一种空间相机鬼像抑制结构、地面验证系统及方法与流程

本发明属于空间相机领域，尤其涉及一种空间相机鬼像抑制结构、地面验证系统及方法。

背景技术：

1、空间目标主要包括卫星、空间站和空间碎片等，随着航天技术的不断发展，空间目标的数量急剧上升，对航天器在轨安全运行带来风险，因此，须对空间目标进行探测与实时处理。天基空间目标监视不受地理位置和云、雨、雾等气象条件约束，不存在大气扰动和天光背景影响，可全天时全天候工作。现阶段天基空间目标监视设备主要包括雷达、天基望远镜和空间相机等。雷达抗干扰能力强，但受测量距离限制；天基望远镜观测距离远、精度高，但视场小、机动能力差、目标重访周期长；空间相机成为空间目标监测的重要测量敏感器。

2、杂散光是光学系统中非正常传输光的总称，在轨的杂散光主要由太阳光、月亮光及地气光产生。鬼像是杂散光的一种表现，是透射光学系统中少数反射光二次成像造成的，若不进行有效的抑制，将干扰目标的正常成像。空间相机光学系统由多镜片组合而成，更易产生鬼像。

3、目前，空间相机鬼像抑制及试验验证存在的主要问题有：

4、(1)现阶段空间相机对鬼像的抑制主要是对鬼像进行建模并拟合校正，未能从鬼像产生的源头去分析并加以抑制；

5、(2)空间目标和杂散光在轨工况复杂，两者相互影响，难以在地面试验室进行模拟；

6、(3)鬼像和空间目标重叠，鬼像的抑制效果难以定量评价。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种空间相机鬼像抑制结构、地面验证系统及方法，以有效的减少鬼像对空间目标提取的影响。

2、为实现上述目的，本发明提供一种空间相机鬼像抑制结构，其包含：鬼像抑制颜色片和颜色片支架；所述颜色片支架上设置有凹陷的安装部；所述鬼像抑制颜色片通过胶接设置在所述颜色片支架的安装部中；所述鬼像抑制颜色片由光学玻璃片涂覆光学截止膜制成。

3、优选地，所述光学截止膜的截止光谱谱段由空间相机镜头系统的二次反射光谱谱段和探测器敏感光谱谱段的交集确定。

4、优选地，所述空间相机鬼像抑制结构通过胶接安装在镜头座上，将探测器的光敏面覆盖，测量空间相机鬼像抑制结构中的颜色片支架顶端3个边缘点与镜头座的高度差h1、h2、h3，控制3个高度差h1、h2、h3之间的偏差在3％以内；在热、力学试验后对h1、h2、h3进行复测，3个高度差试验前后偏差在1％以内。

5、本发明提供一种空间相机鬼像抑制地面验证系统，适用于验证所述的空间相机鬼像抑制结构，其包括：自然天体光源、空间相机、高精度二维转台、转台控制机柜、直流稳压电源、测试计算机；所述空间相机与所述直流稳压电源电连接，固定安装在所述高精度二维转台上；所述转台控制机柜与所述高精度二维转台电连接，用于控制所述高精度二维转台运动，带动所述空间相机指向不同的天区；所述测试计算机与所述空间相机通信连接，用于发送指令控制所述空间相机执行操作，并接收所述空间相机执行操作后返回的星点质心包数据和图像数据。

6、优选地，所述的自然天体光源包含恒星和月亮，所述恒星用来模拟空间点目标，所述月亮用来模拟产生鬼像的空间杂散光。

7、本发明还提供一种空间相机鬼像抑制地面验证方法，其包括：s1、结合空间相机的探测灵敏度指标，调整空间相机曝光时间；s2、控制空间相机以预设方式运动，获取星点质心包数据和图像数据；s3、根据获取的星点质心包数据和图像数据，计算验证鬼像抑制效果。

8、优选地，步骤s1所述的结合空间相机的探测灵敏度指标，调整空间相机曝光时间，包括如下步骤：

9、s11、将空间相机固定安装于高精度二维转台上，控制高精度二维转台转动，使空间相机对准无月光的天区，设定空间相机的初始曝光时间；

10、s12、采集一幅星图，由恒星星表数据，统计星图内所有探测恒星的星表id号；

11、s13、由星表id号，查找图像内所有探测恒星的星等mi，按星等mi对探测恒星进行排序，得到初始曝光时间内空间相机的极限探测星等mi_max；

12、s14、调整空间相机的曝光时间，直到所述极限探测星等mi_max大于空间相机的探测灵敏度指标。

13、优选地，步骤s2所述的控制空间相机以预设方式运动，获取星点质心包数据和图像数据，包括如下步骤：

14、s21、由步骤s1确定并设置空间相机的曝光时间；

15、s22、控制高精度二维转台的回转轴角度α和翻转角度β，使月亮在空间相机视场中央；转台回转轴和翻转轴清零，设中心轨迹点o(α＝0，β＝0)；

16、s23、拍摄月亮在空间相机视场中心图像，确定月亮的成像半径为r；

17、s24、以o点为中心，空间相机视场为l×l，取步长为s生成高精度二维转台预设轨迹，确保每个轨迹点月亮图像都在空间相机视场内(r<s/2)；设回转轴轨迹点序号为i，翻转轴轨迹点序号为j，则任一轨迹点可表示为(i，j)，i和j的取值范围为1～n，n的计算公式如下：

18、n＝floor((l-2r)/s)+1

19、s25、在步骤s24生成的每一个预设轨迹点(i，j)拍摄图像并保存星点质心包数据。

20、优选地，步骤s3所述的根据获取的星点质心包数据和图像数据，计算验证鬼像抑制效果，包括如下步骤：

21、s31、空间相机在每个预设轨迹点(i，j)拍摄的月亮与鬼像图像确定月亮鬼像区域图像，根据所述月亮鬼像区域图像来截取每个预设轨迹点鬼像区域的质心包数据；

22、s32、计算每个轨迹点月亮鬼像区域恒星目标探测概率pt；

23、s33、计算每个轨迹点月亮鬼像区域误提取目标探测概率pf；

24、s34、统计所有轨迹点月亮鬼像区域的恒星目标探测概率pt和误提取目标概率pf，验证鬼像抑制效果。

25、优选地，所述恒星目标探测概率pt的计算包括：设某预设轨迹点鬼像区域内星库内可探测恒星数目为pi，j，实际提取的恒星目标数为qi，j，则恒星目标探测概率pt的计算公式如下：

26、

27、优选地，所述恒星目标探测概率pf的计算包括：设某预设轨迹点鬼像区域内星库内可探测恒星数目为pi，j，实际提取误提取目标数为fi，j，则恒星目标探测概率pf的计算公式如下；

28、

29、综上所述，与现有技术相比，本发明提供的一种空间相机鬼像抑制结构、地面验证系统及方法，具有如下有益效果：

30、(1)通过将鬼像抑制颜色片和颜色片支架胶接形成空间相机鬼像抑制结构，减少了二次反射光在探测器上成像，从源头上抑制空间相机鬼像的产生；

31、(2)搭建了鬼像抑制地面试验验证系统，以恒星模拟空间点目标、月亮模拟产生鬼像的空间杂散光；自然天体作为光源输入，更接近空间相机在轨实际运行工况；

32、(3)本发明的空间相机鬼像抑制地面验证方法通过获取空间相机视场内不同区域鬼像的图像和星点质心包数据，计算鬼像区域恒星目标探测概率和误提取目标探测概率。该方法既兼顾了视场内所有区域的鬼像又量化评价了鬼像抑制效果。