本發(fā)明涉及一種測角方法，具體地，涉及一種基于光電自準(zhǔn)直儀的衛(wèi)星高精度測角方法。

背景技術(shù)：

衛(wèi)星地面總裝時(shí)，需要獲得星上各精度單機(jī)相互之間的視軸指向關(guān)系，直接測量被測儀器的視軸在實(shí)際操作過程中存在諸多困難，因此在衛(wèi)星總裝精測過程中一般通過被測設(shè)備上安裝的立方鏡的鏡面法向光軸指向代替視軸指向?qū)嵤y量。目前廣泛采用經(jīng)緯儀測量系統(tǒng)進(jìn)行測量，即利用多臺規(guī)則分布經(jīng)緯儀的準(zhǔn)直與互瞄獲得被測鏡面之間的角度信息，進(jìn)而解算被測鏡面法向矢量空間夾角關(guān)系。測量過程中主要依靠人眼進(jìn)行準(zhǔn)直與互瞄等操作，測量過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并且考慮到被測靶標(biāo)的線寬和人眼視覺的差異，且往往造成較大誤差。已經(jīng)無法完全滿足新一代高軌、高分辨率遙感衛(wèi)星對星載儀器相互之間的視軸指向精度提出的安裝和測量要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于光電自準(zhǔn)直儀的衛(wèi)星高精度測角方法，其通過多臺自準(zhǔn)直儀器自動獲取被測鏡面的空間微小角度變化，結(jié)合后臺合理的數(shù)學(xué)解算，得到被測鏡面法向的空間夾角關(guān)系，在利用自準(zhǔn)直儀超高精度測量能力的前提下，能夠避免人為操作(準(zhǔn)直、互瞄和讀數(shù))引起的測量誤差，進(jìn)一步提高衛(wèi)星測角精度，具有兼容多次測量、計(jì)算快捷、測量精度高等優(yōu)點(diǎn)。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種基于光電自準(zhǔn)直儀的衛(wèi)星高精度測角方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一，將衛(wèi)星固支放置于轉(zhuǎn)臺上，該狀態(tài)記為“狀態(tài)一”；

步驟二，采用兩臺自準(zhǔn)直儀分別瞄準(zhǔn)兩臺單機(jī)上的立方鏡，并且調(diào)整自準(zhǔn)直儀的位置，使得自準(zhǔn)直儀測量光路與對應(yīng)被測立方鏡面垂直；

步驟三，將轉(zhuǎn)臺繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)微小角度；

步驟四，獲得兩臺單機(jī)上立方鏡被測鏡面的角度偏轉(zhuǎn)量，并計(jì)算得到兩臺自準(zhǔn)直儀在傳感器屏幕上的像點(diǎn)坐標(biāo)；

步驟五，再次將轉(zhuǎn)臺繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；

步驟六，再次獲得的兩臺單機(jī)上立方鏡被測鏡面的角度偏轉(zhuǎn)量，并換算得到兩臺自準(zhǔn)直儀在傳感器屏幕上的像點(diǎn)坐標(biāo)；

步驟七，通過數(shù)學(xué)解算，獲得旋轉(zhuǎn)軸在兩臺自準(zhǔn)直儀固連坐標(biāo)系下的單位化向量表示，記為

步驟八，對衛(wèi)星姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，使得衛(wèi)星的旋轉(zhuǎn)軸發(fā)生角度偏移，該狀態(tài)記為“狀態(tài)二”；

步驟九，重復(fù)步驟三至六；

步驟十，通過數(shù)學(xué)解算，獲得旋轉(zhuǎn)軸在兩臺自準(zhǔn)直儀固連坐標(biāo)系下的單位化向量表示，記為

步驟十一，最終根據(jù)解算得到被測鏡面的空間矢量夾角。

優(yōu)選地，所述步驟四記通過自準(zhǔn)直儀獲得立方鏡被測鏡面的角度偏轉(zhuǎn)量為α，記自準(zhǔn)直儀像點(diǎn)在傳感器屏幕上的像點(diǎn)坐標(biāo)變化量為d，根據(jù)自準(zhǔn)直儀內(nèi)置物鏡的焦距f，結(jié)合公式d＝2α×f，得到本次轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)后自準(zhǔn)直儀在傳感器屏幕上的像點(diǎn)坐標(biāo)的數(shù)值。

優(yōu)選地，所述步驟八采用在兩軸轉(zhuǎn)臺與衛(wèi)星之間墊墊塊的方式，使得衛(wèi)星姿態(tài)實(shí)現(xiàn)調(diào)整，之后仍然需要采用緊固件固支連接，以確保測量過程中衛(wèi)星不出現(xiàn)整體移動。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：一，本發(fā)明采用新一代高精度測量設(shè)備光電自準(zhǔn)直儀，相對于傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀衛(wèi)星測角方法，測量過程可以實(shí)現(xiàn)自動獲取數(shù)據(jù)，無需人工準(zhǔn)直及讀取數(shù)據(jù)等能力，避免了傳統(tǒng)方法中人員操作產(chǎn)生的誤差，且角度解算過程均為代數(shù)計(jì)算，最復(fù)雜的求解步驟只是尋找一個(gè)三階實(shí)對稱矩陣的特征向量，具有兼容多次測量、計(jì)算快捷、測量精度高等優(yōu)點(diǎn)，且可以通過增加測量次數(shù)進(jìn)一步提高系統(tǒng)測量精度，具有較為顯著的工程應(yīng)用價(jià)值。二，本發(fā)明不同于傳統(tǒng)的采用經(jīng)緯儀的衛(wèi)星測角方法，測量設(shè)備采用高精度光電自準(zhǔn)直儀，其測角精度較經(jīng)緯儀提高一個(gè)量級。三，本發(fā)明測量時(shí)自動獲取數(shù)據(jù)，衛(wèi)星及測量設(shè)備無需調(diào)整水平，無需人工準(zhǔn)直及互瞄，避免了經(jīng)緯儀方法中的人員操作誤差及測量工裝設(shè)備制造偏差的影響。四，基于光電自準(zhǔn)直儀測角原理，本發(fā)明提出了一種角度的后臺解算算法，該算法最復(fù)雜的求解步驟只是尋找一個(gè)三階是對稱矩陣的特征向量，解算精度極高。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯：

圖1為本發(fā)明基于光電自準(zhǔn)直儀的衛(wèi)星高精度測角方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，本發(fā)明基于光電自準(zhǔn)直儀的衛(wèi)星高精度測角方法包括以下步驟：

步驟一，將衛(wèi)星固支放置于轉(zhuǎn)臺上，該狀態(tài)記為“狀態(tài)一”；具體地，可將衛(wèi)星放置于兩軸轉(zhuǎn)臺上，放置時(shí)可隨意放置，無需任何調(diào)整，并采用緊固件固支連接，應(yīng)確保在測量過程中衛(wèi)星處于穩(wěn)定狀態(tài)，不出現(xiàn)整體移動。

步驟二，采用兩臺自準(zhǔn)直儀(記為自準(zhǔn)直儀A、B)分別瞄準(zhǔn)兩臺單機(jī)(記為單機(jī)a、b)上的立方鏡，并且調(diào)整自準(zhǔn)直儀的位置，使得自準(zhǔn)直儀測量光路與對應(yīng)被測立方鏡面垂直，即自準(zhǔn)直儀傳感器屏幕上的像點(diǎn)與屏幕中心重合；具體地，也可以通過保證自準(zhǔn)直儀測得的角度為零(自準(zhǔn)直儀的入射光與反射光重合)進(jìn)而保證自準(zhǔn)直儀與被測鏡面垂直。

步驟三，將轉(zhuǎn)臺繞旋轉(zhuǎn)軸(記為L)旋轉(zhuǎn)一個(gè)設(shè)定角度；具體地，考慮到自準(zhǔn)直儀的測角范圍一般為0″～2000″，且本測量方法需要至少旋轉(zhuǎn)兩次方可獲得完整的測量數(shù)據(jù)，因此旋轉(zhuǎn)時(shí)的設(shè)定角度應(yīng)保證不超過1000″。

步驟四，獲得兩臺單機(jī)a、b上立方鏡被測鏡面的角度偏轉(zhuǎn)量，并計(jì)算得到兩臺自準(zhǔn)直儀A、B在傳感器屏幕上的像點(diǎn)坐標(biāo)；具體地，記通過自準(zhǔn)直儀獲得立方鏡被測鏡面的角度偏轉(zhuǎn)量為α，記自準(zhǔn)直儀像點(diǎn)在傳感器屏幕上的像點(diǎn)坐標(biāo)的變化量為d，根據(jù)自準(zhǔn)直儀內(nèi)置物鏡的焦距f，結(jié)合公式d＝2α×f，可以得到本次轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)后自準(zhǔn)直儀A、B傳感器屏幕上的像點(diǎn)坐標(biāo)的數(shù)值，分別記單機(jī)a被測鏡面法向在自準(zhǔn)直儀A傳感器屏幕上的像點(diǎn)坐標(biāo)為單機(jī)b被測鏡面法向在自準(zhǔn)直儀B傳感器屏幕上的像點(diǎn)坐標(biāo)為

步驟五，再次將轉(zhuǎn)臺繞旋轉(zhuǎn)軸L旋轉(zhuǎn)一個(gè)設(shè)定角度；步驟五的具體內(nèi)容同步驟三的內(nèi)容。

步驟六，再次獲得的兩臺單機(jī)a、b上立方鏡被測鏡面的角度偏轉(zhuǎn)量，并換算得到兩臺自準(zhǔn)直儀A、B傳感器屏幕上的像點(diǎn)坐標(biāo)；具體地，獲得自準(zhǔn)直儀像點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算方式同步驟四，此時(shí)記單機(jī)a被測鏡面法向在自準(zhǔn)直儀A傳感器屏幕上的像點(diǎn)坐標(biāo)為單機(jī)b被測鏡面法向在自準(zhǔn)直儀B傳感器屏幕上的像點(diǎn)坐標(biāo)為

步驟七，通過數(shù)學(xué)解算，獲得旋轉(zhuǎn)軸L在兩臺自準(zhǔn)直儀A、B固連坐標(biāo)系下的單位化向量表示，記為具體地，記自準(zhǔn)直儀A固連坐標(biāo)系為O_AX_AY_AZ_A，自準(zhǔn)直儀B固連坐標(biāo)系為O_BX_BY_BZ_B?？紤]在初始時(shí)刻，自準(zhǔn)直儀與被測鏡面垂直，則此時(shí)單機(jī)a被測鏡面法向在自準(zhǔn)直儀A固連坐標(biāo)系下的矢量表示(記做)為(1 0 0)^T，則此時(shí)單機(jī)b被測鏡面法向在自準(zhǔn)直儀B固連坐標(biāo)系下的矢量表示(記做)為(1 0 0)^T。實(shí)施步驟(4)操作后，由單機(jī)a被測鏡面法向在自準(zhǔn)直儀A傳感器屏幕上的像點(diǎn)坐標(biāo)單機(jī)b被測鏡面法向在自準(zhǔn)直儀B傳感器屏幕上的像點(diǎn)坐標(biāo)可以計(jì)算此時(shí)a被測鏡面法向在自準(zhǔn)直儀A固連坐標(biāo)系下的矢量表示(記做)變?yōu)閱螜C(jī)b被測鏡面法向在自準(zhǔn)直儀B固連坐標(biāo)系下的矢量表示(記做)變?yōu)橥?，?shí)施步驟(6)操作后，可以計(jì)算此時(shí)a被測鏡面法向在自準(zhǔn)直儀A固連坐標(biāo)系下的矢量表示(記做)變?yōu)閱螜C(jī)b被測鏡面法向在自準(zhǔn)直儀B固連坐標(biāo)系下的矢量表示(記做)變?yōu)榇藭r(shí)可以通過計(jì)算公式和獲得旋轉(zhuǎn)軸L在自準(zhǔn)直以A、B固連坐標(biāo)系下的單位化向量標(biāo)示，記為

步驟八，對衛(wèi)星姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，使得衛(wèi)星的旋轉(zhuǎn)軸發(fā)生角度偏移，該狀態(tài)記為“狀態(tài)二”，此時(shí)新的旋轉(zhuǎn)軸記為L′；具體地，可以采用在兩軸轉(zhuǎn)臺與衛(wèi)星之間墊墊塊的方式，使得衛(wèi)星姿態(tài)實(shí)現(xiàn)調(diào)整，之后仍然需要采用緊固件固支連接，以確保測量過程中衛(wèi)星不出現(xiàn)整體移動。

步驟九，重復(fù)步驟三至六；

步驟十，通過數(shù)學(xué)解算，獲得旋轉(zhuǎn)軸L′在兩臺自準(zhǔn)直儀A、B固連坐標(biāo)系下的單位化向量表示，記為具體計(jì)算方法同步驟七。

步驟十一，最終根據(jù)解算得到被測鏡面的空間矢量夾角。具體地，首先定義中間過度矢量和不難利用表示出和記做

式中的α₁，β₁，γ₁，α₂，β₂，γ₂為常系數(shù)。進(jìn)而可以獲得兩單機(jī)視準(zhǔn)軸的空間矢量夾角

本發(fā)明不同于傳統(tǒng)的采用經(jīng)緯儀的衛(wèi)星測角方法，本發(fā)明的自準(zhǔn)直儀(測量設(shè)備)為高精度光電自準(zhǔn)直儀，其測角精度較經(jīng)緯儀提高一個(gè)量級。

測量時(shí)自動獲取數(shù)據(jù)，衛(wèi)星及測量設(shè)備無需調(diào)整水平，無需人工準(zhǔn)直及互瞄，避免了人員操作誤差及測量工裝設(shè)備制造偏差的影響。

基于光電自準(zhǔn)直儀測角原理，提出了一種角度的后臺解算算法，該算法最復(fù)雜的求解步驟只是尋找一個(gè)三階是對稱矩陣的特征向量，解算精度極高。

以上對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。