[發明專利]基于六自由度激光跟蹤靶的航天器設備位姿信息測量方法

有效

• 申請號: 201711108473.3
• 申請日: 2017-11-09
• 公開（公告）號: CN107782293B
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: 隆昌宇;易旺民;陶力;阮國偉;胡瑞欽;孟凡偉;孟少華;陳暢宇;賀文興;董愨
• 申請（專利權）人: 北京衛星環境工程研究所
• 主分類號: G01C15/00
• 分類號: G01C15/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于六自由度激光跟蹤靶的航天器設備位姿信息快速測量方法，該方法利用六自由度激光跟蹤靶與激光跟蹤儀或全站儀，通過各個設備激光跟蹤靶坐標系相對于激光跟蹤儀或全站儀坐標系的相對位姿關系，由坐標系傳遞運算實現不同設備坐標系間相對位姿關系的測量。本發明解決了當前利用多臺經緯儀準直及互瞄實現測量存在的測量效率低、測量難度大及占用人員多的問題，在保證較高測角精度基礎上，大大提高航天器總裝現場設備安裝精度測量的便捷度、靈活性及測量效率，有效滿足航天器研制需求。

技術領域

本發明屬于工業測量技術領域，具體涉及一種結合六自由度激光跟蹤靶，利用激光跟蹤儀或全站儀測點即可實現航天器設備間相對位姿關系快速測量的方法，可以應用于以立方鏡為坐標系基準的設備間位姿關系快速測量。

背景技術

在以航天器總裝為代表的現代大型精密系統集成制造過程中，需要精密測量大量不同設備之間的相對姿態角度。需要高精密裝配的設備的基準通常采用光學平面鏡或光學立方鏡，用立方鏡或平面鏡的法線代表設備的坐標軸指向，立方鏡中心點作為坐標系原點。其中，圖1顯示了本行業中的立方鏡的結構示意圖，立方鏡為一個用光學玻璃做成的正交六面體，包括頂面、底面和4個側面，每個面均鍍有反射膜。3個相互正交的鏡面法線可以代表設置立方鏡的設備本體坐標系的x軸、y軸、z軸指向，立方鏡中心點代表坐標系原點。航天器設備的坐標系通常由立方鏡表示，不同立方鏡分別代表不同設備的坐標系，如圖2所示。

通常，由于經緯儀具有較高的測角精度，當前航天器設備間相對姿態關系測量普遍采用經緯儀建站測量方法，即利用帶有準直功能的高精度經緯儀如徠卡TM5100A等，分別準直待測的平面鏡、立方鏡，然后通過經緯儀之間的互瞄，利用經緯儀的碼盤數值計算得到航天器設備坐標軸之間的夾角。上述測量過程需要人工搬動及架設經緯儀與目標立方鏡實現準直及互瞄，為了滿足現場測量要求，一般需配備3-4臺設備及3-4名測量人員。特別是對于大型航天器上分布較高的設備，由于架設及準直難度的加大，完成一臺設備測量的時間需要1個小時左右。

然而，隨著國家發展需要，航天器的研制數量越來越多，且尺寸越來越大，這導致現場測量任務大大增加，難度也越來越大，傳統采用人工準直及測量的方法效率低，嚴重影響了航天器制造周期。單純通過增加人員數量及工作時間等方式已無法適應當前需求。在航天器制造時間緊、任務重的研制條件下，亟待研究擺脫利用經緯儀準直互瞄完成航天器設備定向的新測量方法，以提高測量效率，減少人員占用率，有效滿足航天器研制需求。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明的目的在于提供一種單純通過激光跟蹤儀或全站儀測靶標單點即可實現航天器設備位姿測量的方法，解決了當前利用多臺經緯儀準直及互瞄實現測量存在的測量效率低、測量難度大及占用人員多的問題，在保證較高測角精度基礎上，大大提高航天器總裝現場設備安裝精度測量的便捷度、靈活性及測量效率，有效滿足航天器研制需求。

本發明是通過如下技術方案實現的：

基于六自由度激光跟蹤靶的航天器設備位姿信息快速測量方法，包括如下步驟：

(1)在航天器設備安裝之前，將六自由度激光跟蹤靶固定在一設備立方鏡上，形成相對位姿關系固定的組合剛體，標定設備立方鏡坐標系O_ci-X_ciY_ciZ_ci與六自由度激光跟蹤靶坐標系O_bi-X_biY_biZ_bi的相對位姿關系(R_bici，T_bici)；

(2)航天器設備完成裝配后，在全部覆蓋被測設備處架設激光跟蹤儀或全站儀并調水平；