專利名稱：：一種利用三軸轉(zhuǎn)臺測試紫外敏感器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬光學(xué)敏感器
技術(shù)領(lǐng)域：
，可用于檢測紫外敏感器的儀器精度。技術(shù)背景我國現(xiàn)階段可用于航天器姿態(tài)測量任務(wù)的大視場成像式光學(xué)姿態(tài)敏感器，主要是指紫外月球敏感器和紫外地球敏感器。其中紫外月球敏感器已經(jīng)在嫦娥一號衛(wèi)星的飛行實驗中獲得成功，紫外地球敏感器尚處于研發(fā)階段。這兩種光學(xué)姿態(tài)敏感器的工作原理、功能組成基本相同，可統(tǒng)稱為紫外敏感器，屬于較新的航天產(chǎn)品。其功能是以月球或地球為觀測對象，以測量衛(wèi)星等航天器在軌道坐標(biāo)系中的姿態(tài)。紫外敏感器是一種成像式光學(xué)敏感器，它首先需要對月球或地球拍攝圖像，然后通過圖像處理算法檢測出月球或地球圓盤的邊緣，最終完成姿態(tài)測量任務(wù)。紫外敏感器所得到的姿態(tài)，實質(zhì)是月心或地心方向偏離紫外敏感器測量坐標(biāo)系的角度，即俯仰角和滾動角。在紫外敏感器交付之前，應(yīng)對其姿態(tài)角測量精度做出準(zhǔn)確評定。只有當(dāng)其儀器精度滿足飛行任務(wù)要求時，才能在航天器上安裝使用。一般可以利用兩軸轉(zhuǎn)臺和大型月球(或地球)模擬器進(jìn)行紫外敏感器的精度測試。測試系統(tǒng)如圖1所示，包括兩軸轉(zhuǎn)臺1、轉(zhuǎn)臺外框軸2、轉(zhuǎn)臺內(nèi)框軸3、紫外敏感器4、大型月球或地^^莫擬器5。把紫外敏感器安裝在轉(zhuǎn)臺的工作臺面上，使其光軸對月^Mt擬器中心。此時紫外敏感器輸出的俯仰角和滾動角均應(yīng)為0。將轉(zhuǎn)臺兩軸轉(zhuǎn)過一定角度后，紫外敏感器輸出一定俯仰角和滾動角。分別將敏感器的俯仰角與轉(zhuǎn)臺內(nèi)框軸轉(zhuǎn)角、滾動角與轉(zhuǎn)臺外框軸轉(zhuǎn)角進(jìn)行比較，可以得到紫外敏感器的測量誤差。當(dāng)紫外敏感器光學(xué)中心與轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心(即外框軸延長線與內(nèi)框軸交點(diǎn))重合時，轉(zhuǎn)臺外框軸轉(zhuǎn)角等于敏感器理論滾動角，轉(zhuǎn)臺內(nèi)框轉(zhuǎn)角等于敏感器理論俯仰角。若紫外敏感器光學(xué)中心與轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心雖不重合但相距很近時，仍然可以認(rèn)為轉(zhuǎn)臺外框軸轉(zhuǎn)角等于敏感器理論滾動角，轉(zhuǎn)臺內(nèi)框轉(zhuǎn)角等于敏感器理論俯仰角。因此采用圖示方式可以比較方便地評價出紫外敏感器的測量精度。當(dāng)紫外敏感器光學(xué)中心到月球模擬器發(fā)光圓面的距離，與紫外敏感器光學(xué)中心到轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心的距離之比大于100，即可認(rèn)為紫外敏感器光學(xué)中心與轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心相距很近。由于紫外敏感器往往需要具有導(dǎo)航功能，即除測量俯仰角、滾動角之外，還需測量偏航角，因此兩軸轉(zhuǎn)臺不能滿足紫外敏感器的測試要求，需要使用三軸轉(zhuǎn)臺進(jìn)行測試。在測試時，以月球模擬器為紫外敏感器的觀測目標(biāo)，可檢測紫外敏感器俯仰角和滾動角測量精度；紫外敏感器同時觀測星模擬器或太陽模擬器，可檢測紫外敏感器偏航角測量精度。使用三軸轉(zhuǎn)臺雖然可對紫外敏感器進(jìn)行三軸姿態(tài)測量精度測試，但又會帶來其他問題妨礙測試的進(jìn)行。一般會出現(xiàn)以下兩種情況情況一如圖2a所示，測試系統(tǒng)包括三軸轉(zhuǎn)臺21、轉(zhuǎn)臺外框軸22、轉(zhuǎn)臺內(nèi)框軸23、轉(zhuǎn)臺中框軸24、紫外敏感器25、大型月球或地球模擬器26。紫外敏感器光學(xué)中心與轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心重合或距離很近。此時可認(rèn)為轉(zhuǎn)臺外框軸轉(zhuǎn)角等于敏感器理論滾動角，轉(zhuǎn)臺中框轉(zhuǎn)角等于敏感器理論俯仰角。因而可直接將敏感器的俯仰角與轉(zhuǎn)臺中框軸轉(zhuǎn)角、滾動角與轉(zhuǎn)臺外框軸轉(zhuǎn)角進(jìn)行比較，得到紫外敏感器的測量誤差。但由于紫外敏感器視場角大，可達(dá)150°以上，若采用圖2a所示的轉(zhuǎn)臺，則需要轉(zhuǎn)臺中框具有很大的結(jié)構(gòu)尺寸，一般中框的軸向長度不能小于1600mm，否則框架會遮擋紫外敏感器視場。這樣的轉(zhuǎn)臺將非常龐大，制造費(fèi)用昂貴，4艮不利于生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝和使用，一種轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)示意圖如圖7所示，中框軸為41，內(nèi)框軸為42,外框軸為43。一種能滿足紫外敏感器測試要求的此種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)臺，重量不低于1900kg，造價不低于人民幣250萬元。若采用圖2b所示的轉(zhuǎn)臺，測試系統(tǒng)包括三軸轉(zhuǎn)臺31、轉(zhuǎn)臺外框軸32、轉(zhuǎn)臺內(nèi)框軸33、轉(zhuǎn)臺中框軸34、紫外敏感器35、大型月球或地^^莫擬器36。則轉(zhuǎn)臺中框尺寸小，轉(zhuǎn)臺體積較小和重量較輕，制造費(fèi)用低，便于生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝和使用，一種轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)示意圖如圖8所示，中框軸為51,內(nèi)框軸為52,外框軸為53，其重量不足350kg，造價低于人民幣70萬元。但使用此類轉(zhuǎn)臺最主要的問題是紫外敏感器光學(xué)中心與轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心距離較遠(yuǎn)，紫外敏感器光學(xué)中心到月球模擬器發(fā)光圓面的距離，與紫外敏感器光學(xué)中心到轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心的距離之比遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于100，轉(zhuǎn)臺外框軸轉(zhuǎn)角與敏感器理論滾動角、中框轉(zhuǎn)角與敏感器理論俯仰角并不相等，因此不能通過直接比較敏感器的俯仰角與轉(zhuǎn)臺中框軸轉(zhuǎn)角、滾動角與轉(zhuǎn)臺外框軸轉(zhuǎn)角，得到紫外敏感器的測量誤差。這嚴(yán)重妨礙了紫外敏感器的精度測試，必須加以克服。國內(nèi)外未見有與上述測試問題、測試方法相關(guān)的資料和報道。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明解決的技術(shù)問題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用三軸轉(zhuǎn)臺測試紫外^:感器方法，利用此方法可以在紫外每文感器光學(xué)中心與轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心距離較遠(yuǎn)且敏感器與模擬器相距較近時進(jìn)行紫外敏感器的精度測試，避免了使用具有4艮大的結(jié)構(gòu)尺寸、體積龐大的三軸轉(zhuǎn)臺。本發(fā)明所釆用的技術(shù)解決方案一種利用三軸轉(zhuǎn)臺測試紫外敏感器的方法，其特征在于包括以下步驟(1)建立一個實驗坐標(biāo)系，并測量月球模擬器中心、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心在實驗坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，確定紫外敏感器在工作臺面上的安裝位置及方向，測量轉(zhuǎn)臺工作臺面到轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心的距離，測量月球模擬器發(fā)光面半徑；(2)確保月球模擬器處于紫外敏感器的視場范圍內(nèi)時，使三軸轉(zhuǎn)臺處于任意一轉(zhuǎn)角位置，在月球模擬器發(fā)光面邊緣上選取n個點(diǎn)，計算各個點(diǎn)在紫外敏感器測量坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，所述的n^36,這n個點(diǎn)所形成的圓弧的圓心角不小于180°;(3)將在月球模擬器發(fā)光面邊緣上選取的n個點(diǎn)與紫外敏感器光學(xué)中心連線，形成一以紫外敏感器光學(xué)中心為頂點(diǎn)的圓錐，這個圓錐的回轉(zhuǎn)軸線所表征的方向即為月心方向矢量；(4)用最小二乘法求出月心方向矢量在紫外敏感器測量坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，并由歐拉轉(zhuǎn)角7>式轉(zhuǎn)化為俯仰角和滾動角，該俯仰角和滾動角即為紫外月球敏感器此時的俯仰角和滾動角的理論值，將紫外敏感器實際輸出的俯仰角和滾動角與理論值分別進(jìn)行比較，即可得到紫外壽文感器測量誤差。步驟(1)中所述的實驗坐標(biāo)系的原點(diǎn)可取為三軸轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心Ozt,以轉(zhuǎn)臺位于零位時外框軸、中框軸和內(nèi)框軸作為實驗室坐標(biāo)的三個坐標(biāo)軸乂zt、Vzt和Zzt,步驟(2)中所述的紫外敏感器測量坐標(biāo)系的原點(diǎn)Ouvs可取為紫外敏感器的光學(xué)中心，垂直于頂部圓面且指向紫外敏感器外部空間的矢量作為測量坐標(biāo)系的Zuvs軸；以經(jīng)過原點(diǎn)、垂直于紫外敏感器頂面且指向紫外敏感器外部空間的矢量作為測量坐標(biāo)系的Xuvs軸；測量系中y^軸的定義符合笛卡爾坐標(biāo)系的定義規(guī)則。設(shè)所述的月球i^莫擬器發(fā)光面邊緣上的一點(diǎn)A與紫外壽文感器光學(xué)中心Ouvs的連線是^，則A點(diǎn)在紫外敏感器測量坐標(biāo)系中的坐標(biāo)J,，4么的計算公式如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>對&進(jìn)行規(guī)一化，得到單位矢量^i,計算步驟如下:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>其中"為轉(zhuǎn)臺外框相對基準(zhǔn)零位的轉(zhuǎn)角；3為轉(zhuǎn)臺中框相對基準(zhǔn)零位的轉(zhuǎn)角；K為轉(zhuǎn)臺內(nèi)框相對基準(zhǔn)零位的轉(zhuǎn)角；A為紫外敏感器光學(xué)中心到轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心的距離；/2為月球模擬器平面到轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心的距離；i為模擬器發(fā)光圓面半徑，月^^莫擬器的發(fā)光圓面為Q，其圓心為Ote,Za與Q相交于C點(diǎn)。O,s點(diǎn)與C點(diǎn)連線在水平方向投影長度為cfh,在鉛垂方向投影長度為c^，w為A點(diǎn)、Ote點(diǎn)間連線與水平面的夾角。按照上述計算過程得到n個點(diǎn)與紫外敏感器光學(xué)中心Ouvs連線進(jìn)行歸一化后的單位矢量0cfjf,-)、(x2s,y2s,Z2s).....(xf)。設(shè)月心方向矢量g在紫外敏感器測量坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(;cf,^,《)，則有下式成立<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>采用最小二乘法對上式進(jìn)行求解，得到(xf,乂,zf)以及/,由(x，,乂,zf)可得到俯仰角和滾動角的理論值(9*和^*，與紫外敏感器輸出的俯仰角和滾動角的實際值6和②對比即可以得到紫外敏感器的測量誤差。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果本發(fā)明成功實現(xiàn)了利用三軸轉(zhuǎn)臺在紫外敏感器光學(xué)中心與轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心距離較遠(yuǎn)且敏感器與模擬器相距較近時對紫外敏感器的精度測試，而且所使用的三軸轉(zhuǎn)臺的尺寸小，成本低。如果利用現(xiàn)有技術(shù)，由于不能根據(jù)轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)角度數(shù)獲得紫外敏感器姿態(tài)角理論值，也就不能使用圖2b所示轉(zhuǎn)臺對紫外敏感器進(jìn)行精度測試，使得此項測試必須依賴大型轉(zhuǎn)臺才能進(jìn)行；而采用本發(fā)明的方法，可以在紫外敏感器光學(xué)中心遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心時，由轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)角度數(shù)計算得到紫外敏感器姿態(tài)角理論值，使得利用如圖2b所示中小型轉(zhuǎn)臺對紫外敏感器進(jìn)行精度測試成為可能，從而擺脫了對造價昂貴的大型轉(zhuǎn)臺的依賴。本發(fā)明已經(jīng)用于"嫦娥一號，，衛(wèi)星紫外敏感器的精度測試，有效地保證了該儀器飛行實驗成功。圖1為用兩軸轉(zhuǎn)臺進(jìn)行紫外敏感器測試的示意圖；圖2為用三軸轉(zhuǎn)臺進(jìn)行紫外敏感器測試的示意圖，其中圖2a為紫外敏感器光學(xué)中心與轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心重合時的情況，圖2b為紫外敏感器光學(xué)中心與轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心不重合時的情況；圖3為本發(fā)明所建立的實驗坐標(biāo)系示意圖；圖4為本發(fā)明所使用的大型月球模擬器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明所測試的一種紫外敏感器示意圖，其中圖5a為主視圖，圖5b為左視圖，圖5c為俯視圖；圖6為本發(fā)明采用的紫外敏感器以月球為目標(biāo)進(jìn)行姿態(tài)測量的示意圖；圖7為一種工作臺面不超出回轉(zhuǎn)中心的三軸轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)示意圖j圖8為本發(fā)明采用的一種三軸轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式本發(fā)明所需采用的測試儀器為三軸轉(zhuǎn)臺、月球模擬器以及待測的紫外敏感器，分別如圖8、圖4、圖5所示。如圖4所示，大型月Ji^莫擬器由殼體301、紫外燈管302、勻光板303、底座304等幾個主要部分組成。殼體301為一鋁制一端封閉的中空圓柱；殼體301封閉的一端內(nèi)部平面上，固連有不少于45枝紫外燈管302，燈管環(huán)繞殼體中心以》丈射狀排列；在殼體301未封閉的一端，固連有一由光學(xué)玻璃制成的圓形勻光板303,勻光板303表面做磨毛處理；鑄鐵制底座固連在殼體下部，起支撐殼體的作用；大型月球模擬工作時，紫外燈管302通電發(fā)出可見光及近紫外光照亮勻光板303，勻光板303此時呈現(xiàn)為一明亮的圓盤，籍此模擬在近月空間所觀察到的月球圓盤的幾何特性及輻射特征；由于勻光板303明亮而殼體不發(fā)光且為黑色，故可在勻光板邊緣可形成較為強(qiáng)烈的明暗對比，籍此可模擬明亮的月球圓盤邊緣與黑暗的太空背景之間的反差。如圖5所示，紫外敏感器主要由兩個相互固連的部分光學(xué)系統(tǒng)101和電路箱102組成。如圖6所示，為紫外敏感器以月球為目標(biāo)進(jìn)行姿態(tài)測量的示意圖，在近月空間的紫外敏感器視場203內(nèi)，紫外敏感器202所觀測到的月面呈現(xiàn)為一個明亮的圓盤，紫外敏感器202首先拍攝月球201圖像，利用明亮的月球圓盤與黑暗的太空背景之間的亮度反差，從圖像中檢測出月球圓盤的邊緣，根據(jù)類似"三點(diǎn)定圓心"的原理，計算出月心方向矢量在紫外敏感器測量坐標(biāo)中的坐標(biāo)，最后由歐拉轉(zhuǎn)角公式將以方向余弦表示的月心方向矢量轉(zhuǎn)化為俯仰角和滾動角，即得到衛(wèi)星相對于月球的姿態(tài)。本發(fā)明的一種利用三軸轉(zhuǎn)臺測試紫外敏感器的方法，主要用于解決當(dāng)模擬目標(biāo)物距較近、且光學(xué)敏感器光學(xué)中心與轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心相距較遠(yuǎn)所導(dǎo)致的轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)角與敏感器輸出姿態(tài)角不對應(yīng)時，敏感器測量精度的檢驗問題。本發(fā)明的方法包括以下步驟(1)建立一個適當(dāng)?shù)膶嶒炞鴺?biāo)系，測出的月球模擬器中心、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心在實驗坐標(biāo)系中的坐標(biāo)、紫外敏感器在工作臺面上的安裝位置及方向、轉(zhuǎn)臺工作臺面到轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心的距離、月^^莫擬器發(fā)光面半徑；(2)通過采用坐標(biāo)系平移和坐標(biāo)系轉(zhuǎn)動的方法，求出當(dāng)三軸轉(zhuǎn)臺處于某一轉(zhuǎn)角位置時，月^^莫擬器發(fā)光面邊緣上點(diǎn)在紫外敏感器測量坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。(3)月球模擬器發(fā)光面邊緣上所有點(diǎn)與紫外敏感器光學(xué)中心的連線，形成一以紫外^:感器光學(xué)中心為頂點(diǎn)的圓錐，這個圓錐的回轉(zhuǎn)軸線所表征的就是月心方向矢量。(4)用最小二乘法求出月心方向矢量在紫外敏感器測量坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，并由歐拉轉(zhuǎn)角公式轉(zhuǎn)化為俯仰角和滾動角。該俯仰角和滾動角即位為紫外月球敏感器此時的俯仰角和滾動角的理論值。將紫外敏感器實際輸出的俯仰角和滾動角與理論值分別進(jìn)行比較，即可得到紫外敏感器測量誤差。本發(fā)明的詳細(xì)實現(xiàn)過程如下(1)建立一個如圖3所示的實驗室坐標(biāo)系。該坐標(biāo)系的原點(diǎn)可取為三軸轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心Ozt。以轉(zhuǎn)臺位于零位時外框軸、中框軸和內(nèi)框軸作為實驗室坐標(biāo)的三個坐標(biāo)軸Xzt、Yzt和Zzt。Ouvs為紫外敏感器的光學(xué)中心，Xuvs、丫uvs和Zuvs分別為紫外每丈感器測量坐標(biāo)坐系的三個坐標(biāo)軸。Q為大型月球模擬器的發(fā)光圓面，其圓心為O,s。Zzt與Q相交于C點(diǎn)。O!s點(diǎn)與C點(diǎn)連線在水平方向投影長度為dh,在鉛垂方向投影長度為dv。在利用三軸轉(zhuǎn)臺測試紫外敏感器精度時，需要先確定轉(zhuǎn)臺外框、中框的基準(zhǔn)零位，紫外敏感器光學(xué)中心到轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心的距離厶；月球模擬器平面到轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心的距離厶；轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心偏離月球模擬器中心法線的垂直距離夂和水平距離《，供后續(xù)程序使用。(2)計算大型月球模擬器發(fā)光圓面邊緣上一點(diǎn)A到紫外敏感器光學(xué)中心Ouvs間連線""，在紫外敏感器測量坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(《，K,ZJ，計算步驟如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>大型月球模擬器發(fā)光圓面邊緣上一點(diǎn)A在實驗坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(dv+Rcosco,dv+Rsinco，12)。當(dāng)轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)角為(a,5，y)時，紫外敏感器中心Ouvs在實驗坐標(biāo)系中的坐才示為(1isin5,Lcos5sina,liCos5cosa)。J與6L連線所對應(yīng)的矢量在實驗坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為《一A'sin5+7■cos"《一A.cos*.shm+i.sin"/2—A.cos^.COS"當(dāng)轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)角為("，5，時，按照1-2-3轉(zhuǎn)序從實驗坐標(biāo)系到紫外敏感器坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換陣為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>則^與0^連線所對應(yīng)的矢量在紫外敏感器坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(l4為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>對。進(jìn)行規(guī)一化，得到單位矢量0，計算步驟如下其中"為轉(zhuǎn)臺外框相對基準(zhǔn)零位的轉(zhuǎn)角；5為轉(zhuǎn)臺中框相對基準(zhǔn)零位的轉(zhuǎn)角；K為轉(zhuǎn)臺內(nèi)框相對基準(zhǔn)零位的轉(zhuǎn)角；A為紫外敏感器光學(xué)中心到轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心的距離；/2為月球模擬器平面到轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心的距離；W為模擬器發(fā)光圓面半徑；w為大型月球模擬器發(fā)光圓面邊緣上點(diǎn)J與發(fā)光圓面中心^連線與水平面間的夾角。(3)在得到若干5、F2.....g在紫外敏感器測量坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(x2s,).....(《，)后,這些矢量形成一以紫外敏感器中心l,為頂點(diǎn)的圓錐，這個圓錐的回轉(zhuǎn)軸線所表征的就是月心方向。由圓錐的幾何特征可知圓錐上經(jīng)過圓錐頂點(diǎn)的任一直線，與圓錐回轉(zhuǎn)軸線的夾角均相同，都等于圓錐頂角的二分之一。根據(jù)這一特點(diǎn)，可用最小二乘法求出月心方向矢量在紫外敏感器測量坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，設(shè)月心方向矢量g在測量坐標(biāo)系中坐標(biāo)為(xf,Z,《)，則有下式成立<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>(4)采用最小二乘法對上式進(jìn)行求解，得到(《,乂，《)以及n。由(《,少f,《)和。可以得到姿態(tài)角和月球圓盤視半徑角的理論值e*、^*和f*。對比由紫外敏感器輸出的e、^和f，可以得到紫外敏感器的測量誤差。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>利用上述方法對星敏感器進(jìn)行精度測試，具有所需設(shè)備簡單、測試結(jié)果準(zhǔn)確可信、可重復(fù)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。下面以一次實際測量為例，對上述測試方法進(jìn)行闡述。通過簡單的幾何測量得知大型月球模擬器發(fā)光面半徑為1250mm;d為-25mm,&為-19mm;紫外敏感器光學(xué)中心到轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心的距離厶為412mm,月5^Mi擬器平面到轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心的距離/2為1063mm。取w=0。，10°，20°,…，350。以轉(zhuǎn)臺外框轉(zhuǎn)角-2。(a=-2°)、中框轉(zhuǎn)角-2。(5=-2。)、內(nèi)框轉(zhuǎn)角0。(Y=0°)為例，計算此時紫外^:感器俯仰角和滾動角的理"^侖值。j在實驗坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(《+7cosMsi諸,A),即(-25,-19,1063);紫外敏感器中心l,在實驗坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>對其進(jìn)行規(guī)一化后，得到單位矢量<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>分別取w-lO。，20。，...，350°,計算相應(yīng)的單位矢:力<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>300°0.307779595831841-0.8788153352876690.364630397598459310°0.431167511657357-0.8042712079082260.408952810261827320°0.540404574060334-0.707626780311090.455222183248169330°0.6314卯695933631-0.590854651570280.502105847075117340°0.700656936280303-0.4567809944903240.54811584607155350°0.744577820424364-0.3091250卯066620.591646472163409360°0.760620827686273-0.1524783724843640.631035896296216用最小二乘法求解月心方向矢量6在測量坐標(biāo)系中坐標(biāo)得(《,)=(0.0166816,0.0225502，0.9996065),cos;7=0.462085485208575采用3-1-2歐拉轉(zhuǎn)序有sin—sin仏cosi//+cos—sini//''力'sin(/z+cc'-sin—cos(9《乂=-《-cos仏cos(//sin—sin仏cosi//+cos—sini//-cos—sin0*cosy/+sin—sin一cos(//—sin—sin6^sin(//+cos—cos*//-cos—sin^sini//+siii—cost//—cos—cosPsin(9在0趨近于0。時，有《-cos—sin6*乂sin^—《一cos—cos^即《-=asin乂解得此時紫外敏感器俯仰角理論值為2.2464°,滾動角理論值為2.2937。按照計算出在轉(zhuǎn)臺外框軸、中框軸不同轉(zhuǎn)角下，紫外敏感器俯仰角和滾動角的理論值，如表1所示。將敏感器實際測得的俯仰角、滾動角同理論值進(jìn)行比較，即可確定壽文感器的測量誤差。表l紫外敏感器俯仰角、滾動角理論值與轉(zhuǎn)臺外框軸、中框軸轉(zhuǎn)角對應(yīng)關(guān)系序號三軸轉(zhuǎn)臺中框轉(zhuǎn)角r)三軸轉(zhuǎn)臺外框轉(zhuǎn)角r)敏感器俯仰角理論值r)敏感器滾動角理論值(°)1-10.0000-10.0000-11.247711.45472-10.0000-8扁0-11.26499.18713-10.0000-6.0000-11.28356.91974-10.0000-4.0000-11.30374.65235-IO扁O-2.0000-11.32542.38486-10.00000-11.34880.11727-10.00002扁0-11.3738-2.15088-IO細(xì)O4.0000-11.4007-4.41919-10.00006.0000-11.4294-6.688010-10.00008.0000-11.4601-8.957511-10.000010.0000-11.4929-11.227712-8.0000-10.0000-8.971511.436216<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>經(jīng)統(tǒng)計可知，紫外敏感器此時俯仰角系統(tǒng)誤差為-O.0577°，隨機(jī)誤差0.0761°(la);滾動角系統(tǒng)誤差為0.0388°，隨機(jī)誤差0.0281°(1o)。權(quán)利要求1、一種利用三軸轉(zhuǎn)臺測試紫外敏感器的方法，其特征在于包括以下步驟(1)建立一個實驗坐標(biāo)系，并測量月球模擬器中心、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心在實驗坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，確定紫外敏感器在工作臺面上的安裝位置及方向，測量轉(zhuǎn)臺工作臺面到轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心的距離，測量月球模擬器發(fā)光面半徑；(2)確保月球模擬器處于紫外敏感器的視場范圍內(nèi)時，使三軸轉(zhuǎn)臺處于任意一轉(zhuǎn)角位置，在月球模擬器發(fā)光面邊緣上選取n個點(diǎn)，計算各個點(diǎn)在紫外敏感器測量坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，所述的n≥36，這n個點(diǎn)所形成的圓弧的圓心角不小于180°；(3)將在月球模擬器發(fā)光面邊緣上選取的n個點(diǎn)與紫外敏感器光學(xué)中心連線，形成一以紫外敏感器光學(xué)中心為頂點(diǎn)的圓錐，這個圓錐的回轉(zhuǎn)軸線所表征的方向即為月心方向矢量；(4)用最小二乘法求出月心方向矢量在紫外敏感器測量坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，并由歐拉轉(zhuǎn)角公式轉(zhuǎn)化為俯仰角和滾動角，該俯仰角和滾動角即為紫外月球敏感器此時的俯仰角和滾動角的理論值，將紫外敏感器實際輸出的俯仰角和滾動角與理論值分別進(jìn)行比較，即可得到紫外敏感器測量誤差。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用三軸轉(zhuǎn)臺測試紫外敏感器的方法，其特征在于步驟(1)中所述的實驗坐標(biāo)系的原點(diǎn)可取為三軸轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心Ozt,以轉(zhuǎn)臺位于零位時外框軸、中框軸和內(nèi)框軸作為實驗室坐標(biāo)的三個坐標(biāo)軸乂zt、Yzt和Zzt，步驟(2)中所述的紫外敏感器測量坐標(biāo)系的原點(diǎn)Ouvs可取為紫外敏感器的光學(xué)中心，垂直于頂部圓面且指向紫外敏感器外部空間的矢量作為測量坐標(biāo)系的Zuvs軸；以經(jīng)過原點(diǎn)、垂直于紫外敏感器頂面且指向紫外每文感器外部空間的矢量作為測量坐標(biāo)系的Xuvs軸；測量系中Yuvs軸的定義符合笛卡爾坐標(biāo)系的定義規(guī)則。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種利用三軸轉(zhuǎn)臺測試紫外敏感器的方法，其特征在于設(shè)所述的月球才莫擬器發(fā)光面邊緣上的一點(diǎn)A與紫外敏感器光學(xué)中心Ouvs的連線是^，則A點(diǎn)在紫外敏感器測量坐標(biāo)系中的坐標(biāo)Z,K，Z,的計算公式如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>對&進(jìn)行規(guī)一化，得到單位矢量^i，計算步驟如下:其中"為轉(zhuǎn)臺外框相對基準(zhǔn)零位的轉(zhuǎn)角；5為轉(zhuǎn)臺中框相對基準(zhǔn)零位的轉(zhuǎn)角；K為轉(zhuǎn)臺內(nèi)框相對基準(zhǔn)零位的轉(zhuǎn)角；A為紫外敏感器光學(xué)中心到轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心的距離；/2為月5^#擬器平面到轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心的距離；為模擬器發(fā)光圓面半徑，月球才莫擬器的發(fā)光圓面為。，其圓心為0/s,Zd與。相交于C點(diǎn)。Ofe點(diǎn)與C點(diǎn)連線在水平方向投影長度為A，在鉛垂方向投影長度為ct,w為A點(diǎn)、Ote點(diǎn)間連線與水平面的夾角。按照上述計算過程得到n個點(diǎn)與紫外敏感器光學(xué)中心Ouvs連線進(jìn)行歸一化后的單位矢量(:cf，yf,zf)、(x2s，>;2s,Z2s).....(《,乂,<)。4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種利用三軸轉(zhuǎn)臺測試紫外每文感器的方法，其特征在于設(shè)月心方向矢量g在紫外敏感器測量坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(xf,乂,《)，則有下式成立<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>采用最小二乘法對上式進(jìn)行求解，得到(xf,yf，zf)以及0，由(;cf，乂,《)可得到俯仰角和滾動角的理論值6*和0*,與紫外敏感器輸出的俯仰角和滾動角的實際值(9和0對比即可以得到紫外敏感器的測量誤差。全文摘要一種利用三軸轉(zhuǎn)臺測試紫外敏感器的方法，包括(1)建立一個實驗坐標(biāo)系；(2)在月球模擬器發(fā)光面邊緣上選取n個點(diǎn)，計算各個點(diǎn)在紫外敏感器測量坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；(3)將在月球模擬器發(fā)光面邊緣上選取的n個點(diǎn)與紫外敏感器光學(xué)中心連線，形成一個以紫外敏感器光學(xué)中心為頂點(diǎn)的圓錐，這個圓錐的回轉(zhuǎn)軸線所表征的方向即為月心方向矢量；(4)求出月心方向矢量在紫外敏感器測量坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，轉(zhuǎn)化為俯仰角和滾動角，將紫外敏感器實際輸出值與理論值分別進(jìn)行比較，即可得到敏感器測量誤差。本發(fā)明可以在紫外敏感器光學(xué)中心與轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心距離較遠(yuǎn)且敏感器與模擬器相距較近時進(jìn)行紫外敏感器的精度測試，避免了使用具有很大的結(jié)構(gòu)尺寸、體積龐大的三軸轉(zhuǎn)臺。文檔編號G01C25/00GK101251384SQ200810057349公開日2008年8月27日申請日期2008年1月31日優(yōu)先權(quán)日2008年1月31日發(fā)明者立王,欣黃申請人:北京控制工程研究所