[发明专利]一种大尺度六自由度相对位姿模拟精度的自动化标定方法

说明书

一种大尺度六自由度相对位姿模拟精度的自动化标定方法，首先将模拟两星相对运动在轨工况的两个六自由度转台作为模拟器，并建立世界坐标系，建立非共线非共面的固定测量点构成的转站基准，并得到转站基准中各个固定测量点在世界坐标系中的坐标转换矩阵，然后分别测量模拟器中两个六自由度转台的负载安装台面中心的位置误差、平动误差、直线标定误差、垂直度误差，两个六自由度转台内环轴、中环轴、外环轴的轴系垂直度误差，完成大尺度六自由度相对位姿模拟精度的自动化标定。

技术领域

本发明涉及高精度测量领域，特别是一种大尺度六自由度相对位姿模拟精度的自动化标定方法。

背景技术

随着卫星任务的复杂性、多样性的提高，卫星地面试验任务难度也越来越大，对试验的全面性、覆盖性提出了更高的要求。随着空间技术的不断发展，航天器在轨服务技术逐渐成为各国航天机构研究的热点。对目标航天器进行在轨服务任务，首先要实现与目标航天器的交会对接。整个交会对接过程通常包括远距离交会、近距离交会、最终逼近、抓捕与对接等阶段。在交会对接的最终逼近段较多的是采用视觉手段来引导服务航天器向目标航天器进行跟踪接近，两星之间的相对运动是此过程中的起着至关重要的作用，由于高精度相对运动跟踪技术复杂，在轨应用面临成熟度问题，需要在地面进行尽可能高仿真度的技术验证，降低在轨应用风险。

目前在国内的卫星姿轨控地面试验当中，以两个六维转台的相对运动模拟两星在轨工况的全物理试验方法最为全面、有效。但是这是由于两星相对运动范围较大，而运动缩放比例有限，需要六自由度转台具有较大的平动运动范围。因此为了满足大尺度六自由度相对位姿模拟精度，需要一套完整的标定方法。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种大尺度六自由度相对位姿模拟精度的自动化标定方法，解决了目前卫星试验系统中六自由度试验平台精度标定方法的缺陷，为试验系统精度修正提供依据。

本发明的技术解决方案是：一种大尺度六自由度相对位姿模拟精度的自动化标定方法，包括如下步骤：

(1)将模拟两星相对运动在轨工况的两个六自由度转台作为模拟器，并建立世界坐标系；

(2)建立非共线非共面的固定测量点构成的转站基准，并得到转站基准中各个固定测量点在世界坐标系中的坐标转换矩阵；

(3)分别测量模拟器中两个六自由度转台的负载安装台面中心的位置误差、平动误差、直线标定误差、垂直度误差，两个六自由度转台内环轴、中环轴、外环轴的轴系垂直度误差，完成大尺度六自由度相对位姿模拟精度的自动化标定。

所述的步骤(1)中建立世界坐标系的方法为：

(11)在模拟器地基中间位置安装水平基准平面，将靶球放置在水平基准平面，使用激光跟踪仪瞄准靶球，测量得到靶球坐标，多次扫描水平基准靶球进而建立得到水平面；

(12)在水平面上安装7*7的靶球座，中心的靶球座作为世界坐标系原点，靶球座群构成的平面作为XY平面，垂直于XY平面的的直线为Z轴，得到世界坐标系。

所述的转站基准中各个固定测量点分别设置磁座，且磁座空间包络模拟器分布，其中，模拟器的四角分别布置4个磁性底座，4个磁座的支撑柱高度不同，世界坐标系X轴设置1个磁座。

所述的步骤(3)中模拟器中两个六自由度转台的负载安装台面中心的位置误差的确定方法为：

将光学靶标放置在六自由度转台安装台面中心的负载盘上，然后以固定间隔运动六自由度转台的某个自由度进行测量，记录测量数据进而得到位置误差。

所述的直线标定误差的确定方法为：

将光学靶分别置于2个六自由度转台的负载盘上，每隔固定距离运动六自由度转台，并使用激光跟踪仪对准光学靶，测量光学靶三维坐标，然后使用最小二乘直线拟合的方法，求出最大的测量点与拟合直线之间的距离，进而得到直线标定误差。