专利名称：空间光学系统探测能力检测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于光学检测领域，涉及一种空间光学系统探测能力检测系统，尤其涉及一种对空间光学系统探测极限以及能量集中度两大指标进行测试的检测系统。
背景技术：
空间光学系统对空间目标进行探测，其探测能力决定了系统的实用性。为了充分验证光学系统的探测能力，需要对其探测能力进行全面测试。探测极限、能量集中度的测试，足以比较全面的对光学系统的探测能力进行评价。一方面，探测极限的测试可以确定光学系统对弱目标的极限响应。另一方面，能量集中度的测试可以了解光学系统对目标成像后的能量分布。对于星敏感器等空间定位、导航光学系统而言，能量集中度则直接影响其空间姿态测量精度。能量集中度越高，探测极限越高，但姿态测量精度却趋于降低；能量集中度太低，则无法对较弱目标进行探测，姿态控制也就无从谈起。所以探测极限与能量集中度两个指标互相制约，只有两者互相配合，才能最大限度的发挥光学系统的探测能力。因此，对空间光学系统探测能力实验室检测方面的研究，就显得非常必要了。现今国内有相应的可见光和紫外星等模拟器，但都无法完成对探测极限和能量集中度的自动测量。在此提出一种空间光学系统探测能力检测系统，可以覆盖这两个指标的测试。
实用新型内容为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本实用新型提供了一种能够可靠及准确获取检测数据以及便于操作的空间光学系统探测能力检测系统。本实用新型的技术解决方案是:本实用新型提供了一种空间光学系统探测能力检测系统，其特征在于:所述空间光学系统探测能力检测系统包括光源系统、准直系统、星点单元、光谱采集单元、主控系统、数据处理单元以及显示单元；所述准直系统以及光谱采集单元分别设置在光源的出射光路上；所述星点单元设置在光源系统与准直系统之间并处于光源系统的焦平面上；待测空间光学系统设置在经准直系统后的出射光路上；所述数据处理单元分别与显示单元以及待测空间光学系统相连；所述主控系统分别与待测空间光学系统、光源系统以及光谱采集单元相连。上述准直系统离轴反射光学系统；所述离轴反射光学系统包括离轴抛物面主镜、第一折轴镜、第二折轴镜以及可变光阑；所述第一折轴镜、第二折轴镜以及离轴抛物面主镜依次设置在光源系统经星点单元后的出射光路上；所述待测空间光学系统设置在经离轴抛物面主镜反射后的出射光路上；所述可变光阑设置在离轴抛物面主镜与待测空间光学系统之间；所述可变光阑是消杂散光光阑；所述离轴反射光学系统是口径是O500mm以及焦距是5000mm的离轴反射光学系统。上述光源系统包括标准积分球、卤钨灯、氙灯以及可调供电电源；所述卤钨灯以及氙灯设置在标准积分球的内壁上；所述主控系统通过可调供电电源分别与卤钨灯以及氙灯相连。上述星点单元是星点目标靶板；所述光谱采集单元是光谱辐射度计。本实用新型的优点是:本实用新型首次利用最小二乘高斯拟合法，计算空间光学系统弥散斑直径，并以此对能量集中度进行评价。超越传统“数像元”方法的局限，以一种更为合理、科学的数据拟合处理方式，获得了可靠、准确的检测数据。本实用新型运用一种新的信噪比公式，对空间光学系统极限探测时的信噪比进行计算，在国内亦属首创。本实用新型通过两种反馈方式，控制准直系统出光口辐亮度值。一是通过光谱辐射度计测量准直系统出光口辐亮度值，计算实时数据反馈给主控系统控制光源供电电源输出。二是通过计算得到图像信噪比，主控系统根据所得信噪比值实时控制光源供电电源输出。这样可以得到两组数据:一是在指定视星等能量下的目标信噪比；二是在指定信噪比下的极限探测能量(即视星等光照度)。本实用新型的空间光学系统探测能力检测系统，光源选用积分球光源，提高了测试的稳定性。本实用新型的空间光学系统探测能力检测系统，光源选用卤钨灯、氙灯混合灯，可以实现宽波段的光谱能量配比以及多种色温组合。本实用新型的空间光学系统探测能力检测系统，星点单元选用较高圆度的标准星点，可以提闻测试的精度。本实用新型的空间光学系统探测能力检测系统，准直系统选用5000mm离轴三反平行光管，几乎不引入像差，大大提高测试精度。选用此平行光管，能模拟非常微弱的星光目标(极限视星等16Mv)，提高了本系统的测试范围。本实用新型的空间光学系统探测能力检测系统，光谱采集单元选用高精度光谱辐射度计，并通过NIST溯源的标准积分球进行了标准传递，可以获取非常准确的测试结果。本实用新型的空间光学系统探测能力检测系统，在准直系统出射窗口处安装有可变光阑，可根据不同空间相机的通光口径大小调整准直系统出射光束的口径，以满足不同相机测试的需要。本实用新型的空间光学系统探测能力检测系统，在准直系统出射窗口处安装有可变光阑，可以有效的遮挡杂散光，提高测试精度。
图1是本实用新型所提供的空间光学系统探测能力检测系统的结构示意图；图2是高斯拟合效果图；其中:1-光源系统；2_星点单元；3-离轴抛物面主镜；4_第一折轴镜；5_第二折轴镜；6_可变光阑；7_待测空间光学系统；8_光谱辐射度计；9-电控平移台；10_电控转台；11-主控系统；12_数据处理单元；13-显示单元；14-准直系统。
具体实施方式
[0024]参见图1，本实用新型提供了一种空间光学系统探测能力检测系统，该空间光学系统探测能力检测系统包括光源系统1、准直系统14、星点单元2、光谱采集单元、主控系统
11、数据处理单元12以及显示单元13 ;准直系统14以及光谱采集单元分别设置在光源的出射光路上；星点单元2设置在光源系统I与准直系统14之间并处于光源系统I的焦平面上；待测空间光学系统7设置在经准直系统14后的出射光路上；数据处理单元12分别与显示单元13以及待测空间光学系统7相连；主控系统11分别与待测空间光学系统7、光源系统I以及光谱采集单元相连。准直系统14离轴反射光学系统；离轴反射光学系统包括离轴抛物面主镜3、第一折轴镜4、第二折轴镜5以及可变光阑6 ;第一折轴镜4、第二折轴镜5以及离轴抛物面主镜3依次设置在光源系统I经星点单元2后的出射光路上；待测空间光学系统7设置在经离轴抛物面主镜3反射后的出射光路上；可变光阑6设置在离轴抛物面主镜3与待测空间光学系统7之间；可变光阑6是消杂散光光阑；离轴反射光学系统是口径是Φ500πιπι以及焦距是5000mm的离轴反射光学系统。光源系统I包括标准积分球、卤钨灯、氙灯以及可调供电电源；卤钨灯以及氙灯设置在标准积分球的内壁上；主控系统11通过可调供电电源分别与卤钨灯以及氙灯相连。标准积分球可以均匀出射光；卤钨灯、氙灯混合灯可以相互配比，得到相应色温的模拟太阳光谱；可调供电电源可以通过主控系统11的控制调节光源亮度。星点单元2是星点目标靶板；光谱采集单元是光谱辐射度计8。光谱辐射度计8设置在准直系统14出光口处，并承载于控制单元所控制的平移台上。主控单元为供电电源控制器、电控转台10控制器和步进电机控制器，供电电源控制器调整光源亮度，电控转台10控制器调整光源方向，步进电机控制器控制准直系统14出光口处平移台运动。电控转台10承载积分球光源转动，电控平移台9承载待测空间光学系统7并能使之在准直系统14出光口处移动。数据处理单元12包括接收光谱辐射度计8数据进行积分运算、辐照度到视星等换算、对目标信噪比进行计算以及利用最小二乘高斯拟合法对目标能量集中度进行计算的软件，属于自研软件，具体辐照度积分、辐照度到视星等转换、信噪比、弥散斑直径(能量集中度)算法封装在其中。弥散斑直径算法是专为能量集中度测量所研制的新型算法。辐亮度到视星等之间转换的过程，是参考CIE所发布的人眼视觉明视函数以及视星等定义所推算的。电控转台10经由主控系统11控制，转动承载于转台上方的积分球光源I转动至光谱辐射度计8所面对方向，光谱辐射度计8采集出光口处实时辐亮度值，并提交给数据处理单元12，计算积分辐亮度值后，与设定值进行比较，进而控制积分球光源供电电源的输出，直到获得与设定辐亮度值相同时，停止对供电电源的改变；将积分球光源转动，使其发出的光照射在星点2上；星点2位于准直系统14的焦平面上，经过星点的光通过第一折轴镜4和第二折轴镜5打在准直系统的主镜3上，以平行光束从准直系统出射；在出射窗口处设置有可变光阑6，既可以对杂散光进行抑制，还能用于控制平行光束的口径；主控系统11移动电控平移台7运动，将空间光学系统7移动至准直系统14出光口处，对星点单元2进行成像后存储图像；根据图像，利用相应算法，进行探测极限和能量集中度的测量。[0033]同时，本实用新型的具体工作过程是I)探测待测空间光学系统的视星等值，并采集视星等值时的图像；步骤I)的具体实现方式是当光源点亮时，主控系统先将光源转动至光谱辐射度计方向，进行光谱信息采集。数据处理单元对所采集的光谱数据进行相应计算，反馈给主控系统。主控系统通过事先设置的控制流程，主动控制光源系统中的供电电源输出，直到达到所要求的、稳定的测试条件，此时通过换算得到的视星等值便是系统探测极限。而后主控系统控制电控平移台将待测空间光学系统移动至平行光管出光口处采集图像。数据处理单元对获取图像进行计算，得到目标信噪比，具体而言I. I. I)点亮光源系统；I. I. 2)通过光谱采集单元对光源系统的的光谱信息进行采集；I. I. 3)通过数据处理单元对所采集的光谱数据进行相应计算并反馈给主控系统；I. I. 3. I)将采集得到的光谱数据进行相应积分计算，得到准直系统出光口处的光谱辐照度E ( X )值，其计算公式是
权利要求1.一种空间光学系统探测能力检测系统，其特征在于所述空间光学系统探测能力检测系统包括光源系统、准直系统、星点单元、光谱采集单元、主控系统、数据处理单元以及显示单元；所述准直系统以及光谱采集单元分别设置在光源的出射光路上；所述星点单元设置在光源系统与准直系统之间并处于光源系统的焦平面上；待测空间光学系统设置在经准直系统后的出射光路上；所述数据处理单元分别与显示单元以及待测空间光学系统相连；所述主控系统分别与待测空间光学系统、光源系统以及光谱采集单元相连。
2.根据权利要求I所述的空间光学系统探测能力检测系统，其特征在于所述准直系统是离轴反射光学系统；所述离轴反射光学系统包括离轴抛物面主镜、第一折轴镜、第二折轴镜以及可变光阑；所述第一折轴镜、第二折轴镜以及离轴抛物面主镜依次设置在光源系统经星点单元后的出射光路上；所述待测空间光学系统设置在经离轴抛物面主镜反射后的出射光路上；所述可变光阑设置在离轴抛物面主镜与待测空间光学系统之间；所述可变光阑是消杂散光光阑；所述离轴反射光学系统是口径是O 500mm以及焦距是5000mm的离轴反射光学系统。
3.根据权利要求I或2所述的空间光学系统探测能力检测系统，其特征在于所述光源系统包括标准积分球、卤钨灯、氙灯以及可调供电电源；所述卤钨灯以及氙灯设置在标准积分球的内壁上；所述主控系统通过可调供电电源分别与卤钨灯以及氙灯相连。
4.根据权利要求3所述的空间光学系统探测能力检测系统，其特征在于所述星点单元是星点目标靶板；所述光谱采集单元是光谱辐射度计。
专利摘要本实用新型涉及一种空间光学系统探测能力检测系统，该检测系统包括光源系统、准直系统、星点单元、光谱采集单元、主控系统、数据处理单元以及显示单元；准直系统以及光谱采集单元分别设置在光源的出射光路上；星点单元设置在光源系统与准直系统之间并处于光源系统的焦平面上；待测空间光学系统设置在经准直系统后的出射光路上；数据处理单元分别与显示单元以及待测空间光学系统相连；主控系统分别与待测空间光学系统、光源系统以及光谱采集单元相连。本实用新型提供了一种能够可靠及准确获取检测数据以及便于操作的空间光学系统探测能力检测系统。
文档编号G01C25/00GK203053454SQ20122068498
公开日2013年7月10日 申请日期2012年12月12日 优先权日2012年12月12日
发明者薛勋, 徐亮, 赵建科, 胡丹丹, 周艳, 张洁, 田留德 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所