一種用于面陣靜態紅外地球敏感器的高精度地球模擬器的制作方法

本發明涉及星載面陣靜態紅外地球敏感器的地面測試設備。具體涉及一種用于面陣靜態紅外地球敏感器檢測手段，新型模擬地球輻射源的產生方法。

背景技術：

衛星姿態控制系統中會用到紅外地球敏感器，其通過測量地球與太空的紅外輻射差來獲取航天器的姿態信息，此外，衛星發射過程中捕獲地球、在過渡軌道對地球定位等功能都由紅外地球敏感器負責。紅外地球敏感器在衛星上非常重要，其性能和精度將直接影響衛星在軌道上的工作狀態。

為了對地球敏感器進行性能測試及精度標定，必須在地面上為其開發一套專用的性能測試設備，即地球模擬器。地球模擬器是在地面上標定地球敏感器精度的試驗設備，是地球敏感器研制和生產中不可缺少的實驗設備。其可以模擬出紅外地球敏感器在不同軌道、不同姿態下運行時看到的地球紅外圖像，實現地球敏感器性能指標的地面測試評估。

技術實現要素：

本發明提供一種用于面陣靜態紅外地球敏感器的高精度地球模擬器，其為面陣靜態紅外地球敏感器提供地球紅外輻射模擬和姿態模擬，是紅外地球敏感器專用地面檢測設備。

本發明它包括地球紅外輻射模擬單元1、姿態模擬單元2和系統控制單元3。其中：

所述地球紅外輻射模擬單元1中薄膜加熱片1-3采用航天工藝貼在熱板1-5上，加熱片壓板1-4覆蓋于薄膜加熱片1-3上通過螺釘與熱板1-5連接固定，熱板1-5通過螺釘與隔熱板1-2連接固定，隔熱板1-2通過隔熱柱與外圈1-1螺釘連接固定，外圈1-1通過隔熱柱1-6與冷光闌1-7螺釘連接固定，冷光闌固定板1-8通過螺釘與冷光闌1-7連接固定，紅外準直鏡1-9通過螺釘與冷光闌固定板1-8連接固定，通過控制地球紅外輻射模擬單元1中的熱板1-5和冷光闌1-7的溫度差，模擬地球紅外輻射，冷光闌1-7上根據特征軌道高度開有不同的光闌孔模擬不同軌道高度地球紅外輻射；

所述姿態模擬單元2中的外框架2-1、內框架2-2、水平驅動組件2-3、鉛垂驅動組件2-4。水平驅動組件2-3中的軸承套筒2-3-16和軸承套筒2-3-26通過螺釘與外框架2-1連接固定，水平驅動組件2-3中驅動軸2-3-13和游動軸2-3-25通過螺釘與內框架2-2連接固定，鉛垂驅動組件2-4中軸承套筒2-4-15通過螺釘與內框架2-2連接固定。

水平驅動組件2-3中的轉臺水平軸系分驅動軸軸系和游動軸軸系，其中驅動軸軸系的電機2-3-11通過螺釘與驅動軸套筒2-3-18連接固定，電機2-3-11與驅動軸2-3-13之間通過聯軸器2-3-12連接，軸承2-3-15兩軸承的內外圈之間分別通過壓圈2-3-17的厚度來調節軸承預緊力，軸承套筒2-3-16、軸承2-3-15和壓圈2-3-17通過圓螺母2-3-14連接固定，驅動軸2-3-13穿過軸承2-3-15內圈、壓圈2-3-17內圈與軸承2-3-15內圈達到緊配，驅動軸套筒2-3-18通過螺釘與外框架2-1連接固定。其中游動軸軸系的游動軸2-3-25、軸承2-3-23和壓圈2-3-24通過圓螺母2-3-22連接固定，軸承套筒2-3-26、軸承2-3-23和壓圈2-3-24通過圓螺母2-3-22連接固定，光柵碼盤2-3-21穿過軸承2-3-23后通過圓螺母2-3-22連接固定，軸承套筒2-3-26通過螺釘與外框架2-1連接固定。

其中鉛垂驅動組件的電機2-4-11通過螺釘與鉛垂軸套筒2-4-12連接固定，電機2-4-11與鉛垂軸2-4-13之間通過聯軸器連接，光柵碼盤2-4-14穿過鉛垂軸2-4-13后通過螺釘與軸承套筒2-4-15連接固定，鉛垂軸套筒2-4-12通過螺釘與軸承套筒2-4-15連接固定，軸承套筒2-4-15、軸承2-4-16外圈和壓圈2-4-17外圈通過圓螺母2-4-18連接固定，鉛垂軸2-4-13、軸承2-4-16內圈和壓圈2-4-17內圈通過圓螺母2-4-18連接固定，軸承套筒2-4-15通過螺釘與內框架2-2連接固定。

系統控制單元3控制紅外輻射模擬單元1中的熱板1-1和冷光闌1-5的溫度差，其中冷光闌1-5上開有不同的光闌孔來模擬不同軌道高度地球紅外輻射。姿態模擬單元2通過系統控制單元3控制水平驅動組件2-3的電機2-3-11和鉛垂驅動組件的電機2-4-11帶動被測產品相對地球紅外輻射模擬單元轉動，其中內框架2-2轉動，來模擬被測產品俯仰角姿態變化，其中外框架2-1轉動，來模擬被測產品滾動角姿態變化，每根旋轉軸上分別安裝光柵碼盤2-3-21和光柵碼盤2-4-14，實時測量轉角的變化，地球模擬器根據光柵碼盤2-3-21和光柵碼盤2-4-14采集的反饋值和系統設定值之間的偏差，采用閉環控制方式及時糾正運行偏差，從而實現在面陣紅外地球敏感器在地面高精度測試及標定。

本發明用于面陣靜態紅外地球敏感器的高精度地球模擬器，具有通用性強、穩定性好，精度高的優點。

附圖說明

圖1為本發明地球模擬器結構組成圖。

圖2本發明地球模擬器地球紅外輻射模擬單元結構簡圖；圖中：1-1-外圈、1-2-隔熱板、1-3-加熱片、1-4-加熱片壓板、1-5-熱板、1-6-隔熱柱、1-7-冷光闌、1-8-冷光闌固定板、1-9-紅外準直鏡。

圖3本發明地球模擬器姿態模擬單元結構簡圖，圖中：2-1-外框架、2-2-內框架、2-3-水平驅動組件、2-4-鉛垂驅動組件。

圖4本發明地球模擬器姿態模擬單元水平驅動組件中驅動軸軸系結構簡圖，圖中：2-3-11-電機、2-3-12-聯軸器、2-3-13-驅動軸、2-3-14-圓螺母、2-3-15-軸承、2-3-16-軸承套筒、2-3-17-壓圈、2-3-18驅動軸套筒。

圖5本發明地球模擬器姿態模擬單元水平驅動組件中游動軸軸系結構簡圖；圖中：2-3-21-光柵碼盤、2-3-22-圓螺母、2-3-23-軸承、2-3-24-壓圈、2-3-25-游動軸、2-3-26-軸承套筒。

圖6本發明地球模擬器姿態模擬單元鉛垂驅動組件結構簡圖，圖中：2-4-11-電機、2-4-12-鉛垂軸套筒、2-4-13-鉛垂軸、2-4-14-光柵碼盤、2-4-15-軸承套筒、2-4-16-軸承、2-4-17-壓圈、2-4-18-圓螺母。

圖7本發明地球模擬器系統控制單元原理框圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加明了，下面結合附圖對本發明進行描述。但是要指的是，所給出的實施例是為了說明本發明，而不是限制本發明的范圍。

本發明地球模擬器如圖1所示，包括地球紅外輻射模擬單元、姿態模擬單元和系統控制單元。

地球紅外輻射模擬單元如圖2所示，包括外圈1-1、隔熱板1-2、薄膜加熱片1-3、加熱片壓板1-4、熱板1-5、隔熱柱1-6、冷光闌1-7、冷光闌固定板1-8和紅外準直鏡1-9。其中熱板采用鋁合金加工而成，薄膜加熱片1-3直接貼在熱板1-5表面加熱，薄膜加熱片1-3外表面再貼裝薄膜加熱片壓板1-4進行保溫處理，薄膜加熱片的電功率為50W，熱板黑色陽極氧化處理，表面發射率ε_h≥0.85。冷光闌1-7采用紫銅加工而成，表面噴涂耐高溫黑漆處理，表面發射率ε_h≥0.85，與紅外準直鏡1-9導熱安裝。熱板1-5與冷光闌1-7以及熱板1-5與紅外準直鏡1-9之間采用絕熱安裝，熱板1-5和冷光闌1-7的溫度利用鉑電阻進行測量，并采用PID智能控制其溫度差，溫度差控制精度為±0.2℃；溫度差準確度需通過精密溫度計測溫后軟件修正。

姿態模擬單元如圖3所示，包括外框架2-1、內框架2-2、水平驅動組件2-3、鉛垂驅動組件2-4。姿態角度的模擬是通過二軸轉臺帶動被測產品相對光學系統進行轉動，模擬紅外地球敏感器相對地球的姿態角度變化。其中水平驅動組件2-3內的電機2-3-11帶動內框架2-2轉動，模擬被產品俯仰軸轉動；與內框架2-2相連接的鉛垂驅動組件2-4中的電機帶動被測產品轉動，模擬被測產品滾動軸轉動。

水平驅動組件2-3中的轉臺水平軸系分驅動軸軸系和游動軸軸系，其中驅動軸軸系如圖4所示，包括電機2-3-11、聯軸器2-3-12、驅動軸2-3-13、圓螺母2-3-14、軸承2-3-15、軸承套筒2-3-16、壓圈2-3-17、驅動軸套筒2-3-18組。游動軸軸系如圖5所示，包括光柵碼盤2-3-21、圓螺母2-3-22、軸承2-3-23、壓圈2-3-24、游動軸2-3-25、軸承套筒2-3-26。水平驅動組件采用兩端雙軸承支撐，一端固定一端游動，每個軸承組件采用兩個角接觸球軸承面對面安裝，軸承雙端預緊，消除徑向間隙和軸向間隙對回轉精度的影響。

鉛垂驅動組件如圖6所示，包括電機2-4-11、鉛垂軸套筒2-4-12、鉛垂軸2-4-13、光柵碼盤2-4-14、軸承套筒2-4-15、軸承2-4-16、壓圈2-4-17、圓螺母2-4-18。其采用單端支撐，軸承組件采用兩個角接觸球軸承背靠背安裝，保證軸線具有一定的剛度，軸承采用雙端預緊，消除徑向間隙和軸向間隙對回轉精度的影響。

姿態模擬角度通過角度傳感器進行絕對測量和控制，測角分辨率為1″，測角精度為±2.5″，碼盤為360°全周編碼，可連續轉動工作。姿態模擬單元的水平軸和鉛錘軸的安裝孔均通過對內框進行精鏜加工，保證其軸線垂直度和安裝孔圓周度、同軸度。

系統控制單元結構功能圖如圖7所示，通過軟件溫度設置功能，對紅外地球模擬單元冷光闌熱板溫差設定；通過軟件姿態設置功能，由角度傳感器進行角度信息測量，控制電機帶動內外框運轉，實時測量轉臺角度的變化，并采用閉環控制方式及時糾正運行偏差。

該設備能精確仿真衛星姿態角的變化，此新型地球模擬器所能仿真的姿態角精度為0.004°。