基于激光跟踪仪的天基望远镜安装测量技术

　　0 引 言

　　天基硬X 射线调制望远镜是大型空间望远镜，由12 个小的X 射线望远镜组成，测量时各望远镜的局部坐标系必须统一到天文坐标系中，才能够得到在天文坐标系中的测量结果。由于望远镜镜管的安装是随机的，无法保证其空间方位，因此，安装之后必须测量出镜管坐标系与天文坐标系之间的空间方位关系，工作时由软件对各望远镜测量结果加以计算和补偿。天基硬X 射线调制望远镜坐标系方位测量方案关系到望远镜集成测试阶段的成功，因此，在设计阶段对此方案加以预先研究，文中涉及的工作正是在此背景下开展的。

　　1 测量方案

　　1.1 测量原理

　　卫星在天文坐标系中的方位由星敏感器决定，因此，决定望远镜镜管在天文坐标系中的方位实际上是决定镜管坐标系与星敏感器坐标系的关系。

　　每一个小的望远镜都由准直管和探测器组成，望远镜坐标系建立在探测面上，探测面与准直管的轴线垂直。同样，星敏感器由光学系统和探测面组成，星敏感器坐标系也建立在其探测面上，探测面与星敏感器视轴垂直。设计中镜管和星敏感器安装在同一个基准平台上(安装基准)，如图1 所示(为简洁起见，图1 中只示出一只镜管)，镜管轴线与星敏感器光学轴线在空间平行，这一关系可由机械加工和安装予以保证，也即保证了望远镜坐标系与星敏感器坐标系的有一根轴在空间平行(设为Z 轴，下同)，因此，望远镜测量坐标系与星敏感器测量坐标系的平面方位关系(XOY 面)是实现两个坐标系空间一致的关键。如果能够精确测量两个坐标系之间的平面方位关系，通过坐标系转换即可实现望远镜与星敏感器坐标系的空间一致。

　　1.2 测量方案

　　1.2.1 测量对象和测量仪器

　　分析测量原理之后，还需要分析测量对象以便选择适当的仪器设备。本测量对象尺寸为2~5 m，测量距离5 m 左右，根据硬X 射线望远镜的设计指标，经分析坐标系方位测量精度应优于30″，测量对象为静态，对测量频率要求不高，被测对象位于室内安装现场，振动和遮挡干扰比较小。根据被测对象的上述特点，采用美国API 公司产的TrackerII Plus 激光跟踪仪作为主要测量设备，该仪器测量范围达数十米，测量精度高(5~10×10-6)，体积小，质量轻，携带安装方便，特别适合于工业现场大尺寸高精度测量。经过误差分析，坐标系方位测量精度优于25′′ ，满足测量要求。值得注意的是，本测量中实际测量对象——望远镜坐标系和星敏感器坐标系均为不可见，因此，必须采取适当的技术措施，使其成为激光跟踪仪能够“看见”的几何参数。