CN108801573A - 航天器高分辨率相机光轴抖动微振动源地面模拟装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高分辨率相机光轴抖动微光轴抖动微振动源地面模拟装置，主要包括承载***部分以及激振***部分，承载***部分用于承载试验载荷的；激振***部分主要包括激振器、激振杆、控制传感器、控制***，其中，激振器固定到升降平台上，通过激励杆、控制传感器与安装板相连，采用单点控制方式，计算机控制***输出驱动信号，调制后输出到信号放大器输入到激振器，使台面产生振动，控制点的响应由控制传感器将力学参数反馈到计算控制***进行比较和修正，使驱动信号在激振器上产生的力学参数响应符合实验要求。该装置可以在地面准确量化模拟高分辨率相机光轴在轨微振动抖动，进而为高分辨率卫星等微振动敏感卫星载荷的设计提供试验保障。

Description

航天器高分辨率相机光轴抖动微振动源地面模拟装置
技术领域
本发明属于航天器干扰源微振动试验技术领域，具体涉及一种航天器高分辨率相机光轴抖动微振动源地面模拟装置。
背景技术
随着卫星空间相机对空间分辨率等要求的不断提高，某些卫星对星上在轨微振动环境要求极为严格，所承担的任务也要求星体必须具备极低的在轨微振动环境，如高分辨率对地观测***。因此各种设计精良的高精度相机，其性能和精度均将远超过现有型号，特别是高分辨率的性能要求导致航天器对微振动的敏感度增大，星体微幅抖动对成像质量的影响不可忽略，当扰动幅值对相机成像质量产生的影响达到不可接受的程度时，必须采取有效措施加以抑制或补偿。
目前，高精度有效载荷微振动影响下的成像质量只能通过仿真分析来验证，缺乏分***级的验证手段，只能交付AIT后在整星上进行***级的测试验证，验证成本高、周期长、风险大，一旦测试结果不能满足要求，将严重影响研制进度。因此，在地面能先进行高精度有效载荷的微振动影响下的成像质量的试验验证很有必要，而若要进行试验验证就必须要对相机在轨的微振动环境进行地面准确的模拟。
星上微振动环境对相机的影响可以用光轴抖动表征。光轴抖动表现为光轴指向角的变化，可描述为互相正交的两个角度θx、θy。尽管空间相机的抖动包含有三个平移和三个转动，但引起图像模糊的最主要因素是光轴指向角θx、θy的变化，其原因主要是空间相机距离地面很远，光轴指向角的变化对应很大的像移。光轴指向角的变化等于焦面像移与焦距之比(或地面像移与轨道高度之比)
θx发生变化时我们称之为俯仰工况，θy发生变化时我们称之为偏航工况。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明旨在提供一个航天器高分辨率相机光轴抖动微振动源地面模拟装置，通过该装置可在地面模拟出卫星在轨状态的微振动环境，为高分辨率相机光轴提供俯仰、偏航两种微振动工况的角位移定量模拟。
本发明采用了如下的技术方案：
高分辨率相机光轴抖动微振动源地面模拟装置，主要包括承载***部分以及激振***部分，用于承载试验载荷的承载***部分主要由安装板以及底部对其支撑的六自由度工装组成；提供定量激励的激振***部分主要包括激振器、激振杆、控制传感器、控制***，其中，激振器一端固定到升降平台上，另一端通过激励杆、粘贴在转接块上的控制传感器与安装板相连，而后调节升降平台高度，安装板与激励杆之间安装的控制传感器进行输出力学参数的监测，采用单点控制方式，计算机控制***输出驱动信号，经零位调制后输出到信号放大器放大后输入到激振器，使台面产生振动，控制点的响应由控制传感器将力学参数反馈到计算控制***进行比较和修正，使驱动信号在激振器上产生的力学参数响应符合实验要求。
其中，控制传感器可以为微振动传感器或力传感器，分别进行输出力及加速度值监测。
其中，安装板上表面具有安装接口，用于设置试验产品例如相机。
其中，六自由度工装为相机提供近似的自由状态，下端固定于试验基础上，试验产品设置于承载***后，***前3阶模态频率小于3Hz，前6阶模态频率基本小于5Hz。
其中，力学参数为加速度。
其中，对相机光轴的偏航方向进行激励时，调整好升降平台高度后，激振杆和控制传感器直接连接到安装板上进行激励。
其中，控制传感器附近设置角位移传感器和角位移测量***，通过角位移测量***和角位移传感器测得角位移信号后，再通过控制***进行线性计算得到所需的力学参数，进而为模拟装置提供定量的角位移微振动信号。
其中，对相机光轴的俯仰方向进行激励时，降低升降平台的高度，将激振器设置在相机底部，激振杆和控制传感器直接连接到安装板下表面进行激励。
该装置可以在地面准确量化模拟高分辨率相机光轴在轨微振动抖动，进而为高分辨率卫星等微振动敏感卫星载荷的设计提供试验保障。
附图说明
图1是本发明一具体实施方式的高分辨率相机光轴抖动微振动源地面模拟装置在俯仰工况下的结构示意图；
其中，1、安装板；2、六自由度工装；3、激振器；4、激振杆；5、升降平台；6、控制传感器；7、被测载荷；8、角位移传感器。
图2是本发明一具体实施方式的高分辨率相机光轴抖动微振动源地面模拟装置在偏航工况下的结构示意图；
其中，1、安装板；2、六自由度工装；3、激振器；4、激振杆；5、升降平台；6、控制传感器；7、被测载荷；8、角位移传感器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但这仅仅是示例性的，并不旨在对本发明的保护范围进行任何限制。
本发明的高分辨率相机光轴抖动微振动源地面模拟装置，主要包括承载***以及激振***两部分。
其中，承载***主要由安装板1、六自由度工装2组成，承载部分的主要作用是承载试验载荷，具有隔振功能，并且可使产品处于近似无约束自由状态。
激振***包含激振器3、激振杆4、控制传感器6、控制***、角位移传感器7组成，其主要作用是为***提供定量的激励。激振器3的选择是很重要的环节，由于本专利需要进行微振动的环境模拟，一般的模态激振器输出精度较差，工作频率一般为5Hz～10kHz，低频段的波形失真度较大，背景噪声高达几十毫伏以上，很难实现1mg～10mg级的输出。故采用校准用激振设备，可实现DC～200Hz范围内较好的线性输出，并且激振力分辨率0.1mg。
参见图1，图1显示了本发明一具体实施方式的高分辨率相机光轴抖动微振动源地面模拟装置在俯仰工况下的结构示意图；其中，在俯仰工况下，如图1所示，将被测载荷7通过螺接的方式安装于安装板1上，安装板1再通过螺接的方式安装于六自由度工装2上，六自由度工装2采用压接或螺接的方式固定于基础地基上。将升降平台6放置在安装板侧面的地面上，激振器3通过螺栓连接或其他方式固定安装到升降平台5上，激振器3的轴线垂直于安装板下表面，先降低平台5的高度，并且调整升降平台在地面的位置，使得激振器3的轴心刚好位与安装板下表面正下方靠近边缘中心位置。将激振杆4一端安装在激振器中心轴线的安装孔上，将控制传感器6通过螺纹或其他方式固定在激励杆4的另一端，最后，调整升降平台5的高度，使得控制传感器表面与安装板下表面等高，控制传感器6与转接块通过螺栓或其他方式固定相连。
图2显示了是本发明一具体实施方式的高分辨率相机光轴抖动微振动源地面模拟装置在偏航工况下的结构示意图；其中，在偏航工况下，将被测载荷7通过螺接的方式安装于安装板1上，安装板1再通过螺接的方式安装于六自由度工装2上，六自由度工装2采用压接或螺接的方式固定于基础地基上。将升降平台5放置在安装板侧面的地面上，激振器3通过螺栓连接或其他方式固定安装到升降平台5上，与上一工况有所不同，该工况激振器3中心轴线调整为水平，并调整升降平台5的高度使中心轴线与安装板中心等高，通过调整升降平台在地面的位置来调整激振器与安装板的距离，将激振杆4一端安装在激振器中心轴线的安装孔上，将控制传感器7通过螺纹或其他方式固定在激励杆4的另一端，最后，激振器通过控制传感器7与安装板1的侧面靠近边角位置通过螺栓或其他方式固定相连。
控制传感器6例如力传感器及微振动加速度传感器进行输出力及加速度值监测。在激励模拟过程中，采用单点控制方式，计算机控制***输出驱动信号，经零位调制后输出到信号放大器放大后输入到激振器3，使台面产生振动。控制点的响应由微振动传感器(加速度)反馈到计算控制***进行比较和修正，使驱动信号在激振器1上产生的加速度响应符合实验要求。由于试验要求控制输出信号为角位移，但现有控制***只能满足力或加速度信号的闭环控制，因此试验中拟通过开环调试，先通过角位移传感器8测得角位移信号后，再通过控制***进行线性推算得到所需的力或加速度。
本具体实施方式仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，相关技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施方式做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到相应保护。

Claims (9)

1.高分辨率相机光轴抖动微振动源地面模拟装置，主要包括承载***部分以及激振***部分，用于承载试验载荷的承载***部分主要由安装板以及底部对其支撑的六自由度工装组成；提供定量激励的激振***部分主要包括激振器、激振杆、控制传感器、控制***，其中，激振器一端固定到升降平台上，另一端通过激励杆安装控制传感器与安装板相连，而后调节升降平台高度，安装板与激励杆之间安装的控制传感器进行输出力学参数的监测，采用单点控制方式，计算机控制***输出驱动信号，经零位调制后输出到信号放大器放大后输入到激振器，使台面产生振动，控制点的响应由控制传感器将力学参数反馈到计算控制***进行比较和修正，使驱动信号在激振器上产生的力学参数响应符合实验要求。
2.如权利要求1所述的地面模拟装置，其中，控制传感器为微振动传感器或力传感器，分别进行输出力及加速度值监测。
3.如权利要求1所述的地面模拟装置，其中，安装板上表面具有安装接口，用于设置试验产品。
4.如权利要求1所述的地面模拟装置，其中，所述试验产品为相机。
5.如权利要求1所述的地面模拟装置，其中，六自由度工装为相机提供近似的自由状态，下端固定于试验基础上，试验产品设置于承载***后，***前3阶模态频率小于3Hz，前6阶模态频率基本小于5Hz。
6.如权利要求1-5任一项所述的地面模拟装置，其中，力学参数为加速度。
7.如权利要求6所述的地面模拟装置，其中，对相机光轴的偏航方向进行激励时，调整好升降平台高度后，激振杆和控制传感器直接连接到安装板侧面上进行激励。
8.如权利要求6所述的地面模拟装置，其中，控制传感器附近设置角位移传感器和角位移测量***，通过角位移测量***和角位移传感器测得角位移信号后，再通过控制***进行线性计算得到所需的力学参数，进而为模拟装置提供定量的角位移微振动信号。
9.如权利要求6所述的地面模拟装置，其中，对相机光轴的俯仰方向进行激励时，降低升降平台的高度，将激振器设置在相机底部，激振杆和控制传感器直接连接到安装板下表面进行激励。
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