CN111610000A - 一种基于角度测量星敏感器光学系统倍率色差的方法 - Google Patents

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    • G01M11/02—Testing optical properties

Abstract

一种基于角度测量星敏感器光学系统倍率色差的方法，包括以下步骤：被测镜头悬空于旋转台的中心；将网格板放置在镜头的焦点位置，调整网格板使其与像面重合；将目视自准直仪放置在旋转台上，使其可以随转台转动；使用目视自准直仪从镜头的物方瞄准镜头，以看清像面上的网格板；以不同波长的光照射网格板；转动旋转台，使得目视自准直仪可瞄准不同的网格线；测量不同波长下，同一网格线成像的角度差异α，结合被测镜头的焦距值f，即可计算出对应视场角下的倍率色差值Δ。本发明具有精度高、装置简单且成本低、操作简单易上手等优点。

Description

一种基于角度测量星敏感器光学系统倍率色差的方法
技术领域
本发明属于光学镜头系统参数检测领域，涉及一种高精度星敏感器光学系统倍率色差检测方法。
背景技术
星敏感器以惯性空间的恒星为探测对象，通过星图匹配实现高精度的三轴姿态测量。随着航天测绘以及空间天文观测的快速发展和水平提升，对星敏感器的精度要求越来越高，提出了秒级甚至亚秒级的高精度需求。
星敏感器的工作过程可以概述为四个环节：星图拍摄，星点提取，星图识别与姿态解算。而在影响星敏感器姿态测量精度的众多因素中，星点提取系统中的单星星点定位精度直接影响星图识别、姿态解算过程的准确率，决定了星敏感器最终姿态测量精度的上限。
作为星敏感器的重要组成部分，星敏感器光学系统的成像质量影响星点提取精度。具体而言，星敏感器光学系统的非对称像差，如倍率色差的存在，会降低星点提取的精度。典型的星敏感器光学系统具有视场大、球差大和相对孔径大等特点，容易产生倍率色差，为了实现高精度的空间定位测量，必须从设计、加工、装配的各个环节进行严格控制。由于光学材料自身缺陷以及加工装配中不可避免引入的倍率色差，使得光学系统最后实际倍率色差值必然与设计值存在一定的偏差。因此，为了确保星敏感器光学系统自身倍率色差所引入的星点提取误差对测量精度影响可控，对其倍率色差的测量十分有必要。
中国专利申请号201510508308.1，公开号CN105352707，公开日期为2017年07月29日的发明专利公开了“星敏感器光学系统倍率色差测试设备及测试方法”，测量不同波长的平行光在不同视场下，经被测镜头后在像平面上成像位置的差异来评价镜头的色差。该方法在进行大视场角测量时，星点像变形严重，精确提取质心难度高；而且，测量使用的显微镜头要求自身的色差很小。总而言之，对于测量精度要求高的镜头，该方法的实现难度较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种测量精度高、装置简易且成本低廉、操作简单易上手的倍率色差测量方法。
本发明的技术方案是：一种基于角度测量星敏感器光学系统倍率色差的方法，包括以下步骤：
步骤(1)将被测光学系统的被测光学镜头通过安装法兰和转接板一联接到一维升降台上，悬空置于转台中心上方；
步骤(2)将网格板通过转接板二联接到四维调整台上，悬空置于转台上方，白光光源发出的光经滤光片后，形成准单色光，照射到网格；通过调整四维调整台，使得目视自准直仪经被测光学镜头所观察到的网格板在全视场内都能清晰成像；
步骤(3)旋转转台，使得目视自准直仪分别瞄准被测光学镜头的两边边缘视场，根据旋转转台的两边读数确定中心视场位置；
步骤(4)旋转转台，使得目视自准直仪在被测光学镜头的视场对准网格线，记录下旋转转台相对于中心视场所转的角度即为对应的视场角；
步骤(5)更换不同波长的滤光片，使用目视自准直仪测量不同波长相对于中心波长下网格线间的角度差异值α；
步骤(6)旋转转台，改变视场角，重复步骤(5)，直至完成被测光学镜头视场内所有网格线的测量；
步骤(7)数据处理得到被测光学镜头的倍率色差值，被测光学镜头在某视场角下的倍率色差值为Δ＝f×tgα；
被测镜头的焦距f为：使用白光或中心波长的光照明，旋转转台角度β，分别瞄准间距为d的两根网格线，则被测镜头的焦距f＝d/tgβ。
进一步的，所述步骤(1)中将被测镜头光阑位置置于旋转台的中心上空。
进一步的，所述步骤(2)中调整网格板位置，使得通过目视自准直仪在全视场所看的网格板都成清晰像时，即认为网格板与被测镜头像面位置重合。
进一步的，所述步骤(5)中的不同波长的光为：使用白光和不同波长滤光片来产生。
进一步的，所述网格板通过转接板二联接到四维调整台上，悬空置于转台上方，且网格板被调整至被测光学镜头的像面上；自准直光管固定于转台上，并能够随转台一起转动。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)精度高。本发明利用测角的方法，代替测长的方法来实现。按照多数星敏感器镜头的焦距值，对应的测长精度要求是微米级，而测角的精度则为若干角秒。相对于大视场下成像不规则，高难度的质心提取，动辄亚角秒级的测角分辨力，测角精度显然更高。
(2)装置简单且成本低，所使用的器具均为光学实验室常用设备或装置，无需额外支出，结构简单易于实现。
(3)操作简单易上手，只需具备简单的自准直仪操作能力，即可完成测量过程。
附图说明
图1是本发明提供的检测系统的结构示意图。
附图标记说明：1-白光光源；2-滤光片；3-一维升降台；4-转接板一；5-转台；6-网格板；7-转接板二；8-四维调整台；9-安装法兰；10-目视自准直仪。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
参见图1，本发明的检测系统包括白光光源1、滤光片2、一维升降台3、转接板一4、转台5、网格板6、转接板二7、四维调整台8、安装法兰9和目视自准直仪10。被测光学镜头通过安装法兰9和转接板一4联接到一维升降台3上，悬空置于转台5中心上方；网格板6通过转接板二7联接到四维调整台8上，悬空置于转台5上方，且网格板被调整至被测光学镜头的像面上；目视自准直仪10固定于转台5上，并可随转台一起转动；白光光源1发出的光经滤光片2后，形成准单色光。
本发明的一种基于角度测量星敏感器光学系统倍率色差的方法，具体实现步骤如下：
步骤(1)将被测光学系统的被测光学镜头通过安装法兰和转接板一联接到一维升降台上，悬空置于转台中心上方；
步骤(2)将网格板通过转接板二联接到四维调整台上，悬空置于转台上方，白光光源发出的光经滤光片后，形成准单色光，照射到网格；通过调整四维调整台，使得目视自准直仪经被测光学镜头所观察到的网格板在全视场内都能清晰成像；
步骤(3)旋转转台，使得目视自准直仪分别瞄准被测光学镜头的两边边缘视场，根据旋转转台的两边读数确定中心视场位置；
步骤(4)旋转转台，使得目视自准直仪在被测光学镜头的视场对准网格线，记录下旋转转台相对于中心视场所转的角度即为对应的视场角；
步骤(5)更换不同波长的滤光片，使用目视自准直仪测量不同波长相对于中心波长下网格线间的角度差异值α；
步骤(6)旋转转台，改变视场角，重复步骤(5)，直至完成被测光学镜头视场内所有网格线的测量；
步骤(7)数据处理得到被测光学镜头的倍率色差值，被测光学镜头在某视场角下的倍率色差值为Δ＝f×tgα；
被测镜头的焦距f为：使用白光或中心波长的光照明，旋转转台角度β，分别瞄准间距为d的两根网格线，则被测镜头的焦距f＝d/tgβ。
进一步的，所述步骤(1)中将被测镜头光阑位置置于旋转台的中心上空。
进一步的，所述步骤(1)中调整网格板位置，使得通过目视自准直仪在全视场所看的网格板都成清晰像时，即认为网格板与被测镜头像面位置重合。
进一步的，所述步骤(1)中的不同波长的光为：使用白光和不同波长滤光片来产生。
进一步的，所述网格板通过转接板二联接到四维调整台上，悬空置于转台上方，且网格板被调整至被测光学镜头的像面上；自准直光管固定于转台上，并能够随转台一起转动。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (5)

1.一种基于角度测量星敏感器光学系统倍率色差的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)将被测光学系统的被测光学镜头通过安装法兰和转接板一联接到一维升降台上，悬空置于转台中心上方；
步骤(2)将网格板通过转接板二联接到四维调整台上，悬空置于转台上方，白光光源发出的光经滤光片后，形成准单色光，照射到网格；通过调整四维调整台，使得目视自准直仪经被测光学镜头所观察到的网格板在全视场内都能清晰成像；
步骤(3)旋转转台，使得目视自准直仪分别瞄准被测光学镜头的两边边缘视场，根据旋转转台的两边读数确定中心视场位置；
步骤(4)旋转转台，使得目视自准直仪在被测光学镜头的视场对准网格线，记录下旋转转台相对于中心视场所转的角度即为对应的视场角；
步骤(5)更换不同波长的滤光片，使用目视自准直仪测量不同波长相对于中心波长下网格线间的角度差异值α；
步骤(6)旋转转台，改变视场角，重复步骤(5)，直至完成被测光学镜头视场内所有网格线的测量；
步骤(7)数据处理得到被测光学镜头的倍率色差值，被测光学镜头在某视场角下的倍率色差值为Δ＝f×tgα；
被测镜头的焦距f为：使用白光或中心波长的光照明，旋转转台角度β，分别瞄准间距为d的两根网格线，则被测镜头的焦距f＝d/tgβ。
2.根据权利要求1所述的一种基于角度测量星敏感器光学系统倍率色差的方法，其特征在于：
所述步骤(1)中将被测镜头光阑位置置于旋转台的中心上空。
3.根据权利要求1所述的一种基于角度测量星敏感器光学系统倍率色差的方法，其特征在于：
所述步骤(2)中调整网格板位置，使得通过目视自准直仪在全视场所看的网格板都成清晰像时，即认为网格板与被测镜头像面位置重合。
4.根据权利要求1所述的一种基于角度测量星敏感器光学系统倍率色差的方法，其特征在于：
所述步骤(5)中的不同波长的光为：使用白光和不同波长滤光片来产生。
5.根据权利要求1所述的一种基于角度测量星敏感器光学系统倍率色差的方法，其特征在于：
所述网格板通过转接板二联接到四维调整台上，悬空置于转台上方，且网格板被调整至被测光学镜头的像面上；自准直光管固定于转台上，并能够随转台一起转动。
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