高精度望远镜主次镜相对位置和姿态实时测量装置及方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115877389A(43)申请公布日2023.03.31(21)申请号202211621320.X(22)申请日2022.12.16(71)申请人中国科学院光电技术研究所地址610209四川省成都市双流350信箱(72)发明人石恒杜俊峰边疆刘盾(74)专利代理机构北京科迪生专利代理有限责任公司11251专利代理师邓治平(51)Int.Cl.G01S17/06(2006.01)G01S17/08(2006.01)G01S7/481(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称高精度望远镜主次镜相对位置和姿态实时测量装置及方法(57)摘要本发明提供了一种高精度望远镜主次镜相对位置和姿态实时测量装置及方法，解决了望远镜在工作时次镜相对于主镜空间位置和姿态的高精度实时测量问题。该装置包括高精度激光测距仪、角锥棱镜和数据处理系统。利用激光测距仪、角锥棱镜测量望远镜次镜上六个点到望远镜主镜上对应点的六个距离量，再利用本发明提供的解算方法解算出望远镜次镜相对于主镜的偏心和倾斜等位姿变化量。本发明测量装置及方法具有结构简单、精度高、实时测量的特点。CN115877389ACN115877389A权利要求书1/1页1.一种高精度望远镜主次镜相对位置和姿态实时测量装置，其特征在于：高精度望远镜主次镜相对位置和姿态实时测量装置包括高精度激光测距仪、六个角锥棱镜(1)、数据处理系统(2)；高精度激光测距仪包括激光测距仪主机(3)、六个激光准直器(4)和六条光纤(5)；六个激光准直器(4)分别固定在望远镜主镜边缘，并通过六条光纤(5)与激光测距仪主机(3)连接；六个角锥棱镜(1)固定在望远镜次镜边缘；调节六个激光准直器(4)发出的光束使其分别对准六个角锥棱镜(1)；测量六个激光准直器(4)到六个角锥棱镜(1)的六个距离量的变化量，并结合六个激光准直器(4)和六个角锥棱镜(1)的空间坐标解算得到望远镜次镜相对于望远镜主镜的空间位置和姿态变化量。2.一种高精度望远镜主次镜相对位置和姿态实时测量方法，利用权利要求1所述的高精度望远镜主次镜相对位置和姿态实时测量装置，其特征在于：包括以下步骤：步骤1)、测量出六个角锥棱镜(1)的空间位置坐标a1(x1,y1,z1)、a2(x2,y2,z2)、a3(x3,y3,z3)、a4(x4,y4,z4)、a5(x5,y5,z5)、a6(x6,y6,z6)和六个激光准直器(4)的空间位置坐标c1(x1,y1,z1)、c2(x2,y2,z2)、c3(x3,y3,z3)、c4(x4,y4,z4)、c5(x5,y5,z5)、c6(x6,y6,z6)；步骤2)、测量初始状态下六个角锥棱镜(1)到六个激光准直器(4)的六个距离量L0(1),L0(2),L0(3),L0(4),L0(5),L0(6)；步骤3)、计算六路激光的方向向量e1,e2,e3,e4,e5,e6：步骤4)、计算灵敏度矩阵J：步骤5)、测量即时的六个角锥棱镜(1)到六个激光准直器(4)的六个距离量L(1),L(2),L(3),L(4),L(5),L(6)，并计算六个距离的变化量ΔL：ΔL(i)＝L(i)‑L0(i)(i＝1,2,…6)；步骤6)、计算望远镜次镜相对于望远镜主镜的位置和姿态变化量x：x＝J‑1·ΔL此处，x为望远镜次镜相对于主镜沿X方向、Y方向、Z方向移动和绕X轴、Y轴、Z轴旋转共六个自由度的变化量。3.根据权利要求2所述的一种高精度望远镜主次镜相对位置和姿态实时测量方法，其特征在于：该高精度望远镜主次镜相对位置和姿态实时测量方法对位移的测量精度达到百纳米级，对角度的测量精度达到万分之一度级，单次解算时间在毫秒量级。2CN115877389A说明书1/4页高精度望远镜主次镜相对位置和姿态实时测量装置及方法技术领域[0001]本发明属于高精度光学测量领域，具体涉及一种高精度望远镜主次镜相对位置和姿态实时测量装置及方法。背景技术[0002]目标分辨率和灵敏度要求的提高促进了长焦距望远系统向大口径的发展。这些系统通常在运行期间对干扰做出更复杂的响应，导致光学结构变形，图像随之失真。分析表明，引起光学元件位移的因素很多。比如温度随光照条件的变化也会引起结构变形，导致望远镜次镜相对于主镜的空间位置姿态发生变化，从而引起图像质量的下降。随着光学系统焦距的增大和分辨率的提高，这样的影响将变得更加严重。因此，为了保证成像质量，闭环光学调整通常被视为大口径望远系统的先决条件。通常，可以引入一些闭环光学措施来调节波前变化，其中波前传感是最常用的。但当出现结构限制时，无法实现足够多的波前传感，从而导致焦平面调整出现相应故障，此后可能出现焦平面倾斜和场线性像散。此外，这种方法由于无法获取实时数