一种空间导航探测器地面标定的对准纠偏装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及空间探测器技术领域，具体涉及一种空间导航探测器地面标定的对准纠偏装置及方法。
【背景技术】
[0002]空间导航探测器一般都需要先在地面完成标定，但目前国内还没有为空间导航探测器做标定的专门机构和试验装置，尚处于探索阶段。
[0003]513所依托总装二代导航重大专项课题“脉冲星导航地面试验系统”，研制完成了国内最大、功能最齐全、调姿精度最高的大型真空试验设备一一真空束线通道。真空束线通道外径达2.1米、总长度17米，为实现探测器的地面高精度对准纠偏提供真空工作环境。
[0004]当前的探测器与激光器对准方法或装置校准精度较低，不适用于空间导航探测器的校准纠偏。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明提供了一种空间导航探测器地面标定的对准纠偏装置，能够实现X射线源和探测器之间的精确对准，实现平行对准误差小于0.02°、中心对准误差小于1_，特别适合于视场范围小、对准精度高的空间导航探测器的标定。
[0006]本发明的空间导航探测器地面标定的对准纠偏装置，包括:前车光学测量平台和后车光学测量平台，外围设备为X射线源、探测器和真空束线通道；
[0007]其中，前、后车光学测量平台分别位于真空束线通道的前、后两端，探测器固定安装在前车光学测量平台上，X射线源固定安装在后车光学测量平台上；前、后车光学测量平台上均安装有伺服机构；
[0008]其中，前车光学测量平台上还固定安装有如下测量仪器:位移测量CCD相机、第一半反半透平面镜和第一成像屏幕毛玻璃片；其中，位移测量CCD相机的成像平面与探测器的成像平面位于同一平面，且中心点相对于测量平台的高度相等；第一成像屏幕毛玻璃片位于位移测量CCD相机的焦平面上；第一半反半透平面镜与位移测量CCD相机分别位于第一成像屏幕毛玻璃片的两侧；第一半反半透平面镜镜面与第一成像屏幕毛玻璃片镜面平行；
[0009]后车光学测量平台上还固定安装有如下测量仪器:激光器、第二半反半透平面镜、第二成像屏幕毛玻璃片和平行度测量CCD相机；其中，激光器的出射面与X射线源的出射面位于同一平面，且中心点相对于测量平台的高度相等；激光器与X射线源之间的距离与位移测量CCD相机与探测器之间的距离相等；第二半反半透平面镜位于激光器的光路上，并与激光器的光路成45°角；平行度测量CCD相机位于激光照射在第二半反半透平面镜上的一次反射光线的反向延长线上；第二成像屏幕毛玻璃片位于平行度测量CCD相机的焦平面上。
[0010]进一步地，前车光学测量平台上还固定安装有第一辅助灯，第一辅助灯位于位移测量CCD相机和第一成像屏幕毛玻璃片之间，避开位移测量CCD相机的成像光路，照射在第一成像屏幕毛玻璃片上；后车光学测量平台上还固定安装有第二辅助灯，第二辅助灯位于平行度测量CCD相机和第二成像屏幕毛玻璃片之间，避开平行度测量CCD相机的成像光路，照射在第二成像屏幕毛玻璃片上。
[0011]本发明的空间导航探测器地面标定的对准纠偏方法，包括如下步骤:
[0012]步骤1，打开真空束线通道的舱门，开启激光器、平行度测量CCD相机和位移测量CCD相机；激光器发射的激光束经第二半反半透平面镜到达第一半反半透平面镜，其中，激光束与第二半反半透平面镜的交点定义为B点，激光束与第一半反半透平面镜的交点定义为C点，C点的一部分光透射至第一成像屏幕毛玻璃片上，由位移测量(XD相机拍照成像，另一部分反射到第二半反半透平面镜上，并经第二半反半透平面镜反射到第二成像屏幕毛玻璃片上，由平行度测量CCD相机拍照成像；其中，将激光反射光与第二半反半透平面镜的交点定义为D点，将激光反射光与第二成像屏幕毛玻璃片的交点定义为E点；
[0013]步骤2，粗调:
[0014]步骤2.1，通过伺服机构调整前车光学测量平台或后车光学测量平台的位移及姿态，使得第二半反半透平面镜上的光点D与光点B目测重合；
[0015]步骤2.2，进行平行度纠正:观察E点在平行度测量CCD相机中的成像是否位于平行度测量CCD相机的成像中心，如果是，则平行度对准，转入步骤2.3，否则，通过伺服机构调整前车或后车光学测量平台，使得E点在平行度测量CCD相机中的成像位于平行度测量(XD相机的成像中心，完成平行度纠正，转入步骤2.3 ;
[0016]步骤2.3，进行高度和水平位移纠正:观察第一成像屏幕毛玻璃片上的光斑在位移测量CCD相机中的成像是否位于位移测量CCD相机的成像中心，如果是，则高度和水平位移对准，转入步骤3，否则，通过伺服机构调整前车或后车光学测量平台，使得第一成像屏幕毛玻璃片上的光斑在位移测量CCD相机中的成像位于位移测量CCD相机的成像中心，完成高度和水平位移对准，转入步骤3 ;
[0017]步骤3，关闭真空束线通道的舱门，进行抽真空，当真空束线通道的真空度达到真空度要求后，首先进行平行度纠正，使得平行度测量CCD相机拍摄的激光光斑位于其成像中心；然后进行高度和水平位移纠正，使得位移测量CCD相机拍摄的激光光斑位于其成像中心，完成探测器与X射线源之间的对准。
[0018]有益效果:
[0019](1)该装置能够实现探测器和X射线源的精确对准，平行度对准误差小于0.02°、高度对准误差小于1_，满足空间导航探测器标定需求；
[0020](2)该装置操作灵活，即便是探测器和X射线源因位置变化而出现偏差，也能够自动或手动纠正回来；
[0021](3)该装置还可以为聚焦型探测器、天文观测卫星有效载荷的标定提供准确的视场对准功能。
【附图说明】
[0022]图1为本发明对准纠偏装置的光学原理图。
[0023]图2为平行度对准纠偏示意图。
[0024]图3为高度和水平位移对准纠偏示意图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0026]本发明提供了一种空间导航探测器地面标定的对准纠偏装置，如图1所示，包括前车光学测量平台和后车光学测量平台，其中，探测器固定安装在前车光学测量平台上，X射线源固定安装在后车光学测量平台上，前、后车光学测量平台分别位于真空束线通道的前、后两端，测量平台上装有位移、姿态伺服机构，能够实现测量平台的水平平移、高度升降，并能实现沿其3维坐标轴均可旋转。前、后车光学测量平台分别构建在各自的刚性基座上，这两个刚性基座分别与前、后车的基准平板(即探测器和X射线源的安装平板)又构成刚性连接。因此，前、后车基准平板的相对位置变化，就能够经与它们刚性连接的前、后车光学测量平台上观测出来，进而反映出探测器和X射线源的对准情况。
[0027]其中，前车光学测量平台上固定安装如下测量仪器:位移测量CCD相机、第一半反半透平面镜60_X 60_X 2mm、第一成像屏幕毛玻璃片60_X 60_X 2mm和第一辅助灯。其中，位移测量CCD相机的成像平面与探测器的成像平面在同一平面上，且中心点相对于前车光学测量平台的高度相等。第一成像屏幕毛玻璃片的中心位于位移测量CCD相机的成像焦点上，镜面与位移测量CCD相机的中心轴线相垂直。第一半反半透平面镜与位移测量CCD相机分别位于第一成像屏幕毛玻璃片的两侧；第一半反半透平面镜镜面与第一成像屏幕毛玻璃片镜面平行，且两镜面中心高度相等；第一半反半透平面镜可以贴在第一成像屏幕毛玻璃片上，采用毛玻璃片可以使得激光光斑的亮度均匀，避免光斑强度不均带来的测量误差。第一辅助灯位于位移测量CCD相机和第一成像屏幕毛玻璃片之间，避开位移测量CCD相机的成像光路，照射在第一成像屏幕毛玻璃片上，用于提供辅助光，避免光线过暗照成位移测量CCD相机成像模糊。
[0028]后车光学测量平台上固定安装如下测量仪器:高精度激光器(出射光直径20mm)、第二半反半透平面镜100_X 100_X 2mm、第二成像屏幕毛玻璃片110_X 100_X 2mm、平行度测量CCD相机和第二辅助灯。其中，高精度激光器的出射面与X射线源的出射面在同一平面上，且中心点相对于后车光学测量平台的高度相等，并且，高精度激光器与X射线源之间的距离与位移测量(XD相机与探测器之间的距离相等，因此，X射线源与探测器之间的对准情况等同于高精度激光器与位移测量C⑶相机之间的对准情况，能够通过调节高精度激光器与位移测量CCD相机之间的对准，实现X射线源与探测器的对准。
[0029]其中，选用高精度激光器能够实现激光光斑尽可能的小，减小由于光斑扩散带来的系统误差。
[0030]其中，第二半反半透平面镜位于高精度激光器的光路上，并与高精度激光器的光路成45°角；平行度测量CCD相机位于高精度激光器激光照射在第二半反半透平面镜上的一次反射光线的反向延长线上；第二成像屏幕毛玻璃片位于第二半反半透平面镜与平行度测量CCD相机之间，且第二成像屏幕毛玻璃片的中心位于平行度测量CCD相机的焦点上，镜面与平行度测量CCD相机的中心轴线相垂直。第二辅助灯位于平行度测量CCD相机和第二成像屏幕毛玻璃片之间，避开平行度测量CCD相机的成像光路，照射在第二成像屏幕毛玻璃片上，用于提供辅助光，避免光线过暗照成平行度测量CCD相机成像模糊。
[0031]光学测量原理如下:如果X射线源与探测器处于对准状态，则本发明的对准纠偏装置的光路如图1所示，高精度激光器发射激光束自A点射出，经第二半反半透平面镜的B点到达第一半反半透平面镜的C点，C点的一部分光透射至第一成像屏幕毛玻璃片上，由位移测量CCD相机拍照成像，另一部分反射到第二半反半透平面镜的D点(此时，B点和D点重合)，并经