CN115060227A - 卫星在轨视轴指向变化高精度测量的组合夹角测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供卫星在轨视轴指向变化高精度测量的组合夹角测量方法，包括以下步骤：步骤一，将三台夹角测量仪及其反射镜布置与卫星框架上相应位置；步骤二，调整夹角测量仪的位置，使得夹角测量仪与对应反射镜面垂直，此时，称为“零位”；步骤三，当空间环境发生变化时，卫星视轴指向发生微小的空间三轴角度偏移；步骤四，获得三台夹角测量仪上传感器像面上的像点坐标，算得对应反射镜面的俯仰，偏摆角度偏转量。步骤五，将三台夹角测量仪测得的角度偏转量用算法算得卫星在轨视轴指向的空间三轴角度偏移。本发明能实现在轨的卫星视轴指向高精度测量，具有兼容多次测量、计算快捷、测量精度高等优点。

Description

卫星在轨视轴指向变化高精度测量的组合夹角测量方法
技术领域
本发明涉及测角方法，具体地，涉及卫星在轨视轴指向变化高精度测量的组合夹角测量方法。
背景技术
卫星在轨运行时，由于空间环境的影响，对导致卫星的视轴指向发生变化，影响卫星的工作性能。直接测量卫星的视轴变化在实际操作过程中存在诸多困难，因此在卫星在轨过程中，一般不对视轴变化进行在轨测量。通常采用加强结构设计的方法，保证在空间环境的影响下，卫星的视轴指向变化在可接受的程度内。由于是被动的方法，不能消除视轴指向变化带来的影响。已经无法完全满足新一代卫星对视轴指向精度提出的要。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供卫星在轨视轴指向变化高精度测量的组合夹角测量方法，其通过夹角测量仪自动获取对应反射镜面所在位置的空间微小角度变化，结合后台合理的数学解算，在轨实时得到卫星的视轴指向变化，进一步提高卫星在轨视轴指向精度。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：卫星在轨视轴指向变化高精度测量的组合夹角测量方法，包括以下步骤；
步骤一，将三台夹角测量仪及其反射镜布置与卫星框架上相应位置；
步骤二，调整夹角测量仪的位置，使得夹角测量仪的光轴与对应反射镜面垂直，此时，称为“零位”；
步骤三，当在轨空间环境发生变化时，卫星视轴指向发生微小的空间三轴角度偏移；
步骤四，获得三台夹角测量仪上传感器像面上的像点坐标，算得对应反射镜面的俯仰，偏摆角度偏转量；
步骤五，将三台夹角测量仪测得的角度偏转量用算法算得卫星在轨视轴指向的空间三轴角度偏移。
优选的，三台夹角测量仪与反射镜组件的布置位置为，反射镜1与反射镜2共同刚性固定反射镜组件底座a上，反射镜组件底座a与卫星结构刚性连接，固定在卫星上A处。
优选的，三台夹角测量仪与反射镜组件的布置位置为，夹角测量仪1与夹角测量仪3共同刚性固定在转接支架a上，转接支架a与卫星框架刚性连接，固定在卫星上B处。
优选的，三台夹角测量仪与反射镜组件的布置位置为，夹角测量仪2与反射镜3共同刚性固定在转接支架b上，转接支架b与卫星框架刚性连接，固定在卫星上C处。
优选的，夹角测量仪1、2、3与其对应的反射镜1、2、3在“零位”时，夹角测量仪的光轴与对应反射镜面垂直。
优选的，当在轨空间环境发生变化时，卫星上三处为A、B、C之间的相对位置和相对指向会发生变化，其中A处的相对指向变化称作卫星的轨视轴指向，C处作为卫星的基准点，视为不发生相对变化。
优选的，当在轨空间环境发生变化时，卫星上三处为A、B、C之间的相对位置和相对指向会发生变化，使得夹角测量仪与对应反射镜之间的相对指向发生变化，导致夹角测量仪上传感器像面上的像点坐标发生变化。通过测量各台夹角测量仪上传感器像面上的像点坐标变化值，通过算法算得卫星在轨的轨视轴指向变化。
优选的，整个测量方法在测量装置安装好调试好后，可在轨自动完成，无需人工干预。
(三)有益效果
本发明提供了卫星在轨视轴指向变化高精度测量的组合夹角测量方法。
具备以下有益效果：
1、通过采用夹角测量仪和反射镜组件对卫星的轨视轴指向变化进行测量，可实现卫星视轴指向变化的在轨实时测量。
2、通过采用夹角测量仪和反射镜组件对卫星的轨视轴指向变化进行测量，可实现测量***的小型化，降低了对卫星的影响。
3、通过采用夹角测量仪和反射镜组件对卫星的轨视轴指向变化进行测量，各个夹角测量仪和反射镜的布置位置灵活可变，满足卫星上复杂的空间布置要求。
附图说明
图1为本发明的卫星在轨视轴指向变化高精度测量的组合夹角测量方法的流程图；
图2为本发明的卫星在轨视轴指向变化高精度测量的组合夹角测量方法的设备位置关系图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
如图1所示，卫星在轨视轴指向变化高精度测量的组合夹角测量方法包括以下步骤：
步骤一，如图2所示，将三台夹角测量仪及其反射镜布置与卫星框架上相应位置。
步骤二，如图2所示，调整夹角测量仪的位置，即微调转接支架a与转接支架b，调整使得夹角测量仪的光轴与对应反射镜面垂直，此时，称为“零位”，此时各台夹角测量仪传感器像面上的像点位置记为“零位”值。
步骤三，当在轨空间环境发生变化时，卫星视轴指向发生微小的空间三轴角度偏移，对应各台夹角测量仪传感器像面上的像点位置发生变化。
步骤四，获得三台夹角测量仪上传感器像面上的像点坐标，算得对应反射镜面的俯仰，偏摆角度偏转量。具体地，通过夹角测量仪与对应反射镜镜面在传感器像面x轴上的偏摆角度偏转量为αx，通过夹角测量仪与对应反射镜镜面在传感器像面x轴上的偏摆角度偏转量为αy，记自准直仪像点在传感器像面上的像点坐标相对“零位”值的变化量为(dx、dy)，记夹角测量仪物镜的焦距f，由公式dx＝2αx×f，dy＝2αy×f可以得到算得对应反射镜面的俯仰，偏摆角度偏转量αx1、αy1、αx2、αy2、αx3、αy3。
步骤五，将三台夹角测量仪测得的角度偏转量用算法算得卫星在轨视轴指向的空间三轴角度偏移。具体地，如图2所示，反射镜R1与反射镜R2视为刚体A，夹角测量仪J1与夹角测量仪J3视为刚体B，夹角测量仪J3与反射镜R3视为刚体C。A、B、C三点同时作为相应夹角测量仪坐标系的原点，由于刚体C相对世界坐标系视为不动，则刚体A、B会相对刚体C发生姿态变化，假设刚体A、B相对世界坐标系的空间三轴角度变化量分别表示为(a1,b1,c1)、(a2,b2,c2)。则J1、J2与J3三台夹角测量仪上传感器像面上的像点坐标相应的为(dx1、dy1)、(dx2、dy2)与(dx3、dy3)。其中A处的相对指向变化(a1,b1,c1)即为卫星的轨视轴指向变化。需通过以下求解一下方程组可得。MS＝D，其中M为参数矩阵，由“零位”时，各台夹角测量仪与反射镜的位置与相对角度确定。其中S为[a1,b1,c1,a2,b2,c2]T，表示刚体A、B的相对空间三轴角度变化量，其中D为[dx1,dy1,dx2,dy2,dx3,dy3]T，表示三台夹角测量仪上测量的其传感器像面上的像点坐标变化量。解得S＝M-1D，其中S为[a1,b1,c1,a2,b2,c2]T中的前三项(a1,b1,c1)即所求的卫星的轨视轴指向变化。
本发明测量时自动获取数据，可实现在轨测量计算，无需人工操作避免了认为操作产生的误差。
本发明基于光电自准直仪测角原理，提出了基于夹角测量仪的卫星在轨视轴指向变化高精度解算算法，该算法可在轨实时解算，解算精度极高。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.卫星在轨视轴指向变化高精度测量的组合夹角测量方法，其特征在于，包括以下步骤；
步骤一，将三台夹角测量仪及其反射镜布置与卫星框架上相应位置；
步骤二，调整夹角测量仪的位置，使得夹角测量仪的光轴与对应反射镜面垂直，此时，称为“零位”；
步骤三，当在轨空间环境发生变化时，卫星视轴指向发生微小的空间三轴角度偏移；
步骤四，获得三台夹角测量仪上传感器像面上的像点坐标，算得对应反射镜面的俯仰，偏摆角度偏转量；
步骤五，将三台夹角测量仪测得的角度偏转量用算法算得卫星在轨视轴指向的空间三轴角度偏移。
2.根据权利要求1所述的卫星在轨视轴指向变化高精度测量的组合夹角测量方法，其特征在于，三台夹角测量仪与反射镜组件的布置位置为，反射镜1与反射镜2共同刚性固定反射镜组件底座a上，反射镜组件底座a与卫星结构刚性连接，固定在卫星上A处。
3.根据权利要求1所述的卫星在轨视轴指向变化高精度测量的组合夹角测量方法，其特征在于，三台夹角测量仪与反射镜组件的布置位置为，夹角测量仪1与夹角测量仪3共同刚性固定在转接支架a上，转接支架a与卫星框架刚性连接，固定在卫星上B处。
4.根据权利要求1所述的卫星在轨视轴指向变化高精度测量的组合夹角测量方法，其特征在于，三台夹角测量仪与反射镜组件的布置位置为，夹角测量仪2与反射镜3共同刚性固定在转接支架b上，转接支架b与卫星框架刚性连接，固定在卫星上C处。
5.根据权利要求1所述的卫星在轨视轴指向变化高精度测量的组合夹角测量方法，其特征在于，夹角测量仪1、2、3与其对应的反射镜1、2、3在“零位”时，夹角测量仪的光轴与对应反射镜面垂直。
6.根据权利要求1所述的卫星在轨视轴指向变化高精度测量的组合夹角测量方法，其特征在于，当在轨空间环境发生变化时，卫星上三处为A、B、C之间的相对位置和相对指向会发生变化，其中A处的相对指向变化称作卫星的轨视轴指向，C处作为卫星的基准点，视为不发生相对变化。
7.根据权利要求1所述的卫星在轨视轴指向变化高精度测量的组合夹角测量方法，其特征在于，当在轨空间环境发生变化时，卫星上三处为A、B、C之间的相对位置和相对指向会发生变化，使得夹角测量仪与对应反射镜之间的相对指向发生变化，导致夹角测量仪上传感器像面上的像点坐标发生变化。通过测量各台夹角测量仪上传感器像面上的像点坐标变化值，通过算法算得卫星在轨的轨视轴指向变化。
8.根据权利要求1所述的卫星在轨视轴指向变化高精度测量的组合夹角测量方法，其特征在于，整个测量方法在测量装置安装好调试好后，可在轨自动完成，无需人工干预。
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