基于線陣ccd的二次平臺水平度測量系統(tǒng)及方法
【專利摘要】基于線陣CCD的二次平臺水平度測量系統(tǒng)及方法，涉及一種二次平臺水平度測量系統(tǒng)及方法。它是為了適應對二次平臺對于水平度的測量達到角秒級的需求。它的飛輪電機的定子豎直固定在單軸精密氣浮轉臺的中心，激光器固定在飛輪電機的轉子上；每N個CCD傳感器等間距設置在基準平臺的一側；基準平臺的每一側的相鄰兩個CCD傳感器的間距均相等。當二次平臺在工作過程中，飛輪電機帶動激光器旋轉，使激光器發(fā)出的激光光束依次掃描16個CCD傳感器；采集相鄰三個CCD傳感器上的激光位置，并根據(jù)該三個激光位置的高度構成一個平面，求解該平面的傾角，并作為二次平臺的水平度測量結果。本發(fā)明適用于二次平臺的水平度測量。
【專利說明】基于線陣CCD的二次平臺水平度測量系統(tǒng)及方法【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種二次平臺水平度測量系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002]在現(xiàn)代社會中，經(jīng)常需要高平面度的平臺，比如在空間交匯對接、地面測量、導航、網(wǎng)絡通信和編隊控制等全物理仿真試驗中，需要支撐整個地面仿真器，為地面仿真實驗提供基礎平臺；為編隊衛(wèi)星地面試驗驗證、控制算法驗證分析等物理仿真試驗提供平臺支撐。由于平臺運動或者是靜止時都可能由于大面積水平基座的不平整等原因處于傾斜狀態(tài)，不利于為負載提供盡可能水平的作業(yè)平臺保證準確對接，因此需要平臺在靜止和運動狀態(tài)都能夠被快速、精確的調平，以保證平臺足夠的水平度。
[0003]二次平臺和六自由度氣浮臺軌道器及六自由度氣浮臺上升器共同構成交會對接仿真試驗的核心部分。其中，以氣浮球軸承和重力平衡伺服運動機構為核心組成的六自由度氣浮臺軌道器用來模擬軌道器動力學仿真狀態(tài)；二次平臺用來支撐六自由度氣浮臺軌道器，實現(xiàn)高精度自動調平；與六自由度上升器配合，實現(xiàn)完整的交會對接動力學與控制全物理仿真試驗。整個系統(tǒng)運行在大型花崗巖平臺上，是地面全物理仿真試驗的核心和基礎平臺；也為未來的編隊衛(wèi)星地面試驗驗證、控制算法驗證分析等物理仿真試驗提供平臺支撐。水平度測量是整個自動調平系統(tǒng)的一部分，主要實現(xiàn)激光掃描平面水平度測量。
[0004]現(xiàn)有的水平測量系統(tǒng)一般是根據(jù)傾角傳感器或者光柵式編碼器來測量水平度，但是在該系統(tǒng)中由于二次平臺時刻存在著無明顯規(guī)律的運動，而傾角傳感器實質上是一種加速度傳感器，只能在靜態(tài)工作時保證較高的精度，而無法在動態(tài)工作時達到理想的精度，而光柵式編碼器則需要一個相對穩(wěn)定的轉軸來進行測量，可是該系統(tǒng)中二次平臺氣浮在大平臺上，沒有定軸，所以也不適合用光柵式編碼器，二次平臺本身對于水平度的要求達到角秒級。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明是為了適應對二次平臺對于水平度的測量達到角秒級的需求，從而提供一種基于線陣CCD的二次平臺水平度測量系統(tǒng)及方法。
[0006]基于線陣CCD的二次平臺水平度測量系統(tǒng)，它包括二次平臺、飛輪電機、激光器1-1和4N個CXD傳感器1-3 ；N為大于或等于3的整數(shù)；
[0007]二次平臺包括基準平臺1-2和單軸精密氣浮轉臺；單軸精密氣浮轉臺設置在基準平臺1-2的中心位置；所述基準平臺1-2為矩形平板結構；
[0008]飛輪電機的定子豎直固定在單軸精密氣浮轉臺的中心，激光器1-1固定在飛輪電機的轉子上；所述激光器1-1輸出的激光在水平方向傳播；
[0009]每N個CXD傳感器1-3等間距設置在基準平臺1_2的一側；基準平臺1_2的每一側的相鄰兩個CXD傳感器1-3的間距均相等。
[0010] 它還包括傾角傳感器，所述傾角傳感器設置在二次平臺上。[0011]它還包括DSP，所述DSP的N個CXD傳感器信號輸入端與N個CXD傳感器的輸出端連接。
[0012]基于上述裝置的基于線陣CCD的二次平臺水平度測量方法，它的方法為:
[0013]當二次平臺在工作過程中，飛輪電機帶動激光器1-1旋轉，使激光器1-1發(fā)出的激光光束依次掃描N個CCD傳感器1-3 ；
[0014]采集相鄰三個CXD傳感器1-3上的激光位置，并根據(jù)該三個激光位置的高度構成一個平面，求解該平面的傾角，并作為二次平臺的水平度測量結果。
[0015]本發(fā)明能夠對二次平臺本身對于水平度的測量達到角秒級，充分適應了需求。為平臺系統(tǒng)的調平提供依據(jù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的結構示意圖；
[0017]圖2是本發(fā)明的測量系統(tǒng)的俯視圖；圖中標記I至16是16個CXD傳感器的編號；
[0018]圖3是測量平臺傾角的原理示意圖；圖中標記3-1為整個平臺中心,也應是16個線陣CCD感光面法線的交點，1-1為二次平臺上被飛輪電機帶動旋轉的激光器，1-2為線陣(XD，3-2為二次平臺所行走的平面縮略圖，代表整個30M*40M的大平臺，也是整個二次平臺的水平運動范圍；標記3-3為二次平臺主體；
[0019]圖4是線陣CXD的光譜響應仿真示意圖；
[0020]圖5是點源對微面元的照度的原理示意圖；
【具體實施方式】
[0021]【具體實施方式】一、結合圖1和圖2說明本【具體實施方式】，基于線陣CCD的二次平臺水平度測量系統(tǒng)，它包括二次平臺、飛輪電機、激光器1-1和4N個CCD傳感器1-3 ；N為大于或等于3的整數(shù)；
[0022]二次平臺包括基準平臺1-2和單軸精密氣浮轉臺；單軸精密氣浮轉臺設置在基準平臺1-2的中心位置；所述基準平臺1-2為矩形平板結構；
[0023]飛輪電機的定子豎直固定在單軸精密氣浮轉臺的中心，激光器1-1固定在飛輪電機的轉子上；所述激光器1-1輸出的激光在水平方向傳播；
[0024]每N個CXD傳感器1-3等間距設置在基準平臺1_2的一側；基準平臺1_2的每一側的相鄰兩個CXD傳感器1-3的間距均相等。
[0025]工作原理:如圖1所示，在30mX 40m的基準平臺上，二次平臺由安裝在氣浮平臺上的激光器掃描，通過若干個線陣CCD圖像傳感器，將角度測量轉換為長度測量，最終實現(xiàn)水平度精確實時測量。
[0026]二次平臺系統(tǒng)的各項性能指標及參數(shù)如表1-1:
[0027]表1-1系統(tǒng)主要性能參數(shù)及指標
【權利要求】
1.基于線陣CCD的二次平臺水平度測量系統(tǒng)，其特征是:它包括二次平臺、飛輪電機、激光器(1-1)和4N個CCD傳感器(1-3) ；N為大于或等于3的整數(shù)； 二次平臺包括基準平臺(1-2)和單軸精密氣浮轉臺；單軸精密氣浮轉臺設置在基準平臺(1-2)的中心位置；所述基準平臺(1-2)為矩形平板結構； 飛輪電機的定子豎直固定在單軸精密氣浮轉臺的中心，激光器(1-1)固定在飛輪電機的轉子上；所述激光器(1-1)輸出的激光在水平方向傳播； 每N個CXD傳感器(1-3)等間距設置在基準平臺(1-2)的一側；基準平臺(1-2)的每一側的相鄰兩個CCD傳感器(1-3)的間距均相等。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于線陣CCD的二次平臺水平度測量系統(tǒng)，其特征在于它還包括傾角傳感器，所述傾角傳感器設置在二次平臺上。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的基于線陣CCD的二次平臺水平度測量系統(tǒng)，其特征在于它還包括DSP，所述DSP的N個CXD傳感器信號輸入端與N個CXD傳感器的輸出端連接。
4.基于權利要求1的基于線陣CCD的二次平臺水平度測量方法，其特征在于，它的方法為: 當二次平臺在工作過程中，飛輪電機帶動激光器(1-1)旋轉，使激光器(1-1)發(fā)出的激光光束依次掃描N個CCD傳感器(1-3)； 采集相鄰三個CXD傳感器(1-3)上的激光位置，并根據(jù)該三個激光位置的高度構成一個平面，求解該平面的傾角，并作為二次平臺的水平度測量結果。
【文檔編號】G01C9/00GK103954267SQ201410203408
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月14日 優(yōu)先權日:2014年5月14日
【發(fā)明者】陳興林, 劉帥, 劉宇維, 杜婧 申請人:哈爾濱工業(yè)大學