衛(wèi)星上批量設(shè)備姿態(tài)角度矩陣的高精度自動(dòng)化測(cè)量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種衛(wèi)星上批量設(shè)備姿態(tài)角度矩陣的高精度自動(dòng)化測(cè)量裝置，該裝置將帶有CCD成像和自動(dòng)準(zhǔn)直功能的經(jīng)緯儀、視覺搜索相機(jī)、精密轉(zhuǎn)臺(tái)、精密導(dǎo)軌等裝置進(jìn)行集成，將被測(cè)衛(wèi)星固定于精密轉(zhuǎn)臺(tái)上，根據(jù)衛(wèi)星上多個(gè)待測(cè)設(shè)備的理論安裝位置，通過精密導(dǎo)軌、精密轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行測(cè)量裝置的自動(dòng)定位，再在小范圍內(nèi)通過視覺搜索相機(jī)對(duì)基準(zhǔn)立方鏡進(jìn)行圖像識(shí)別和搜索實(shí)現(xiàn)自動(dòng)精確準(zhǔn)直，最終實(shí)現(xiàn)批量設(shè)備姿態(tài)角度矩陣的自動(dòng)化測(cè)量。本發(fā)明的衛(wèi)星上批量設(shè)備姿態(tài)角度矩陣的高精度自動(dòng)化測(cè)量裝置，在有理論安裝數(shù)據(jù)的條件下，可實(shí)現(xiàn)以光學(xué)立方鏡為基準(zhǔn)的不同設(shè)備之間姿態(tài)角度矩陣的自動(dòng)化測(cè)量，測(cè)量精度優(yōu)于5″，測(cè)量效率可以達(dá)到每分鐘一項(xiàng)。
【專利說明】衛(wèi)星上批量設(shè)備姿態(tài)角度矩陣的高精度自動(dòng)化測(cè)量裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于工業(yè)測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及在衛(wèi)星系統(tǒng)集成裝配中，對(duì)大量以立方鏡為 基準(zhǔn)坐標(biāo)系的設(shè)備相對(duì)參考基準(zhǔn)立方鏡姿態(tài)角度矩陣進(jìn)行高精度自動(dòng)化測(cè)量的測(cè)量裝置， 該裝置主要應(yīng)用于航天器系統(tǒng)級(jí)總裝集成、精密光學(xué)系統(tǒng)集成等先進(jìn)工業(yè)制造中。

【背景技術(shù)】
[0002] 在以衛(wèi)星總裝為代表的現(xiàn)代大型精密系統(tǒng)集成制造過程中，需要精密測(cè)量大量設(shè) 備相對(duì)參考基準(zhǔn)的姿態(tài)角度矩陣。需要高精密裝配的設(shè)備的基準(zhǔn)一般采用光學(xué)基準(zhǔn)立方 鏡，用基準(zhǔn)立方鏡的鏡面法線代表設(shè)備坐標(biāo)系坐標(biāo)軸的指向。因此測(cè)量設(shè)備相對(duì)參考基準(zhǔn) 的姿態(tài)角度矩陣，就是測(cè)量大量被測(cè)基準(zhǔn)立方鏡鏡面法線相對(duì)參考基準(zhǔn)立方鏡鏡面法線之 間的空間夾角。由于大量的設(shè)備安裝位置的隨機(jī)性，鏡面法線夾角測(cè)量就表現(xiàn)為遠(yuǎn)距離異 面直線夾角的測(cè)量。測(cè)量難點(diǎn)表現(xiàn)為：1)任意兩條法線之間不想交，且距離遠(yuǎn)；2)測(cè)量精度 要求高，一般在角秒量級(jí)；3)測(cè)量工作量大，一顆類似航天器的復(fù)雜系統(tǒng)，需要測(cè)量的項(xiàng)目 在幾十項(xiàng)甚至達(dá)到上百項(xiàng)。
[0003] 目前國(guó)內(nèi)外異面直線間夾角測(cè)量技術(shù)研宄的較少。天津大學(xué)的裘祖榮教授、張國(guó) 雄教授課題組提出了基于攝影測(cè)量的異面直線夾角測(cè)量方法，即在不同被測(cè)設(shè)備或部件上 固定多個(gè)靶標(biāo)點(diǎn)，通過CCD成像測(cè)量靶標(biāo)點(diǎn)擬合不同直線實(shí)現(xiàn)異面直線間的夾角測(cè)量，詳 見天津大學(xué)的胡文川在《光學(xué)精密工程》2012年第20卷第7期發(fā)表的論文"大尺寸空間異 面直線夾角的檢測(cè)"。該方法測(cè)量精度只能達(dá)到角分量級(jí)，且不適合以光學(xué)立方鏡為基準(zhǔn)的 異面直線間的夾角測(cè)量。針對(duì)基于光學(xué)立方鏡為基準(zhǔn)的異面直線夾角測(cè)量，目前普遍采用 的是經(jīng)煒儀建站測(cè)量方法。即利用帶有準(zhǔn)直功能的高精度經(jīng)煒儀如徠卡TM5100A等，分別 準(zhǔn)直待測(cè)的平面鏡、立方鏡，然后通過經(jīng)煒儀之間的互瞄，利用經(jīng)煒儀的碼盤數(shù)值計(jì)算得到 異面直線之間的夾角。如解放軍信息工程大學(xué)的楊振等在2008年數(shù)字測(cè)繪與GIS技術(shù)應(yīng)用 研討交流會(huì)上發(fā)表的論文"準(zhǔn)直測(cè)量進(jìn)行高精度立方鏡間關(guān)系標(biāo)定"。但由于經(jīng)煒儀觀測(cè)時(shí) 必需用人眼觀測(cè)，受經(jīng)煒儀布站遠(yuǎn)近、光照等環(huán)境因素影響，測(cè)量精度不高，且無法實(shí)現(xiàn)自 動(dòng)化測(cè)量。本發(fā)明中提出了根據(jù)設(shè)備的安裝理論數(shù)據(jù)，利用精密轉(zhuǎn)臺(tái)、精密導(dǎo)軌將帶有CCD 成像功能的自動(dòng)準(zhǔn)直經(jīng)煒儀移動(dòng)定位到理論測(cè)量位置，在此基礎(chǔ)上利用視覺搜索相機(jī)對(duì)被 測(cè)基準(zhǔn)立方鏡的姿態(tài)位置進(jìn)行局部搜索，引導(dǎo)CCD自動(dòng)準(zhǔn)直經(jīng)煒儀對(duì)位置和光管指向進(jìn)行 進(jìn)一步精調(diào)，最后實(shí)現(xiàn)對(duì)大量基準(zhǔn)立方鏡姿態(tài)角度矩陣的高精度自動(dòng)化測(cè)量。
[0004] 隨著航天航空以及大型精密光學(xué)系統(tǒng)等先進(jìn)制造工業(yè)的發(fā)展，對(duì)以光學(xué)立方鏡為 測(cè)量基準(zhǔn)的設(shè)備安裝姿態(tài)角度矩陣測(cè)量需求越來越多，精度要求越來越高，因此大量設(shè)備 安裝姿態(tài)角度矩陣自動(dòng)化測(cè)量方法具有廣泛的應(yīng)用前景，可以促進(jìn)未來航天航空等大型復(fù) 雜系統(tǒng)集成制造業(yè)的發(fā)展。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的總體思想在于將帶有C⑶成像和自動(dòng)準(zhǔn)直功能的經(jīng)煒儀、視覺搜索相 機(jī)、精密轉(zhuǎn)臺(tái)、精密導(dǎo)軌等裝置集成為一個(gè)自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，將被測(cè)衛(wèi)星固定于精密轉(zhuǎn)臺(tái)上， 根據(jù)衛(wèi)星上待測(cè)設(shè)備的理論安裝數(shù)據(jù)，計(jì)算出CCD準(zhǔn)直經(jīng)煒儀的最優(yōu)位置，通過精密導(dǎo)軌、 精密轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行測(cè)量裝置的自動(dòng)定位，再在小范圍內(nèi)通過視覺搜索相機(jī)對(duì)基準(zhǔn)立方鏡進(jìn)行圖 像識(shí)別和搜索實(shí)現(xiàn)自動(dòng)準(zhǔn)直，最終實(shí)現(xiàn)批量設(shè)備姿態(tài)角度矩陣的自動(dòng)化測(cè)量，測(cè)量精度可 以達(dá)到角秒級(jí)。
[0006] 為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0007] 本發(fā)明的衛(wèi)星上批量設(shè)備姿態(tài)角度矩陣的高精度自動(dòng)化測(cè)量裝置，包括二維導(dǎo)軌Z向移動(dòng)裝置、二維導(dǎo)軌X向移動(dòng)裝置、二維調(diào)平裝置、CCD自動(dòng)準(zhǔn)直經(jīng)煒儀、視覺搜索相機(jī)、 隔振平臺(tái)、工控機(jī)、精密轉(zhuǎn)臺(tái)，二維導(dǎo)軌Z向移動(dòng)裝置和二維導(dǎo)軌X向移動(dòng)裝置組合成二維 導(dǎo)軌，通過二維調(diào)平裝置承載CCD準(zhǔn)直經(jīng)煒儀在XZ面內(nèi)平行移動(dòng)，視覺搜索相機(jī)用于對(duì)設(shè) 置在精密轉(zhuǎn)臺(tái)上的被測(cè)衛(wèi)星局部成像，通過模式識(shí)別搜索到被測(cè)衛(wèi)星上設(shè)置的被測(cè)基準(zhǔn)立 方鏡，并計(jì)算出基準(zhǔn)立方鏡相對(duì)CCD準(zhǔn)直經(jīng)煒儀的位置，視覺搜索相機(jī)機(jī)械固定在CCD準(zhǔn)直 經(jīng)煒儀頂部，精密轉(zhuǎn)臺(tái)用于承載被測(cè)衛(wèi)星，帶動(dòng)被測(cè)衛(wèi)星繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并給出實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)角度 值Θ，通過轉(zhuǎn)動(dòng)使衛(wèi)星上被測(cè)基準(zhǔn)立方鏡側(cè)面法線指向CCD準(zhǔn)直經(jīng)煒儀，精密轉(zhuǎn)臺(tái)帶有自 動(dòng)調(diào)平功能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)平，隔振平臺(tái)用于承載所有測(cè)量裝置中的各部件，以減少外界振動(dòng) 對(duì)測(cè)量精度的影響；其中，隔振平臺(tái)上還設(shè)置工控機(jī)，工控機(jī)控制測(cè)量裝置中的各部件并采 集其相應(yīng)數(shù)據(jù)，計(jì)算出基準(zhǔn)立方鏡間的姿態(tài)角度矩陣。
[0008] 其中，工控機(jī)與CXD自動(dòng)準(zhǔn)直經(jīng)煒儀連接，讀取經(jīng)煒儀的CXD圖像、經(jīng)煒儀的水平 角H和俯仰角E，并發(fā)出控制指令，使CCD自動(dòng)準(zhǔn)直經(jīng)煒儀精確準(zhǔn)直被測(cè)衛(wèi)星上的被測(cè)基準(zhǔn) 立方鏡的反射鏡面；工控機(jī)與視覺搜索相機(jī)連接，讀取相機(jī)的圖像信息，并進(jìn)行圖像處理和 計(jì)算；工控機(jī)與精密轉(zhuǎn)臺(tái)連接，向精密轉(zhuǎn)臺(tái)發(fā)出控制指令使轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，讀取精密轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)際轉(zhuǎn) 動(dòng)的角度Θ;工控機(jī)與二維導(dǎo)軌Z向移動(dòng)裝置、二維導(dǎo)軌X向移動(dòng)裝置連接，向?qū)к壈l(fā)出控 制指令使導(dǎo)軌帶動(dòng)CCD準(zhǔn)直經(jīng)煒儀平行移動(dòng)所需要的距離。
[0009] 其中，二維導(dǎo)軌Z向移動(dòng)裝置和精密轉(zhuǎn)臺(tái)通過螺釘固定安裝在隔振平臺(tái)上。
[0010] 其中，CXD自動(dòng)準(zhǔn)直經(jīng)煒儀用于準(zhǔn)直基準(zhǔn)立方鏡的反射面并通過螺釘固定安裝于 二維調(diào)平裝置上。
[0011] 其中，二維調(diào)平裝置用于承載C⑶準(zhǔn)直經(jīng)煒儀，二維調(diào)平裝置帶有水平傳感器和 自動(dòng)調(diào)平機(jī)構(gòu)。
[0012] 其中，二維調(diào)平裝置通過螺釘固定安裝于二維導(dǎo)軌X向移動(dòng)裝置上。
[0013] 本發(fā)明具有如下的有益效果：
[0014] 通過本發(fā)明中的高精度自動(dòng)化測(cè)量方法及裝置，在有理論安裝數(shù)據(jù)的條件下，可 以實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星上以光學(xué)立方鏡為基準(zhǔn)的不同設(shè)備之間姿態(tài)角度矩陣的自動(dòng)化測(cè)量。測(cè)量精度 優(yōu)于5"，測(cè)量效率可以達(dá)到每分鐘一項(xiàng)。目前該方法和裝置在衛(wèi)星總裝中已經(jīng)得到了良好 的應(yīng)用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明中使用的通常的基準(zhǔn)立方鏡示意圖。
[0016] 圖2為本發(fā)明中模擬衛(wèi)星上的基準(zhǔn)立方鏡分布的示意圖。
[0017] 圖3為本發(fā)明中基準(zhǔn)立方鏡間的相對(duì)姿態(tài)角度矩陣。
[0018] 圖4為本發(fā)明的衛(wèi)星上批量設(shè)備姿態(tài)角度矩陣的高精度自動(dòng)化測(cè)量裝置示意圖。 其中，1 一二維導(dǎo)軌Z向移動(dòng)裝置、2-二維導(dǎo)軌X向移動(dòng)裝置、3 -二維調(diào)平裝置、4 一CXD 準(zhǔn)直經(jīng)煒儀、5 -視覺搜索相機(jī)、6 -隔振平臺(tái)、7 -工控機(jī)、8-隔振平臺(tái)。
[0019] 圖5為本發(fā)明的衛(wèi)星上批量設(shè)備姿態(tài)角度矩陣的高精度自動(dòng)化測(cè)量裝置在XOY面 的投影示意圖。
[0020] 圖6為本發(fā)明的衛(wèi)星上批量設(shè)備姿態(tài)角度矩陣的高精度自動(dòng)化測(cè)量裝置在XOZ面 的投影示意圖。
[0021] 圖7為本發(fā)明的衛(wèi)星上批量設(shè)備姿態(tài)角度矩陣的高精度自動(dòng)化測(cè)量裝置的內(nèi)部 通信連接示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 以下介紹的是作為本
【發(fā)明內(nèi)容】
的【具體實(shí)施方式】，下面通過【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明 內(nèi)容作進(jìn)一步的闡明。當(dāng)然，描述下列【具體實(shí)施方式】只為示例本發(fā)明的不同方面的內(nèi)容，而 不應(yīng)理解為限制本發(fā)明范圍。
[0023] 本文中，術(shù)語(yǔ)"基準(zhǔn)立方鏡"是指一個(gè)用光學(xué)玻璃做成的正交六面體，如圖1所示， 包括頂面、底面和四個(gè)側(cè)面，每個(gè)面均鍍有反射膜，每相鄰的兩個(gè)反射面法線相互正交，3個(gè) 相互正交的鏡面法線代表設(shè)備本體坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸X，y，z指向。
[0024] 被測(cè)衛(wèi)星上可以用不同基準(zhǔn)立方鏡分別代表衛(wèi)星上設(shè)置的不同設(shè)備，如圖2所 示，給出了本發(fā)明中模擬衛(wèi)星上的基準(zhǔn)立方鏡分布的示意圖，若干被測(cè)基準(zhǔn)立方鏡設(shè)置在 被測(cè)衛(wèi)星上以表示各個(gè)不同的設(shè)備。其中，本發(fā)明中涉及的姿態(tài)角度矩陣是指被測(cè)基準(zhǔn)立 方鏡的3個(gè)坐標(biāo)軸相對(duì)參考基準(zhǔn)立方鏡的3個(gè)坐標(biāo)軸的空間夾角構(gòu)成的角度矩陣。例如， 圖2中的被測(cè)基準(zhǔn)立方鏡Cbn相對(duì)參考基準(zhǔn)立方鏡Cbj的姿態(tài)角度矩陣如圖3所示，分別由 九個(gè)角度來表示。
[0025] 圖4為本發(fā)明的衛(wèi)星上批量設(shè)備姿態(tài)角度矩陣的高精度自動(dòng)化測(cè)量裝置示意圖。 圖5為本發(fā)明的衛(wèi)星上批量設(shè)備姿態(tài)角度矩陣的高精度自動(dòng)化測(cè)量裝置在XOY面的投影示 意圖。圖6為本發(fā)明的衛(wèi)星上批量設(shè)備姿態(tài)角度矩陣的高精度自動(dòng)化測(cè)量裝置在XOZ面 的投影示意圖。整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)全局坐標(biāo)系原點(diǎn)定義在精密轉(zhuǎn)臺(tái)的上端面中心，垂直水平面 向上為Z軸，沿二維導(dǎo)軌X向移動(dòng)裝置的移動(dòng)方向?yàn)閄軸，Y軸由右手法則確定，二維導(dǎo)軌 坐標(biāo)系與全局坐標(biāo)系平行。在XOY投影平面上布局如圖5所示，二維導(dǎo)軌X向移動(dòng)裝置中 心與精密轉(zhuǎn)臺(tái)中心連線平行于Y軸，到原點(diǎn)的距離設(shè)為ΔΥ。在XOZ投影平面上布局如圖6 所示，將精密轉(zhuǎn)臺(tái)的上端面設(shè)為Z方向的初始位置0。其中，本發(fā)明的衛(wèi)星上批量設(shè)備姿態(tài) 角度矩陣的高精度自動(dòng)化測(cè)量裝置，包括二維導(dǎo)軌Z向移動(dòng)裝置1、二維導(dǎo)軌X向移動(dòng)裝置 2、二維調(diào)平裝置3、C⑶自動(dòng)準(zhǔn)直經(jīng)煒儀4、視覺搜索相機(jī)5、隔振平臺(tái)6、工控機(jī)7、精密轉(zhuǎn) 臺(tái)8,二維導(dǎo)軌Z向移動(dòng)裝置1和二維導(dǎo)軌X向移動(dòng)裝置2組合成二維導(dǎo)軌，通過二維調(diào)平 裝置3承載CCD準(zhǔn)直經(jīng)煒儀4在XZ面內(nèi)平行移動(dòng)，視覺搜索相機(jī)5用于對(duì)設(shè)置在隔振平臺(tái) 6上的被測(cè)衛(wèi)星局部成像，通過模式識(shí)別搜索到被測(cè)衛(wèi)星上設(shè)置的被測(cè)基準(zhǔn)立方鏡，并計(jì)算 出基準(zhǔn)立方鏡相對(duì)CCD準(zhǔn)直經(jīng)煒儀4的位置，視覺搜索相機(jī)5機(jī)械固定在CCD準(zhǔn)直經(jīng)煒儀4 頂部，精密轉(zhuǎn)臺(tái)8用于承載被測(cè)衛(wèi)星，帶動(dòng)被測(cè)衛(wèi)星繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并給出實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)角度值Θ， 通過轉(zhuǎn)動(dòng)使衛(wèi)星上被測(cè)基準(zhǔn)立方鏡側(cè)面法線指向CCD準(zhǔn)直經(jīng)煒儀4,精密轉(zhuǎn)臺(tái)8帶有自動(dòng) 調(diào)平功能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)平，隔振平臺(tái)6用于承載所有測(cè)量裝置中的各部件，以減少外界振動(dòng) 對(duì)測(cè)量精度的影響；其中，隔振平臺(tái)6上還設(shè)置工控機(jī)7,工控機(jī)7與C⑶自動(dòng)準(zhǔn)直經(jīng)煒儀4 連接，讀取經(jīng)煒儀的CCD圖像、經(jīng)煒儀的水平角H和俯仰角E，并發(fā)出控制指令，使CCD自動(dòng) 準(zhǔn)直經(jīng)煒儀4精確準(zhǔn)直被測(cè)衛(wèi)星上的被測(cè)基準(zhǔn)立方鏡的反射鏡面；工控機(jī)7與視覺搜索相 機(jī)5連接，讀取相機(jī)的圖像信息，并進(jìn)行圖像處理和計(jì)算；工控機(jī)7與精密轉(zhuǎn)臺(tái)8連接，向精 密轉(zhuǎn)臺(tái)8發(fā)出控制指令使轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，讀取精密轉(zhuǎn)臺(tái)8實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)的角度Θ;工控機(jī)7與二維 導(dǎo)軌Z向移動(dòng)裝置1、二維導(dǎo)軌X向移動(dòng)裝置2連接，向?qū)к壈l(fā)出控制指令使導(dǎo)軌帶動(dòng)CCD 準(zhǔn)直經(jīng)煒儀4平行移動(dòng)所需要的距離，本發(fā)明的衛(wèi)星上批量設(shè)備姿態(tài)角度矩陣的高精度自 動(dòng)化測(cè)量裝置的內(nèi)部通信連接示意圖如圖7所示。二維導(dǎo)軌Z向移動(dòng)裝置1和精密轉(zhuǎn)臺(tái)8 通過螺釘固定安裝在隔振平臺(tái)6上；CCD自動(dòng)準(zhǔn)直經(jīng)煒儀4用于準(zhǔn)直基準(zhǔn)立方鏡的反射面 并通過螺釘固定安裝于二維調(diào)平裝置3上，二維調(diào)平裝置3用于承載C⑶準(zhǔn)直經(jīng)煒儀4,二 維調(diào)平裝置3帶有水平傳感器和自動(dòng)調(diào)平機(jī)構(gòu)，二維調(diào)平裝置3通過螺釘固定安裝于二維 導(dǎo)軌X向移動(dòng)裝置上。
[0026] 使用本發(fā)明中的測(cè)量裝置測(cè)量衛(wèi)星上多個(gè)被測(cè)基準(zhǔn)立方鏡相對(duì)參考基準(zhǔn)立方鏡 姿態(tài)角度矩陣時(shí)，首先將被測(cè)衛(wèi)星通過銷螺釘固定安裝在精密轉(zhuǎn)臺(tái)上。通過轉(zhuǎn)臺(tái)上的銷 釘孔進(jìn)行定位，使衛(wèi)星本體坐標(biāo)系與精密轉(zhuǎn)臺(tái)坐標(biāo)系重合。同時(shí)將衛(wèi)星上基準(zhǔn)立方鏡Cbj、 Cbl,Cb2……Cbn相對(duì)衛(wèi)星本體坐標(biāo)系的理論安裝位置和姿態(tài)角度矩陣輸入到工控機(jī)中，由 工控機(jī)根據(jù)輸入的理論安裝數(shù)據(jù)計(jì)算出測(cè)量每個(gè)基準(zhǔn)立方鏡上兩個(gè)相鄰側(cè)面法線（如圖 2中的xbj、Ybj、xbl、Ybl、xb2、Yb2……xbn、Ybn)時(shí)，精密轉(zhuǎn)臺(tái)所需要轉(zhuǎn)動(dòng)的角度θ，CCD準(zhǔn)直 經(jīng)煒儀的水平角H和俯仰角E以及CCD準(zhǔn)直經(jīng)煒儀在二維導(dǎo)軌的X向和Z向需要移動(dòng)的 距離ΛΧ、ΛΖ。如對(duì)于被測(cè)基準(zhǔn)鏡Cbn的鏡面法線Xbn，則得到以下信息（θ'xbn、H' ftn、 E'xbn、AXxbn、AZxJ。工控機(jī)根據(jù)得到的上述理論信息，對(duì)測(cè)量各個(gè)鏡面法線的順序進(jìn) 行優(yōu)化，將CCD準(zhǔn)直經(jīng)煒儀沿二維導(dǎo)軌X向或Z向依次移動(dòng)到需要測(cè)量的位置，將CCD準(zhǔn) 直經(jīng)煒儀水平角和俯仰角預(yù)置成理論角度fxbn、an，將精密轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)預(yù)定的角度 Θ^xbn。此時(shí)若被測(cè)鏡面法線Xbn進(jìn)入C⑶準(zhǔn)直經(jīng)煒儀的視野，則C⑶準(zhǔn)直經(jīng)煒儀會(huì)自動(dòng) 進(jìn)行水平角和俯仰角調(diào)整實(shí)現(xiàn)精確準(zhǔn)直，根據(jù)最終實(shí)際測(cè)量得到的經(jīng)煒儀水平角Hxbn和 俯仰角Exbn以及精密轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)角Θxbn計(jì)算出鏡面法線Xbnffi對(duì)全局坐標(biāo)系X軸、Y軸、 Z軸的空間夾角αχηΧ、βχηγ、γχηζ。若被測(cè)鏡面\"沒有進(jìn)入C⑶準(zhǔn)直經(jīng)煒儀的視野，則視 覺搜索相機(jī)自動(dòng)執(zhí)行搜索程序，引導(dǎo)CCD準(zhǔn)直經(jīng)煒儀沿二維導(dǎo)軌的X軸、Z軸移動(dòng)，并調(diào) 整經(jīng)煒儀的水平角Hxbn和俯仰角Eftn，使被測(cè)鏡面法線Xbn進(jìn)入C⑶準(zhǔn)直經(jīng)煒儀的視野，然 后再開始測(cè)量得到鏡面法線\"相對(duì)全局坐標(biāo)系X軸、Y軸、Z軸的空間夾角αχηΧ、βχηγ、 γχηζ。計(jì)算αχηΧ、βχηγ、Yxnz角的余弦值，可以得到鏡面法線Xbn在全局坐標(biāo)系下的單位矢 量^*= (cos(axnX)、cos(PxnX)、cos(YχηΧ))。最后依次測(cè)量得到所有基準(zhǔn)鏡側(cè)面法線 在全局坐標(biāo)系下的單位矢量?^*。每個(gè)基準(zhǔn)立方鏡的 兩個(gè)相鄰側(cè)面法線矢量可以叉乘得到頂面的法線矢量，從而得到
[0027] 最后由矢量夾角計(jì)算公式得到被測(cè)基準(zhǔn)鏡Cbn鏡面法線相對(duì)于參考基準(zhǔn)立方鏡 Cbj鏡面法線的夾角。如^與^的夾角=acosi$Ybl1 .Ybj)"被測(cè)基準(zhǔn)鏡Cbn相對(duì)于 參考基準(zhǔn)立方鏡Cw鏡的姿態(tài)角度矩陣如公式（1)所示。
[0028]

【權(quán)利要求】
1. 衛(wèi)星上批量設(shè)備姿態(tài)角度矩陣的自動(dòng)化測(cè)量裝置，包括二維導(dǎo)軌Z向移動(dòng)裝置、二 維導(dǎo)軌X向移動(dòng)裝置、二維調(diào)平裝置、CCD自動(dòng)準(zhǔn)直經(jīng)煒儀、視覺搜索相機(jī)、隔振平臺(tái)、工控 機(jī)、精密轉(zhuǎn)臺(tái)，二維導(dǎo)軌Z向移動(dòng)裝置和二維導(dǎo)軌X向移動(dòng)裝置組合成二維導(dǎo)軌，通過二維 調(diào)平裝置承載CCD準(zhǔn)直經(jīng)煒儀在XZ面內(nèi)平行移動(dòng)，視覺搜索相機(jī)用于對(duì)設(shè)置在精密轉(zhuǎn)臺(tái)上 的被測(cè)衛(wèi)星局部成像，通過模式識(shí)別搜索到被測(cè)衛(wèi)星上設(shè)置的被測(cè)基準(zhǔn)立方鏡，并計(jì)算出 基準(zhǔn)立方鏡相對(duì)CCD準(zhǔn)直經(jīng)煒儀的位置，視覺搜索相機(jī)機(jī)械固定在CCD準(zhǔn)直經(jīng)煒儀頂部，精 密轉(zhuǎn)臺(tái)用于承載被測(cè)衛(wèi)星，帶動(dòng)被測(cè)衛(wèi)星繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并給出實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)角度值0，通過轉(zhuǎn)動(dòng) 使衛(wèi)星上被測(cè)基準(zhǔn)立方鏡側(cè)面法線指向CCD準(zhǔn)直經(jīng)煒儀，精密轉(zhuǎn)臺(tái)帶有自動(dòng)調(diào)平功能實(shí)現(xiàn) 自動(dòng)調(diào)平，隔振平臺(tái)用于承載所有測(cè)量裝置中的各部件，以減少外界振動(dòng)對(duì)測(cè)量精度的影 響；其中，隔振平臺(tái)上還設(shè)置工控機(jī)，工控機(jī)控制測(cè)量裝置中的各部件并采集其相應(yīng)數(shù)據(jù)， 計(jì)算出基準(zhǔn)立方鏡間的姿態(tài)角度矩陣。
2. 如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)化測(cè)量裝置，其中，工控機(jī)與CCD自動(dòng)準(zhǔn)直經(jīng)煒儀連接，讀 取經(jīng)煒儀的CCD圖像、經(jīng)煒儀的水平角H和俯仰角E，并發(fā)出控制指令，使CCD自動(dòng)準(zhǔn)直經(jīng)煒 儀精確準(zhǔn)直被測(cè)衛(wèi)星上的被測(cè)基準(zhǔn)立方鏡的反射鏡面；工控機(jī)與視覺搜索相機(jī)連接，讀取 相機(jī)的圖像信息，并進(jìn)行圖像處理和計(jì)算；工控機(jī)與精密轉(zhuǎn)臺(tái)連接，向精密轉(zhuǎn)臺(tái)發(fā)出控制指 令使轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，讀取精密轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)的角度9 ;工控機(jī)與二維導(dǎo)軌Z向移動(dòng)裝置、二維導(dǎo) 軌X向移動(dòng)裝置連接，向?qū)к壈l(fā)出控制指令使導(dǎo)軌帶動(dòng)CCD準(zhǔn)直經(jīng)煒儀平行移動(dòng)所需要的 距離。
3. 如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)化測(cè)量裝置，其中，二維導(dǎo)軌Z向移動(dòng)裝置和精密轉(zhuǎn)臺(tái)通過 螺釘固定安裝在隔振平臺(tái)上。
4. 如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)化測(cè)量裝置，其中，(XD自動(dòng)準(zhǔn)直經(jīng)煒儀用于準(zhǔn)直基準(zhǔn)立方 鏡的反射面并通過螺釘固定安裝于二維調(diào)平裝置上。
5. 如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的自動(dòng)化測(cè)量裝置，其中，二維調(diào)平裝置用于承載CCD準(zhǔn) 直經(jīng)煒儀，二維調(diào)平裝置帶有水平傳感器和自動(dòng)調(diào)平機(jī)構(gòu)。
6. 如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的自動(dòng)化測(cè)量裝置，其中，二維調(diào)平裝置通過螺釘固定 安裝于二維導(dǎo)軌X向移動(dòng)裝置上。
【文檔編號(hào)】G01C1/02GK104457688SQ201410654349
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月17日
【發(fā)明者】楊再華, 代衛(wèi)兵, 萬畢樂, 易旺民, 劉濤, 劉浩淼, 閆榮鑫, 郭潔瑛, 張成立, 陶力, 阮國(guó)偉, 王偉 申請(qǐng)人:北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所