[发明专利]一种星敏感器光轴引出机构校准方法

权利要求书

1.一种星敏感器光轴引出机构校准方法，其特征在于，包括下列步骤：

(1)利用光学角规和平面反射镜进行自准直仪误差的校准，得到自准直仪的准直测量误差；

(2)在全量程范围内取n个不同偏差角的光学角规M₁～M_n重复步骤(1)过程，n≥10，其中测量范围在±20″内取不少于5个光学角规，得到n次自准直仪示值误差β₁～β_n；取所有测量误差中的绝对值最大的作为自准直仪准直误差Δ_自准直仪；

(3)安装好自准直仪，将平面反射镜放置于二维平移台上，将二维平移台两轴导轨调整至十字交叉形，平面反射镜反射面向上水平放置在二维平移台上，调整平面反射镜与上方的自准直仪准直，锁紧平移台下面的角位移台，自准直仪清零，该位置作为初始零位；

(4)定义横向导轨为X轴导轨；调整X轴导轨至负行程最大点，将X轴导轨从负向往正方向运动，分别按照负行程最大点、3/4点、中间点、1/4点、零点，正行程1/4点、中间点、3/4点、正行程最大点记录自准直仪读数Δ_Xi，i＝1…9；Max(Δ_Xi)－Min(Δ_Xi)为X轴导轨运动造成二维平移台的指向偏摆误差Δ_平移台X；

(5)定义纵向导轨为Y轴导轨；调整Y轴导轨至负行程最大点，将Y轴导轨从负向往正方向运动，按照负行程最大点、3/4点、中间点、1/4点、零点，正行程1/4点、中间点、3/4点、正行程最大点记录自准直仪读数Δ_Yi；Max(Δ_Yi)－Min(Δ_Yi)为Y轴导轨运动造成二维平移台的指向偏摆误差Δ_平移台Y；

(6)X轴导轨和Y轴导轨同时运动到正向行程所围成的象限区域为第一象限；X轴导轨和Y轴导轨同时运动到负向行程所围成的象限区域为第三象限；调整X轴和Y轴导轨至负行程最大点，X轴从负向往正方向运动，每次运动的步距s_x为X轴正行程的1/4，Y轴从负向往正向运动，每次运动的步距s_y为Y轴正行程的1/4；在X轴负向和Y轴负向行程最大点、3/4点、中间点、1/4点、零点位置记录自准直仪读数Δ_X负Y负j，j＝1，…，5；在X轴正向和Y轴正向行程零点、1/4点、中间点、3/4点、正行程最大点位置记录自准直仪读数Δ_X正Y正j；取第一象限Max(Δ_X正Y正j)-Min(Δ_X正Y正j)为第一象限X和Y轴导轨联动造成二维平移台指向偏摆误差Δ_一象限；取第三象限Max(Δ_X负Y负j)-Min(Δ_X负Y负j)为第三象限X和Y轴导轨联动造成二维平移台指向偏摆误差Δ_三象限；

(7)X轴导轨运动到负向行程、Y轴导轨运动到正向行程所围成的象限区域为第二象限；X轴导轨运动到正向行程、Y轴导轨运动到负向行程所围成的象限区域为第四象限；X轴导轨运动到负向行程最大点，Y轴导轨运动到正向行程最大点；将X轴导轨从负向行程最大点往正方向运动，每次运动的步距s_x为X轴正行程的1/4，同时将Y轴导轨从正向行程最大点往负方向运动，每次运动的步距s_y为Y轴正行程的1/4；在X轴负向行程最大点、3/4点、中间点、1/4点、零点位置，记录自准直仪读数Δ_X负Y正j；在X轴正向行程零点、1/4点、中间点、3/4点、正行程最大点位置，记录自准直仪读数Δ_X正Y负j，j＝1，...，5；取第二象限Max(Δ_X负Y正j)-Min(Δ_X负Y正j)为第二象限X和Y轴导轨联动造成二维平移台指向偏摆误差Δ_二象限；取第四象限Max(Δ_X正Y负j)-Min(Δ_X正Y负j)为第四象限X和Y轴导轨联动造成二维平移台指向偏摆误差Δ_四象限；

(8)取Δ_Xi、Δ_Yi、Δ_X负Y负j、Δ_X正Y正j、Δ_x负Y正j、Δ_X正Y负j中的最大值减去最小值，作为二维平移台指向偏摆示值误差Δ_平移台；

(9)计算星敏感器光轴引出机构光轴引出误差Δ＝Δ_自准直仪+Δ_平移台；

(10)用自准直仪和平面反射镜测试二维平移台指向的重复性；将X轴和Y轴导轨调整至零位，记录自准直仪读数L₀，移动二维平移台至某固定位置，记录自准直仪读数L₁，计算P₁＝L₁-L₀，以此为一个测量循环，重复10组测量，得到P₁～P_w，w＝2，...，10；

(11)计算二维平移台指向重复性引入的不确定度分量u_重复性；

(12)计算二维平移台指向偏摆误差引入的不确定度分量u_平移台；

(13)计算自准直仪准直误差引入的不确定度分量u_自准直仪；

(14)计算温度影响引入的测量不确定度u_温度；

(15)测量不确定度合成，计算扩展测量不确定度U，完成星敏感器光轴引出机构校准；

所述步骤(1)中得到自准直仪的准直测量误差的具体过程为：将光学角规、自准直仪、平面反射镜放置在同一平台上，光学角规位于中间，光学角规主截面和平面反射镜均垂直于自准直仪视轴；将激光找准器放置在自准直仪上，调整自准直仪底座上的偏摆和俯仰旋钮，使自准直仪的激光找准光束射到光学角规的中心位置并且出射光束和入射光束尽量重合；拿走激光找准器，打开自准直仪测量软件，启动后观察到十字回像；记录自准直仪分别准直光学角规前后两个面时的角度读数v1和v2，计算光学角规偏向角测量值；对比光学角规偏向角的标定值，得出自准直仪的测量误差；

所述步骤(2)的具体误差计算方法如下：光学角规偏向角标定值采用国家计量院计量校准证书上的实测值，测量点误差计算公式如下：

其中，

c为玻璃折射率；

β_标为光学角规偏向角的标定值；

β为自准直仪在该点的准直误差；

所述步骤(3)中平面反射镜直径大于两轴导轨中较长导轨行程的3/4，平面反射镜平面度优于0.08μm；

所述步骤(13)的具体实现方法如下：

取自准直仪允许误差MPE_允许和上述测量计算得到Δ_自准直仪中最大值为区间半宽度，a＝max(MPE_允许，Δ_自准直仪)，认为其服从均匀分布，误差以等概率落于估计区间(-a，a)，k为置信因子，则