[发明专利]一种基于卡尔曼滤波对二次平台线阵CCD测量倾角进行优化的方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于卡尔曼滤波对二次平台线阵CCD测量倾角进行优化的方法。

背景技术

在现代航天探索中，经常需要高平面度的基部平台，比如在空间交汇对接、地面测量、导航、网络通信和编队控制等全物理仿真试验中，需要支撑整个地面仿真器，为地面仿真实验提供基础平台，为编队卫星地面试验验证、控制算法验证分析等物理仿真试验提供平台支撑。考虑到大面积实验平台通常都是由若干小平面板块拼接而成，这种方法虽然易于加工、运输，但很难保证多块平板之间的平面度，拼接产生的缝隙会影响气足运行的平稳性，从而使仿真结果产生偏差，不能真实模拟航天器在真空和微重力模拟环境下的运行状态。负载移动、气足气膜高度变化、地面平整度等因素，平台的水平倾角会实时变化，因此需要平台在静止和运动状态都能够被快速、精确的调平，以保证平台足够的水平度。

二次平台和六自由度气浮台轨道器及六自由度气浮台上升器共同构成交会对接仿真试验的核心部分。其中，以气浮球轴承和重力平衡伺服运动机构为核心组成的六自由度气浮台轨道器用来模拟轨道器动力学仿真状态；二次平台用来支撑六自由度气浮台轨道器，实现高精度自动调平；与六自由度上升器配合，实现完整的交会对接动力学与控制全物理仿真试验。整个系统运行在大型花岗岩平台上，是地面全物理仿真试验的核心和基础平台；也为未来的编队卫星地面试验验证、控制算法验证分析等物理仿真试验提供平台支撑。倾角测量是整个自动调平系统的一部分，主要实现激光扫描平面倾角测量。

原方法是利用线阵CCD在扫过不同的三个线阵CCD时分别求出的目标在空间中的Z向坐标，再加上我们之前安装好已经知道的线阵CCD所在的空间的X，Y坐标，这样的话就知道了激光器所扫过的扇面在空间中的三个点，在空间中一直三个点的坐标可以确定三个点所在平面的法向量，由此我们可以知到此时激光所在扇面的法向量，由于激光器是安装在二次平台上以一个自由度转动，由此我们便求出了二次平台此时的水平度，但是问题在于，当选取的CCD相隔较远时，事实上也应该去相隔较远的三个线阵CCD来进行水平度的计算，在这时，其实这三个点并不是同时被扫到的，而是他们之间有一定的时间间隔，这个时间间隔与飞轮电机的角速度和线阵CCD所在的位置有关，设这个间隔为T₀，事实上按照之前的计算方法，我们第一时刻所得到的平面其实更趋近于T₀之前时刻的平面，因为在选取上这三个点其实是第一时刻面，T₀时刻面，和两倍的T₀时刻之前的面，虽然在实际系统中飞轮电机转速很快，使得T₀很小，可以让这部分误差也随之变小，综上所述现有技术单纯采用线阵CCD对平台倾角进行测量时，测量结果精度低。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有单纯采用线阵CCD对平台倾角进行测量时，测量结果精度低的问题，而提出了一种基于卡尔曼滤波对二次平台线阵CCD测量倾角进行优化的系统及方法。

上述的发明目的是通过以下技术方案实现的：

步骤一、高速旋转电机带动半导体激光器旋转，扫描以高速旋转电机为中心，直径为1～5米范围内的线阵CCD，在线阵CCD感光器件上留下不同高度的光点，通过线阵CCD确定线阵CCD感光器件上光点的成像中心坐标，得到线阵CCD感光器件上光点的高度数据；

其中，所述高速为大于等于10000r/min；

步骤二、选取相邻的3个线阵CCD感光器件上光点的高度数据记为线阵CCD上3个点的空间坐标，即A(x₁，y₁，z₁)，B(x₂，y₂，z₂)，C(x₃，y₃，z₃)，x₁为A点在x轴上的坐标，y₁为A点在y轴上的坐标，z₁为A点在z轴上的坐标，x₂为B点在x轴上的坐标，y₂为B点在y轴上的坐标，z₂为B点在z轴上的坐标，x₃为C点在x轴上的坐标，y₃为C点在y轴上的坐标，z₃为C点在z轴上的坐标；