星载一体快速观测系统地面调试用靶标及地面调试方法技术方案

本发明专利技术涉及星载一体快速观测系统地面调试用靶标及地面调试方法。旨在解决现有地面调试用靶标及地面调试方法操作复杂、精度低、空间占地大、目标运动轨迹不可调整的问题。本发明专利技术由上至下依次包括平行光管、一维旋转台、直线导轨组件、可伸缩调整支架组件，还包括控制计算机以及电机驱动器组件；平行光管用于模拟无穷远目标；一维旋转台用于实现平行光管的旋转运动；直线导轨组件用于实现一维旋转台的直线运动；可伸缩调整支架组件用于保证平行光管与观测相机的探测器中心等高；基于该地面调试装置本发明专利技术还提供了星载一体快速观测系统地面调试方法。

Target and ground debugging method for ground debugging of satellite borne integrated rapid observation system

The invention relates to a target and a ground debugging method for ground debugging of an on-board integrated rapid observation system. The purpose of this paper is to solve the problems of complex operation, low precision, large space occupation and unadjustable target trajectory of existing ground debugging targets and ground debugging methods. The invention comprises a collimator, a one-dimensional rotary table, a linear guide rail assembly, a telescopic adjustment bracket assembly from top to bottom, a control computer and a motor driver assembly, a collimator for simulating an infinite target, a one-dimensional rotary table for realizing the rotary motion of the collimator, a linear guide rail assembly for realizing the linear motion of the one-dimensional rotary table, and a telescopic adjustment The bracket assembly is used to ensure the equal height of the collimator and the detector center of the observation camera; based on the ground debugging device, the invention also provides the ground debugging method of the satellite borne integrated rapid observation system.

【技术实现步骤摘要】
星载一体快速观测系统地面调试用靶标及地面调试方法
本专利技术属于星载一体化快速观测技术，具体涉及星载一体快速观测系统地面调试用靶标及地面调试方法。
技术介绍
星载快速观测系统是搭载在卫星平台上有独立的动力驱动单元，随着星载一体化的需求与发展，卫星平台的姿控与星载快速观测的伺服控制系统将共用动力驱动单元，即：采用同一组动力驱动执行机构，既实现卫星平台的姿态调整与控制，又实现星载快速观测系统的高精度观测需求。对于星载一体化快速观测系统的地面调试与检测，不同于独立的星载快速观测系统，独立的星载快速观测系统与卫星平台耦合度小，无须与卫星平台一起检测，可以采用地面通用的动态检测设备进行调试与检测。而星载一体化快速观测系统需与卫星平台模拟器刚性联结成一体后，共用动力驱动执行机构实现整体伺服运动，模拟其在空间的快速观测性能与指标。快速观测系统通常为两轴转动机构，转动范围较大，一般卫星平台地面模拟试验采用单轴、两轴或多轴气浮台来实现，但两轴以上气浮台同时实现大角度范围模拟尚有较大技术难度，现有的快速观测系统地面调试装置通常占地面积大、精度低且操作较复杂。
技术实现思路
本专利技术提供了星载一体快速观测系统地面调试用靶标及地面调试方法，旨在解决现有地面调试用靶标及地面调试方法操作复杂、精度低、空间占地大、目标运动轨迹不可调整的技术问题。为达到上述目的，星载一体化快速观测系统的地面检测与调试，可以先对星载一体化两轴的运动控制进行控制解耦后，再分别对星载一体化单轴的运动控制性能进行地面检测与调试，即分别对单轴的一维运动控制性能进行地面检测与调试来等效检测两轴的运动控制性能检测与调试。单轴的卫星平台模拟器可由高精度单轴气浮台台面、配重等装置来实现。通过增减配重等质量大小与调整配重等摆放位置点，实现气浮台、配重等装置绕单轴气浮台的回转中心轴转动惯量与待模拟单轴卫星平台绕单轴气浮台的回转中心轴转动惯量相等，从而实现单轴卫星平台模拟功能。单轴快速观测系统通过螺钉等固定在单轴气浮台台面上，实现与单轴卫星平台模拟器的刚性联结，从而实现单轴星载一体化快速观测系统的地面模拟。搭载在气浮台上的单轴星载一体快速观测系统，其单轴运动控制为一维旋转运动控制，从而实现对以一定速度与加速度运动的一维远距离模拟目标的快速观测功能，并满足观测精度与平稳性指标要求。基于以上实践需求，本专利技术所采用的技术方案为：本专利技术的星载一体快速观测系统地面调试装置，其特殊之处在于：包括平行光管、一维旋转台、直线导轨组件、可伸缩调整支架组件、控制计算机以及电机驱动器组件；所述平行光管固定在一维旋转台上，用于模拟无穷远目标；所述一维旋转台设置在直线导轨组件上，用于实现平行光管的旋转运动；所述直线导轨组件设置在可伸缩调整支架组件上，用于实现一维旋转台的直线运动；所述可伸缩调整支架组件设置在地面，用于保证平行光管与单轴气浮台上的观测相机的探测器中心等高；所述控制计算机用于接收星载一体化快速观测系统发出的时间脉冲序列信号，并将其作为一维旋转台电机和直线导轨电机的控制时间基准；同时，根据控制时间基准，计算模拟目标指定运动轨迹所对应的一维旋转台电机及直线导轨电机的实时驱动信号；所述电机驱动器组件根据一维旋转台电机及直线导轨电机的实时驱动信号，输出功率驱动一维旋转台电机和直线导轨电机运动。进一步地，还包括底座和多维调平台；所述平行光管通过底座固定在一维旋转台上；所述多维调平台设置于直线导轨组件下方，且固定于可伸缩调整支架组件上，对直线导轨组件的高低、前后、倾角进行微调。进一步地，所述一维旋转台采用涡轮蜗杆或齿轮组件；所述一维旋转台电机选用步进电机或小功率伺服电机，电机控制采取闭环或者开环控制；所述直线导轨组件包括直线导轨、导轨工作台，导轨工作台安装于直线导轨上，直线导轨电机驱动导轨工作台沿直线导轨运动；所述直线导轨电机为直线电机或伺服电机；所述直线导轨组件还可替换为滚珠丝杠幅和导轨工作台，导轨工作台安装于滚珠丝杠幅的丝杠螺母上，所述直线导轨电机驱动滚珠丝杠幅的丝杠转动，使得丝杠螺母带着导轨工作台在丝杠上做直线运动；所述可伸缩调整支架组件包括支架平台，支架平台的底部垂直连接两个可伸缩调整支柱，每一个可伸缩调整支柱的底端安装有可调平与锁紧支架底座，通过调整可伸缩调整支柱和可调平与锁紧支架底座对调整支架平台进行调整；所述可伸缩调整支柱为液压支柱、气压支柱或机械支柱；所述可调平与锁紧底座包括可锁紧滚轮与螺纹升降支柱；所述多维调平台为手动升降台、手动平移台、手动角位台或手动倾斜台。进一步地，所述控制计算机还用于存储模拟目标运动轨迹的实时计算结果、位于单轴气浮台上的实时传感器检测到的旋转位置与角度信息，并实时绘制该位置与角度信息，然后显示于计算机屏幕上。便于实时或事后检查一维靶标的动态运动性能；能将各电机的实时控制量输出到各电机驱动器，保证控制信息与驱动器之间实时、准确交互。基于上述的星载一体快速观测系统地面调试用靶标，本专利技术还提供了星载一体快速观测系统地面调试方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：1)选择直线导轨长度L、单轴气浮台回转轴中心到直线导轨的垂直距离d：根据单轴气浮台直径、最大观测角度范围、最大速度与加速度，选择合适的直线导轨长度L以及单轴气浮台回转轴中心到直线导轨的垂直距离d；2)选择合适的一维旋转台和直线导轨：根据观测位置精度、速度精度与速度平稳性的指标需求，选择满足一维旋转台旋转位置精度的一维旋转台电机，选择满足直线导轨位置精度、速度精度以及速度平稳性精度的直线导轨电机，选择满足电机驱动器组件的位置与速度控制精度以及实时传感器位置精度及分辨率的一维旋转台和直线导轨；在指定运动全过程中平行光管产生的平行光(模拟目标)始终指向单轴气浮台回转中心轴，保证在观测相机探测器的成像清晰、精确；因此，需要对一维旋转台电机与直线导轨电机的运动进行规划设计；3)搭建地面调试装置：将星载一体快速观测系统安装在气浮平台上，再根据步骤1)所选择的L和d，以及步骤2)所选择的一维旋转台、直线导轨、直线导轨电机及一维旋转台电机，搭建星载一体快速观测系统地面调试装置用靶标，要求靶标的平行光管与星载一体快速观测系统的观测相机的探测器中心等高；其中，连接的控制计算机需编写软件，需要注意的是，运动运动轨迹算法实现与时间脉冲序列信息接收的正确，要进行仿真验证与充分测试；4)静态粗调平：调节可伸缩调整支架组件的高度，保证平行光管的光斑进入观测相机视场，调平后锁定；再分别移动一维旋转台到直线导轨的两端点，调整可伸缩调整支架组件前后距离，使得测量观测范围满足要求；如不满足，调整可伸缩调整支架组件前后距离，直至满足；保证在观测相机探测器的成像清晰、精确；5)静态精调平：调节多维调平台，保证在直线导轨的多点位置下，平行光管的光斑均位于观测相机视场十字丝中心位置；6)靶标调整：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.星载一体快速观测系统地面调试用靶标，其特征在于：/n包括平行光管(1)、一维旋转台(2)、直线导轨组件(3)、可伸缩调整支架组件(4)、控制计算机(5)以及电机驱动器组件(6)；/n所述平行光管(1)固定在一维旋转台(2)上，用于模拟无穷远目标；/n所述一维旋转台(2)设置在直线导轨组件(3)上，用于实现平行光管(1)的旋转运动；/n所述直线导轨组件(3)设置在可伸缩调整支架组件(4)上，用于实现一维旋转台(2)的直线运动；/n所述可伸缩调整支架组件(4)设置在地面，用于保证平行光管(1)与单轴气浮台(11)上的观测相机(13)的探测器中心等高；/n所述控制计算机(5)用于接收星载一体化快速观测系统发出的时间脉冲序列信号，并将其作为一维旋转台电机(8)和直线导轨电机(7)的控制时间基准；同时，根据控制时间基准，计算模拟目标指定运动轨迹所对应的一维旋转台电机(8)及直线导轨电机(7)的实时驱动信号；/n所述电机驱动器组件(6)根据一维旋转台电机(8)及直线导轨电机(7)的实时驱动信号，输出功率驱动一维旋转台电机(8)和直线导轨电机(7)运动。/n

【技术特征摘要】
1.星载一体快速观测系统地面调试用靶标，其特征在于：
包括平行光管(1)、一维旋转台(2)、直线导轨组件(3)、可伸缩调整支架组件(4)、控制计算机(5)以及电机驱动器组件(6)；
所述平行光管(1)固定在一维旋转台(2)上，用于模拟无穷远目标；
所述一维旋转台(2)设置在直线导轨组件(3)上，用于实现平行光管(1)的旋转运动；
所述直线导轨组件(3)设置在可伸缩调整支架组件(4)上，用于实现一维旋转台(2)的直线运动；
所述可伸缩调整支架组件(4)设置在地面，用于保证平行光管(1)与单轴气浮台(11)上的观测相机(13)的探测器中心等高；
所述控制计算机(5)用于接收星载一体化快速观测系统发出的时间脉冲序列信号，并将其作为一维旋转台电机(8)和直线导轨电机(7)的控制时间基准；同时，根据控制时间基准，计算模拟目标指定运动轨迹所对应的一维旋转台电机(8)及直线导轨电机(7)的实时驱动信号；
所述电机驱动器组件(6)根据一维旋转台电机(8)及直线导轨电机(7)的实时驱动信号，输出功率驱动一维旋转台电机(8)和直线导轨电机(7)运动。


2.根据权利要求1所述的星载一体快速观测系统地面调试用靶标，其特征在于：还包括底座(9)和多维调平台(10)；
所述平行光管(1)通过底座(9)固定在一维旋转台(2)上；
所述多维调平台(10)设置于直线导轨组件(3)下方，且固定于可伸缩调整支架组件(4)上，对直线导轨组件(3)的高低、前后、倾角进行微调。


3.根据权利要求2所述的星载一体快速观测系统地面调试用靶标，其特征在于：
所述一维旋转台(2)采用涡轮蜗杆或齿轮组件；
所述一维旋转台电机(8)选用步进电机或小功率伺服电机；
所述直线导轨组件(3)包括直线导轨(31)、导轨工作台(32)，导轨工作台(32)安装于直线导轨(31)上，直线导轨电机(7)驱动导轨工作台(32)沿直线导轨(31)运动；所述直线导轨电机(7)为直线电机或伺服电机；
所述可伸缩调整支架组件(4)包括支架平台(41)，支架平台(41)的底部垂直连接两个可伸缩调整支柱(42)，每一个可伸缩调整支柱(42)的底端安装有可调平与锁紧支架底座(43)，通过调整可伸缩调整支柱(42)和可调平与锁紧支架底座(43)对调整支架平台(41)进行调整；所述可伸缩调整支柱(42)为液压支柱、气压支柱或机械支柱；所述可调平与锁紧底座(43)包括可锁紧滚轮与螺纹升降支柱；
所述多维调平台(10)为手动升降台、手动平移台、手动角位台或手动倾斜台。


4.根据权利要求2所述的星载一体快速观测系统地面调试用靶标，其特征在于：
所述一维旋转台(2)采用涡轮蜗杆或齿轮组件；
所述一维旋转台电机(8)选用步进电机或小功率伺服电机；
所述直线导轨组件(3)包括滚珠丝杠幅和导轨工作台(32)，导轨工作台(32)与滚珠丝杠幅的丝杠螺母连接，所述直线导轨电机(7)驱动滚珠丝杠幅的丝杠转动；所述直线导轨电机(7)为直线电机或伺服电机；
所述可伸缩调整支架组件(4)包括支架平台(41)，支架平台(41)的底部垂直连接两个可伸缩调整支柱(42)，每一个可伸缩调整支柱(42)的底端安装有可调平与锁紧支架底座(43)，通过调整可伸缩调整支柱(42)和可调平与锁紧支架底座(43)对调整支架平台(41)进行调整；所述可伸缩调整支柱...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘军，李治国，折文集，李昕，陶俊明，程志远，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61