[发明专利]利用高速相机自准直仪进行角振动测量的系统及方法

说明书

本发明涉及一种利用高速相机自准直仪进行角振动测量的系统及方法。其克服了现有测量方法中由于传感器自重导致的测量误差较大的问题。系统包括直角反射棱镜、第一高速相机、第二高速相机、第一自准直仪、第二自准直仪以及计算机；直角反射棱镜安装在被测试件上，沿着直角反射棱镜的一个直角反射面法线方向依次设置第一自准直仪和第一高速相机；沿着直角反射棱镜的另一个直角反射面法线方向依次设置第二自准直仪和第二高速相机；第一高速相机和第二高速相机均与计算机连接。该方法主要步骤是：【1】系统安装、【2】同步和自准、【3】同步采集图像；【4】图像处理以及获取角振动特性。

技术领域

本发明属于航天应用精密测量技术领域，具体涉及一种利用高速相机自准直仪进行角振动测量的系统及方法。

背景技术

航天器角振动测量与抑制是实现空间精密运动机构高精度稳定指向及光学遥感载荷高分辨清晰成像的前提，航天器角振动幅值和频率特性与空间精密运动指向机构及光学遥感载荷成像参数耦合时，将可能影响精密机构的指向精度、跟踪稳定度和光学遥感载荷的成像质量。

当前直接测量角振动的方法主要基于陀螺等角速度或角位移传感器，在对高分辨光学相机等精密载荷微小角振动测量时，传感器引入的附加质量对测试结果影响严重，且此类传感器零漂对外界环境敏感，测角时还需对离散角速度数据进行一次数据积分，引入的测量误差难以剥离。

目前国内在轨应用的角振动测量主要基于线加速度传感器间接测量实现，通过在同一平面安装的两对线加速度传感器数据采集线加速度和安装位置的精确测量，间接计算角加速度振动，再通过两次积分获得角位移振动数据。该方法对加速度传感器的安装平面精度要求高，且同样存在传感器自身零漂对外界环境敏感的特型和对时域采集的离散数据进行两次数据积分，会引入更大的测量误差。

发明内容

为了克服背景技术中指出的现有测量方法中由于传感器自重导致的测量误差较大的问题，本发明提供了一种利用高速相机自准直仪进行角振动测量的系统及方法。

本发明的技术解决方案是：

本发明提供了一种利用高速相机自准直仪进行角振动测量的系统，包括直角反射棱镜、第一高速相机、第二高速相机、第一自准直仪、第二自准直仪以及计算机；

直角反射棱镜安装在被测试件上，沿着直角反射棱镜的一个直角反射面法线方向依次设置第一自准直仪和第一高速相机；

沿着直角反射棱镜的另一个直角反射面法线方向依次设置第二自准直仪和第二高速相机；

第一高速相机和第二高速相机均与计算机连接。

进一步地，上述直角反射棱镜附加质量小，安装平面要求低，被测试件上安装直角反射棱镜的平面面积为4mm²，平面度为0.1″。

通过上述对系统的描述，现对采用该系统进行角振动测量的方法进行描述，该方法包括以下步骤：

【1】系统的安装

【1.1】在被测试件上选择安装平面，定义坐标系；

在被测试件上选择一个安装平面，确定坐标系XYZ，其中，X轴和Y轴均位于所述平面内，Z轴垂直于安装平面；且X轴与被测试件的滚动轴方向平行，Y轴与被测试件的俯仰轴方向平行；

【1.2】将直角反射棱镜设置在安装平面上，且确保直角反射棱镜的两个直角反射面的法线方向分别与X轴，Y轴平行，定义两个直角反射面的法线分别为X向法线和Y向法线；

【1.3】将第一自准直仪、第一高速相机依次放置在X向法线方向上，将第二自准直仪、第二高速相机依次放置在Y向法线方向上；

【2】第一高速相机及第二高速相机之间通过计算机触发信号实现时间同步，第一自准直仪和第二自准直仪分别进行自准；