CN111811782A - 一种空间碎片测距成像复合光学系统的检测装置及方法 - Google Patents

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CN111811782A CN202010776659.1A CN202010776659A CN111811782A CN 111811782 A CN111811782 A CN 111811782A CN 202010776659 A CN202010776659 A CN 202010776659A CN 111811782 A CN111811782 A CN 111811782A
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Abstract

本发明属于光学检测与装校技术领域，具体涉及一种空间碎片测距成像复合光学系统的检测装置及方法；包括用于固定空间碎片测距成像复合光学系统的五维精密装校平台和多焦面平行光管，五维精密装校平台和多焦面平行光管分别安装在处于水平状态的光学平台两端；能够对空间碎片测距成像复合光学系统中各组件进行精密装校与全面指标专项检测，无需令被检设备转换场地、反复拆装，检测指标全面，避免运输与反复拆装的风险，提高了装校精度以及效率，而且利用多焦面平行光管的特点，解决了以往需多台检测设备联合检测的工作流程，使用同一装置进行多项指标的检测与高精度装校，大大提高了工作效率，节约了成本激光。

Description

一种空间碎片测距成像复合光学系统的检测装置及方法
技术领域
本发明属于光学检测与装校技术领域，具体涉及一种空间碎片测距成像复合光学系统的检测装置及方法。
背景技术
随着对空间碎片探测要求的不断提高，空间碎片探测系统逐渐向一体化和多功能方向化发展。其中针对空间碎片测距成像复合光学系统中复杂光路的高精度、高效率装校以及快速检测方法则尤为重要。通常对于多功能的用于空间碎片测距成像复合系统需要使用多种检测设备进行联合检测与标定，其中反复拆装、在多个实验室间进行转运在所难免，而在反复拆装与运输过程中被检系统由于受到不良振动和冲击，光学元件可能发生偏移，降低系统的精度指标甚至造成损坏无法使用。目前还没有能够满足空间碎片测距成像复合光学系统检测与装校需求的专用装置。
发明内容
为了克服上述问题，本发明提出一种空间碎片测距成像复合光学系统的检测装置及方法，是一种用于空间碎片测距成像复合光学系统的精密装校与快速检测装置，能够对空间碎片测距成像复合光学系统中各组件进行精密装校与全面指标专项检测，无需令被检设备转换场地、反复拆装，检测指标全面，避免运输与反复拆装的风险，提高了装校精度以及效率，而且利用多焦面平行光管的特点，解决了以往需多台检测设备联合检测的工作流程，使用同一装置进行多项指标的检测与高精度装校，大大提高了工作效率，节约了装校与检测的成本。
一种空间碎片测距成像复合光学系统的检测装置，包括用于固定空间碎片测距成像复合光学系统1的五维精密装校平台2和多焦面平行光管3，五维精密装校平台2和多焦面平行光管3分别安装在处于水平状态的光学平台两端；
多焦面平行光管3包括遮光罩33、主镜31、次镜32、动/静态碎片模拟组件4、分光镜一41、平行光管束散角测试组件5、分光镜二51、基准光源组件6、分光镜三61、光功率计7、分光镜四71和平行光管焦面组件8，其中主镜31、次镜32、动/静态碎片模拟组件4、分光镜一41、平行光管束散角测试组件5、分光镜二51、基准光源组件6、分光镜三61、光功率计7、分光镜四71和平行光管焦面组件8均位于遮光罩33内部，按照光束传输方向布置如下：
平行光管焦面组件8发射的平行光入射到分光镜四71，经分光镜四71透射后，透射光入射到分光镜三61，经分光镜三61的透射后，透射光入射到分光镜二51，经分光镜二51的透射后，透射光入射到分光镜一41，经分光镜一41的透射后，透射光入射到次镜32，经次镜32的反射后，反射光入射到主镜31，经主镜31的反射后，反射光从遮光罩33的开口入射进入空间碎片测距成像复合光学系统1内；
空间碎片测距成像复合光学系统1发射的平行光束入射到遮光罩33内的主镜31，经主镜31的反射后，反射光入射到次镜32，经次镜32的反射后，反射光入射到分光镜一41，经分光镜一41的透射后，透射光入射到光镜二51，经分光镜二51的反射后，反射光入射到平行光管束散角测试组件5，光束经分光镜二51的透射后，透射光入射到分光镜三61，经分光镜三61的透射后，透射光入射到分光镜四71，经分光镜四71的反射后，反射光入射到光功率计7；
动/静态碎片模拟组件4发出的光束入射到分光镜一41，经分光镜一41的反射后，反射光入射到次镜32，经次镜32的反射后，反射光入射到主镜31，经主镜31的反射后，反射光从遮光罩33的开口入射进入空间碎片测距与成像复合光学系统1内；
基准光源组件6发出的光束入射到分光镜三61，经分光镜三61的反射后，反射光入射到分光镜二51，经分光镜二51的透射后，透射光入射到分光镜一41，经分光镜一41的透射后，透射光入射到次镜32，经次镜32的反射后，反射光入射到主镜31，经主镜31的反射后，反射光从遮光罩33的开口入射进入空间碎片测距成像复合光学系统1内。
所述的动/静态碎片模拟组件4包括LED光源与LCD成像液晶屏，其中LED光源放置在LCD成像液晶屏后。
所述的平行光管束散角测试组件5包括光学镜头和CCD相机，其中光学镜头固定在CCD相机的摄像头上。
所述的基准光源组件6为可替换的基准光源。
一种使用上述空间碎片测距成像复合光学系统的检测装置对空间碎片测距成像复合光学系统进行装校的方法，其特征在于具体包括如下步骤：
步骤一，将五维精密装校平台2和多焦面平行光管3安装在水平状态的光学平台两端，再将空间碎片测距成像复合光学系统1固定在五维精密装校平台2上，使得空间碎片测距成像复合光学系统1位于多焦面平行光管3的正前方；
步骤二，调整空间碎片测距成像复合光学系统1的光轴使其与多焦面平行光管3的光轴重合；
步骤三，计算空间碎片测距成像复合光学系统1内待装调光学系统的理论光轴位置，将空间碎片测距成像复合光学系统1中的CCD检测相机10传送到该待装调光学系统的理论光轴位置；
步骤四，开启多焦面平行光管3内的平行光管焦面组件8，平行光管焦面组件8发出的平行光最终经主镜31反射进入空间碎片测距成像复合光学系统1内的CCD检测相机10，此时CCD检测相机10上显示的光斑位置与CCD检测相机10十字中心位置之间的偏差便为安装误差；
步骤五，根据步骤四得到的CCD检测相机10上显示的光斑位置与CCD检测相机10十字中心的偏差来反复研磨空间碎片测距成像复合光学系统1内待测光学系统中光学镜头的垫片，直至CCD检测相机10上光斑位置与CCD检测相机10十字中心位置重合为止，再将待测光学系统中光学镜头与镜头座进行点胶固定。
步骤六，将光学镜头与镜头座进行点胶固定后的待测光学系统安装在空间碎片测距成像复合光学系统1内的相应位置。
一种使用上述一种空间碎片测距成像复合光学系统的检测装置对空间碎片测距成像复合光学系统进行专项指标检测的方法，具体包括如下内容：
进行空间碎片大小形状精度专项快速检测：
利用动/静态碎片模拟组件4模拟并显示出空间碎片，记录该空间碎片的大小与形状，动/静态碎片模拟组件4发射出的光束最终经主镜31反射进入空间碎片测距成像复合光学系统1内的精跟踪系统21，在精跟踪系统21内的CCD检测相机上成像，该图像的大小越接近动/静态碎片模拟组件4模拟并显示出的空间碎片大小，且图像的形状越接近动/静态碎片模拟组件4模拟并显示出的空间碎片形状，说明空间碎片测距成像复合光学系统1内精跟踪系统21检测空间碎片大小的精度越高。
束散角精度专项快速检测：
空间碎片测距成像复合光学系统1内待测光学系统发射光束，光束入射进入多焦面平行光管3内，最终光束经分光镜二51反射进入平行光管束散角测试组件5，其中平行光管束散角测试组件5能够接收空间碎片测距成像复合光学系统1内待测光学系统发出的整个光斑，通过平行光管束散角测试组件5内CCD相机上显示的光斑像元数换算出空间碎片测距成像复合光学系统1内待测光学系统的束散角，与空间碎片测距成像复合光学系统1内待测光学系统的理论束散角之间的差值即为空间碎片测距成像复合光学系统1内待测光学系统实际发射束散角的误差；
碎片材质精度专项快速检测：
基准光源6发射的光最终经主镜31反射进入空间碎片测距成像复合光学系统1内的光谱仪14，通过光谱仪14上显示的光源材质光谱曲线来确定光源材质，其中将光谱仪14上显示的光源材质光谱曲线与基准光源6实际选用的基准光源材质光谱曲线进行比较，即知光谱仪14的探测能力；
透过率专项快速检测：
空间碎片测距成像复合光学系统1内的单光子测距发射单元16发射单光子脉冲信号，光束进入多焦面平行光管3内，最终经分光镜四71反射进入光功率计7，光功率计7测得接收光束的光功率与单光子测距发射单元16的已知光源发射功率之间的比值即为空间碎片测距成像复合光学系统1内的单光子测距发射单元16的透过率。
本发明的有益效果：
本发明装置主要针对空间碎片测距成像复合光学系统的分系统的专项检测，以及高效率的快速装校方法，通过计算机计算出光轴偏差大小，更直观准确的反映出光轴需要调整的数据，通过实际光斑位置与理论光斑位置的偏差计算出光学镜头需要调整的角度，大大提高了装校效率，使装校过程可视化，更加高效直观，弥补了以往仅靠计理论计算与实际加工尺寸带来的偏差；
本结构系统将空间碎片测距与成像功能复合，目前尚未存在针对空间碎片测距成像复合光学系统的分系统的检测与装校，此方法解决了目前尚未存在的空间碎片探测复合功能的检测设备，装校方法。使用该装置可实现产品的装校以及全面指标的检测，无需令被检设备转换场地、反复拆装、装校效率高、检测指标全面，避免运输与反复拆装的风险，节约成本。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明的空间碎片测距成像复合光学系统的结构示意图。
图3为本发明空间碎片测距成像复合光学系统的部分结构示意图。
其中：1空间碎片测距成像复合光学系统；2五维精密装校平台；3多焦面平行光管；31主镜、32次镜；33遮光罩；4动/静态碎片模拟组件；41分光镜一；5平行光管束散角测试组件；51分光镜二；6基准光源组件；61分光镜三；7光功率计；71分光镜四；8平行光管焦面组件；9电机；10CCD检测相机；11快反镜；12分光镜一；13反射镜一；14光谱仪；15测距接收单元；16单光子测距发射单元；17反射镜二；18反射镜三；19分光镜二；20测距计时单元；21精跟踪系统；22分光镜三；23光学天线；24普查系统；25装校检测相机支架；26电机安装座；27光学基台；28光学基台安装架；29导轨。
具体实施方式
如图1所示，一种空间碎片测距成像复合光学系统的检测装置，包括用于固定空间碎片测距成像复合光学系统1的五维精密装校平台2和多焦面平行光管3，五维精密装校平台2和多焦面平行光管3分别安装在处于水平状态的光学平台两端；
多焦面平行光管3包括遮光罩33、主镜31、次镜32、动/静态碎片模拟组件4、分光镜一41、平行光管束散角测试组件5、分光镜二51、基准光源组件6、分光镜三61、光功率计7、分光镜四71和平行光管焦面组件8，其中主镜31、次镜32、动/静态碎片模拟组件4、分光镜一41、平行光管束散角测试组件5、分光镜二51、基准光源组件6、分光镜三61、光功率计7、分光镜四71和平行光管焦面组件8均位于遮光罩33内部，按照光束传输方向布置如下：
平行光管焦面组件8发射的平行光入射到分光镜四71，经分光镜四71的透射后，透射光入射到分光镜三61，经分光镜三61的透射后，透射光入射到分光镜二51，经分光镜二51的透射后，透射光入射到分光镜一41，经分光镜一41的透射后，透射光入射到次镜32，经次镜32的反射后，反射光入射到主镜31，经主镜31的反射后，反射光从遮光罩33的开口入射进入空间碎片测距成像复合光学系统1内；
空间碎片测距成像复合光学系统1发射的平行光束入射到遮光罩33内的主镜31，经主镜31的反射后，反射光入射到次镜32，经次镜32的反射后，反射光入射到分光镜一41，经分光镜一41的透射后，透射光入射到光镜二51，经分光镜二51的反射后，反射光入射到平行光管束散角测试组件5，光束经分光镜二51的透射后，透射光入射到分光镜三61，经分光镜三61的透射后，透射光入射到分光镜四71，经分光镜四71的反射后，反射光入射到光功率计7；
动/静态碎片模拟组件4的LED光源发出的光束入射到分光镜一41，经分光镜一41的反射后，反射光入射到次镜32，经次镜32的反射后，反射光入射到主镜31，经主镜31的反射后，反射光从遮光罩33的开口入射进入空间碎片测距成像复合光学系统1的内；
基准光源组件6发出的光束入射到分光镜三61，经分光镜三61的反射后，反射光入射到分光镜二51，经分光镜二51的透射后，透射光入射到分光镜一41，经分光镜一41的透射后，透射光入射到次镜32，经次镜32的反射后，反射光入射到主镜31，经主镜31的反射后，反射光从遮光罩33的开口入射进入空间碎片测距成像复合光学系统1内。
所述的动/静态碎片模拟组件4包括LED光源与LCD成像液晶屏，其中LED光源放置在LCD成像液晶屏后。LED光源发出的光源在LCD成像液晶屏上成像。
所述的平行光管束散角测试组件5为测束散角的成像接收镜头，包括光学镜头和CCD相机，其中光学镜头固定在CCD相机的摄像头上。CCD相机选用美国THORLABS型号为8051M-USB。
所述的基准光源组件6为可替换的基准光源。举例可选用美国THORLABS型号为QTH10的石英卤钨灯。
所述的五维精密装校平台2具有三维平移和二维角度旋转共五个自由度。五维精密装校平台2选用赛凡光电公司生产的型号为1911055-WWTZJ1的五维精密装校平台，其中X、Y轴行程均为±70mm；Z轴行程为±50mm；Tx轴俯仰：±3°；Tz轴旋转：±5°；XYZ三轴分辨率：0.001mm；Tx、Tz轴分辨率：10"；各维度均具备锁紧功能；
一种使用上述一种空间碎片测距成像复合光学系统的检测装置对空间碎片测距成像复合光学系统进行装校的方法，具体包括如下步骤：
空间碎片测距成像复合光学系统1的光学基台27上的每个光学镜头安装面均采用多点定位，定位点安装有研磨垫片以及注胶孔，通过研磨垫片调整光学镜头的光轴的空间位置；其中复合光学系统1的光学基台27上装有精跟踪系统21、光谱仪14、单光子测距发射单元16、测距接收单元15和测距计时单元20，精跟踪系统21、光谱仪14、单光子测距发射单元16、测距接收单元15和测距计时单元20上均设有相应的光学镜头；
将光学基台27安装在光学基台安装支架28上；
将空间碎片测距成像复合光学系统1的各个部件及分系统按照机械三维设计软件设计的位置安装孔位安装在光学基台27上，
步骤一，将五维精密装校平台2和多焦面平行光管3安装在水平状态的光学平台两端，再将空间碎片测距成像复合光学系统1固定在五维精密装校平台2上，使得空间碎片测距成像复合光学系统1位于多焦面平行光管3的正前方；
步骤二，调整空间碎片测距成像复合光学系统1内光学天线23的光轴使其与多焦面平行光管3的光轴重合；具体地说是让空间碎片测距成像复合光学系统1内光学天线23的光轴与主镜31反射出的光的光轴重合；
步骤三，(通过空间碎片测距成像复合光学系统1内待装调光学系统的三维仿真模型测得该待装调光学系统的光轴理论位置)计算空间碎片测距成像复合光学系统1内待装调光学系统的理论光轴位置，将空间碎片测距成像复合光学系统1中的CCD检测相机10传送到该待装调光学系统的理论光轴位置；
步骤四，开启多焦面平行光管3内的平行光管焦面组件8，平行光管焦面组件8发出的平行光最终经主镜31反射，反射光从空间碎片测距成像复合光学系统1的入口入射进入空间碎片测距成像复合光学系统1内的CCD检测相机10，此时CCD检测相机10上显示的光斑位置与CCD检测相机10十字中心位置之间的偏差便为安装误差；
步骤五，根据步骤四得到的CCD检测相机10上显示的光斑位置与CCD检测相机10十字中心的偏差来反复研磨空间碎片测距成像复合光学系统1内待测光学系统中光学镜头的垫片，直至CCD检测相机10上光斑位置与CCD检测相机10十字中心位置重合为止，再将待测光学系统中光学镜头与镜头座进行点胶固定。其中CCD检测相机10上显示的光斑位置与CCD检测相机10十字中心的偏差可以换算成待测光学系统中光学镜头的垫片应该研磨的角度与厚度，然后按照换算的结果去研磨即可。
步骤六，将光学镜头与镜头座进行点胶固定后的待测光学系统安装在空间碎片测距成像复合光学系统1内的相应位置。
一种使用上述一种空间碎片测距成像复合光学系统的检测装置对空间碎片测距成像复合光学系统进行专项指标检测的方法，具体包括如下内容：空间碎片测距成像复合光学系统下面简称为复合光学系统1；
进行空间碎片大小形状精度专项快速检测：
利用动/静态碎片模拟组件4模拟并显示出一个空间碎片，记录该空间碎片的大小与形状，动/静态碎片模拟组件4的LED光源通过LCD成像液晶屏后发射出的光束最终经主镜31反射，反射光入射进入复合光学系统1内的精跟踪系统21，在精跟踪系统21内的CCD检测相机上成像，该图像的大小越接近动/静态碎片模拟组件4模拟并显示出的空间碎片大小，且图像的形状越接近动/静态碎片模拟组件4模拟并显示出的空间碎片形状，说明复合光学系统1内精跟踪系统21检测空间碎片大小的精度越高。
此时在精跟踪系统21内的CCD检测相机能够查看成像的像元个数，通过精跟踪系统21的焦距乘以所有像元所占相机内的视场角，转换成图像大小，同时通过观看所有像元在CCD相机上所显示的图像形状，就知道精跟踪系统21成像的精度。该CCD相机上显示的图像大小与动/静态碎片模拟组件4内LED光源所模拟的碎片的大小即为复合光学系统1内精跟踪系统21检测空间碎片大小的误差值。
所述的利用动/静态碎片模拟组件4，通过动/静态碎片模拟组件4中的LED光源模拟一个空间碎片，通过LCD成像液晶屏显示出一个动态/静态的空间碎片图片，LED光源发光经LCD成像液晶屏成像后，也就是说LED光源发出的光投射到LCD成像液晶屏能够显示出不同形状的光，此时的LCD成像液晶屏本身就是一个光源了，其发出的光入射到次镜32，光束经次镜32反射进入主镜31，经主镜31反射后入射进入复合光学系统1内。
束散角精度专项快速检测：
复合光学系统1内待测光学系统发射光束，光束入射进入多焦面平行光管3内，最终经光束经分光镜二51反射进入平行光管束散角测试组件5，其中平行光管束散角测试组件5能够接收复合光学系统1内待测光学系统发出的整个光斑，通过平行光管束散角测试组件5内CCD相机上显示的光斑像元数换算出复合光学系统1内待测光学系统的束散角，与复合光学系统1内待测光学系统的理论束散角之间的比值即为复合光学系统1内待测光学系统实际发射束散角的误差；
复合光学系统1内需要进行束散角精度检测的待测光学系统包括：测距接收单元15、测距发射单元16和精跟踪单元21。
比如一个像元大小为2μrad，平行光管束散角测试组件5内CCD相机里显示有10个像元，那该CCD相机内呈现的光斑大小就是20μrad，20μrad即为复合光学系统1内待测光学系统的束散角大小。
碎片材质精度专项快速检测：
因为光谱仪系统14对于偏振要求很高，上述过程在安装光谱仪反射镜时通过上述装校方法可以使偏振度达到要求，
选定基准光源6的材质，每种材质的光源都有特定的光谱，这里基准光源组件6为美国THORLABS型号为QTH10的石英卤钨灯。
基准光源6发射的可见光最终经主镜31反射进入复合光学系统1内的光谱仪14，由光谱仪14的成像相机接收，通过光谱仪14上显示的光源材质光谱曲线来确定光源材质，其中将光谱仪14上显示的光源材质光谱曲线与基准光源6实际选用的基准光源材质光谱曲线进行比较，即知光谱仪14的探测能力；
若光谱仪14上显示的光源材质光谱曲线与基准光源6实际选用的基准光源材质光谱曲线之间的偏差在误差范围内即可判定光谱仪14检测到的光源材质准确，相反则判定光谱仪14检测到的光源材质不准确。
透过率专项快速检测：
复合光学系统1内的单光子测距发射单元16发射单光子脉冲信号，光束进入多焦面平行光管3内，最终经分光镜四71反射进入光功率计7，光功率计7测得接收光束的光功率除以单光子测距发射单元16的已知光源发射功率之间的结果即为复合光学系统1内的单光子测距发射单元16的透过率。
如图2和图3所示，其中，空间碎片测距成像复合光学系统1为现有技术，具体结构详见文章：姜会林,付强,张雅琳,等.空间碎片激光探测成像通信一体化技术探讨[J].红外与激光工程,2016,45(004):1-7。
空间碎片测距成像复合光学系统1包括导轨29、电机9、CCD装校检测相机10、快反镜11、反射镜一13、反射镜二17、反射镜三18，分光镜一12、分光镜二19、分光镜三22，精跟踪系统21，光谱仪14，单光子测距发射单元16、测距接收单元15、测距计时单元20、光学天线23、普查系统24、装校检测相机支架25、电机安装座26、光学基台27、光学基台安装架28。
所述的五维精密装校平台2具有传动间隙稳定性高的特点，具有三维平移和二维角度旋转共五个自由度。可向五个方向移动，分别是X、Y、Z、θX、θY，重复定位精度优于0.002mm，空间利用率高，使空间碎片测距成像复合光学系统1在进行装校时的数据准确。
将光学基台27安装在光学基台安装架28上，使用时将光学基台安装架28安装在五维精密装校平台2上。
将光学天线23安装在光学基台27前方，同时保证光学天线23的光轴与光学基台27垂直。
普查系统24也安装在光学基台27上，同时通过平行光管调整普查系统24的光轴与望远单元23的光轴重合。
将导轨29安装在光学基台27后方，电机9通过电机安装座26安装在光学基台27后方，将电机9的输出轴与装校检测相机安装支架25连接，装校检测相机安装支架25配合连接在导轨29上，能够沿着导轨29滑动，同时保证电机9的输出轴与导轨29平行。
CCD检测相机10固定在装校检测相机安装支架25上，CCD检测相机10包括检测相机、图像处理软件，装校过程中在显示器上实时观测到光轴偏移方向以及大小。
所述的装校检测相机安装架25由电机9驱动，将电机9的输出轴连接在装校检测相机安装架25上，电机9驱动装校检测相机安装架25运动，通过计算机计算光轴理论位置，将CCD检测相机10驱动到指定理想光轴位置。
光学基台27的后方还安装有光谱仪14、精跟踪系统21、单光子测距发射单元16、测距接收单元15和测距计时单元20，其中光束从光学天线23入射，光束经过快反镜11反射进入分光镜12，经分光镜12的透射，透射光入射进入反射镜13，经过反射镜13的反射，反射光入射进入光谱仪14，光束分光镜12的反射，反射光入射进入分光镜22，经分光镜22的反射，反射光入射进入精跟踪系统21，光束经过分光镜22的透射，透射光入射进入双工反射镜17，经双工反射镜17的反射，反射光入射进入测距接收单元15，光束经双工反射镜17的透射，透射光入射进入反射镜18，经反射镜18的反射，发射光入射进入分光镜19，经分光镜19的透射，透射光入射进入单光子测距发射单元16；
激光测距发射时，单光子测距发射单元16发射的光束入射进入分光镜19，经分光镜19的反射，反射光入射进入测距计时单元20，光束经分光镜19的透射，透射光入射进入反射镜18，经反射镜18的反射，反射光入射进入双工反射镜17，经双工反射镜17的小孔发射进入光学天线23，再经光学天线23发射出去。
对于空间碎片测距成像复合光学系统1，在装校时需要提供一个基准，便于后续光路组件的装校以及同轴度检测，此时利用平行光管焦面组件8作为同轴度测试组件，平行光管焦面组件8发射光源，此时在计算机提供装校标准星点，同时可以通过查看测试分系统的同轴度。
实施例1
一种空间碎片测距成像复合光学系统的检测装置与上述相同，一种使用一种空间碎片测距成像复合光学系统的检测装置对空间碎片测距成像复合光学系统1内的精跟踪系统21进行装校的方法，具体步骤与上述相同，区别在于：步骤三中计算复合光学系统1内精跟踪系统21的理论光轴位置，将复合光学系统1中的CCD检测相机10传送到精跟踪系统21的理论光轴位置，此时CCD检测相机10上的光斑位置与CCD检测相机10十字中心位置之间的偏差便为安装误差；
步骤四中平行光管焦面组件8发出的平行光最终经主镜31进入空间碎片测距成像复合光学系统1内位于精跟踪系统21理论光轴位置的CCD检测相机10,记录CCD检测相机10上显示的光斑位置与CCD检测相机10十字中心的偏差；
步骤五，根据步骤四得到的CCD检测相机10上显示的光斑位置与CCD检测相机10十字中心的偏差来反复研磨精跟踪系统21中光学镜头的垫片，直至CCD检测相机10上光斑位置与CCD检测相机10十字中心位置重合为止，再将精跟踪系统21中光学镜头与镜头座进行点胶固定。
实施例2
一种空间碎片测距成像复合光学系统的检测装置与上述相同，一种使用一种空间碎片测距成像复合光学系统的检测装置对空间碎片测距成像复合光学系统1内的单光子测距发射单元16进行装校的方法，具体步骤与上述相同，区别在于：步骤三中计算复合光学系统1内单光子测距发射单元16的理论光轴位置，将空间碎片测距成像复合光学系统1中的CCD检测相机10传送到单光子测距发射单元16的理论光轴位置，此时CCD检测相机10上的光斑位置与CCD检测相机10十字中心位置之间的偏差便为安装误差；
步骤四平行光管焦面组件8发出的平行光最终经主镜31进入空间碎片测距成像复合光学系统，经过快反镜11将光束反射给分光镜12，在经分光镜12反射给分光镜22，在经双工反射镜17透射反射镜18，反射镜18将光束反射给分光镜19，分光镜19将光束透射给单光子测距发射单元16理论光轴位置的CCD检测相机10。记录CCD检测相机10上显示的光斑位置与CCD检测相机10十字中心的偏差；
步骤五，根据步骤四得到的CCD检测相机10上显示的光斑位置与CCD检测相机10十字中心的偏差来反复研磨单光子测距发射单元16中光学镜头的垫片，直至CCD检测相机10上光斑位置与CCD检测相机10十字中心位置重合为止，再将单光子测距发射单元16中光学镜头与镜头座进行点胶固定。
实施例3
一种空间碎片测距成像复合光学系统的检测装置与上述相同，一种使用一种空间碎片测距成像复合光学系统的检测装置对空间碎片测距成像复合光学系统1内的测距接收单元15进行装校的方法，具体步骤与上述相同，区别在于：步骤三中计算空间碎片测距成像复合光学系统1内测距接收单元15的理论光轴位置，将复合光学系统1中的CCD检测相机10传送到测距接收单元15的理论光轴位置，此时CCD检测相机10上的光斑位置与CCD检测相机10十字中心位置之间的偏差便为安装误差；
步骤四中平行光管焦面组件8发出的平行光最终经主镜31进入空间碎片测距成像复合光学系统，经过快反镜11将光束反射给分光镜12，在经分光镜12反射给分光镜22，在经双工反射镜17反射进入测距接收单元15理论光轴位置的CCD检测相机10。
步骤五，根据步骤四得到的CCD检测相机10上显示的光斑位置与CCD检测相机10十字中心的偏差来反复研磨测距接收单元15中光学镜头的垫片，直至CCD检测相机10上光斑位置与CCD检测相机10十字中心位置重合为止，再将测距接收单元15中光学镜头与镜头座进行点胶固定。
实施例4
一种空间碎片测距成像复合光学系统的检测装置与上述相同，一种使用一种空间碎片测距成像复合光学系统的检测装置对空间碎片测距成像复合光学系统1内的测距计时单元20进行装校的方法，具体步骤与上述相同，区别在于：步骤三中计算空间碎片测距成像复合光学系统1内测距计时单元20的理论光轴位置，将复合光学系统1中的CCD检测相机10传送到测距计时单元20的理论光轴位置，此时CCD检测相机10上的光斑位置与CCD检测相机10十字中心位置之间的偏差便为安装误差；
步骤四中平行光管焦面组件平行光管焦面组件8发出的平行光最终经主镜31进入空间碎片测距成像复合光学系统1内处于测距接收单元15理论光轴位置的CCD检测相机10；
步骤五，根据步骤四得到的CCD检测相机10上显示的光斑位置与CCD检测相机10十字中心的偏差来反复研磨测距计时单元20中光学镜头的垫片，直至CCD检测相机10上光斑位置与CCD检测相机10十字中心位置重合为止，再将测距计时单元20中光学镜头与镜头座进行点胶固定。
实施例5
一种空间碎片测距成像复合光学系统的检测装置与上述相同，一种使用一种空间碎片测距成像复合光学系统的检测装置对空间碎片测距成像复合光学系统1内的光谱仪14进行装校的方法，具体步骤与上述相同，区别在于：步骤三中计算复合光学系统1内光谱仪14的理论光轴位置，将空间碎片测距成像复合光学系统1中的CCD检测相机10传送到光谱仪14的理论光轴位置，此时CCD检测相机10上的光斑位置与CCD检测相机10十字中心位置之间的偏差便为安装误差；
步骤四平行光管焦面组件8发出的平行光最终经主镜31进入空间碎片测距成像复合光学系统1内位于光谱仪14理论光轴位置的CCD检测相机10，记录CCD检测相机10上显示的光斑位置与CCD检测相机10十字中心的偏差；
步骤五，根据步骤四得到的CCD检测相机10上显示的光斑位置与CCD检测相机10十字中心的偏差来反复研磨光谱仪14中光学镜头的垫片，直至CCD检测相机10上光斑位置与CCD检测相机10十字中心位置重合为止，再将光谱仪14中光学镜头与镜头座进行点胶固定。
一种空间碎片测距成像复合光学系统的检测装置，在检测模式下，可模拟动/静态特定大小的空间碎片测试空间碎片尺寸的检测精度、检测照明光束散角、检测光谱仪的光谱分辨能力、为精跟踪/粗跟踪提供星点等理想目标、测试系统/分系统透过率、测试系统中多光路的同轴度；
装校模式下，可对系统中的反射镜、分光镜、相机、快反镜、光谱仪以及镜头等元件进行高精度、快速地装校。根据理论设计与实际系统中预留的基准面能够计算得出每种光学元件所在位置的光轴方向，使用高精度的步进电机驱动装置中的检测相机到达理想的光斑位置，通过检测相机获得实际光斑与理想光斑位置的偏移量，计算出实际光轴需要调整的方向及角度，继而为准确调整待装校光学元件的姿态提供依据，能够满足空间碎片测距成像复合光学系统对于光学元件安装精度的要求。

Claims (6)

1.一种空间碎片测距成像复合光学系统的检测装置，其特征在于包括用于固定空间碎片测距成像复合光学系统(1)的五维精密装校平台(2)和多焦面平行光管(3)，五维精密装校平台(2)和多焦面平行光管(3)分别安装在处于水平状态的光学平台两端；
多焦面平行光管(3)包括遮光罩(33)、主镜(31)、次镜(32)、动/静态碎片模拟组件(4)、分光镜一(41)、平行光管束散角测试组件(5)、分光镜二(51)、基准光源组件(6)、分光镜三(61)、光功率计(7)、分光镜四(71)和平行光管焦面组件(8)，其中主镜(31)、次镜(32)、动/静态碎片模拟组件(4)、分光镜一(41)、平行光管束散角测试组件(5)、分光镜二(51)、基准光源组件(6)、分光镜三(61)、光功率计(7)、分光镜四(71)和平行光管焦面组件(8)均位于遮光罩(33)内部，按照光束传输方向布置如下：
平行光管焦面组件(8)发射的平行光入射到分光镜四(71)，经分光镜四(71)的透射后，透射光入射到分光镜三(61)，经分光镜三(61)的透射后，透射光入射到分光镜二(51)，经分光镜二(51)的透射后，透射光入射到分光镜一(41)，经分光镜一(41)的透射后，透射光入射到次镜(32)，经次镜(32)的反射后，反射光入射到主镜(31)，经主镜(31)的反射后，反射光从遮光罩(33)的开口入射进入空间碎片测距成像复合光学系统(1)内；
空间碎片测距成像复合光学系统(1)发射的平行光束入射到遮光罩(33)内的主镜(31)，经主镜(31)的反射后，反射光入射到次镜(32)，经次镜(32)的反射后，反射光入射到分光镜一(41)，经分光镜一(41)的透射后，透射光入射到光镜二(51)，经分光镜二(51)的反射后，反射光入射到平行光管束散角测试组件(5)，光束经分光镜二(51)的透射后，透射光入射到分光镜三(61)，经分光镜三(61)的透射后，透射光入射到分光镜四(71)，经分光镜四(71)的反射后，反射光入射到光功率计(7)；
动/静态碎片模拟组件(4)发出的光束入射到分光镜一(41)，经分光镜一(41)的反射后，反射光入射到次镜(32)，经次镜(32)的反射后，反射光入射到主镜(31)，经主镜(31)的反射后，反射光从遮光罩(33)的开口入射进入空间碎片测距成像复合光学系统(1)的内；
基准光源组件(6)发出的光束入射到分光镜三(61)，经分光镜三(61)的反射后，反射光入射到分光镜二(51)，经分光镜二(51)的透射后，透射光入射到分光镜一(41)，经分光镜一(41)的透射后，透射光入射到次镜(32)，经次镜(32)的反射后，反射光入射到主镜(31)，经主镜(31)的反射后，反射光从遮光罩(33)的开口入射进入空间碎片测距成像复合光学系统(1)内。
2.根据权利要求1所述的一种空间碎片测距成像复合光学系统的检测装置，其特征在于所述的动/静态碎片模拟组件(4)包括LED光源与LCD成像液晶屏，其中LED光源放置在LCD成像液晶屏后。
3.根据权利要求2所述的一种空间碎片测距成像复合光学系统的检测装置，其特征在于所述的平行光管束散角测试组件(5)包括光学镜头和CCD相机，其中光学镜头固定在CCD相机的摄像头上。
4.根据权利要求3所述的一种空间碎片测距成像复合光学系统的检测装置，其特征在于所述的基准光源组件(6)为可替换的基准光源。
5.一种使用权利要求1所述的一种空间碎片测距成像复合光学系统的检测装置对空间碎片测距成像复合光学系统进行装校的方法，其特征在于具体包括如下步骤：
步骤一，将五维精密装校平台(2)和多焦面平行光管(3)安装在水平状态的光学平台两端，再将空间碎片测距与像复合光学系统(1)固定在五维精密装校平台(2)上，使得空间碎片测距成像复合光学系统(1)位于多焦面平行光管(3)的正前方；
步骤二，调整空间碎片测距成像复合光学系统(1)的光轴使其与多焦面平行光管(3)的光轴重合；
步骤三，计算空间碎片测距成像复合光学系统(1)内待装调光学系统的理论光轴位置，将空间碎片测距成像复合光学系统(1)中的CCD检测相机(10)传送到该待装调光学系统的理论光轴位置；
步骤四，开启多焦面平行光管(3)内的平行光管焦面组件(8)，平行光管焦面组件(8)发出的平行光最终经主镜(31)反射进入空间碎片测距成像复合光学系统(1)内的CCD检测相机(10)，此时CCD检测相机(10)上显示的光斑位置与CCD检测相机(10)十字中心位置之间的偏差便为安装误差；
步骤五，根据步骤四得到的CCD检测相机(10)上显示的光斑位置与CCD检测相机(10)十字中心的偏差来反复研磨空间碎片测距与成像复合光学系统(1)内待测光学系统中光学镜头的垫片，直至CCD检测相机(10)上光斑位置与CCD检测相机(10)十字中心位置重合为止，再将待测光学系统中光学镜头与镜头座进行点胶固定；
步骤六，将光学镜头与镜头座进行点胶固定后的待测光学系统安装在空间碎片测距成像复合光学系统(1)内的相应位置。
6.一种使用权利要求1所述的一种空间碎片测距成像复合光学系统的检测装置对空间碎片测距成像复合光学系统(1)进行专项指标检测的方法，具体包括如下内容：
进行空间碎片大小形状精度专项快速检测：
利用动/静态碎片模拟组件(4)模拟并显示出空间碎片，记录该空间碎片的大小与形状，动/静态碎片模拟组件(4)发射出的光束最终经主镜(31)反射进入空间碎片测距成像复合光学系统(1)内的精跟踪系统(21)，在精跟踪系统(21)内的CCD检测相机上成像，该图像的大小越接近动/静态碎片模拟组件(4)模拟并显示出的空间碎片大小，且图像的形状越接近动/静态碎片模拟组件(4)模拟并显示出的空间碎片形状，说明空间碎片测距与成像复合光学系统(1)内精跟踪系统(21)检测空间碎片大小的精度越高；
束散角精度专项快速检测：
空间碎片测距成像复合光学系统(1)内待测光学系统发射光束，光束入射进入多焦面平行光管(3)内，最终经光束经分光镜二(51)反射进入平行光管束散角测试组件(5)，其中平行光管束散角测试组件(5)能够接收空间碎片测距与成像复合光学系统(1)内待测光学系统发出的整个光斑，通过平行光管束散角测试组件(5)内CCD相机上显示的光斑像元数换算出空间碎片测距成像复合光学系统(1)内待测光学系统的束散角，与空间碎片测距成像复合光学系统(1)内待测光学系统的理论束散角之间的差值即为空间碎片测距成像复合光学系统(1)内待测光学系统实际发射束散角的误差；
碎片材质精度专项快速检测：
基准光源(6)发射的可见光最终经主镜(31)反射进入成像空间碎片测距成像复合光学系统(1)内的光谱仪(14)，通过光谱仪(14)上显示的光源材质光谱曲线来确定光源材质，其中将光谱仪(14)上显示的光源材质光谱曲线与基准光源(6)实际选用的基准光源材质光谱曲线进行比较，即知光谱仪(14)的探测能力；
透过率专项快速检测：
空间碎片测距成像复合光学系统(1)内的单光子测距发射单元(16)发射单光子脉冲信号，光束进入多焦面平行光管(3)内，最终经分光镜四(71)反射进入光功率计(7)，光功率计(7)测得接收光束的光功率与单光子测距发射单元(16)的已知光源发射功率之间的差值即为空间碎片测距与成像复合光学系统(1)内的单光子测距发射单元(16)的透过率。
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