基于線陣ccd的二次平臺(tái)水平度測量系統(tǒng)及方法
【專利摘要】基于線陣CCD的二次平臺(tái)水平度測量系統(tǒng)及方法，涉及一種二次平臺(tái)水平度測量系統(tǒng)及方法。它是為了適應(yīng)對(duì)二次平臺(tái)對(duì)于水平度的測量達(dá)到角秒級(jí)的需求。它的飛輪電機(jī)的定子豎直固定在單軸精密氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)的中心，激光器固定在飛輪電機(jī)的轉(zhuǎn)子上；每N個(gè)CCD傳感器等間距設(shè)置在基準(zhǔn)平臺(tái)的一側(cè)；基準(zhǔn)平臺(tái)的每一側(cè)的相鄰兩個(gè)CCD傳感器的間距均相等。當(dāng)二次平臺(tái)在工作過程中，飛輪電機(jī)帶動(dòng)激光器旋轉(zhuǎn)，使激光器發(fā)出的激光光束依次掃描16個(gè)CCD傳感器；采集相鄰三個(gè)CCD傳感器上的激光位置，并根據(jù)該三個(gè)激光位置的高度構(gòu)成一個(gè)平面，求解該平面的傾角，并作為二次平臺(tái)的水平度測量結(jié)果。本發(fā)明適用于二次平臺(tái)的水平度測量。
【專利說明】基于線陣CCD的二次平臺(tái)水平度測量系統(tǒng)及方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種二次平臺(tái)水平度測量系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代社會(huì)中，經(jīng)常需要高平面度的平臺(tái)，比如在空間交匯對(duì)接、地面測量、導(dǎo)航、網(wǎng)絡(luò)通信和編隊(duì)控制等全物理仿真試驗(yàn)中，需要支撐整個(gè)地面仿真器，為地面仿真實(shí)驗(yàn)提供基礎(chǔ)平臺(tái)；為編隊(duì)衛(wèi)星地面試驗(yàn)驗(yàn)證、控制算法驗(yàn)證分析等物理仿真試驗(yàn)提供平臺(tái)支撐。由于平臺(tái)運(yùn)動(dòng)或者是靜止時(shí)都可能由于大面積水平基座的不平整等原因處于傾斜狀態(tài)，不利于為負(fù)載提供盡可能水平的作業(yè)平臺(tái)保證準(zhǔn)確對(duì)接，因此需要平臺(tái)在靜止和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)都能夠被快速、精確的調(diào)平，以保證平臺(tái)足夠的水平度。
[0003]二次平臺(tái)和六自由度氣浮臺(tái)軌道器及六自由度氣浮臺(tái)上升器共同構(gòu)成交會(huì)對(duì)接仿真試驗(yàn)的核心部分。其中，以氣浮球軸承和重力平衡伺服運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為核心組成的六自由度氣浮臺(tái)軌道器用來模擬軌道器動(dòng)力學(xué)仿真狀態(tài)；二次平臺(tái)用來支撐六自由度氣浮臺(tái)軌道器，實(shí)現(xiàn)高精度自動(dòng)調(diào)平；與六自由度上升器配合，實(shí)現(xiàn)完整的交會(huì)對(duì)接動(dòng)力學(xué)與控制全物理仿真試驗(yàn)。整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行在大型花崗巖平臺(tái)上，是地面全物理仿真試驗(yàn)的核心和基礎(chǔ)平臺(tái)；也為未來的編隊(duì)衛(wèi)星地面試驗(yàn)驗(yàn)證、控制算法驗(yàn)證分析等物理仿真試驗(yàn)提供平臺(tái)支撐。水平度測量是整個(gè)自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)的一部分，主要實(shí)現(xiàn)激光掃描平面水平度測量。
[0004]現(xiàn)有的水平測量系統(tǒng)一般是根據(jù)傾角傳感器或者光柵式編碼器來測量水平度，但是在該系統(tǒng)中由于二次平臺(tái)時(shí)刻存在著無明顯規(guī)律的運(yùn)動(dòng)，而傾角傳感器實(shí)質(zhì)上是一種加速度傳感器，只能在靜態(tài)工作時(shí)保證較高的精度，而無法在動(dòng)態(tài)工作時(shí)達(dá)到理想的精度，而光柵式編碼器則需要一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)軸來進(jìn)行測量，可是該系統(tǒng)中二次平臺(tái)氣浮在大平臺(tái)上，沒有定軸，所以也不適合用光柵式編碼器，二次平臺(tái)本身對(duì)于水平度的要求達(dá)到角秒級(jí)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是為了適應(yīng)對(duì)二次平臺(tái)對(duì)于水平度的測量達(dá)到角秒級(jí)的需求，從而提供一種基于線陣CCD的二次平臺(tái)水平度測量系統(tǒng)及方法。
[0006]基于線陣CCD的二次平臺(tái)水平度測量系統(tǒng)，它包括二次平臺(tái)、飛輪電機(jī)、激光器1-1和4N個(gè)CXD傳感器1-3 ；N為大于或等于3的整數(shù)；
[0007]二次平臺(tái)包括基準(zhǔn)平臺(tái)1-2和單軸精密氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)；單軸精密氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)置在基準(zhǔn)平臺(tái)1-2的中心位置；所述基準(zhǔn)平臺(tái)1-2為矩形平板結(jié)構(gòu)；
[0008]飛輪電機(jī)的定子豎直固定在單軸精密氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)的中心，激光器1-1固定在飛輪電機(jī)的轉(zhuǎn)子上；所述激光器1-1輸出的激光在水平方向傳播；
[0009]每N個(gè)CXD傳感器1-3等間距設(shè)置在基準(zhǔn)平臺(tái)1_2的一側(cè)；基準(zhǔn)平臺(tái)1_2的每一側(cè)的相鄰兩個(gè)CXD傳感器1-3的間距均相等。
[0010] 它還包括傾角傳感器，所述傾角傳感器設(shè)置在二次平臺(tái)上。[0011]它還包括DSP，所述DSP的N個(gè)CXD傳感器信號(hào)輸入端與N個(gè)CXD傳感器的輸出端連接。
[0012]基于上述裝置的基于線陣CCD的二次平臺(tái)水平度測量方法，它的方法為:
[0013]當(dāng)二次平臺(tái)在工作過程中，飛輪電機(jī)帶動(dòng)激光器1-1旋轉(zhuǎn)，使激光器1-1發(fā)出的激光光束依次掃描N個(gè)CCD傳感器1-3 ；
[0014]采集相鄰三個(gè)CXD傳感器1-3上的激光位置，并根據(jù)該三個(gè)激光位置的高度構(gòu)成一個(gè)平面，求解該平面的傾角，并作為二次平臺(tái)的水平度測量結(jié)果。
[0015]本發(fā)明能夠?qū)Χ纹脚_(tái)本身對(duì)于水平度的測量達(dá)到角秒級(jí)，充分適應(yīng)了需求。為平臺(tái)系統(tǒng)的調(diào)平提供依據(jù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是本發(fā)明的測量系統(tǒng)的俯視圖；圖中標(biāo)記I至16是16個(gè)CXD傳感器的編號(hào)；
[0018]圖3是測量平臺(tái)傾角的原理示意圖；圖中標(biāo)記3-1為整個(gè)平臺(tái)中心,也應(yīng)是16個(gè)線陣CCD感光面法線的交點(diǎn)，1-1為二次平臺(tái)上被飛輪電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的激光器，1-2為線陣(XD，3-2為二次平臺(tái)所行走的平面縮略圖，代表整個(gè)30M*40M的大平臺(tái)，也是整個(gè)二次平臺(tái)的水平運(yùn)動(dòng)范圍；標(biāo)記3-3為二次平臺(tái)主體；
[0019]圖4是線陣CXD的光譜響應(yīng)仿真示意圖；
[0020]圖5是點(diǎn)源對(duì)微面元的照度的原理示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0021]【具體實(shí)施方式】一、結(jié)合圖1和圖2說明本【具體實(shí)施方式】，基于線陣CCD的二次平臺(tái)水平度測量系統(tǒng)，它包括二次平臺(tái)、飛輪電機(jī)、激光器1-1和4N個(gè)CCD傳感器1-3 ；N為大于或等于3的整數(shù)；
[0022]二次平臺(tái)包括基準(zhǔn)平臺(tái)1-2和單軸精密氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)；單軸精密氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)置在基準(zhǔn)平臺(tái)1-2的中心位置；所述基準(zhǔn)平臺(tái)1-2為矩形平板結(jié)構(gòu)；
[0023]飛輪電機(jī)的定子豎直固定在單軸精密氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)的中心，激光器1-1固定在飛輪電機(jī)的轉(zhuǎn)子上；所述激光器1-1輸出的激光在水平方向傳播；
[0024]每N個(gè)CXD傳感器1-3等間距設(shè)置在基準(zhǔn)平臺(tái)1_2的一側(cè)；基準(zhǔn)平臺(tái)1_2的每一側(cè)的相鄰兩個(gè)CXD傳感器1-3的間距均相等。
[0025]工作原理:如圖1所示，在30mX 40m的基準(zhǔn)平臺(tái)上，二次平臺(tái)由安裝在氣浮平臺(tái)上的激光器掃描，通過若干個(gè)線陣CCD圖像傳感器，將角度測量轉(zhuǎn)換為長度測量，最終實(shí)現(xiàn)水平度精確實(shí)時(shí)測量。
[0026]二次平臺(tái)系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)及參數(shù)如表1-1:
[0027]表1-1系統(tǒng)主要性能參數(shù)及指標(biāo)
【權(quán)利要求】
1.基于線陣CCD的二次平臺(tái)水平度測量系統(tǒng)，其特征是:它包括二次平臺(tái)、飛輪電機(jī)、激光器(1-1)和4N個(gè)CCD傳感器(1-3) ；N為大于或等于3的整數(shù)； 二次平臺(tái)包括基準(zhǔn)平臺(tái)(1-2)和單軸精密氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)；單軸精密氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)置在基準(zhǔn)平臺(tái)(1-2)的中心位置；所述基準(zhǔn)平臺(tái)(1-2)為矩形平板結(jié)構(gòu)； 飛輪電機(jī)的定子豎直固定在單軸精密氣浮轉(zhuǎn)臺(tái)的中心，激光器(1-1)固定在飛輪電機(jī)的轉(zhuǎn)子上；所述激光器(1-1)輸出的激光在水平方向傳播； 每N個(gè)CXD傳感器(1-3)等間距設(shè)置在基準(zhǔn)平臺(tái)(1-2)的一側(cè)；基準(zhǔn)平臺(tái)(1-2)的每一側(cè)的相鄰兩個(gè)CCD傳感器(1-3)的間距均相等。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于線陣CCD的二次平臺(tái)水平度測量系統(tǒng)，其特征在于它還包括傾角傳感器，所述傾角傳感器設(shè)置在二次平臺(tái)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于線陣CCD的二次平臺(tái)水平度測量系統(tǒng)，其特征在于它還包括DSP，所述DSP的N個(gè)CXD傳感器信號(hào)輸入端與N個(gè)CXD傳感器的輸出端連接。
4.基于權(quán)利要求1的基于線陣CCD的二次平臺(tái)水平度測量方法，其特征在于，它的方法為: 當(dāng)二次平臺(tái)在工作過程中，飛輪電機(jī)帶動(dòng)激光器(1-1)旋轉(zhuǎn)，使激光器(1-1)發(fā)出的激光光束依次掃描N個(gè)CCD傳感器(1-3)； 采集相鄰三個(gè)CXD傳感器(1-3)上的激光位置，并根據(jù)該三個(gè)激光位置的高度構(gòu)成一個(gè)平面，求解該平面的傾角，并作為二次平臺(tái)的水平度測量結(jié)果。
【文檔編號(hào)】G01C9/00GK103954267SQ201410203408
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年5月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月14日
【發(fā)明者】陳興林, 劉帥, 劉宇維, 杜婧 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)