[发明专利]在轨夹角测量装置

说明书

本发明在轨夹角测量装置，具体包括：激光器发射激光束，激光束经分光棱镜反射，反射的激光依次经过多个棱镜，最后入射平面反射镜；反射的激光在每个棱镜中均经过两次反射；平面反射镜的反射光依次经过多个棱镜反向入射分光棱镜后透射置位置传感器上；在轨夹角测量装置当平面反射镜相对夹角仪夹角发生变化时，使得平面反射镜相对变化前位置偏转角度β，反射激光将在位置传感器上产生位移△x。通过计算可得到平面反射镜偏转角度β与位置传感器光斑移动距离△x的定量关系，继而得到夹角仪与平面反射镜相对夹角变化的定量关系。本发明可增加测量夹角仪和平面反射镜之间的光程来提高夹角测量精度，并且消除了光路折转棱镜自身转动对测量精度的影响。

技术领域

本发明涉及一种在轨夹角测量装置，属于航天在轨精密测量技术领域。

背景技术

自第一个地球观测卫星Landsat-1(80m地面分辨率)发射以来，对地观测卫星的地面分辨率(GSD)朝越来越高的方向发展，例如：Landsat-1发射10年后，Landsat-4具有30m的地面分辨能力，随后几年内SPOT-1(1986)达10m GSD，IKONOS(1999)为1m GSD,当航天器在轨运行时，空间环境呈周期性剧烈变化，将给航天器结构带来热变形，加上航天器在轨环境下重力释放，也会给航天器带来微变形。高分辨率成像卫星本质上要求具有高稳定的结构。例如高分辨率成像卫星的一项关键性能指标——定位精度与卫星的结构微变形(主要是指结构热变形引起相机、星敏感器光轴相对指向的变化)性存在密切的关系，例如当结构微变形引起相机光轴指向变化1＂就会导致相机指向在地面偏离理论目标2.45m(轨道高度约为500Km)。随着卫星精度要求的越来越高，对卫星结构尺寸稳定性提出了很高的要求。因此，掌握有效的高精度在轨夹角测量技术，将能在轨实时测量相机、星敏感器光轴相对指向的变化，进而对星敏感器测量的相机光轴指向进行修正，从而提高卫星的无控制点定位精度，为高精度航天器的研制提供技术支撑。此前的技术方案如下：

(一)传统技术方案

传统技术方案如附图1所示，为测量航天器上任意两个待测位置之间的相对夹角变化，在两个位置上分别安装夹角仪8和平面反射镜6组成夹角测量装置，夹角仪8内部包括：激光器1、分光棱镜7和位置传感器2，激光器1发出的激光光线经过分光棱镜7转90°后，直接传输至平面反射镜6，再经过平面反射镜6，在位置传感器2上形成一个光斑。当航天器两个待测位置之间发生相对变形时，使得平面反射镜6偏转角度β，反射激光在位置传感器2上的光斑将产生位移△x。位置传感器2光斑移动距离△x与所述待测位置相对夹角变化β的定量关系为：

其中l为反射激光从平面反射镜6到位置传感器2的光程。

(二)传统技术方案存在的问题

从附图1可见，传统技术方案要求：

1)夹角仪8和平面反射镜6之间不能被航天器的其他设备和结构遮挡；

2)光程l由夹角仪8和平面反射镜6之间距离决定。

因此传统技术方案存在下述问题：

1)对于高精度航天器，系统非常复杂，很难做到夹角仪8和平面反射镜6之间没有其他设备和结构，不利于夹角测量装置的安装布局。

2)根据公式①，提高夹角测量装置的测量精度需要增加光程l，但是传统技术方案的光程l由夹角仪8和平面反射镜6之间的距离决定，也就是说一旦位置传感器2的分辨率一旦选定就不能再提高夹角测量装置的测量精度。因此不利于进一步提高夹角测量装置的测量精度。

(三)传统技术方案的改进方案

为解决传统技术方案存在的问题，如附图2所示，可以在光路中增加若干光路折转平面镜，例如第一平面镜3、第二平面镜4、第三平面镜5、第四平面镜10，来增加光程l提高测量精度、改变光路走向避让航天器的其他设备和结构。