专利名称：一种确定星敏感器调焦环厚度的方法
技术领域：
本发明涉及一种确定星敏感器调焦环厚度的方法，属于APS星敏感器设计技术领域。
背景技术：
APS星敏感器的特点为高精度、长寿命、高数据更新率和小型化。调焦是星敏感器产品设计生产中的一个关键环节，调焦可改变星点成像面积、总能量大小、峰值能量大小，进而影响星点质心的提取精度、星敏感器的灵敏度，同时也会影响后期星敏感器的标定精度。目前国内外均未见确定高精度星敏感器调焦环厚度方法的相关报道
发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种确定星敏感器调焦环厚度的方法，提闻了调焦的精确性。本发明的技术解决方案是一种确定星敏感器调焦环厚度的方法，步骤如下(I)建立由一个调焦板和四个星点组成的调焦系统并设置在暗室中，第一个星点
(0)为中心点，第二个星点(I)在第一个星点(0)的右边，两个星点位置的水平距离为0.5视场，第三个星点(2)在第一个星点(0)的右边，两个星点位置的水平距离为0.8视场，第四个星点(3)在第一个星点(0)的下方，两个星点位置的水平距离为0.5视场，四个星点采用平行光管发光，调焦板表面涂成黑色；(2)将不同厚度的调焦环安装在光学镜头与探测器本体之间，由安装不同厚度调焦环的星敏感器对四个不同位置的星点进行成像并由数据处理计算机对采样的星点图像进行处理，得到不同调焦环厚度所对应的四个星点的亮度和星斑大小；(3)统计不同厚度调焦环下第一个星点亮度的变化得到第一个星点亮度的最大值，根据第一个星点亮度的最大值得到红光焦面，将红光焦面所对应的调焦环作为基准调焦环；(4)以基准调焦环的厚度为基准将调焦环厚度分别减少5um、IOum和15um,重新利用星敏感器对四个不同位置的星点进行成像并由数据处理计算机对采样的星点图像进行处理，得到不同调焦环厚度所对应的四个星点的亮度和星斑大小，当同时满足如下三个条件时得到的调焦环厚度为最终的调焦环厚度(a)红光2等星在四个不同位置下的星斑均小于25个像素；(b)红光2等星在四个星点处的最大亮度值均不小于在红光焦面上最大亮度值的80% ；(C)第一星点(0)处红光2等星的最大亮度值最大、蓝光最低、红外和可见光居中。本发明与现有技术相比的有益效果是(I)在暗室中建立了由一个调焦板和四个星点组成的调焦系统，简化了操作流程，提高了星点成像位置的精度。
(2)采用了四个不同位置星点对调焦环厚度进行分析，提高了调焦的精确性。(3)将红光焦面所对应的调焦环作为基准调焦环，以基准调焦环为基准减少调焦环厚度作为待选调焦环，优化了待选调焦环的选择范围，提高了调焦精确度与速度。(4)将星点最大亮度值与红光焦面上最大亮度值进行比较，并在一定范围内取值，使得常压下调焦满足真空环境下性能，提高了星敏感器在真空中工作的精确度。(5)在调焦过程中，分析星斑大小进行调焦，避免了星斑过大噪声干扰、星斑过小质心不稳，提闻星敏感器精度。
图I为本发明的实现流程图；
图2为本发明的调焦系统示意图。
具体实施例方式如图2所示，本发明的实现方式如下(I)建立由一个调焦板和四个星点组成的调焦系统并设置在暗室中，不同星点位置见图2，第一个星点0为中心点，第二个星点I在第一个星点0的右边，两个星点位置的水平距离为0. 5视场，第三个星点(2)在第一个星点0的右边，两个星点位置的水平距离为
0.8视场，第四个星点3在第一个星点0的下方，两个星点位置的水平距离为0. 5视场，不同星点位置见表1，四个星点采用平行光管发光，调焦板表面涂成黑色；不同星点位置对应的坐标如表I所示表I不同位置对应的坐标
位置坐标
位置 0 (512 + 3,512 + 3)
位置 I (768 + 3,512 + 3)
位置 2 (921 + 3,512 + 3)
位置 3 (512 + 3,768 + 3)(2)将不同厚度的调焦环安装在光学镜头与探测器本体之间，由安装不同厚度调焦环的星敏感器对四个不同位置的星点进行成像并由数据处理计算机对采样的星点图像进行处理，得到不同调焦环厚度所对应的四个星点的亮度和星斑大小；(3)统计不同厚度调焦环下第一个星点亮度的变化得到第一个星点亮度的最大值，根据第一个星点亮度的最大值得到红光焦面，将红光焦面所对应的调焦环作为基准调焦环；(4)以基准调焦环的厚度为基准将调焦环厚度分别减少5um、IOum和15um,重新利用星敏感器对四个不同位置的星点进行成像并由数据处理计算机对采样的星点图像进行处理，得到不同调焦环厚度所对应的四个星点的亮度和星斑大小，当同时满足如下三个条件时得到的调焦环厚度为最终的调焦环厚度(a)红光2等星在四个不同位置下的星斑均小于25个像素；(b)红光2等星在四个星点处的最大亮度值均不小于在红光焦面上最大亮度值的80% ；(c)第一星点(0)处红光2等星的最大亮度值最大、蓝光最低、红外和可见光居中。本发明对确定好的调焦环重新安装后进行以下验证(d)不同位置的成像观察不同光谱、不同等级的星点，星斑形状仍然比较规则。(e)星点能量对称性 第一星点0处，红光2 5. 5等的能量对称性不低于其周围厚度调焦环的情况。(f)星点峰值3X3区域占整个星点能量的大小。位置0处的红光2等、红外光2等、可见光2等星，以星点峰值所处的像素为中心、周围3X3像素能量和占星点总能量比重不低于其周围厚度调焦环的情况。本发明首次建立由一个调焦板和四个星点组成的调焦系统并设置在暗室中，提高了星点成像位置的精度；采用了四个不同位置星点对调焦环厚度进行分析，提高了调焦的精确性；将星点最大亮度值与红光焦面上最大亮度值进行比较，并在一定范围内取值，提高了星敏感器在真空中工作的精确度；将星斑大小考虑进调焦，提高了星敏感器的精度。精确的调焦可以提高星图信噪比，增强星点抗边缘干扰能力，能够保证APS星敏感器的精确性、稳定性与灵敏度，实现高精度姿态输出，该方法可广泛应用于各种星敏感器系统。本发明未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。
权利要求
1. 一种确定星敏感器调焦环厚度的方法，其特征在于步骤如下 (1)建立由一个调焦板和四个星点组成的调焦系统并设置在暗室中，第一个星点(O)为中心点，第二个星点(I)在第一个星点(0)的右边，两个星点位置的水平距离为0.5视场，第三个星点(2)在第一个星点(O)的右边，两个星点位置的水平距离为0.8视场，第四个星点(3)在第一个星点(0)的下方，两个星点位置的水平距离为0.5视场，四个星点采用平行光管发光，调焦板表面涂成黑色； (2)将不同厚度的调焦环安装在光学镜头与探测器本体之间，由安装不同厚度调焦环的星敏感器对四个不同位置的星点进行成像并由数据处理计算机对采样的星点图像进行处理，得到不同调焦环厚度所对应的四个星点的亮度和星斑大小； (3)统计不同厚度调焦环下第一个星点亮度的变化得到第一个星点亮度的最大值，根据第一个星点亮度的最大值得到红光焦面，将红光焦面所对应的调焦环作为基准调焦环； (4)以基准调焦环的厚度为基准将调焦环厚度分别减少5um、IOum和15um,重新利用星敏感器对四个不同位置的星点进行成像并由数据处理计算机对采样的星点图像进行处理，得到不同调焦环厚度所对应的四个星点的亮度和星斑大小，当同时满足如下三个条件时得到的调焦环厚度为最终的调焦环厚度 (a)红光2等星在四个不同位置下的星斑均小于25个像素； (b)红光2等星在四个星点处的最大亮度值均不小于在红光焦面上最大亮度值的80% ； (c)第一星点(0)处红光2等星的最大亮度值最大、蓝光最低、红外和可见光居中。
全文摘要
本发明公开了一种确定星敏感器调焦环厚度的方法，首次建立了一个由调焦板和四个星点组成的调焦系统并设置在暗室中，提高了星点成像位置的精度；采用了四个不同位置星点对调焦环厚度进行分析，提高了调焦的精确性；将星点最大亮度值与红光焦面上最大亮度值进行比较，并在一定范围内取值，提高了星敏感器在真空中工作的精确度；将星斑大小考虑进调焦，提高了星敏感器的精度。精确的调焦可以提高星图信噪比，增强星点抗边缘干扰能力，能够保证APS星敏感器的精确性、稳定性与灵敏度，实现高精度姿态输出，该方法可广泛应用于各种星敏感器系统。
文档编号G01C25/00GK102679893SQ20121015630
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月18日 优先权日2012年5月18日
发明者刘达, 李春江, 李晓, 李玉明, 钟红军 申请人:北京控制工程研究所