專利名稱：大型光電經(jīng)緯儀動態(tài)測角精度的檢測裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電觀測設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種大型光電經(jīng)緯儀動態(tài)測角精度的檢 測裝置及方法。
背景技術(shù)：
大型光電經(jīng)緯儀是用于人造衛(wèi)星等空間目標(biāo)運(yùn)動參數(shù)的觀測設(shè)備，與雷達(dá)等測量 手段相比它具有測量精度高、可實(shí)時成像等特點(diǎn)，尤其以測量精度高著稱。在以攝影記錄為 主要測量手段的第一、二代經(jīng)緯儀上，作為輔助配置的電視傳感器的測角精度是通過與攝 影系統(tǒng)比對的方法來確定的，它的優(yōu)點(diǎn)是檢測架上的目標(biāo)光管方位可以用高精度的萊卡經(jīng) 緯儀確定，因此檢測結(jié)果可信度高。隨著CCD成像器件的發(fā)展，經(jīng)緯儀上的傳感器已由電視 攝像機(jī)取代了攝影記錄系統(tǒng)，它具有可視性強(qiáng)、操作方便的優(yōu)點(diǎn)，但電視傳感器的精度檢測 已不能再采用與攝影系統(tǒng)比對的方法。與本發(fā)明最為接近的已有技術(shù)是中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所研 制的可以進(jìn)行跟蹤精度測量的光學(xué)靶標(biāo)，如圖1所示，該光學(xué)靶標(biāo)包括支架1、準(zhǔn)直光管2、 反射鏡3、反射鏡壓板4、旋轉(zhuǎn)支臂5、精密滾動軸承6、支撐座7、轉(zhuǎn)軸8、聯(lián)軸節(jié)9和電機(jī)10。 準(zhǔn)直光管2安裝在旋轉(zhuǎn)支臂5的一端，在旋轉(zhuǎn)支臂5的另一端通過反射鏡壓板4固定有反 射鏡3，準(zhǔn)直光管2射出的光束經(jīng)反射鏡3反射后發(fā)生折轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)支臂5上固定有轉(zhuǎn)軸8，轉(zhuǎn) 軸8通過精密滾動軸承6與支撐座7連接，電機(jī)10通過聯(lián)軸節(jié)9將動力傳遞給轉(zhuǎn)軸8。在 電機(jī)10驅(qū)動下，旋轉(zhuǎn)支臂5旋轉(zhuǎn)，反射后的光束包絡(luò)出圓錐曲面，引導(dǎo)經(jīng)緯儀11作跟蹤運(yùn) 動。目前，靶標(biāo)存在的問題是由于靶標(biāo)引導(dǎo)光束方位的動態(tài)精度不能確定，現(xiàn)有靶標(biāo) 只能用于經(jīng)緯儀的跟蹤精度測量，不能用于經(jīng)緯儀動態(tài)測角精度的檢測。因此，尋求光學(xué)動 態(tài)靶標(biāo)精度的確定方法是急待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有靶標(biāo)由于引導(dǎo)光束方位的動態(tài)精度不能確定，從而不能用于經(jīng)緯儀 動態(tài)精度測量的問題，本發(fā)明提供一種大型光電經(jīng)緯儀動態(tài)測角精度的檢測裝置及方法。本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下大型光電經(jīng)緯儀動態(tài)測角精度的檢測裝置，包括準(zhǔn)直光管、反射鏡壓板、旋轉(zhuǎn)支 臂、精密滾動軸承、回轉(zhuǎn)軸、直角反射鏡、大反射鏡、角度座、軸角編碼器、驅(qū)動電機(jī)、折轉(zhuǎn)反 射鏡、折轉(zhuǎn)反射鏡座、靶標(biāo)基座、公用平臺、記錄傳感器、傳感器調(diào)整機(jī)構(gòu)和數(shù)據(jù)存儲及處理 模塊，準(zhǔn)直光管固定在旋轉(zhuǎn)支臂的一端；旋轉(zhuǎn)支臂上開設(shè)有通光窗口，旋轉(zhuǎn)支臂的另一端固 定有角度座；大反射鏡通過反射鏡壓板固定在角度座上，直角反射鏡膠接在大反射鏡上； 回轉(zhuǎn)軸固定在旋轉(zhuǎn)支臂的中部，并通過精密滾動軸承套在靶標(biāo)基座的軸承安裝孔內(nèi)，形成 回轉(zhuǎn)軸系；驅(qū)動電機(jī)和軸角編碼器套在靶標(biāo)基座內(nèi)，并與回轉(zhuǎn)軸連接；折轉(zhuǎn)反射鏡通過折 轉(zhuǎn)反射鏡座固定在回轉(zhuǎn)軸的末端；靶標(biāo)基座固定在公用平臺上；記錄傳感器固定在傳感器調(diào)整機(jī)構(gòu)上，傳感器調(diào)整機(jī)構(gòu)固定在公用平臺上；數(shù)據(jù)存儲及處理模塊通過電纜與記錄傳 感器連接，數(shù)據(jù)存儲及處理模塊固定在公用平臺上。大型光電經(jīng)緯儀動態(tài)測角精度檢測裝置的使用方法，包括如下步驟步驟一、通過準(zhǔn)直光管發(fā)出光束，并使該光束同時照射在大反射鏡和直角反射鏡 上；步驟二、通過調(diào)整靶標(biāo)基座，使經(jīng)過大反射鏡反射的光束形成目標(biāo)光束，利用目標(biāo) 光束引導(dǎo)經(jīng)緯儀進(jìn)行工作；步驟三、通過直角反射鏡反射的光束形成檢測用光束，檢測用光束通過通光窗口 穿過旋轉(zhuǎn)支臂，照射在折轉(zhuǎn)反射鏡上，通過調(diào)整傳感器調(diào)整機(jī)構(gòu)，使經(jīng)過折轉(zhuǎn)反射鏡反射的 檢測光束由記錄傳感器接收并成像；步驟四、將驅(qū)動電機(jī)通電，通過驅(qū)動電機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)支臂轉(zhuǎn)動，使目標(biāo)光束的運(yùn)動軌 跡包絡(luò)出一圓錐曲面，經(jīng)緯儀在此光束引導(dǎo)下作方位、俯仰的變規(guī)律運(yùn)動；與此同時，通過 回轉(zhuǎn)軸帶動折轉(zhuǎn)反射鏡轉(zhuǎn)動，使檢測光束作小角度的運(yùn)動，記錄傳感器以脫靶量形式實(shí)時 記錄該光束的位置；步驟五、通過電纜將上述脫靶量數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)存儲及處理模塊，數(shù)據(jù)存儲及處 理模塊對該數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將經(jīng)緯儀對目標(biāo)光束的測量數(shù)據(jù)與目標(biāo)光角束標(biāo)定值相比較， 完成經(jīng)緯儀對動態(tài)測角精度的檢測。本發(fā)明的有益效果是能夠?qū)崟r測量動態(tài)靶標(biāo)的運(yùn)動參數(shù)的變化，可用于經(jīng)緯儀 動態(tài)精度的測量。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)用于跟蹤精度測量的光學(xué)靶標(biāo)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明大型光電經(jīng)緯儀動態(tài)測角精度的檢測裝置示意圖。圖中1、支架，2、準(zhǔn)直光管，3、反射鏡，4、反射鏡壓板，5、旋轉(zhuǎn)支臂，6、精密滾動軸 承，7、支承座，8、轉(zhuǎn)軸，9、聯(lián)軸節(jié)，10、電機(jī)，11、經(jīng)緯儀，12、回轉(zhuǎn)軸，13、直角反射鏡，14、大反 射鏡，15、角度座，16、通光窗口，17、軸角編碼器，18、驅(qū)動電機(jī)，19、檢測用光束，20、折轉(zhuǎn)反 射鏡，21、折轉(zhuǎn)反射鏡座，22、檢測光束，23、支撐架，24、靶標(biāo)固緊機(jī)構(gòu)，25、角度調(diào)整機(jī)構(gòu)， 26、公用平臺，27、記錄傳感器，28、三維調(diào)整座，29、絲杠，30、螺母，31、防轉(zhuǎn)螺釘，32、底座， 33、電纜，34、數(shù)據(jù)存儲及處理模塊，35、目標(biāo)光束，36、底座中心孔，37、絲杠長槽。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖2所示，本發(fā)明大型光電經(jīng)緯儀動態(tài)測角精度的檢測裝置包括能夠產(chǎn)生代 表無窮遠(yuǎn)目標(biāo)光束的準(zhǔn)直光管2、回轉(zhuǎn)軸12、旋轉(zhuǎn)支臂5、直角反射鏡13、大反射鏡14、角度 座15、反射鏡壓板4、通光窗口 16、精密滾動軸承6、軸角編碼器17、驅(qū)動電機(jī)18、折轉(zhuǎn)反射 鏡20、折轉(zhuǎn)反射鏡座21、靶標(biāo)基座、公用平臺或地基26、記錄傳感器27、傳感器調(diào)整機(jī)構(gòu)、電 纜33、數(shù)據(jù)存儲及處理模塊34 ；所述靶標(biāo)基座包括支撐架23、靶標(biāo)固緊機(jī)構(gòu)24和角度調(diào)整 機(jī)構(gòu)25，支撐架23通過靶標(biāo)固緊機(jī)構(gòu)24和角度調(diào)整機(jī)構(gòu)25固定在公用平臺26上；所述 傳感器調(diào)整機(jī)構(gòu)包括三維調(diào)整座28、絲杠29、螺母30、防轉(zhuǎn)螺釘31、底座32、絲杠長槽37和底座中心孔36，所述記錄傳感器27固定在三維調(diào)整座28上，三維調(diào)整座28固定在絲杠29 的一端，絲杠29另一端旋入螺母30內(nèi)，防轉(zhuǎn)螺釘31固定在底座32上，防轉(zhuǎn)螺釘31的一端 插入絲杠長槽37內(nèi)，螺母30通過底座中心孔36與底座32連接。準(zhǔn)直光管2固定在旋轉(zhuǎn)支臂5的一端，旋轉(zhuǎn)支臂5另一端的角度座15上安裝有大 反射鏡14，由準(zhǔn)直光管2發(fā)出的光束同時照射在大反射鏡14和直角反射鏡13上，經(jīng)大反射 鏡14反射的光束形成引導(dǎo)經(jīng)緯儀11工作的目標(biāo)光束35 ；而經(jīng)直角反射鏡13反射的檢測 用光束19通過通光窗口 16穿過旋轉(zhuǎn)支臂5，照射在折轉(zhuǎn)反射鏡20上，經(jīng)折轉(zhuǎn)后的檢測光 束22的角度得到調(diào)整，轉(zhuǎn)化為小角度運(yùn)動，檢測光束22由記錄傳感器27接收，用于誤差檢 測。在旋轉(zhuǎn)支臂5的中部固定連接有回轉(zhuǎn)軸12，回轉(zhuǎn)軸12通過一對精密滾動軸承6套在靶 標(biāo)支撐架23上的軸承安裝孔內(nèi)，形成回轉(zhuǎn)軸系，驅(qū)動電機(jī)18和軸角編碼器17套在支撐架 23的相應(yīng)安裝孔內(nèi)，并與回轉(zhuǎn)軸12連接。將驅(qū)動電機(jī)18通電，帶動旋轉(zhuǎn)支臂5轉(zhuǎn)動，目標(biāo)光束35的運(yùn)動軌跡包絡(luò)出一圓錐 曲面，在此光束引導(dǎo)下經(jīng)緯儀11作方位、俯仰的變規(guī)律運(yùn)動；與此同時，檢測用的細(xì)小光束 19經(jīng)直角反射鏡13反射后，穿過旋轉(zhuǎn)支臂5上的通光窗口 16照射到折轉(zhuǎn)反射鏡20的工 作面上，精確調(diào)整折轉(zhuǎn)反射鏡20，使反射后的檢測光束22的方向基本與回轉(zhuǎn)軸12的軸線 一致，此光束由CXD傳感器即記錄傳感器27接收并成像；記錄傳感器27固定在三維調(diào)整座 28上，在驅(qū)動電機(jī)18帶動支臂5旋轉(zhuǎn)時，記錄傳感器27以脫靶量形式實(shí)時記錄檢測光束 22的位置，脫靶量數(shù)據(jù)通過電纜33傳輸?shù)綌?shù)據(jù)記錄及處理模塊34。根據(jù)反射光學(xué)元件只改變光束傳遞方向、而不改變光束運(yùn)動變化率的性質(zhì)，在靶 標(biāo)旋轉(zhuǎn)的一個周期360度范圍內(nèi)，間隔30度選取12點(diǎn)進(jìn)行測量，每一點(diǎn)的位置用中心坐標(biāo) 即脫靶量ξ xi，I yi表示，i = 1，. . .，η ；利用12點(diǎn)數(shù)據(jù)按照俯仰、方位兩個方向進(jìn)行傅立 葉展開，傅立葉級數(shù)的常數(shù)項(xiàng)系數(shù)代表反射鏡調(diào)整誤差I(lǐng)x。，Iytl,綜合脫靶量為x，y兩個方
向的合成誤差，即么=批,-ξχ0)2 +(ξγι -ξγ0)2，最大動態(tài)誤差μ = limax。若對測量精度
要求很高，則可對軸系晃動進(jìn)行進(jìn)一步修正。本發(fā)明采用兩個反射鏡從靶標(biāo)工作光路的最后一級分離出一束光，穿過旋轉(zhuǎn)支臂 5上的通光窗口 16，將其引到靶標(biāo)的背面，再通過固定于回轉(zhuǎn)軸12末端的折轉(zhuǎn)反射鏡20將 目標(biāo)光束35的大角度運(yùn)動轉(zhuǎn)化為檢測光束22的小角度運(yùn)動，采用固定在三維調(diào)整座28上 的記錄傳感器27接收成像，從而記錄靶標(biāo)光束的實(shí)時變化情況，以評估光學(xué)動態(tài)靶標(biāo)的動 態(tài)精度。本發(fā)明的工作動力來自驅(qū)動電機(jī)18，軸角編碼器17用于記錄旋轉(zhuǎn)支臂5的角度 位置，準(zhǔn)直光管2出射的光束經(jīng)大反射鏡14反射形成引導(dǎo)經(jīng)緯儀11工作的目標(biāo)光束35， 直角反射鏡13獲取的部分目標(biāo)光束反射后照射到折轉(zhuǎn)反射鏡20上，折轉(zhuǎn)反射鏡20主要作 用是調(diào)整檢測用光束19的方向，使其反射后與回轉(zhuǎn)軸12的夾角盡量小，使固定在三維調(diào)整 座28上的記錄傳感器27可以接收；由于大反射鏡14與直角反射鏡13采用膠接的方法固 定在一起，根據(jù)平面反射元件傳遞幾何光線的性質(zhì)，檢測光束22的變化直接反應(yīng)了目標(biāo)光 束35的變化情況，通過數(shù)據(jù)記錄及處理模塊34對所記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理即可獲得靶標(biāo)的 動態(tài)精度。
權(quán)利要求
大型光電經(jīng)緯儀動態(tài)測角精度的檢測裝置，包括準(zhǔn)直光管(2)、反射鏡壓板(4)、旋轉(zhuǎn)支臂(5)和精密滾動軸承(6)，其特征在于，該裝置還包括回轉(zhuǎn)軸(12)、直角反射鏡(13)、大反射鏡(14)、角度座(15)、軸角編碼器(17)、驅(qū)動電機(jī)(18)、折轉(zhuǎn)反射鏡(20)、折轉(zhuǎn)反射鏡座(21)、靶標(biāo)基座、公用平臺(26)、記錄傳感器(27)、傳感器調(diào)整機(jī)構(gòu)和數(shù)據(jù)存儲及處理模塊(34)，準(zhǔn)直光管(2)固定在旋轉(zhuǎn)支臂(5)的一端；旋轉(zhuǎn)支臂(5)上開設(shè)有通光窗口(16)，旋轉(zhuǎn)支臂(5)的另一端固定有角度座(15)；大反射鏡(14)通過反射鏡壓板(4)固定在角度座(15)上，直角反射鏡(13)膠接在大反射鏡(14)上；回轉(zhuǎn)軸(12)固定在旋轉(zhuǎn)支臂(5)的中部，并通過精密滾動軸承(6)套在靶標(biāo)基座的軸承安裝孔內(nèi)，形成回轉(zhuǎn)軸系；驅(qū)動電機(jī)(18)和軸角編碼器(17)套在靶標(biāo)基座內(nèi)，并與回轉(zhuǎn)軸(12)連接；折轉(zhuǎn)反射鏡(20)通過折轉(zhuǎn)反射鏡座(21)固定在回轉(zhuǎn)軸(12)的末端；靶標(biāo)基座固定在公用平臺(26)上；記錄傳感器(27)固定在傳感器調(diào)整機(jī)構(gòu)上，傳感器調(diào)整機(jī)構(gòu)固定在公用平臺(26)上；數(shù)據(jù)存儲及處理模塊(34)通過電纜(33)與記錄傳感器(27)連接，數(shù)據(jù)存儲及處理模塊(34)固定在公用平臺(26)上。
2.如權(quán)利要求1所述的大型光電經(jīng)緯儀動態(tài)測角精度的檢測裝置，其特征在于，所述 靶標(biāo)基座包括支撐架(23)、靶標(biāo)固緊機(jī)構(gòu)(24)和角度調(diào)整機(jī)構(gòu)(25)，所述回轉(zhuǎn)軸(12)通 過精密滾動軸承(6)套在支撐架(23)的軸承安裝孔內(nèi)，驅(qū)動電機(jī)(18)和軸角編碼器(17) 套在支撐架(23)的相應(yīng)安裝孔內(nèi)；所述支撐架(23)通過靶標(biāo)固緊機(jī)構(gòu)(24)和角度調(diào)整機(jī) 構(gòu)(25)固定在公用平臺(26)上。
3.如權(quán)利要求1所述的大型光電經(jīng)緯儀動態(tài)測角精度的檢測裝置，其特征在于，所述 傳感器調(diào)整機(jī)構(gòu)包括三維調(diào)整座(28)、絲杠(29)、螺母(30)、防轉(zhuǎn)螺釘(31)、底座(32)、絲 杠長槽(37)和底座中心孔(36)，所述記錄傳感器(27)固定在三維調(diào)整座(28)上，三維調(diào) 整座(28)固定在絲杠(29)的一端，絲杠(29)另一端旋入螺母(30)內(nèi)，防轉(zhuǎn)螺釘(31)固 定在底座(32)上，防轉(zhuǎn)螺釘(31)的一端插入絲杠長槽(37)內(nèi)，螺母(30)通過底座中心孔 (36)與底座(32)連接。
4.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的大型光電經(jīng)緯儀動態(tài)測角精度檢測裝置的使用方法， 其特征在于，該方法包括如下步驟步驟一、通過準(zhǔn)直光管(2)發(fā)出光束，并使該光束同時照射在大反射鏡(14)和直角反 射鏡(13)上；步驟二、通過調(diào)整靶標(biāo)基座，使經(jīng)過大反射鏡(14)反射的光束形成目標(biāo)光束(35)，利 用目標(biāo)光束(35)引導(dǎo)經(jīng)緯儀(11)進(jìn)行工作；步驟三、通過直角反射鏡(13)反射的光束形成檢測用光束(19)，檢測用光束(19)通過 通光窗口(16)穿過旋轉(zhuǎn)支臂(5)，照射在折轉(zhuǎn)反射鏡(20)上，通過調(diào)整傳感器調(diào)整機(jī)構(gòu)，使 經(jīng)過折轉(zhuǎn)反射鏡(20)反射的檢測光束(22)由記錄傳感器(27)接收并成像；步驟四、將驅(qū)動電機(jī)(18)通電，通過驅(qū)動電機(jī)(18)帶動旋轉(zhuǎn)支臂(5)轉(zhuǎn)動，使目標(biāo)光 束(35)的運(yùn)動軌跡包絡(luò)出一圓錐曲面，經(jīng)緯儀(11)在此光束引導(dǎo)下作方位、俯仰的變規(guī)律 運(yùn)動；與此同時，通過回轉(zhuǎn)軸(12)帶動折轉(zhuǎn)反射鏡(20)轉(zhuǎn)動，使檢測光束(22)作小角度的 運(yùn)動，記錄傳感器(27)以脫靶量形式實(shí)時記錄該光束的位置；步驟五、通過電纜(33)將上述脫靶量數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)存儲及處理模塊(34)，數(shù)據(jù)存儲 及處理模塊(34)對該數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將經(jīng)緯儀對目標(biāo)光束的測量數(shù)據(jù)與目標(biāo)光角束標(biāo)定值相比較，完成經(jīng)緯儀對動態(tài)測角精度的檢測。
5.如權(quán)利要求4所述的大型光電經(jīng)緯儀動態(tài)測角精度的檢測方法，其特征在于，所 述步驟五中數(shù)據(jù)存儲及處理模塊(34)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的方法是根據(jù)反射光學(xué)元件只 改變光束傳遞方向、而不改變光束運(yùn)動變化率的性質(zhì)，在靶標(biāo)旋轉(zhuǎn)的一個周期360°范圍 內(nèi)，間隔30°選取12點(diǎn)進(jìn)行測量，每一點(diǎn)的位置用中心坐標(biāo)即脫靶量ξχ ，Iyi表示，i = 1，. . .，n ；利用12點(diǎn)數(shù)據(jù)按照俯仰、方位兩個方向進(jìn)行傅立葉展開，傅立葉級數(shù)的常數(shù)項(xiàng)系 數(shù)代表折轉(zhuǎn)反射鏡(20)的調(diào)整誤差ξχ。，Iytl，綜合脫靶量為x，y兩個方向的合成誤差，即 o)2，最大動態(tài)誤差 μ = ι imax。
全文摘要
大型光電經(jīng)緯儀動態(tài)測角精度的檢測裝置及方法屬于光電觀測設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，該裝置包括準(zhǔn)直光管、旋轉(zhuǎn)支臂、回轉(zhuǎn)軸、直角反射鏡、大反射鏡、角度座、軸角編碼器、驅(qū)動電機(jī)、折轉(zhuǎn)反射鏡、靶標(biāo)基座、公用平臺、記錄傳感器、傳感器調(diào)整機(jī)構(gòu)和數(shù)據(jù)存儲及處理模塊；采用兩反射鏡從靶標(biāo)工作光路的最后一級分離出一束光，穿過旋轉(zhuǎn)支臂，將其引到靶標(biāo)的背面，再通過固定于回轉(zhuǎn)軸末端的折轉(zhuǎn)反射鏡將光束的大角度運(yùn)動轉(zhuǎn)化為小角度運(yùn)動，采用記錄傳感器接收成像，從而記錄靶標(biāo)光束的實(shí)時變化情況，并通過數(shù)據(jù)存儲及處理模塊對所記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理即獲得靶標(biāo)的動態(tài)精度。本發(fā)明能夠?qū)崟r記錄并測量動態(tài)靶標(biāo)的運(yùn)動參數(shù)的變化，可用于經(jīng)緯儀動態(tài)精度的測量。
文檔編號G01C25/00GK101949711SQ20101026152
公開日2011年1月19日 申請日期2010年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月25日
發(fā)明者卓仁善 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所