CN110345970A - 一种光学导航敏感器标定方法及其设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光学测试领域，特别涉及一种光学导航敏感器标定方法及其设备；本发明搭建标定平台，再通过经纬仪来对准半透半反棱镜和基准棱镜使其两光束重合，而后由星敏感器开启，由星模拟器生成星点图，根据成像效果而评定星敏感器的性能；本发明根据经纬仪检测数据，通过控制***输出信号，实现星模拟器和星敏感器的光轴对准和控制星图模拟，操作方便且具有很好的标定精度。
Description
技术领域
本发明涉及光学测试领域，特别涉及一种光学导航敏感器标定方法及其设备。
背景技术
星敏感器是以恒星为参照目标对航天器姿态测量的关键模块，卫星姿态测量精度取决于星敏感器性能，因此星敏感器的地面标定与测试设备尤为重要。
光学导航敏感器标定***主要模拟空间目标，在实验室就可完成对星敏感器的标定及功能测试；目前光学导航敏感器标定***种类很多，但是大多标定***结构复杂，标定方法繁琐、造价高和标定误差大等缺点。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种光学导航敏感器标定方法，先搭建标定平台，再通过经纬仪来对准半透半反棱镜和基准棱镜使其两光束重合，而后由星敏感器开启，由星模拟器生成星点图，根据成像效果而评定星敏感器的性能；还提供一种光学导航敏感器标定设备。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种光学导航敏感器标定方法，其中，包括如下步骤：
步骤S1、搭建标定平台，在星模拟器上安装半透半反棱镜，在星敏感器上安装基准棱镜，将所述星模拟器安装在调整台上，再将所述调整台和所述星敏感器安装在光学平台上并使所述星模拟器与星敏感器相互对准而处于同一光路上且同时使所述半透半反棱镜与所述基准棱镜相互对准而处于同一光路上，将控制***与所述星模拟器、调整台进行电性连接；
步骤S2、将经纬仪对准所述半透半反棱镜，并记录所述半透半反棱镜的俯仰角和方位角，从而确定所述星模拟器在当地地理坐标系光轴指向；
步骤S3、将所述经纬仪经所述半透半反棱镜对准所述基准棱镜，并记录所述基准棱镜的俯仰角和方位角，确定所述星敏感器在当地地理坐标系光轴指向；
步骤S4、判断所述经纬仪经过所述半透半反棱镜的光束与所述经纬仪经过所述基准棱镜的光束是否重合；如果不重合，则通过所述控制***和调整台对所述星模拟器进行调整，从而调整所述星模拟器的光轴指向，再返回步骤S2；如果重合，则继续下一步；
步骤S5、开启所述星敏感器；
步骤S6、控制星模拟器生成星点图；
步骤S7、根据成像效果而评定星敏感器的性能，则标定结束。
作为本发明的一种改进，在步骤S1内，所述星模拟器由在同一光路上的用于生成星点图的LCOS成像器和用于对准所述星敏感器的准直光学器。
作为本发明的的进一步改进，在步骤S2内，用所述经纬仪对准所述半透半反棱镜，并记录所述半透半反棱镜在当地地理坐标系的俯仰角es和方位角σs，确定所述星模拟器在当地地理坐标系光轴指向，并记录所述星模拟器的光轴指向；其中，所述星模拟器在当地地理坐标系光轴指向为：
作为本发明的的更进一步改进，在步骤S3内，用所述经纬仪经所述半透半反棱镜对准所述基准棱镜，并记录所述基准棱镜在当地地理坐标系的俯仰角em和方位角σm，从而确定所述星敏感器在当地地理坐标系光轴指向，并记录所述星敏感器的光轴指向；其中，所述星敏感器在当地地理坐标系光轴指向为：
作为本发明的的更进一步改进，在步骤S4内，比较所述星模拟器与所述星敏感器的光轴指向关系：根据数学计算公式确定向量若为则所述星模拟器与所述星敏感器的光束对准，否则根据向量得到所述星模拟器与所述星敏感器的两光轴指向绕当地地理坐标系(X,Y,Z)三轴旋转角度。
作为本发明的的更进一步改进，在步骤S4内，可根据得到的所述星模拟器与所述星敏感器的两光轴指向绕当地地理坐标系(X,Y,Z)三轴旋转的三个角度，可通过所述控制***和调整台对所述星模拟器的光轴指向进行调整，可使所述星模拟器与所述星敏感器的两光轴重合。
作为本发明的的更进一步改进，在步骤S6内，控制所述星模拟器内的LCOS成像器生成星点图和分辨率板。
一种光学导航敏感器标定设备，其中，包括：
星模拟器，用于生成星点图；
调整台，用于对所述星模拟器的方位角和俯仰角进行调整；
光学平台，用于安装所述调整台及星敏感器；
控制***，用于对所述星模拟器和调整台进行电性调整；
其中，所述星模拟器上安装有用于引出星点板坐标的半透半反棱镜，所述星敏感器上安装有与所述半透半反棱镜处于同一光路的基准棱镜。
作为本发明的一种改进，所述星模拟器由在同一光路上的用于生成星点图的LCOS成像器和用于对准所述星敏感器的准直光学器。
作为本发明的的一种改进，所述调整台可对所述星模拟器的方位角和俯仰角进行调整。
本发明搭建标定平台，再通过经纬仪来对准半透半反棱镜和基准棱镜使其两光束重合，而后由星敏感器开启，由星模拟器生成星点图，根据成像效果而评定星敏感器的性能；本发明根据经纬仪检测数据，通过控制***输出信号，实现星模拟器和星敏感器的光轴对准和控制星图模拟，操作方便且具有很好的标定精度。
附图说明
图1为本发明的光学导航敏感器标定方法的步骤框图；
图2为本发明的光学导航敏感器标定设备的连接示意图；
图3为本发明的光学导航敏感器标定设备的标定示意图；
附图：1-星模拟器，2-星敏感器，3-调整台，4-光学平台，5-控制***，6-经纬仪，7-LCOS成像器，8-准直光学器，9-半透半反棱镜，10-基准棱镜。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种光学导航敏感器标定方法，包括如下步骤：
步骤S1、搭建标定平台，在星模拟器1上安装半透半反棱镜9，在星敏感器2上安装基准棱镜10，将星模拟器1安装在调整台3上，再将调整台3和星敏感器2安装在光学平台4上并使星模拟器1与星敏感器2相互对准而处于同一光路上且同时使半透半反棱镜9与基准棱镜10相互对准而处于同一光路上，将控制***5与星模拟器1、调整台3进行电性连接；
步骤S2、将经纬仪6对准半透半反棱镜9，并记录半透半反棱镜9的俯仰角和方位角，从而确定星模拟器1在当地地理坐标系光轴指向；
步骤S3、将经纬仪6经半透半反棱镜9对准基准棱镜10，并记录基准棱镜10的俯仰角和方位角，确定星敏感器2在当地地理坐标系光轴指向；
步骤S4、判断经纬仪6经过半透半反棱镜9的光束与经纬仪6经过基准棱镜10的光束是否重合；如果不重合，则通过控制***5和调整台3对星模拟器1进行调整，从而调整星模拟器1的光轴指向，再返回步骤S2；如果重合，则继续下一步；
步骤S5、开启星敏感器2；
步骤S6、控制星模拟器1生成星点图；
步骤S7、根据成像效果而评定星敏感器2的性能，则标定结束。
在本发明内，搭建标定平台，再通过经纬仪6来对准半透半反棱镜9和基准棱镜10使其两光束重合，而后由星敏感器2开启，由星模拟器1生成星点图，根据成像效果而评定星敏感器2的性能；本发明根据经纬仪6检测数据，通过控制***5输出信号，实现星模拟器1和星敏感器2的光轴对准和控制星图模拟，操作方便且具有很好的标定精度。
在步骤S1内，星模拟器1由在同一光路上的用于生成星点图的LCOS成像器7和用于对准星敏感器2的准直光学器8。
在步骤S2内，用经纬仪6对准半透半反棱镜9，并记录半透半反棱9镜在当地地理坐标系的俯仰角es和方位角σs，确定星模拟器2在当地地理坐标系光轴指向，并记录星模拟器1的光轴指向；其中，星模拟器1在当地地理坐标系光轴指向为：
在步骤S3内，用经纬仪6经半透半反棱镜9对准基准棱镜10，并记录基准棱镜10在当地地理坐标系的俯仰角em和方位角σm，从而确定星敏感器2在当地地理坐标系光轴指向，并记录星敏感器2的光轴指向；其中，星敏感器2在当地地理坐标系光轴指向为：
在步骤S4内，比较星模拟器1与星敏感器2的光轴指向关系：根据数学计算公式确定向量若为则星模拟器1与星敏感器2的光束对准，否则根据向量得到星模拟器1与星敏感器2的两光轴指向绕当地地理坐标系(X,Y,Z)三轴旋转角度。
在步骤S4内，可根据得到的星模拟器1与星敏感器2的两光轴指向绕当地地理坐标系(X,Y,Z)三轴旋转的三个角度，可通过控制***5和调整台3对星模拟器1的光轴指向进行调整，可使星模拟器1与星敏感器2的两光轴重合。
在步骤S6内，控制星模拟器1内的LCOS成像器7生成星点图和分辨率板。
本发明提供一种光学导航敏感器标定方法的实施例一，该实施例一的步骤如下：
1)标定***搭建：根据图2所示进行搭建标定***，保证LCOS(硅基液晶)成像器7、准直光学器8、半透半反棱镜9、调整台3、控制***5和被测的星敏感器2所处位置关系；
2)星模拟器1的坐标标定：星模拟器1在装调过程中须安装半透半反棱镜9，该半透半反棱镜9可以表征星模拟器1星点板坐标系；用经纬仪6对准半透半反棱镜9，并记录该半透半反棱镜9在当地地理坐标系的俯仰角es和方位角σs，确定星模拟器1在当地地理坐标系光轴指向为：
并记录星模拟器光轴指向。
3)星敏感器坐标：用经纬仪6经半透半反棱镜9对准基准棱镜10(该准基准棱镜10可表征星敏感器坐标)，并记录当地地理坐标系的高低角em和方位角σm，确定星敏感器2在当地地理坐标系光轴指向为：
并记录星敏感器光轴指向；
4)比较星模拟器1和星敏感器2光轴指向关系：根据数学计算公式
确定向量若为
则两者光束对准，否则根据向量得到两光轴指向绕当地地理坐标系X,Y,Z三轴旋转角度；
5)光轴对准：根据得到三个角度可通过控制***5和调整台3对星模拟器1光轴指向调整，可使两者光轴重合，大大减少了星敏感器光学参数标定的误差；
6)星敏感器2开机；
7)LCOS成像器：控制LCOS成像器生成分辨率板、星点图、鉑罗板等图样，可对星敏感器1多种光学参数标定；
8)根据探测器成像效果，评价星敏感器性能；
9)标定结束。
如图2和图3所示，本发明提供一种光学导航敏感器标定设备，包括：
星模拟器1，用于生成星点图；
调整台3，用于对星模拟器1的方位角和俯仰角进行调整；
光学平台4，用于安装调整台3及星敏感器2；
控制***5，用于对星模拟器1和调整台3进行电性调整；
其中，星模拟器1上安装有用于引出星点板坐标的半透半反棱镜9，星敏感器2上安装有与半透半反棱镜9处于同一光路的基准棱镜10。
在本发明内，星模拟器1由在同一光路上的用于生成星点图的LCOS成像器7和用于对准星敏感器2的准直光学器8。
在本发明内，调整台3可对星模拟器1的方位角和俯仰角进行调整。
在本发明内，LCOS(硅基液晶)成像器7和准直光学器8组成星模拟器1，两者在同一光路上，并与星敏感器2同轴，即为标定光路；半透半反棱镜9安装于星模拟器1本体上并引出星点板坐标，其与星敏感器2的基准棱镜10位于同一光路，即为光轴标定光路；调整台3作为星模拟器1安装台，可对星模拟器1方位角和俯仰角进行调整，保证星敏感器2和星模拟器1的光轴对准；控制***5对LCOS(硅基液晶)成像器1和调整台3进行电性控制。
本发明具备如下优点：
1、可根据星敏感器2光学参数标定进行模拟星图，具有很强的自主化；本发明所提供的LCOS(硅基液晶)成像器7和控制***5可实时改变星图以对星敏感器2多种光学参数进行标定。
2、光轴对准精度高和自动化：半透半反棱镜9安装于星模拟器1本体上并引出星点板坐标，其与星敏感器2的基准棱镜10位于同一光路，通过经纬仪6分别对半透半反棱镜9和星敏感器2的基准棱镜10的方位角和俯仰角进行测量，反馈给控制***5和调整台3，从而方便进一步地调整。
3、本发明操作简易；本发明基本根据经纬仪6检测数据，通过控制***5对调整台3输出信号，实现光轴对准和控制星图模拟，方便操作。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种光学导航敏感器标定方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、搭建标定平台，在星模拟器上安装半透半反棱镜，在星敏感器上安装基准棱镜，将所述星模拟器安装在调整台上，再将所述调整台和所述星敏感器安装在光学平台上并使所述星模拟器与星敏感器相互对准而处于同一光路上且同时使所述半透半反棱镜与所述基准棱镜相互对准而处于同一光路上，将控制***与所述星模拟器、调整台进行电性连接；
步骤S2、将经纬仪对准所述半透半反棱镜，并记录所述半透半反棱镜的俯仰角和方位角，从而确定所述星模拟器在当地地理坐标系光轴指向；
步骤S3、将所述经纬仪经所述半透半反棱镜对准所述基准棱镜，并记录所述基准棱镜的俯仰角和方位角，确定所述星敏感器在当地地理坐标系光轴指向；
步骤S4、判断所述经纬仪经过所述半透半反棱镜的光束与所述经纬仪经过所述基准棱镜的光束是否重合；如果不重合，则通过所述控制***和调整台对所述星模拟器进行调整，从而调整所述星模拟器的光轴指向，再返回步骤S2；如果重合，则继续下一步；
步骤S5、开启所述星敏感器；
步骤S6、控制星模拟器生成星点图；
步骤S7、根据成像效果而评定星敏感器的性能，则标定结束。
2.根据权利要求1所述的一种光学导航敏感器标定方法，其特征在于，在步骤S1内，所述星模拟器由在同一光路上的用于生成星点图的LCOS成像器和用于对准所述星敏感器的准直光学器。
3.根据权利要求1所述的一种光学导航敏感器标定方法，其特征在于，在步骤S2内，用所述经纬仪对准所述半透半反棱镜，并记录所述半透半反棱镜在当地地理坐标系的俯仰角es和方位角σs，确定所述星模拟器在当地地理坐标系光轴指向，并记录所述星模拟器的光轴指向；其中，所述星模拟器在当地地理坐标系光轴指向为：
4.根据权利要求1所述的一种光学导航敏感器标定方法，其特征在于，在步骤S3内，用所述经纬仪经所述半透半反棱镜对准所述基准棱镜，并记录所述基准棱镜在当地地理坐标系的俯仰角em和方位角σm，从而确定所述星敏感器在当地地理坐标系光轴指向，并记录所述星敏感器的光轴指向；其中，所述星敏感器在当地地理坐标系光轴指向为：
5.根据权利要求1所述的一种光学导航敏感器标定方法，其特征在于，在步骤S4内，比较所述星模拟器与所述星敏感器的光轴指向关系：根据数学计算公式确定向量若为则所述星模拟器与所述星敏感器的光束对准，否则根据向量得到所述星模拟器与所述星敏感器的两光轴指向绕当地地理坐标系(X,Y,Z)三轴旋转角度。
6.根据权利要求5所述的一种光学导航敏感器标定方法，其特征在于，在步骤S4内，可根据得到的所述星模拟器与所述星敏感器的两光轴指向绕当地地理坐标系(X,Y,Z)三轴旋转的三个角度，可通过所述控制***和调整台对所述星模拟器的光轴指向进行调整，可使所述星模拟器与所述星敏感器的两光轴重合。
7.根据权利要求1所述的一种光学导航敏感器标定方法，其特征在于，在步骤S6内，控制所述星模拟器内的LCOS成像器生成星点图和分辨率板。
8.一种光学导航敏感器标定设备，其特征在于，包括：
星模拟器，用于生成星点图；
调整台，用于对所述星模拟器的方位角和俯仰角进行调整；
光学平台，用于安装所述调整台及星敏感器；
控制***，用于对所述星模拟器和调整台进行电性调整；
其中，所述星模拟器上安装有用于引出星点板坐标的半透半反棱镜，所述星敏感器上安装有与所述半透半反棱镜处于同一光路的基准棱镜。
9.根据权利要求8所述的一种光学导航敏感器标定设备，其特征在于，所述星模拟器由在同一光路上的用于生成星点图的LCOS成像器和用于对准所述星敏感器的准直光学器。
10.根据权利要求8所述的一种光学导航敏感器标定设备，其特征在于，所述调整台可对所述星模拟器的方位角和俯仰角进行调整。
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