專利名稱：空間光學(xué)系統(tǒng)探測(cè)能力檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域，涉及一種空間光學(xué)系統(tǒng)探測(cè)能力檢測(cè)系統(tǒng)，尤其涉及一種對(duì)空間光學(xué)系統(tǒng)探測(cè)極限以及能量集中度兩大指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試的檢測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
空間光學(xué)系統(tǒng)對(duì)空間目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)，其探測(cè)能力決定了系統(tǒng)的實(shí)用性。為了充分驗(yàn)證光學(xué)系統(tǒng)的探測(cè)能力，需要對(duì)其探測(cè)能力進(jìn)行全面測(cè)試。探測(cè)極限、能量集中度的測(cè)試，足以比較全面的對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的探測(cè)能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。一方面，探測(cè)極限的測(cè)試可以確定光學(xué)系統(tǒng)對(duì)弱目標(biāo)的極限響應(yīng)。另一方面，能量集中度的測(cè)試可以了解光學(xué)系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)成像后的能量分布。對(duì)于星敏感器等空間定位、導(dǎo)航光學(xué)系統(tǒng)而言，能量集中度則直接影響其空間姿態(tài)測(cè)量精度。能量集中度越高，探測(cè)極限越高，但姿態(tài)測(cè)量精度卻趨于降低；能量集中度太低，則無法對(duì)較弱目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)，姿態(tài)控制也就無從談起。所以探測(cè)極限與能量集中度兩個(gè)指標(biāo)互相制約，只有兩者互相配合，才能最大限度的發(fā)揮光學(xué)系統(tǒng)的探測(cè)能力。因此，對(duì)空間光學(xué)系統(tǒng)探測(cè)能力實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)方面的研究，就顯得非常必要了?，F(xiàn)今國內(nèi)有相應(yīng)的可見光和紫外星等模擬器，但都無法完成對(duì)探測(cè)極限和能量集中度的自動(dòng)測(cè)量。在此提出一種空間光學(xué)系統(tǒng)探測(cè)能力檢測(cè)系統(tǒng)，可以覆蓋這兩個(gè)指標(biāo)的測(cè)試。

實(shí)用新型內(nèi)容為了解決背景技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種能夠可靠及準(zhǔn)確獲取檢測(cè)數(shù)據(jù)以及便于操作的空間光學(xué)系統(tǒng)探測(cè)能力檢測(cè)系統(tǒng)。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是:本實(shí)用新型提供了一種空間光學(xué)系統(tǒng)探測(cè)能力檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述空間光學(xué)系統(tǒng)探測(cè)能力檢測(cè)系統(tǒng)包括光源系統(tǒng)、準(zhǔn)直系統(tǒng)、星點(diǎn)單元、光譜采集單元、主控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理單元以及顯示單元；所述準(zhǔn)直系統(tǒng)以及光譜采集單元分別設(shè)置在光源的出射光路上；所述星點(diǎn)單元設(shè)置在光源系統(tǒng)與準(zhǔn)直系統(tǒng)之間并處于光源系統(tǒng)的焦平面上；待測(cè)空間光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置在經(jīng)準(zhǔn)直系統(tǒng)后的出射光路上；所述數(shù)據(jù)處理單元分別與顯示單元以及待測(cè)空間光學(xué)系統(tǒng)相連；所述主控系統(tǒng)分別與待測(cè)空間光學(xué)系統(tǒng)、光源系統(tǒng)以及光譜采集單元相連。上述準(zhǔn)直系統(tǒng)離軸反射光學(xué)系統(tǒng)；所述離軸反射光學(xué)系統(tǒng)包括離軸拋物面主鏡、第一折軸鏡、第二折軸鏡以及可變光闌；所述第一折軸鏡、第二折軸鏡以及離軸拋物面主鏡依次設(shè)置在光源系統(tǒng)經(jīng)星點(diǎn)單元后的出射光路上；所述待測(cè)空間光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置在經(jīng)離軸拋物面主鏡反射后的出射光路上；所述可變光闌設(shè)置在離軸拋物面主鏡與待測(cè)空間光學(xué)系統(tǒng)之間；所述可變光闌是消雜散光光闌；所述離軸反射光學(xué)系統(tǒng)是口徑是O500mm以及焦距是5000mm的離軸反射光學(xué)系統(tǒng)。上述光源系統(tǒng)包括標(biāo)準(zhǔn)積分球、鹵鎢燈、氙燈以及可調(diào)供電電源；所述鹵鎢燈以及氙燈設(shè)置在標(biāo)準(zhǔn)積分球的內(nèi)壁上；所述主控系統(tǒng)通過可調(diào)供電電源分別與鹵鎢燈以及氙燈相連。上述星點(diǎn)單元是星點(diǎn)目標(biāo)靶板；所述光譜采集單元是光譜輻射度計(jì)。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:本實(shí)用新型首次利用最小二乘高斯擬合法，計(jì)算空間光學(xué)系統(tǒng)彌散斑直徑，并以此對(duì)能量集中度進(jìn)行評(píng)價(jià)。超越傳統(tǒng)“數(shù)像元”方法的局限，以一種更為合理、科學(xué)的數(shù)據(jù)擬合處理方式，獲得了可靠、準(zhǔn)確的檢測(cè)數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型運(yùn)用一種新的信噪比公式，對(duì)空間光學(xué)系統(tǒng)極限探測(cè)時(shí)的信噪比進(jìn)行計(jì)算，在國內(nèi)亦屬首創(chuàng)。本實(shí)用新型通過兩種反饋方式，控制準(zhǔn)直系統(tǒng)出光口輻亮度值。一是通過光譜輻射度計(jì)測(cè)量準(zhǔn)直系統(tǒng)出光口輻亮度值，計(jì)算實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反饋給主控系統(tǒng)控制光源供電電源輸出。二是通過計(jì)算得到圖像信噪比，主控系統(tǒng)根據(jù)所得信噪比值實(shí)時(shí)控制光源供電電源輸出。這樣可以得到兩組數(shù)據(jù):一是在指定視星等能量下的目標(biāo)信噪比；二是在指定信噪比下的極限探測(cè)能量(即視星等光照度)。本實(shí)用新型的空間光學(xué)系統(tǒng)探測(cè)能力檢測(cè)系統(tǒng)，光源選用積分球光源，提高了測(cè)試的穩(wěn)定性。本實(shí)用新型的空間光學(xué)系統(tǒng)探測(cè)能力檢測(cè)系統(tǒng)，光源選用鹵鎢燈、氙燈混合燈，可以實(shí)現(xiàn)寬波段的光譜能量配比以及多種色溫組合。本實(shí)用新型的空間光學(xué)系統(tǒng)探測(cè)能力檢測(cè)系統(tǒng)，星點(diǎn)單元選用較高圓度的標(biāo)準(zhǔn)星點(diǎn)，可以提聞測(cè)試的精度。本實(shí)用新型的空間光學(xué)系統(tǒng)探測(cè)能力檢測(cè)系統(tǒng)，準(zhǔn)直系統(tǒng)選用5000mm離軸三反平行光管，幾乎不引入像差，大大提高測(cè)試精度。選用此平行光管，能模擬非常微弱的星光目標(biāo)(極限視星等16Mv)，提高了本系統(tǒng)的測(cè)試范圍。本實(shí)用新型的空間光學(xué)系統(tǒng)探測(cè)能力檢測(cè)系統(tǒng)，光譜采集單元選用高精度光譜輻射度計(jì)，并通過NIST溯源的標(biāo)準(zhǔn)積分球進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)傳遞，可以獲取非常準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果。本實(shí)用新型的空間光學(xué)系統(tǒng)探測(cè)能力檢測(cè)系統(tǒng)，在準(zhǔn)直系統(tǒng)出射窗口處安裝有可變光闌，可根據(jù)不同空間相機(jī)的通光口徑大小調(diào)整準(zhǔn)直系統(tǒng)出射光束的口徑，以滿足不同相機(jī)測(cè)試的需要。本實(shí)用新型的空間光學(xué)系統(tǒng)探測(cè)能力檢測(cè)系統(tǒng)，在準(zhǔn)直系統(tǒng)出射窗口處安裝有可變光闌，可以有效的遮擋雜散光，提高測(cè)試精度。

圖1是本實(shí)用新型所提供的空間光學(xué)系統(tǒng)探測(cè)能力檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是高斯擬合效果圖；其中:1-光源系統(tǒng)；2_星點(diǎn)單元；3-離軸拋物面主鏡；4_第一折軸鏡；5_第二折軸鏡；6_可變光闌；7_待測(cè)空間光學(xué)系統(tǒng)；8_光譜輻射度計(jì)；9-電控平移臺(tái)；10_電控轉(zhuǎn)臺(tái)；11-主控系統(tǒng)；12_數(shù)據(jù)處理單元；13-顯示單元；14-準(zhǔn)直系統(tǒng)。
具體實(shí)施方式
[0024]參見圖1，本實(shí)用新型提供了一種空間光學(xué)系統(tǒng)探測(cè)能力檢測(cè)系統(tǒng)，該空間光學(xué)系統(tǒng)探測(cè)能力檢測(cè)系統(tǒng)包括光源系統(tǒng)1、準(zhǔn)直系統(tǒng)14、星點(diǎn)單元2、光譜采集單元、主控系統(tǒng)
11、數(shù)據(jù)處理單元12以及顯示單元13 ;準(zhǔn)直系統(tǒng)14以及光譜采集單元分別設(shè)置在光源的出射光路上；星點(diǎn)單元2設(shè)置在光源系統(tǒng)I與準(zhǔn)直系統(tǒng)14之間并處于光源系統(tǒng)I的焦平面上；待測(cè)空間光學(xué)系統(tǒng)7設(shè)置在經(jīng)準(zhǔn)直系統(tǒng)14后的出射光路上；數(shù)據(jù)處理單元12分別與顯示單元13以及待測(cè)空間光學(xué)系統(tǒng)7相連；主控系統(tǒng)11分別與待測(cè)空間光學(xué)系統(tǒng)7、光源系統(tǒng)I以及光譜采集單元相連。準(zhǔn)直系統(tǒng)14離軸反射光學(xué)系統(tǒng)；離軸反射光學(xué)系統(tǒng)包括離軸拋物面主鏡3、第一折軸鏡4、第二折軸鏡5以及可變光闌6 ;第一折軸鏡4、第二折軸鏡5以及離軸拋物面主鏡3依次設(shè)置在光源系統(tǒng)I經(jīng)星點(diǎn)單元2后的出射光路上；待測(cè)空間光學(xué)系統(tǒng)7設(shè)置在經(jīng)離軸拋物面主鏡3反射后的出射光路上；可變光闌6設(shè)置在離軸拋物面主鏡3與待測(cè)空間光學(xué)系統(tǒng)7之間；可變光闌6是消雜散光光闌；離軸反射光學(xué)系統(tǒng)是口徑是Φ500πιπι以及焦距是5000mm的離軸反射光學(xué)系統(tǒng)。光源系統(tǒng)I包括標(biāo)準(zhǔn)積分球、鹵鎢燈、氙燈以及可調(diào)供電電源；鹵鎢燈以及氙燈設(shè)置在標(biāo)準(zhǔn)積分球的內(nèi)壁上；主控系統(tǒng)11通過可調(diào)供電電源分別與鹵鎢燈以及氙燈相連。標(biāo)準(zhǔn)積分球可以均勻出射光；鹵鎢燈、氙燈混合燈可以相互配比，得到相應(yīng)色溫的模擬太陽光譜；可調(diào)供電電源可以通過主控系統(tǒng)11的控制調(diào)節(jié)光源亮度。星點(diǎn)單元2是星點(diǎn)目標(biāo)靶板；光譜采集單元是光譜輻射度計(jì)8。光譜輻射度計(jì)8設(shè)置在準(zhǔn)直系統(tǒng)14出光口處，并承載于控制單元所控制的平移臺(tái)上。主控單元為供電電源控制器、電控轉(zhuǎn)臺(tái)10控制器和步進(jìn)電機(jī)控制器，供電電源控制器調(diào)整光源亮度，電控轉(zhuǎn)臺(tái)10控制器調(diào)整光源方向，步進(jìn)電機(jī)控制器控制準(zhǔn)直系統(tǒng)14出光口處平移臺(tái)運(yùn)動(dòng)。電控轉(zhuǎn)臺(tái)10承載積分球光源轉(zhuǎn)動(dòng)，電控平移臺(tái)9承載待測(cè)空間光學(xué)系統(tǒng)7并能使之在準(zhǔn)直系統(tǒng)14出光口處移動(dòng)。數(shù)據(jù)處理單元12包括接收光譜輻射度計(jì)8數(shù)據(jù)進(jìn)行積分運(yùn)算、輻照度到視星等換算、對(duì)目標(biāo)信噪比進(jìn)行計(jì)算以及利用最小二乘高斯擬合法對(duì)目標(biāo)能量集中度進(jìn)行計(jì)算的軟件，屬于自研軟件，具體輻照度積分、輻照度到視星等轉(zhuǎn)換、信噪比、彌散斑直徑(能量集中度)算法封裝在其中。彌散斑直徑算法是專為能量集中度測(cè)量所研制的新型算法。輻亮度到視星等之間轉(zhuǎn)換的過程，是參考CIE所發(fā)布的人眼視覺明視函數(shù)以及視星等定義所推算的。電控轉(zhuǎn)臺(tái)10經(jīng)由主控系統(tǒng)11控制，轉(zhuǎn)動(dòng)承載于轉(zhuǎn)臺(tái)上方的積分球光源I轉(zhuǎn)動(dòng)至光譜輻射度計(jì)8所面對(duì)方向，光譜輻射度計(jì)8采集出光口處實(shí)時(shí)輻亮度值，并提交給數(shù)據(jù)處理單元12，計(jì)算積分輻亮度值后，與設(shè)定值進(jìn)行比較，進(jìn)而控制積分球光源供電電源的輸出，直到獲得與設(shè)定輻亮度值相同時(shí)，停止對(duì)供電電源的改變；將積分球光源轉(zhuǎn)動(dòng)，使其發(fā)出的光照射在星點(diǎn)2上；星點(diǎn)2位于準(zhǔn)直系統(tǒng)14的焦平面上，經(jīng)過星點(diǎn)的光通過第一折軸鏡4和第二折軸鏡5打在準(zhǔn)直系統(tǒng)的主鏡3上，以平行光束從準(zhǔn)直系統(tǒng)出射；在出射窗口處設(shè)置有可變光闌6，既可以對(duì)雜散光進(jìn)行抑制，還能用于控制平行光束的口徑；主控系統(tǒng)11移動(dòng)電控平移臺(tái)7運(yùn)動(dòng)，將空間光學(xué)系統(tǒng)7移動(dòng)至準(zhǔn)直系統(tǒng)14出光口處，對(duì)星點(diǎn)單元2進(jìn)行成像后存儲(chǔ)圖像；根據(jù)圖像，利用相應(yīng)算法，進(jìn)行探測(cè)極限和能量集中度的測(cè)量。[0033]同時(shí)，本實(shí)用新型的具體工作過程是I)探測(cè)待測(cè)空間光學(xué)系統(tǒng)的視星等值，并采集視星等值時(shí)的圖像；步驟I)的具體實(shí)現(xiàn)方式是當(dāng)光源點(diǎn)亮?xí)r，主控系統(tǒng)先將光源轉(zhuǎn)動(dòng)至光譜輻射度計(jì)方向，進(jìn)行光譜信息采集。數(shù)據(jù)處理單元對(duì)所采集的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算，反饋給主控系統(tǒng)。主控系統(tǒng)通過事先設(shè)置的控制流程，主動(dòng)控制光源系統(tǒng)中的供電電源輸出，直到達(dá)到所要求的、穩(wěn)定的測(cè)試條件，此時(shí)通過換算得到的視星等值便是系統(tǒng)探測(cè)極限。而后主控系統(tǒng)控制電控平移臺(tái)將待測(cè)空間光學(xué)系統(tǒng)移動(dòng)至平行光管出光口處采集圖像。數(shù)據(jù)處理單元對(duì)獲取圖像進(jìn)行計(jì)算，得到目標(biāo)信噪比，具體而言I. I. I)點(diǎn)亮光源系統(tǒng)；I. I. 2)通過光譜采集單元對(duì)光源系統(tǒng)的的光譜信息進(jìn)行采集；I. I. 3)通過數(shù)據(jù)處理單元對(duì)所采集的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算并反饋給主控系統(tǒng)；I. I. 3. I)將采集得到的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)積分計(jì)算，得到準(zhǔn)直系統(tǒng)出光口處的光譜輻照度E ( X )值，其計(jì)算公式是
權(quán)利要求1.一種空間光學(xué)系統(tǒng)探測(cè)能力檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述空間光學(xué)系統(tǒng)探測(cè)能力檢測(cè)系統(tǒng)包括光源系統(tǒng)、準(zhǔn)直系統(tǒng)、星點(diǎn)單元、光譜采集單元、主控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理單元以及顯示單元；所述準(zhǔn)直系統(tǒng)以及光譜采集單元分別設(shè)置在光源的出射光路上；所述星點(diǎn)單元設(shè)置在光源系統(tǒng)與準(zhǔn)直系統(tǒng)之間并處于光源系統(tǒng)的焦平面上；待測(cè)空間光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置在經(jīng)準(zhǔn)直系統(tǒng)后的出射光路上；所述數(shù)據(jù)處理單元分別與顯示單元以及待測(cè)空間光學(xué)系統(tǒng)相連；所述主控系統(tǒng)分別與待測(cè)空間光學(xué)系統(tǒng)、光源系統(tǒng)以及光譜采集單元相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的空間光學(xué)系統(tǒng)探測(cè)能力檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述準(zhǔn)直系統(tǒng)是離軸反射光學(xué)系統(tǒng)；所述離軸反射光學(xué)系統(tǒng)包括離軸拋物面主鏡、第一折軸鏡、第二折軸鏡以及可變光闌；所述第一折軸鏡、第二折軸鏡以及離軸拋物面主鏡依次設(shè)置在光源系統(tǒng)經(jīng)星點(diǎn)單元后的出射光路上；所述待測(cè)空間光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置在經(jīng)離軸拋物面主鏡反射后的出射光路上；所述可變光闌設(shè)置在離軸拋物面主鏡與待測(cè)空間光學(xué)系統(tǒng)之間；所述可變光闌是消雜散光光闌；所述離軸反射光學(xué)系統(tǒng)是口徑是O 500mm以及焦距是5000mm的離軸反射光學(xué)系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的空間光學(xué)系統(tǒng)探測(cè)能力檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述光源系統(tǒng)包括標(biāo)準(zhǔn)積分球、鹵鎢燈、氙燈以及可調(diào)供電電源；所述鹵鎢燈以及氙燈設(shè)置在標(biāo)準(zhǔn)積分球的內(nèi)壁上；所述主控系統(tǒng)通過可調(diào)供電電源分別與鹵鎢燈以及氙燈相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的空間光學(xué)系統(tǒng)探測(cè)能力檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于所述星點(diǎn)單元是星點(diǎn)目標(biāo)靶板；所述光譜采集單元是光譜輻射度計(jì)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種空間光學(xué)系統(tǒng)探測(cè)能力檢測(cè)系統(tǒng)，該檢測(cè)系統(tǒng)包括光源系統(tǒng)、準(zhǔn)直系統(tǒng)、星點(diǎn)單元、光譜采集單元、主控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理單元以及顯示單元；準(zhǔn)直系統(tǒng)以及光譜采集單元分別設(shè)置在光源的出射光路上；星點(diǎn)單元設(shè)置在光源系統(tǒng)與準(zhǔn)直系統(tǒng)之間并處于光源系統(tǒng)的焦平面上；待測(cè)空間光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置在經(jīng)準(zhǔn)直系統(tǒng)后的出射光路上；數(shù)據(jù)處理單元分別與顯示單元以及待測(cè)空間光學(xué)系統(tǒng)相連；主控系統(tǒng)分別與待測(cè)空間光學(xué)系統(tǒng)、光源系統(tǒng)以及光譜采集單元相連。本實(shí)用新型提供了一種能夠可靠及準(zhǔn)確獲取檢測(cè)數(shù)據(jù)以及便于操作的空間光學(xué)系統(tǒng)探測(cè)能力檢測(cè)系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G01C25/00GK203053454SQ20122068498
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月12日
發(fā)明者薛勛, 徐亮, 趙建科, 胡丹丹, 周艷, 張潔, 田留德 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所