CN102168988B - 双波段平行光管目标模拟器 - Google Patents
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Abstract
双波段平行光管目标模拟器，属于空间探测技术领域。它解决了现有目标模拟器为单一波段并且结构复杂的问题。它的电控箱的电压输出端连接光源组件的电压输入端，光源组件发出的光束，经过滤光片到达靶标，靶标位于投影系统的焦面上，靶标投射的光束经平面镜反射后入射至离轴抛物面反射镜，离轴抛物面反射镜的反射光束为平行光束，所述平行光束为双波段平行光管目标模拟器的输出光束，机械框体用于对光源组件、滤光片、靶标、平面镜和离轴抛物面反射镜的定位、支撑及密封，机械框体上与所述平行光束输出位置相对应处开有出光孔；滤光片的基底材料为ZnS，所述基底材料的表面镀有多层介质膜。本发明作为一种目标模拟器。
Description
技术领域
本发明涉及一种双波段平行光管目标模拟器，属于空间探测技术领域。
背景技术
光学目标模拟器是光电探测半实物仿真性能测试系统中最重要的设备，它为测试光电探测系统提供了真实目标的光学、几何和运动特性。为保证仿真目标的真实性，光学目标模拟器的设计应遵循以下三个仿真原则：
一：在工作波段内，仿真目标与真实目标在光电探测系统入瞳处的辐照度积分值相等；
二：仿真目标在光电探测系统像面上形成的像斑轮廓尺寸及相应波段的辐照度与真实目标相等；
三：仿真目标相对光电探测系统的空间运动特性与真实目标相同。
光电探测半实物仿真系统主要由五轴转台、待测光电探测系统、光学目标模拟器、综合控制器等组成。半实物仿真系统为光电探测系统的性能测试及评价提供了一种经济、安全、精确、可控制和可重复的实验条件，在缩短研制周期，节省经费，提高产品性能等方面有着重要意义。
目前使用的光学目标模拟器一般采用单一波段、透射式的结构。由于出射光只含有一个波段的信息，模拟的目标不够精确；同时透射式结构存在消像差困难，系统光路长的问题，导致模拟器结构复杂、整体体积大，使用不方便。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有目标模拟器为单一波段并且结构复杂的问题，提供一种双波段平行光管目标模拟器。
本发明包括光源组件、滤光片、靶标、平面镜、离轴抛物面反射镜、电控箱和机械框体，其中平面镜和离轴抛物面反射镜组成投影系统，
电控箱的电压输出端连接光源组件的电压输入端，
光源组件发出的光束，经过滤光片到达靶标，靶标位于投影系统的焦面上，靶标投射的光束经平面镜反射后入射至离轴抛物面反射镜，离轴抛物面反射镜的反射光束为平行光束，所述平行光束为双波段平行光管目标模拟器的输出光束，
所述机械框体用于对光源组件、滤光片、靶标、平面镜和离轴抛物面反射镜的定位、支撑及密封，所述机械框体上与所述平行光束输出位置相对应处开有出光孔；
所述滤光片的基底材料为ZnS，所述基底材料的表面镀有多层介质膜，所述多层介质膜使波长为7μm-12μm的红外光的透过率大于等于0.96，所述多层介质膜使波长为0.4μm-0.8μm的可见光的透过率小于等于0.15。
本发明的优点是：本发明为空间光电探测系统的性能测试提供了一种仿真目标，它采用滤光片来滤除光源的杂光辐射，提供可见光和特定长波红外双波段的辐射，并使能量匹配；通过靶标模拟真实目标相对于测试系统的大小与形状，由平面镜和离轴抛物面反射镜组成投影光学系统，将靶标投影至无穷远。本发明结构简单，体积小，能够实现双波段设计，性能稳定，并且动态范围大，使用方便。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式包括光源组件1、滤光片2、靶标3、平面镜4、离轴抛物面反射镜5、电控箱6和机械框体7，其中平面镜4和离轴抛物面反射镜5组成投影系统，
电控箱6的电压输出端连接光源组件1的电压输入端，
光源组件1发出的光束，经过滤光片2到达靶标3，靶标3位于投影系统的焦面上，靶标3投射的光束经平面镜4反射后入射至离轴抛物面反射镜5，离轴抛物面反射镜5的反射光束为平行光束，所述平行光束为双波段平行光管目标模拟器的输出光束，
所述机械框体7用于对光源组件1、滤光片2、靶标3、平面镜4和离轴抛物面反射镜5的定位、支撑及密封，所述机械框体7上与所述平行光束输出位置相对应处开有出光孔；
所述滤光片2的基底材料为ZnS，所述基底材料的表面镀有多层介质膜，所述多层介质膜使波长为7μm-12μm的红外光的透过率大于等于0.96，所述多层介质膜使波长为0.4μm-0.8μm的可见光的透过率小于等于0.15。
电控箱6内集成有电控系统，它通过可调电位器控制精密直流电源输出，进而控制光源组件1的工作电压，工作电压的调节范围为0至30V，精度为0.01V，它能够高精度、大动态范围控制模拟器出瞳处的辐射照度。通过实验利用红外测温热像仪和可见光照度计，调节光源组件1的电压，在模拟器的出瞳处标定光源电压-出瞳照度-模拟温度的关系，使可见光与红外波段能量相互匹配，可见光辐射照度范围为0至4.3×10-4Lx，精度为1×10-8Lx，红外模拟温度范围为室温至300℃，精度为0.1℃。
平面镜4和离轴抛物面反射镜5组成的投影光学系统，能够实现与光电探测系统的完善耦合，投影系统的出瞳光束始终充满待测光电系统的入瞳。投影光学系统的成像质量满足在0度视场时，其成像质量调制传递评价函数(MTF)在17lp/mm时大于0.5的设计要求。
本实施方式中机械框体7用于对各零部件定位，并能提供接口与小型五轴转台连接固定，它有利于使模拟器保持足够的刚度，对空间双通道光电探测系统进行性能测试。
各光学零件与机械框体7可利用硅橡胶固定连接，可以通过微调机械框体来调整光学镜片位置及角度。靶标3和滤光片2可使用压圈固定在机械框体7上，并与光源组件1通过套筒连接，能够保证同轴性且光源位置可调，同时方便焦面位置的微调。
电控系统通过控制卤钨灯的工作电压，控制模拟器出瞳处的辐射照度。
在滤光片2的基底表面镀多层介质膜，是用来模拟目标的光学特性，能够实现双波段输出和两个波段能量的相互匹配。入射光波在滤光片2的介质膜层与基底界面处发生干涉，透射光波的能量与波长、膜层厚度及膜层材料的折射率有关。滤光片2的介质膜采用多层结构，通过控制各膜层厚度，选用介质材料，能精确控制光束在全波段范围上任意波段的能量分布。本发明所述模拟器只模拟目标在可见光和7μm-12μm的红外光这两个波段的光学特性，要求出射光束在这两个光谱范围上有能量并且与真实目标在这两个波段的能量分布成比例，它利用多层介质膜透过率的不同实现了两个波段能量的相互匹配，其它波段为高反射率，基本没有能量透射过滤光片2。该多层介质膜的原理简单，但设计过程及加工工艺复杂，膜层厚度为μm量级。
本实施方式采用的卤钨灯1-1，其出射光束在光源出瞳处口径为Φ64.5mm，光强为1000cd，即亮度约为3.06×105cd/m2，投射角度为10°。
具体实施方式二：本实施方式为对实施方式一的进一步说明，所述平面镜4和离轴抛物面反射镜5形成离轴双反式结构。
本实施方式中形成的离轴双反式结构，相对于同轴双反射式结构的设计，能够避免中心挡光，既避免了出射光能量的损失，又使结构简单紧凑，有利于减小整个模拟器的外形尺寸和重量。
具体实施方式三：本实施方式为对实施方式二的进一步说明，所述光源组件1由卤钨灯1-1和反光罩1-2组成，所述反光罩1-2为半封闭式结构，卤钨灯1-1固定于反光罩1-2内的几何焦点处；
所述光源组件1的电压输入端连接卤钨灯1-1的电源输入端，所述光源组件1发出的光束为卤钨灯1-1产生的光束。
具体实施方式四：本实施方式为对实施方式三的进一步说明，所述卤钨灯1-1为64832FL型卤钨灯，所述反光罩1-2为铝质抛物面反光罩。
所述的64832FL型卤钨灯为欧司朗64832FL型卤钨灯。
具体实施方式五：本实施方式为与实施方式一、二、三或四的不同之处在于，它还包括温度传感器和制冷风扇8，温度传感器用于采集光源组件1所处位置的环境温度，制冷风扇8用于对光源组件1进行降温。其它组成及连接关系与实施方式一、二、三或四相同。
本实施方式所述的制冷风扇9与半封闭式结构的反光罩1-2相配合，更利于光源组件1的散热，实现对光源组件1的保护作用，通过温度传感器8获取温度信息，当温度达到预设值时，即时进行制冷，能满足模拟器48小时连续稳定工作的要求。
Claims (5)
1.一种双波段平行光管目标模拟器，其特征在于：它包括光源组件(1)、滤光片(2)、靶标(3)、平面镜(4)、离轴抛物面反射镜(5)、电控箱(6)和机械框体(7)，其中平面镜(4)和离轴抛物面反射镜(5)组成投影系统，
电控箱(6)的电压输出端连接光源组件(1)的电压输入端，电控箱(6)内集成有电控系统，它通过可调电位器控制精密直流电源输出，进而控制光源组件(1)的工作电压，调节光源组件(1)的电压，在模拟器的出瞳处标定光源电压-出瞳照度-模拟温度的关系，使可见光与红外波段能量相互匹配，
光源组件(1)发出的光束，经过滤光片(2)到达靶标(3)，靶标(3)位于投影系统的焦面上，靶标(3)投射的光束经平面镜(4)反射后入射至离轴抛物面反射镜(5)，离轴抛物面反射镜(5)的反射光束为平行光束，所述平行光束为双波段平行光管目标模拟器的输出光束，
所述机械框体(7)用于对光源组件(1)、滤光片(2)、靶标(3)、平面镜(4)和离轴抛物面反射镜(5)的定位、支撑及密封，所述机械框体(7)上与所述平行光束输出位置相对应处开有出光孔；
所述滤光片(2)的基底材料为ZnS，所述基底材料的表面镀有多层介质膜，所述多层介质膜使波长为7μm-12μm的红外光的透过率大于等于0.96，所述多层介质膜使波长为0.4μm-0.8μm的可见光的透过率小于等于0.15。
2.根据权利要求1所述的双波段平行光管目标模拟器，其特征在于：所述平面镜(4)和离轴抛物面反射镜(5)形成离轴双反式结构。
3.根据权利要求2所述的双波段平行光管目标模拟器，其特征在于：所述光源组件(1)由卤钨灯(1-1)和反光罩(1-2)组成，所述反光罩(1-2)为半封闭式结构，卤钨灯(1-1)固定于反光罩(1-2)内的几何焦点处；
所述光源组件(1)的电压输入端连接卤钨灯(1-1)的电源输入端，所述光源组件(1)发出的光束为卤钨灯(1-1)产生的光束。
4.根据权利要求3所述的双波段平行光管目标模拟器，其特征在于：所述卤钨灯(1-1)为64832FL型卤钨灯，所述反光罩(1-2)为铝质抛物面反光罩。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的双波段平行光管目标模拟器，其特征在于：它还包括温度传感器和制冷风扇(8)，温度传感器用于采集光源组件(1)所处位置的环境温度，制冷风扇(8)用于对光源组件(1)进行降温。
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