[发明专利]测量反射式望远镜次镜六自由度对准误差的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于测量技术领域，涉及一种利用PSD测量次镜间六自由度对准误差的装置和方法。

背景技术

作为可展开空间望远镜的一种，利用带状弹簧作为次镜支撑结构，发射时只折叠次镜支撑结构的微小望远镜，各国科学家进行了深入研究，并进行了地面展开实验，结果显示利用带状弹簧可实现多次收拢-展开，其综合性能可基本满足空间可展开结构的性能需求。其中一个重要问题是展开精度的测量。现有技术主要是利用照相测量方法和机械测量方法。前者测量系统复杂，而且测量条件苛刻；后者利用机械方法，精度有限。本发明利用PSD作为敏感装置的测量方法中，在实时测量望远镜对准误差的同时，也可以进行成像观测。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量反射式望远镜次镜六自由度对准误差的装置及方法，实现对目标的六自由度对准误差测量(即相对位移测量)，其解决了现有技术系统复杂、精度低的缺点，具有精度高，系统简单的优点。

本发明的技术解决方案是：

一种测量反射式望远镜次镜六自由度对准误差的装置，包括：

三个固连在主镜上的PSD、三个固连在主镜上的半导体激光器、三个固连在次镜上小平面镜、PSD数据处理模块、用于接收三个PSD输出数据的计算机；所述小平面镜的半径为4mm-10mm；

所述三个激光器均匀分布在圆心在Z轴上并垂直于Z轴的圆上，所述激光器的运动同主镜一致；

所述三个PSD均匀分布在圆心在Z轴上并垂直于Z轴的圆上，所述PSD的运动同主镜一致；

所述三个小平面镜均匀分布在圆心在Z轴上并垂直于Z轴的圆上，所述平面镜的运动同次镜一致；

所述每个激光器发射的激光可被相应的小平面镜反射至对应的PSD接受面。

用于测量反射式望远镜次镜六自由度对准误差的方法，包括以下步骤：

1】展开次镜前，将测量反射式望远镜次镜六自由度对准误差的装置安装到反射式望远镜上；

2】调整次镜至最佳对准位置；

3】每个激光器发射一束激光至相应的小平面镜，经反射至相应的PSD接受面；

4】初始位置标定：通过三个PSD的六个输出量P_o1x，P_o1y，P_o2x，P_o2y，P_o3x，P_o3y，求解得到次镜的六个自由度位置初始值δ_x，δ_y，δ_z，α，β，γ；

5】次镜折叠-展开；

6】通过三个PSD的六个输出量，求解得到次镜展开后的六个自由度位置值；

7】将次镜展开后的六个自由度位置值分别减去相应的六个自由度初始值，得到对准误差量。

上述通过三个PSD的六个输出量，求解得到次镜的六个自由度位置的具体步骤为：

1】以次镜理想位置为基础建立三维坐标系，并以此为世界坐标系；

2】再以次镜实际位置建立三维坐标系，根据几何知识和坐标变换公式求解三个小平面镜在世界坐标系下的表示；

3】根据反射定律，追迹光线，求得PSD上光斑点在世界坐标系下的坐标表示；

4】将PSD上光斑点在世界坐标系下的坐标转换为以PSD为基础建立的坐标系下的表示，得到PSD输出；

5】三个PSD输出可得到六个方程，联立得到次镜六自由度位置。

本发明所具有的优点在于：

1、本发明在实时测量望远镜次镜对准误差的同时，望远镜能进行成像观测。

2、本发明的系统结构简单，体积小。

3、本发明非接触测量，次镜部分只需加一小反射镜，对望远镜光学系统次镜遮拦比影响很小。

附图说明

图1为本发明望远镜次镜六自由度对准误差测量装置的布局示意图；

图2为本发明PSD测量的原理示意图；

附图标记如下：1-半导体激光器，2-小平面镜，3-PSD(位置敏感探测器)，4-主镜，5-次镜，6-次镜支撑，7-主镜平面，8-次镜平面，9-第一半导体激光器，10-第一小平面镜，11-第一PSD，12-第二半导体激光器，13-第二小平面镜，14-第二PSD，15-第三半导体激光器，16-第三小平面镜，17-第三PSD。

具体实施方式