航天器高精度角度测量系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种航天器高精度角度测量系统及方法，包括准直测量子系统、机械伺服子系统，机械伺服子系统包括航天器停放架等，准直测量子系统包括第一基准经纬仪等，在使用过程中，将航天器本体静置于航天器停放架上；第一基准经纬仪、第二基准经纬仪都固定安装在基准定位支架上；准直经纬仪固定在竖直运动支架上，并沿上下运动；整个竖直运动支架安装在环形转台上，环形转台实现0～360°的方位旋转，整个机械伺服系统运动将形成一个高度的柱形空间。本发明专利技术采用CCD光电自准直仪代替传统的光学经纬仪的望远镜系统，提高了测量数据的准确性和稳定性，并且具有自动读数功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种航天器测量系统及方法，具体地，涉及一种航天器高精度角度测量系统及方法。
技术介绍
航天器总装过程中通常利用光学立方镜(正六面体)中任意3个相邻反射面构成的坐标系代表设备的角度姿态，测量设备的姿态实际测量的是立方镜反射面之间的法线见的夹角。目前国内外普遍采用是利用多台电子经纬仪联机建站的测量方法，如Leica公司的TM5100A/TM6100A等，通过多台经纬仪同时准直需要测量的立方镜镜面，然后在根据需要两两互瞄，将待测镜面矢量转移到经纬仪的测站坐标系，最后通过计算矢量关系得到镜面法线之间的夹角关系。通过优化算法，实际使用过程中可以得到约15″～20″的角度测量精度，如解放军信息工程大学测绘学院的杨振等刊登的《准直测量进行高精度立方镜间关系标定》。但是该方法在实际使用过程中，存在以下几点不足：一，使用经纬仪必须用人眼进行观测，实际测试过程中会受到不同人眼视力、待测目标距离远近、光照等因素影响，尤其是长时间进行测量时更易受到主观因素的影响，从而影响了测量精度；二，经纬仪互瞄环节较多，会造成一定的误差累积；由于互瞄时需要调节仪器焦距，不同远近不同观测人员会得到不同的测量精度，通常来说测量一组镜面需要至少进行两次互瞄，多次互瞄后系统精度降低；三，使用上述测量方法必须依靠人员观测镜面法线方向，经纬仪观测时必须根据镜面法线的高度进行调平、准直、互瞄，因此其无法实现自动化，测量效率较低。因此，有必要研制一种航天器高精度角度测量系统。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种航天器高精度角度测量系统及方法,其采用CCD光电自准直仪代替传统的光学经纬仪的望远镜系统，提高了测量数据的准确性和稳定性，并且具有自动读数功能；结构简单，其所建立的统一坐标系代替了传统的互瞄传递，减少了误差累积；使用机械伺服系统配合准直测量系统工作，可以根据理论值或标定值，实现全系统的自动化测量，大大提高测量效率。根据本专利技术的一个方面，提供一种航天器高精度角度测量系统，其特征在于，包括准直测量子系统、机械伺服子系统，其中，机械伺服子系统包括航天器停放架、基准定位支架、环形转台、竖直运动支架、航天器本体，准直测量子系统包括第一基准经纬仪、第二基准经纬仪、准直经纬仪，在使用过程中，将航天器本体静置于航天器停放架上；第一基准经纬仪、第二基准经纬仪都固定安装在基准定位支架上；准直经纬仪固定在竖直运动支架上，并沿上下运动；整个竖直运动支架安装在环形转台上，环形转台实现0～360°的方位旋转，整个机械伺服系统运动将形成一个高度H的柱形空间；准直经纬仪包括一个第一二维转台、一个光电自准直仪、一个第一双轴电子水平仪，其中第一二维转台是一种提高精密二维转角的设备，运动形式上主要分为方位旋转和俯仰旋转，两者同时进行，但是俯仰旋转是建立在方位旋转的基础上；光电自准直仪是一种高精度的小角度测量设备，内有CCD接收发出的光，以得到待测镜面相对仪器光路的偏转角度，使用时将光管嵌入固定到第一二维转台俯仰轴上，并随之运动；第一双轴电子水平仪嵌入到第一二维转台方位轴上，提供了系统测量的水平基准；第一基准经纬仪和第二基准经纬仪包括一个第二二维转台、一个高精度平面镜、一个第二双轴电子水平仪，其中第二二维转台和电双轴电子水平仪和准直经纬仪功能一致，高精度平面镜则是用于与准直经纬仪互瞄，以实现将待测目标矢量转移到统一的基准测量坐标系下；第二双轴电子水平仪通过过渡板固定安装到第二二维转台的方位轴旋转面上，并随方位轴一起旋转；为了保证第二双轴电子水平仪工作时不超其量程，第二双轴电子水平仪在安装的时候需要一定的安装精度，一般两个方向相对方位旋转面的倾斜不超过其量程的1/20～1/10；第二双轴电子水平仪的安装精度主要是将二维转台分别在0°方向和180°方向读取第二双轴电子水平仪某一方向读数。本专利技术还提供一种航天器高精度角度测量系统的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，测量准备，将航天器放置在航天器停放架上，系统采用第一基准经纬仪、第二基准经纬仪，并均布在两边；准直经纬仪固定在竖直运动支架上；步骤二，基准标定；步骤三，准直测量待测目标；步骤四，准直经纬仪与第一基准经纬仪、第二基准经纬仪互瞄；步骤五，重复步骤三和步骤四，继续其他待测目标的测量与计算；步骤六，测量解算。优选地，所述步骤二包括以下步骤：步骤二十一，将准直经纬仪通过竖直运动机构运动到与基准定位支架基本相等的高度；步骤二十二，准直经纬仪与第一基准经纬仪互瞄，并记录第一基准经纬仪的转台读数、水平仪读数，记录准直经纬仪转台读数、光管读数、水平仪读数；步骤二十三，准直经纬仪与第二基准经纬仪互瞄，并记录第二基准经纬仪的转台读数、水平仪读数，记录准直经纬仪转台读数、光管读数、水平仪读数；步骤二十四，通过上述读数在参考水平面计算第一基准经纬仪、第二基准经纬仪零位转台投影水平面坐标系的关系。优选地，所述步骤三包括以下步骤：步骤三十一，利用竖直导轨的和环形转台的运动，将准直经纬仪转移到待测目标矢量方向与柱形运动空间的交点位置，步骤三十二，准直经纬仪与待测目标对准，此时只要有光管读数，并尽量通过转台转动，使读数小于20″，并记下转台读数、光管读数、水平仪读数；步骤三十三，通过上述读数计算待测镜面法线在准直经纬仪零位转台投影水平面坐标系下的表达。优选地，所述步骤四包括以下步骤：步骤四十一，保持准直经纬仪空间位置不变，转动俯仰和方位，使其与第一基准经纬仪或第二基准经纬仪进行互瞄，并记录此时准直经纬仪的转台读数、光管读数、水平仪读数，第一基准经纬仪或第二基准经纬仪的转台读数、水平仪读数；步骤四十二，通过步骤三十二和步骤四十一中获取的数据计算准直经纬仪、第一基准经纬仪、第二基准经纬仪的零位转台投影水平面坐标系关系；步骤四十三，通过关系将矢量转换到统一坐标系下。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术采用CCD光电自准直仪代替传统的光学经纬仪的望远镜系统，提高了测量数据的准确性和稳定性，并且具有自动读数功能；结构简单，其所建立的统一坐标系代替了传统的互瞄传递，减少了误差累积；使用机械伺服系统配合准直测量系统工作，可以根据理论值或标定值，实现全系统的自动化测量，大大提高测量效率。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术航天器高精度角度测量系统的结构示意图。图2为本专利技术中准直经纬仪的结构示意图。图3为本专利技术中第一基准经纬仪和第二基准经纬仪的结构示意图。图4为本专利技术航天器高精度角度测量系统的测量方法的流程示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。本专利技术航天器高精度角度测量系统包括准直测量子系统、机械伺服子系统，其中：如图1所示，机械伺服子系统包括航天器停放架1、基准定位支架2、环形转台3、竖直运动支架4、航天器本体7，准直测量子系统包括第一基准经纬仪5、第二基准经纬仪6、准直经纬仪8，在使用过程中，将航天器本体静置于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种航天器高精度角度测量系统，其特征在于，包括准直测量子系统、机械伺服子系统，其中，机械伺服子系统包括航天器停放架、基准定位支架、环形转台、竖直运动支架、航天器本体，准直测量子系统包括第一基准经纬仪、第二基准经纬仪、准直经纬仪，在使用过程中，将航天器本体静置于航天器停放架上；第一基准经纬仪、第二基准经纬仪都固定安装在基准定位支架上；准直经纬仪固定在竖直运动支架上，并沿上下运动；整个竖直运动支架安装在环形转台上，环形转台实现0～360°的方位旋转，整个机械伺服系统运动将形成一个高度的柱形空间；准直经纬仪包括一个第一二维转台、一个光电自准直仪、一个第一双轴电子水平仪，其中第一二维转台是一种提高精密二维转角的设备，运动形式上主要分为方位旋转和俯仰旋转，两者同时进行，但是俯仰旋转是建立在方位旋转的基础上；光电自准直仪是一种高精度的小角度测量设备，内有CCD接收发出的光，以得到待测镜面相对仪器光路的偏转角度，使用时将光管嵌入固定到第一二维转台俯仰轴上，并随之运动；第一双轴电子水平仪嵌入到第一二维转台方位轴上，提供了系统测量的水平基准；第一基准经纬仪和第二基准经纬仪包括一个第二二维转台、一个高精度平面镜、一个第二双轴电子水平仪，其中第二二维转台和电双轴电子水平仪和准直经纬仪功能一致，高精度平面镜则是用于与准直经纬仪互瞄，以实现将待测目标矢量转移到统一的基准测量坐标系下；第二双轴电子水平仪通过过渡板固定安装到第二二维转台的方位轴旋转面上，并随方位轴一起旋转；为了保证第二双轴电子水平仪工作时不超其量程，第二双轴电子水平仪在安装的时候需要一定的安装精度，一般两个方向相对方位旋转面的倾斜不超过其量程的1/20～1/10；第二双轴电子水平仪的安装精度主要是将二维转台分别在0°方向和180°方向读取第二双轴电子水平仪某一方向读数。...

【技术特征摘要】
1.一种航天器高精度角度测量系统，其特征在于，包括准直测量子系统、机械伺服子系统，其中，机械伺服子系统包括航天器停放架、基准定位支架、环形转台、竖直运动支架、航天器本体，准直测量子系统包括第一基准经纬仪、第二基准经纬仪、准直经纬仪，在使用过程中，将航天器本体静置于航天器停放架上；第一基准经纬仪、第二基准经纬仪都固定安装在基准定位支架上；准直经纬仪固定在竖直运动支架上，并沿上下运动；整个竖直运动支架安装在环形转台上，环形转台实现0～360°的方位旋转，整个机械伺服系统运动将形成一个高度的柱形空间；准直经纬仪包括一个第一二维转台、一个光电自准直仪、一个第一双轴电子水平仪，其中第一二维转台是一种提高精密二维转角的设备，运动形式上主要分为方位旋转和俯仰旋转，两者同时进行，但是俯仰旋转是建立在方位旋转的基础上；光电自准直仪是一种高精度的小角度测量设备，内有CCD接收发出的光，以得到待测镜面相对仪器光路的偏转角度，使用时将光管嵌入固定到第一二维转台俯仰轴上，并随之运动；第一双轴电子水平仪嵌入到第一二维转台方位轴上，提供了系统测量的水平基准；第一基准经纬仪和第二基准经纬仪包括一个第二二维转台、一个高精度平面镜、一个第二双轴电子水平仪，其中第二二维转台和电双轴电子水平仪和准直经纬仪功能一致，高精度平面镜则是用于与准直经纬仪互瞄，以实现将待测目标矢量转移到统一的基准测量坐标系下；第二双轴电子水平仪通过过渡板固定安装到第二二维转台的方位轴旋转面上，并随方位轴一起旋转；为了保证第二双轴电子水平仪工作时不超其量程，第二双轴电子水平仪在安装的时候需要一定的安装精度，一般两个方向相对方位旋转面的倾斜不超过其量程的1/20～1/10；第二双轴电子水平仪的安装精度主要是将二维转台分别在0°方向和180°方向读取第二双轴电子水平仪某一方向读数。2.一种航天器高精度角度测量系统的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，测量准备，将航天器放置在航天器停放架上，系统采用第一基准经纬仪...

【专利技术属性】
技术研发人员：李强，陈伟男，汤红涛，杨凯，马海龙，
申请(专利权)人：上海卫星装备研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31