星敏感器與動態光星模擬器精密安裝對準裝置及測試方法與流程
2023-12-09 16:53:31
本發明涉及一種星敏感器與動態光星模擬器精密安裝對準裝置及測試方法。
背景技術：
星敏感器是一種高精度的光學姿態敏感器，它以恆星為測量目標，通過光學系統將恆星成像於光電轉換器上，經星點提取和星圖識別，確定星敏感器光軸矢量在慣性坐標系下的指向，經過星敏感器在飛行器上的安裝矩陣轉換，獲得飛行器在慣性坐標系下的三軸姿態。星敏感器可用於高精度測量平臺的圖像定位和配準。
隨著我國航天事業的迅猛發展，高解析度對地觀測衛星的研製需求日益迫切，其姿態的精確測量採用的是星敏感器，由此星敏感器是目前太空飛行器姿態測量的重要部件，具有姿態測量精度高，無飄逸，測量姿態連續等優點。
星敏感器通常是由光學及精密結構系統、光電探測器及信號處理電路和軟體等三部分組成。為了星敏感器在軌運行狀態穩定，地面的充分的測試驗證是很必要的。目前，實驗室內的測試方案均採用動態光星模擬器進行星圖模擬，以對星敏感器的光電系統進行考核驗證。光星模擬器的使用中，對準度的好壞直接影響到測試結果的準確性，對準的方便度直接影響到測試的效率。因此，星敏感器與動態光星模擬器的快速精密對準技術對星敏感器的研製與生產有著非常重大的意義。
現有的光星模擬器裝置的對準存在的問題是：
1、與不同類型的產品在機械尺寸上的匹配度不好，導致為了更好的對準有時必須拆除遮光罩，不僅麻煩而且不利於產品的保護和保持狀態的一致性，且安裝固定方式相對複雜；
2、完全靠機械調整對準，判讀數據後再手動反覆調整，效率和精度都比較低。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種星敏感器與動態光星模擬器精密安裝對準裝置及測試方法，其通過一個多功能立式支架完成星敏感器與動態光星模擬器之間的對接匹配，再配合相應的驅動、控制以及測試模塊，有效提高星敏感器測試的精度和效率。
為了達到上述目的，本發明通過以下技術方案實現：
一種星敏感器與動態光星模擬器精密安裝對準裝置，其特徵是，包含：
立式支架，採用柔性材料製成，其連接星敏感器上的遮光罩；
輕量化動態光星模擬器，通過立式支架放入所述的星敏感器上的遮光罩內，作為星敏感器觀測天空的實時模擬器；
測試模塊，連接星敏感器，控制星敏感器的工作模式，設置星敏感器的工作參數，並接收、顯示、存儲星敏感器的輸出姿態四元數；
光星模擬器驅動模塊，向光星模擬器控制模塊發送姿態四元數信息；
光星模擬器控制模塊，輸入端連接所述的光星模擬器驅動模塊，輸出端連接輕量化動態光星模擬器，光星模擬器控制模塊根據來自光星模擬器驅動模塊的姿態四元數模擬出星圖，並將星圖呈現在輕量化動態光星模擬器上。
上述的星敏感器與動態光星模擬器精密安裝對準裝置，其中，所述的立式支架包含：
限位和鎖緊裝置，防止輕量化動態光星模擬器放入遮光罩中時與鏡頭發生接觸及碰撞。
上述的星敏感器與動態光星模擬器精密安裝對準裝置，其中：
所述的光星模擬器驅動模塊包含一四元數輸入埠以及一矩陣修正埠。
一種星敏感器測試方法，其特徵是，採用星敏感器與動態光星模擬器精密安裝對準裝置進行測試，其包含以下步驟：
S1、向光星模擬器控制模塊的四元數輸入埠輸入固定姿態四元數Q1，給出基準四元數；
S2、測試模塊得到星敏感器的輸出姿態四元數Q2，得到實測四元數；
S3、計算修正量ΔQ＝Q1-Q2，並將修正量ΔQ輸入到光星模擬器控制模塊的矩陣修正埠，得到四元數偏差修正量；
S4、光星模擬器控制模塊將光星模擬器驅動模塊輸入的驅動姿態四元數Q3進行處理，得到用來模擬星圖、供星敏感器測試的姿態四元數信息Q，完成光學對準。
本發明與現有技術相比具有以下優點：
1、本裝置設備輕便，有利於不同試驗場地之間的測試系統的搭建；
2、多功能支架針對不同產品進行了適應性設計，保證了動態星光模擬器與星敏感器產品之間的光學系統的對接匹配度；
3、可以實現星敏感器與動態光星模擬器之間的快速精密安裝對準，操作簡單，精密度高。
附圖說明
圖1為本發明的星敏感器與動態光星模擬器精密安裝對準裝置在實施例中的連接示意圖；
圖2為星敏感器、立式支架以及光星模擬器的安裝結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖，通過詳細說明一個較佳的具體實施例，對本發明做進一步闡述。
如圖1所示，一種星敏感器與動態光星模擬器精密安裝對準裝置，其包含：立式支架6，採用柔性材料製成，該柔性材料可以是聚酯纖維，其連接星敏感器1上的遮光罩5；輕量化動態光星模擬器7，通過立式支架6放入所述的星敏感器1上的遮光罩5內，作為星敏感器1觀測天空的實時模擬器，輕量化動態光星模擬器7改變了以往的基於鋼製光學平臺的臥式安裝方式，採用輕型柔性材料構成的立式支架6，重量約為原鋼製光學平臺的1/100，便於攜帶、利於不同試驗場地之間的測試系統的搭建；測試模塊2，連接星敏感器1，控制星敏感器1的工作模式，設置星敏感器1的工作參數，並接收、顯示、存儲星敏感器1的輸出姿態四元數；光星模擬器驅動模塊4，向光星模擬器控制模塊3發送姿態四元數信息；光星模擬器控制模塊3，輸入端連接所述的光星模擬器驅動模塊4，輸出端連接輕量化動態光星模擬器7，光星模擬器控制模塊3根據來自光星模擬器驅動模塊4的姿態四元數模擬出星圖，並將星圖呈現在輕量化動態光星模擬器7上。
本實施例中，所述的測試模塊2為安裝有星敏感器綜合測試軟體的測試計算機，其通過RS422通訊電纜連接所述的星敏感器1，所述的光星模擬器控制模塊4由安裝有光星模擬器驅動軟體的計算機組成，其通過視頻信號線連接至輕量化動態光星模擬器7，所述的光星模擬器驅動模塊4由安裝有光星模擬器控制軟體的計算機組成，使用時，如圖1所示，需要對各元件進行加電運行。
如圖2所示，所述的立式支架6包含：限位和鎖緊裝置，防止輕量化動態光星模擬器7放入遮光罩5中時與鏡頭發生接觸及碰撞，本實施例中，限位裝置62為一個筒形底部設有階梯卡槽的結構，鎖緊裝置61固定在限位裝置62上。
所述的光星模擬器驅動模塊4包含：一個四元數輸入埠，用於輸入基於基準四元數；一個矩陣修正埠，用於輸入四元數偏差修正量。
本實施例中，本裝置的安裝方法是，先將星敏感器1平放於水平檯面上，再將立式支架6穩定安裝於星敏感器1遮光罩5上端，手動調整鎖緊裝置61的方位，使整鎖緊裝置61較長一端對準遮光罩外壁，將立式支架6與星敏感器1遮光罩5緊固安裝。然後將輕量化動態光星模擬器7沿立式支架6緩慢放入星敏感器1遮光罩5內，因為有限位措施，所有不會與鏡頭發生接觸及碰撞；然後，將星敏感器1與輕量化動態光星模擬器精密安裝對準裝置的各設備通過網線、視頻線及通訊電纜等進行物理連接；隨後，在相應的計算機上分別運行光星模擬器驅動軟體、光星模擬器控制軟體和星敏感器綜合測試軟體，星敏感器加電並由星敏感器綜合測試軟體控制正常通訊。
本發明還公開了一種星敏感器測試方法，其採用星敏感器與動態光星模擬器精密安裝對準裝置進行測試，其包含以下步驟：
S1、向光星模擬器控制模塊3的四元數輸入埠輸入固定姿態四元數Q1，給出基準四元數；
S2、測試模塊2得到星敏感器1的輸出姿態四元數Q2，得到實測四元數；
S3、計算修正量ΔQ＝Q1-Q2，並將修正量ΔQ輸入到光星模擬器控制模塊3的矩陣修正埠，得到四元數偏差修正量；
S4、光星模擬器控制模塊3將光星模擬器驅動模塊4輸入的驅動姿態四元數Q3進行處理，得到用來模擬星圖、供星敏感器測試的姿態四元數信息Q，完成光學對準。
儘管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的權利要求來限定。