星敏感器光學(xué)系統(tǒng)倍率色差測試設(shè)備及測試方法技術(shù)方案

一種星敏感器光學(xué)系統(tǒng)倍率色差測試設(shè)備及測試方法，該測試設(shè)備包括目標(biāo)模擬部件、被測光學(xué)系統(tǒng)安裝部件、顯微采集部件和控制及數(shù)據(jù)處理計算機；目標(biāo)模擬部件、被測光學(xué)系統(tǒng)安裝部件和顯微采集部件依次設(shè)置于同一光路上；目標(biāo)模擬部件包括單色儀、平行光管、濾光片靶輪和目標(biāo)靶輪；濾光片靶輪和目標(biāo)靶輪依次設(shè)置在單色儀的出射光路上；目標(biāo)靶輪的靶面與平行光管焦平面重合；待測光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置在被測光學(xué)系統(tǒng)安裝部件上；控制及數(shù)據(jù)處理計算機分別與單色儀、帶有測試所需的各種譜段范圍濾光片的濾光片靶輪、帶有多組目標(biāo)板的目標(biāo)靶輪和被測光學(xué)系統(tǒng)安裝部件相連。本發(fā)明專利技術(shù)具有測試效率高、測試人員少和可擴大測試范圍的優(yōu)點。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于光學(xué)檢測領(lǐng)域，涉及一種星敏感器光學(xué)系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)自動化測試設(shè)備 及測試方法，尤其涉及一種對星敏感器光學(xué)系統(tǒng)倍率色差進行自動測量的測試設(shè)備及測試 方法。
技術(shù)介紹
星敏感器是以恒星為參照系，以星空為工作對象，以衛(wèi)星、宇航飛船、飛機、船艦及 導(dǎo)彈等為載體的高精度空間姿態(tài)測量裝置，工作時通過探測天球上不同恒星的位置，將其 與已知星圖進行比對，為載體提供準(zhǔn)確的空間方位和基準(zhǔn)。 星敏感器光學(xué)系統(tǒng)是星敏感器的重要組成部分，其參數(shù)（例如光譜能量集中度以 及倍率色差等）直接影響星敏感器整系統(tǒng)的性能指標(biāo)。其中，光譜能量集中度是考察分布 在像面上不同譜段色光的點擴散圓直徑是否在特定范圍內(nèi)，為使其質(zhì)心位置判別準(zhǔn)確的同 時不會被當(dāng)成噪點剔除，一般需使點擴散圓的大部分能量集中在1 X 1到3X 3個像元之間。 另外，倍率色差是考察同一視場處不同譜段色光的點擴散圓質(zhì)心位置判別誤差是否在一定 范圍內(nèi)，為使其誤差不影響整機姿態(tài)測量，一般需使其不大于〇. 3個像元大小。上述兩個指 標(biāo)體現(xiàn)到整系統(tǒng)上，即可保障星敏感器對于不同譜段恒星的位置進行準(zhǔn)確判定，不會因為 譜段不同造成質(zhì)心位置準(zhǔn)確性判別有差異，進而保證星敏感器為其載體提供準(zhǔn)確的姿態(tài)測 量數(shù)據(jù)。由此可見，光譜能量集中度和倍率色差的準(zhǔn)確測試對于星敏感器系統(tǒng)來說至關(guān)重 要。 目前，光譜能量集中度和倍率色差是星敏感器光學(xué)系統(tǒng)測試指標(biāo)中最花費人員及 時間的項目。由于測試的視場、譜段等影響，造成上述兩項指標(biāo)測試點繁多，僅靠人工更換 測試點位置及光源譜段，不僅費時費力，同時也難免各種人為測試誤差的出現(xiàn)。 另外，由于星敏感器的應(yīng)用范圍不同，對于光源的需求也不同。測試上述兩項指標(biāo) 時，有的型號需給出不同光譜位置單色光下的測試數(shù)據(jù)，有的型號需給出某一譜段范圍內(nèi) 的測試數(shù)據(jù)，目前，為了滿足測試技術(shù)指標(biāo)，需經(jīng)常更換光源來適應(yīng)不同的需求。 這些限制的存在，使星敏感器光學(xué)系統(tǒng)測試過程成為整個研制過程的瓶頸，阻礙 了星敏感器產(chǎn)品化的進程，是星敏感器的在衛(wèi)星、宇航飛船、飛機、船艦及導(dǎo)彈等載體上進 行廣泛使用的一大障礙。 因此，研制一種針對光學(xué)系統(tǒng)的自動化倍率色差測試設(shè)備，是非常必要的。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為了解決
技術(shù)介紹
中存在的上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)提供了一種測試效率高、測試 人員少以及可擴大測試范圍的。 本專利技術(shù)的技術(shù)解決方案是：本專利技術(shù)提供了一種星敏感器光學(xué)系統(tǒng)倍率色差測試設(shè) 備，其特征在于：所述星敏感器光學(xué)系統(tǒng)倍率色差測試設(shè)備包括目標(biāo)模擬部件、被測光學(xué)系 統(tǒng)安裝部件、顯微采集部件以及控制及數(shù)據(jù)處理計算機；所述目標(biāo)模擬部件、被測光學(xué)系 統(tǒng)安裝部件以及顯微采集部件依次設(shè)置于同一光路上；所述目標(biāo)模擬部件包括單色儀、平 行光管、帶有測試所需的各種譜段范圍濾光片的濾光片靶輪以及帶有多組目標(biāo)板的目標(biāo)靶 輪；所述帶有測試所需的各種譜段范圍濾光片的濾光片靶輪以及帶有多組目標(biāo)板的目標(biāo)靶 輪依次設(shè)置在單色儀的出射光路上；所述帶有多組目標(biāo)板的目標(biāo)靶輪的靶面與平行光管焦 平面重合；待測光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置在被測光學(xué)系統(tǒng)安裝部件上；所述控制及數(shù)據(jù)處理計算機分 別與單色儀、帶有測試所需的各種譜段范圍濾光片的濾光片靶輪、帶有多組目標(biāo)板的目標(biāo) 靶輪以及被測光學(xué)系統(tǒng)安裝部件相連。 上述帶有多組目標(biāo)板的目標(biāo)靶輪上插裝有一組鑒別率板、一組波羅板以及多組星 點板。 上述多組星點板上的星點的直徑的確定方式是： 式中： d是星點板上的星點的直徑，單位為微米（μπι); λ是被測光學(xué)系統(tǒng)的中心波長，單位為微米（μπι); F是平行光管的焦距，單位為毫米（mm); D是被測光學(xué)系統(tǒng)的入瞳直徑，單位為毫米（mm)。 上述被測光學(xué)系統(tǒng)安裝部件包括俯仰及水平調(diào)節(jié)裝置以及安裝法蘭；所述安裝法 蘭設(shè)置在俯仰及水平調(diào)節(jié)裝置上；被測光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置在安裝法蘭上；所述控制及數(shù)據(jù)處理 計算機與俯仰及水平調(diào)節(jié)裝置相連。 上述顯微采集部件包括電控轉(zhuǎn)臺以及設(shè)置在電控轉(zhuǎn)臺上的三維C⑶顯微采集系 統(tǒng)；所述三維CCD顯微采集系統(tǒng)包括三維平移臺以及設(shè)置在三維平移臺上的CCD顯微系統(tǒng)； 所述控制及數(shù)據(jù)處理計算機分別與電控轉(zhuǎn)臺以及三維CCD顯微采集系統(tǒng)相連。 上述三維平移臺包括垂直于光軸方向且與電控轉(zhuǎn)臺的臺面相平行的X向電控平 移臺、垂直于光軸方向且與電控轉(zhuǎn)臺的臺面相垂直的Y向電控平移臺以及沿光軸方向的Z 向電控平移臺。 上述單色儀包括光譜儀，所述光譜儀出射零次光或出射300nm~1200nm單色光。 一種基于如前所述的星敏感器光學(xué)系統(tǒng)倍率色差測試設(shè)備的倍率色差測試方法， 其特殊之處在于：所述方法包括以下步驟： 1)根據(jù)被測光學(xué)系統(tǒng)的相對孔徑選定合適的CCD顯微系統(tǒng)中的顯微物鏡，所述顯 微物鏡的數(shù)值孔徑不小于被測光學(xué)系統(tǒng)相對孔徑的1/2 ; 2)根據(jù)被測光學(xué)系統(tǒng)的入瞳直徑、平行光管的焦距以及需測試的倍率色差指標(biāo)， 配置合適的目標(biāo)模擬部件： 其中，所述目標(biāo)模擬部件中目標(biāo)靶輪的配置方式是： 式中： d是星點板上的星點的直徑，單位為微米（μ m); λ是被測光學(xué)系統(tǒng)的中心波長，單位為微米（μπι); F是平行光管的焦距，單位為毫米（mm); D是被測光學(xué)系統(tǒng)的入瞳直徑，單位為毫米（mm); 所述目標(biāo)模擬部件中濾光片靶輪的配置方式是：若需測試單色光或白光下的倍率 色差，則選擇濾光片靶輪的通孔，即不通過任何濾光片進行測試；若需測試某譜段色光下的 倍率色差，則將所需測試的各譜段濾光片安裝在濾光片靶輪上； 3)將被測光學(xué)系統(tǒng)安裝至安裝法蘭上，通過觀察被測光學(xué)系統(tǒng)各鏡片反光點連線 調(diào)節(jié)俯仰及水平調(diào)節(jié)裝置，直至目視所有反光點在同一直線上； 4)通過調(diào)整C⑶顯微系統(tǒng)在Y向電控平移臺、Z向電控平移臺以及X向電控平移 臺上的位置，使CCD顯微系統(tǒng)對被測光學(xué)系統(tǒng)像面處圖像進行采集，配合電控轉(zhuǎn)臺以及X向 電控平移臺轉(zhuǎn)至光學(xué)系統(tǒng)兩個邊緣，根據(jù)所成圖像的大小及形狀微調(diào)光學(xué)系統(tǒng)安裝單元， 直至兩邊所成圖像的大小及形狀接近，即被測光學(xué)系統(tǒng)光軸與目標(biāo)模擬部件光軸平行； 5)對被測光學(xué)系統(tǒng)的倍率色差進行測試。 上述步驟5)的具體實現(xiàn)方式是： 5. 1)電控轉(zhuǎn)臺逆時針轉(zhuǎn)動到需測試的最大視場處，即-θ |_|，X向電控平移臺相 應(yīng)向左移動至邊緣，移動量為： a = fXtan(| Θ nJ) 式中： a是X向電控平移臺移動量，單位為毫米（mm); f是被測光學(xué)系統(tǒng)的焦距，單位為毫米（mm); θ_是需測試的最大視場角，單位為度（° ); 5.2)在該視場處，依次變換測試波長，按下式分別計算其質(zhì)心的行坐標(biāo)χλι及列 坐標(biāo)7λ1，由各波長的質(zhì)心坐標(biāo)值計算其與中心波長質(zhì)心坐標(biāo)值的倍率色差； 所述質(zhì)心的行坐標(biāo)Xλ ;是： 所述質(zhì)心的列坐標(biāo)yAl是： 所述測試波長更換方法是： 若測試譜段為白光或單色光，濾光片靶輪轉(zhuǎn)至通孔處，通過單色儀依次更換白光 或已設(shè)定的單色光；若測試譜段為某譜段色光，則單色儀輸出零次光，通過濾光片靶輪按照 所需譜段色光的位置依次轉(zhuǎn)動； 5. 3)完成步驟5. 2)后轉(zhuǎn)到下個視場處進行不同波長下的倍率色差測試及計算， 直至完成所有預(yù)置視場處的倍率色差的測試。 上述步驟5. 2)中倍率色差的具體計算方式是： i)識別有效目標(biāo)區(qū)域，對有效目標(biāo)區(qū)域去除背景； ii)根據(jù)步驟5. 2)中所述的質(zhì)心的行坐標(biāo)計算公本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種星敏感器光學(xué)系統(tǒng)倍率色差測試設(shè)備，其特征在于：所述星敏感器光學(xué)系統(tǒng)倍率色差測試設(shè)備包括目標(biāo)模擬部件、被測光學(xué)系統(tǒng)安裝部件、顯微采集部件以及控制及數(shù)據(jù)處理計算機；所述目標(biāo)模擬部件、被測光學(xué)系統(tǒng)安裝部件以及顯微采集部件依次設(shè)置于同一光路上；所述目標(biāo)模擬部件包括單色儀、平行光管、帶有測試所需的各種譜段范圍濾光片的濾光片靶輪以及帶有多組目標(biāo)板的目標(biāo)靶輪；所述帶有測試所需的各種譜段范圍濾光片的濾光片靶輪以及帶有多組目標(biāo)板的目標(biāo)靶輪依次設(shè)置在單色儀的出射光路上；所述帶有多組目標(biāo)板的目標(biāo)靶輪的靶面與平行光管焦平面重合；待測光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置在被測光學(xué)系統(tǒng)安裝部件上；所述控制及數(shù)據(jù)處理計算機分別與單色儀、帶有測試所需的各種譜段范圍濾光片的濾光片靶輪、帶有多組目標(biāo)板的目標(biāo)靶輪以及被測光學(xué)系統(tǒng)安裝部件相連。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張潔，薛勛，趙建科，周艷，胡丹丹，徐亮，劉峰，陳永權(quán)，趙懷學(xué)，張歡，焦璐璐，段炯，鄭黨龍，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：陜西;61