[發明專利]航天三線陣CCD相機鏡頭間6自由度變化在軌監測方法

有效

• 申請號: 200910078919.1
• 申請日: 2009-02-27
• 公開（公告）號: CN101498588A
• 公開（公告）日: 2009-08-05
• 發明（設計）人: 呂勇;高衛軍;呂乃光;周小華;孫鵬;孫世君
• 申請（專利權）人: 北京空間機電研究所;北京信息科技大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00;G01C11/02
• 代理公司: 中國航天科技專利中心
• 代理人: 安 麗

技術領域

本發明屬于航天衛星攝影測量技術領域，涉及一種對航天三線陣CCD相機鏡頭間的6自由度變化進行在軌監測的方法。

背景技術

航天三線陣CCD相機鏡頭間的相對位置關系是一個重要參量。鏡頭間相對6自由度變化包括3個平動自由度和3個轉動自由度，需要分別測量。目前航天三線陣CCD相機鏡頭間的相對位置關系只能通過衛星發射前在地面實驗室精確檢定來確定，但是在衛星發射上天后，隨著衛星在軌飛行期間由于失重、溫度變化等影響，將導致航天三線陣CCD相機鏡頭間相對位置關系產生變化，由此導致相機內方位元素發生變化，從而影響最終的航天衛星攝影測量精度。航天三線陣CCD的每一對鏡頭間均可能發生多自由度變化，進而導致鏡頭間相對位置關系發生變化。因此，相機鏡頭間位置變化的監測是一個多自由度測量問題。

目前，國內外進行多自由度測量的方法不少，歸納起來主要有兩種：第一種是將單一激光束分為多束或直接采用多光源作為測量基準，采用多個光電接收器來接收產生各維信息的電信號。例如北京交通大學的馮其波等人提出了四自由度光學測量系統。該系統由兩部分組成，固定部分主要由激光二極管、單模光纖、透鏡、PBS、平面鏡和兩個探測器組成；可動部分包括1/4波片、分束鏡和角錐棱鏡。分束鏡把光分成兩部分，一部分被位置敏感元件接收，實現偏擺角和傾斜角的測量。另一部分被角錐棱鏡反射，最后被四象限探測器接收，實現運動平臺x，y方向的測量，具體可參見文獻Cuifang?Kuang，et?al.Afour-degree-of-freedom?laser?measurement?system(FDMS)using?asingle-mode?fiber-coupled?laser?module〔J〕.Sensors?and?ActuatorsA，2005，125(1)：100-108；第二種是對置于被測物體上的特制模型采用視覺檢測技術來獲得模型上特征點的視覺信號，而后經一定算法獲得被測物體各自由度的信息。例如美國國家宇航局研制的用于測量大間隙磁場懸掛系統中圓柱形模型位置姿態的光學測量系統(OMS)，使用多個線陣CCD對模型表面上相關的發光二極管(LED)目標進行掃描，以獲得各特征點的位置坐標，再通過計算求得模型幾何中心的位置姿態。OMS使用16個線陣CCD和8個LED目標，以保證在模型全量程運動范圍內至少對6個LED目標的測量分辨力達到0.1個像素。每2個CCD為1個傳感單元，互相垂直放置，分別產生2個方向的位移信息，其作用相當于1個面陣CCD，具體可參見文獻Sharon?S?W，James?IC，Kevin?J?S，Walter?C?D.Optical?position?measurement?for?a?large?gapmagnetic?suspension?system[M].Hampton，Virginia，1994.1-53。這些方法均比較復雜，受太空工作條件、相機結構和衛星載荷等限制，難以滿足航天三線陣CCD相機鏡頭間相對位置關系變化在軌動態監測的要求。目前所采用的解決以上問題的方法是利用地面控制點反算間接得到鏡頭間相對位置關系的變化，地面控制點的三維尺寸經過精確測定，將航天相機對該控制點測繪結果與實際尺寸相比對，推算出實際的鏡頭夾角等參數，由此得到相對位置變化。但此方法過程非常繁雜，耗時很長，適用于相機鏡頭間夾角精度的定期檢查，不能進行實時監測，更無法滿足全球性無地面控制點的衛星攝影測量要求。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供了一種操作簡便、測量精度高的航天三線陣CCD相機鏡頭間6自由度變化在軌監測方法。

本發明的技術解決方案是：航天三線陣CCD相機鏡頭間6自由度變化在軌監測方法，步驟如下：

(1)在相機鏡頭A上剛性固定激光發射接收裝置，所述激光發射接收裝置包括激光光源、光纖耦合器、激光準直器、半透半反鏡和第一面陣CCD，光纖耦合器對激光光源發出的激光進行三路分光，三路分光再分別經過激光準直器得到準直輸出激光；

(2)在相機鏡頭B上剛性固定激光反射接收裝置，所述激光反射接收裝置包括平面反射鏡、第二面陣CCD和第三面陣CCD；

(3)調整半透半反鏡、平面反射鏡、第一面陣CCD、第二面陣CCD和第三面陣CCD的位置，保證第二面陣CCD和第三面陣CCD在同一平面內，同時使得三路準直輸出激光中的一路激光穿過半透半反鏡到達平面反射鏡，而后經平面反射鏡反射回半透半反鏡并經半透半反鏡反射至第一面陣CCD上，另外兩路激光分別射向第二面陣CCD和第三面陣CCD，兩路激光的反向延長線應交于一點；