具有同步控制功能的点源透过率杂光测试系统及方法与流程

本发明涉及杂散光测试技术领域，尤其涉及一种具有同步控制功能的点源透过率测试系统及方法。

背景技术：

杂光是指到达光学系统像面的非目标、非成像光束，在探测器上形成背景噪声，杂光的存在直接影响像面的对比度，降低系统的信噪比，严重者可使系统失效。

杂光测量的方法有两种：黑斑法和点源透过率法。黑斑法适合于光机系统工作环境为均匀亮背景，如地面摄影系统。点源透过率法适合于工作环境杂光主要来自小光源的光机系统，如空间遥感相机，星敏感器等，其杂光主要来自太阳、星星等。

点源透过率(PST,Point Source Transmittance)定义为：视场外离轴角θ的点源目标辐射。通过光束经光学系统后在焦面产生的辐射照度Ed(θ)与光学系统入口处辐照度Ei的比值计算得到。

光污染是杂光测试系统本身和测试系统与待测光机系统引入的杂散光被计入测试结果PST的部分。环境内壁散射引入的光污染是限制点源透过率杂光测试系统精度的关键因素之一，现有点源透过率测试系统为降低环境内壁散射的影响通常要求系统有大的测试空间、极低散射的内壁，因此高精度的点源透过率杂光测试系统的研制成本和后期维护成本十分高昂。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低且测量精度高的点源透过率杂光测试系统及方法。

本发明的技术解决方案是提供一种具有同步控制功能的点源透过率杂光测试系统，包括沿光路依次设置的脉冲光源系统、平行光管和待测光机，还包括具有外同步控制功能的探测系统、信号采集处理系统和转台，上述待测光机系统或平行光管位于转台上；上述探测系统位于待测光机的焦面上，上述信号采集处理系统采集探测系统的信号，其特别之处在于：还包括同步控制系统，上述探测系统和光源系统均与同步控制系统连接，上述同步控制系统用于按照延迟的预设时间控制探测系统快门的开启并按照快门开启持续时间控制探测系统快门的开启时长。延迟的预设时间由光源经平行光管、待测光机系统的最短传播路径来设定；快门开启持续时间由激光器、探测器参数和待测光机系统的杂光路径来确定。

为扩展杂光测试系统的动态范围，该测试系统还包括光衰减装置，上述光衰减装置位于平行光管焦点处。

优选的脉冲光源采用窄脉冲激光，对于口径200mm～500mm，系统长度在米级范围的待测光机系统，宜采用皮秒激光。

本发明还提供一种具有同步控制功能的点源透过率杂光测试方法，包括以下步骤：

步骤一：打开光源，待光源分布均匀性、时间稳定性满足要求后，标定平行光管出射平行光束的辐照度E0；

步骤二：定位待测光机系统，使得由平行光管出射的平行光充满待测光机系统的入口，且使得待测光机系统的入口中心过转台的旋转中心O；

步骤三：转动转台到指定离轴角度θ位置；

步骤四：脉冲光源按照预设发射时间发射的激光脉冲经过平行光管后照亮待测光机系统，同步控制系统以发射时间为起始时间，在延迟的预设时间后，向探测系统发出接收指令，这时探测系统快门打开，并按照预设的快门开启持续时间接受信号光；当环境光污染到达待测光机系统焦面时，同步控制系统控制探测器快门关闭，将环境光污染屏蔽在外；

所述的延迟的预设时间由光源经平行光管、待测光机系统的最短传播路径来设定；

所述的快门开启持续时间由激光器、探测器参数和待测光机系统的杂光路径来确定；

步骤五：信号采集处理系统计算探测器接收到信号光的辐照度E(θ)，则离轴角度θ的PST(θ)＝E(θ)/(α·E0)；

步骤六：转动转台角度，重复步骤五，测量不同离轴角度下探测器的响应，计算不同离轴角度下的PST；

步骤七：绘制待测光机系统的PST曲线。

步骤八：该曲线用于评价待测光机系统的杂散光抑制能力。

优选的步骤一之后还包括调节光衰减装置，令弱光出射的步骤；

步骤四还包括根据待测光机系统的点源透过率PST(θ)的理论分析值，调整光衰减装置的衰减系数α的步骤。

本发明的有益效果是：本发明采用同步控制技术当信号光达到系统焦面时，同步控制系统控制探测器快门打开，接收信号光；而当环境光污染到达系统焦面时，快门处于关闭状态。本发明可有效抑制环境光污染，提高点源透过率杂光测试系统的精度，而且本发明降低了杂光测试测试系统对环境的要求，有效降低测试系统的建设和后期维护成本。

附图说明

图1为本发明系统的工作过程一原理图；

图2为本发明系统的工作过程二原理图；

图中附图标记为：1-脉冲光源，2-平行光管，3-待测光机系统，4-探测系统，5-快门，6-转台，7-同步控制系统，8-测试环境内壁，9-光陷阱。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步的描述。

如图1和图2所示，本发明系统包括脉冲光源1、平行光管2、待测光机系统3、具有外同步控制功能的探测系统4及同步控制系统7，光源出射的脉冲激光经平行光管2准直后出射平行光，一部分光直接进入待测光机系统3，经待测光系统内部元件衍射、散射或反射作用到达系统像面，该部分光为信号光；其中另一部分光经待测光机系统3表面散射后照亮环境内壁(如图1中的光束a和b)，再由内壁散射返回待测光机系统(如图2中的光束c和d)，经系统内部元件衍射、散射或反射作用到达系统像面，该部分光为环境光污染。相对于信号光，环境光污染须经历更长的光程和时间到达系统像面，具有一定的时间滞后，当信号光达到系统焦面时，同步控制系统7控制探测器快门5打开，接收信号光；而当环境光污染到达系统焦面时，快门5处于关闭状态。本发明可有效抑制环境光污染，提高点源透过率杂光测试系统的精度。

基于距离选通的点源透过率杂光测试系统测试流程如下：

1)打开脉冲激光光源，待光源稳定后，标定平行光管2出射平行光束的能量分布均匀性、时间稳定性和辐照度E0；

2)调整光衰减装置，衰减光源令弱光出射(保护探测器)；

3)定位待测光机系统3，保证由平行光管2出射的平行光充满待测光机系统3的入口，且待测光机系统3的入口中心过转台6的旋转中心；

4)转动转台6到指定离轴角度θ位置；

5)根据待测系统的PST(θ)理论分析值，调整光衰减装置的衰减系数α，平行光管2出射的一部分平行光束直接进入待测光机系统3，经系统内部元件的衍射、散射或反射等方式达到系统焦面，同步控制系统7控制探测器快门5开启，接收信号光；另一部分光经待测光机系统3表面散射后，照亮了环境内壁，再经环境内壁返回待测光机系统，经系统内部元件的衍射、散射或反射等方式达到系统焦面，此时同步控制系统7控制探测器快门5处于关闭状态，将环境光污染屏蔽在外；

6)由信号采集处理系统计算探测器接收到信号光的辐照度E(θ)，则离轴角度θ的PST(θ)＝E(θ)/(α·E0)；

7)转动转台角度，重复步骤5)，测量不同离轴角度下探测器的响应，计算不同离轴角度下的PST；

8)绘制被测待测光机系统的PST曲线。

为扩大杂光测试系统的动态范围，测试系统可在平行光管焦面附近设置衰减装置，根据待测系统的PST理论分析值，选取适当的衰减系数。激光光源宜采用窄脉冲激光如皮秒激光，要求激光器稳定性好。探测器快门速度达到纳秒量级。杂光测试属于弱光探测，为提高探测系统的信噪比可采用多帧累加。