提出了一种利用激光跟踪仪进行镜面准直和姿态测量的方法, 分析了测量精度。分别利用高精度电子经纬仪与激光跟踪仪对单个立方镜和双立方镜进行准直和姿态测量, 计算固定立方镜相邻镜面夹角和双立方镜坐标系间的转换参数, 对比新方法的测量精度。同时比较测量效率、测量环境要求。实验结果显示: 比于传统镜面拟合法低于0.5′的准直测量精度, 新方法精度达到10″量级, 与主流的经纬仪方法相当; 同时, 新方法在测量效率上较经纬仪方法提高1倍以上, 对测量环境的要求也较为宽松, 在实际生产中可以代替经纬仪进行准直与姿态测量工作。

航天产品对姿态参数提出高精度测量需求, 立方镜 -经纬仪准直测量法为其中应用最为广泛的方法。本文在对经纬仪自准直原理研究的基础上, 针对产品姿态调整传统测量方法需多次架站、效率低的问题, 提出事先计算调整理论值, 将计算所得的理论值设置为观测参数, 通过垫片对产品进行姿态调整, 在一次架站的情况下, 实现对产品姿态调整; 同时, 对该方法的适应范围进行讨论。经分析, 该方法可实现对产品调整状态的实时测量, 提高测量效率, 减少操作强度, 在实际应用中取得了良好效果。

测量红外低温相机的系统调制传递函数(MTF)需要借助于低温平行光管。由于红外低温相机探测器在常温下无法正常工作，并且红外低温相机、低温平行光管离轴抛物镜以及模拟靶标三者是空间分离的，因此实验前需要将相机的视轴引出到平行光管的视轴方向，同时将模拟靶标调整到平行光管焦面位置且靶标中心处于平行光管的中心视场。借助于干涉仪，利用经纬仪分别将相机视轴和平行光管视轴引出到外基准立方镜a和b，通过两立方镜坐标系的方向余弦矩阵关系，将红外低温相机的视轴引出到低温平行光管的视轴方向。对视轴引出精度进行了分析，给出了实验采集的图像。实验结果表明，系统MTF满足要求，同时表明红外低温相机视轴引出方法合理可行。

传输型立体测绘卫星利用测绘相机进行摄影测量时, 需要确定测绘相机在惯性坐标系中的姿态。确定姿态时, 首先由星敏感器测量得到星敏测量坐标系在惯性坐标系中的姿态, 然后通过星敏测量坐标系与星敏立方镜的转换矩阵、星敏立方镜与测绘相机立方镜的转换矩阵, 得到测绘相机测量坐标系在惯性坐标系中的姿态。文中介绍了各坐标系的定义, 根据星敏立方镜与测绘相机立方镜坐标系的关系, 利用4台经纬仪测量系统分别建立星敏立方镜和测绘相机立方镜的坐标系以及2坐标系间的转换矩阵,介绍了2个立方镜坐标系的标定方法, 多次测量结果表明, 最大标定误差为1.011 6", 优于2"(1σ), 满足立体测绘精度的要求。

提出一种太阳敏感器测量坐标系与立方镜坐标系转换矩阵的标定方法。该方法首先利用太阳模拟器和两轴转台对太阳敏感器测量坐标系与转台坐标系进行标定;然后,利用光阑接受屏和CCD图像瞄准定位系统,对立方镜坐标系和转台坐标系进行标定;最后,以转台坐标系作为中间坐标系计算出所述两坐标系的转换矩阵,从而将太阳敏感器测量的太阳视线方向间接转换到立方镜坐标系。实验结果表明,两坐标系转换矩阵的标定精度优于4″(1σ),满足太阳敏感器测量精度要求。该方法不需要精准的加工和安装工艺,同时对两坐标系转换矩阵的标定也不需要太阳敏感器测量坐标系与转台坐标系保持一致,易于实现,具有实用价值。

介绍了一种测绘相机坐标系与立方镜之间关系的标定方法.对两坐标系的转换矩阵、标定方法和标定精度进行研究.推导了两坐标系的关系,建立了坐标系间的转换矩阵.利用高精度二维转台、0.5″经纬仪和平行光管完成了测绘相机与相机立方镜坐标系之间的角度测量.最后,对标定精度进行了分析.误差分析结果表明:该方法的标定精度优于2″(1σ),可以满足测绘相机坐标系与立方镜转换关系的标定要求,具有实用价值.

结合理想坐标系下立方镜镜面微小倾斜后其三个平面法线坐标,利用刚体微量转动的反射法线向量公式,获得非理想立方镜反射矩阵；为了研究在光斜入射时镜面倾斜对出射光方向的影响,利用立方镜绕顶点旋转等效于光斜入射的方法,计算出光束夹角δ与单一镜面偏差角ε和立方镜旋转角θ之间的关系式；对于理想情况下的立方镜,利用几何光学可以证明出射光与入射光不但平行,而且过顶点作任意截面交于两光线所得的两个交点关于顶点对称,从而计算出立方镜绕顶点以外任意轴旋转造成出射光束相对原出射光的偏移量与旋转角关系式,理论计算值与实验数据吻合得很好；介绍了立方镜的制作、调整及检测方法,偏差角的测量与计算。