本發(fā)明屬于光機(jī)電一體化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種測量星敏感器測量坐標(biāo)系與棱鏡坐標(biāo)系關(guān)系的方法。

背景技術(shù)：

在星敏感器的使用過程中，因?yàn)槠淅忡R坐標(biāo)系與棱鏡坐標(biāo)系偏差關(guān)系的不明確導(dǎo)致了相對于航天器三軸姿態(tài)的測量精度偏差，需要通過在軌重新標(biāo)定修正才能消除偏差，引發(fā)了在軌數(shù)據(jù)偏差大、在軌修正復(fù)雜等一系列問題。使得用戶使用產(chǎn)品過程中，不易確認(rèn)誤差源是來源于星敏感器本身的誤差，還是裝星帶來的誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種測量星敏感器測量坐標(biāo)系與其棱鏡坐標(biāo)系關(guān)系的方法，能夠精確測量星敏感器測量坐標(biāo)系與其棱鏡坐標(biāo)系的關(guān)系，克服因棱鏡坐標(biāo)系與其棱鏡坐標(biāo)系偏差關(guān)系不明確帶來的相對于航天器三軸姿態(tài)的測量精度偏差，能使得星敏感器直接安裝即可進(jìn)行高精度測量。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種測量星敏感器測量坐標(biāo)系與棱鏡坐標(biāo)系關(guān)系的方法，涉及的設(shè)備包括光星模擬器、三軸轉(zhuǎn)臺(tái)、經(jīng)緯儀；其中星敏感器測量坐標(biāo)系與棱鏡坐標(biāo)系三軸指向同向；步驟如下：

1)模擬星敏感器裝星方式，將星敏感器安裝到三軸轉(zhuǎn)臺(tái)上，使轉(zhuǎn)臺(tái)安裝面與光星模擬器光軸垂直；

2)使用光星模擬器模擬星點(diǎn)光線矢量照射星敏感器，調(diào)整三軸轉(zhuǎn)臺(tái)，使得光星模擬器光線矢量掃過星敏感器整個(gè)視場，找到星敏感器的測量坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)以及測量坐標(biāo)系的X軸和Y軸；

3)使用一臺(tái)經(jīng)緯儀測量得到星敏感器的棱鏡坐標(biāo)系Z軸相對于測量坐標(biāo)系Z軸的偏差；

4)同時(shí)使用兩臺(tái)經(jīng)緯儀測量得到星敏感器的棱鏡坐標(biāo)系X軸相對于測量坐標(biāo)系X軸的偏差，以及星敏感器的棱鏡坐標(biāo)系Y軸相對于測量坐標(biāo)系Y軸的偏差，從而完成星敏感器測量坐標(biāo)系與棱鏡坐標(biāo)系關(guān)系之間關(guān)系的測量。

所述的步驟3)具體包含以下步驟：

3.1)使光星模擬器光軸與星敏感器的測量坐標(biāo)系的Z軸同向，在找到星敏感器的測量坐標(biāo)系X軸的基礎(chǔ)上，將經(jīng)緯儀的自準(zhǔn)直光線打到星敏感器的棱鏡上，使得經(jīng)緯儀的測量十字叉絲與棱鏡的X軸、Z軸正交；

3.2)調(diào)整三軸轉(zhuǎn)臺(tái)，使得星敏感器輸出星點(diǎn)矢量在測量坐標(biāo)系上的光斑灰度質(zhì)心坐標(biāo)成一水平直線；

3.3)再次使經(jīng)緯儀的測量十字叉絲打到星敏感器的棱鏡上，讀出測量偏差數(shù)據(jù)，即星敏感器棱鏡坐標(biāo)系Z棱鏡相對于星敏感器測量坐標(biāo)系Z探測器的偏差。

所述的步驟4)具體包含以下步驟：

4.1)布置經(jīng)緯儀，使經(jīng)緯儀A的自準(zhǔn)直光線與星敏感器上的探測器濾光片垂直，使經(jīng)緯儀B的自準(zhǔn)直光線能夠打到星敏感器的棱鏡上；

4.2)通過經(jīng)緯儀A和經(jīng)緯儀B測量得到偏差數(shù)據(jù)。

所述的步驟4.2)中測量得到偏差數(shù)據(jù)的具體過程為：將經(jīng)緯儀A和經(jīng)緯儀B進(jìn)行對瞄，以經(jīng)緯儀A的度數(shù)為基準(zhǔn)，設(shè)置經(jīng)緯儀B的度數(shù)，再通過經(jīng)緯儀B讀出測量偏差數(shù)據(jù)，即星敏感器棱鏡坐標(biāo)系X棱鏡相對于星敏感器測量坐標(biāo)系X探測器的偏差，以及星敏感器棱鏡坐標(biāo)系Y棱鏡相對于星敏感器測量坐標(biāo)系Y探測器的偏差。

所述測量星敏感器棱鏡坐標(biāo)系X棱鏡相對于星敏感器測量坐標(biāo)系X探測器的偏差的過程具體包含以下步驟：

4.2.1.1)在找到星敏感器的測量坐標(biāo)系X軸的基礎(chǔ)上，將經(jīng)緯儀A的測量十字叉絲與測量坐標(biāo)系的X軸和Y軸正交；

4.2.1.2)將經(jīng)緯儀A和經(jīng)緯儀B對瞄，以經(jīng)緯儀A的度數(shù)為基準(zhǔn)，將經(jīng)緯儀B的度數(shù)設(shè)置為經(jīng)緯儀A的度數(shù)；

4.2.1.3)使經(jīng)緯儀B的測量十字叉絲打到星敏感器的棱鏡上，讀出測量偏差數(shù)據(jù)，即星敏感器棱鏡坐標(biāo)系X棱鏡相對于星敏感器測量坐標(biāo)系X探測器的偏差。

所述測量星敏感器棱鏡坐標(biāo)系Y棱鏡相對于星敏感器測量坐標(biāo)系Y探測器的偏差的過程具體包含以下步驟：

4.2.2.1)在找到星敏感器的測量坐標(biāo)系Y軸的基礎(chǔ)上，將經(jīng)緯儀A的測量十字叉絲與測量坐標(biāo)系的X軸和Y軸正交；

4.2.2.2)將經(jīng)緯儀A和經(jīng)緯儀B對瞄，以經(jīng)緯儀A的度數(shù)為基準(zhǔn)，將經(jīng)緯儀B的度數(shù)設(shè)置為經(jīng)緯儀A的度數(shù)；

4.2.2.3)使經(jīng)緯儀B的測量十字叉絲打到星敏感器的棱鏡上，讀出測量偏差數(shù)據(jù)，即星敏感器棱鏡坐標(biāo)系Y棱鏡相對于星敏感器測量坐標(biāo)系Y探測器的偏差。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

本發(fā)明通過光線測量的方式，將探測器濾光片的測量坐標(biāo)系與棱鏡坐標(biāo)系關(guān)聯(lián)起來，在地面完成坐標(biāo)系關(guān)系測量，測量出來坐標(biāo)系間的偏差可以直接提供整星裝星使用，并提供給姿軌控系統(tǒng)直接進(jìn)行在軌測量坐標(biāo)系修正，可靠性高、可信度高、可實(shí)施性高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明測量對象星敏感器示意圖；

圖2是本發(fā)明測量Z_探測器Z_棱鏡關(guān)系示意圖；

圖3是本發(fā)明測量對象星敏感器成像示意圖；

圖4是本發(fā)明測量X_探測器X_棱鏡關(guān)系示意圖；

圖5是本發(fā)明測量Y_探測器Y_棱鏡關(guān)系示意圖；

圖6是星敏感器的棱鏡坐標(biāo)系與測量坐標(biāo)系的關(guān)系示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，是本發(fā)明測試對象示意圖，星敏感器包括：棱鏡、探測器及殼體。O_探測器為測量坐標(biāo)系的原點(diǎn)，X_探測器為測量坐標(biāo)系的X軸，Y_探測器為測量坐標(biāo)系的Y軸，Z_探測器為測量坐標(biāo)系的Z軸，O_棱鏡為棱鏡坐標(biāo)系的原點(diǎn)，X_棱鏡為棱鏡坐標(biāo)系的X軸，Y_棱鏡為棱鏡坐標(biāo)系的Y軸，Z_棱鏡為棱鏡坐標(biāo)系的Z軸，測量坐標(biāo)系和棱鏡坐標(biāo)系的3軸指向均一致，Z_探測器為星敏感器的探測器光軸，星敏感器的測量坐標(biāo)系和棱鏡坐標(biāo)系均滿足右手法則。星敏感器安裝于航天器或轉(zhuǎn)臺(tái)的面為平行于X_探測器O_探測器Y_探測器面的底面。如圖2所示，測試時(shí)將星敏感器安裝在高精度三軸轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)臺(tái)安裝面上，具體步驟如下所示：

步驟一、安裝星敏感器使得轉(zhuǎn)臺(tái)安裝面與光星模擬器光軸垂直。調(diào)整經(jīng)緯儀A，使得經(jīng)緯儀測量十字叉絲兩軸方向與棱鏡兩軸方向正交。

步驟二、在光星模擬器的照射下，星敏感器輸出光斑灰度質(zhì)心坐標(biāo)。通過調(diào)整轉(zhuǎn)臺(tái)滾動(dòng)軸，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)偏航方向(轉(zhuǎn)臺(tái)外框)，調(diào)整轉(zhuǎn)臺(tái)滾動(dòng)軸，使得星敏感器輸出坐標(biāo)成一水平線，坐標(biāo)跳動(dòng)范圍在0.1個(gè)像素內(nèi)為止。如圖3所示，星敏感器測量精度較高，0.1個(gè)像素表征了約0.00125度的偏差，此偏差已滿足使用要求，在誤差可接受范圍內(nèi)。

步驟三、再次使用經(jīng)緯儀測量十字叉絲打到星敏感器棱鏡上，讀出數(shù)據(jù)，即星敏感器棱鏡坐標(biāo)系Z_棱鏡相對于星敏感器測量坐標(biāo)系Z_探測器的偏差；具體為：

3.1)使光星模擬器光軸與星敏感器的測量坐標(biāo)系的Z軸同向，在找到星敏感器的測量坐標(biāo)系X軸的基礎(chǔ)上，將經(jīng)緯儀的自準(zhǔn)直光線打到星敏感器的棱鏡上，使得經(jīng)緯儀的測量十字叉絲與棱鏡的X軸、Z軸正交；

3.2)調(diào)整高精度三軸轉(zhuǎn)臺(tái)，使得星敏感器輸出星點(diǎn)矢量在測量坐標(biāo)系上的光斑灰度質(zhì)心坐標(biāo)成一水平直線；

3.3)再次使經(jīng)緯儀的測量十字叉絲打到星敏感器的棱鏡上，讀出測量偏差數(shù)據(jù)，即星敏感器棱鏡坐標(biāo)系Z棱鏡相對于星敏感器測量坐標(biāo)系Z探測器的偏差。

步驟四、如圖4所示，在找到星敏感器X_探測器軸的基礎(chǔ)上，即星敏感器輸出Y坐標(biāo)成一水平線。沿轉(zhuǎn)臺(tái)偏航方向轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)90度，使用兩臺(tái)經(jīng)緯儀進(jìn)行測試。首先將經(jīng)緯儀A調(diào)整與星敏感器濾光片兩軸(X、Y軸)正交。調(diào)整經(jīng)緯儀B，使得其測量十字叉絲打到星敏感器棱鏡上。第二，將經(jīng)緯儀A、經(jīng)緯儀B進(jìn)行對瞄，使得兩個(gè)經(jīng)緯儀測量十字叉絲分別在被對瞄經(jīng)緯儀目鏡上完全重合。以經(jīng)緯儀A的度數(shù)為基準(zhǔn)，設(shè)置經(jīng)緯儀B的值。最后，將經(jīng)緯儀二旋轉(zhuǎn)至初始位置，此時(shí)經(jīng)緯儀B的十字叉絲將會(huì)再次打到星敏感器棱鏡上，讀出經(jīng)緯儀B的測量數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)即為星敏感器棱鏡坐標(biāo)系X_棱鏡相對于星敏感器測量坐標(biāo)系X_探測器的偏差。

步驟五、如圖5所示，在找到星敏感器Y_探測器軸的基礎(chǔ)上，即星敏感器輸出X坐標(biāo)成一水平線。沿轉(zhuǎn)臺(tái)偏航方向轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)90度，同樣使用兩臺(tái)經(jīng)緯儀進(jìn)行測試。首先將經(jīng)緯儀A調(diào)整與星敏感器濾光片兩軸(X、Y軸)正交。調(diào)整經(jīng)緯儀B，使得其測量十字叉絲打到星敏感器棱鏡上。第二，將經(jīng)緯儀A、經(jīng)緯儀B進(jìn)行對瞄，使得兩個(gè)經(jīng)緯儀測量十字叉絲分別在被對瞄經(jīng)緯儀目鏡上完全重合。以經(jīng)緯儀A的度數(shù)為基準(zhǔn)，設(shè)置經(jīng)緯儀B的值。最后，將經(jīng)緯儀二旋轉(zhuǎn)至初始位置，此時(shí)經(jīng)緯儀B的十字叉絲將會(huì)再次打到星敏感器棱鏡上，讀出經(jīng)緯儀B的測量數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)即為星敏感器棱鏡坐標(biāo)系Y_棱鏡相對于星敏感器測量坐標(biāo)系Y_探測器的偏差。

以下是星敏感器測試實(shí)例：

1、測試星敏感器棱鏡相對于星敏感器探測器的Z向轉(zhuǎn)動(dòng)偏差情況：

1)將星敏感器Y軸朝下，經(jīng)緯儀正對星敏感器+X方向，星敏感器擺放坐標(biāo)系方向與光星模擬器如圖2所示：

2)將經(jīng)緯儀對準(zhǔn)星敏感器棱鏡，再將星敏感器繞Y軸旋轉(zhuǎn)180度，使光星模擬器光線在探測器表面形成Y坐標(biāo)相等的直線，這樣就保證探測器的X軸與經(jīng)緯儀找平，此時(shí)再用經(jīng)緯儀向棱鏡打光，測得星敏感器棱鏡相對于星敏感器探測器繞Z軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)了4角分33角秒。即ψ＝-4'33″。

2、測試?yán)忡R相對于探測器的X向轉(zhuǎn)動(dòng)偏差情況(用兩臺(tái)經(jīng)緯儀測)：

1)兩臺(tái)經(jīng)緯儀呈90°夾角放置如圖4所示；

2)將經(jīng)緯儀A對探測器玻璃蓋片，然后將經(jīng)緯儀A與經(jīng)緯儀B儀互瞄對準(zhǔn)，將經(jīng)緯儀B對棱鏡打光，測得星敏感器棱鏡相對于探測器繞X軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)了10角秒。即

3、測試?yán)忡R相對于探測器的Y向轉(zhuǎn)動(dòng)偏差情況(用兩臺(tái)經(jīng)緯儀測)：

1)將星敏感器沿Z向順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°；

2)將經(jīng)緯儀A對探測器玻璃蓋片，然后將經(jīng)緯儀A與經(jīng)緯儀B互瞄對準(zhǔn)，再將第二臺(tái)經(jīng)緯儀對棱鏡打光，測得棱鏡相對于探測器繞Y軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)了27角秒。即θ＝-27″測試結(jié)果，定義棱鏡坐標(biāo)系為X_棱鏡Y_棱鏡Z_棱鏡，可知棱鏡坐標(biāo)系與探測器坐標(biāo)系的關(guān)系如圖6所示：

其中X′Y′Z′為第一次旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)指向；

其中X″Y″Z″為第二次旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)指向。

則由星敏感器探測器坐標(biāo)系轉(zhuǎn)至星敏感器棱鏡的轉(zhuǎn)換矩陣為：

本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。