CN109520526A - 一种基于共光路的星模拟器标定与自准直测量***及方法 - Google Patents

一种基于共光路的星模拟器标定与自准直测量***及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109520526A
CN109520526A CN201910066449.0A CN201910066449A CN109520526A CN 109520526 A CN109520526 A CN 109520526A CN 201910066449 A CN201910066449 A CN 201910066449A CN 109520526 A CN109520526 A CN 109520526A
Authority
CN
China
Prior art keywords
star
light
star sensor
simulator
optical path
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910066449.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109520526B (zh
Inventor
毕勇
李金鹏
潘森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Astronomical Instruments Co Ltd
Original Assignee
Nanjing Astronomical Instruments Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Astronomical Instruments Co Ltd filed Critical Nanjing Astronomical Instruments Co Ltd
Priority to CN201910066449.0A priority Critical patent/CN109520526B/zh
Publication of CN109520526A publication Critical patent/CN109520526A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109520526B publication Critical patent/CN109520526B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C25/00—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C1/00—Measuring angles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明提供了一种基于共光路的星模拟器标定与自准直测量***及方法，使星模拟器与星敏感器高精准的安装在设定位置，实现星敏感器与星模拟器两者光轴的准直。星模拟器的出瞳与星模拟器的光学镜头***具有一定的间距，基于这一特性设计星模拟器，使星模拟器光学结构在满足星模拟器标定功能的条件下，星模拟器的镜头比星敏感器的入瞳大，则当光线充满整个光学镜头***时，有一部分光线被准直入射到星敏感器中，该部分光线作为星模拟器标定部分；另一部分光线被准直照射到星敏感器固定法兰面上，该部分光线作为星敏感器与星模拟器的自准直测量光路，从而在共光路的条件下实现星模拟器标定的功能以及星模拟器与星敏感器自准直测量的功能。

Description

一种基于共光路的星模拟器标定与自准直测量***及方法
技术领域
本发明属于航天设备安装姿态的测量领域，具体涉及星模拟器的标定以及星敏感器与星模拟器的光轴自准直测量***。
背景技术
星敏感器作为一种高精度、高可靠性姿态敏感测量器件，在当前航天飞行器中得到了广泛应用。星敏感器利用恒星位置相对于惯性空间基本不动的规律，通过对一个天区的恒星光电成像获取星图，再对星图进行处理和识别得到测量敏感器光轴在惯性空间指向，经过星敏感器在航天器安装坐标系与航天器姿态坐标系的转换即可得到航天器的三轴姿态；与其它姿态敏感器相比，星敏感器以恒星作为姿态测量参考基准，可以输出极高精度的绝对姿态信息并广泛应用于空间飞行器。星模拟器作为一种用于星敏感器的地面标定设备，主要是模拟天空中星的位置、亮度以及光谱特性等。
目前，星敏感器自准直测量主要有经纬仪布站测量法以及使用多个自准直仪配备双轴精密转台的测试方法。经纬仪布站测量法需要经纬仪之间相互瞄准，由于经纬仪是通过人眼观测，容易受到经纬仪布站的远近、光照等环境因素的影响，测量精度只能达到十几角秒，测量效率低。
多个自准直仪配备双轴精密转台的测试方法需要操作者将多个自准直仪摆放于不同的位置，通过基准块在多次基准变换后，观察自准直仪读出结果并计算安装误差。该方法受仪器设备、标准件、基准传递误差以及人工操作的制约，安装误差测试精度降低，而且安装效率也较低。
精密小角度测量是几何量计量检测的重要组成部分，在精密装备制造与校准、航空航天设备瞄准与定位等领域有广泛应用，随着这些领域的进一步发展，对其测量精度与稳定性的要求越来越高，因此高精度与高稳定性精密小角度测量技术的发展对于现代工业和科学研究具有重要意义。
发明内容
针对现有技术的星模拟器的标定与自准直测量的误差大、受人为因素的限制等问题，本发明提供了一种在满足星模拟器标定的前提下，集成了精度高、操作简单且重复性能优良的小角度测量***，使星模拟器与星敏感器高精准的安装在设定位置，实现星敏感器与星模拟器两者光轴的准直。
本发明专利的技术方案根据星模拟器的出瞳与星模拟器的光学镜头***具有一定的间距，基于这一特性设计星模拟器，使星模拟器的光学结构在满足星模拟器标定功能的条件下，星模拟器的镜头比星敏感器的入瞳大，即当光线充满整个光学镜头***时，有一部分光线被准直入射到星敏感器中，该部分光线作为星模拟器标定部分；另一部分光线被准直照射到星敏感器固定法兰面上，该部分光线作为星敏感器与星模拟器的自准直测量光路，从而在共用光路的条件下实现星模拟器标定的功能以及星模拟器与星敏感器自准直测量的功能。
实现本发明目的具体技术方案如下：
一种基于共光路的星模拟器标定与自准直测量***，星模拟器的一端侧设有星敏感器固定法兰面，另一端侧依次设有***镜窗、星模拟器的光学***和分光镜；所述星敏感器固定法兰面上安装方形棱镜，所述与分光镜的光线射出对应位置设有CCD***，保证分光镜射出的光线能够进入CCD***中，CCD***安装位置不限，只要与倾斜的分光镜位置对应即可；所述分光镜与星模拟器轴线具有倾斜夹角，经分光镜的光线可以入射到CCD***中。
进一步地，方形棱镜安装在星敏感器固定法兰面被照射到的任意位置处。
进一步地，移动方形棱镜的安装位置，测量区域不同位置偏转角θ，即可得到不同位置的偏移量OO′。
进一步地，光源出射的光线充满整个星模拟器的光学***，在星敏感器入瞳范围内的光线准直地入射到星敏感器，该部分光路作为星模拟器标定光路；星敏感器入瞳范围外的光线照射在星敏感器固定法兰面上，该部分光路作为星敏感器的自准直光路。
进一步地，入射到星敏感器固定法兰面上的光线经方形棱镜反射回去，二次反射回来后，再次通过星模拟器的光学***，该部分光线入射到分光镜后，最终光线成像在位于分光镜下方的CCD***中，得到位置偏移量OO'。
进一步地，依据公式OO′＝f·tan(2θ)，其中f为***焦距，θ为星敏感器固定法兰面偏转角，若θ较小时，θ≈OO'/2f，得到安装方形棱镜位置处的偏转角度信息，即得到星敏感器的位置信息。
一种基于共光路的星模拟器标定与自准直测量***的测量方法，包括如下步骤：
光源出射的光线充满整个星模拟器的光学***，在星敏感器入瞳范围内的光线经过光学***准直地入射到星敏感器，该部分光路作为星模拟器标定光路；星敏感器入瞳范围外的光线照射在星敏感器固定法兰面上，该部分光路作为星敏感器的自准直光路；
通过在星敏感器固定法兰面上安装方形棱镜，将入射到星敏感器固定法兰面上的光线经方形棱镜7反射回去；
方形棱镜反射回来的光线再次通过星模拟器的光学***，该部分光线入射到分光镜后，最终光线成像在位于分光镜下方的CCD***中，得到位置偏移量OO′；
依据公式OO′＝f·tan(2θ)，其中f为***焦距，θ为星敏感器固定法兰面偏转角，若θ较小时，得到安装方形棱镜位置处的偏转角度信息，得到星敏感器固定法兰面的位置信息，即得到星敏感器的位置信息。
进一步地，在星敏感器固定法兰面被照射到的任意位置处安装方形棱镜，在星敏感器入瞳范围外部的光线，该部分光线照射到星敏感器固定法兰面的区域范围内，重复权利要求7中的步骤，最终得到安装在不同位置处方块棱镜的信息，实现该区域不同位置偏转角θ的测量，可得到不同位置的偏移量OO′。
本发明专利与现有技术相比，其显著优点为：结合星模拟器光学结构特点，充分利用了星模拟器的光学结构空间，使得***的复杂性得以简化，降低了***的成本，操作简单且容易实现。
附图说明
图1为本发明实施例中的星模拟器标定的光路部分。
图2为本发明实施例中的星模拟器中自准直测量的光路部分。
图3为本发明实施例中的基于共光路的星模拟器标定与自准直测量的实体模型图。
图4为本发明实施例中的星敏感器固定法兰面偏转角θ的测量简化结构图。
附图标记如下：1-星敏感器固定法兰面 2-星敏感器 3-***窗镜 4-星模拟器的光学*** 5-分光镜 6-星模拟器标定光路 7-方形棱镜 8-自准直光路 9-CCD***
具体实施方式
下面结合附图1-4对本发明一个具体实施方式作进一步详细描述。
如图3所示，一种基于共光路的星模拟器标定与自准直测量***，星模拟器2的一端侧设有星敏感器固定法兰面1，另一端侧依次设有***镜窗3、星模拟器的光学***4和分光镜5；星敏感器固定法兰面1上安装方形棱镜7，分光镜5的下方设有CCD***9；分光镜5与星模拟器2的轴线具有倾斜夹角，经分光镜5的光线可以入射到CCD***9中，并在CCD***9中成像。
如图1所示，星模拟器标定的光路部分，光源出射的光线充满整个星模拟器的光学***4，在星敏感器入瞳范围内的光线经过星模拟器的光学***4准直地入射到星敏感器件2，该部分光路作为星模拟器标定光路6；
如图2所示，星敏感器入瞳范围外的光线照射在星敏感器固定法兰面1上，该部分光路作为星敏感器的自准直光路8。
如图3所示，通过在星敏感器固定法兰面1上安装方形棱镜7，将入射到星敏感器固定法兰面1上的光线经方形棱镜7反射回去。方形棱镜7反射回来的光线再次通过星模拟器的光学***4，该部分光线入射到分光镜5后，最终光线成像在位于分光镜5下方的CCD***9中，得到位置偏移量OO′。依据公式OO′＝f·tan(2θ)，其中f为***焦距，θ为星敏感器固定法兰面偏转角，若θ较小时，由此得到安装方形棱镜7位置处的偏转角度信息，即得到星敏感器2的位置信息。
如图4所示，在星敏感器入瞳范围外部的光线，该部分光线照射到星敏感器固定法兰面1的区域范围内，可以在星敏感器固定法兰面1被照射到的任意位置处通过安装方形棱镜7，然后经过上述同样的过程，最终得到安装在不同位置处方块棱镜7的信息，实现该区域不同位置偏转角θ的测量，即可得到不同位置的偏移量OO′。
本实施例的一种基于共光路的星模拟器标定与自准直测量***的测量方法，包括如下步骤：
如图3所示，光源出射的光线充满整个星模拟器的光学***4，在星敏感器2入瞳范围内的光线经过光学***准直地入射到星敏感器2，该部分光路作为星模拟器标定光路6；星敏感器入瞳范围外的光线照射在星敏感器固定法兰面1上，该部分光路作为星敏感器的自准直光路8；
通过在星敏感器固定法兰面上安装方形棱镜，将入射到星敏感器固定法兰面上的光线经方形棱镜7反射回去；
方形棱镜7反射回来的光线再次通过星模拟器的光学***4，该部分光线入射到分光镜后，最终光线成像在位于分光镜5下方的CCD***9中，得到位置偏移量OO′；
依据公式OO′＝f·tan(2θ)，其中f为***焦距，θ为星敏感器固定法兰面偏转角，若θ较小时，得到安装方形棱镜7位置处的偏转角度信息，得到星敏感器固定法兰面1的位置信息，即得到星敏感器2的位置信息。
如图4所示，在星敏感器固定法兰面被照射到的任意位置处安装方形棱镜，在星敏感器入瞳范围外部的光线，该部分光线照射到星敏感器固定法兰面的区域范围内，重复权利要求7中的步骤，最终得到安装在不同位置处方块棱镜的信息，实现该区域不同位置偏转角θ的测量，可得到不同位置的偏移量OO′。

Claims (8)

1.一种基于共光路的星模拟器标定与自准直测量***，其特征在于，所述星模拟器的一端侧设有星敏感器固定法兰面，另一端侧依次设有***镜窗、星模拟器的光学***和分光镜；所述星敏感器固定法兰面上安装方形棱镜，所述与分光镜的光线射出对应位置设有CCD***；所述分光镜与星模拟器的轴线具有倾斜夹角。
2.根据权利要求1所述的一种基于共光路的星模拟器标定与自准直测量***，其特征在于，所述方形棱镜安装在星敏感器固定法兰面被照射到的任意位置处。
3.根据权利要求2所述的一种基于共光路的星模拟器标定与自准直测量***，其特征在于，移动方形棱镜的安装位置，测量区域不同位置偏转角θ，即可得到不同位置的偏移量OO′。
4.根据权利要求1所述的一种基于共光路的星模拟器标定与自准直测量***，其特征在于，光源出射的光线充满整个星模拟器的光学***，在星敏感器入瞳范围内的光线准直地入射到星敏感器，该部分光路作为星模拟器标定光路；星敏感器入瞳范围外的光线照射在星敏感器固定法兰面上，该部分光路作为星敏感器的自准直光路。
5.根据权利要求4所述的一种基于共光路的星模拟器标定与自准直测量***，其特征在于，入射到星敏感器固定法兰面上的光线经方形棱镜反射回去，二次反射回来后，再次通过星模拟器的光学***，该部分光线入射到分光镜后，最终光线成像在位于分光镜下方的CCD***中，得到位置偏移量OO'。
6.根据权利要求5所述的一种基于共光路的星模拟器标定与自准直测量***，其特征在于，依据公式OO′＝f·tan(2θ)，其中f为***焦距，θ为星敏感器固定法兰面偏转角，若θ较小时，θ≈OO'/2f，得到安装方形棱镜位置处的偏转角度信息，即得到星敏感器的位置信息。
7.一种基于共光路的星模拟器标定与自准直测量***的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
光源出射的光线充满整个星模拟器的光学***，在星敏感器入瞳范围内的光线经过光学***准直地入射到星敏感器，该部分光路作为星模拟器标定光路；星敏感器入瞳范围外的光线照射在星敏感器固定法兰面上，该部分光路作为星敏感器的自准直光路；
通过在星敏感器固定法兰面上安装方形棱镜，将入射到星敏感器固定法兰面上的光线经方形棱镜反射回去；
方形棱镜反射回来的光线再次通过星模拟器的光学***，该部分光线入射到分光镜后，最终光线成像在位于分光镜下方的CCD***中，得到位置偏移量OO′；
依据公式OO′＝f·tan(2θ)，其中f为***焦距，θ为星敏感器固定法兰面偏转角，若θ较小时，得到安装方形棱镜位置处的偏转角度信息，即得到星敏感器的位置信息。
8.根据权利要求7所述的一种基于共光路的星模拟器标定与自准直测量***的测量方法，其特征在于，在星敏感器固定法兰面被照射到的任意位置处安装方形棱镜，在星敏感器入瞳范围外部的光线，该部分光线照射到星敏感器固定法兰面的区域范围内，重复权利要求7中的步骤，最终得到安装在不同位置处方块棱镜的信息，实现该区域不同位置偏转角θ的测量，可得到不同位置的偏移量OO′。
CN201910066449.0A 2019-01-24 2019-01-24 一种基于共光路的星模拟器标定与自准直测量***及方法 Active CN109520526B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910066449.0A CN109520526B (zh) 2019-01-24 2019-01-24 一种基于共光路的星模拟器标定与自准直测量***及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910066449.0A CN109520526B (zh) 2019-01-24 2019-01-24 一种基于共光路的星模拟器标定与自准直测量***及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109520526A true CN109520526A (zh) 2019-03-26
CN109520526B CN109520526B (zh) 2023-04-18

Family

ID=65799752

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910066449.0A Active CN109520526B (zh) 2019-01-24 2019-01-24 一种基于共光路的星模拟器标定与自准直测量***及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109520526B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112067020A (zh) * 2020-09-17 2020-12-11 西安中科微星光电科技有限公司 一种超大视场、高分辨率的星模拟器光学***
CN113720358A (zh) * 2021-09-16 2021-11-30 北京控制工程研究所 一种针对舷窗式星敏感器的静态模拟器
CN114323070A (zh) * 2021-12-22 2022-04-12 中科院南京天文仪器有限公司 采用双面分光直角棱镜的三视场合成星图模拟***及方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1347070A (fr) * 1962-10-23 1963-12-27 United Aircraft Corp Appareillage d'essai de systèmes de guidage
CN102830498A (zh) * 2011-06-17 2012-12-19 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种动态大视场小畸变星模拟器光学***
CN104061929A (zh) * 2014-07-08 2014-09-24 上海新跃仪表厂 共光路多视场星敏感器及其星体姿态测量方法
EP2813434A2 (fr) * 2013-06-10 2014-12-17 Centre National D'etudes Spatiales Banc de test pour senseur stellaire, et procédé de test
CN104880200A (zh) * 2014-05-13 2015-09-02 北京航天计量测试技术研究所 复合制导***初始姿态现场校准***及方法
CN105318891A (zh) * 2014-07-25 2016-02-10 北京航天计量测试技术研究所 一种星敏感器基准立方镜安装误差的标定装置
CN107449417A (zh) * 2017-07-17 2017-12-08 清华大学 主动成像式星敏感器及其控制方法
CN108680060A (zh) * 2018-04-03 2018-10-19 北京环境特性研究所 一种激光红外复合目标模拟器、设备及***

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1347070A (fr) * 1962-10-23 1963-12-27 United Aircraft Corp Appareillage d'essai de systèmes de guidage
CN102830498A (zh) * 2011-06-17 2012-12-19 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种动态大视场小畸变星模拟器光学***
EP2813434A2 (fr) * 2013-06-10 2014-12-17 Centre National D'etudes Spatiales Banc de test pour senseur stellaire, et procédé de test
CN104880200A (zh) * 2014-05-13 2015-09-02 北京航天计量测试技术研究所 复合制导***初始姿态现场校准***及方法
CN104061929A (zh) * 2014-07-08 2014-09-24 上海新跃仪表厂 共光路多视场星敏感器及其星体姿态测量方法
CN105318891A (zh) * 2014-07-25 2016-02-10 北京航天计量测试技术研究所 一种星敏感器基准立方镜安装误差的标定装置
CN107449417A (zh) * 2017-07-17 2017-12-08 清华大学 主动成像式星敏感器及其控制方法
CN108680060A (zh) * 2018-04-03 2018-10-19 北京环境特性研究所 一种激光红外复合目标模拟器、设备及***

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LI J等: "Optical remote sensor calibration using micromachined multiplexing optical focal planes" *
刘流: "星敏立方镜装配位姿测量关键技术研究" *
黄程: "大视场高精度动态星模拟器光学***设计" *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112067020A (zh) * 2020-09-17 2020-12-11 西安中科微星光电科技有限公司 一种超大视场、高分辨率的星模拟器光学***
CN113720358A (zh) * 2021-09-16 2021-11-30 北京控制工程研究所 一种针对舷窗式星敏感器的静态模拟器
CN114323070A (zh) * 2021-12-22 2022-04-12 中科院南京天文仪器有限公司 采用双面分光直角棱镜的三视场合成星图模拟***及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109520526B (zh) 2023-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104335067B (zh) 坐标测量***与方法
CN102239422B (zh) 基于望远镜的三维光学扫描仪校准
CN102239421B (zh) 基于望远镜的三维光学扫描仪校准
CN107782254B (zh) 一种混合补偿式子孔径拼接面形检测方法
WO1993007443A1 (en) Method and system for point by point measurement of spatial coordinates
CN110230999A (zh) 一种直线运动***五自由度误差同步测量装置及方法
CN109520526A (zh) 一种基于共光路的星模拟器标定与自准直测量***及方法
CN105424322A (zh) 自校准光轴平行性检测仪及检测方法
CN103471524B (zh) 共焦抛物面顶点曲率半径测量方法
CN105716593A (zh) 一种用于光电侦察***定向定位精度测试的测试装置及测试方法
CN106225715A (zh) 一种用于非球面反射镜的五棱镜扫描检测方法
CN111707450B (zh) 光学镜头焦平面与机械安装面位置关系检测装置及方法
CN207439442U (zh) 一种激光接收发射部件调试设备
CN106017864A (zh) 摆镜特性参数测试装置及测试方法
CN103134443B (zh) 一种大口径大径厚比反射镜面形自准直检测装置及方法
CN209214634U (zh) 一种基于共光路的星模拟器标定与自准直测量***
RU2428656C1 (ru) Способ установки измерительного прибора в рабочее положение и устройство для его осуществления
CN111238642A (zh) 一种双分叉x型光纤和其光谱采集监测***
KR102579546B1 (ko) 인공위성 얼라인먼트 측정방법
CN114076574B (zh) 一种自由曲面测量***
CN211553069U (zh) 一种双分叉x型光纤和其光谱采集监测***
Nemecek et al. Measurement of relative position of camera and optical beacon by simultaneous passive method
Aamdal Single camera system for close range industrial photogrammetry
Liu et al. Evaluation method to obtain a fiducial fiber metrology benchmark for the Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope
CN106052659A (zh) 一种便携式激光大工作距自准直装置与方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant