互成90°安裝與三軸氣浮臺 的臺下，安裝位置可依據(jù)實驗要求調(diào)整。
[0044] 四面棱鏡3安裝在儀表平臺中層板，靠近層板外沿以保證視場。實驗過程中，四面 棱鏡3和三軸氣浮臺的儀表平臺一起運動。
[0045] 實施例2:
[0046] 本發(fā)明中的光電自準直儀的測量原理如下：
[0047] 光電自準直儀發(fā)射紅外光線，紅外光線達到四面棱鏡平面上反射回來，再被光電 自準直儀接收，光電自準直儀根據(jù)反射回來的光斑在鏡頭平面上的位置，給出反射光線相 對光電自準直儀的姿態(tài)，即四面棱鏡相對光電自準直儀的姿態(tài)。
[0048] 結(jié)合圖2,一臺光電自準直儀只能提供四面棱鏡在空間的二維信息，即俯仰角和偏 航角，無法敏感滾轉(zhuǎn)角，所以采用兩臺光電自準直儀配合使用，相互補償對方在滾轉(zhuǎn)方向上 的自由度，實現(xiàn)對四面棱鏡三維姿態(tài)的測量。
[0049] 定義四面棱鏡的標定坐標系為(\_XJA，測量坐標系為0d-XdYdZd。
[0050] 對于第一光電自準直儀1，可以敏感四面棱鏡繞XD軸和ZD軸的姿態(tài)轉(zhuǎn)角xpZidt 于第二光電自準直儀2,敏感的是四面棱鏡繞YD軸和ZD軸的姿態(tài)轉(zhuǎn)角y2,z2。
[0051] 實施例3:
[0052] 本發(fā)明中的姿態(tài)測量方法如下：
[0053] 步驟1:如圖3所示，定義坐標系。
[0054] 1 ?地理坐標系OfXJA
[0055] 0e:當?shù)氐乩砦恢谩?br>[0056]Xe:沿當?shù)貣|西方向，指東為正。
[0057]Ye:沿當?shù)啬媳狈较颍副睘檎?br>[0058] 垂直地理水平面，指天為正。
[0059] 2.三軸氣浮臺的本體坐標系0b-XbYbZb
[0060] 3.四面棱鏡的標定坐標系
[0061] 4.四面棱鏡的測量坐標系0d-XdYdZd
[0062] 5.初始時刻，三軸氣浮臺的本體坐標系％。_
[0063] 6.當前時刻，三軸氣浮臺的本體坐標系％
[0064] 7.初始時刻，四面棱鏡的標定坐標系
[0065] 8.當前時刻，四面棱鏡的標定坐標系％ \
[0066] 9.初始時刻，四面棱鏡的測量坐標系
[0067] 10.當前時刻，四面棱鏡的測量坐標系
[0068] 步驟2:確定相對姿態(tài)。
[0069] 根據(jù)雙紅外矢量姿態(tài)確定算法，計算四面棱鏡測量坐標系的相對運動姿態(tài)為)。
[0070] 由于光電自準直儀不能敏感滾轉(zhuǎn)軸方向上的姿態(tài)變化，所以對應(yīng)第一光電自準直 儀1和第二光電自準直儀2,分別考慮兩個沿自身敏感軸的單位矢量'，V2，從而避免了對滾 轉(zhuǎn)角的討論。
[0071] Vp乂2在 ^ W下的表不：
[0072] Vl=[0l0]T，v2=[l0 0]T(7)
[0073] 第一光電自準直儀1輸出。軸和4。軸的轉(zhuǎn)角Xi，Zi;第二光電自準直 儀2輸出0D-XDYDZD繞軸和~軸的轉(zhuǎn)角y2, Z2。
[0074] 按照先偏航后俯仰的轉(zhuǎn)序，計算Vp^在-WZA下的表示A，u2:
[0075]
(8)
[0076] 其中Rx(Xl)表示棱鏡繞軸轉(zhuǎn)動Xl角的方向余弦矩陣，MZJ表示棱鏡繞&軸 轉(zhuǎn)動Zi角的方向余弦矩陣，Ry(y2)表示棱鏡繞&。軸轉(zhuǎn)動72角的方向余弦矩陣，Rz(z2)表示 棱鏡繞。軸轉(zhuǎn)動z2角的方向余弦矩陣。
[0077] 分別建立兩個正交坐標系R，S，其中塢是S系的單位坐標矩陣，M1；是R系的單位 坐標矩陣；
[0078]
(9)
[0079] 則四面棱鏡測量坐標系的相對運動姿態(tài)為：
[0080]
(1°)
[0081] 步驟3:確定絕對姿態(tài)。
[0082] 結(jié)合圖4的坐標系轉(zhuǎn)換關(guān)系，求取三軸氣浮臺的本體坐標系相對大地的絕對姿態(tài) 為和姿態(tài)角滬，心V。
[0083] 已知四面棱鏡測量坐標系的相對運動姿態(tài)，結(jié)合四面棱鏡Od-XJdZ# Of 之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系A(chǔ)皿，四面棱鏡的安裝矩陣\B，三軸氣浮臺的本體系的相對運動姿 態(tài)為：
[0084]
(11)
[0085]其中A%是A^的轉(zhuǎn)置矩陣，A^是A此的轉(zhuǎn)置矩陣。
[0086] 如果在姿態(tài)測量之前，標定出三軸氣浮臺相對大地的初始姿態(tài)為％，那么就可以 得到軸氣浮臺的本體坐標系相對大地的絕對姿態(tài):
[0087]
(12)
[0088] 計算絕對姿態(tài)角P，V，經(jīng)實驗驗證，三軸姿態(tài)測量精度優(yōu)于1"，實現(xiàn)了超 高精度姿態(tài)確定，如圖5-7所示：
[0089]
[0090] 其中為表示矩陣為中第1行第2列對應(yīng)的元素，為@,?表示矩陣中第 1行第1列對應(yīng)的元素，表示矩陣為^中第1行第3列對應(yīng)的元素，表示矩陣 為中第2行第3列對應(yīng)的元素，表示矩陣士c中第3行第3列對應(yīng)的元素。
【主權(quán)項】
1. 一種衛(wèi)星地面物理仿真系統(tǒng)超高精度姿態(tài)測量裝置，包括第一光電自準直儀（1)、 第二光電自準直儀（2)、四面棱鏡（3)和計算機（4);其特征在于：第一光電自準直儀（1)和 第二光電自準直儀（2)安裝于三軸氣浮臺臺下，第一光電自準直儀（1)和第二光電自準直 儀（2)相互成90°，四面棱鏡（3)安裝在三軸氣浮臺臺上，計算機（4)安裝在三軸氣浮臺臺 下，第一光電自準直儀（1)和第二光電自準直儀（2)與計算機（4)連接；工作時，第一光電 自準直儀（1)和第二光電自準直儀（2)接收四面棱鏡（3)反射的紅外光線，得到四面棱鏡 (3)相對第一光電自準直儀（1)和第二光電自準直儀（2)的姿態(tài)，并發(fā)送給計算機（4)，計 算機⑷接收第一光電自準直儀⑴和第二光電自準直儀⑵的輸出信息，根據(jù)雙紅外矢 量姿態(tài)確定算法，進行數(shù)據(jù)融合和坐標系轉(zhuǎn)換處理，最終給出三軸氣浮臺的姿態(tài)信息。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種衛(wèi)星地面物理仿真系統(tǒng)超高精度姿態(tài)測量裝置得出的 一種衛(wèi)星地面物理仿真系統(tǒng)超高精度姿態(tài)測量方法，其特征在于，方法如下： 步驟1 :兩臺光電自準直儀接收四面棱鏡反射的紅外光線，得到四面棱鏡相對光電自 準直儀的姿態(tài)； 步驟2 :光電自準直儀通過數(shù)據(jù)傳輸線發(fā)送給計算機； 步驟3:計算機接收光電自準直儀的輸出信息，根據(jù)雙紅外矢量姿態(tài)確定算法，進行數(shù) 據(jù)融合和坐標系轉(zhuǎn)換處理，最終給出三軸氣浮臺的姿態(tài)信息。 所述的雙紅外矢量姿態(tài)確定算法如下： 在參考坐標系V中選擇兩個互不平行的參考矢量Vi，V2，它們在運動坐標系U中的坐標 為UpU2,則姿態(tài)矩陣Auv滿足條件： Ui=U2=AuvV2 (1) 利用參考矢量的不平行性，在V系中建立正交坐標系R，各軸單位矢量分別是：同理，在U系中建立正交坐標系S，各軸單位矢量分別是：則 Ms=AotMe (4) 其中塢是S系的單位坐標矩陣，]\^是R系的單位坐標矩陣； Ms= [R:R2R3],Me=[SiS2S3] (5) 則
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供一種衛(wèi)星地面物理仿真系統(tǒng)超高精度姿態(tài)測量方法及裝置，測量裝置包括兩臺光電自準直儀、四面棱鏡和計算機，兩臺電自準直儀安裝于三軸氣浮臺臺下并且兩臺電自準直儀與計算機連接，兩臺電自準直儀相互成90°，四面棱鏡安裝在三軸氣浮臺臺上，計算機安裝在三軸氣浮臺臺下，兩臺光電自準直儀測量四面棱鏡的相對姿態(tài)，根據(jù)雙紅外矢量姿態(tài)確定算法，給出三軸氣浮臺的姿態(tài)信息。該套方法及裝置不僅適用于三軸氣浮臺的姿態(tài)確定問題，同樣也能應(yīng)用于其他空間飛行器地面物理仿真系統(tǒng)中，具有較廣泛的應(yīng)用范圍。光電自準直儀具有較高的測量精度，配合姿態(tài)確定算法，實現(xiàn)了姿態(tài)超高精度的測量。經(jīng)實驗驗證，姿態(tài)測量精度優(yōu)于1″。
【IPC分類】G01C21/00, G01C1/00
【公開號】CN104990533
【申請?zhí)枴緾N201510359547
【發(fā)明人】王常虹, 夏紅偉, 宋效正, 馬廣程, 刁雁華, 仲惟超
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年6月22日