[發(fā)明專利]基于跟蹤技術(shù)的三軸氣浮臺超高精度測量裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610920787.2
• 申請日: 2016-10-21
• 公開（公告）號: CN106502277B
• 公開（公告）日: 2017-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 夏紅偉;張大力;王常虹;李莉;馬廣程
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學;哈爾濱工大瑞馳高新技術(shù)有限公司
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12;G01C1/00
• 代理公司: 北京君恒知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙)11466
• 代理人: 黃啟行,張璐

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及衛(wèi)星運動模擬技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于跟蹤技術(shù)的三軸氣浮臺超高精度測量裝置及方法。

背景技術(shù)

以下對本發(fā)明的相關(guān)技術(shù)背景進行說明，但這些說明并不一定構(gòu)成本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。

三軸氣浮臺是衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)全物理仿真的關(guān)鍵裝置，用于在全物理仿真實驗中檢驗衛(wèi)星控制系統(tǒng)的性能，是空間飛行器研制過程中的重要手段和方法。

三軸氣浮臺基于球軸承構(gòu)建，球軸承依靠壓縮空氣形成高壓氣膜將模擬臺體浮起，模擬衛(wèi)星外太空中微干擾力矩的運行環(huán)境。三軸氣浮臺在試驗過程中需要通過姿態(tài)測量系統(tǒng)實時給出氣浮臺的三維姿態(tài)信息(角度、角速度)，以便完成控制閉環(huán)。由于三軸氣浮臺需要為衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)物理仿真提供無干擾的運行環(huán)境，以往接觸式的測量裝置和方法(如旋轉(zhuǎn)變壓器、感應同步器、光電碼盤、光柵等)不適用于三軸氣浮臺的測量，需要考慮新的測量方法和裝置。

申請?zhí)枮?00610010260.2的中國發(fā)明專利公開了三軸氣浮臺姿態(tài)角測量裝置及其測量方法，該專利在三軸氣浮臺上方安裝有CCD攝像機，在氣浮臺臺面上安裝有測量LED光標系統(tǒng)，利用計算機視覺理論結(jié)合測量光標點間的距離信息，計算出氣浮臺臺面相對于攝像機的相對運動參數(shù)。但是，基于圖像處理技術(shù)的測量方法主要的問題是精度不高，目前的測量水平通常在0.05°左右。

申請?zhí)枮?01310134631.8的中國發(fā)明專利公開了三軸氣浮臺高精度姿態(tài)角度及角速度測量裝置，申請?zhí)枮?015103595475的中國發(fā)明專利公開了衛(wèi)星地面物理仿真系統(tǒng)超高精度姿態(tài)測量方法及裝置，這些公開的技術(shù)方案依靠激光跟蹤儀、慣組、光電自準直儀等測量三軸氣浮臺的姿態(tài)信息，大范圍運動時精度可以達到0.01°，小范圍定向指向精度可以達到1角秒。但是，基于激光跟蹤儀的測量方法精度達到0.01°時，其測量范圍通常不大于±60°；基于多光電自準直儀的測量方法局部指向精度達到1角秒時，其測量范圍通常不超過0.5°。現(xiàn)在航天測試任務中要求大范圍動態(tài)測量精度達到角秒級(典型值3角秒)，因此上述方法不適用于大范圍運動的情況。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出基于跟蹤技術(shù)的三軸氣浮臺超高精度測量裝置及方法，不僅能夠擴大三軸氣浮臺測量裝置的測量范圍，而且能夠在大范圍動態(tài)測量中實現(xiàn)角秒級的測量精度。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了基于跟蹤技術(shù)的三軸氣浮臺超高精度測量裝置，包括：三軸氣浮臺、四面棱鏡、圓形導軌、滑車、豎梁、縱向運動臺、轉(zhuǎn)臺、光電自準直儀和控制器；其中，

三軸氣浮臺設(shè)置在圓形導軌的內(nèi)部，三軸氣浮臺的儀表平臺上設(shè)置兩個四面棱鏡，每個四面棱鏡均為由四個相互正交垂直的鏡面構(gòu)成的四方柱結(jié)構(gòu)，四面棱鏡的鏡面與儀表平臺的上表面垂直；

圓形導軌上設(shè)置兩個能夠沿著圓形導軌移動的滑車，每個滑車上設(shè)置一個與圓形導軌所在平面垂直的豎梁；豎梁的一端設(shè)置在滑車上，另一端與一個縱向運動臺連接，縱向運動臺上設(shè)置一個轉(zhuǎn)臺；縱向運動臺能夠沿著豎梁上下移動、轉(zhuǎn)臺具有俯仰角和偏航角方向的自由度；

光電自準直儀安裝在轉(zhuǎn)臺上，用于采集四面棱鏡的姿態(tài)角數(shù)據(jù)并發(fā)送給控制器；每個光電自準直儀對應一個四面棱鏡，采集過程中兩個光電自準直儀的光軸不在同一直線上；

控制器用于控制滑車、縱向運動臺和轉(zhuǎn)臺的移動和轉(zhuǎn)動，并根據(jù)接收的姿態(tài)角數(shù)據(jù)確定三軸氣浮臺的姿態(tài)角信息。

優(yōu)選地，四面棱鏡設(shè)置在儀表平臺的上表面、和/或周向側(cè)面上。

優(yōu)選地，兩個四面棱鏡正交設(shè)置在儀表平臺上。

優(yōu)選地，三軸氣浮臺的儀表平臺上表面為圓形平面，儀表平臺上表面的圓心與圓形導軌的圓心重合。

優(yōu)選地，圓形導軌上的兩個滑車聯(lián)動設(shè)置。

優(yōu)選地，轉(zhuǎn)臺為二維轉(zhuǎn)臺。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了采用上述裝置的三軸氣浮臺超高精度測量方法，包括：

S1、在三軸氣浮臺從初始姿態(tài)至當前姿態(tài)的過程中，利用兩個光電自準直儀中的其中一個捕捉對應四面棱鏡反射的光線，獲取該四面棱鏡的第一姿態(tài)角并發(fā)送給控制器；

S2、在三軸氣浮臺從初始姿態(tài)至當前姿態(tài)的過程中，利用兩個光電自準直儀中的另一個捕捉對應四面棱鏡反射的光線，獲取該四面棱鏡的第二姿態(tài)角并發(fā)送給控制器；

S3、控制器根據(jù)第一姿態(tài)角和第二姿態(tài)角確定三軸氣浮臺相對初始姿態(tài)的姿態(tài)角信息；

其中，三軸氣浮臺從初始姿態(tài)至當前姿態(tài)的過程中，滑車、縱向運動臺和轉(zhuǎn)臺的位置固定不動。