入射光调整装置及光力臂检测装置制造方法及图纸

本申请属于光力控制技术领域，具体涉及一种入射光调整装置及光力臂检测装置。本申请公开的入射光调整装置包括透光元件，透光元件的入射面包括能够透过光线的透光区域和不能够透过光线的不透光区域，透光区域形成的图案的几何中心与透光元件的中心重合，光源模块，被配置为向透光元件发射入射光，成像模块，被配置为采集入射光经透光元件散射成像形成的第一图像，控制器，被配置为获取第一图像，并根据第一图像确定光斑的质心和透光元件的中心，若光斑的质心与透光元件的中心不重合，则根据光斑的质心与透光元件的中心的偏离程度，控制光源模块调节入射光的方向，以使调整后的入射光经透光元件散射成像形成的光斑的质心与透光元件的中心重合。元件的中心重合。元件的中心重合。

【技术实现步骤摘要】
入射光调整装置及光力臂检测装置


[0001]本申请属于光力控制
，具体涉及一种入射光调整装置及光力臂检测装置。

技术介绍

[0002]随着深空探测技术的不断发展，航天器推进能量的需求也逐渐扩大，燃料的高额开支让人难以承受，这促使人们不得不去发展新的推进方式，光帆推进作为一种无需消耗燃料并能提供连续推力的技术，已成为当前深空探测研究的热点。著名天体物理学家史蒂芬
·
霍金于2016年提出“突破摄星”计划，建造利用激光进行推进的星际微型探测器，预计最快用20年抵达离机地球最近的恒星系统半人马座阿尔法星系。该计划的核心内容之一就包括光帆技术，借助光帆技术驱动航天器将微型探测器加速至接近光速的速度，以满足人类探索浩瀚太空的需求。
[0003]光帆探测器的轨道控制，从本质上来说是对光帆的姿态控制，光力的大小与光帆的姿态，又有着直接的关系。光力是十分微小的量，测量起来相当困难，可借助精密扭尘秤实现对弱力的高灵敏度测量。光力臂的测量精度决定了光力测量的准确度。可见光力臂的测量精度对航天器姿态的控制十分重要。
[0004]在目前已公开的相关技术资料中，光力臂检测一般为传统机械测量方式，或借助激光测距原理进行力臂测检测，传统测量方法的精度较低，因此，如何实现光力臂的高精度测量是一个亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]本申请实施例提供一种入射光调整装置，能够解决光束压心检测精度低的技术问题。
[0006]本申请实施例还提供一种光力臂检测装置，能够解决光力臂检测精度低的技术问题。
[0007]一方面，本申请实施例提供一种入射光调整装置，包括：
[0008]透光元件，透光元件的入射面包括能够透过光线的透光区域和不能够透过光线的不透光区域，透光区域形成的图案的几何中心与透光元件的中心重合，
[0009]光源模块，被配置为向透光元件发射入射光，
[0010]成像模块，被配置为采集入射光经透光元件散射成像形成的光斑的第一图像，
[0011]控制器，被配置为
[0012]获取第一图像，并根据第一图像确定光斑的质心和透光元件的中心，
[0013]若光斑的质心与透光元件的中心不重合，则根据光斑的质心与透光元件的中心的偏离程度，控制光源模块调节入射光的方向，以使调整后的入射光经透光元件散射成像形成的光斑的质心与透光元件的中心重合。
[0014]根据本申请第一方面的实施方式，透光区域包括偶数条能够透过光线的狭缝，偶
数条狭缝排列成中心对称的狭缝图案，狭缝图案的几何中心与透光元件的中心重合。
[0015]根据本申请第一方面前述任一实施方式，偶数条狭缝以狭缝图案的几何中心为中心呈放射状排列。
[0016]根据本申请第一方面前述任一实施方式，偶数条狭缝沿着狭缝图案的周向均匀排列。
[0017]根据本申请第一方面前述任一实施方式，每条狭缝的长度相等，和/或，每条狭缝的宽度相等。
[0018]根据本申请第一方面前述任一实施方式，每条狭缝的近心端到狭缝图案的几何中心之间的距离相等，
[0019]和/或
[0020]每条狭缝的远心端到狭缝图案的几何中心之间的距离相等。
[0021]根据本申请第一方面前述任一实施方式，透光区域的面积小于等于透光元件的入射面的面积的千分之一，
[0022]和/或
[0023]狭缝的宽度大于等于所选取的入射光波长的2倍。
[0024]根据本申请第一方面前述任一实施方式，获取第一图像，并根据第一图像确定光斑的质心和透光元件的中心，包括：
[0025]获取成像模块采集的第一图像，
[0026]对第一图像进行灰度值拟合，得到灰度值拟合曲面，根据灰度值拟合曲面确定光斑的质心，
[0027]根据第一图像计算光斑的几何中心，将计算出的光斑的几何中心确定为透光元件的中心。
[0028]根据本申请第一方面前述任一实施方式，对第一图像进行灰度值拟合，得到灰度值拟合曲面，根据灰度值拟合曲面确定光斑的质心，包括：
[0029]将第一图像上的透过每条狭缝形成的狭缝光斑拟合成一条第一线段，得到具有2N条第一线段的第二图像，
[0030]将第二图像上的具有相同斜率的第一线段拟合成以第一线段上各点到特定点的距离为横坐标值、第一线段上各点的灰度值为纵坐标值的第一曲线，
[0031]对第一曲线进行采样得到多个采样点，若与多个采样点对应的第二图像中的点的灰度值为零，则将对应的采样点的纵坐标值赋值给第二图像中对应的灰度值为零的点从而得到具有N条第二线段的第三图像，
[0032]取第三图像中的灰度值非零的点进行曲面拟合，
[0033]通过计算拟合曲面的中心点确定光斑的质心。
[0034]根据本申请第一方面前述任一实施方式，将第二图像上的具有相同斜率的第一线段拟合成以第一线段上各点到特定点的距离为横坐标值、第一线段上各点的灰度值为纵坐标值的第一曲线，包括：
[0035]将第二图像上的2N条第一线段中具有相同斜率的第一线段视为一组，
[0036]将每组第一线段最左侧的灰度值非零点作为原点，每组第一线段上其余各点到原点的距离作为横坐标值，每组第一线段上每个点对应的第二图像上的灰度值作为纵坐标
值，
[0037]利用非线性最小二乘法进行对每组第一线段进行二次曲线拟合，得到N条第一曲线。
[0038]根据本申请第一方面前述任一实施方式，对第一曲线进行采样得到多个采样点，若与多个采样点对应的第二图像中的点的灰度值为零，则将对应的采样点的纵坐标值赋值给第二图像中对应的灰度值为零的点从而得到具有N条第二线段的第三图像，包括：
[0039]在第一曲线上每间隔m个数据点进行一次采样得到M个数据点，
[0040]逐一搜索第二图像中的与各个数据点对应的点P处的灰度值，
[0041]若第二图像中对应的点P处的灰度值为零，则将与点P对应的数据点的纵坐标值赋值给点P作为点P的灰度值，从而得到第三图像。
[0042]根据本申请第一方面前述任一实施方式，通过计算拟合曲面的中心点确定光斑的质心，包括：
[0043]计算拟合曲面的中心点，将此中心点确定为光斑的质心，或
[0044]计算拟合曲面的中心点O1，在每条第二线段上各取一点，每个点的灰度梯度值相同，求取各点所在圆的圆心O2，将中心点O1和圆心O2的坐标求平均，得到新的中心点，将新的中心点确定为光斑的质心，或
[0045]计算拟合曲面的中心点O1，在每条第二线段上各取H个点，以形成H个等灰度梯度值的圆，求各圆的圆心坐标平均值以得到圆心O2，将中心点O1和圆心O2的坐标求平均，得到新的中心点，将新的中心点确定为光斑的质心。
[0046]根据本申请第一方面前述任一实施方式，在每条第二线段上各取H个点，以形成H个等灰度梯度值的圆，求各圆的圆心坐标平均值以得到圆心O2，包括：
[0047]选取一条本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种入射光调整装置，其特征在于：包括透光元件，所述透光元件的入射面包括能够透过光线的透光区域和不能够透过光线的不透光区域，所述透光区域形成的图案的几何中心与所述透光元件的中心重合，光源模块，被配置为向所述透光元件发射入射光，成像模块，被配置为采集入射光经所述透光元件散射成像形成的光斑的第一图像，控制器，被配置为获取所述第一图像，并根据所述第一图像确定光斑的质心和透光元件的中心，若光斑的质心与透光元件的中心不重合，则根据光斑的质心与透光元件的中心的偏离程度，控制所述光源模块调节入射光，以使调整后的入射光经所述透光元件散射成像形成的光斑的质心与透光元件的中心重合。2.根据权利要求1所述的入射光调整装置，其特征在于：所述透光区域包括偶数条能够透过光线的狭缝，偶数条所述狭缝排列成中心对称的狭缝图案，所述狭缝图案的几何中心与所述透光元件的中心重合。3.根据权利要求2所述的入射光调整装置，其特征在于：偶数条所述狭缝以所述狭缝图案的几何中心为中心呈放射状排列。4.根据权利要求3所述的入射光调整装置，其特征在于：偶数条所述狭缝沿着所述狭缝图案的周向均匀排列。5.根据权利要求3所述的入射光调整装置，其特征在于：每条所述狭缝的长度相等，和/或，每条所述狭缝的宽度相等。6.根据权利要求5所述的入射光调整装置，其特征在于：每条所述狭缝的近心端到所述狭缝图案的几何中心之间的距离相等，和/或每条所述狭缝的远心端到所述狭缝图案的几何中心之间的距离相等。7.根据权利要求1所述的入射光调整装置，其特征在于：所述透光区域的面积小于等于所述透光元件的入射面的面积的千分之一，和/或所述狭缝的宽度大于等于所选取的入射光波长的2倍。8.根据权利要求3至7中任一权利要求所述的入射光调整装置，其特征在于：所述获取所述第一图像，并根据所述第一图像确定光斑的质心和透光元件的中心，包括获取所述成像模块采集的第一图像，对所述第一图像进行灰度值拟合，得到灰度值拟合曲面，根据所述灰度值拟合曲面确定光斑的质心，根据所述第一图像计算光斑的几何中心，将计算出的光斑的几何中心确定为所述透光元件的中心。9.根据权利要求8所述的入射光调整装置，其特征在于：所述对所述第一图像进行灰度值拟合，得到灰度值拟合曲面，根据所述灰度值拟合曲面确定光斑的质心，包括将所述第一图像上的透过每条所述狭缝形成的狭缝光斑拟合成一条第一线段，得到具有2N条第一线段的第二图像，
将所述第二图像上的具有相同斜率的所述第一线段拟合成以第一线段上各点到特定点的距离为横坐标值、第一线段上各点的灰度值为纵坐标值的第一曲线，对所述第一曲线进行采样得到多个采样点，若与多个采样点对应的第二图像中的点的灰度值为零，则将对应的采样点的纵坐标值赋值给第二图像中对应的灰度值为零的点从而得到具有N条第二线段的第三图像，取所述第三图像中的灰度值非零的点进行曲面拟合，通过计算拟合曲面的中心点确定光斑的质心。10.根据权利要求9所述的入射光调整装置，其特征在于：所述将所述第二图像上的具有相同斜率的所述第一线段拟合成以第一线段上各点到特定点的距离为横坐标值、第一线段上各点的灰度值为纵坐标值的第一曲线，包括将所述第二图像上的2N条第一线段中具有相同斜率的第一线段视为一组，将每组第一线段最左侧的灰度值非零点作为原点，每组第一线段上其余各点到原点的距离作为横坐标值，每组第一线段上每个点对应的第二图像上的灰度值作为纵坐标值，利用非线性最小二乘法进行对每组第一线段进行二次曲线拟合，得到N条第一曲线。11.根据权利要求9所述的入射光调整装置，其特征在于：所述对所述第一曲线进行采样得到多个采样点，若与多个采样点对应的第二图像中的点的灰度值为零，则将对应的采样点的纵坐标值赋值给第二图像中对应的灰度值为零的点从而得到具有N条第二线段的第三图像，包括在所述第一曲线上每间隔m个数据点进行一次采样得到M个数据点，逐一搜索所述第二图像中的与各个所述数据点对应的点P处的灰度值，若所述第二图像中对应的点P处的灰度值为零，则将与点P对应的所述数据点的纵坐标值赋值给点P作为点P的灰度值，从而得到第三图像。12.根据权利要求9所述的入射光调整装置，其特征在于：所述通过计算拟合曲面的中心点确定光斑的质心，包括计算拟合曲面的中心点，将此中心点确定为光斑的质心，或计算拟合曲面的中心点O1，在每条所述第二线...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗先刚，李兰婷，张飞，蒲明博，车建强，鲜汶秀，
申请(专利权)人：天府兴隆湖实验室，
类型：发明
国别省市：