专利名称：航天器总装高精度角度测量系统的制作方法
技术领域：
本发明属于角度测量技术领域，具体来说，本发明涉及一种航天器总装过程中测量所装配的设备相对航天器或其它设备的角度姿态的装置。
背景技术：
航天器总装时用所安装设备上的光学立方镜的反射面法线构成的坐标系代表设备的角度姿态。测量设备的姿态实际测量的是立方镜反射面的法线间的夹角。目前国内普遍采用经纬仪建站测量的方法。采用多台高精度的电子经纬仪，如LEICA公司的T3000、TM5 100A等，架设多台经纬仪分别与需要测量的镜面自准直，利用其中1台电子经纬仪建立测量坐标系，再依次将其它完成准直的电子经纬仪与第1台电子经纬仪互相瞄准经纬仪的内站标，最后得到镜面法线之间的夹角。通过优化算法，在实验室中可以达到较高的测量精度，如信息工程大学测绘学院的杨振等刊登的《准直测量进行高精度立方镜间关系标定》。但该方法在实际现场应用中存在以下几点不足1>使用经纬仪必需用人眼观测，实际航天器测试时受经纬仪布站远近、光照等条件以及主观因素等影响，测量人员观测经纬仪精度不高。尤其是任务繁重长时间测量时，精度会更低。2>经纬仪互瞄传递环节较多，会造成误差的累积和扩大。用上述方法测量两镜面法线夹角时，一般需要经纬仪互瞄2次。假设测量两镜面法线A与B的夹角，需要架设2台经纬仪分别与A和B准直，再分别与建立测量坐标系的经纬仪互瞄。而互瞄时需要将经纬仪调焦，不同远近不同人员观测互瞄精度差异很大。多次互瞄会造成误差的传递和累积。3>使用上述方法时每台经纬仪的位置必须由人员观测镜面法线方向确定，经纬仪观测时也必须依靠人员进行调平、准直、互瞄，无法实现测量的自动化，测量效率低。因此，有必要研制一种航天器总装高精度角度测量系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是人眼观测精度不稳定和互瞄传递带来的误差累积， 最终导致实际角度测量时的测量精度低。而本发明针对该问题提出了一种航天器总装高精度角度测量系统，该系统可以根据被测项目的理论值进行自动化测量。一种航天器的总装高精度角度测量系统，包括平面反射镜、CCD光电准直装置、精密导轨、精密转台、适配器和机电控制部分，CCD光电准直装置下部固定在精密导轨的滑动支撑上，平面反射镜、CCD光电准直装置和精密导轨架设在精密转台前方距离Im处，平面反射镜与精密导轨的轴向垂直，可旋转精密转台上设置有供支撑待测航天器的适配器，适配器由中间若干支撑柱间隔支撑的两平行圆环构成，且下部圆环通过螺钉固定在精密转台上，其中，CCD光电准直装置包括立式多齿分度台、卧式多齿分度台、支撑体和CCD光电准直仪，立式多齿分度台上方设置有支撑体，支撑体侧面上设置有卧式多齿分度台，卧式多齿分度台后部设置有CCD光电准直仪，机电控制部分控制精密转台的旋转和精密导轨的移动并自动接收CCD光电准直仪通过CCD接收返回的准直光束所得到的角度数据，以及根据分度台读取的分度值和精密转台转动角数据，计算得到航天器上的装配部件相对航天器的角度。其中，CCD光电准直仪通过CCD接收返回准直光束，显示出表示镜面法线与准直仪光轴的夹角。与现有技术相比，本发明的航天器总装高精度角度测量系统具有以下优点1>使用CXD成像代替人眼观测，提高了准直观测精度及稳定性。2>使用平面镜建立公共基准坐标系代替互瞄传递，减少了误差传递累积环节。3>使用精密转台、精密导轨、电气控制系统，可以根据被测项目的理论值，自动将准直装置送到准直位置，可以提高测量效率。
图1为本发明的航天器总装高精度角度测量系统的示意图其中，1为平面反射镜；2为CCD光电准直装置；3为精密导轨；4为精密转台；5为机电控制部分；6为适配器。图2为本发明的航天器总装高精度角度测量系统的测量方法示意图。图3为本发明的航天器总装高精度角度测量系统的CCD光电准直装置示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的本发明的航天器总装高精度角度测量系统作进一步的说明。如图1所示，本发明的航天器总装高精度角度测量系统包括平面反射镜1、CCD光电准直装置2、精密导轨3、精密转台4、机电控制部分5、适配器6，CCD光电准直装置2下部固定在精密导轨3的滑动支撑上，平面反射镜1、CCD光电准直装置2和精密导轨3架设在精密转台4前方距离Im处，平面反射镜1与精密导轨5的轴向垂直，可旋转精密转台4上设置有供支撑待测航天器的适配器6，适配器6由中间若干支撑柱间隔支撑的两平行圆环构成，且下部圆环通过螺钉固定在精密转台4上，其中，CCD光电准直装置包括立式多齿分度台7、卧式多齿分度台8、CCD光电准直仪9、支撑体10，立式多齿分度台7上方设置有支撑体10，支撑体10 —侧面上设置有卧式多齿分度台8，卧式多齿分度台8后部设置有CCD光电准直仪9，具体参见图3。机电控制部分控制精密转台的旋转和精密导轨的移动并自动接收CCD光电准直仪9通过CCD接收返回的准直光束所得到的角度数据，以及根据两分度台读取的分度值和精密转台转动角数据，计算得到航天器上的装配部件相对航天器的角度。以下说明本发明的测量系统的测量过程，系统测量如图2所示。使用CXD光电准直装置2测角时，由立式多齿分度台7和卧式多齿分度台8码盘读取分度值以上整数角度Ol1 V1)，hi为水平转动角，V1为俯仰转动角。由光电准直仪读取分度值以下角度Oi2 V2) 0则被测法线相对于CCD光电准直装置坐标系的方位角α和俯仰角β由公式(1Μ2)得到。α = h!+h2(1)β = Vl+V2(2)
其中，设A、B为航天器上两被测设备立方镜镜面法线，需要测量镜面法线A与B之间的夹角。测量时将平面反射镜1、CCD光电准直装置2和精密导轨3架设在精密转台4前方距离Im处。平面反射镜1与精密导轨3垂直。由平面反射镜1建立公共坐标系0-ΧΥΖ。转动转台使航天器坐标系坐标轴V、Y’与公共坐标系的X、Y轴平行，并将转台转
角清零。根据镜面法线B的角度理论值及精密导轨3与精密转台4之间的位置关系计算得到镜面法线B与精密导轨3的交点Pl，通过控制系统5将CCD光电准直装置2沿导轨移动到Pl点。转动准直装置2的立式多齿分度台7和卧式多齿分度台8，将准直仪9与镜面B 准直。得到方位角^和俯仰角β 转动多齿分度台，将CCD光电准直仪9准直基准平面镜 1，得到方位角α Μ和俯仰角由公式(3)和(4)得到被测镜面法线B在公共基准坐标系下的方位角Δ α工和俯仰角Δ β lt)Aa1= a ra 01(3)Δ = β !-β 01(4)由公式(5)得到被测镜面B法线在公共坐标系下的矢量。X1 = (cos (Δ a j) · cos ( Δ β j), sin ( Δ a j) · cos ( Δ β》，sin ( Δ β》) (5)逆时针转动精密转台4，设转动角为θ，被测镜面法线由A转动到A'方向。根据转动角度θ、镜面法线A的理论值及精密导轨3与精密转台的相对位置，计算出A'与精密导轨3的交点Ρ2。通过机电控制部分5将CCD光电准直装置2沿导轨移动到Ρ2点。与测量镜面法线B的步骤相同，将准直仪准直镜面A'得到方位角％和俯仰角β2，转动多齿分度台，将CCD光电准直仪9准直基准平面镜1，得到方位角Citl2*俯仰角β,由公式(6) 和(7)得到被测镜面法线A在公共基准坐标系下的方位角Δ %和俯仰角Δ β2。Δ a 2 = α 2- α 02+ θ(6)Δ β 2 = β 2- β 02(7)由公式(8)得到被测镜面A法线在公共坐标系下的矢量。x2 = (cos (Δ a 2) · cos ( Δ β 2)，sin ( Δ a 2 · cos ( Δ β 2)，sin ( Δ β 2)) (8)最后由公式(9)得到镜面法线A与镜面法线B的夹角。α χ2χ1 = acos (((x2) · (X1)) / (| (x2) | X | (X1) |))(9)尽管上文对本发明的具体实施方式
给予了详细描述和说明，但是应该指明的是， 我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种航天器的总装高精度角度测量系统，包括平面反射镜、CCD光电准直装置、精密导轨、精密转台、适配器和机电控制部分，CCD光电准直装置下部固定在精密导轨的滑动支撑上，平面反射镜、CCD光电准直装置和精密导轨架设在精密转台前方距离Im处，平面反射镜与精密导轨的轴向垂直，可旋转精密转台上设置有供支撑待测航天器的适配器，适配器由中间若干支撑柱间隔支撑的两平行圆环构成，且下部圆环通过螺钉固定在精密转台上， 其中，CCD光电准直装置包括立式多齿分度台、卧式多齿分度台、支撑体和CCD光电准直仪， 立式多齿分度台上方设置有支撑体，支撑体侧面上设置有卧式多齿分度台，卧式多齿分度台后部设置有CCD光电准直仪，机电控制部分控制精密转台的旋转和精密导轨的移动并自动接收CCD光电准直仪通过CCD接收返回的准直光束所得到的角度数据，以及根据分度台读取的分度值和精密转台转动角数据，计算得到航天器上的装配部件相对航天器的角度。
2.如权利要求1所述航天器的总装高精度角度测量系统，其中，CCD光电准直装置通过 CCD接收返回准直光束，显示出表示镜面法线与准直仪光轴的夹角，同时结合准直装置的立式多齿分度台和卧式多齿分度台得到镜面法线与准直装置坐标系坐标轴的夹角。
全文摘要
本发明公开了一种航天器的总装高精度角度测量系统，包括平面反射镜、CCD光电准直装置、精密导轨、精密转台、适配器和机电控制部分，平面反射镜、CCD光电准直装置和精密导轨架设在精密转台前方距离1m处，平面反射镜与精密导轨的轴向垂直，可旋转精密转台上设置有供支撑待测航天器的适配器，机电控制部分控制精密转台的旋转和精密导轨的移动并自动接收CCD光电准直仪通过CCD接收返回的准直光束所得到的角度数据，以及根据分度台读取的分度值和精密转台转动角数据，计算得到航天器上的装配部件相对航天器的角度。与现有技术相比，本发明的航天器总装高精度角度测量系统，提高了准直观测精度及稳定性，减少了误差传递累积环节，提高了测量效率。
文档编号G01B11/26GK102538713SQ20111042569
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月19日 优先权日2011年12月19日
发明者万毕乐, 孙刚, 孙继鹏, 张成立, 易旺民, 杨再华, 陈启威 申请人:北京卫星环境工程研究所