本發(fā)明涉及一種星敏感器與動(dòng)態(tài)光星模擬器精密安裝對(duì)準(zhǔn)裝置及測(cè)試方法。

背景技術(shù)：

星敏感器是一種高精度的光學(xué)姿態(tài)敏感器，它以恒星為測(cè)量目標(biāo)，通過光學(xué)系統(tǒng)將恒星成像于光電轉(zhuǎn)換器上，經(jīng)星點(diǎn)提取和星圖識(shí)別，確定星敏感器光軸矢量在慣性坐標(biāo)系下的指向，經(jīng)過星敏感器在飛行器上的安裝矩陣轉(zhuǎn)換，獲得飛行器在慣性坐標(biāo)系下的三軸姿態(tài)。星敏感器可用于高精度測(cè)量平臺(tái)的圖像定位和配準(zhǔn)。

隨著我國航天事業(yè)的迅猛發(fā)展，高分辨率對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星的研制需求日益迫切，其姿態(tài)的精確測(cè)量采用的是星敏感器，由此星敏感器是目前航天器姿態(tài)測(cè)量的重要部件，具有姿態(tài)測(cè)量精度高，無飄逸，測(cè)量姿態(tài)連續(xù)等優(yōu)點(diǎn)。

星敏感器通常是由光學(xué)及精密結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、光電探測(cè)器及信號(hào)處理電路和軟件等三部分組成。為了星敏感器在軌運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，地面的充分的測(cè)試驗(yàn)證是很必要的。目前，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的測(cè)試方案均采用動(dòng)態(tài)光星模擬器進(jìn)行星圖模擬，以對(duì)星敏感器的光電系統(tǒng)進(jìn)行考核驗(yàn)證。光星模擬器的使用中，對(duì)準(zhǔn)度的好壞直接影響到測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，對(duì)準(zhǔn)的方便度直接影響到測(cè)試的效率。因此，星敏感器與動(dòng)態(tài)光星模擬器的快速精密對(duì)準(zhǔn)技術(shù)對(duì)星敏感器的研制與生產(chǎn)有著非常重大的意義。

現(xiàn)有的光星模擬器裝置的對(duì)準(zhǔn)存在的問題是：

1、與不同類型的產(chǎn)品在機(jī)械尺寸上的匹配度不好，導(dǎo)致為了更好的對(duì)準(zhǔn)有時(shí)必須拆除遮光罩，不僅麻煩而且不利于產(chǎn)品的保護(hù)和保持狀態(tài)的一致性，且安裝固定方式相對(duì)復(fù)雜；

2、完全靠機(jī)械調(diào)整對(duì)準(zhǔn)，判讀數(shù)據(jù)后再手動(dòng)反復(fù)調(diào)整，效率和精度都比較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種星敏感器與動(dòng)態(tài)光星模擬器精密安裝對(duì)準(zhǔn)裝置及測(cè)試方法，其通過一個(gè)多功能立式支架完成星敏感器與動(dòng)態(tài)光星模擬器之間的對(duì)接匹配，再配合相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)、控制以及測(cè)試模塊，有效提高星敏感器測(cè)試的精度和效率。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種星敏感器與動(dòng)態(tài)光星模擬器精密安裝對(duì)準(zhǔn)裝置，其特征是，包含：

立式支架，采用柔性材料制成，其連接星敏感器上的遮光罩；

輕量化動(dòng)態(tài)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(nèi)，作為星敏感器觀測(cè)天空的實(shí)時(shí)模擬器；

測(cè)試模塊，連接星敏感器，控制星敏感器的工作模式，設(shè)置星敏感器的工作參數(shù)，并接收、顯示、存儲(chǔ)星敏感器的輸出姿態(tài)四元數(shù)；

光星模擬器驅(qū)動(dòng)模塊，向光星模擬器控制模塊發(fā)送姿態(tài)四元數(shù)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(qū)動(dòng)模塊，輸出端連接輕量化動(dòng)態(tài)光星模擬器，光星模擬器控制模塊根據(jù)來自光星模擬器驅(qū)動(dòng)模塊的姿態(tài)四元數(shù)模擬出星圖，并將星圖呈現(xiàn)在輕量化動(dòng)態(tài)光星模擬器上。

上述的星敏感器與動(dòng)態(tài)光星模擬器精密安裝對(duì)準(zhǔn)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(dòng)態(tài)光星模擬器放入遮光罩中時(shí)與鏡頭發(fā)生接觸及碰撞。

上述的星敏感器與動(dòng)態(tài)光星模擬器精密安裝對(duì)準(zhǔn)裝置，其中：

所述的光星模擬器驅(qū)動(dòng)模塊包含一四元數(shù)輸入端口以及一矩陣修正端口。

一種星敏感器測(cè)試方法，其特征是，采用星敏感器與動(dòng)態(tài)光星模擬器精密安裝對(duì)準(zhǔn)裝置進(jìn)行測(cè)試，其包含以下步驟：

S1、向光星模擬器控制模塊的四元數(shù)輸入端口輸入固定姿態(tài)四元數(shù)Q1，給出基準(zhǔn)四元數(shù)；

S2、測(cè)試模塊得到星敏感器的輸出姿態(tài)四元數(shù)Q2，得到實(shí)測(cè)四元數(shù)；

S3、計(jì)算修正量ΔQ＝Q1-Q2，并將修正量ΔQ輸入到光星模擬器控制模塊的矩陣修正端口，得到四元數(shù)偏差修正量；

S4、光星模擬器控制模塊將光星模擬器驅(qū)動(dòng)模塊輸入的驅(qū)動(dòng)姿態(tài)四元數(shù)Q3進(jìn)行處理，得到用來模擬星圖、供星敏感器測(cè)試的姿態(tài)四元數(shù)信息Q，完成光學(xué)對(duì)準(zhǔn)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本裝置設(shè)備輕便，有利于不同試驗(yàn)場地之間的測(cè)試系統(tǒng)的搭建；

2、多功能支架針對(duì)不同產(chǎn)品進(jìn)行了適應(yīng)性設(shè)計(jì)，保證了動(dòng)態(tài)星光模擬器與星敏感器產(chǎn)品之間的光學(xué)系統(tǒng)的對(duì)接匹配度；

3、可以實(shí)現(xiàn)星敏感器與動(dòng)態(tài)光星模擬器之間的快速精密安裝對(duì)準(zhǔn)，操作簡單，精密度高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的星敏感器與動(dòng)態(tài)光星模擬器精密安裝對(duì)準(zhǔn)裝置在實(shí)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(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，通過詳細(xì)說明一個(gè)較佳的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。

如圖1所示，一種星敏感器與動(dòng)態(tài)光星模擬器精密安裝對(duì)準(zhǔn)裝置，其包含：立式支架6，采用柔性材料制成，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(dòng)態(tài)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(nèi)，作為星敏感器1觀測(cè)天空的實(shí)時(shí)模擬器，輕量化動(dòng)態(tài)光星模擬器7改變了以往的基于鋼制光學(xué)平臺(tái)的臥式安裝方式，采用輕型柔性材料構(gòu)成的立式支架6，重量約為原鋼制光學(xué)平臺(tái)的1/100，便于攜帶、利于不同試驗(yàn)場地之間的測(cè)試系統(tǒng)的搭建；測(cè)試模塊2，連接星敏感器1，控制星敏感器1的工作模式，設(shè)置星敏感器1的工作參數(shù)，并接收、顯示、存儲(chǔ)星敏感器1的輸出姿態(tài)四元數(shù)；光星模擬器驅(qū)動(dòng)模塊4，向光星模擬器控制模塊3發(fā)送姿態(tài)四元數(shù)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(qū)動(dòng)模塊4，輸出端連接輕量化動(dòng)態(tài)光星模擬器7，光星模擬器控制模塊3根據(jù)來自光星模擬器驅(qū)動(dòng)模塊4的姿態(tài)四元數(shù)模擬出星圖，并將星圖呈現(xiàn)在輕量化動(dòng)態(tài)光星模擬器7上。

本實(shí)施例中，所述的測(cè)試模塊2為安裝有星敏感器綜合測(cè)試軟件的測(cè)試計(jì)算機(jī)，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(qū)動(dòng)軟件的計(jì)算機(jī)組成，其通過視頻信號(hào)線連接至輕量化動(dòng)態(tài)光星模擬器7，所述的光星模擬器驅(qū)動(dòng)模塊4由安裝有光星模擬器控制軟件的計(jì)算機(jī)組成，使用時(shí)，如圖1所示，需要對(duì)各元件進(jìn)行加電運(yùn)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(dòng)態(tài)光星模擬器7放入遮光罩5中時(shí)與鏡頭發(fā)生接觸及碰撞，本實(shí)施例中，限位裝置62為一個(gè)筒形底部設(shè)有階梯卡槽的結(jié)構(gòu)，鎖緊裝置61固定在限位裝置62上。

所述的光星模擬器驅(qū)動(dòng)模塊4包含：一個(gè)四元數(shù)輸入端口，用于輸入基于基準(zhǔn)四元數(shù)；一個(gè)矩陣修正端口，用于輸入四元數(shù)偏差修正量。

本實(shí)施例中，本裝置的安裝方法是，先將星敏感器1平放于水平臺(tái)面上，再將立式支架6穩(wěn)定安裝于星敏感器1遮光罩5上端，手動(dòng)調(diào)整鎖緊裝置61的方位，使整鎖緊裝置61較長一端對(duì)準(zhǔn)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。然后將輕量化動(dòng)態(tài)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(nèi)，因?yàn)橛邢尬淮胧胁粫?huì)與鏡頭發(fā)生接觸及碰撞；然后，將星敏感器1與輕量化動(dòng)態(tài)光星模擬器精密安裝對(duì)準(zhǔn)裝置的各設(shè)備通過網(wǎng)線、視頻線及通訊電纜等進(jìn)行物理連接；隨后，在相應(yīng)的計(jì)算機(jī)上分別運(yùn)行光星模擬器驅(qū)動(dòng)軟件、光星模擬器控制軟件和星敏感器綜合測(cè)試軟件，星敏感器加電并由星敏感器綜合測(cè)試軟件控制正常通訊。

本發(fā)明還公開了一種星敏感器測(cè)試方法，其采用星敏感器與動(dòng)態(tài)光星模擬器精密安裝對(duì)準(zhǔn)裝置進(jìn)行測(cè)試，其包含以下步驟：

S1、向光星模擬器控制模塊3的四元數(shù)輸入端口輸入固定姿態(tài)四元數(shù)Q1，給出基準(zhǔn)四元數(shù)；

S2、測(cè)試模塊2得到星敏感器1的輸出姿態(tài)四元數(shù)Q2，得到實(shí)測(cè)四元數(shù)；

S3、計(jì)算修正量ΔQ＝Q1-Q2，并將修正量ΔQ輸入到光星模擬器控制模塊3的矩陣修正端口，得到四元數(shù)偏差修正量；

S4、光星模擬器控制模塊3將光星模擬器驅(qū)動(dòng)模塊4輸入的驅(qū)動(dòng)姿態(tài)四元數(shù)Q3進(jìn)行處理，得到用來模擬星圖、供星敏感器測(cè)試的姿態(tài)四元數(shù)信息Q，完成光學(xué)對(duì)準(zhǔn)。

盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。