一种基准姿态多传感器融合组网测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于多传感器融合组网技术领域，具体涉及一种基准姿态多传感器融合组网测量装置。本发明专利技术基准姿态多传感器融合组网测量装置，包括四台测角仪、一个基准反光镜、一台测量电控柜及安装支架，从而克服现有技术手段在低温环境下相机与星敏感器基准姿态角测量的缺陷，利用光电传感器、温度传感器、加速度计等多种传感器建立一套准确、实时的空间基准姿态角测量网络，通过数据融合、组网解算，实现低温环境下基准姿态角的快速测量。

A Multi-sensor Fusion Networking Measuring Device for Datum Attitude

The invention belongs to the technical field of multi-sensor fusion networking, in particular to a benchmark attitude multi-sensor fusion networking measuring device. The benchmark attitude multi-sensor fusion networking measuring device comprises four goniometers, a benchmark reflector, a measuring electronic control cabinet and an installation bracket, thereby overcoming the defects of the existing technical means in measuring the benchmark attitude angle between camera and star sensor in low temperature environment, and establishing a set of accurate and real-time sensors using photoelectric sensors, temperature sensors, accelerometers and other sensors. The space reference attitude angle measurement network realizes fast measurement of the reference attitude angle in low temperature environment by data fusion and network solution.

【技术实现步骤摘要】
一种基准姿态多传感器融合组网测量装置
本专利技术属于多传感器融合组网
，具体涉及一种一种基准姿态多传感器融合组网测量装置。
技术介绍
关于低温环境下空间飞行器相机与星敏感器间基准姿态角的多传感器融合组网测量方法，尚未有公开技术文献加以描述。目前空间飞行器上相机与星敏感器间基准姿态角的测量，主要限于实验室常温静态条件下的测量，由于测量方法的关系，无法提供实时的测量结果。主要有以下几种：通过人工测量方式来进行基准姿态角的标定；实验室内通过计算机仿真、小部分参数模拟的方式设定姿态角。人工测量是指通过架设四台经纬仪组成测量系统，每台经纬仪望远镜分别与制导单元外部基准棱体相应反射面准直。在此测量过程中，包含两台经纬仪的竖轴调平误差和人为准直对线误差，这两项误差将1：1直接带入测量数据中，严重影响测量结果的准确度。在测量两基准棱体在偏航方向上的角度差时，也将另外两台经纬仪的自身误差和对瞄误差带入测量结果中。此种测量方法测量设备的配置数量较多，仪器架设复杂，测量程序繁琐，测量误差项多等缺陷，造成测量结果的准确度降低；且仅适用于静态常温测量，不具备实时性和低温环境适应性。计算机仿真模拟是指根据以往的经验值对方位、俯仰、滚转三个轴上的关键参数进行软件模拟推算，给出模拟后的姿态角，用于后续的空间解算，但与实际误差较大，缺乏天地一致性。传统的技术方案由于面临上述不足，因此亟需研制一种一种基准姿态多传感器融合组网测量装置，从而解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基准姿态多传感器融合组网测量装置，从而克服现有技术手段在低温环境下相机与星敏感器基准姿态角测量的缺陷，利用光电传感器、温度传感器、加速度计等多种传感器建立一套准确、实时的空间基准姿态角测量网络，通过数据融合、组网解算，实现低温环境下基准姿态角的快速测量。为了实现这一目的，本专利技术采取的技术方案是：一种基准姿态多传感器融合组网测量装置，包括四台测角仪、一个基准反光镜、一台测量电控柜及安装支架；一、测角仪测角仪Ⅰ、倾角仪Ⅱ、倾角仪Ⅳ均各自包含一个双轴光电自准直仪、一个双轴倾角传感器、两个温度传感器以及一个温控模块；测角仪Ⅲ包含两个双轴光电自准直仪、一个双轴倾角传感器、两个温度传感器以及一个温控模块；两个双轴光电自准直仪的测量光轴成一固定夹角安装，一个光电自准直仪用来准直星敏感器基准棱体，另外一个光电自准直仪用来准直测角仪Ⅱ上的基准反光镜，实现测角仪Ⅱ和测角仪Ⅲ之间方位角关系的传递；二、基准反光镜测角仪测量得到的相机和星敏感器基准棱体的三维姿态角通过基准反光镜方位角传递，搭建形成一个测量网络；三、测量电控柜测量电控柜包含电源模块、测角单元处理模块、水平测量处理模块、温控系统处理模块、姿态角融合解算模块以及人工交互模块六大模块，实现供电、数据采集、信号处理、存储、人工交互界面功能；四、安装支架安装支架为独立的四个支架，分别与对应的四台测角仪连接后，放置在测试间地板上，并可以在测时间地板上自由移动；在进行测试时，为满足测试需要的通视条件，操作者根据被测对象的实际位置，自由的摆放安装支架和四台测角仪。测量电控柜与四台测角仪之间通过信号电缆连接。进一步的，如上所述的一种基准姿态多传感器融合组网测量装置，测角仪两两成组，分别测量相机基准棱体和星敏感器基准棱体的三维姿态角；测角仪Ⅰ、测角仪Ⅳ完成相机基准棱体、星敏感器基准棱体绕X轴旋转方向的角度测量；测角仪Ⅱ、测角仪Ⅲ完成相机基准棱体和星敏感器基准棱体绕Y轴和Z轴旋转方向的角度测量。进一步的，如上所述的一种基准姿态多传感器融合组网测量装置，双轴光电自准直仪是负责测量基准棱体反光面法线与自准直零位光轴的偏转角度；双轴倾角传感器实时测量各测角仪零位光轴与大地水平面的夹角以及基准棱体的滚转角度；温度传感器测量环境温度设备温度；温控模块通过PID调节输出PWM波形，实现快速升温并恒温控制，控制基准姿态多传感器融合组网测量装置的工作环境温度。进一步的，如上所述的一种基准姿态多传感器融合组网测量装置，基准反光镜用螺钉固连在测角仪Ⅱ上。进一步的，如上所述的一种基准姿态多传感器融合组网测量装置，基准反光镜的出射法线与测角仪Ⅱ的测量光轴的夹角成固定角度安装。进一步的，如上所述的一种基准姿态多传感器融合组网测量装置，测量网络中的数据通过测量电控柜的上位机软件进行包括放大、滤波、AD转换的坐标转换数据处理，处理之后的数据送入测量电控柜的计算机进行特征提取、信号融合计算、姿态转换后，得出两个基准棱体间的三维姿态差，从而得到相机和星敏感器之间的相对姿态关系。进一步的，如上所述的一种基准姿态多传感器融合组网测量装置，电源模块实现供电功能；测角单元处理模块依靠定时器同步向光电测角单元发送测角指令，各串口接收到五个双轴光电自准直仪的方位值X、俯仰值Y，实时显示并传送到姿态角解算模块；水平测量处理模块、温控系统处理模块依靠定时器同步采集四路双轴倾角传感器的方位X、俯仰Y值，以及八通道温度传感器的实时温度采样值，显示并传送到姿态角解算模块；姿态角融合解算模块根据实际接受到的变量值，以及工装已知的初始标定值，通过三维坐标转换，得出相机基准棱体与星敏感器基准棱体分别绕X轴、Y轴、Z轴的姿态偏差角，并实时显示；人工交互模块实现人工交互界面显示功能。进一步的，如上所述的一种基准姿态多传感器融合组网测量装置，测角仪Ⅰ和测角仪Ⅱ实现相机基准棱体的三维姿态测量；α为相机基准棱体绕测量坐标系Z轴偏转角度；θ1为相机基准棱体相对双轴光电自准直仪Ⅰ零位光轴绕X轴方向上偏转角度；θ2为倾角传感器Ⅱ绕X轴方向上的水平角度；相机基准棱体绕X轴偏转角度为：θ1+θ2；θ3为相机基准棱体相对双轴光电自准直仪Ⅱ零位光轴绕Y轴方向上偏转角度；θ4为倾角传感器Ⅰ绕Y轴方向上的水平角度；相机基准棱体绕Y轴偏转角度为：θ3+θ4；安装在测角仪Ⅰ上的温度传感器Ⅰ、温度传感器Ⅱ，以及安装在测角仪Ⅱ上的温度传感器Ⅲ、温度传感器Ⅳ，负责实时采样设备及当前的环境温度，测角仪Ⅰ上的温控模块Ⅰ以及测角仪Ⅱ上的温控模块Ⅱ采用闭环PID控制算法，用于克服低温环境，保持适宜的设备和环境温度。进一步的，如上所述的一种基准姿态多传感器融合组网测量装置，测角仪Ⅲ和测角仪Ⅳ实现星敏感器基准棱体的三维姿态测量；β为星敏基准棱体绕测量坐标系X轴偏转角度；θ5为星敏基准棱体相对双轴光电自准直仪Ⅳ零位光轴绕X轴方向上偏转角度；θ6为倾角传感器Ⅳ绕X轴方向上的水平角度；星敏基准棱体绕X轴偏转角度为：θ5+θ6；θ7为星敏基准棱体相对双轴光电自准直仪Ⅲ零位光轴绕Y轴方向上偏转角度；θ8为倾角传感器Ⅲ绕Y轴方向上的水平角度；星敏基准棱体绕Y轴偏转角度为：θ7+θ8；安装在测角仪Ⅲ上的温度传感器VII、温度传感器VIII，以及安装在测角仪Ⅳ上的温度传感器V、温度传感器VI，负责实时采样设备及当前的环境温度，测角仪Ⅲ上的温控模块Ⅲ以及测角仪Ⅳ上的温控模块Ⅳ采用闭环PID控制算法，用于克服低温环境，保持适宜的设备和环境温度。本专利技术技术方案的有益效果在于：本专利技术提供的一种基准姿态多传感器融合组网测量装置建立在光学自准直成像和方位角传递基础上，综合运用光电、角位置测量技术，将多个光电传感器、倾角传感器、温度传感器集成形成测试网本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基准姿态多传感器融合组网测量装置，其特征在于：包括四台测角仪、一个基准反光镜、一台测量电控柜及安装支架；一、测角仪(5)测角仪Ⅰ、(6)倾角仪Ⅱ、(10)倾角仪Ⅳ均各自包含一个双轴光电自准直仪、一个双轴倾角传感器、两个温度传感器以及一个温控模块；(8)测角仪Ⅲ包含两个双轴光电自准直仪、一个双轴倾角传感器、两个温度传感器以及一个温控模块；两个双轴光电自准直仪的测量光轴成一固定夹角安装，一个光电自准直仪用来准直星敏感器基准棱体，另外一个光电自准直仪用来准直(6)测角仪Ⅱ上的(7)基准反光镜，实现(6)测角仪Ⅱ和(8)测角仪Ⅲ之间方位角关系的传递；二、基准反光镜测角仪测量得到的相机和星敏感器基准棱体的三维姿态角通过(7)基准反光镜方位角传递，搭建形成一个测量网络；三、测量电控柜(1)测量电控柜包含电源模块、测角单元处理模块、水平测量处理模块、温控系统处理模块、姿态角融合解算模块以及人工交互模块六大模块，实现供电、数据采集、信号处理、存储、人工交互界面功能；四、安装支架安装支架为独立的四个支架，分别与对应的四台测角仪连接后，放置在测试间地板上，并可以在测时间地板上自由移动；在进行测试时，为满足测试需要的通视条件，操作者根据被测对象的实际位置，自由的摆放安装支架和四台测角仪。测量电控柜与四台测角仪之间通过信号电缆连接。...

【技术特征摘要】
1.一种基准姿态多传感器融合组网测量装置，其特征在于：包括四台测角仪、一个基准反光镜、一台测量电控柜及安装支架；一、测角仪(5)测角仪Ⅰ、(6)倾角仪Ⅱ、(10)倾角仪Ⅳ均各自包含一个双轴光电自准直仪、一个双轴倾角传感器、两个温度传感器以及一个温控模块；(8)测角仪Ⅲ包含两个双轴光电自准直仪、一个双轴倾角传感器、两个温度传感器以及一个温控模块；两个双轴光电自准直仪的测量光轴成一固定夹角安装，一个光电自准直仪用来准直星敏感器基准棱体，另外一个光电自准直仪用来准直(6)测角仪Ⅱ上的(7)基准反光镜，实现(6)测角仪Ⅱ和(8)测角仪Ⅲ之间方位角关系的传递；二、基准反光镜测角仪测量得到的相机和星敏感器基准棱体的三维姿态角通过(7)基准反光镜方位角传递，搭建形成一个测量网络；三、测量电控柜(1)测量电控柜包含电源模块、测角单元处理模块、水平测量处理模块、温控系统处理模块、姿态角融合解算模块以及人工交互模块六大模块，实现供电、数据采集、信号处理、存储、人工交互界面功能；四、安装支架安装支架为独立的四个支架，分别与对应的四台测角仪连接后，放置在测试间地板上，并可以在测时间地板上自由移动；在进行测试时，为满足测试需要的通视条件，操作者根据被测对象的实际位置，自由的摆放安装支架和四台测角仪。测量电控柜与四台测角仪之间通过信号电缆连接。2.如权利要求1所述的一种基准姿态多传感器融合组网测量装置，其特征在于：测角仪两两成组，分别测量相机基准棱体和星敏感器基准棱体的三维姿态角；(5)测角仪Ⅰ、(10)测角仪Ⅳ完成(4)相机基准棱体、(3)星敏感器基准棱体绕X轴旋转方向的角度测量；(6)测角仪Ⅱ、(8)测角仪Ⅲ完成(4)相机基准棱体和(3)星敏感器基准棱体绕Y轴和Z轴旋转方向的角度测量。3.如权利要求2所述的一种基准姿态多传感器融合组网测量装置，其特征在于：其中，双轴光电自准直仪是负责测量基准棱体反光面法线与自准直零位光轴的偏转角度；双轴倾角传感器实时测量各测角仪零位光轴与大地水平面的夹角以及基准棱体的滚转角度；温度传感器测量环境温度设备温度；温控模块通过PID调节输出PWM波形，实现快速升温并恒温控制，控制基准姿态多传感器融合组网测量装置的工作环境温度。4.如权利要求1所述的一种基准姿态多传感器融合组网测量装置，其特征在于：(7)基准反光镜用螺钉固连在(6)测角仪Ⅱ上。5.如权利要求4所述的一种基准姿态多传感器融合组网测量装置，其特征在于：(7)基准反光镜的出射法线与(6)测角仪Ⅱ的测量光轴的夹角成固定角度安装。6.如权利要求1所述的一种基准姿态多传感器融合组网测量装置，其特征在于：测量网络中的数据通过(1)测量电控柜的上位机软件进行包括放大、滤波、AD转换的坐标转换数据处理，处理之后的数据送入测量电控柜的计算机进行特征提取、信号融合计算、姿态转换后，得出两个基准棱体间的三维姿态...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘莎，姜云翔，王锴磊，崔桂利，汪涛，赵天承，熊琨，
申请(专利权)人：北京航天计量测试技术研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11