卫星遥感仪器地面成像试验光轴对准方法与流程

本发明涉及一种对准方法，具体地，涉及一种卫星遥感仪器地面成像试验光轴对准方法。

背景技术：

进行高精度光学成像试验时，各光学组件的光轴存在微小的偏差，就可能导致成像质量下降，甚至偏离成像系统视场，无法成像。因此对成像系统对光轴对准的要求越来越高。传统的光轴对准方法是根据光学系统的成像结果进行调整，反复迭代直至满足要求，但这一方法的前提是初始光轴的偏差较小，光学系统可以成像，而且，这种方法耗时较久，需要通过多次成像反复修正。

经文献检索，中国发明专利号201510362869.5、专利名称为“将旋转台式激光直写光轴对准的对准组件和方法”的中国专利给出了一种基于激光发射器、反射镜、激光接收器和旋转台的光轴对准方法，该发明需要将对准装置安装在光学成像系统上，方案复杂，具有一定的局限性。中国发明专利号201410001653.1、专利名称为“用于前置镜光轴对准的支撑微调装置”的中国专利重点介绍了一种适用于前置镜光轴角度和位置微调的装置，并没有给出光轴偏差的测量方案。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种卫星遥感仪器地面成像试验光轴对准方法，其测量范围大，可用于大范围偏差的光轴对准；测量精度高，可同时调整光轴间的角度偏差和距离偏差；采用激光跟踪仪自主测量，调整过程耗时短，易于操作。

根据本发明的一个方面，提供一种卫星遥感仪器地面成像试验光轴对准方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：建立卫星成像坐标系并作为测量基准，利用激光跟踪仪测量遮光罩的四个顶点确定卫星成像光轴的位置，并计算卫星成像坐标系和激光跟踪仪坐标系的转换关系；步骤二：利用激光跟踪仪测量平行光管圆形端面的边上的任意三个点，计算平行光管光轴在激光跟踪仪坐标系下的位置，并通过坐标转换，获取平行光管光轴在卫星成像坐标系下的位置；步骤三：在卫星成像坐标系计算两个光轴的角度偏差，并调整平行光管指向，再重复步骤额测量过程，反复迭代，直至角度偏差满足成像要求；步骤四：在卫星成像坐标系计算两个光轴的距离偏差，平并移平行光管，再重复步骤二的测量过程，反复迭代，直至光轴距离偏差满足成像要求。

优选地，所述步骤一通过激光跟踪仪测量卫星遥感仪器遮光罩的四个顶点，根据四个点构造出两个不相交的矢量，两个矢量差乘，得到卫星成像光轴的指向；对四个测量点求平均，得到遮光罩的中心坐标，考虑到卫星成像光轴经过遮光罩中心，因此可确定卫星成像光轴的位置；最后，根据四个顶点在卫星成像坐标系和激光跟踪仪坐标系下的坐标分量，计算卫星成像坐标系和激光跟踪仪坐标系的转换关系。

优选地，所述步骤二通过激光跟踪仪测量平行光管的圆形端面的边上任意三个点，根据三个测量点构造出两个不相交的矢量，两个矢量差乘，得到平行光管光轴的指向。然后，根据三个测量点的坐标值可求出圆心的坐标，考虑到平行光管光轴经过圆心，因此可确定平行光管光轴在激光跟踪仪坐标系下的位置；通过坐标转换，得到光轴在卫星成像坐标系下的位置。

优选地，所述步骤三根据两个光轴在卫星成像坐标系的位置关系计算光轴间的偏角，并调整平行光管的光轴指向，再重复步骤二的测量过程，反复迭代，直至角度偏差满足成像要求。

优选地，所述步骤四计算两个光轴与卫星成像平面的交点，两个交点的位置差即为光轴的距离偏差，根据计算结果平移平行光管，再重复步骤二的测量过程，反复迭代，直至距离偏差满足成像要求。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：一，本发明测量范围大，可用于大范围偏差的光轴对准。二，本发明测量精度高，可同时调整光轴间的角度偏差和距离偏差。三，本发明采用激光跟踪仪自主测量，调整过程耗时短，易于操作。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的流程图；

图3为卫星成像光轴测量方法示意图；。

图4为平行光管光轴测量方法示意图；

图5为光轴偏差的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

图1中，1表示卫星支架；2表示卫星；3表示遥感仪器；4表示遥感仪器遮光罩；5表示遥感仪器特征点测量靶球；6表示平行光管；7表示激光跟踪仪测量视轴；8表示平行光管特征点测量靶球；9表示激光跟踪仪；10表示四维调节机构；11表示成像靶标；12表示积分球。图3中，41表示第一测量点；42表示第一激光跟踪仪测量视线；43表示第一激光跟踪仪；44表示遮光罩；45表示遮光罩端面中心；46表示第一卫星成像光轴。图4中，21表示平行光管圆形端面；22表示第二激光跟踪仪测量视线；23表示第二激光跟踪仪；24表示第一平行光管光轴；25表示第二测量点；26表示平行光管圆形端面圆心。图5中，31表示第二卫星成像光轴，32表示第二平行光管光轴。

在本实施例中，提供了一种卫星遥感仪器地面成像试验光轴对准方法，用于实现地面成像试验系统各部件光轴的精确对准，满足成像要求。本发明以卫星遥感仪器坐标系为测量基准，利用激光跟踪仪测量光轴在基准坐标系下的指向和位置，计算光轴间的角度偏差和距离偏差，最后用四维调节机构进行修正。本发明包括：步骤一，建立卫星成像坐标系并作为测量基准，确定卫星成像光轴的位置，并计算卫星成像坐标系和激光跟踪仪坐标系的转换关系；步骤二，计算平行光管光轴在卫星成像仪坐标系下的位置；步骤三，计算两个光轴的角度偏差，并进行修正；步骤四，计算两个光轴的距离偏差，并进行修正。详细步骤如下：

步骤一：建立卫星成像坐标系并作为测量基准，确定卫星成像光轴的位置，并计算卫星成像坐标系和激光跟踪仪坐标系的转换关系，包括以下步骤：首先建立卫星成像坐标系并作为测量基准，原点为遮光罩中心，x轴与遮光罩上边界平行，y轴与遮光罩侧边界平行，z轴与遮光罩端面垂直，如图3所示。其次，选取遮光罩的四个顶点为测量点，根据测量结果可以算出遮光罩的边界尺寸，进而得到四个测量点在卫星成像坐标系下的坐标分量A_1Z、A_2Z、A_3Z和A_4Z。由四个测量点可构成两个相交的矢量，如式(1)：

r_1Z＝A_1Z-A_3Z r_2Z＝A_2Z-A_4Z (1)

对两个矢量差乘，得到新的矢量r_3Z＝r_1Z×r_2Z，方向与遮光罩端面垂直，该矢量即为仪器光轴的指向。取四个测量点位置坐标的平均值，即为遮光罩的中心位置，由于光轴经过遮光罩的中心，因此可确定光轴的位置。最后，根据四个顶点在卫星成像坐标系和激光跟踪仪坐标系下的坐标分量，计算出卫星成像坐标系和激光跟踪仪坐标系的转换关系。

步骤二：计算平行光管光轴在卫星成像仪坐标系下的位置，包括以下步骤：在平行光管的圆形端面的边上任意选取三个测量点，根据激光跟踪仪测量结果，即可得到端面圆心的坐标值。根据圆形端面边上的三个测量点可构造出两个不相交的矢量，两个矢量差乘，得到新的矢量方向与平行光管圆形端面垂直，即为平行光管光轴的指向。考虑到平行光管光轴经过圆心，因此可以确定平行光管光轴在激光跟踪仪坐标系下的位置，如图4所示。最后，通过坐标转换，得到平行光管光轴在卫星成像坐标系下的位置。

步骤三：计算两个光轴的角度偏差，并进行修正，包括以下步骤：根据两个光轴在卫星成像坐标系下的角度关系计算两异面直线的角度偏差，如图5所示，并根据偏差大小和方向调整平行光管的光轴指向，再重复步骤二的测量过程，反复迭代，直至角度偏差满足成像要求。

步骤四：计算两个光轴的距离偏差，并进行修正，包括以下步骤：计算两个光轴与卫星成像平面的交点，两个交点的距离即为仪器光轴与平行光管光轴间的距离偏差，如图5所示，根据计算结果平移平行光管，再重复步骤二的测量过程，反复迭代，直至距离偏差满足成像要求。

本发明用于在试验中以较高的精度和较快的速度保证遥感仪器与平行光管光轴的精确对准，满足成像试验要求。本发明以卫星成像坐标系为测量基准，利用激光跟踪仪测量光轴在基准坐标系下的位置，计算光轴间的角度偏差和距离偏差，最后用四维调节机构进行修正。本发明测量范围大，精度高，耗时短，易于实现，适用于卫星遥感仪器地面成像试验光轴对准。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。