CN101236089A - 一种检验紫外敏感器极性的方法 - Google Patents

Abstract

一种检验紫外敏感器极性的方法，首先定义紫外敏感器测量坐标系及其姿态角的正负方向；然后将月球模拟器与紫外敏感器对接安装，安装时应使得月球模拟器的回转轴与紫外敏感器的安装底面平行，通过调整月球模拟器的偏转角度判断紫外敏感器输出的俯仰角的极性是否正确；随后改变月球模拟器与紫外敏感器的对接方向，使得月球模拟器的回转轴与紫外敏感器的安装底面垂直，通过调整月球模拟器的偏转角度判断紫外敏感器输出的滚动角的极性是否正确。本方法可有效验证紫外敏感器输出姿态角极性的问题，测试方法简单、测试结果直观明了。

Description

一种检验紫外敏感器极性的方法

技术领域

本发明涉及一种紫外敏感器极性的检验方法。

背景技术

紫外敏感器是一种较新的航天产品，是以月球或地球为观测对象的光学姿态敏感器，主要用于卫星等航天器在轨飞行时的姿态测量任务。

紫外敏感器是一种成像式光学敏感器，它首先需要对月球或地球拍摄图像，然后通过图像处理算法检测出月球或地球圆盘的边缘，最终完成姿态测量任务。紫外敏感器所得到的姿态，实质是月心或地心方向偏离紫外敏感器测量坐标系的角度，即俯仰角和滚动角。

所谓紫外敏感器极性正确与否是指：紫外敏感器所实现的测量坐标轴定义，是否与预期的一致。如果一致，则表明紫外敏感器极性正确，如果不一致，则表明紫外敏感器极性错误。

紫外敏感器属于光学姿态敏感器，其输出姿态数据的极性正确与否，对航天器能否正常运行有着至关重要的直接影响。因此，在光学敏感器交付及航天器发射前，都需要对敏感器的极性进行检验和确认。

目前，国内外未见有与紫外敏感器极性测试问题相关的技术及方法的资料和报道。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种操作简单，测试结果直观的检验紫外敏感器极性的方法。

本发明的技术解决方案是：一种检验紫外敏感器极性的方法，其特征在于步骤如下：

(1)定义紫外敏感器测量坐标系及其姿态角的正负方向；

(2)将月球模拟器与紫外敏感器对接安装，安装时应使得月球模拟器的回转轴与紫外敏感器的安装底面平行；

(3)启动月球模拟器和紫外敏感器，通过调整月球模拟器的偏转角度判断紫外敏感器输出的俯仰角的极性是否正确；

(4)改变月球模拟器与紫外敏感器的对接方向，使得月球模拟器的回转轴与紫外敏感器的安装底面垂直；

(5)启动月球模拟器和紫外敏感器，通过调整月球模拟器的偏转角度判断紫外敏感器输出的滚动角的极性是否正确。

本发明与现有技术相比的优点在于：紫外敏感器的极性验证是一个复杂的过程，本发明方法使用小型紫外月球模拟器完成紫外敏感器的极性测试，仅通过改变小型紫外月球模拟器与紫外敏感器的相对位置关系，同时观察紫外敏感器的输出姿态变化，即可判断紫外敏感器的极性设置正确与否，涉及的测试设备少，测试过程简单。在具体极性判断过程中，仅需判断紫外敏感器输出姿态角的增大或减小，即可确定紫外敏感器的极性设置是否正确，方法简便，判断依据直观明了。

附图说明

图1为使用本发明方法检测紫外敏感器俯仰角极性的示意图；

图2为使用本发明方法检测紫外敏感器滚动角极性的示意图；

图3为实施例中用于说明本发明方法所用到的月球模拟器结构示意图；

图4为实施例中用于说明本发明方法所用到的紫外敏感器结构示意图，其中图4a为紫外敏感器的主视图，图4b为紫外敏感器的左视图，图4c为紫外敏感器的俯视图。

具体实施方式

以利用小型月球模拟器检验紫外敏感器极性为例，对本发明方法进行详细说明。本发明实施例中使用的小型月球模拟器如图3所示，包括电连接器301、壳体302、光源阵列303、柔光板304、光栏305、一对支撑臂306、支架307、调节结构308，对接环309、安装法兰310。电连接器301安装在壳体302上并与光源阵列303电连接，光源阵列303、柔光板304、光栏305依次自上而下分层固定在壳体302内部，壳体302与一对支撑臂306通过螺钉紧固连接，支撑臂306的末端各有一个转轴，转轴***支架307上的轴套中与支架307保持相对转动，调节机构308的一端与支架307末端通过螺钉紧固连接，调节机构308的另一端与其中一个支撑臂306固连，旋转调节机构308上的调节螺钉可以带动壳体302与支撑臂306相对支架307绕摆动轴313摆动，摆动范围可达10°以上，支架307与对接环309通过螺栓紧固连接，对接环309上留有八个卡槽，安装法兰310上留有两个卡榫，对接环309与安装法兰310通过对接环上的卡槽312和安装法兰上的卡榫311配合连接，使支架307以上部分绕回转轴314转动。光源阵列303由八个独立发光单元组成，每个独立发光单元分别与电连接器301电连接，发光单元的底层为圆心角为45°的扇形印制板，其上密布60个紫外发光二极管，每个发光单元的发光亮度可单独控制，从而可以产生一定的模拟月相变化。柔光板304由八个圆心角为45°的扇形光学树脂板组成，每个扇形光学树脂板表面经打磨发毛，可透过近紫外光及可见光。通过选择不同卡槽与卡榫的配对，支架307以上部分绕回转轴314的角度可以是0°、°45°、90°、135°、...、315°、360°，通过这种方式可以实现小型月球模拟器相对紫外敏感器两个方向的转动，利用小型月球模拟器可以测量紫外敏感器俯仰、滚动姿态角的输出情况。模拟器工作时，由光源阵列303发出的光线，照亮柔光板304，紫外敏感器对柔光板304成像，由于柔光板304前环形光栏305的遮挡作用，敏感器观测到的景象分为两部分，一部分为明亮的柔光板304，可以模拟明亮的月球表面；一部分为黑暗的环形光栏3055，可以模拟黑暗的太空背景，由此可在紫外敏感器环形视场的全部八个子视场中，形成模拟月球图像。

本发明实施例中使用的紫外敏感器如图4所示，其中图4a为紫外敏感器的主视图，图4b为紫外敏感器的左视图，图4c为紫外敏感器的俯视图，主要由两个相互固连的部分组成：光学***401和电路箱402。在近月空间，紫外敏感器所观测到的月面呈现为一个明亮的圆盘，紫外敏感器首先拍摄月球图像，然后由图像处理算法软件，利用明亮的月球圆盘与黑暗的太空背景之间的亮度反差，从图像中检测出月球圆盘的边缘，根据类似“三点定圆心”的原理，计算出月心方向矢量在紫外敏感器测量坐标中的坐标，最后由欧拉转角公式将以方向余弦表示的月心方向矢量转化为俯仰角和滚动角，即得到卫星相对于月球的姿态。另外，本发明中涉及的紫外敏感器还可以采用Honeywell公司申请的专利号为US5837894名称“Wide Field of View Sensor with diffractive OpticalCorrector”中公开的一种利用紫外谱段的三轴姿态敏感器，或者采用美国专利US5319969名称“Method for determining 3-axis spacecraft attitude”中公开的一种利用紫外谱段的三轴姿态敏感器。

首先定义紫外敏感器测量坐标系及其姿态角的正负方向，紫外敏感器测量坐标系X、Y、Z轴的定义如图1、图2所示。紫外敏感器测量坐标系的定义方法为：以紫外敏感器反射镜座顶部圆面中心作为紫外敏感器测量坐标系原点；以经过原点、垂直于顶部圆面且指向紫外敏感器外部空间的矢量作为测量坐标系的+Z轴；以经过原点、垂直于紫外敏感器顶面且指向紫外敏感器外部空间的矢量作为测量坐标系的+X轴；测量系中+Y轴的定义符合笛卡尔坐标系的定义规则。紫外敏感器姿态角正负方向的定义方法为：按右手定则定义，右手拇指伸直，其余四指半握，以拇指指向+X轴方向，其余四指指向为滚动角负方向，其反向为滚动角正方向；以拇指指向+Y方向，其余四指指向俯仰角负方向，其反向为俯仰角正方向。

然后将月球模拟器与紫外敏感器对接安装，使月球模拟器的回转轴与紫外敏感器测量坐标系的Y轴相平行，两者的对应关系如图1所示，位置1为月球模拟器圆盘中心靠近紫外敏感器安装底面的方向且无法继续转动时的位置，即月球模拟器圆盘中心偏向紫外敏感器-X轴的方向，位置2为月球模拟器圆盘中心背离紫外敏感器安装底面的方向转至无法继续转动时的位置，即月球模拟器圆盘中心偏向紫外敏感器+X轴的方向。调整月球模拟器偏转角度，使模拟器从图1中位置1转向位置2时，紫外敏感器输出的俯仰姿态角θ应减小；当模拟器从位置2转向位置1时，紫外敏感器输出的俯仰姿态角θ应增大。而在此过程中，紫外敏感器输出的滚动角一般没有明显变化且始终保持在0附近，变化范围不超过±0.5度。如果紫外敏感器输出的俯仰角变化规律符合上述描述，则可认为紫外敏感器俯仰角极性设定正确，否则可判断其极性错误。

随后将月球模拟器与紫外敏感器分解后重新对接，此时使月球模拟器的回转轴与紫外敏感器测量坐标系的X轴平行，两者的对应关系如图2所示，位置3为月球模拟器圆盘中心偏向紫外敏感器-Y轴方向并转至极限时的位置，位置4为月球模拟器圆盘中心偏向紫外敏感器+Y轴方向并转至极限时的位置。调整月球模拟器偏转角度，使模拟器从位置3转向位置4时，紫外月球敏感器输出的滚动姿态角Φ应增大；当模拟器从位置4转向位置3时，紫外月球敏感器输出的滚动姿态角Φ应减小。而在此过程中，紫外敏感器输出的俯仰角一般没有明显变化且始终保持在0附近，变化范围不超过±0.5度。如果紫外敏感器输出的滚动角变化规律符合上述描述，则可认为紫外敏感器滚动角极性设定正确，否则可判断其极性错误。

本发明所涉及的测试验证方法，已经广泛应用于型号卫星紫外月球敏感器的极性测试，实践证明，本发明方法可确保产品极性设定正确，保证飞行试验获得成功。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (5)

1、一种检验紫外敏感器极性的方法，其特征在于步骤如下：

(1)定义紫外敏感器测量坐标系及其姿态角的正负方向；

(2)将月球模拟器与紫外敏感器对接安装，安装时应使得月球模拟器的回转轴与紫外敏感器的安装底面平行；

(3)启动月球模拟器和紫外敏感器，通过调整月球模拟器的偏转角度判断紫外敏感器输出的俯仰角的极性是否正确；

(4)改变月球模拟器与紫外敏感器的对接方向，使得月球模拟器的回转轴与紫外敏感器的安装底面垂直；

(5)启动月球模拟器和紫外敏感器，通过调整月球模拟器的偏转角度判断紫外敏感器输出的滚动角的极性是否正确。

2、根据权利要求1所述的一种检验紫外敏感器极性的方法，其特征在于：所述步骤(1)中紫外敏感器测量坐标系的定义方法为：以紫外敏感器反射镜座顶部圆面中心作为紫外敏感器测量坐标系原点；以经过原点、垂直于顶部圆面且指向紫外敏感器外部空间的矢量作为测量坐标系的+Z轴；以经过原点、垂直于紫外敏感器顶面且指向紫外敏感器外部空间的矢量作为测量坐标系的+X轴；测量系中+Y轴的定义符合笛卡尔坐标系的定义规则。

3、根据权利要求1或2所述的一种检验紫外敏感器极性的方法，其特征在于：所述步骤(1)中紫外敏感器姿态角正负方向的定义方法为：按右手定则定义，右手拇指伸直，其余四指半握，以拇指指向+X轴方向，其余四指指向为滚动角负方向，其反向为滚动角正方向；以拇指指向+Y方向，其余四指指向俯仰角负方向，其反向为俯仰角正方向。

4、根据权利要求1或2所述的一种检验紫外敏感器极性的方法，其特征在于：所述步骤(3)通过调整月球模拟器的偏转角度判断紫外敏感器输出的俯仰角的极性是否正确的方法为：通过旋转月球模拟器上的调节旋钮，将月球模拟器分别调整处于1或2两个位置，位置1为月球模拟器圆盘中心靠近紫外敏感器安装底面的方向且无法继续转动时的位置，即月球模拟器圆盘中心偏向紫外敏感器-X轴的方向，位置2为月球模拟器圆盘中心背离紫外敏感器安装底面的方向转至无法继续转动时的位置，即月球模拟器圆盘中心偏向紫外敏感器+X轴的方向；调整月球模拟器的偏转角度，若月球模拟器从位置1转向位置2时，紫外敏感器输出的俯仰姿态角减小，而月球模拟器从位置2转向位置1时，紫外敏感器输出的俯仰姿态角增大，则判断紫外敏感器俯仰角的极性正确，否则判断紫外敏感器俯仰角的极性错误，在此过程中，紫外敏感器输出的滚动角变化范围不超过±0.5度。

5、根据权利要求1或2所述的一种检验紫外敏感器极性的方法，其特征在于：所述步骤(5)通过调整月球模拟器的偏转角度判断紫外敏感器输出的滚动角的极性是否正确的方法为：通过旋转月球模拟器上调节旋钮，将月球模拟器调整至处于3或4两个位置，其中位置3为月球模拟器圆盘中心偏向紫外敏感器-Y轴方向并转至极限时的位置，位置4为月球模拟器圆盘中心偏向紫外敏感器+Y轴方向并转至极限时的位置；调整月球模拟器的偏转角度，若月球模拟器从位置3转向位置4时，紫外月球敏感器输出的滚动姿态角增大，而月球模拟器从位置4转向位置3时，紫外月球敏感器输出的滚动姿态角减小，则判断紫外敏感器滚动角的极性正确，否则判断紫外敏感器滚动角的极性错误，在此过程中，紫外敏感器输出的俯仰角变化范围不超过±0.5度。

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