一種航天遙感器二維指向鏡指向精度測(cè)量方法
【專利摘要】一種航天遙感器二維指向鏡指向精度測(cè)量方法，建立了二維指向鏡分別繞滾動(dòng)軸和俯仰軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)鏡面法線空間運(yùn)動(dòng)軌跡的數(shù)學(xué)模型；利用經(jīng)緯儀對(duì)鏡面法線的空間軌跡進(jìn)行測(cè)量；結(jié)合數(shù)學(xué)模型和測(cè)量數(shù)據(jù)，利用特征根最小二乘法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；將數(shù)據(jù)處理結(jié)果作為依據(jù)反饋二維指向鏡控制器。本發(fā)明有效地提高了二維指向鏡指向精度的測(cè)量和反饋，大大改進(jìn)了航天遙感器中指向控制器對(duì)二維指向鏡轉(zhuǎn)動(dòng)角度的控制精度。
【專利說(shuō)明】一種航天遙感器二維指向鏡指向精度測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種航天遙感器指向鏡指向精度的測(cè)量方法，特別涉及一種采用兩軸轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的二維指向鏡指向精度測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]二維指向鏡是航天遙感器中一種重要的掃描裝置，采用兩軸結(jié)構(gòu)，掃描視場(chǎng)比較大。二維指向鏡安裝完成后，由控制器發(fā)出指令控制轉(zhuǎn)動(dòng)角度。二維指向裝置軸系的非正交性、旋轉(zhuǎn)變壓器旋變反饋信號(hào)的不準(zhǔn)確性都會(huì)導(dǎo)致物方指向偏差，進(jìn)而影響對(duì)物觀測(cè)精度。由于二維指向鏡裝置的復(fù)雜性和高精度要求，其指向精度的測(cè)量需要進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，關(guān)于二維指向鏡指向精度的測(cè)量并未見(jiàn)公開(kāi)的資料報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種航天遙感器二維指向鏡指向精度測(cè)量方法，實(shí)現(xiàn)二維指向鏡指向的高精度測(cè)量。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種航天遙感器二維指向鏡指向精度測(cè)量方法，步驟如下:
[0005]I)將二維指向鏡上的俯仰軸伺服在固定位置不動(dòng)，二維指向鏡上的滾動(dòng)軸接收外部的控制指令，在預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍內(nèi)從起點(diǎn)轉(zhuǎn)到終點(diǎn)，每次增加一個(gè)固定角度；每轉(zhuǎn)到一個(gè)新的角度后，測(cè)量獲得二維指向鏡在該角度下的指向方向；
[0006]2)根據(jù)步驟I)獲得的二維指向鏡繞滾動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)各角度下的指向方向，建立平面111數(shù)學(xué)模型，其中所有指向方向都在平面TI1內(nèi)；
[0007]3 )將二維指向鏡上的滾動(dòng)軸伺服在固定位置不動(dòng)，二維指向鏡上的俯仰軸、接收外部的控制指令，在預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍內(nèi)從起點(diǎn)轉(zhuǎn)到終點(diǎn)，每次增加一個(gè)固定角度；每轉(zhuǎn)到一個(gè)新的角度后，測(cè)量獲得二維指向鏡在該角度下的指向方向；
[0008]4)利用特征根最小二乘法，根據(jù)步驟3)獲得的二維指向鏡繞俯仰軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)各角度下的指向方向，建立圓錐面數(shù)學(xué)模型，其中所有指向方向均在一個(gè)圓錐面內(nèi)，圓錐面底面構(gòu)成平面Π 2 ；
[0009]5)根據(jù)步驟2)建立的平面Π !數(shù)學(xué)模型，求解得到二維指向鏡繞俯仰軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的指向精度，根據(jù)步驟4)建立的圓錐面數(shù)學(xué)模型，求解得到二維指向鏡繞滾動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的指向精度。
[0010]所述步驟I)中二維指向鏡繞滾動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍為-15°到+15°，每次增加1°。
[0011]所述步驟I)中使用經(jīng)緯儀來(lái)測(cè)量二維指向鏡指向方向。
[0012]所述步驟2)中建立平面Π !數(shù)學(xué)模型的具體方法為:
[0013]21)使用經(jīng)緯儀測(cè)量獲得步驟2)中各指向方向的空間角度；
[0014]22)將各空間角度轉(zhuǎn)換為經(jīng)緯儀坐標(biāo)系下的空間單位向量；
[0015]23)根據(jù)步驟22)獲得的所有空間單位向量的三維坐標(biāo)擬合得到平面Π 10[0016]所述步驟5)中二維指向鏡繞俯仰軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的指向精度采用轉(zhuǎn)角誤差和晃動(dòng)量來(lái)表征；所述的轉(zhuǎn)角誤差為利用步驟2)中建立的平面Π !內(nèi)相鄰兩次指向方向之間的夾角與外部控制指令之差；晃動(dòng)量為利用步驟2)中建立的平面Π !內(nèi)指向方向與平面Π !的夾角。
[0017]所述步驟3)中二維指向鏡繞俯仰軸的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍為-30°到+30°，每次增加2°。
[0018]所述步驟4)中建立圓錐面數(shù)學(xué)模型的具體方法為:
[0019]41)使用經(jīng)緯儀測(cè)量獲得步驟3)中各指向方向的空間角度；
[0020]42)將各空間角度轉(zhuǎn)換為經(jīng)緯儀坐標(biāo)系下的空間單位向量，所有空間單位向量構(gòu)成空間圓錐數(shù)學(xué)模型；
[0021]43)根據(jù)步驟42)獲得的所有空間單位向量的三維坐標(biāo)擬合得到圓錐模型底面
Π 2。
[0022]所述步驟5)中二維指向鏡繞滾動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的指向精度采用晃動(dòng)量和轉(zhuǎn)角誤差來(lái)表征；所述的晃動(dòng)量為步驟4)中建立的圓錐面內(nèi)指向方向的空間單位向量和圓錐面旋轉(zhuǎn)軸之間的夾角；轉(zhuǎn)角誤差為步驟4)中建立的圓錐面內(nèi)指向方向的空間單位向量和轉(zhuǎn)動(dòng)前指向空間單位向量之間的夾角在圓錐底面Π 2上的投影。
[0023]所述步驟5)中求解二維指向鏡繞俯仰軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的指向精度以及二維指向鏡繞滾動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的指向精度均采用特征根最小二乘法。
[0024]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是:
[0025](I)對(duì)二維指向鏡俯仰軸不動(dòng)繞滾動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)指向方向的空間軌跡建立了數(shù)學(xué)模型，使得二維指向鏡在該情況下的指向精度有明確的數(shù)學(xué)量進(jìn)行表征。
[0026](2)對(duì)二維指向鏡滾動(dòng)軸不動(dòng)繞俯仰軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)指向方向的空間軌跡建立了數(shù)學(xué)模型，使得二維指向鏡在該情況下的指向精度有明確的數(shù)學(xué)量進(jìn)行表征。。
[0027](3)結(jié)合數(shù)學(xué)模型和測(cè)量數(shù)據(jù)，利用特征根最小二乘法處理數(shù)據(jù)并將處理結(jié)果作為二維指向鏡控制器的反饋依據(jù)，提高了指向精度。
[0028](4)通過(guò)數(shù)學(xué)建模、數(shù)據(jù)測(cè)量、數(shù)據(jù)處理以及結(jié)果反饋等步驟，為二維指向鏡指向精度的測(cè)量提供了系統(tǒng)而又完善的方法。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1是本發(fā)明方法流程圖。
[0030]圖2是本發(fā)明二維指向鏡繞滾動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)指向方向空間軌跡模型示意圖。
[0031]圖3是本發(fā)明二維指向鏡繞俯仰軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)指向方向空間軌跡模型示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]如圖2所示，本發(fā)明采用的二維指向鏡繞滾動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)指向精度測(cè)量裝置包括:掃描鏡1，控制器2，滾動(dòng)軸3，俯仰軸4，經(jīng)緯儀5。
[0033]如圖3所示，本發(fā)明采用的二維指向鏡繞俯仰軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)指向精度測(cè)量裝置包括:掃描鏡1，控制器2，滾動(dòng)軸3，俯仰軸4，經(jīng)緯儀5。
[0034]如圖1所示，本發(fā)明方法流程如下:
[0035](I)如圖2所示，將俯仰軸4伺服在固定角度不動(dòng)，指向控制器2發(fā)出指令，使得滾動(dòng)軸3從-15°轉(zhuǎn)動(dòng)到+15°，每次增加1° ;用Leica經(jīng)緯儀5對(duì)二維指向鏡相應(yīng)的指向方向進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量過(guò)程中經(jīng)緯儀位置不動(dòng)。
[0036](2)以經(jīng)緯儀的(0°，90° ), (270° ,90° )方向分別為+X和+Y軸建立右手正交坐標(biāo)系，稱為測(cè)量坐標(biāo)系，記為Σ ο,,坐標(biāo)系的Z軸正方向豎直向上，此時(shí)X軸正方向?yàn)榻?jīng)緯儀的零位。假設(shè)經(jīng)緯儀自準(zhǔn)空間某方向P，水平角和豎直角分別為h和V，P點(diǎn)的空間向量分量在測(cè)量坐標(biāo)系Σ ^中表示為:
[0037]x=sinvcosh
[0038]y=-sinvsinh(I)
[0039]Z=Cosv
[0040](3)以滾動(dòng)軸+15°和-15°方向時(shí)的法線方向在測(cè)量坐標(biāo)系Stl下的單位向量4 B力基準(zhǔn)，建立法線方向運(yùn)動(dòng)軌跡模型:平面Π i，如圖1所示。
[0041]
【權(quán)利要求】
1.一種航天遙感器二維指向鏡指向精度測(cè)量方法，其特征在于步驟如下: 1)將二維指向鏡上的俯仰軸(4)伺服在固定位置不動(dòng)，二維指向鏡上的滾動(dòng)軸(3)接收外部的控制指令，在預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍內(nèi)從起點(diǎn)轉(zhuǎn)到終點(diǎn)，每次增加一個(gè)固定角度；每轉(zhuǎn)到一個(gè)新的角度后，測(cè)量獲得二維指向鏡在該角度下的指向方向； 2)根據(jù)步驟I)獲得的二維指向鏡繞滾動(dòng)軸(3)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)各角度下的指向方向，建立平面Π !數(shù)學(xué)模型，其中所有指向方向都在平面Π !內(nèi)； 3)將二維指向鏡上的滾動(dòng)軸(3)伺服在固定位置不動(dòng)，二維指向鏡上的俯仰軸(4)接收外部的控制指令，在預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍內(nèi)從起點(diǎn)轉(zhuǎn)到終點(diǎn)，每次增加一個(gè)固定角度；每轉(zhuǎn)到一個(gè)新的角度后，測(cè)量獲得二維指向鏡在該角度下的指向方向； 4)利用特征根最小二乘法，根據(jù)步驟3)獲得的二維指向鏡繞俯仰軸(4)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)各角度下的指向方向，建立圓錐面數(shù)學(xué)模型，其中所有指向方向均在一個(gè)圓錐面內(nèi)，圓錐面底面構(gòu)成平面Π 2 ； 5)根據(jù)步驟2)建立的平面Π!數(shù)學(xué)模型，求解得到二維指向鏡繞俯仰軸(4)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的指向精度，根據(jù)步驟4)建立的圓錐面數(shù)學(xué)模型，求解得到二維指向鏡繞滾動(dòng)軸(3)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的指向精度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航天遙感器二維指向鏡指向精度測(cè)量方法，其特征在于:所述步驟I)中二維指向鏡繞滾動(dòng)軸(3)的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍為-15°到+15°，每次增加1°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的一種航天遙感器二維指向鏡指向精度測(cè)量方法，其特征在于:所述步驟I)中使用經(jīng)緯儀(5)來(lái)測(cè)量二維指向鏡指向方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航天遙感器二維指向鏡指向精度測(cè)量方法，其特征在于:所述步驟2)中建立平面Π !數(shù)學(xué)模型的具體方法為: 21)使用經(jīng)緯儀(5)測(cè)量獲得步驟2)中各指向方向的空間角度； 22)將各空間角度轉(zhuǎn)換為經(jīng)緯儀(5)坐標(biāo)系下的空間單位向量； 23)根據(jù)步驟22)獲得的所有空間單位向量的三維坐標(biāo)擬合得到平面Π10
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航天遙感器二維指向鏡指向精度測(cè)量方法，其特征在于:所述步驟5)中二維指向鏡繞俯仰軸(4)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的指向精度采用轉(zhuǎn)角誤差和晃動(dòng)量來(lái)表征；所述的轉(zhuǎn)角誤差為利用步驟2)中建立的平面Π !內(nèi)相鄰兩次指向方向之間的夾角與外部控制指令之差；晃動(dòng)量為利用步驟2)中建立的平面Π !內(nèi)指向方向與平面Π !的夾角。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航天遙感器二維指向鏡指向精度測(cè)量方法，其特征在于:所述步驟3)中二維指向鏡繞俯仰軸(4)的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍為-30°到+30°，每次增加2°。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航天遙感器二維指向鏡指向精度測(cè)量方法，其特征在于:所述步驟4)中建立圓錐面數(shù)學(xué)模型的具體方法為: 41)使用經(jīng)緯儀(5)測(cè)量獲得步驟3)中各指向方向的空間角度； 42)將各空間角度轉(zhuǎn)換為經(jīng)緯儀(5)坐標(biāo)系下的空間單位向量，所有空間單位向量構(gòu)成空間圓錐數(shù)學(xué)模型； 43)根據(jù)步驟42)獲得的所有空間單位向量的三維坐標(biāo)擬合得到圓錐模型底面Π2。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航天遙感器二維指向鏡指向精度測(cè)量方法，其特征在于:所述步驟5)中二維指向鏡繞滾動(dòng)軸(3)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的指向精度采用晃動(dòng)量和轉(zhuǎn)角誤差來(lái)表征；所述的晃動(dòng)量為步驟4)中建立的圓錐面內(nèi)指向方向的空間單位向量和圓錐面旋轉(zhuǎn)軸之間的夾角；轉(zhuǎn)角誤差為步驟4)中建立的圓錐面內(nèi)指向方向的空間單位向量和轉(zhuǎn)動(dòng)前指向空間單位向量之間的夾角在圓錐底面Π 2上的投影。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航天遙感器二維指向鏡指向精度測(cè)量方法，其特征在于:所述步驟5)中求解二維指向鏡繞俯仰軸(4)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的指向精度以及二維指向鏡繞滾動(dòng)軸(3)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的指 向精度均采用特征根最小二乘法。
【文檔編號(hào)】G01M11/00GK103759922SQ201410029517
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月22日
【發(fā)明者】邢輝, 安超, 文高進(jìn), 宋俊儒, 穆生博, 康建兵, 彭宏剛 申請(qǐng)人:北京空間機(jī)電研究所