CN116519136A - 一种月球直射光谱辐照度仪同光轴装调系统及方法 - Google Patents
一种月球直射光谱辐照度仪同光轴装调系统及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种月球直射光谱辐照度仪同光轴装调系统及方法。该系统包括反射式平行光管、微光灯、12线激光水平仪、光轴指向平面反射镜、跟踪相机、信号探测镜头、光纤、五维调整台、探测器、计算机。反射式平行光管和微光灯组成整体微光光源装置，用于给信号探测镜头提供平行出射的定标光源；由12线激光水平仪与光轴指向平面镜共同用于调整跟踪相机与信号探测镜头的光轴平行。本发明对具有跟踪及测试一体的光谱辐射计实验室同光轴装调及定标测试具有很高的通用性和实用性，装调操作简单且具有较高的精度，极大提高了实验室同光轴调试及辐射定标的装调效率。
Description
技术领域
本发明属于航天器标定技术领域，尤其涉及一种月球直射光谱辐照度仪同光轴装调系统及方法。
背景技术
卫星发射后由于受多种环境因素的影响，需要对卫星载荷开展在轨辐射定标，目前在轨定标最常用的为场地与场景定标、交叉定标、星上定标；其中场地与场景定标需要在野外与卫星过境时开展同步实验，花费大量人力、物力，并且受气候影响较大；交叉定标依赖于基准载荷传感器的定标精度，在空间、时间匹配上要求较高；传统的星上定标采用太阳漫反射板，但是由于元件自身发生老化会导致定标精度不准确；由于月球具有太阳反射波段反射率稳定、可用于全谱段定标、光谱曲线平滑等优点，目前许多卫星载荷将月球作为在轨定标辐射源。所以研究空基、地基月球光谱辐照度，对于验证卫星在轨定标精度具有重要意义。
现有技术中基本实现的是同一导轨上光学元件的装调，没有对月球直射辐照度仪跟踪相机光轴与信号探测镜头光轴平行的实验室装调装置进行描述，使得月球直射光谱辐照度仪同光轴实验室装调有所限制。
发明内容
为解决的技术问题是针对现有月球直射辐照度仪同光轴定标装置存在的空白与不足，本发明提出一种月球直射光谱辐照度仪同光轴装调系统及方法，采用微光灯与反射式平行光管组成的整体微光光源装置对信号探测镜头进行定标及光轴调整，利用12线激光水平仪与光轴指向反射平面镜对跟踪相机进行光轴装调，最终实现跟踪相机光轴与信号探测镜头光轴平行的目的。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种月球直射光谱辐照度仪同光轴装调系统，包括12线激光水平仪、第一激光灯、反射式平行光管、微光灯、光轴指向平面反射镜、跟踪相机、信号探测镜头、光纤、可见探测器、第一红外探测器、第二红外探测器、CCD探测器；所述反射式平行光管和微光灯组成整体微光光源，用于给信号探测镜头提供平行出射的定标光源，根据可见探测器、第一红外探测器、第二红外探测器的响应输出调整第一五维调整台使得信号探测镜头与反射式平行光管同光轴；由12线激光水平仪与光轴指向平面反射镜共同调整跟踪相机与反射式平行光管的光轴平行，所述跟踪相机与信号探测镜头的光轴平行，将月球直射光谱辐照度仪放置在转台上，实现整晚跟踪相机跟踪月亮，信号探测镜头收集月球光谱信号。
进一步地，所述微光灯放置在反射式平行光管的焦面处，在反射式平行光管的出口输出平行光束，光轴指向平面反射镜安装在反射式平行光管的侧边，实现光轴指向平面反射镜的法线光轴与反射式平行光管的光轴平行；信号探测镜头固定安装在月球直射光谱辐照度仪的一侧，跟踪相机安装在月球直射光谱辐照度仪的另一侧；CCD探测器与跟踪相机连接；光纤的光纤输入端安装固定在信号探测镜头的焦面处。
进一步地，还包括第一五维调整台、第二五维调整台、第三五维调整台和计算机。
进一步地，利用一个光纤输入端输入信号，三个光纤输出端输出信号，三个光纤输出端分别对应可见探测器、第一红外探测器、第二红外探测器；其中连接可见探测器的光纤为14根，连接第一红外探测器和第二红外探测器的光纤分别为3根；可见探测器的一根光纤设置在光纤输入端的中心，第一红外探测器和第二红外探测器的光纤围绕中心的一个可见探测器的光纤交叉排布，剩余13根可见探测器的光纤绕第一红外探测器和第二红外探测器的6根光纤排布；所述光纤的直径均为200μm，排布好的光纤输入端外包络圆芯径为1.4mm，平行光束经过信号探测镜头汇聚在焦面处的光斑正好覆盖光纤输入端。
本发明还提供一种月球直射光谱辐照度仪同光轴装调方法，包括如下步骤：
步骤1、建立整体微光光源；
步骤2、装调信号探测镜头的光轴与反射式平行光管的光轴平行；
步骤3、装调跟踪相机的光轴与光轴指向平面反射镜的光轴平行；
步骤4、利用月球直射光谱辐照度仪跟踪、测试月亮。
进一步地，所述步骤1包括：将微光灯放置于反射式平行光管的焦面处，将微光灯与反射式平行光管看成一个出射平行光束的整体微光光源，该整体微光光源已经进行过溯源传递定标，即反射式平行光管出射的平行光束的辐照度是已知的；使用所述整体微光光源对月球直射光谱辐照度仪进行定标。
进一步地，利用一个光纤输入端输入信号，三个光纤输出端输出信号，三个光纤输出端分别对应可见探测器、第一红外探测器、第二红外探测器；其中连接可见探测器的光纤为14根，连接第一红外探测器和第二红外探测器的光纤分别为3根；可见探测器的一根光纤设置在光纤输入端的中心，第一红外探测器和第二红外探测器的光纤围绕中心的一个可见探测器的光纤交叉排布，剩余13根可见探测器的光纤绕第一红外探测器和第二红外探测器的6根光纤排布；所述光纤的直径均为200μm，排布好的光纤输入端外包络圆芯径为1.4mm，平行光束经过信号探测镜头汇聚在焦面处的光斑正好覆盖光纤输入端。
进一步地，所述步骤2包括：当反射式平行光管出射的平行光通过信号探测镜头汇聚到光轴的光纤输入端，根据光纤输入端的光纤的排布方式，只有满足信号探测镜头的光轴与反射式平行光管的光轴平行时，计算机显示的可见探测器、第一红外探测器、第二红外探测器的响应输出数值达到最大；根据计算机的输出数值，实时调整第一五维调整台使得信号探测镜头与反射式平行光管的光轴平行。
进一步地，所述步骤3包括：所述光轴指向平面反射镜的光轴与反射式平行光管的光轴平行，是用激光自准直仪标定过的，直接装调应用；将12线激光水平仪放置在光轴指向平面反射镜前，打开12线激光水平仪的竖直光线和水平光线，先对12线激光水平仪进行粗调，使12线激光水平仪前面一侧发射的竖直光线、水平光线打在跟踪相机的入光口中心；通过第三五维调整台对12线激光水平仪进行精调，使12线激光水平仪后面一侧发射的竖直光线、水平光线经光轴指向平面反射镜反射之后与前侧直接发射的竖直光线、水平光线重合，以此保证12线激光水平仪发出的竖直光线、水平光线与光轴指向平面反射镜的法线垂直。
进一步地，通过第三五维调整台对12线激光水平仪进行精调后，前面一侧的水平光学和竖直光线偏离跟踪相机的入光口中心；此时只打开12线激光水平仪最上面发射水平光线的第一激光灯，然后打开跟踪相机的快门，调整积分时间，对第一激光灯进行拍照，根据计算机计算激光灯在CCD探测器的靶面所形成的光斑中心与CCD探测器的靶面几何中心的位置偏差，根据位置偏差的数值调整跟踪相机周围的螺丝，以此调节跟踪相机的平移、俯仰和旋转，使激光灯的像斑中心与CCD探测器的靶面几何中心重合，从而实现跟踪相机的光轴与光轴指向平面反射镜的光轴平行，以此实现跟踪相机的光轴与信号探测镜头的光轴平行。
有益效果:
本发明填补了目前月球直射光谱辐照度仪同光轴实验室装调存在的空缺，该装调装置既可以实现利用平行光管和指向平面反射镜的光轴平行、以及12线激光水平仪，以此为桥梁进行调节探测镜头光轴与跟踪相机的光轴平行；又可以实现平行光管输出的平行光对探测镜头进行光谱辐射定标，跟踪相机通过拍摄12线激光水平仪上第一激光灯模拟月球追踪。通过实验室该装调装置进行定标装调之后，可以直接用该仪器进行外场测试，解决了传统场外追踪月亮进行同光轴装调受气候、日期等因素限制的影响，极大地提高了同光轴定标装调的效率。
附图说明
图1是12线激光水平仪发光原理示意图；
图2是整体微光光源示意图；
图3是输入信号端光纤排布示意图；
图4是本发明的一种月球直射光谱辐照度仪同光轴装调系统示意图；
图5是月球直射光谱辐照度仪追踪测试月球的工作过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。
本实施例提供一种月球直射光谱辐照度仪同光轴装调系统及方法，具有装置简单、操作简便的特点，本发明填补了月球直射光谱辐照度仪同光轴实验室装调的空缺，克服了传统将仪器进行外场月球装调受气候日期限制的影响。
如图1所示，12线激光水平仪6采用柱面棱镜原理，使得出射的激光束能在空间中形成12条光线；12条光线在由12线激光水平仪6所围成的立方体中表现如下：上表面有相互垂直的两条光线，下表面有相互垂直的两条光线，共四条；前后左右四个面各有相互垂直的两条光线，共八条；总共为12条光线。
如图2所示，由微光灯1与反射式平行光管2组成整体微光光源4，微光灯1放置于反射式平行光管2的焦面处，将微光灯1与反射式平行光管2看成一个整体出射平行光束的微光光源，该整体的出射平行光束的微光光源已经进行过溯源传递定标，即反射式平行光管2出射的平行光束的辐照度是已知的；可以实现用该出射平行光束的微光光源对月球直射光谱辐照度仪15进行定标。
如图3所示，所用的光纤10进行集成，利用一个光纤输入端输入信号，三个光纤输出端输出信号，三个光纤输出端分别对应可见探测器12、第一红外探测器13、第二红外探测器14；其中连接可见探测器12的光纤10为14根，连接第一红外探测器13和第二红外探测器14的光纤10分别为3根；这20根光纤10在一个端口输入信号处的排布方式为，可见探测器12的光纤10为中间1根，第一红外探测器13和第二红外探测器14的光纤10围绕中心的一个可见探测器12的光纤10交叉排布，然后剩余13根可见探测器12的光纤10绕第一红外探测器13和第二红外探测器14的6根光纤排布；所有单个光纤10的直径均为200μm，排布好的光纤输入端外包络圆芯径为1.4mm，平行光束经过信号探测镜头8汇聚在焦面处的光斑正好覆盖光纤输入端。
如图4所示，本发明的一种月球直射光谱辐照度仪同光轴装调系统包括微光灯1、反射式平行光管2、光轴指向平面反射镜3、第二五维调整台5、12线激光水平仪6、第三五维调整台7、信号探测镜头8、跟踪相机9、光纤输入端、CCD探测器11、可见探测器12、第一红外探测器13、第二红外探测器14、第一五维调整台16、计算机17、第一激光灯18。其中微光灯1放置在反射式平行光管2的焦面处，在反射式平行光管2的出口输出平行光束，光轴指向平面反射镜3安装在反射式平行光管2的机械侧边，实现光轴指向平面反射镜3的法线光轴与反射式平行光管2的光轴平行，微光灯1、反射式平行光管2、光轴指向平面反射镜3共同组成整体微光光源4；信号探测镜头8固定安装在月球直射光谱辐照度仪15的一侧，跟踪相机9安装在月球直射光谱辐照度仪15的另一侧，跟踪相机9周围通过螺丝设有方位调节机构，可以方便通过同光轴装调装置调节跟踪相机9的光轴与信号探测镜头8的光轴平行；CCD探测器11与跟踪相机9连接，以实现实时传输拍摄的第一激光灯18在CCD探测器11的靶面的位置，通过调节跟踪相机9周围的螺丝达到同光轴装调的目的；光纤输入端安装固定在信号探测镜头8的焦面处，所述光纤输入端由20根光纤10组成，其中连接可见探测器12的光纤10为14根、连接第一红外探测器13的光纤10为3根、连接第二红外探测器14的光纤10为3根，排布方式如图3所示。
如图5所示，将月球直射光谱辐照度仪15放置在转台上组成一个整机，即可实现跟踪相机9跟踪月亮，信号探测镜头8采集月亮光谱信息的功能。
本发明的一种月球直射光谱辐照度仪同光轴装调方法，包括如下步骤：
步骤1、整体微光光源4的建立，包括：将微光灯1放置于反射式平行光管2的焦面处，将微光灯1与反射式平行光管2看成一个出射平行光束的整体微光光源4，该整体微光光源4已经进行过溯源传递定标，即反射式平行光管2出射的平行光束的辐照度是已知的；可以实现用该出射平行光束的整体微光光源4对月球直射光谱辐照度仪15进行定标。
步骤2、装调信号探测镜头8的光轴与反射式平行光管2的光轴平行，根据可见探测器12、第一红外探测器13、第二红外探测器14的响应输出，当反射式平行光管2出射的平行光通过信号探测镜头8汇聚到光纤的光纤输入端，根据光纤输入端的光纤10的排布方式，只有满足信号探测镜头8光轴与反射式平行光管2的光轴输出数值达到最大；根据计算机17的输出数值，实时调整第一五维调整台16使得信号探测镜头8与反射式平行光管10的光轴平行。
步骤3、装调跟踪相机9的光轴与光轴指向平面反射镜3的光轴平行，包括：光轴指向平面反射镜3的法线与反射式平行光管2光轴平行，是已经用激光自准直仪标定过的，可以直接装调应用；将12线激光水平仪6放置在光轴指向平面反射镜3前，打开12线激光水平仪6的竖直光线和水平光线，先对12线激光水平仪6进行粗调，使12线激光水平仪6前面一侧发射的竖直光线、水平光线打在跟踪相机9的入光口中心；通过第三五维调整台7对12线激光水平仪6进行精调，使12线激光水平仪6后面一侧发射的竖直光线、水平光线经光轴指向平面反射镜3反射之后与前侧直接发射的竖直光线、水平光线重合，以此保证12线激光水平仪6发出的竖直光线、水平光线与光轴指向平面反射镜3的法线垂直。
进一步地，通过第三五维调整台7对12线激光水平仪6进行精调后，前面一侧的水平光学和竖直光线会偏离跟踪相机9的入光口中心；此时只打开12线激光水平仪6最上面发射水平光线的激光灯，然后打开跟踪相机9的快门，调整积分时间，对该激光灯进行拍照，根据计算机17的后端程序，计算激光灯在CCD探测器11靶面所形成的光斑中心与CCD探测器11靶面几何中心的位置偏差，根据位置偏差的数值调整跟踪相机9周围的螺丝，以此调节跟踪相机9的平移、俯仰和旋转，使激光灯的像斑中心与CCD探测器11靶面几何中心重合，从而实现跟踪相机9的光轴与光轴指向平面反射镜3的光轴平行，以此实现跟踪相机9的光轴与信号探测镜头8的光轴平行。
步骤4、利用整个月球直射光谱辐照度仪15跟踪、测试月亮，包括：在完成利用反射式平行光管2发出的平行光束给月球直射光谱辐照度仪15进行辐射定标，以及完成调整跟踪相机9的光轴与信号探测镜头8的光轴平行之后，将月球直射光谱辐照度仪15放置在转台上组成一个整机，即可实现跟踪相机9跟踪月亮，信号探测镜头8采集月亮光谱信息的功能。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种月球直射光谱辐照度仪同光轴装调系统，其特征在于：包括12线激光水平仪、第一激光灯、反射式平行光管、微光灯、光轴指向平面反射镜、跟踪相机、信号探测镜头、光纤、可见探测器、第一红外探测器、第二红外探测器、CCD探测器；所述反射式平行光管和微光灯组成整体微光光源，用于给信号探测镜头提供平行出射的定标光源，根据可见探测器、第一红外探测器、第二红外探测器的响应输出调整第一五维调整台使得信号探测镜头与反射式平行光管同光轴；由12线激光水平仪与光轴指向平面反射镜共同调整跟踪相机与反射式平行光管的光轴平行，所述跟踪相机与信号探测镜头的光轴平行，将月球直射光谱辐照度仪放置在转台上，实现整晚跟踪相机跟踪月亮，信号探测镜头收集月球光谱信号。
2.根据权利要求1所述的一种月球直射光谱辐照度仪同光轴装调系统，其特征在于：所述微光灯放置在反射式平行光管的焦面处，在反射式平行光管的出口输出平行光束，光轴指向平面反射镜安装在反射式平行光管的侧边，实现光轴指向平面反射镜的法线即光轴与反射式平行光管的光轴平行；信号探测镜头固定安装在月球直射光谱辐照度仪的一侧，跟踪相机安装在月球直射光谱辐照度仪的另一侧；CCD探测器与跟踪相机连接；光纤的光纤输入端安装固定在信号探测镜头的焦面处。
3.根据权利要求1所述的一种月球直射光谱辐照度仪同光轴装调系统，其特征在于：还包括第一五维调整台、第二五维调整台、第三五维调整台和计算机。
4.根据权利要求1所述的一种月球直射光谱辐照度仪同光轴装调系统，其特征在于：利用一个光纤输入端输入信号，三个光纤输出端输出信号，三个光纤输出端分别对应可见探测器、第一红外探测器、第二红外探测器；其中连接可见探测器的光纤为14根，连接第一红外探测器和第二红外探测器的光纤分别为3根；可见探测器的一根光纤设置在光纤输入端的中心，第一红外探测器和第二红外探测器的光纤围绕中心的一个可见探测器的光纤交叉排布，剩余13根可见探测器的光纤绕第一红外探测器和第二红外探测器的6根光纤排布；所述光纤的直径均为200μm，排布好的光纤输入端外包络圆芯径为1.4mm，平行光束经过信号探测镜头汇聚在焦面处的光斑正好覆盖光纤输入端。
5.根据权利要求1-4之一所述的一种月球直射光谱辐照度仪同光轴装调系统的装调方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、建立整体微光光源；
步骤2、装调信号探测镜头的光轴与反射式平行光管的光轴平行；
步骤3、装调跟踪相机的光轴与光轴指向平面反射镜的光轴平行；
步骤4、利用月球直射光谱辐照度仪跟踪、测试月亮。
6.根据权利要求5所述的装调方法，其特征在于，所述步骤1包括：将微光灯放置于反射式平行光管的焦面处，将微光灯与反射式平行光管看成一个出射平行光束的整体微光光源，该整体微光光源已经进行过溯源传递定标，即反射式平行光管出射的平行光束的辐照度是已知的；使用所述整体微光光源对月球直射光谱辐照度仪进行定标。
7.根据权利要求6所述的装调方法，其特征在于，利用一个光纤输入端输入信号，三个光纤输出端输出信号，三个光纤输出端分别对应可见探测器、第一红外探测器、第二红外探测器；其中连接可见探测器的光纤为14根，连接第一红外探测器和第二红外探测器的光纤分别为3根；可见探测器的一根光纤设置在光纤输入端的中心，第一红外探测器和第二红外探测器的光纤围绕中心的一个可见探测器的光纤交叉排布，剩余13根可见探测器的光纤绕第一红外探测器和第二红外探测器的6根光纤排布；所述光纤的直径均为200μm，排布好的光纤输入端外包络圆芯径为1.4mm，平行光束经过信号探测镜头汇聚在焦面处的光斑正好覆盖光纤输入端。
8.根据权利要求7所述的装调方法，其特征在于，所述步骤2包括：当反射式平行光管出射的平行光通过信号探测镜头汇聚到光轴的光纤输入端，根据光纤输入端的光纤的排布方式，只有满足信号探测镜头的光轴与反射式平行光管的光轴平行时，计算机显示的可见探测器、第一红外探测器、第二红外探测器的响应输出数值达到最大；根据计算机的输出数值，实时调整第一五维调整台使得信号探测镜头与反射式平行光管的光轴平行。
9.根据权利要求8所述的装调方法，其特征在于，所述步骤3包括：所述光轴指向平面反射镜的光轴与反射式平行光管的光轴平行，是用激光自准直仪标定过的，直接装调应用；将12线激光水平仪放置在光轴指向平面反射镜前，打开12线激光水平仪的竖直光线和水平光线，先对12线激光水平仪进行粗调，使12线激光水平仪前面一侧发射的竖直光线、水平光线打在跟踪相机的入光口中心；通过第三五维调整台对12线激光水平仪进行精调，使12线激光水平仪后面一侧发射的竖直光线、水平光线经光轴指向平面反射镜反射之后与前侧直接发射的竖直光线、水平光线重合，以此保证12线激光水平仪发出的竖直光线、水平光线与光轴指向平面反射镜的法线垂直。
10.根据权利要求9所述的装调方法，其特征在于，通过第三五维调整台对12线激光水平仪进行精调后，前面一侧的水平光学和竖直光线偏离跟踪相机的入光口中心；此时只打开12线激光水平仪最上面发射水平光线的第一激光灯，然后打开跟踪相机的快门，调整积分时间，对第一激光灯进行拍照，根据计算机计算激光灯在CCD探测器的靶面所形成的光斑中心与CCD探测器的靶面几何中心的位置偏差，根据位置偏差的数值调整跟踪相机周围的螺丝，以此调节跟踪相机的平移、俯仰和旋转，使激光灯的像斑中心与CCD探测器的靶面几何中心重合，从而实现跟踪相机的光轴与光轴指向平面反射镜的光轴平行，以此实现跟踪相机的光轴与信号探测镜头的光轴平行。
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