基于激光测量的星载标校装置的制作方法

本发明涉及一种星载标校装置，具体地，涉及一种基于激光测量的星载标校装置。

背景技术：

在卫星工程领域，高精度载荷的指向是关注的重点，由于卫星星体结构热变形以及机械振动的影响，高精度载荷的安装座相对于精度基准会产生相对变形，由此使得高精度载荷指向发生小角度的相对转动，载荷指向的转动角度会产生偏差。

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基于激光测量的星载标校装置，其可以对卫星载荷指向变形进行在轨测量，得到载荷指向变形量以便进行标校。

根据本发明的一个方面，提供一种基于激光测量的星载标校装置，其特征在于，其包括主激光角度测量单元、辅激光角度测量单元、主反射镜、辅反射镜、数据采集与处理单元；其中，两个激光角度测量单元安装于精度基准座，配合装于至少一个载荷的两个反射镜，通过激光psd方法，可实现对载荷的相对转角测量；其中，主激光角度测量单元包含激光器和psd传感器，激光器可发出激光打到主反射镜再反射回来至psd传感器，通过检测psd传感器的输出信号就可以得到主反射镜的二维转角；辅激光角度测量也同理；其中主激光角度测量单元和主反射镜完成主要测量工作，辅激光角度测量单元和辅反射镜进行误差补偿；数据采集与处理单元实现对激光角度测量单元的控制和数据处理及传输；其中，主反射镜安装于载荷顶部，并且反射镜朝向为斜向下成一定角度，对准基座上的主激光角度测量单元；辅反射镜朝向为水平，对准基座上的辅激光角度测量单元；当载荷指向轴线相对基座发生相对转动时，由主激光角度测量单元发射再经由主反射镜反射的光线会发生对应偏转，再由主激光角度测量单元内置的psd位置传感器检测该光线偏移，最后就可以求解得到两者的相对转角；辅激光角度测量单元的测量原理同理。

优选地，所述辅反射镜与辅激光角度测量单元都是水平的，为了进行误差补偿。

优选地，所述主反射镜朝向为斜向下，对准基座上的主激光角度测量单元，为了测试距离。

优选地，所述主激光角度测量单元、辅激光角度测量单元、主反射镜、辅反射镜、数据采集与处理单元和载荷都位于一个卫星平台的上方。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明可以对卫星载荷指向变形进行在轨测量，得到载荷指向变形量以便进行标校。

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为基于激光测量的星载标校装置的结构示意图。

图2为基于激光测量的星载标校装置的转角测量示意图。

图3为基于激光测量的星载标校装置的误差补偿测量示意图。

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。

如图1所示，本发明基于激光测量的星载标校装置包括主激光角度测量单元1、辅激光角度测量单元2、主反射镜3、辅反射镜4、数据采集与处理单元5；其中，两个激光角度测量单元安装于精度基准座，配合装于至少一个载荷8的两个反射镜，通过激光psd方法，可实现对载荷的相对转角测量；其中，主激光角度测量单元包含激光器11和psd传感器，激光器可发出激光打到主反射镜再反射回来至psd传感器12(psd传感器是一种能测量光点在探测器表面上连续位置的光学传感器)，通过检测psd传感器的输出信号就可以得到主反射镜的二维转角；辅激光角度测量也同理；其中主激光角度测量单元和主反射镜完成主要测量工作，辅激光角度测量单元和辅反射镜进行误差补偿；数据采集与处理单元实现对激光角度测量单元的控制和数据处理及传输；其中，主反射镜安装于载荷顶部，并且反射镜朝向为斜向下成一定角度，对准基座上的主激光角度测量单元；辅反射镜朝向为水平，对准基座上的辅激光角度测量单元；当载荷指向轴线相对基座发生相对转动时，由主激光角度测量单元发射再经由主反射镜反射的光线会发生对应偏转，再由主激光角度测量单元内置的psd位置传感器检测该光线偏移，最后就可以求解得到两者的相对转角；辅激光角度测量单元的测量原理同理。

辅反射镜4与辅激光角度测量单元2都是水平的，为了进行误差补偿。

主反射镜3朝向为斜向下，对准基座上的主激光角度测量单元1，为了测试距离。

所述主激光角度测量单元、辅激光角度测量单元、主反射镜、辅反射镜、数据采集与处理单元和载荷都位于一个卫星平台6的上方，这样方便控制和操作。

数据采集与处理单元5与一个基准平台6上方连接，基准平台6与卫星平台7顶端连接，这样方便提供基准性能。

如图2所示，说明绕x轴和绕y轴转角的测量，在变形前，激光角度测量单元内置的激光发射器，所发射出的激光经由载荷上的反射器反射，打在psd位置传感器的中心，而当载荷轴线相对基座发生了绕x轴转动，而产生相对转角θx时，反射激光会产生2θx的转角偏移，由此psd位置传感器所接收光斑会发生沿y向的偏移sy，根据激光角度测量原理，该偏移sy及距离l与相对转角θx满足一定关系式，就可以通过检测偏移sy，求解出相对转角θx。

同样的，绕y轴转角也可以通过相同方法测量得到，当载荷指向轴线相对基座轴线同时发生了绕x轴转动和绕y轴转动时，通过检测光线偏移sy和sx，即可对应解算出绕x轴相对转角θx、绕y轴相对转角θy，与上述绕x轴转动不同的是，由于主反射镜水平角α的存在，载荷的绕y轴转角θy，所引起的主反射镜法线相应转角应为2θycosα。

最后，载荷轴线相对基座轴线的绕x轴相对转角θx、绕y轴相对转角θy，可以用主激光角度测量单元的psd传感器测量值sy和sx表示，即如下式(1)和(2):

其中，sy和sx为光线偏移角度，l为距离。

需要进行误差补偿的工况为，当载荷绕z轴转动相对于所需测量的绕x轴绕y轴转动不可忽略的情况下，虽然载荷绕z轴转动，并不会导致载荷轴线与精度基准座的相对转动，但是会影响到主反射镜的反射功能，进而会影响到主激光角度测量单元的测量精度，基于此，设计了水平安装的辅激光角度测量单元和辅反射镜，用于测量载荷的绕z轴转动，并将测得转角用于上述两个转角测量的误差补偿，经辅助测量可以得到θz表达式，如下式(3):

其中，θz为z轴转动角度，sz为光线偏移角度，l为距离。

通过测量载荷的z轴转动θz，计算得到绕x轴和绕y轴测量的误差补偿项，具体如下所述，当载荷既不绕x轴转动、也不绕y轴转动，那么不论载荷是否绕z轴转动，预期测量得到数值均应该位于零位，也就是绕x轴转角和绕y轴转角均为零，然而由于主反射镜的朝向没有和载荷平行，也就是存在大于零的水平角，那么当载荷发生z轴转动时，会在测得绕x轴转角和绕y轴转角上引起误差附加项，即βx、βy。

如图3所示，将激光测量单元绕z轴转动θz角度，那么光轴的变化角在yoz面的投影分量βx和在xoz面的投影分量βy即为激光测量单元在测量绕x轴转角和绕y轴转角时的误差项，经过相关几何计算，可以得到如下式(4)和(5)：

βx＝α-arctan(tanαcosθz)(4)

βy＝arcsin(sinαsinθz)(5)

其中，θz为z轴转动角度，βx为绕x轴转角上引起误差附加项，βy为绕y轴转角为上引起误差附加项。

经补偿后，载荷轴线相对基座的绕x轴相对转角、绕y轴相对转角为如下式(6)和(7)：

θ′x＝θx-βx(6)

θ′y＝θy-βy(7)

其中，θx′为绕x轴相对转角，θy′为绕y轴相对转角，θx为x轴转动角度，θy为y轴转动角度，βx为绕x轴转角上引起误差附加项，βy为绕y轴转角为上引起误差附加项。

代入并作简化计算，可将式中二阶小量略去，则得到载荷指向转角测量最终结果表达式如下式(8)和(9)：

其中，θx′为绕x轴相对转角，θy′为绕y轴相对转角，sy、sx、sz为光线偏移角度，l为距离。

综上所述，本发明可以对卫星载荷指向变形进行在轨测量，得到载荷指向变形量以便进行标校。

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。