[发明专利]一种基于线阵CCD的移动平台位置测量系统及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于线阵CCD的移动平台位置测量系统及测量方法，属于空间飞行器地面全物理仿真领域。

背景技术

大型超平花岗岩平台是空间航天器地面全物理仿真系统的关键设备，是六自由度气浮台平面运动的基准平面和承载平面，其性能好坏直接影响试验精度，甚至影响试验的顺利进行。基于平动转动气浮台的试验主要用于交会对接、空间机器人和编队飞行领域的地面仿真，国际上已经开展了20多年。前期普遍采用花岗岩台面，主要是由于花岗岩密度大，不易变形，受温度和湿度影响小。但花岗岩台面单块面积受开采和运输限制，不可能太大，目前已知最大长度不超过15米，用于极近距离对接过程和单体挠性卫星重力卸载仿真是足够的。但如果验证本仿真系统要求的30m内相对运动过程，就必须采用小块拼接的方式，受重量限制，地基、支撑机构、微调机构、缝隙找平、表面打磨等工程问题极难处理，容易变形，后期维护周期长，整修困难。采用移动平台和大型超平花岗岩平台组合的方式，可以保证六自由度气浮台平面运动的平稳性和一致性，而且维护周期短、使用方便、经济效益高。

移动平台是月球弱撞击交会对接地面全物理仿真试验的核心设备，通过六自由度的位置和姿态控制，实现了移动平台的高精度水平保持，移动平台的位置和姿态信息测量是制约平台水平位置精度的重要因素。长期以来缺乏能够比较准确测量数据和实现方式手段，本发明测量方法基于多线阵CCD扫描原理，能够比较准确高动态的测量移动平台准确的亚毫米级位置信息。

发明内容

本发明提出了一种基于线阵CCD的移动平台位置测量系统及测量方法，用于月球弱撞击交会对接地面全物理仿真试验中轨道器和上升器模拟装置水平倾斜角度的动态测量，本发明首次提出了基于线阵CCD扫描原理高动态的测量移动平台准确位置和姿态信息。

本发明采用的技术方案为：

一种基于线阵CCD的移动平台位置测量系统，包括：基座、移动平台、音圈电机、激光器和多个CCD传感器；

基座为圆形，其表面为平面，CCD传感器均匀分布在基座的圆周上且CCD传感器的固定位置高于基座表面，移动平台在基座的表面上移动，音圈电机固定在移动平台的中心位置，激光器固定在音圈电机上，在音圈电机的驱动下匀速旋转，激光器发射的激光束与CCD传感器共面。

所述CCD传感器的数量大于等于3个。

一种测量系统实现的基于线阵CCD的移动平台位置测量方法，步骤如下：

(1)定义基座坐标系，原点O为基座中心点，X轴和Y轴为位于基座表面平面内的互相垂直的两个坐标轴；

(2)选择任意相邻三个CCD传感器，在步骤(1)确定的基座坐标系中，测量得到该相邻的三个CCD传感器的位置坐标，分别为：第一CCD传感器(x_a,y_a)，第二CCD传感器(x_b,y_b)，第三CCD传感器(x_c,y_c)；

(3)令移动平台上的音圈电机以恒定转速ω带动激光器旋转，激光器发持续发射激光束；

(4)在音圈电机旋转一圈中，记录激光器发射的激光束击中第一CCD传感器、第二CCD传感器和第三CCD传感器的时间，分别为t_a、t_b和t_c；

(5)计算第一CCD传感器、第二CCD传感器和移动平台中心之间的夹角α以及第二CCD传感器、第三CCD传感器和移动平台中心之间的夹角β，

具体为：α＝ω(t_b-t_a)，β＝ω(t_c-t_b)；

(6)以第一CCD传感器和第二CCD传感器之间的直线距离为弦，以2α为圆心角作圆，此圆为第一圆；以第二CCD传感器和第三CCD传感器之间的直线距离为弦，以2β为圆心角作圆，此圆为第二圆；第一圆和第二圆的两个交点之中，一个交点即为第二CCD传感器的位置，另一个交点的位置即为移动平台的位置，令移动平台的位置坐标为(x,y)，则通过如下方式计算得到移动平台的位置坐标：