本發(fā)明特別涉及一種星敏感器主點(diǎn)測(cè)量裝置及其方法。

背景技術(shù)：

星敏感器是衛(wèi)星平臺(tái)用于姿態(tài)控制的關(guān)鍵部件，具有姿態(tài)測(cè)量精度高，無(wú)漂移，測(cè)量姿態(tài)連續(xù)等優(yōu)點(diǎn)。星敏感器的工作原理是：當(dāng)星敏感器光軸指向星空中的某一區(qū)域時(shí)，恒星通過(guò)星敏感器的光學(xué)系統(tǒng)在探測(cè)器上投影得到彌散像斑；通過(guò)星圖處理算法提取星點(diǎn)信息,與導(dǎo)航星庫(kù)中的星點(diǎn)信息進(jìn)行匹配；最后解算出星敏感器在天球坐標(biāo)系下的三軸姿態(tài)角。

在星敏感器投入使用前，需要對(duì)星敏感器的焦距、主點(diǎn)坐標(biāo)以及鏡頭畸變等參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。主點(diǎn)坐標(biāo)是星光垂直入射，在星敏感器探測(cè)器面上成像的質(zhì)心坐標(biāo)。主點(diǎn)坐標(biāo)作為星敏感器標(biāo)定的一項(xiàng)重要內(nèi)部參數(shù)，對(duì)標(biāo)定精度的影響很大?，F(xiàn)階段主要的主點(diǎn)測(cè)試方法為：通過(guò)建立標(biāo)定模型，如圖2所示；進(jìn)行標(biāo)定實(shí)驗(yàn)采集星點(diǎn)質(zhì)心坐標(biāo)，最后計(jì)算得到主點(diǎn)坐標(biāo)。

現(xiàn)有的主點(diǎn)測(cè)試方法存在的問(wèn)題是：

a)將質(zhì)心坐標(biāo)代入標(biāo)定模型計(jì)算得到的主點(diǎn)坐標(biāo)不精確，由標(biāo)定模型和計(jì)算誤差引入誤差。

b)由于星敏感器在轉(zhuǎn)臺(tái)上的安裝偏差，使得星敏感器光軸和平行光管光軸不共線，影響主點(diǎn)坐標(biāo)的估計(jì)精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種星敏感器主點(diǎn)測(cè)量裝置及其方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)裝調(diào)的方法，得到星敏感器主點(diǎn)的坐標(biāo)，提高標(biāo)定精度，從而減少星敏感器的低頻誤差。

為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種星敏感器主點(diǎn)測(cè)量裝置，其特點(diǎn)是，包含：

水平設(shè)置的主軸；

旋轉(zhuǎn)臺(tái)，其套置在主軸上，包含間隔設(shè)置的安裝臺(tái)及支撐臺(tái)，所述的安裝臺(tái)和支撐臺(tái)繞主軸旋轉(zhuǎn)，且所述的星敏感器設(shè)置在安裝臺(tái)臺(tái)面上；

位置調(diào)整電機(jī)組件，其與旋轉(zhuǎn)臺(tái)相連，用于調(diào)整旋轉(zhuǎn)臺(tái)的豎直及水平方向位移

若干對(duì)微調(diào)組件，其設(shè)置在安裝臺(tái)與支撐臺(tái)之間，所述的微調(diào)組件調(diào)節(jié)安裝臺(tái)的傾角，使得所述的星敏感器光軸和平行光管光軸共線。

所述的位置調(diào)整電機(jī)組件包含：平移電機(jī)和升降電機(jī)；

所述的平移電機(jī)驅(qū)動(dòng)支撐臺(tái)的水平移動(dòng)；

所述的升降電機(jī)驅(qū)動(dòng)支撐臺(tái)的上下運(yùn)動(dòng)。

所述的微調(diào)組件包含電動(dòng)螺絲刀和彈簧。

所述的安裝臺(tái)和支撐臺(tái)通過(guò)陶瓷角接觸軸承套置在所述的主軸上。

一種星敏感器主點(diǎn)測(cè)量方法，其特點(diǎn)是，該方法包含如下步驟：

S1，將星敏感器裝載在安裝臺(tái)臺(tái)面上，調(diào)節(jié)升降電機(jī)和平移電機(jī)，使得星敏感器光軸與安裝臺(tái)臺(tái)面中心軸的交點(diǎn)和平行光管光軸與安裝臺(tái)臺(tái)面中心軸的交點(diǎn)重合；

S2，微調(diào)組件調(diào)節(jié)安裝臺(tái)的傾角，使得所述的星敏感器光軸和平行光管光軸的傾角α為0，得到主點(diǎn)坐標(biāo)。

所述的步驟S2具體包含：

S2.1，安裝臺(tái)和支撐臺(tái)繞著主軸旋轉(zhuǎn)360°；

S2.2，采集星點(diǎn)質(zhì)心坐標(biāo)，得到質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)軌跡，判斷星點(diǎn)質(zhì)心運(yùn)動(dòng)軌跡是否滿足預(yù)設(shè)的要求，若不滿足預(yù)設(shè)的要求，α≠0，需要進(jìn)一步調(diào)節(jié)安裝臺(tái)的傾角；

S2.3，通過(guò)微調(diào)組件調(diào)節(jié)安裝臺(tái)的傾角；

S2.4，重復(fù)步驟S2.1和S2.2，直到α＝0，此時(shí)平行光管的入射平行光垂直于星敏感器像面，得到主點(diǎn)坐標(biāo)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、旋轉(zhuǎn)臺(tái)面材料的選取，使裝置具有較高的支撐和回轉(zhuǎn)精度，同時(shí)雙層臺(tái)面結(jié)構(gòu)，使得在調(diào)整臺(tái)面和旋轉(zhuǎn)過(guò)程中更穩(wěn)定。

2、旋轉(zhuǎn)主軸使用精密陶瓷角接觸軸承，可滿足旋轉(zhuǎn)臺(tái)面傾角回轉(zhuǎn)時(shí)±3″的精度要求。

3、微調(diào)裝置包含電動(dòng)電動(dòng)螺絲刀和彈簧，電動(dòng)電動(dòng)螺絲刀可以控制旋轉(zhuǎn)臺(tái)面的傾角，彈簧使得旋轉(zhuǎn)臺(tái)面在微調(diào)以及轉(zhuǎn)圈時(shí)保持穩(wěn)定。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一種星敏感器主點(diǎn)測(cè)量裝置的主視圖；

圖2為本發(fā)明一種星敏感器主點(diǎn)測(cè)量裝置的側(cè)視圖；

圖3為星敏感器標(biāo)定模型圖；

圖4為星敏感器光軸和平行光管光軸示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，通過(guò)詳細(xì)說(shuō)明一個(gè)較佳的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。

如圖1、2所示，一種星敏感器主點(diǎn)測(cè)量裝置，包含：水平設(shè)置的主軸1；旋轉(zhuǎn)臺(tái)，其套置在主軸上，包含間隔設(shè)置的安裝臺(tái)21及支撐臺(tái)22，所述的安裝臺(tái)21和支撐臺(tái)22繞主軸1旋轉(zhuǎn)，且星敏感器4設(shè)置在安裝臺(tái)21臺(tái)面上，臺(tái)面經(jīng)研磨處理，平面度優(yōu)于0.02mm；位置調(diào)整電機(jī)組件，其與旋轉(zhuǎn)臺(tái)相連，用于調(diào)整旋轉(zhuǎn)臺(tái)的豎直及水平方向位移；2對(duì)微調(diào)組件3，其設(shè)置在安裝臺(tái)21與支撐臺(tái)22之間，所述的微調(diào)組件調(diào)節(jié)安裝臺(tái)21的傾角，使得所述的星敏感器光軸和平行光管5光軸共線。

上述的位置調(diào)整電機(jī)組件包含：平移電機(jī)6和升降電機(jī)7；所述的平移電機(jī)6與支撐臺(tái)22相連，控制支撐臺(tái)22的水平移動(dòng)；所述的升降電機(jī)7與支撐臺(tái)22相連，控制支撐臺(tái)22的上下運(yùn)動(dòng)。

每個(gè)微調(diào)組件包含電動(dòng)螺絲刀31和彈簧32，通過(guò)調(diào)節(jié)水平和豎直方向兩個(gè)電動(dòng)電動(dòng)螺絲刀31來(lái)調(diào)整旋轉(zhuǎn)臺(tái)面的傾角，彈簧32用于安裝臺(tái)臺(tái)面的穩(wěn)定支撐。

上述的安裝臺(tái)21和支撐臺(tái)22通過(guò)精密陶瓷角接觸軸承套置在所述的主軸上，對(duì)支承軸進(jìn)行精磨加工，可滿足于旋轉(zhuǎn)臺(tái)面傾角回轉(zhuǎn)時(shí)±3″的精度要求。同時(shí)主軸的結(jié)構(gòu)充分考慮了它的承載能力，主軸承采用能承受較大軸向力和徑向力角接觸球軸承，整個(gè)裝置具有很好的剛性，當(dāng)臺(tái)面上施加20Kg的載荷時(shí)，不會(huì)影響其使用精度。

根據(jù)圖3的標(biāo)定模型可知，主點(diǎn)為入射光線和星敏感器光軸共線時(shí)，星光在星敏感器探測(cè)器上的像點(diǎn)。實(shí)際情況如圖4，入射光線和星敏感器光軸不共線：不僅星敏感器光軸與安裝臺(tái)臺(tái)面中心軸的交點(diǎn)和平行光管光軸與安裝臺(tái)臺(tái)面中心軸的交點(diǎn)相距Δd，而且存在一個(gè)星敏感器光軸和平行光管光軸的傾角α。結(jié)合測(cè)試主點(diǎn)坐標(biāo)的實(shí)際過(guò)程，來(lái)詳細(xì)介紹本發(fā)明裝置的測(cè)量方法：

S1，將星敏感器裝載在安裝臺(tái)臺(tái)面上，調(diào)節(jié)升降電機(jī)和平移電機(jī)，使得星敏感器光軸與安裝臺(tái)臺(tái)面中心軸的交點(diǎn)和平行光管光軸與安裝臺(tái)臺(tái)面中心軸的交點(diǎn)重合；將主點(diǎn)測(cè)試裝置安裝在標(biāo)定用二維轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)框上。平行光管光軸和星敏感器光軸相距Δd，在實(shí)際的尋找主點(diǎn)測(cè)試過(guò)程中，使用平移電機(jī)和升降電機(jī)對(duì)Δd進(jìn)行修正。平移電機(jī)采用滾珠導(dǎo)軌，升降電機(jī)采用兩根圓柱形導(dǎo)軌，絲桿滑塊傳動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。調(diào)節(jié)升降電機(jī)和平移電機(jī)，從而調(diào)整星敏感器豎直和水平方向的位置，直到Δd＝0。此時(shí)平行光管光軸與星敏感器光軸對(duì)齊。

S2，在對(duì)齊平行光管光軸與星敏感器光軸后，兩者還存在一個(gè)傾角α，微調(diào)組件調(diào)節(jié)安裝臺(tái)的傾角，使得所述的星敏感器光軸和平行光管光軸的傾角α為0，得到主點(diǎn)坐標(biāo)。

上述的步驟S2具體包含：

S2.1，安裝臺(tái)和支撐臺(tái)繞著主軸旋轉(zhuǎn)360°；

S2.2，使用數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)采集星點(diǎn)質(zhì)心坐標(biāo)，得到質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)軌跡，判斷星點(diǎn)質(zhì)心運(yùn)動(dòng)軌跡是否滿足預(yù)設(shè)的要求，若不滿足預(yù)設(shè)的要求，α≠0，需要進(jìn)一步調(diào)節(jié)安裝臺(tái)的傾角；

S2.3，通過(guò)微調(diào)組件調(diào)節(jié)安裝臺(tái)的傾角，通過(guò)調(diào)節(jié)水平和豎直方向兩個(gè)電動(dòng)電動(dòng)螺絲刀來(lái)調(diào)整旋轉(zhuǎn)臺(tái)面的傾角，彈簧用于旋轉(zhuǎn)臺(tái)面的穩(wěn)定支撐；

S2.4，重復(fù)步驟S2.1和S2.2，直到α＝0，此時(shí)平行光管的入射平行光垂直于星敏感器像面，得到主點(diǎn)坐標(biāo)。

綜上所述，本發(fā)明一種星敏感器主點(diǎn)測(cè)量裝置及其方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)裝調(diào)的方法，得到星敏感器主點(diǎn)的坐標(biāo)。提高標(biāo)定精度，從而減少星敏感器的低頻誤差。

盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。