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CN112098050B - 一种粗指向机构两轴正交性测试系统及方法 - Google Patents

一种粗指向机构两轴正交性测试系统及方法 Download PDF

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Abstract

一种粗指向机构两轴正交性测试系统及方法，首先将待测粗指向机构与光电收发装置、平面镜装置进行粗对准；保持待测粗指向机构的俯仰轴系固定，反复调节平面镜调节工装并旋转方位轴，使光斑位置轨迹、画圈范围最小得到方位轴的光斑基准点；调节工装使光电收发装置的同轴度位置与方位轴光斑基准点最接近；再以方位轴系不同角度为基础，分别转动俯仰轴系，寻找光斑位置轨迹、画圈范围最接近光电收发装置同轴度位置的俯仰轴系角度和光斑位置，确定俯仰轴系、方位轴系角度后计算待测粗指向机构的同轴度值，完成正交性测试，解决了传统粗指向机构正交性测试中容易出现测试误差大、测试难度高的问题，能够实现光电系统的集成和轴系校正。

Description

一种粗指向机构两轴正交性测试系统及方法
技术领域
本发明涉及一种粗指向机构两轴正交性测试系统及方法，属于光电测量技术领域。
背景技术
粗指向机构是光电跟踪系统实现捕获跟踪的关键，现有的测试粗指向机构正交性的方法多是借助经纬仪、高精度平晶、平行光管、五棱镜等装置，用于在装调机构反射镜过程中把控中间量。文献“一种潜望式捕跟机构反射镜装调方法”CN104142579B，提出了借助经纬仪进行激光终端粗指向机构反射镜装调的技术方案，但是该方法仅适用于捕跟机构装调过程中测试两轴正交性。文献“激光通信粗指向机构轴系精度测量方法”《航天制造技术》2020年第1期，提出了粗指向机构研制过程中获得角秒级轴系倾角回转误差和垂直度测量的工艺方法，介绍了轴系精度测量的原理、配制方法以及数据处理过程，但是该方法仍然只适用于粗指向机构装调过程，无法解决激光终端在集成过程中对光轴装调精度的测量和控制的需求。文献“一种自动调整激光通信望远镜方位轴与发射光轴重合的方法”CN104049354B，为解决经纬仪式激光通信终端粗指向机构引入的激光终端光轴失调问题，提出了一种结合测试平台调整望远镜光轴与发射信号轴的方法，该方法需要借助外部测试平台，调整和测试过程都十分复杂。
在机粗指向构装调结束后进行的激光终端集成装调工序中，针对传统测试方法而言，粗指向机构的两轴正交性就属于不可测量，这对于光电系统的集成和校正轴系误差带来难度。特别是当基准面作为系统的安装接口时，粗指向机构的旋转轴难以引出，无疑对光电系统的集成带来新的挑战。
发明内容
本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，传统粗指向机构正交性测试中容易出现测试误差大、测试难度高的问题，提出了一种粗指向机构两轴正交性测试系统及方法。
本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：
一种粗指向机构两轴正交性测试系统，包括光电收发装置、平面镜装置、潜望式粗指向机构、经纬仪式粗指向机构、测试工装，所述光电收发装置、平面镜装置用于待测粗指向机构的方位轴及俯仰轴的标定，所述潜望式粗指向机构或经纬仪式粗指向机构与光电收发装置、平面镜装置共同安装于测试工装上，所述潜望式粗指向机构或经纬仪式粗指向机构与光电收发装置调整对准，并与平面镜装置法相调整对准后，用于潜望式粗指向机构或经纬仪式粗指向机构的正交性能进行测试。
所述光电收发装置包括发射支路、接收支路、分光镜、调节工装，所述平面镜装置包括平面镜、平面镜调节工装；
所述发射支路发射光束，经分光镜分光后向外发射，所述接收支路接收自准光束，所述调节工装用于对分光镜进行二维角度调节，所述发射支路、接收支路分布于分光镜两侧，呈45°布置；
所述平面镜调节工装用于对平面镜进行二维角度调节。
所述分光镜选用分光棱镜或平行平板分光镜。
所述潜望式粗指向机构包括方位轴系、方位反射镜、俯仰轴系、俯仰反射镜，所述经纬仪式粗指向机构包括方位轴系、俯仰轴系、光学天线或望远镜；
若选用潜望式粗指向机构，光束经由方位反射镜、俯仰反射镜反射后进入平面镜，所述方位轴系、俯仰轴系分别用于驱动方位反射镜、俯仰反射镜转动；
若选用经纬仪式粗指向机构，光束经由光学天线或望远镜进入平面镜，所述光学天线或望远镜由方位轴系、俯仰轴系进行转动。
一种粗指向机构两轴正交性测试方法，步骤如下：
(1)将潜望式粗指向机构或经纬仪式粗指向机构安装于测试工装上，将光电收发装置的光轴与潜望式粗指向机构或经纬仪式粗指向机构的方位轴系进行对准，并将平面镜的法向与潜望式粗指向机构的俯仰轴系或经纬仪式粗指向机构的中心视场对准；
(2)控制发射支路发射光束，并通过接收支路进行接收，完成粗对准；
(3)保持潜望式粗指向机构或经纬仪式粗指向机构的俯仰轴系固定，调节平面镜调节工装，同时保证潜望式粗指向机构或经纬仪式粗指向机构在方位轴旋转过程中，接收支路上的光斑位置保持不动，或光斑画圈范围最小，记录光斑位置的坐标，同时在方位轴旋转过程中，方位轴旋转至预设角度的方位轴码盘值时，记录光斑位置的坐标以判定光斑位置的轨迹及画圈范围大小；
(4)调节光电收发装置的调节工装，并重复步骤(3)直至位置不变的光斑位置坐标与光电收发装置同轴度位置重合，或光斑位置的轨迹及画圈范围与光电收发装置同轴度位置最接近；
(5)保持潜望式粗指向机构或经纬仪式粗指向机构的方位轴系固定，记录方位轴当前码盘值，转动潜望式粗指向机构或经纬仪式粗指向机构的俯仰轴，于预设角度处记录俯仰轴码盘值及对应的光斑坐标位置，记录光斑位置的坐标以判定光斑位置的轨迹及画圈范围大小；
(6)根据步骤(5)所得光斑位置的坐标、光斑位置的轨迹及画圈范围大小计算潜望式粗指向机构或经纬仪式粗指向机构的同轴度值。
所述步骤(3)中，当俯仰轴系固定时，方位轴旋转过程中，光斑位置画圈范围最小或光斑位置不变，此时发射支路光轴与潜望式粗指向机构或经纬仪式粗指向机构的方位轴重合。
所述步骤(4)中，当俯仰轴系固定时，方位轴旋转过程中，光斑位置画圈范围最小时，光斑位置的轨迹及画圈范围与光电收发装置同轴度位置最接近。
所述步骤(5)中，当潜望式粗指向机构或经纬仪式粗指向机构的方位轴系固定时，通过调整俯仰轴系获取位置不变的光斑坐标位置或画圈范围最小的光斑位置轨迹，根据所得轨迹可计算潜望式粗指向机构或经纬仪式粗指向机构的俯仰轴系、方位轴系同轴度值。
本发明与现有技术相比的优点在于：
本发明提供的一种粗指向机构两轴正交性测试系统及方法，通过计算所选粗指向机构的俯仰轴系、方位轴系的同轴度值判断粗指向机构的正交性情况，为后期系统调试和算法校正提供数据支持，适用于光电跟踪系统的粗指向机构集成和测试，解决了传统粗指向机构正交性测试中容易出现测试误差大、测试难度高的问题，能够实现光电系统的集成和轴系校正。
附图说明
图1为发明提供的潜望式粗指向机构测试系统示意图；
图2为发明提供的经纬仪式粗指向机构测试系统示意图；
具体实施方式
一种粗指向机构两轴正交性测试系统及方法，用于测试光电跟踪系统的粗指向机构的正交性情况，通过计算所选粗指向机构的俯仰轴系、方位轴系的同轴度值可判断正交性误差，粗指向机构两轴正交性测试系统包括光电收发装置、平面镜装置及待测粗指向机构，粗指向机构可选用潜望式粗指向机构或经纬仪式粗指向机构，系统结构组成分别如图1、图2所示，具体为：
包括光电收发装置-1、平面镜装置-2、潜望式粗指向机构-3、经纬仪式粗指向机构-4、测试工装，光电收发装置、平面镜装置用于待测粗指向机构的方位轴及俯仰轴的标定，潜望式粗指向机构或经纬仪式粗指向机构与光电收发装置、平面镜装置共同安装于测试工装上，潜望式粗指向机构或经纬仪式粗指向机构与光电收发装置调整对准，并与平面镜装置法相调整对准后，用于潜望式粗指向机构或经纬仪式粗指向机构的正交性能测试；
其中，光电收发装置包括发射支路11、接收支路12、分光镜13、调节工装14，所述平面镜装置包括平面镜21、平面镜调节工装22，潜望式粗指向机构包括安装面31、方位轴系32、方位反射镜33、俯仰轴系34、俯仰反射镜35，经纬仪式粗指向机构包括方位轴系41、俯仰轴系42、光学天线或望远镜43；
发射支路发射光束，经分光镜分光后向外发射，所述接收支路接收自准光束，所述调节工装用于对分光镜进行二维角度调节，所述发射支路、接收支路分布于分光镜两侧，呈45°布置；分光镜选用分光棱镜或平行平板分光镜；
平面镜调节工装用于对平面镜进行二维角度调节；
若选用潜望式粗指向机构，光束经由方位反射镜、俯仰反射镜反射后进入平面镜，所述方位轴系、俯仰轴系分别用于驱动方位反射镜、俯仰反射镜转动；
若选用经纬仪式粗指向机构，光束经由光学天线或望远镜进入平面镜，所述光学天线或望远镜由方位轴系、俯仰轴系进行转动。
利用上述粗指向机构两轴正交性测试系统进行测试的测试方法，首先将待测粗指向机构与光电收发装置、平面镜装置进行粗对准；保持待测粗指向机构的俯仰轴系固定，反复调节平面镜调节工装并旋转方位轴，使光斑位置轨迹、画圈范围最小得到方位轴的光斑基准点；调节工装使光电收发装置的同轴度位置与方位轴光斑基准点最接近；再以方位轴系不同角度为基础，分别转动俯仰轴系，寻找光斑位置轨迹、画圈范围最接近光电收发装置同轴度位置的俯仰轴系角和光斑位置，确定俯仰轴系、方位轴系角度后计算待测粗指向机构的同轴度值，完成正交性测试。
下面结合具体实施例进行进一步说明：
在本实施例中，进行待测粗指向机构的正交性测试的具体步骤为：
(1)将潜望式粗指向机构或经纬仪式粗指向机构安装于测试工装上，将光电收发装置的光轴与潜望式粗指向机构或经纬仪式粗指向机构的方位轴系进行对准，并将平面镜的法向与潜望式粗指向机构的俯仰轴系或经纬仪式粗指向机构的中心视场对准；
(2)控制发射支路发射光束，并通过接收支路进行接收，完成粗对准；
其中，经过平面镜自准后的光束能够回到接收支路的光电探测器视场内。粗对准的过程可考虑借助经纬仪、平行光管等设备提高效率；
(3)保持潜望式粗指向机构或经纬仪式粗指向机构的俯仰轴系固定，调节平面镜调节工装，同时保证潜望式粗指向机构或经纬仪式粗指向机构在方位轴旋转过程中，接收支路上的光斑位置保持不动，或光斑画圈范围最小，记录光斑位置的坐标，同时在方位轴旋转过程中，方位轴旋转至预设角度的方位轴码盘值时，记录光斑位置的坐标以判定光斑位置的轨迹及画圈范围大小；
其中，当俯仰轴系固定时，方位轴旋转过程中，光斑位置画圈范围最小或光斑位置不变，此时发射支路光轴与潜望式粗指向机构或经纬仪式粗指向机构的方位轴重合；
码盘预设角度为0°、60°、120°、180°、240°和300°，记录的位置均是当前角度下的光斑位置坐标；
(4)调节光电收发装置的调节工装，并重复步骤(3)直至位置不变的光斑位置坐标与光电收发装置同轴度位置重合，或光斑位置的轨迹及画圈范围与光电收发装置同轴度位置最接近；
其中，当俯仰轴系固定时，方位轴旋转过程中，光斑位置画圈范围最小时，光斑位置的轨迹及画圈范围与光电收发装置同轴度位置最接近；
(5)保持潜望式粗指向机构或经纬仪式粗指向机构的方位轴系固定，记录方位轴当前码盘值，转动潜望式粗指向机构或经纬仪式粗指向机构的俯仰轴，于预设角度处记录俯仰轴码盘值及对应的光斑坐标位置，记录光斑位置的坐标以判定光斑位置的轨迹及画圈范围大小；
其中，当潜望式粗指向机构或经纬仪式粗指向机构的方位轴系固定时，通过调整俯仰轴系获取位置不变的光斑坐标位置或画圈范围最小的光斑位置轨迹，根据所得轨迹可计算潜望式粗指向机构或经纬仪式粗指向机构的俯仰轴系、方位轴系同轴度值；
预设角度值为0°、60°、120°、180°、240°和300°；
(6)根据步骤(5)所得光斑位置的坐标、光斑位置的轨迹及画圈范围大小计算潜望式粗指向机构或经纬仪式粗指向机构的同轴度值，即正交性误差，同时，若想提升精度，可以增加测试的预设角度，以增加光斑的离散点数量。
上述测试方法可用于潜望式粗指向机构或者经纬仪式粗指向机构在集成过程中的测试，可以借助平面镜装置标定出方位轴与俯仰轴，并计算出正交误差，为后期系统调试和算法校正提供数据支持；
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思或改变测试对象，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (1)

1.一种粗指向机构两轴正交性测试系统，其特征在于：包括光电收发装置、平面镜装置、潜望式粗指向机构、经纬仪式粗指向机构、测试工装，所述光电收发装置、平面镜装置用于待测粗指向机构的方位轴及俯仰轴的标定，所述潜望式粗指向机构或经纬仪式粗指向机构与光电收发装置、平面镜装置共同安装于测试工装上，所述潜望式粗指向机构或经纬仪式粗指向机构与光电收发装置调整对准，并与平面镜装置法相调整对准后，用于潜望式粗指向机构或经纬仪式粗指向机构的正交性能测试；
所述光电收发装置包括发射支路、接收支路、分光镜、调节工装，所述平面镜装置包括平面镜、平面镜调节工装；
所述发射支路发射光束，经分光镜分光后向外发射，所述接收支路接收自准光束，所述调节工装用于对分光镜进行二维角度调节，所述发射支路、接收支路分布于分光镜两侧，呈45°布置；
所述平面镜调节工装用于对平面镜进行二维角度调节；
所述分光镜选用分光棱镜或平行平板分光镜；
所述潜望式粗指向机构包括方位轴系、方位反射镜、俯仰轴系、俯仰反射镜，所述经纬仪式粗指向机构包括方位轴系、俯仰轴系、光学天线或望远镜；
若选用潜望式粗指向机构，光束经由方位反射镜、俯仰反射镜反射后进入平面镜，所述方位轴系、俯仰轴系分别用于驱动方位反射镜、俯仰反射镜转动；
若选用经纬仪式粗指向机构，光束经由光学天线或望远镜进入平面镜，所述光学天线或望远镜由方位轴系、俯仰轴系进行转动；
根据测试系统进行的粗指向机构两轴正交性测试方法，步骤如下：
(1)将潜望式粗指向机构或经纬仪式粗指向机构安装于测试工装上，将光电收发装置的光轴与潜望式粗指向机构或经纬仪式粗指向机构的方位轴系进行对准，并将平面镜的法向与潜望式粗指向机构的俯仰轴系或经纬仪式粗指向机构的中心视场对准；
(2)控制发射支路发射光束，并通过接收支路进行接收，完成粗对准；
(3)保持潜望式粗指向机构或经纬仪式粗指向机构的俯仰轴系固定，调节平面镜调节工装，同时保证潜望式粗指向机构或经纬仪式粗指向机构在方位轴旋转过程中，接收支路上的光斑位置保持不动，或光斑画圈范围最小，记录光斑位置的坐标，同时在方位轴旋转过程中，方位轴旋转至预设角度的方位轴码盘值时，记录光斑位置的坐标以判定光斑位置的轨迹及画圈范围大小；
(4)调节光电收发装置的调节工装，并重复步骤(3)直至位置不变的光斑位置坐标与光电收发装置同轴度位置重合，或光斑位置的轨迹及画圈范围与光电收发装置同轴度位置最接近；
(5)保持潜望式粗指向机构或经纬仪式粗指向机构的方位轴系固定，记录方位轴当前码盘值，转动潜望式粗指向机构或经纬仪式粗指向机构的俯仰轴，于预设角度处记录俯仰轴码盘值及对应的光斑坐标位置，记录光斑位置的坐标以判定光斑位置的轨迹及画圈范围大小；
(6)根据步骤(5)所得光斑位置的坐标、光斑位置的轨迹及画圈范围大小计算潜望式粗指向机构或经纬仪式粗指向机构的同轴度值；
所述步骤(3)中，当俯仰轴系固定时，方位轴旋转过程中，光斑位置画圈范围最小或光斑位置不变，此时发射支路光轴与潜望式粗指向机构或经纬仪式粗指向机构的方位轴重合；
所述步骤(4)中，当俯仰轴系固定时，方位轴旋转过程中，光斑位置画圈范围最小时，光斑位置的轨迹及画圈范围与光电收发装置同轴度位置最接近；
所述步骤(5)中，当潜望式粗指向机构或经纬仪式粗指向机构的方位轴系固定时，通过调整俯仰轴系获取位置不变的光斑坐标位置或画圈范围最小的光斑位置轨迹，根据所得轨迹可计算潜望式粗指向机构或经纬仪式粗指向机构的俯仰轴系、方位轴系同轴度值，作为潜望式粗指向机构或经纬仪式粗指向机构的正交性误差。
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