基于微振动干扰的光学载荷成像性能测量方法及系统与流程

本发明涉及光学载荷成像技术领域，具体地，涉及一种基于微振动干扰的光学载荷成像性能测量方法及系统。

背景技术：

在资源、遥感和气象等领域的高精度遥感卫星，经常由于诱发微振动力学环境导致有效载荷的指向精度和姿态稳定度发生偏差，使其观测分辨率等重要性能指标大大降低。分辨率等性能指标要求越高，对微振动诱发星体的微振动幅值(微振动窗口、微振动均方值等)的限制越严格，并与频谱分布密切相关，因此，在高精度卫星设计中必须考虑微振动的影响。

就像刘晨在《国内首台地球同步轨道高分辨凝视相机精细化管理》中提到的，对于高分辨率的光学载荷来说，在成像过程中的任何一个小的环节都会对成像质量造成影响，如相机光学系统自身的稳定性、光学系统的传递函数mtf、大气抖动、卫星姿态稳定度以及卫星平台的微振动环境等等。其中介绍的传统的光学载荷成像性能的测量方法都是在静态条件下开展的，虽然可以得到较高的分辨率，但是其测试环境与真实的在轨环境并不一致。卫星在轨运行阶段，由于卫星平台的微振动会导致光学载荷的成像质量下降，难以得到高分辨率的地面图像。因此，需要发明一种测量方法，能准确地获取光学载荷在在轨微振动干扰环境下的成像性能。

专利文献cn105659888b(申请号：201218003470.5)公开了一种基于全柔性卫星模型的控制闭环微振动建模与分析方法，考虑控制系统对结构响应的反馈作用，可为光学载荷成像质量评估提供微振动结构传递特性和时/频响应分析手段，属于建模与分析技术领域。计算整星有限元结构模型的模态振型和模态频率；建立包含控制律和硬件特性的姿态控制系统模型；建立整星结构与姿态控制系统的闭环模型；分析微振动输入到评价节点输出通道的结构传递特性、微振动时/频响应、以及响应数据的统计分析，用于光学载荷成像质量的评估。

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微振动干扰的光学载荷成像性能测量方法及系统。

根据本发明提供的基于微振动干扰的光学载荷成像性能测量方法，包括：

步骤s1，将光学载荷通过转接工装固定在微振动激励台上；

步骤s2，在光学载荷安装脚附近粘贴4个微振动传感器，对微振动激励台进行控制；

步骤s3，将光路生成系统安装在高度可调节平台上；

步骤s4，调节平台的高度和光路生成系统中反射镜的方向，使光路生成系统所产生的光线通过平行光管和反射镜垂直射入光学载荷内；

步骤s5，对光学载荷进行自检，确定光学载荷的各项性能符合预设指标；

步骤s6，在没有微振动干扰输入情况下，获取光学载荷的成像性能；

步骤s7，将4个微振动传感器通过电缆连接到微振动激励台控制器上；

步骤s8，设置微振动控制器的控制方式为4点平均控制，使用4点响应的平均值作为控制的反馈输入曲线；

步骤s9，设置需输出微振动干扰信号的相关参数，包括响应量级和响应频率；

步骤s10，微振动激励台输出预设微振动干扰信号，光学载荷在该环境下工作成像，获取其成像性能；

步骤s11，改变微振动干扰信号的量级和频率，得到光学载荷最敏感的频率值和成像符合预设指标的最大振动量级。

优选的，所述微振动激励台的最小激励量级为0.2mg，频率范围为5～2000hz，控制方式包括正弦振动和随机振动。

优选的，所述步骤s2中粘贴的4个微振动传感器为激励台控制传感器，其灵敏度为1000mv/g，量级为5g。

优选的，所述光学载荷的成像性能包括驱动机构控制精度和相机成像质量。

优选的，所述步骤s11中，采用定频振动的方式，然后逐步改变微振动干扰信号的量级和频率。

根据本发明提供的基于微振动干扰的光学载荷成像性能测量系统，包括：

模块m1，将光学载荷通过转接工装固定在微振动激励台上；

模块m2，在光学载荷安装脚附近粘贴4个微振动传感器，对微振动激励台进行控制；

模块m3，将光路生成系统安装在高度可调节平台上；

模块m4，调节平台的高度和光路生成系统中反射镜的方向，使光路生成系统所产生的光线通过平行光管和反射镜垂直射入光学载荷内；

模块m5，对光学载荷进行自检，确定光学载荷的各项性能符合预设指标；

模块m6，在没有微振动干扰输入情况下，获取光学载荷的成像性能；

模块m7，将4个微振动传感器通过电缆连接到微振动激励台控制器上；

模块m8，设置微振动控制器的控制方式为4点平均控制，使用4点响应的平均值作为控制的反馈输入曲线；

模块m9，设置需输出微振动干扰信号的相关参数，包括响应量级和响应频率；

模块m10，微振动激励台输出预设微振动干扰信号，光学载荷在该环境下工作成像，获取其成像性能；

模块m11，改变微振动干扰信号的量级和频率，得到光学载荷最敏感的频率值和成像符合预设指标的最大振动量级。

优选的，所述微振动激励台的最小激励量级为0.2mg，频率范围为5～2000hz，控制方式包括正弦振动和随机振动。

优选的，所述模块m2中粘贴的4个微振动传感器为激励台控制传感器，其灵敏度为1000mv/g，量级为5g。

优选的，所述光学载荷的成像性能包括驱动机构控制精度和相机成像质量。

优选的，所述模块m11中，采用定频振动的方式，然后逐步改变微振动干扰信号的量级和频率。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明适用范围更广，可靠性更高，能够真实地模拟光学载荷在轨的工作环境，通过光路搭建和微振动激励输入，能有效地测量高精度光学载荷在微振动干扰条件下的成像性能，从而为光学载荷性能的优化和隔振系统的设计提供依据；

2、本发明目前已经在多个型号的卫星关键光学载荷研制流程中增加微振动干扰环境下的成像性能测试，其测量结果有效地反映了载荷在轨环境下的性能。

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为本发明的工作原理图；

图2为本发明的光路搭建图；

图中，1-高度可调节平台；2-黑体控制器；3-黑体；4-反射镜；5-平行光管；6-光学载荷；7-转接工装；8-微振动传感器；9-微振动激励台；10-微振动台控制器。

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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例：

根据本发明提供的基于微振动干扰的光学载荷成像性能测量方法，包括以下步骤：

步骤s101，完成专用微振动激励台的自检和调试，包括油泵控制系统、风机控制系统和功率放大系统。将光学载荷通过螺钉固定在转接工装上，转接工装通过m12的螺钉固定在激励台台面上；

步骤s102，在光学载荷安装脚附近粘贴4个微振动传感器作为激励台控制传感器。微振动传感器应尽量选用电荷型加速度传感器，通过电荷放大器转换后，保证灵敏度为1000mv/g，频率范围为2～2000hz；

步骤s103，将光路生成系统(包括黑体控制器，黑体，平行光管，反射镜等)安装在高度可调节平台上。通过黑体控制器控制黑体产生光线，光线通过平行光管后射向反射镜；

步骤s104，调节平台的高度和反射镜的方向，使黑体所产生的光线可以垂直地射入微振动激励台上光学载荷内，并且保证微振动过程中光线不会偏出光学载荷成像的视场范围；

步骤s105，完成光学载荷的自检，确定光学载荷的各项性能指标正常，包括伺服电机的控制精度和干涉仪的成像质量；

步骤s106，利用黑体控制器产生相应波长的光线，光学载荷系统工作成像，获取在没有微振动干扰输入情况下，光学载荷的成像性能；

步骤s107，将4个微振动专用传感器通过高频电缆连接到微振动台控制器上，设置传感器的灵敏度为1000mv/g；

步骤s108，微激励台控制方式选择4点平均控制，即利用4个微振动传感器振动响应的平均值来进行闭环控制；

步骤s109，设置微振动输出的参数，选择向上扫频的模式，扫频速率为60hz/min，频率范围5～200hz，量级为1mg，允许偏差范围±3db，中止偏差±6db；

步骤s110，微振动激励台输出指定的微振动干扰信号，光学载荷在此环境下工作成像，根据伺服电机的控制精度和光学载荷的干涉波形，来确定整个微振动激励过程中敏感的频率点和振动量级；

步骤s111，进行定频微振动试验，设置定频振动频率为步骤s110中确定出来的敏感频点，然后逐步改变振动量级，从1mg慢慢增加至50mg，从而得到光学载荷最敏感的频率值和可以正常成像的最大量级。

所选用的传感器必须为微振动专用传感器，灵敏度为1000mv/g，频率范围为2～2000hz，分辨率为0.05mg，从而保证微振动激励输出的准确性。

光路生成系统可以利用黑体控制器调节所产生光线的波长，从而验证载荷对不同波长光线的成像性能研制。

采用4点平均的方式进行控制，从而避免单独某点响应偏差过大导致过试验或欠试验。

在激励台输出微振动干扰信号时，光学载荷需要同时获取伺服电机的控制精度和光学载荷的干涉波形，从而来考核微振动干扰对其的影响。

综上所述，采用本发明的方法，开创了一个基于微振动干扰的光学载荷成像性能测量的新思路，该发明适用范围广、可靠性高，能够真实地模拟光学载荷在轨的工作环境，在光学载荷性能测试领域的应用将会十分广泛。

图1中，黑体控制器2、黑体3、反射镜4和平行光管5均经螺钉固定安装在高度可调节平台1上，安装位置分布见图2，安装角度方面，使黑体3产生的经平行光管5发出的光线，通过反射镜4反射后垂直进入光学载荷6中；光学载荷6通过螺钉固定连接在转接工装7上，转接工装7通过m12螺钉固定在微振动激励台9的台面上，工装安装角附近粘贴4个微振动传感器8，通过高频电缆连接到微振动台控制器10上。

配合使用说明：

首先，通过微振动台控制器10对微振动激励台9进行自检和调试；

其次，将光路生成系统包含黑体控制器2、黑体3、反射镜4和平行光管5生成的光线配合高度可调节平台1垂直射入光学载荷6中，并保证微振动过程中光学不会偏出光学载荷6成像的视场范围；

最后，通过微振动传感器8采集信号并驱控微振动激励台9输出指定微振动干扰信号，配合光学载荷6的干涉波形确定激励过程中敏感频率值和正常成像的最大量级。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

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化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。