、功耗低等优势，可大幅降低卫星星座系统对地面网络的依赖，从而减少地面站的建设数量及成本，扩大覆盖区域、实现全球测控。目前，星间激光链路技术已成为全球卫星通信系统发展的关键技术。

跟瞄系统对于整体星间激光通信对信号的捕获跟踪准确度以及建链速度至关重要，跟瞄系统的瞄准误差过大，会导致无法互相捕捉到空间激光信号，建链失败，无法实现数据传输功能。跟瞄系统的主要部件包括激光载荷的伺服转台，因此有必要在测试阶段筛选出满足设计精度需求的伺服转台，以剔除影响载荷通信性能的关键隐患。

因此，如何准确的对星载激光载荷伺服转台的安装误差进行标定，是目前有待解决的技术问题。

发明内容

本申请实施例提出了一种星载激光载荷伺服转台安装误差标定装置和方法，用以准确的对星载激光载荷伺服转台的安装误差进行标定。

第一方面，提供一种星载激光载荷伺服转台安装误差标定装置，所述装置包括：工装平板，设置在光学平台上；调节模块，设置在所述工装平板上且与激光载荷固定连接，用于调节所述激光载荷在一维旋转方向和二维俯仰方向上的角度；平行光管系统，包括平行光管、激光入口和出光口，所述出光口与所述激光载荷相对设置，所述平行光管系统用于从所述激光入口接收预设光源发射的激光，并由所述平行光管将所述激光转为平行光束后，通过所述出光口射出；相机，用于基于从所述出光口返回的反射光生成光斑图像，并将所述光斑图像显示在相机监视画面中；其中，被测的伺服转台与所述激光载荷固定连接或一体设置，所述伺服转台可在所述调节模块或码盘的驱动下按所述一维旋转方向进行旋转，所述光斑图像包括与摆镜的反射光对应的摆镜返回像，所述摆镜可旋转的设置在所述伺服转台中且位于所述出光口的光路范围内。

第二方面，提供一种星载激光载荷伺服转台安装误差标定方法，应用于如第一方面所述的星载激光载荷伺服转台安装误差标定装置中，所述方法包括：启动所述预设光源，调整所述摆镜的旋转角度，以使所述摆镜返回像处于预设零位位置；按预设步长和预设旋转范围驱动所述伺服转台在所述一维旋转方向上进行两轮旋转过程，并获取所述两轮旋转过程中与多个旋转角度对应的多组测试数据；依次根据每组所述测试数据确定所述伺服转台的安装误差值；根据各所述安装误差值确定所述伺服转台的安装误差标定结果；其中,所述测试数据与所述摆镜返回像的成像位置相关，所述两轮旋转过程包括一轮由所述调节模块驱动的旋转过程和一轮由所述码盘驱动的旋转过程。

通过应用以上技术方案，星载激光载荷伺服转台安装误差标定装置包括：工装平板、调节模块、平行光管系统和相机，伺服转台可在调节模块或码盘的驱动下按一维旋转方向进行旋转，以此可基于调节模块和码盘分别控制伺服转台的旋转角度，并通过平行光管系统和相机形成摆镜返回像，根据摆镜返回像的位置变化确定伺服转台的安装误差标定结果，从而实现准确的对星载激光载荷伺服转台的安装误差进行标定。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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示出了本发明实施例提出的一种星载激光载荷伺服转台安装误差标定装置的结构示意图；

图2示出了本发明另一实施例提出的一种星载激光载荷伺服转台安装误差标定装置的结构示意图；

图3示出了本发明又一实施例提出的一种星载激光载荷伺服转台安装误差标定装置的结构示意图；

图4示出了本发明又一实施例提出的一种星载激光载荷伺服转台安装误差标定装置的结构示意图；

图5示出了本发明实施例提出的一种星载激光载荷伺服转台安装误差标定方法的流程示意图；

图6示出了本发明实施例中伺服转台安装误差曲线图。

图1-图4中，10、工装平板；20、光学平台；30、调节模块；31、一维旋转台；32、二维俯仰台；40、激光载荷；50、平行光管系统；51、激光入口；52、出光口；60、相机；70、伺服转台；71、摆镜；80、角锥；90、基准棱镜。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求部分指出。

应当理解的是，本申请并不局限于下面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

本申请实施例提供一种星载激光载荷伺服转台安装误差标定装置，如图1所示，装置包括：

工装平板10，设置在光学平台20上；

调节模块30，设置在工装平板10上且与激光载荷40固定连接，用于调节激光载荷40在一维旋转方向和二维俯仰方向上的角度；

平行光管系统50，包括平行光管、激光入口51和出光口52，出光口52与激光载荷40相对设置，平行光管系统50用于从激光入口51接收预设光源发射的激光，并由平行光管将激光转为平行光束后，通过出光口52射出；

相机60，用于基于从出光口52返回的反射光生成光斑图像，并将光斑图像显示在相机监视画面中；

其中，被测的伺服转台70与激光载荷40固定连接或一体设置，伺服转台70可在调节模块30或码盘的驱动下按一维旋转方向进行旋转，光斑图像包括与摆镜71的反射光对应的摆镜返回像，摆镜71可旋转的设置在伺服转台70中且位于出光口52的光路范围内。

本实施例中，星载激光载荷伺服转台安装误差标定装置中设置了工装平板10、调节模块30、平行光管系统50和相机60。工装平板10设置在光学平台20，可保证调节模块30的稳定性。码盘设置在伺服转台70上，是伺服转台70的驱动装置。由于伺服转台70与激光载荷40固定连接或一体设置，码盘驱动伺服转台70转动时，可调节激光载荷40的角度，以实现跟瞄功能。摆镜71是安装在伺服转台70上的反射镜。平行光管系统50基于平行光管的原理进行工作，平行光管系统50的具体内部结构为现有技术，在此不再赘述。可选的，预设光源可直接安装在平行光管系统50的激光入口51处，也可通过光纤与激光入口51连接。

利用该装置，可在将激光载荷40安装到卫星之前，对激光载荷40的伺服转台70的安装误差进行标定。具体的，将激光载荷40固定连接在调节模块30上，启动预设光源，将激光从平行光管系统50的激光入口51射入，由平行光管系统50内部的平行光管将激光转为平行光束，再由出光口52射出。射出的激光经伺服转台70中的摆镜71反射后，从出光口52返回平行光管，相机60基于摆镜71的反射光生成摆镜返回像，并将摆镜返回像显示在相机监视画面中。此时，通过旋转摆镜71的角度，使摆镜返回像移动至相机监视画面中预先确定的预设零位位置，然后驱动伺服转台70在一维旋转方向上进行两轮旋转过程，该两轮旋转过程包括一轮由调节模块30驱动的旋转过程和一轮由码盘驱动的旋转过程，记录两轮旋转过程中与摆镜返回像的成像位置相关的多组测试数据，根据各组测试数据可确定伺服转台70的安装误差标定结果。

例如，可先按预设步长和预设旋转范围，基于调节模块30驱动伺服转台70在一维旋转方向上进行旋转，并记录与多个旋转角度对应的多组测试数据，然后再次按预设步长和预设旋转范围，基于码盘驱动伺服转台70在一维旋转方向上进行旋转，记录与多个旋转角度对应的多组测试数据，再根据每组测试数据计算出相应的安装误差值，最后根据各安装误差值确定伺服转台70的安装误差标定结果。

以此可基于调节模块30和码盘分别控制伺服转台70的旋转角度，并通过平行光管系统50和相机60形成摆镜返回像，根据摆镜返回像的成像位置变化确定伺服转台70的安装误差标定结果，从而实现准确的对星载激光载荷伺服转台的安装误差进行标定。

在本申请一些实施例中，如图2所示，装置还包括：

角锥80，可移除的设置在伺服转台70和出光口52之间，用于将从出光口52发出的光反射回平行光管；

其中，光斑图像还包括与角锥80的反射光对应的角锥返回像，在相机60获取角锥返回像后移除角锥80，角锥返回像在相机监控画面的位置为预设零位位置。

本实施例中，通过设置角锥80，可生成角锥返回像，然后根据角锥返回像确定预设零位位置，可以通过多次重复将角锥80放置于光路中，实现更加准确的确定预设零位位置。

在本申请一些实施例中，如图3所示，装置还包括：

基准棱镜90，设置在激光载荷40的外壳上，且位于伺服转台70和角锥80的设置位置之间，用于将从出光口52发出的光反射回平行光管；

其中，光斑图像还包括与基准棱镜90的反射光对应的棱镜返回像，基准棱镜90在一维旋转方向和二维俯仰方向上的角度，是根据棱镜返回像和角锥返回像调整调节模块30后确定的。

本实施例中，通过设置基准棱镜90，可生成棱镜返回像，基于棱镜返回像和角锥返回像可调整基准棱镜90在一维旋转方向和二维俯仰方向上的角度，实现对基准棱镜90的标定，从而实现对激光载荷40的初始位置的标定，进而可更加准确的对安装误差进行标定。

在本申请一些实施例中，如图4所示，调节模块30包括：

一维旋转台31，设置在工装平板10上，用于调节激光载荷40在一维旋转方向上的角度；

二维俯仰台32，设置在一维旋转台31上且与激光载荷40固定连接，用于调节激光载荷40在二维俯仰方向上的角度。

本实施例中，一维旋转台31可在一维方向上进行高精度旋转，二维俯仰台32可在二维俯仰方向进行角度调整，从而进一步提高了调节模块30的可靠性。

通过应用以上技术方案，星载激光载荷伺服转台安装误差标定装置包括：工装平板10，设置在光学平台20上；调节模块30，设置在工装平板10上且与激光载荷40固定连接，用于调节激光载荷40在一维旋转方向和二维俯仰方向上的角度；平行光管系统50，包括平行光管、激光入口51和出光口52，出光口52与激光载荷40相对设置，平行光管系统50用于从激光入口51接收预设光源发射的激光，并由平行光管将激光转为平行光束后，通过出光口52射出；相机60，用于基于从出光口52返回的反射光生成光斑图像，并将光斑图像显示在相机监视画面中；其中，被测的伺服转台70与激光载荷40固定连接或一体设置，伺服转台70可在调节模块30或码盘的驱动下按一维旋转方向进行旋转，光斑图像包括与摆镜71的反射光对应的摆镜返回像，摆镜71可旋转的设置在伺服转台70中且位于出光口52的光路范围内，从而实现准确的对星载激光载荷伺服转台的安装误差进行标定。

本申请实施例还提出了一种星载激光载荷伺服转台安装误差标定方法，应用于如上所述的星载激光载荷伺服转台安装误差标定装置中，如图5所示，该方法包括以下步骤：

步骤S101，启动所述预设光源，调整所述摆镜的旋转角度，以使所述摆镜返回像处于预设零位位置。

本实施例中，预先在相机监视画面中设置一个预设零位位置，启动预设光源，摆镜将从出光口发射的光反射回平行光管，基于相机获取相应的摆镜返回像，调整摆镜的旋转角度，使摆镜返回像处于预设零位位置。

步骤S102，按预设步长和预设旋转范围驱动所述伺服转台在所述一维旋转方向上进行两轮旋转过程，并获取所述两轮旋转过程中与多个旋转角度对应的多组测试数据。

本实施例中，设定预设步长和预设旋转范围，按预设步长和预设旋转范围驱动伺服转台在一维旋转方向上进行两轮旋转过程，两轮旋转过程包括一轮由调节模块驱动的旋转过程和一轮由码盘驱动的旋转过程，两轮旋转过程对应多个旋转角度，每个旋转角度对应一组测试数据，每组测试数据与摆镜返回像的成像位置相关。

可选的，预设步长为0.01°，预设旋转范围为-1°~1°。

步骤S103，依次根据每组所述测试数据确定所述伺服转台的安装误差值。

依次根据每组测试数据进行计算，得到伺服转台的多个安装误差值。例如，可基于测试数据推算出一个伺服转台的旋转角度计算值，然后根据旋转角度计算值和实际的旋转角度的差值确定安装误差值。

步骤S104，根据各所述安装误差值确定所述伺服转台的安装误差标定结果。

在得到多个安装误差值后，根据各安装误差值确定安装误差标定结果。

在一些实施例中，可基于各安装误差值和预设旋转范围内的各旋转角度生成伺服转台安装误差曲线图，根据安装误差曲线图确定安装误差标定结果，从而可更加直观的看出伺服转台安装误差在不同旋转角度的变化情况，若存在大于预设阈值的安装误差，则确定伺服转台的安装不合格，需要进行校正，从而可高效的筛选出满足设计精度需求的伺服转台。在具体的应用场景中，如图6所示，伺服转台安装误差曲线图以预设旋转范围内的各旋转角度为横坐标，以各安装误差值为纵坐标，可以清晰看出，伺服转台安装误差呈周期性变化，并且最大安装误差大于0.01°。

在一些实施例中，还可将各安装误差值与预设阈值进行比较，确定是否存在高于预设阈值的目标安装误差值，若存在，或目标安装误差值的数量高于预设数量，确定伺服转台的安装不合格。

在本申请一些实施例中，每组所述测试数据包括所述摆镜返回像在X轴方向上的成像位置x、所述预设零位位置在X轴方向上的成像位置x₀和所述伺服转台的旋转角度θ，所述安装误差值由公式一确定，所述公式一为：

；

其中，为所述安装误差值，d为所述相机的像元尺寸，/>为所述平行光管的焦距，/>和θ的单位为°，d的单位为μm，/>的单位为mm。

本实施例中，通过将摆镜返回像在X轴方向上的成像位置x减去预设零位位置在X轴方向上的成像位置x₀，并结合相机的像元尺寸d和平行光管的焦距进行计算，可得到与摆镜返回像的移动像素数对应的旋转角度计算值，该旋转角度计算值即，然后将该旋转角度计算值减去伺服转台的旋转角度θ，得到安装误差值/>。

在本申请一些实施例中，每组测试数据还包括摆镜返回像在Y轴方向上的成像位置y、调节模块在一维旋转方向上的绝对位置θ1（单位为°）、伺服转台的角度θ2（单位为°）、伺服转台的实际指向角度θ3（单位为°）。

本实施例中，基于摆镜返回像在Y轴方向上的成像位置y，可确定旋转过程中的俯仰稳定性。调节模块在一维旋转方向上的绝对位置θ₁与伺服转台的实际指向角度θ₃可以确定当前位置相对于预设零位位置旋转多少角度，防止数据过多出现错误计数。

在本申请一些实施例中，在调整所述摆镜的旋转角度，以使所述摆镜返回像处于预设零位位置之前，所述方法还包括：

在所述伺服转台和所述出光口之间设置角锥，并使所述角锥将从所述出光口发出的光反射回所述平行光管，其中，光斑图像还包括与所述角锥的反射光对应的角锥返回像；

基于所述相机获取所述角锥返回像，将所述角锥返回像确定为所述预设零位位置，并移除所述角锥。

本实施例中，通过在伺服转台和出光口之间设置角锥，基于相机获取角锥返回像，然后根据角锥返回像确定预设零位位置，可以通过多次重复将角锥放置于光路中，实现更加准确的确定预设零位位置。

在本申请一些实施例中，在移除所述角锥之后，所述方法还包括：

在所述激光载荷的外壳上设置基准棱镜，并使所述基准棱镜将从所述出光口发出的光反射回所述平行光管，其中，所述光斑图像还包括与所述基准棱镜的反射光对应的棱镜返回像；

基于所述相机获取所述棱镜返回像，并执行：

步骤A，基于所述调节模块调整所述基准棱镜在所述一维旋转方向和所述二维俯仰方向上的角度，以使所述棱镜返回像在所述一维旋转方向上的0°位置，+90°位置，-90°位置上均与所述角锥返回像重合；

步骤B，调整所述调节模块的安装参数，以使所述调节模块在按预设最小步长沿所述一维旋转方向旋转时，各像素移动数量之间的偏差值不大于预设像素数量，其中，所述像素移动数量为所述棱镜返回像在每次旋转后的像素移动数量；

其中，所述0°位置为所述摆镜正对所述出光口的位置，所述+90°位置为在所述0°位置的基础上旋转+90°的位置，所述-90°位置为在所述0°位置的基础上旋转-90°的位置。

通过设置基准棱镜，可生成棱镜返回像，并通过步骤A和步骤B对基准棱镜的角度进行标定，具体的，在步骤A中，使调节模块分别停留在一维旋转方向上的0°位置，+90°位置，-90°位置上，并基于调节模块调整基准棱镜在二维俯仰方向上的角度，以使棱镜返回像在0°位置，+90°位置，-90°位置上均与角锥返回像重合。在步骤B中，调整调节模块的安装参数，并使调节模块按预设最小步长沿一维旋转方向旋转，直至各像素移动数量之间的偏差值不大于预设像素数量，像素移动数量为棱镜返回像在每次旋转后的像素移动数量，从而实现对激光载荷的初始位置的标定，进而可更加准确的对安装误差进行标定。

其中，+90°可以为在一维旋转方向上顺时针旋转90°，-90°可以为在一维旋转方向上逆时针旋转90°。可选的，设最小步长可以为0.001°，预设像素数量可以为2。

在本申请一些实施例中，在执行所述步骤B之后，所述方法还包括：

基于所述调节模块调整所述基准棱镜，以使所述基准棱镜在所述一维旋转方向上旋转至所述0°位置；

若所述棱镜返回像与所述角锥返回像重合，基于所述相机获取所述摆镜返回像；

若所述棱镜返回像与所述角锥返回像不重合，重新执行所述步骤A-所述步骤B。

本实施例中，在执行步骤B之后，将基准棱镜在一维旋转方向上旋转至0°位置，然后判断棱镜返回像是否与角锥返回像重合，若重合，说明基准棱镜标定合格，基于相机获取摆镜返回像，并执行步骤S101-步骤S104，以执行安装误差标定的流程。若不重合，说明基准棱镜标定不合格，需要重新对基准棱镜的角度进行标定，即重新执行步骤A-步骤B。以此通过实现对基准棱镜的角度的校验，从而更加准确的对安装误差进行标定。

在本申请一些实施例中，所述调节模块包括可按所述一维旋转方向旋转的一维旋转台和可按所述二维俯仰方向调整的二维俯仰台，所述安装参数为所述一维旋转台的安装参数。

一维旋转台可在一维方向上进行高精度旋转，二维俯仰台可在二维俯仰方向进行角度调整，从而进一步提高了调节模块的可靠性。

通过应用以上技术方案，在上述星载激光载荷伺服转台安装误差标定装置中，启动预设光源，调整摆镜的旋转角度，以使摆镜返回像处于预设零位位置；按预设步长和预设旋转范围驱动伺服转台在一维旋转方向上进行两轮旋转过程，并获取两轮旋转过程中与多个旋转角度对应的多组测试数据；依次根据每组测试数据确定伺服转台的安装误差值；根据各安装误差值确定伺服转台的安装误差标定结果；其中, 测试数据与摆镜返回像的成像位置相关，两轮旋转过程包括一轮由调节模块驱动的旋转过程和一轮由码盘驱动的旋转过程，从而实现准确的对星载激光载荷伺服转台的安装误差进行标定。

为了进一步阐述本发明的技术思想，现结合具体的应用场景，对本发明的技术方案进行说明。

本申请实施例提供一种星载激光载荷伺服转台安装误差标定装置，如图4所示，包括：

工装平板10，设置在光学平台20上；

一维旋转台31，设置在工装平板10上，用于调节激光载荷40在一维旋转方向上的角度；

二维俯仰台32，设置在一维旋转台31上且与激光载荷40固定连接，用于调节激光载荷40在二维俯仰方向上的角度；

平行光管系统50，包括平行光管、激光入口51和出光口52，出光口52与激光载荷40相对设置，平行光管系统50用于从激光入口51接收预设光源发射的激光，并由平行光管将激光转为平行光束后，通过出光口52射出；

相机60，用于基于从出光口52返回的反射光生成光斑图像，并将光斑图像显示在相机监视画面中；

角锥80，可移除的设置在伺服转台70和出光口52之间，用于将从出光口52发出的光反射回平行光管；

基准棱镜90，设置在激光载荷40的外壳上，且位于伺服转台70和角锥80的设置位置之间，用于将从出光口52发出的光反射回平行光管。

其中，被测的伺服转台70与激光载荷40固定连接或一体设置，伺服转台70可在一维旋转台31或码盘的驱动下按一维旋转方向进行旋转，光斑图像包括与摆镜71的反射光对应的摆镜返回像，摆镜71可旋转的设置在伺服转台70中且位于出光口52的光路范围内。

该装置对伺服转台70的安装误差进行标定的过程如下：

步骤1：将角锥设置在伺服转台70和出光口52之间，启动预设光源，通过光学瞄准的方法，基于相机60获取角锥返回像，将角锥返回像确定为预设零位位置，并移除角锥80。调整一维旋转台31以及二维俯仰台32，使得棱镜返回像在一维旋转方向上的0°位置，+90°位置，-90°位置均与角锥返回像重合。

其中，0°位置为摆镜71正对出光口52的位置，+90°位置为在0°位置的基础上旋转+90°的位置，-90°位置为在0°位置的基础上旋转-90°的位置。

步骤2：调整一维旋转台31安装参数，直至一维旋转台31按最小步长0.001°旋转时，棱镜返回像的像素移动数量基本相同，例如，每次旋转后的像素移动数量之间的偏差值≤2。

步骤3：基于一维旋转台31将基准棱镜90旋转至0°位置，判断此时棱镜返回像是否与角锥返回像重合，若不重合，重新进行步骤1。

步骤4：调整摆镜71的旋转角度，以使摆镜返回像与角锥返回像位置重合。按照表1记录数据，此时确定摆镜返回像处于预设零位位置。

步骤5：以预设步长0.01°，预设旋转范围-1°~1°，控制一维旋转台31旋转，然后以同样预设步长和预设旋转范围，通过码盘控制伺服转台旋转，记录两轮旋转过程中多个旋转角度下摆镜返回像的位置，并填入表1，加上步骤4中与预设零位位置对应的数据，共计201组测试数据。

表1

其中，θ1为一维旋转台的绝对位置（即前述调节模块在一维旋转方向上的绝对位置），θ2为伺服转台的角度，x为摆镜返回像在X轴方向上的成像位置，y为摆镜返回像在Y轴方向上的成像位置，θ为伺服转台的旋转角度，θ3为伺服转台的实际指向角度，为安装误差值，/>、θ、θ1、θ2和θ3的单位为°。

安装误差值由公式一确定，公式一为：

；

其中， d为相机的像元尺寸，为平行光管的焦距， d的单位为μm，/>的单位为mm。

步骤6：处理表1中的数据，以预设旋转范围内的各旋转角度为横坐标，以各安装误差值为纵坐标，绘制伺服转台安装误差曲线图。如图6所示，可以清晰看出伺服转台安装误差呈周期性变化，并且最大安装误差大于0.01°。

通过应用以上技术方案，与现有技术相比，具有以下有益效果：

调试流程简单。本申请实施例使用光学瞄准方法，采用一维旋转台、二维俯仰台调整激光载荷与平行光管系统的相对位置关系，并通过相机成像辅助调试，降低了激光载荷工装加工、安装精度要求，以及可大幅度降低调试难度，流程简单，便于实验室内部操作。

标定精度、可靠性高。本申请实施例的方法使用高精度一维旋转台，长焦距平行光管，以及多组测试数据处理，能够大限度的减小人眼读数误差，以及测量误差，并通过绘制伺服转台安装误差曲线图，能够准确清晰的看出码盘驱动伺服转台旋转时，安装误差在不同角度上的变化情况。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“进入”、“相连”、“连接”、等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

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申请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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种星载激光载荷伺服转台安装误差标定装置，其特征在于，所述装置包括：

工装平板，设置在光学平台上；

调节模块，设置在所述工装平板上且与激光载荷固定连接，用于调节所述激光载荷在一维旋转方向和二维俯仰方向上的角度；

平行光管系统，包括平行光管、激光入口和出光口，所述出光口与所述激光载荷相对设置，所述平行光管系统用于从所述激光入口接收预设光源发射的激光，并由所述平行光管将所述激光转为平行光束后，通过所述出光口射出；

相机，用于基于从所述出光口返回的反射光生成光斑图像，并将所述光斑图像显示在相机监视画面中；

其中，被测的伺服转台与所述激光载荷固定连接或一体设置，所述伺服转台可在所述调节模块或码盘的驱动下按所述一维旋转方向进行旋转，所述光斑图像包括与摆镜的反射光对应的摆镜返回像，所述摆镜可旋转的设置在所述伺服转台中且位于所述出光口的光路范围内；

其中，所述装置按以下过程进行星载激光载荷伺服转台安装误差标定：

启动所述预设光源，调整所述摆镜的旋转角度，以使所述摆镜返回像处于预设零位位置；

按预设步长和预设旋转范围驱动所述伺服转台在所述一维旋转方向上进行两轮旋转过程，并获取所述两轮旋转过程中与多个旋转角度对应的多组测试数据；

依次根据每组所述测试数据确定所述伺服转台的安装误差值；

根据各所述安装误差值确定所述伺服转台的安装误差标定结果；

其中, 所述测试数据与所述摆镜返回像的成像位置相关，所述两轮旋转过程包括一轮由所述调节模块驱动的旋转过程和一轮由所述码盘驱动的旋转过程。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

角锥，可移除的设置在所述伺服转台和所述出光口之间，用于将从所述出光口发出的光反射回所述平行光管；

其中，所述光斑图像还包括与所述角锥的反射光对应的角锥返回像，在所述相机获取所述角锥返回像后移除所述角锥，所述角锥返回像在所述相机监控画面的位置为预设零位位置。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

基准棱镜，设置在所述激光载荷的外壳上，且位于所述伺服转台和所述角锥的设置位置之间，用于将从所述出光口发出的光反射回所述平行光管；

其中，所述光斑图像还包括与所述基准棱镜的反射光对应的棱镜返回像，所述基准棱镜在所述一维旋转方向和所述二维俯仰方向上的角度，是根据所述棱镜返回像和所述角锥返回像调整所述调节模块后确定的。

4.如权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，所述调节模块包括：

一维旋转台，设置在所述工装平板上，用于调节所述激光载荷在所述一维旋转方向上的角度；

二维俯仰台，设置在所述一维旋转台上且与所述激光载荷固定连接，用于调节所述激光载荷在所述二维俯仰方向上的角度。

5.一种星载激光载荷伺服转台安装误差标定方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1-4任一项所述的星载激光载荷伺服转台安装误差标定装置中，所述方法包括：

启动所述预设光源，调整所述摆镜的旋转角度，以使所述摆镜返回像处于预设零位位置；

按预设步长和预设旋转范围驱动所述伺服转台在所述一维旋转方向上进行两轮旋转过程，并获取所述两轮旋转过程中与多个旋转角度对应的多组测试数据；

依次根据每组所述测试数据确定所述伺服转台的安装误差值；

根据各所述安装误差值确定所述伺服转台的安装误差标定结果；

其中, 所述测试数据与所述摆镜返回像的成像位置相关，所述两轮旋转过程包括一轮由所述调节模块驱动的旋转过程和一轮由所述码盘驱动的旋转过程。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，每组所述测试数据包括所述摆镜返回像在X轴方向上的成像位置x、所述预设零位位置在X轴方向上的成像位置x₀和所述伺服转台的旋转角度θ，所述安装误差值由公式一确定，所述公式一为：

；

其中，为所述安装误差值，d为所述相机的像元尺寸，/>为所述平行光管的焦距，/>和θ的单位为°，d的单位为μm，/>的单位为mm。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在调整所述摆镜的旋转角度，以使所述摆镜返回像处于预设零位位置之前，所述方法还包括：

在所述伺服转台和所述出光口之间设置角锥，并使所述角锥将从所述出光口发出的光反射回所述平行光管，其中，光斑图像还包括与所述角锥的反射光对应的角锥返回像；

基于所述相机获取所述角锥返回像，将所述角锥返回像确定为所述预设零位位置，并移除所述角锥。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在移除所述角锥之后，所述方法还包括：

在所述激光载荷的外壳上设置基准棱镜，并使所述基准棱镜将从所述出光口发出的光反射回所述平行光管，其中，所述光斑图像还包括与所述基准棱镜的反射光对应的棱镜返回像；

基于所述相机获取所述棱镜返回像，并执行：

步骤A，基于所述调节模块调整所述基准棱镜在所述一维旋转方向和所述二维俯仰方向上的角度，以使所述棱镜返回像在所述一维旋转方向上的0°位置，+90°位置，-90°位置上均与所述角锥返回像重合；

步骤B，调整所述调节模块的安装参数，以使所述调节模块在按预设最小步长沿所述一维旋转方向旋转时，各像素移动数量之间的偏差值不大于预设像素数量，其中，所述像素移动数量为所述棱镜返回像在每次旋转后的像素移动数量；

其中，所述0°位置为所述摆镜正对所述出光口的位置，所述+90°位置为在所述0°位置的基础上旋转+90°的位置，所述-90°位置为在所述0°位置的基础上旋转-90°的位置。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在执行所述步骤B之后，所述方法还包括：

基于所述调节模块调整所述基准棱镜，以使所述基准棱镜在所述一维旋转方向上旋转至所述0°位置；

若所述棱镜返回像与所述角锥返回像重合，基于所述相机获取所述摆镜返回像；

若所述棱镜返回像与所述角锥返回像不重合，重新执行所述步骤A-所述步骤B。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述调节模块包括可按所述一维旋转方向旋转的一维旋转台和可按所述二维俯仰方向调整的二维俯仰台，所述安装参数为所述一维旋转台的安装参数。