空间天文望远镜导星稳像精度测试方法及装置与流程

本发明涉及光电测试技术领域，特别是涉及一种空间天文望远镜导星稳像精度测试方法及装置。

背景技术：

空间天文望远镜是一种安装在卫星平台上、用于对天体目标进行观测的科学设备，由于其受到卫星平台姿态变化及自身动机构如姿控发动机、太阳帆板等产生的微振动影响，会导致观测目标与空间天文望远镜的光轴发生偏离，造成空间天文望远镜的成像质量下降。因此，天文望远镜一般需要在光学系统的边缘视场加装多个精细导星，通过导星实时对星成像，解算星的位置来进行位置偏移信息的反馈，从而驱动稳像机构使天文望远镜快摆镜快速运动，实现对成像的精级稳像。

通常情况下，常规稳像精度测试方法所使用的平行光管的口径都较小，而空间天文望远镜的口径往往都较大，因此常规稳像精度测试方法无法做到对空间天文望远镜的全口径覆盖，从而无法实现对空间天文望远镜的稳像精度的准确测试；同时，空间天文望远镜的体积和质量都往往较大，现有技术中的常规稳像精度测试方法无法实现对这种体积和质量都较大的被测试产品的稳像精度的测试。

技术实现要素：

基于此，有必要针对现有技术中的稳像精度测试方法无法实现对空间天文望远镜的稳像精度的准确测试的问题，提供一种空间天文望远镜导星稳像精度测试方法及装置。

为解决上述问题，本发明采取如下的技术方案：

一种空间天文望远镜导星稳像精度测试方法，所述方法包括以下步骤：

获取第一星点动态目标发生器经物面为无穷远的空间天文望远镜主镜折射后在第一导星上形成的当前第一星点动态目标图像以及第二星点动态目标发生器经所述空间天文望远镜主镜折射后在第二导星上形成的当前第二星点动态目标图像，所述第一星点动态目标发生器与所述第二星点动态目标发生器在时序上同步，所述第一导星和所述第二导星均位于所述空间天文望远镜主镜的像方焦面；

根据所述当前第一星点动态目标图像和所述当前第二星点动态图像生成用于驱动空间天文望远镜的稳像机构的控制指令；

在所述稳像机构根据所述控制指令完成稳像后，获取所述空间天文望远镜输出的星点动态目标图像，所述星点动态目标图像为第三星点动态目标发生器经所述空间天文望远镜主镜折射后在所述空间天文望远镜主镜的像方焦面形成的图像，且所述第三星点动态目标发生器与所述第一星点动态目标发生器、所述第二星点动态目标发生器均在时序上同步；

根据所述星点动态目标图像中星点动态目标在所述稳像机构稳像前后的位置像元变化量确定所述空间天文望远镜导星稳像的精度。

相应地，本发明还提出一种空间天文望远镜导星稳像精度测试装置，所述装置包括：

导星图像获取单元，用于获取第一星点动态目标发生器经物面为无穷远的空间天文望远镜主镜折射后在第一导星上成形的当前第一星点动态目标图像以及第二星点动态目标发生器经所述空间天文望远镜主镜折射后在第二导星上形成的当前第二星点动态目标图像，所述第一星点动态目标发生器与所述第二星点动态目标发生器在时序上同步，所述第一导星和所述第二导星均位于所述空间天文望远镜主镜的像方焦面；

指令生成单元，用于根据所述当前第一星点动态目标图像和所述当前第二星点动态图像生成用于驱动空间天文望远镜的稳像机构的控制指令；

空间天文望远镜图像获取单元，用于在所述稳像机构根据所述控制指令完成稳像后，获取所述空间天文望远镜输出的星点动态目标图像，所述星点动态目标图像为第三星点动态目标发生器经所述空间天文望远镜主镜折射后在所述空间天文望远镜主镜的像方焦面形成的图像，且所述第三星点动态目标发生器与所述第一星点动态目标发生器、所述第二星点动态目标发生器均在时序上同步；

稳像精度确定单元，用于根据所述星点动态目标图像中星点动态目标在所述稳像机构稳像前后的位置像元变化量确定所述空间天文望远镜导星稳像的精度。

上述空间天文望远镜导星稳像精度测试方法及装置能够实现对空间天文望远镜的导星稳像精度的测试，克服了现有技术中由于没有足够大口径的平行光管能够与空间天文望远镜的口径相匹而导致无法准确测得空间天文望远镜导星稳像精度的缺陷，通过实施本发明所提出的空间天文望远镜导星稳像精度测试方法及装置，能够模拟出用于测试空间天文望远镜导星稳像精度的输入目标，在保持空间天文望远镜及导星不动的情况下，改变输入目标，稳像机构完成正常稳像工作后，再根据空间光学望远镜输出的星点动态目标图像计算星点动态目标的位置像元变化量，从而根据位置像元变化量确定空间天文望远镜导星稳像的精度，并且通过稳像机构的多次稳像后，比较多次星点动态目标的位置像元变化量可以进一步提高导星稳像精度测试结果的准确度。本发明为大视场空间天文望远镜系统的检测提供了一种可借鉴的方法和装置。

附图说明

图1为本发明其中一个实施例中空间天文望远镜导星稳像精度测试方法的流程示意图；

图2为导星与空间天文望远镜的位置关系示意图；

图3为本发明其中一个实施例中空间天文望远镜导星稳像精度测试装置的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图及较佳实施例对本发明的技术方案进行详细描述。

在其中一个实施例中，如图1所示，一种空间天文望远镜导星稳像精度测试方法，包括以下步骤：

S100获取第一星点动态目标发生器经物面为无穷远的空间天文望远镜主镜折射后在第一导星上形成的当前第一星点动态目标图像以及第二星点动态目标发生器经所述空间天文望远镜主镜折射后在第二导星上形成的当前第二星点动态目标图像，所述第一星点动态目标发生器与所述第二星点动态目标发生器在时序上同步，所述第一导星和所述第二导星均位于所述空间天文望远镜主镜的像方焦面；

S200根据所述当前第一星点动态目标图像和所述当前第二星点动态图像生成用于驱动空间天文望远镜的稳像机构的控制指令；

S300在所述稳像机构根据所述控制指令完成稳像后，获取所述空间天文望远镜输出的星点动态目标图像，所述星点动态目标图像为第三星点动态目标发生器经所述空间天文望远镜主镜折射后在所述空间天文望远镜主镜的像方焦面形成的图像，且所述第三星点动态目标发生器与所述第一星点动态目标发生器、所述第二星点动态目标发生器均在时序上同步；

S400根据所述星点动态目标图像中星点动态目标在所述稳像机构稳像前后的位置像元变化量确定所述空间天文望远镜导星稳像的精度。

具体地，在本实施例中，空间天文望远镜主镜的物面为无穷远，第一星点动态目标发生器经空间天文望远镜主镜折射后，在第一导星上形成第一星点动态目标图像，相似地，第二星点动态目标发生器经空间天文望远镜主镜折射后，在第二导星上形成第二星点动态目标图像，其中第一星点动态目标发生器与第二星点动态目标发生器在时序上同步，同时，如图2所示，本实施例中的第一导星和第二导星均位于空间天文望远镜主镜的像方焦面上。这里由于空间天文望远镜主镜的物面为无穷远，因此第一星点动态目标发生器和第二星点动态目标发生器可以借助于光学准直系统或者平行光管将目标转化为无穷远，空间天文望远镜主镜才能将目标汇聚到其像方焦面之上。

在步骤S200中，根据步骤S100获取的当前第一星点动态目标图像和当前第二星点动态目标图像生成控制指令，该控制指令用于驱动空间天文望远镜的稳像机构。导星稳像方法是一种在现有的稳像技术中发展比较成熟的稳像方法，相比较于其他稳像方法，导星稳像的稳像效果也相对比较理想。本步骤中根据获取的当前第一星点动态目标图像和当前第二星点动态目标图像生成控制指令以驱动稳像机构，实现对空间天文望远镜的成像效果的改善，这里导星及其控制系统均是现有技术，导星根据接收到的星点图像(即当前第一星点动态目标图像和当前第二星点动态目标图像)控制稳像机构运作，对于本领域技术人员而言，完全可以利用现有的导星稳像技术实现，此处不再赘述。

在步骤S300中，在稳像机构根据控制指令完成稳像后，获取空间天文望远镜输出的星点动态目标图像，其中星点动态目标图像为第三星点动态目标发生器经空间天文望远镜主镜折射后在空间天文望远镜主镜的像方焦面形成的图像，并且第三星点动态目标发生器与第一星点动态目标发生器、第二星点动态目标发生器均在时序上同步。

最后，在步骤S400中，根据星点动态目标图像中星点动态目标在稳像机构稳像前后的位置像元变化量确定空间天文望远镜导星稳像的精度。具体地，在稳像机构运作前，空间天文望远镜会输出一个星点动态目标图像，对该星点动态目标图像进行图像处理，得到星点动态目标的位置信息，并对该星点动态目标图像和星点动态目标的位置信息进行存储；在稳像机构完成稳像之后，空间天文望远镜将再次输出一个星点动态目标图像，同样地，对稳像后输出的星点动态目标图像进行图像处理，得到星点动态目标的位置信息；通过比较稳像机构运作之前空间天文望远镜输出的星点动态目标图像和稳像机构运作之后空间天文望远镜输出的星点动态目标图像，具体是比较图像上星点动态目标的位置变化了多少像元，而得到星点动态目标的位置像元变化量，最后根据星点动态目标的位置像元变化量确定稳像精度，如果星点动态目标的位置像元变化量小，则表明空间天文望远镜导星稳像的精度高，反之则空间天文望远镜导星稳像的精度低。

本实施例中的空间天文望远镜导星稳像精度测试方法能够实现对空间天文望远镜的导星稳像精度的测试，克服了现有技术中由于没有足够大口径的平行光管能够与空间天文望远镜的口径相匹而导致无法准确测得空间天文望远镜导星稳像精度的缺陷，通过实施本实施例所提出的空间天文望远镜导星稳像精度测试方法，能够模拟出用于测试空间天文望远镜导星稳像精度的输入目标，在保持空间天文望远镜及导星不动的情况下，改变输入目标，稳像机构完成正常稳像工作后，再根据空间光学望远镜输出的星点动态目标图像计算星点动态目标的位置像元变化量，从而根据位置像元变化量确定空间天文望远镜导星稳像的精度，并且通过稳像机构的多次稳像后，比较多次星点动态目标的位置像元变化量可以进一步提高导星稳像精度测试结果的准确度。本发明为大视场空间天文望远镜系统的检测提供了一种可借鉴的方法。

作为一种具体的实施方式，本发明中的第一星点动态目标发生器、第二星点动态目标发生器和第三星点动态目标发生器均为带有驱动器的硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon，LCOS)面板，且各个LCOS面板之间由同步脉冲卡控制时序同步；第一光源发出的照明光束经第一分束镜反射后，照射至对应的硅基液晶面板，硅基液晶面板将照明光束反射至第一分束镜，并经第一分束镜折射后照射进入第一导星平行光管，第一导星平行光管出射的平行光经空间天文望远镜主镜成像后得到当前第一星点动态目标图像；第二光源发出的照明光束经第二分束镜反射后，照射至对应的硅基液晶面板，硅基液晶面板将照明光束反射至第二分束镜，并经第二分束镜折射后照射进入第二导星平行光管，第二导星平行光管出射的平行光经空间天文望远镜主镜成像后得到当前第二星点动态目标图像；第三光源发出的照明光束经第三分束镜反射后，照射至对应的硅基液晶面板，硅基液晶面板将照明光束反射至第三分束镜，并经第三分束镜折射后照射进入主平行光管，主平行光管出射的平行光经空间天文望远镜主镜成像后得到光学天文望远镜输出的星点动态目标图像。在本实施方式中，由于主平行光管的口径有限，其只能覆盖空间天文望远镜主镜的中心视场，因此本实施方式根据导星的位置，还设置了2个口径相对较小的平行光管对准导星的位置，即设置了2个导星平行光管，从而保证导星和空间天文望远镜的像面位置均有目标；本实施方式还采用LCOS面板作为星点动态目标发生器，由于LCOS面板可以在主控计算机的控制下生成任意形状，因此具有易调制和低成本的特点，同时各个LCOS面板要保证时间的同步性，必须要有同步脉冲对这些LCOS面板进行同步操作，从而保证LCOS面板生成的图像具有相同的运动时序关系。

同时，在另一个实施例中，本发明还提出一种空间天文望远镜导星稳像精度测试装置，该装置包括：

导星图像获取单元，用于获取第一星点动态目标发生器经物面为无穷远的空间天文望远镜主镜折射后在第一导星上成形的当前第一星点动态目标图像以及第二星点动态目标发生器经所述空间天文望远镜主镜折射后在第二导星上形成的当前第二星点动态目标图像，所述第一星点动态目标发生器与所述第二星点动态目标发生器在时序上同步，所述第一导星和所述第二导星均位于所述空间天文望远镜主镜的像方焦面；

指令生成单元，用于根据所述当前第一星点动态目标图像和所述当前第二星点动态图像生成用于驱动空间天文望远镜的稳像机构的控制指令；

空间天文望远镜图像获取单元，用于在所述稳像机构根据所述控制指令完成稳像后，获取所述空间天文望远镜输出的星点动态目标图像，所述星点动态目标图像为第三星点动态目标发生器经所述空间天文望远镜主镜折射后在所述空间天文望远镜主镜的像方焦面形成的图像，且所述第三星点动态目标发生器与所述第一星点动态目标发生器、所述第二星点动态目标发生器均在时序上同步；

稳像精度确定单元，用于根据所述星点动态目标图像中星点动态目标在所述稳像机构稳像前后的位置像元变化量确定所述空间天文望远镜导星稳像的精度。

由于空间天文望远镜导星稳像精度测试装置中各个单元的功能的具体实现方法，与前述的空间天文望远镜导星稳像精度测试方法实施例中描述的实现方法相同，故此处不再赘述。本实施例中的空间天文望远镜导星稳像精度测试装置能够实现对空间天文望远镜的导星稳像精度的测试，克服了现有技术中由于没有足够大口径的平行光管能够与空间天文望远镜的口径相匹而导致无法准确测得空间天文望远镜导星稳像精度的缺陷，通过实施本实施例所提出的空间天文望远镜导星稳像精度测试装置，能够模拟出用于测试空间天文望远镜导星稳像精度的输入目标，在保持空间天文望远镜及导星不动的情况下，改变输入目标，稳像机构完成正常稳像工作后，再根据空间光学望远镜输出的星点动态目标图像计算星点动态目标的位置像元变化量，从而根据位置像元变化量确定空间天文望远镜导星稳像的精度，并且通过稳像机构的多次稳像后，比较多次星点动态目标的位置像元变化量可以进一步提高导星稳像精度测试结果的准确度。

作为一种具体的实施方式，如图3所示，空间天文望远镜导星稳像精度测试装置还包括第一光源11，第二光源21，第三光源31，第一分束镜12，第二分束镜22，第三分束镜32，第一导星平行光管13，第二导星平行光管23，主平行光管33和同步脉冲卡；

第一星点动态目标发生器14、第二星点动态目标发生器24和第三星点动态目标发生器34均为带有驱动器的硅基液晶面板，且各个硅基液晶面板之间由同步脉冲卡控制时序同步；

第一光源11发出的照明光束经第一分束镜12反射后，照射至对应的硅基液晶面板14，硅基液晶面板14将照明光束反射至第一分束镜12，并经第一分束镜12折射后照射进入第一导星平行光管13，第一导星平行光管13出射的平行光经空间天文望远镜主镜成像后得到当前第一星点动态目标图像；

第二光源21发出的照明光束经第二分束镜22反射后，照射至对应的硅基液晶面板24，硅基液晶面板24将照明光束反射至第二分束镜22，并经第二分束镜22折射后照射进入第二导星平行光管23，第二导星平行光管23出射的平行光经空间天文望远镜主镜成像后得到当前第二星点动态目标图像；

第三光源131发出的照明光束经第三分束镜32反射后，照射至对应的硅基液晶面板34，硅基液晶面板34将照明光束反射至第三分束镜32，并经第三分束镜32折射后照射进入主平行光管33，主平行光管33出射的平行光经空间天文望远镜主镜成像后得到光学天文望远镜输出的星点动态目标图像。

在本实施方式中，光源及分束镜组成的照明光路能够产生均匀平行光，经过LCOS面板反射后产生目标，通过平行光管投出，形成无穷远目标。通过主控计算机控制程序，可在规定时间内逐一控制LCOS面板上的液晶点阵依次工作，即调制LCOS面板，实现动态目标模拟，使其进行来回往复运动。

由于有3个平行光管及3个LCOS面板，所以要保证时间的同步性，必须要有同步脉冲对3个LCOS面板进行同步操作，以保证3个LCOS面板生成的图像有相同的运动时序关系。

主控计算机将预设的图像下载到LCOS面板的驱动器的RAM内，并利用同步脉冲卡对3个LCOS面板的驱动器进行同步操作，从而保证LCOS面板的工作同步。LCOS面板开始工作后生成往复运动的星点动态目标，通过平行光管，将星点动态目标分别投射在空间光学天文望远镜的成像像面及两个导星上，导星对接收到的第一星点动态目标图像或者第二星点动态目标图像进行处理，进行实时计算位置，并生成控制指令以驱动稳像机构进行稳像工作，稳像机构完成稳像后，检查天文望远镜生成的星点动态目标图像，计算其上星点动态目标的位置。通过多次测量星点动态目标位置的变化量，即多次测量星点动态目标在每一次稳像机构稳像前后的位置像元变化量，来确定导星稳像的精度，实现对导星稳像精度的定量分析和评价。通过空间天文望远镜输出的星点动态目标图像观察往复运动的星点动态目标是否逐渐稳定，来验证导星稳像精度。

在本实施方式中，由于主平行光管的口径有限，其只能覆盖空间天文望远镜主镜的中心视场，因此本实施方式根据导星的位置，还设置了2个口径相对较小的平行光管对准导星的位置，即设置了2个导星平行光管，从而保证导星和空间天文望远镜的像面位置均有目标；本实施方式还采用LCOS面板作为星点动态目标发生器，由于LCOS面板可以在主控计算机的控制下生成任意形状，因此具有易调制和低成本的特点，同时各个LCOS面板要保证时间的同步性，必须要有同步脉冲对这些LCOS面板进行同步操作，从而保证LCOS面板生成的图像具有相同的运动时序关系。

本发明所提出的空间天文望远镜导星稳像精度测试装置中，主平行光管可选用试验室口径大的平行光管，以保证成像质量，导星平行光管可采用小口径平行光管；硅基液晶(LCOS)面板可采用ForthDD公司的1280×1024分辨率的SXGA型液晶面板，该LCOS器件自带驱动器，可将显示图形下载到RAM中，实现快速调用显示；光源采用克勒照明方式，以保证视场内照明均匀；同步脉冲卡可选用Xilinx Spartan6型FPGA实现同步脉冲的发送，该卡可用PCI总线接口芯片PCI9054实现计算机对同步脉冲卡的控制；主控计算机可采用研华IPC-610工控机实现。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。