数字式太阳敏感器自动化标定测试方法及测试系统的制作方法
【专利摘要】数字式太阳敏感器自动化标定测试方法及测试系统，涉及光学姿态敏感器技术领域，解决现有太阳敏感标定方法采用半自动测试方法，存在使用过程受限且需要时间长等问题，包括平行光管、三轴精密转台、控制机柜和控制计算机，控制计算机根据设置的标定模式实现三轴精密转台的控制，并控制转台角度及数字式太阳敏感器坐标值的采集，实现全自动化标定测试；太阳敏感器固定在三轴精密转台的内轴上，平行光管用于模拟太阳光，调整平行光管的位置使光线垂直入射到数字式太阳敏感器上，控制计算机与转台控制机柜之间通过串口线连接，控制计算机与数字式太阳敏感器之间通过CAN总线连接。本发明全过程不需要人工干预自动完成，解放了人力，简化了测试过程。
【专利说明】
数字式太阳敏感器自动化标定测试方法及测试系统
技术领域
[0001]本发明涉及光学姿态敏感器领域，具体涉及一种数字式太阳敏感器自动化标定测试方法。
【背景技术】
[0002]数字太阳敏感器主要通过检测太阳矢量方位，确定太阳在敏感器本体坐标系中的位置，然后通过坐标矩阵变换得到太阳在卫星本体坐标系中的位置。太阳光入射到CMOS图像传感器上形成太阳光斑，太阳位置不同入射到图像传感器上的光斑位置也不同，通过对太阳光斑位置计算和姿态测算，就可得到卫星的相应姿态角度。为了保证太阳敏感器的测量精度，必须对太阳敏感器进行地面测试标定。
[0003]目前数字太阳敏感器采用的标定方法主要有两种，一种是室外标定，需要结合现有的环境和天气情况保证数字太阳敏感器不饱和，当太阳在天顶附近时进行测试，这种测试方法存在精度不高，测试方法复杂，受限于天气影响等缺点。另一方法是利用太阳模拟器和转台，进行室内标定，这种测试方法灵活，精度高。
[0004]现在公开文献《内外参数精确建模的太阳敏感器标定》作者:樊巧云等，提出一种基于内外参数精确建模的标定方法，采用的是太阳模拟器和转台配合的室内测试标定方法，文中利用转台控制柜控制转台，将角度位置输出给处理计算机，转台控制柜控制转台需要人工干预使转台两轴转到不同位置，用计算机来处理记录的数据，这种半自动的测试方法，可以用于标定点较少的情况，但是要完成要求视场范围内全角度标定，需要大量的时间。
【发明内容】
[0005]本发明为解决现有太阳敏感标定方法采用半自动测试方法，存在使用过程受限且需要时间长等问题，提供一种数字化太阳敏感器自动化标定测试方法。
[0006]数字化太阳敏感器自动化标定测试方法，该方法由以下步骤实现:
[0007]步骤一、搭建测试标定平台；
[0008]将数字式太阳敏感器固定在三轴精密转台的内轴上，将所述三轴精密转台外轴转至_度，内轴和中轴转至IjO度位置，采用平行光管模拟太阳光，调整所述平行光管使光线垂直入射到数字式太阳敏感器上；
[0009]步骤二、确定自动化测试工作模式，采用控制计算机自动测试软件，选择需要标定的视场角度、范围及测试步长角度;具体过程为:
[0010]步骤二一、将控制计算机与三轴精密转台之间采用串口通信，控制三轴精密转台按照设计的工作模式转动，控制计算机与数字太阳敏感器之间采用CAN总线通信，所述控制计算机采集数字式太阳敏感器输出的太阳坐标值；
[0011]步骤二二、控制三轴精密转台，进行转台寻零及初始化；
[0012]步骤二三、选择标定的视场角度，设置双轴转动参数，三轴精密转台外轴转动角度范围记为(W1，W2)，三轴精密转台外轴转动步长角度为，路程为W2-W1，三轴精密转台中轴转动角度范围为(Cl，C2)，中轴转动步长角度为δ。，路程为C1-C2，双轴转动方式为先外轴后中轴；
[0013]步骤二四、所述三轴精密转台按照先外轴后中轴的模式开始转动，测试标定开始，每一次转动到位后，三轴精密转台通过串口向控制计算机返回转动到位标志及转动到达位置的信息，控制计算机记录所述到达位置和同一时刻从数字式太阳敏感器输出的光斑坐标值，直到选择视场内所有的点都遍历后，控制计算机获得数字式太阳敏感器输出的光斑坐标值以及所述光斑值对应三轴精密转台实际转动的角度;控制三轴精密转台停止转动；
[0014]步骤三、对测试数据进行拟合;根据步骤二中控制计算机记录的整个视场内的太阳敏感器输出的光斑坐标值和对应的转台实际角度，对全视场进行标定，确定光斑坐标值和太阳角度的拟合关系，最终获得太阳姿态角度。
[0015]数字式太阳敏感器自动化标定测试测试系统，包括平行光管、三轴精密转台、控制机柜和控制计算机，所述控制计算机根据设置的标定模式实现三轴精密转台的控制，并控制转台角度及数字式太阳敏感器坐标值的采集，实现全自动化标定测试;数字式太阳敏感器固定在三轴精密转台的内轴上，所述平行光管用于模拟太阳光，调整所述平行光管的位置使光线垂直入射到数字式太阳敏感器上，控制计算机与转台控制机柜之间通过串口线连接，控制计算机与数字式太阳敏感器之间通过CAN总线连接。
[0016]本发明的有益效果:本发明所述的数字式太阳敏感器自动化标定测试方法，提出自动化测试软件可以根据视场及步长的设置，自动完成全视场范围内转台的自主转动角度记录及此时对应的数字太阳敏感器输出的数据记录，为角度的拟合标定节约了大量时间，全过程不需要人工干预自动完成，解放了人力，简化了测试过程。
【附图说明】
[0017]图1为本发明所述的数字式太阳敏感器自动化标定测试系统的结构示意图；
[0018]图2为本发明所述的数字式太阳敏感器自动化标定测试系统中控制计算机的自动化测试软件界面示意图。
【具体实施方式】
[0019]【具体实施方式】一、结合图1和图2说明本实施方式，数字化太阳敏感器自动标定测试方法，该方法由以下步骤实现:
[0020]步骤一、搭建测试平台:数字太阳敏感器测试标定平台包括高精度三轴精密转台及控制机柜，太阳敏感器，控制计算机，平行光管。数字太阳敏感器固定在转台内轴上，将转台外轴转到90度，内轴和中轴转到O度位置，用平行光管来模拟太阳光，调整光管位置使光线垂直入射到太阳敏感器上，控制计算机与转台控制机柜之间通过串口线相连，控制计算机与太阳敏感器之间通过CAN总线或采集线相连。
[0021 ]步骤二:确定自动化测试工作模式，利用控制计算机自动测试软件，选择所要标定的视场范围以及测试步长。其中自动化标定测试软件，结合图2，工作流程包括:
[0022]a、设置串口，打开串口连接，连接启动CAN总线，串口通信用于控制器计算机与转台之间通信，控制转台按照设计的工作模式转动，CAN总线用于控制计算机与数字太阳敏感器之间通信，采集数字太阳敏感器输出的太阳坐标值。
[0023]b、使能转台，进行转台寻零、初始化操作；
[0024]C、选择的标定视场角度，需标定的转台外轴转动角度范围记为(W1，W2)，转动步长角度为&，中轴转动角度范围为(Cl，C2)，转动步长为δ。，双轴转动方式为先外轴后中轴；
[0025]d、设置双轴转动参数，外轴步长设置为Sw，路程为W2-W1，选择上行，中轴步长设置为δ。，路程为C1-C2，选择上行，然后执行先外轴后中轴操作；
[0026]e、转台按照设置的工作模式开始转动，测试标定开始，每一次转动到位后，转台通过串口向控制计算机返回转动到位标志及转动到达位置，控制计算机记录当前位置和同一时刻从数字太阳敏感器输出的光斑坐标位置，直到选择视场内所有的点都遍历后，停止转动。
[0027]步骤三:对测试数据进行拟合;根据记录的整个视场内的太阳敏感器输出的光斑坐标值和对应的转台实际角度对全视场进行标定。确定坐标值和太阳角度的拟合关系，最终得到姿态角度。角度拟合方法可以采用最小二乘法、多项式法等，可依据数字太阳敏感器的自身特点来确定。
[0028]【具体实施方式】二、结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式为【具体实施方式】一所述的数字式太阳敏感器自动化标定测试方法的实施例:
[0029]数字式太阳敏感器自动化标定测试系统，包括平行光管、三轴精密转台、控制计算机及控制机柜，控制计算机负责根据设置的标定模式，完成三轴精密转台的控制、转台角度及太阳敏感器坐标位置采集，实现全自动化标定测试。太阳敏感器为待测试对象，平行光管用来仿真太阳光，垂直入射到太阳敏感器上，太阳敏感器固定在转台内轴上，转台是用来模拟太阳角度的，控制计算机通过RS422总线与转台控制机柜相连，实现对转台的远程控制，采集转台的角度信息，同时通过CAN总线采集太阳敏感器输出的光斑位置。
[0030]数字式太阳敏感器自动化标定测试方法，该方法由以下步骤实现:
[0031]步骤一、搭建测试平台
[0032]数字式太阳敏感器为待测试对象，将数字式太阳敏感器固定在三轴精密转台的内轴上，将所述三轴精密转台外轴转到90度，内轴和中轴转到O度位置，采用平行光管模拟太阳光，调整所述平行光管使光线垂直入射到数字式太阳敏感器上；
[0033]步骤二、确定自动化测试工作模式
[0034]采用控制计算机选择所要标定的视场范围以及测试步长。其中自动化标定测试软件如图2所示，工作流程包括:
[0035]A、连接串口和CAN总线，串口通信用于控制器计算机与三轴精密转台之间通信，控制三轴精密转台按照设计的工作模式转动，CAN总线用于控制计算机与数字式太阳敏感器之间通信，采集数字太阳敏感器输出的太阳坐标值。
[0036]B、使能转台，进行转台寻零、初始化操作；
[0037]C、根据选择的标定视场角度，若转台外轴转动角度范围记为(W1，W2)，转动步长角度为&，中轴转动角度范围为((:1，02)，转动步长为5。，其中町，￥2，(:1，02可以支持±360°范围内的任意区间范围，具体范围依据实际的太阳敏感器市场范围而定。首先将达到位置角度设置为外轴角度Wl，中轴角度Cl，内轴角度0，然后这设置双轴转动参数，外轴步长Sw，路程W2-W1，上行，中轴步长δ。，路程C1-C2，上行，然后执行先外轴后中轴或着先中轴后外轴的视场范围全自动控制与采集。
[0038]所述先外轴后中轴的视场范围全自动控制与采集过程由控制计算机完成，具体过程:首先保持中轴角度不变，控制计算机根据外轴的步长控制转台从外轴Wl，中轴Cl位置，记为Pn(Wl，C1)，转动到位置P12(Wl+Sw，Cl)，转动到位后转台反馈给控制计算机转动到位信号及转台位置，控制计算机记录此时转台的位置及同一时刻太阳敏感器输出的太阳光斑位置，同理，依次控制转台使外轴以&的步长，转完整个路程，达到位置Pln(W2，Cl)后，保持外轴位置不动，转到P21 (W2，Cl+δ。)位置，然后保持中轴不动，转动外轴，转到P22 (W2-5w,Cl+5c)位置，继续以3,步长减小外轴的角度，直到转到P2n(Wl，Cl+S。)位置，依次类推，遍历整个视场范围，获得整个视场内的太阳敏感器输出的光斑坐标值和对应的转台实际角度。
[0039]所述先中轴后外轴的视场范围全自动控制与采集过程由控制计算机完成，具体过程:首先保持外轴角度不变，控制计算机根据内轴的步长控制转台从外轴Wl，中轴Cl位置，记为Pn(Wl，Cl)，转动到位置P' 12(W1 ,Cl+δ。)，转动到位后转台反馈给控制计算机转动到位信号及转台位置，控制计算机记录此时转台的位置及同一时刻太阳敏感器输出的太阳光斑位置，同理，依次控制转台使中轴以δ。的步长，转完整个路程，达到位置P' ln(Wl，C2)后，保持中轴位置不动，转到位置，然后保持外轴不动，转动中轴，转到PSKWS+Sw，C2-S。)位置，继续以δ。步长减小中轴的角度，直到转到P' 2n(Wl+Sw，Cl)位置，依次类推，遍历整个视场范围，获得整个视场内的太阳敏感器输出的光斑坐标值和对应的转台实际角度。
[0040]步骤三、对测试数据进行拟合:根据步骤二中获得的数据对全视场进行标定。确定坐标值和太阳角度的拟合关系，最终得到姿态角度。
[0041]本实施方式中步骤三所述的角度拟合方法可以采用最小二乘法、多项式法等，可依据数字式太阳敏感器的自身特点来确定。
【主权项】
1.数字式太阳敏感器自动化标定测试方法，其特征是，该方法由以下步骤实现: 步骤一、搭建测试标定平台；将数字式太阳敏感器固定在三轴精密转台的内轴上，将所述三轴精密转台外轴转到90度，内轴和中轴转到O度位置，采用平行光管模拟太阳光，调整所述平行光管使光线垂直入射到数字式太阳敏感器上； 步骤二、确定自动化测试工作模式，采用控制计算机自动测试软件，选择需要标定的视场角度、范围及测试步长角度;具体过程为: 步骤二一、将控制计算机与三轴精密转台之间采用串口通信，控制三轴精密转台按照设计的工作模式转动，控制计算机与数字太阳敏感器之间采用CAN总线通信，所述控制计算机采集数字式太阳敏感器输出的太阳坐标值； 步骤二二、控制三轴转台，进行转台寻零及初始化操作； 步骤二三、选择标定的视场角度，设置双轴转动参数，三轴精密转台外轴转动角度范围记为(W1，W2)，三轴精密转台外轴转动步长角度为Sw，路程为W2-W1，三轴精密转台中轴转动角度范围为(Cl，C2)，中轴转动步长角度为δ。，路程为C1-C2，双轴转动方式为先外轴后中轴； 步骤二四、所述三轴精密转台按照先外轴后中轴的模式开始转动，测试标定开始，每一次转动到位后，三轴精密转台通过串口向控制计算机返回转动到位标志及转动到达位置的信息，控制计算机记录所述到达位置和同一时刻从数字式太阳敏感器输出的光斑坐标值，直到选择视场内所有的点都遍历后，控制计算机获得数字式太阳敏感器输出的光斑坐标值以及所述光斑值对应三轴精密转台实际转动的角度;控制三轴精密转台停止转动； 步骤三、对测试数据进行拟合;根据步骤二中控制计算机记录的整个视场内的太阳敏感器输出的光斑坐标值和对应的转台实际角度，对全视场进行标定，确定光斑坐标值和太阳角度的拟合关系，最终获得太阳姿态角度。2.根据权利要求1所述的数字式太阳敏感器自动化标定测试方法，其特征在于，步骤三中采用的角度拟合方法为最小二乘法或多项式法。3.根据权利要求1所述的数字式太阳敏感器自动化标定测试方法，其特征在于，所述三轴精密转台外轴转动角度范围(W1，W2)，三轴精密转台中轴转动角度在±360°的任意区间范围。4.根据权利要求1至3任意一项所述的数字式太阳敏感器自动化标定测试方法的测试系统，其特征是，包括平行光管、三轴精密转台、控制机柜和控制计算机，所述控制计算机根据设置的标定模式实现三轴精密转台的控制，并控制转台角度及数字式太阳敏感器坐标值的采集，实现全自动化标定测试;数字式太阳敏感器固定在三轴精密转台的内轴上，所述平行光管用于模拟太阳光，调整所述平行光管的位置使光线垂直入射到数字式太阳敏感器上，所述控制计算机与转台控制机柜之间通过串口线连接，控制计算机与数字式太阳敏感器之间通过CAN总线连接。
【文档编号】G01C25/00GK105865491SQ201610377648
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】郑晓云, 徐伟, 王绍举, 朴永杰, 陶淑苹, 冯汝鹏, 王天聪
【申请人】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所