卫星定标积分球面均匀性检测装置的制作方法

本实用新型涉及卫星定标积分球面均匀性检测装置，具体涉及一种遥感卫星上使用的光谱辐射定标积分球面均匀性检测装置。

背景技术：

卫星发射对于星上所使用的仪器要求非常严格，根据卫星的用途，要严格挑选卫星上使用的仪器。对于遥感卫星来说，星上定标积分球是最基本的，必不可少的仪器。这是因为卫星上使用的仪器所处的工作环境非常恶劣，极端的高温，极端的低温，各种仪器的参数会不断发生变化，这就需要不断校准仪器，对于遥感卫星来说，需要有星上定标积分球，不断地对遥感仪器进行星上定标。然而，卫星这种航天器，其本身的特殊性，决定了积分球必须具有体积小，重量轻，可靠性高。因此，航天积分球往往设计得很小，只有3 -- 5厘米，其出光口非常小，一般直径在1厘米以下。积分球的光学性能优劣对于星上定标积分球来说，直接影响遥感卫星对地观测成像的质量。卫星在发射前要对积分球的各项参数作最后的检测，以便获得各项参数的数据作为备份和依据。其中面均匀性的检测历来都是一个难题，其一，航天积分球出光口小，要求光电探测器的探头微小，技术上很难实现。其二，用探测器进入发光区域测量，势必会影响发光区域的发光均匀度，测量会不准确，误差非常大，失去测量的可靠性。因此，要进行不影响积分球发光状态下无接触地测量发光口面均匀性是非常困难的。本实用新型卫星定标积分球面均匀性检测装置巧妙地运用光学成像的原理进行测量否，设计了一套方便，高效的检测装置，解决了这一难题，用此方法对遥感卫星的星上定标积分球，进行面均匀性检测，取得了很好的效果。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术难题在于,提供一种卫星定标积分球面均匀性检测装置，要求该装置测量精度高，操作简单，能实现自动化测量。

为解决上述技术问题，本实用新型卫星定标积分球面均匀性检测装置，采用光学成像的方法，运用计算机技术，自编软件实现了无接触自动化测量。由测量底座，二维数控平移台，光学成像部分，光学系统调整台，高精度光电探测器，6位半高精度电压表，计算机等组成；其特征是：所述系统测量底座设有底板，在底板上设有X方向燕尾导轨和Y方向的燕尾导轨。在Y导轨上设有平移台固定支架，所述平移台固定支架上固定有二维数控平移台，所述的二维数控平移台固定在可以沿Y方向移动的平移台支架上，所述二维数控平移台的步进电机与平移台驱动控制器连接，从而使得二维数控平移台的移动可被程序控制。所述二维数控平移台上一对水平方向辅助导轨设置有水平辅助支架，所述辅助支架之间还设置有水平方向移动的步进电机，水平方向移动的步进电机主轴上的驱动丝杆组成了水平方向辅助驱动装置。所述的水平辅助支架上设置有竖直方向移动的步进电机，所述竖直方向移动的步进电机主轴上设置有竖直方向移动的驱动丝杆，辅助支架上经竖直方向移动的驱动丝杆和一对竖直方向移动的导轨活动连接，所述竖直方向移动的导轨上设有辅助夹板支架，所述的辅助夹板支架上活动的设置有一对辅助夹板。所述辅助夹板两板之间放置待测积分球，所述待测积分球设有出光口，出光口正对着光电探测器镜筒。所述底板上X导轨上设有可以沿X方向移动的光学探测器调整支架，所述支架上经Y方向导轨活动设置有工作平台，所述工作平台上方设置有光学探测器镜筒固定架，所述镜筒固定支架，内固定有镜筒，所述工作平台四角设置有四根穿过光学探测器镜筒固定架的导柱，所述光学探测器镜筒固定架下方的中部设置有可调节固定架升降的调节螺杆和螺母，可以调光学探测器镜筒固定架升降。

采用上述技术方案后，测量时，在辅助夹板上固定待测积分球，在控制器的驱动下，水平方向移动的步进电机和竖直方向移动的步进电机配合，待测积分球沿水平和竖直方向逐点移动，形成一个方形逐点采光面，镜筒内凸透镜采光点聚焦于积分球出光口平面上。测量前，镜筒移动到合适位置后固定不动，调节好成像点，使得成像点恰好落在高精度光电探测器（陷阱探测器）的采光面上。依次采集到一系列的光电信号，采集到的光电信号送人高精度电压表进行测量，测量数据进入计算机进行存储，经过相应软件处理，便可得到积分球出光口的辐亮度面均匀性的立体函数图像，可以直观地反应待测积分球面均匀性。

本实用新型卫星定标积分球面均匀性检测装置的创新点在于，1.将待测积分球的发光面经过凸透镜一比一地成像，投射进入镜筒内陷阱探测器的受光面上，将光学量转化成电学量进行测量，由探测器输出的光电信号进入高精度电压表进行测量，测量结果进入计算机进行存储和处理，解决了无接触地精确测量航天积分球面均匀性的难题。2.采用二维数控平移台扫描的方式采集积分球均匀性的测量数据，实现了测量的自动化。

附图说明

图1 是本实用新型卫星定标积分球面均匀性检测装置工作原理示意图。

图2是本实用新型卫星定标积分球面均匀性检测装置结构示意图。

图3是本实用新型卫星定标积分球面均匀性检测装置测量光路示意图。

图4是本实用新型卫星定标积分球面均匀性检测装置测量软件流程图。

图5是本实用新型卫星定标积分球面均匀性检测装置步进电机运行路线示意图。

图6是利用本实用新型测量HJY20-1-A卫星超光谱成像仪星上定标积分球面均匀性所得立体函数效果图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说本实用新型卫星定标积分球面均匀性检测装置的测量原理与控制过程。

如图1，图2，图3所示，由测量底座，二维数控平移台，光学成像部分，光学系统调整台，高精度光电探测器，6位半高精度电压表，计算机等组成；其特征是：所述系统测量底座设有底板24，在底板24上设有X方向燕尾导轨19和Y方向的燕尾导轨25，在Y导轨25上设有平移台固定支架29，所述平移台固定支架29上固定有二维数控平移台，所述的二维平移台固定在可以沿Y方向移动的平移台支架29上，所述二维数控平移台的步进电机与平移台驱动控制器连接，从而使得二维数控平移台的移动可被程序控制；所述二维平移台上一对水平方向辅助导轨27设置有水平辅助支架28，所述辅助支架28之间还设置有水平方向移动的步进电机26、水平方向移动的步进电机26主轴上的驱动丝杆33组成了水平方向辅助驱动装置；所述的水平辅助支架28上设置有竖直方向移动的步进电机32，所述竖直方向移动的步进电机32主轴上设置有竖直方向移动的驱动丝杆30，辅助支架28上经竖直方向移动的驱动丝杆30和一对竖直方向移动的导轨37活动连接，所述竖直方向移动的导轨37上设有辅助夹板支架23，所述的辅助夹板支架23上活动的设置有一对辅助夹板22。所述辅助夹板22两板之间放置待测积分球34，所述待测积分球34设有出光口35，出光口35正对着光电探测器镜筒14；所述底板上X导轨19上设有可以沿X方向移动的光学探测器调整支架，所述支架上经Y方向导轨活动设置有工作平台18，所述工作平台18上方设置有光学探测器镜筒固定架15、36，所述镜筒固定支架15、36内固定有镜筒14，所述工作平台18四角设置有四根穿过光学探测器镜筒固定架15、36的导柱20，所述光学探测器镜筒固定架15、36下方的中部设置有可调节固定架15、36升降的调节螺杆17和螺母16，可以调光学探测器镜筒固定架15、36升降。

光学成像部分，由镜筒10，凸透镜7，第一光栏8，第二光栏9，高精度光电探测器（陷阱探测器）12、13组成。所述光学部分系统的设置方式是，镜筒的前端设有凸透镜7，被车有螺纹的压圈6压住，凸透镜7的后面设有第一道光栏8，所述第一道光栏8的后面设有第二道光栏9，所述镜筒10的后端车有螺纹，用此螺纹和高精度光电探测器（陷阱探测器）12、13相连接。

采用上述技术方案后，在辅助夹板22上固定待测积分球34，所述积分球由外壳1，反射层2，光线反射腔3，和工作灯5组成。在控制器的驱动下，水平方向移动的步进电机26和竖直方向移动的步进电机32配合，待测积分球34沿水平和竖直方向逐点移动，形成一个方形逐点采光面，镜筒10采光点聚焦于积分球34出光口平面上。测量前，镜筒10移动到合适位置后固定不动，调节好成像点，使得成像点恰好落在高精度光电探测器（陷阱探测器）12的采光面上。依次采集到一系列的光电信号，经软件处理，便可得到积分球出光口的辐亮度面均匀性的立体函数图像。测量软件应用C语言编写。

本实施例工作过程如下，将待测积分球夹持在辅助夹板的两板之间，接通积分球工作灯电源，让积分球正常发光。将光电探测器镜筒放置于镜筒固定架内，沿X方向移动的光学探测器调整支架，调整其X方向位置，使其对准积分球出光口，再调整工作平台升降螺母，使得光电探测器镜筒的轴线和积分球出光口的中心点重合，再调整平移台支架在Y方向上的位置，使得镜筒的凸透镜的采光点基本聚焦于积分球出光口平面，再微调工作平台在Y方向上的位置，使得积分球发光面精确地聚焦于镜筒内陷阱探测器的受光面上。启动计算机设定工作程序，1.设定采集区域的大小尺寸，水平方向长度和竖直方向长度。2.设定采集扫描的步进距离大小。3.设定扫描方式，先水平（竖直）方向，还是先竖直（水平）扫描。打开探测器电源和高精度电压表电源，准备就绪启动采集程序，进行自动采集测量。整个测量过程应该放在光学实验室内进行，为了防止杂散光的进入，实验室内不能有任何其它光源。

本实施例检测的典型例子是，运用本积分球均匀性检测系统，对安徽光机所研制的HJY20-1-A卫星超光谱成像仪星上定标积分球的面均匀性进行的测量。

其测量过程如下：该积分球直径3厘米，出光口直径为3.5mm。为了使扫描区域覆盖整个出光口，选取的区域面积需要大于出光口的面积，选取扫描区域为 的正方形。扫描的步进要根据出光口的面积大小来确定，出光口小，步进就要小一点，密一点，反之就可以大一点。选取扫描步进为0.3mm，扫描点为30*30=900个点。为了调整扫描区域，打开计算机和平移台控制器，输人X轴，Y轴起始位置数据和步进参数，试运行之，调整距离使出光口落在扫描区域中央，保证扫描区域中心和出光口中心重合。

积分球面均匀性的测量结果如下，测试条件：采样区域9mm X 9mm，采样步进0.3mm，积分球灯泡电流1.58A，灯泡电压8.46伏。测量结果如下：出光口部分区域探测器实测数据（典型值）。探测器输出电压单位：伏特。

2.226261 2.233494 2.235188 2.235052 2.233753 2.231586 2.228724

2.235029 2.238894 2.239630 2.238936 2.237289 2.234941 2.232127

2.240852 2.243778 2.244079 2.242846 2.240906 2.238639 2.235998

2.245677 2.248451 2.248519 2.246966 2.244673 2.242229 2.239678

2.249636 2.252669 2.252979 2.251392 2.248719 2.245804 2.243015

2.252445 2.256147 2.256981 2.255815 2.253293 2.250029 2.246588

2.253896 2.258514 2.260041 2.259613 2.257686 2.254748 2.251082

2.252886 2.259457 2.261817 2.262371 2.261249 2.258826 2.255312

2.244291 2.258238 2.262223 2.263755 2.263537 2.261893 2.258687

利用计算机软件对存储的积分球实测数据进行处理，得到HJY20-1-A卫星超光谱成像仪星上定标积分球面均匀性实测数据的立体函数效果图，如图6所示。

对测量数据进行分析，均匀性计算：

（1）直径3.5mm之内

（2）直径3.0mm之内

由以上计算可以看出，出光口面不均匀度在百分之零点五以内，满足星上定标要求。

本实施例如图4所示，用前面实测例子说明测量软件工作流程如下：开始，初始化，设定水平电机运行的步进长度，每步0.3mm，设定水平电机每行总步数n=30。设定竖直电机运行的步进长度，每步0.3mm，设定竖直电机总行数m = 30。启动水平步进电机正转，光电信号采集电路采集每步的光电信号，第一行运行完毕，光电信号采集结束，存储第一行信号数据，启动竖直电机正转，运行一个步进长度。启动第二行运行程序，启动水平步进电机反转，光电信号采集电路采集每步的光电信号，第二行运行完毕，光电信号采集结束，将采集的光电信号倒序排列，并存储第二行信号数据，再启动竖直电机正转，运行一个步进长度。再启动启动第三行运行程序，后面继续运行循环程序，直到第三十运行结束，光电信号采集结束，将采集的光电信号倒序排列，并存储第三十行信号数据，竖直步进电机停转。处理全部数据，检测结束。

如图5所示，在整个步进电机运行采集过程中，奇数行水平步进电机正转运行，偶数行水平步进电机反转运行，往回移动。采集的数据需要排列成四方阵列，便于数据处理。因此，必须对偶数行的数据，进行倒序排列后，再存储。第三十行后运行结束，竖直步进电机不再转动。