[发明专利]一种位姿测算光学仪器及调试方法

说明书

本发明涉及光学测量装置领域，具体涉及一种位姿测算光学仪器及调试方法。主要解决了现有的位姿测算仪器测算数据可信度低、不能承受严酷的力学和热学环境，位姿测算光学仪器调试过程复杂的问题。位姿测算光学仪器包括光学相机、多个激光器组件和光学镜头；所述激光器组件和光学镜头均设置于光学相机上，光学相机设置有图像探测器和图像数据处理电路；光学镜头的光轴与图像探测器的视轴重合，光学镜头的光轴与图像探测器感光面垂直；激光器组件包括激光器和调整垫，调整垫设置于激光器与光学相机之间，多个激光器组件以光学镜头的光轴为中心沿圆周方向均布，激光器的光轴与光学镜头的光轴形成一定的夹角。

技术领域

本发明涉及光学测量装置领域，具体涉及一种位姿测算光学仪器及调试方法。

背景技术

随着空间光学技术的进一步发展，空间载荷也在不断的创新，近几年不断涌现出多种类型的新型载荷，其中包括大型机械手臂等通过机构运动达到任务要求的设备。这种设备在使用时，由于空间环境、人手及人眼无法接触或近距离观察设备等不利因素影响，导致此类设备必须通过某种测量手段来精确计算出设备的实时位置及姿态，即需要对设备进行实时位姿测算。

空间环境具有失重、温度交变显著等特点，这对设备的实时位姿测算提出了更加严苛的要求。位姿测量仪器必须在复杂的空间环境载荷下，保证测量精度，还要承受火箭发射、星箭分离时大量级的振动及冲击等严酷的力学载荷，现有的位姿测算光学仪器测算数据可信度低，不能够承受严酷的力学和热学环境。同时，由于发射成本、使用效率等方面因素的制约，位姿测算仪器必须满足重量轻，可靠性高等一系列条件，此外，现有的位姿测算光学仪器调试过程复杂。

发明内容

本发明所要解决的问题是提出一种既能满足结构强度，又可以保证测量精度的位姿测算仪器及位姿测算仪器的精确调试方法。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种位姿测算光学仪器，包括光学相机、多个激光器组件和光学镜头；所述激光器组件和光学镜头均设置于光学相机的同一平面上；所述光学相机设置有图像探测器和图像数据处理电路；所述光学镜头的光轴与图像探测器的视轴重合，光学镜头的光轴与图像探测器感光面垂直，光学镜头中心与图像探测器中心为同轴设置；所述激光器组件包括激光器和调整垫，调整垫设置于激光器与光学相机之间，多个激光器组件以光学镜头的光轴为中心沿圆周方向均布，所述激光器的光轴与光学镜头的光轴形成一定的夹角。

所述激光器组件数量优选为4个，设置在光学相机表面四个象限45°夹角线上。

所述激光器光轴与光学镜头光轴的优选夹角A＝2°±1′。

位姿测算光学仪器调试方法，所述位姿测算光学仪器包括光学相机、安装在光学相机上的多个激光器组件和一个光学镜头，所述的调试方法包括以下步骤：

1)通过测量光学相机、光学镜头和激光器组件的外部包络尺寸确定数值l₂，同时确定与l₂相关的数值L，L的数值是l₂的200倍以上，其中，l₂为激光器发光点中心到光学镜头光轴的垂直距离，L为激光器发光点在光学镜头光轴上的投影与目标靶板圆形标识在光学镜头光轴上的投影间的距离；

2)根据确定的l₂值、L值以及给定的夹角值A,通过公式A＝tan^-1(|l₁-l₂|/L)确定目标靶板圆形标识中心到目标靶板十字形标识中心的距离l₁；其中，A为激光器光轴与光学镜头光轴的夹角；

3)根据计算得到的l₁值制作目标靶板；

4)位姿测算光学仪器开机，将位姿测算光学仪器和目标靶板固定在气浮平台，目标靶板安装在光学镜头的前端，且与图像探测器视轴垂直，调整目标靶板的姿态，直到目标靶板十字标识通过光学相机成像后与光学相机的虚拟十字型参考标识重合，在光学镜头光轴方向上移动目标靶板，根据确定的L值对目标靶板进行固定；