基于线阵ccd的二次平台水平度测量系统及方法
【专利摘要】基于线阵CCD的二次平台水平度测量系统及方法，涉及一种二次平台水平度测量系统及方法。它是为了适应对二次平台对于水平度的测量达到角秒级的需求。它的飞轮电机的定子竖直固定在单轴精密气浮转台的中心，激光器固定在飞轮电机的转子上；每N个CCD传感器等间距设置在基准平台的一侧；基准平台的每一侧的相邻两个CCD传感器的间距均相等。当二次平台在工作过程中，飞轮电机带动激光器旋转，使激光器发出的激光光束依次扫描16个CCD传感器；采集相邻三个CCD传感器上的激光位置，并根据该三个激光位置的高度构成一个平面，求解该平面的倾角，并作为二次平台的水平度测量结果。本发明适用于二次平台的水平度测量。
【专利说明】基于线阵CCD的二次平台水平度测量系统及方法【技术领域】
[0001]本发明涉及一种二次平台水平度测量系统及方法。
【背景技术】
[0002]在现代社会中，经常需要高平面度的平台，比如在空间交汇对接、地面测量、导航、网络通信和编队控制等全物理仿真试验中，需要支撑整个地面仿真器，为地面仿真实验提供基础平台；为编队卫星地面试验验证、控制算法验证分析等物理仿真试验提供平台支撑。由于平台运动或者是静止时都可能由于大面积水平基座的不平整等原因处于倾斜状态，不利于为负载提供尽可能水平的作业平台保证准确对接，因此需要平台在静止和运动状态都能够被快速、精确的调平，以保证平台足够的水平度。
[0003]二次平台和六自由度气浮台轨道器及六自由度气浮台上升器共同构成交会对接仿真试验的核心部分。其中，以气浮球轴承和重力平衡伺服运动机构为核心组成的六自由度气浮台轨道器用来模拟轨道器动力学仿真状态；二次平台用来支撑六自由度气浮台轨道器，实现高精度自动调平；与六自由度上升器配合，实现完整的交会对接动力学与控制全物理仿真试验。整个系统运行在大型花岗岩平台上，是地面全物理仿真试验的核心和基础平台；也为未来的编队卫星地面试验验证、控制算法验证分析等物理仿真试验提供平台支撑。水平度测量是整个自动调平系统的一部分，主要实现激光扫描平面水平度测量。
[0004]现有的水平测量系统一般是根据倾角传感器或者光栅式编码器来测量水平度，但是在该系统中由于二次平台时刻存在着无明显规律的运动，而倾角传感器实质上是一种加速度传感器，只能在静态工作时保证较高的精度，而无法在动态工作时达到理想的精度，而光栅式编码器则需要一个相对稳定的转轴来进行测量，可是该系统中二次平台气浮在大平台上，没有定轴，所以也不适合用光栅式编码器，二次平台本身对于水平度的要求达到角秒级。
【发明内容】
[0005]本发明是为了适应对二次平台对于水平度的测量达到角秒级的需求，从而提供一种基于线阵CCD的二次平台水平度测量系统及方法。
[0006]基于线阵CCD的二次平台水平度测量系统，它包括二次平台、飞轮电机、激光器1-1和4N个CXD传感器1-3 ；N为大于或等于3的整数；
[0007]二次平台包括基准平台1-2和单轴精密气浮转台；单轴精密气浮转台设置在基准平台1-2的中心位置；所述基准平台1-2为矩形平板结构；
[0008]飞轮电机的定子竖直固定在单轴精密气浮转台的中心，激光器1-1固定在飞轮电机的转子上；所述激光器1-1输出的激光在水平方向传播；
[0009]每N个CXD传感器1-3等间距设置在基准平台1_2的一侧；基准平台1_2的每一侧的相邻两个CXD传感器1-3的间距均相等。
[0010] 它还包括倾角传感器，所述倾角传感器设置在二次平台上。[0011]它还包括DSP，所述DSP的N个CXD传感器信号输入端与N个CXD传感器的输出端连接。
[0012]基于上述装置的基于线阵CCD的二次平台水平度测量方法，它的方法为:
[0013]当二次平台在工作过程中，飞轮电机带动激光器1-1旋转，使激光器1-1发出的激光光束依次扫描N个CCD传感器1-3 ；
[0014]采集相邻三个CXD传感器1-3上的激光位置，并根据该三个激光位置的高度构成一个平面，求解该平面的倾角，并作为二次平台的水平度测量结果。
[0015]本发明能够对二次平台本身对于水平度的测量达到角秒级，充分适应了需求。为平台系统的调平提供依据。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明的结构示意图；
[0017]图2是本发明的测量系统的俯视图；图中标记I至16是16个CXD传感器的编号；
[0018]图3是测量平台倾角的原理示意图；图中标记3-1为整个平台中心,也应是16个线阵CCD感光面法线的交点，1-1为二次平台上被飞轮电机带动旋转的激光器，1-2为线阵(XD，3-2为二次平台所行走的平面缩略图，代表整个30M*40M的大平台，也是整个二次平台的水平运动范围；标记3-3为二次平台主体；
[0019]图4是线阵CXD的光谱响应仿真示意图；
[0020]图5是点源对微面元的照度的原理示意图；
【具体实施方式】
[0021]【具体实施方式】一、结合图1和图2说明本【具体实施方式】，基于线阵CCD的二次平台水平度测量系统，它包括二次平台、飞轮电机、激光器1-1和4N个CCD传感器1-3 ；N为大于或等于3的整数；
[0022]二次平台包括基准平台1-2和单轴精密气浮转台；单轴精密气浮转台设置在基准平台1-2的中心位置；所述基准平台1-2为矩形平板结构；
[0023]飞轮电机的定子竖直固定在单轴精密气浮转台的中心，激光器1-1固定在飞轮电机的转子上；所述激光器1-1输出的激光在水平方向传播；
[0024]每N个CXD传感器1-3等间距设置在基准平台1_2的一侧；基准平台1_2的每一侧的相邻两个CXD传感器1-3的间距均相等。
[0025]工作原理:如图1所示，在30mX 40m的基准平台上，二次平台由安装在气浮平台上的激光器扫描，通过若干个线阵CCD图像传感器，将角度测量转换为长度测量，最终实现水平度精确实时测量。
[0026]二次平台系统的各项性能指标及参数如表1-1:
[0027]表1-1系统主要性能参数及指标
【权利要求】
1.基于线阵CCD的二次平台水平度测量系统，其特征是:它包括二次平台、飞轮电机、激光器(1-1)和4N个CCD传感器(1-3) ；N为大于或等于3的整数； 二次平台包括基准平台(1-2)和单轴精密气浮转台；单轴精密气浮转台设置在基准平台(1-2)的中心位置；所述基准平台(1-2)为矩形平板结构； 飞轮电机的定子竖直固定在单轴精密气浮转台的中心，激光器(1-1)固定在飞轮电机的转子上；所述激光器(1-1)输出的激光在水平方向传播； 每N个CXD传感器(1-3)等间距设置在基准平台(1-2)的一侧；基准平台(1-2)的每一侧的相邻两个CCD传感器(1-3)的间距均相等。
2.根据权利要求1所述的基于线阵CCD的二次平台水平度测量系统，其特征在于它还包括倾角传感器，所述倾角传感器设置在二次平台上。
3.根据权利要求1或2所述的基于线阵CCD的二次平台水平度测量系统，其特征在于它还包括DSP，所述DSP的N个CXD传感器信号输入端与N个CXD传感器的输出端连接。
4.基于权利要求1的基于线阵CCD的二次平台水平度测量方法，其特征在于，它的方法为: 当二次平台在工作过程中，飞轮电机带动激光器(1-1)旋转，使激光器(1-1)发出的激光光束依次扫描N个CCD传感器(1-3)； 采集相邻三个CXD传感器(1-3)上的激光位置，并根据该三个激光位置的高度构成一个平面，求解该平面的倾角，并作为二次平台的水平度测量结果。
【文档编号】G01C9/00GK103954267SQ201410203408
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月14日 优先权日:2014年5月14日
【发明者】陈兴林, 刘帅, 刘宇维, 杜婧 申请人:哈尔滨工业大学