空间虚拟轴测量技术

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1、2016年12月宇航计测技术Dec．．2016第36卷第6期JoumalofAstronauticMetmlog)，andMeasurementv01．36．No．6文章编号：1000一7202(2016)06一000卜04中图分类号：V556空间虚拟轴测量技术张志勇1刘立辉1赵天承2高利琴3周军1王占涛2(1．中国运载火箭技术研究院，北京100076；2．北京航天计量测试技术研究所，北京100076；3．中国人民解放军6360l部队，甘肃732750)文献标识码：A摘要由于空间虚拟轴没有直接的实体存在，不能对其采取传统的接触式测量方法。为此，以星载

2、相机的虚拟视轴测量为实例展开研究，针对被测轴所具有的光学特征，借助通用仪器将其引出，并选择恰当的用于姿态关系中间传递的可测对象，基于可测数据建立各对象的数学模型，通过分析不同对象的内在关联性，推导出空间虚拟轴的准确数学表达。由于推导过程贴合现有条件，因此这一技术具备工程实用的可行性。关键词虚拟轴测量TheMeasuringTechIliqueforSpatialVirtualA嫡sZHANGZhi—yon91LIULi．huilZHAOTian—chen92GAOLi．qin3ZHOUJunlWANGZhall．t∞2(1．ChinaAcademyo

3、fLaunchVehicleTechon01y，Beijing100076；2．BeijingAemspaceInstituteforMetmlogyandMeasurement，Beijing100076；3．63601Unit“PLA，Gansu732750)AbStractBecausethespatialVirtualaxisdoesnotexistasadirectsubstantiality，thetraditionaltechniqueofcontactmeasurementcannotbeadoptedforit．Therefore，

4、theresearchontlleme鹊urementinstanceofvirtualboresightofsatellite．bomec啪erawascarriedoutbyusingnornlalinstrumenttoderiveitaccordingtoitsopticalcharacteristics．Everyobjectfortransfbringattituderelationswasmodeledbasedonmeasurabledata．Accordingtotheintemalrelevancebetweeneveryobje

5、ct，theprecisefomulaofspa-tialvirtualaxisisdeduced．Becauseoftheconsideratedesign{．ortheexistingconditions，thetechniquecanbeappliedtotheengineeringpractices．KeywordsVirtualaxisMeasurement1引言在计量测试应用领域，有一些被测量量并不实际存在于三维空间。例如，对于人造卫星承载的CcD相机，在其主机程序的编制中，关键任务是确定相机的拍摄目标与卫星之间的角度关系，这就需要预先测

6、量给出相机视轴在卫星本体坐标系下的空间表达式以作为基准，而这一视轴是不可见的虚拟收稿日期：2015一08—19，修回日期：2016—07—18作者简介：张志勇(1972一)，男，研究员，主要研究方向：飞行器总体技术研究。宇航计测技术2016年轴。为此，结合相机自身结构特点和安装方式，设想通过间接测量与计算转换来获得其准确的数学描述。2测量目标状态图1给出了与相机视轴测量相关的结构示意。相机视轴s由镜头和ccD光敏器件的敏感面确定，平行于视轴的入射光经镜头会聚在cCD敏感面的中点；相机本体上固联一个六面体基准镜T；在将相机安装到卫星上时，使用定位环作为

7、工装过渡，通过环的上基面和定位销与相机配合，同时，环的上基面和基准点代表了卫星本体坐标系(各坐标系均为自由坐标系)；定位环上也固联了一个六面体基准镜M．视轴s图l星载相机与定位工装3原理方法与测量模型基本设想是，结合工程可得的测量技术条件，分——‘别获取视轴向量S在相机基准镜坐标系D∥，y，z，下的表达式、D∥，y弘，在定位环基准镜坐标系％z村)，^f铂下的表达式、D肼z肘y肼钿在卫星本体坐标系纸弘下的表达式，之后可联立得到Js在仇弦下的表达式，即视轴的最终需要形式。3．1视轴的捕获由于CCD敏感面在镜头的像方焦平面上，假设敏感面中点处有一个点光源，

8、则经过镜头后其出射光与视轴平行；当一台经纬仪透过相机镜头瞄向该中点时，只要经纬仪望远镜筒处在这个平行光场中，