CN108020244A - 一种星敏感器基准立方镜安装误差的标定装置及方法 - Google Patents

一种星敏感器基准立方镜安装误差的标定装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种星敏感器基准立方镜安装误差的标定装置，其中，该装置包括：基准平面上有第一反射面和第二反射面，所述第一反射面和所述第二反射面垂直于所述基准平面，且所述第一反射面和所述第二反射面相互垂直；所述第一反射面上设置有至少三个光源，光源的光线出射方向垂直于所述第一反射面；使所述星敏感器的感光面上形成对应于各个所述光源的光点。所述基准立方镜指向所述第一反射面的出射法线与第一反射面垂直，所述基准立方镜指向所述第二反射面的出射法线与第二反射面垂直。本发明实施例通过采用读取光点坐标标定基准立方镜安装误差的，达到了减少误差标定过程中的测量次数，减少了测量中的随机误差。

Description

一种星敏感器基准立方镜安装误差的标定装置及方法
技术领域
本发明涉及光电设备坐标系测量领域，具体而言，涉及一种星敏感器基准立方镜安装误差的标定装置及方法。
背景技术
星敏感器壳体上装有基准立方镜，用于转换星敏感器的测量的虚拟坐标系。而安装基准立方镜时不可避免会产生误差，因此需要对立方镜进行误差标定。
现有技术中星敏感器基准立方镜安装误差的标定方法主要采用精密转台、经纬仪和单行模拟器组合测量的方法。经纬仪准直转台俯仰轴与基准镜X轴，将单行模拟器放在星敏镜头前方成像，转台沿着俯仰轴每隔特定角度运行，这样即可在星敏获得若干在一条直线上的像点，通过计算得出基准镜坐标系与测量坐标系之间的相对关系。
现有技术一次标定过程中仅仅能得出两个自由度的姿态误差。需要调整后进行第二次标定，才能将三个自由度的姿态误差完全标定，多次测量会带来多的随机误差。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种星敏感器基准立方镜安装误差的标定装置，以提高星敏感器基准立方镜安装误差标定效率。
第一方面，本发明实施例提供一种星敏感器基准立方镜安装误差的标定装置，定义所述星敏感器上所述基准立方镜上方向与所述星敏感器入射光轴相反的出射法线为X轴，所述基准立方镜上平面为Z轴，根据右手螺旋法则得到Y轴，其特征在于，包括：
基准平台,所述基准平台具有一基准平面；
设置于所述基准平面上的第一反射面和第二反射面，所述第一反射面和所述第二反射面垂直于所述基准平面，且所述第一反射面和所述第二反射面相互垂直；
所述第一反射面上设置有至少三个光源，各个所述光源的光线出射方向垂直于所述第一反射面；各个所述光源的出射光线用于到达置于所述基准平面的所述星敏感器上之后，使所述星敏感器的感光面上形成对应于各个所述光源的光点；
所述基准立方镜指向所述第一反射面的出射法线方向为X轴，所述基准立方镜上平面的出射法线方向为Z轴，Y轴由右手螺旋法则自然生成；
所述基准立方镜的所述X轴与所述第一反射面垂直，所述Y轴与所述第二反射面垂直。
可选地，还包括：准直仪；
所述准直仪，用于调整所述基准立方镜，使基准立方镜的所述X轴与所述第一反射面垂直，所述Y轴与所述第二反射面垂直。
可选地，所述准直仪为两个，安装于基准平面。
可选地，还包括：星敏感器三维调整基座；
所述星敏感器三维调整基座，用于放置所述星敏感器，调整所述星敏感器的位置。
第二方面，本发明实施例提供一种星敏感器基准立方镜安装误差的标定方法，通过至少三点光源的出射光线进入放置于基准平面的星敏感器，使所述星敏感器的感光面上形成对应于各个所述光源的光点，通过所述通过光点坐标，标定所述星敏感器上的基准立方镜的安装误差；
所述光源处于第一反射平面，所述第一反射平面垂直于所述基准平面，第二反射平面垂直于所述第一反射平面和所述基准平面；
所述基准立方镜指向所述第一反射面的出射法线方向为X轴，所述基准立方镜上平面的出射法线方向为Z轴，Y轴由右手螺旋法则自然生成；
所述基准立方镜的所述X轴与所述第一反射面垂直，所述Y轴与所述第二反射面垂直。
可选地，通过准直仪调整所述基准立方镜，使基准立方镜的所述X轴与所述第一反射面垂直，所述Y轴与所述第二反射面垂直。
可选地，通过两个分别正对第一反射面和第二反射面，安装于基准平面的准直仪对基准立方镜进行准直。
可选地，所述星敏感器安装在星敏感器三维调整基座上。
可选地，所述光源为四个，且呈正方形分布。
本发明实施例提供星敏感器基准立方镜安装误差的标定装置，与现有技术中的精密转台、经纬仪和单行模拟器组合测量的方法相比，其仅仅需要一次测量就可以通过计算得到三个自由度的标定误差，减少了误差标定过程中的随机误差。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。
图1示出了本发明实施例所提供的星敏感器基准立方镜安装误差的标定装置实物图；
图2示出了本发明实施例所提供的星敏感器基准立方镜安装误差的标定装置的假想成像图；
图3示出了本发明实施例所提供的星敏感器基准立方镜安装误差的标定装置的使用流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明实施例提供一种星敏感器基准立方镜安装误差的标定装置，包括：
基准平台,基准平台具有一基准平面；
设置于基准平面上的第一反射面和第二反射面，第一反射面和第二反射面垂直于基准平面，且第一反射面和第二反射面相互垂直；
第一反射面上设置有至少三个光源，各个光源的光线出射方向垂直于第一反射面；各个光源的出射光线用于到达置于基准平面的星敏感器上之后，使星敏感器的感光面上形成对应于各个光源的光点；
基准立方镜指向第一反射面的出射法线方向为X轴，基准立方镜上平面的出射法线方向为Z轴，Y轴由右手螺旋法则自然生成；
基准立方镜的X轴与第一反射面垂直，Y轴与第二反射面垂直。
本发明实施例中，先调整星敏感器，使星敏感器上的基准立方镜的相邻三个面中任意一面与第一反射面、第二反射面、基准平面中任意一面平行，且星敏感器能接收到第一反射面上至少三个光源发出的光线，并一一成像。通过光点在星敏感器上的像点坐标可以算出基准立方镜的安装误差。
本发明实施例中还包括：准直仪；
准直仪，用于调整所述基准立方镜，使基准立方镜的X轴与第一反射面垂直，Y轴与第二反射面垂直。
本发明实施例中，为了方便标定误差可以将两台准直仪固定安装于基准平面，分别与第一反射面、第二反射面准直，不需要每次标定都对准直仪进行准直。
本发明实施例中，还包括：星敏感器三维调整基座；
星敏感器三维调整基座，用于放置星敏感器，调整星敏感器的位置。
本发明实施例中，光源为四个，且呈正方形分布。
本发明实施例中，采用四个光源，光源分布呈正方形仅仅是为了方便计算而非限定。仅有任意三个点的情况下，也可以通过数学计算得到四个呈正方形分布光源的成像。
结合图2，使星敏感器接受光源并在星敏成像器件感光面上获得A’，E，F，K四个星点在星敏感器坐标系下的坐标，连接四个星点，四个对应星点坐标已知，所以A’K，KE，E A’长度可以推算得出，为a、b、c。
将平面A’EFK平移，使得A与A’重合(以下用A点代替)，平移过程是为了便于了解，并未真实发生。K，E，F在AHIJ平面的投影点分别为B、C、D。令AB，AC为x，BK为y。
在CE所在直线L上选一点k,使得kK平行BC。
已知AK＝b，KE＝a，EA＝c。令AB和AC为x，BK为y。
则x2+y2＝b2
CE2+AE2-AC2＝c2-x2
Kk2＝BC2＝AB2+AC2＝2x2
KE2＝Kk2+kE2＝a2
可列方程组如下：
可以求得AB，BK，确定整个投影关系图,即可分别求得面AEFK和面ALFB绕轴AF的旋转角α，面ALFB和面ACDB绕轴AB的旋转角β，面ACDB和面AHIJ绕轴AG的旋转角γ。这三个角度即基准立方镜坐标与星敏感器坐标之间的安装误差。
基于上述分析可知，与相关技术中的误差标定装置相比，本发明实施例提供的误差标定装置一次测量中仅仅通过，两次准直，最少时三次读点即可以得到立方镜在三个自由度上的误差，产生的随机误差较小。
实施例2
本发明实施例提供一种星敏感器基准立方镜安装误差的标定方法，
通过至少三点光源的出射光线进入放置于基准平面的星敏感器，使星敏感器的感光面上形成对应于各个光源的光点，通过光点坐标，标定星敏感器上的基准立方镜的安装误差；
光源处于第一反射平面，第一反射平面垂直于基准平面，第二反射平面垂直于第一反射平面和基准平面；
基准立方镜指向第一反射面的出射法线方向为X轴，基准立方镜上平面的出射法线方向为Z轴，Y轴由右手螺旋法则自然生成；
基准立方镜的X轴与第一反射面垂直，Y轴与第二反射面垂直。
参考图3，步骤102，星敏感器正确放置时，至少三点光源的出射光线进入星敏感器。
步骤103，标定星敏感器上的基准立方镜的安装误差。
星敏感器的正确放置时，需要星敏感器上的基准立方镜的各个面与已知的坐标系的各个轴所成的面平行。
本发明实施例中，可以通过准直仪调整所述基准立方镜使基准立方镜的所述X轴与所述第一反射面垂直，所述Y轴与所述第二反射面垂直。
本发明实施例中，为了方便操作还可以通过两个分别正对第一反射面和第二反射面，安装于基准平面的准直仪对基准立方镜进行准直。准直仪
本发明实施例中，为了便于调整星敏感器，可以将星敏感器安装在星敏感器三维调整基座上。
本发明实施例中，为了便于计算，可以将光源设置为四个，且呈正方形分布。
本发明实施例中，可以通过处理器直接读取星敏感器上光点坐标，计算所述基准立方镜的安装误差。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种星敏感器基准立方镜安装误差的标定装置，定义所述星敏感器上所述基准立方镜上方向与所述星敏感器入射光轴相反的出射法线为X轴，所述基准立方镜上平面为Z轴，根据右手螺旋法则得到Y轴，其特征在于，包括：
基准平台,所述基准平台具有一基准平面；
设置于所述基准平面上的第一反射面和第二反射面，所述第一反射面和所述第二反射面垂直于所述基准平面，且所述第一反射面和所述第二反射面相互垂直；
所述第一反射面上设置有至少三个光源，各个所述光源的光线出射方向垂直于所述第一反射面；各个所述光源的出射光线用于到达置于所述基准平面的所述星敏感器上之后，使所述星敏感器的感光面上形成对应于各个所述光源的光点。
2.根据权利要求1所述的星敏感器基准立方镜安装误差的标定装置，其特征在于，还包括：准直仪；
所述准直仪，用于得到所述基准立方镜与所述第一反射面，所述第二反射面的转角。
3.根据权利要求2所述星敏感器基准立方镜安装误差的标定装置，其特征在于，所述准直仪为两个，安装在基准平面上。
4.根据权利要求1所述的星敏感器基准立方镜安装误差的标定装置，其特征在于，还包括：星敏感器三维调整基座；
所述星敏感器三维调整基座，用于放置所述星敏感器，调整所述星敏感器的位置。
5.根据权利要求1所述的星敏感器基准立方镜安装误差的标定装置，其特征在于，还包括处理器，用于计算所述基准立方镜的安装误差。
6.一种星敏感器基准立方镜安装误差的标定方法，其特征在于，通过至少三点光源的出射光线进入放置于基准平面的星敏感器，使所述星敏感器的感光面上形成对应于各个所述光源的光点，通过所述光点的坐标，标定所述星敏感器上的所述基准立方镜的安装误差；
所述光源处于第一反射平面，所述第一反射平面垂直于所述基准平面，第二反射平面垂直于所述第一反射平面和所述基准平面；
所述基准立方镜指向所述第一反射面的出射法线方向为X轴，所述基准立方镜上平面的出射法线方向为Z轴，Y轴由右手螺旋法则自然生成；
所述基准立方镜的所述X轴与所述第一反射面垂直，所述Y轴与所述第二反射面垂直。
7.根据权利要求6所述的星敏感器基准立方镜安装误差的标定方法，其特征在于，通过准直仪调整所述基准立方镜，使基准立方镜的所述X轴与所述第一反射面垂直，所述Y轴与所述第二反射面垂直。
8.根据权利要求7所述星敏感器基准立方镜安装误差的标定方法，其特征在于，通过两个分别正对第一反射面和第二反射面，安装于基准平面的准直仪对基准立方镜进行准直。
9.根据权利要求6所述的星敏感器基准立方镜安装误差的标定方法，其特征在于，所述星敏感器安装在星敏感器三维调整基座上。
10.根据权利要求6所述的星敏感器基准立方镜安装误差的标定方法，其特征在于，通过处理器，计算所述基准立方镜的安装误差。
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