CN204788422U - 应用于卫星定位星敏感光学系统指标调整检测设备 - Google Patents

Abstract

应用于卫星定位星敏感光学系统指标调整检测设备,平行光管(1)旁安装光源积分球(2)，在平行光管(1)开口前方安装多维调整系统(5)，多维调整系统(5)安装在移动导轨(8)上，手摇升降台(11)解决了光源积分球(2)和待测产品(3)与平行光管(1)相对高度配合问题。多维调整系统(5)上安装显微成像系统(4)，多维调整系统(5)旁安装控制系统及终端(6)，在同一设备上即可解决星敏感器性能指标的所有测试，又能确保测试精度，显著提高星敏感器光学系统的测试调整效率。能兼顾保护测试人员、产品和设备的安全，维护简单，管理容易，使用可靠方便。

Description

应用于卫星定位星敏感光学系统指标调整检测设备

技术领域

本实用新型涉及星敏感定位器件的检测装置的结构改进技术，属于航空航天以及卫星通信应用系统中卫星定位关键的星敏感器部件技术，尤其是应用于卫星定位星敏感光学系统指标调整检测设备。

背景技术

星敏感器是以恒星为测量基准的高精度光学姿态敏感器，由于其姿态测量精度高，无可动部件，可靠性高，并可与陀螺构成姿态测量系统，修正陀螺的漂移，因此被广泛应用于航天器的姿态测量和控制系统。星敏感器的光学组件包括镜头、遮光罩，而镜头和含电路板CCD探测器精密地安装在一起则组成光电探头。由于星敏感器具有很高的光学测量精度，在星敏感器研制过程中，对其光学性能指标的检测就显得尤为重要，因此开展星敏感器光学性能指标测试系统的研究，将对星敏感器的研制成败起决定性作用。

星敏感器光学系统指标调整、检测系统是精密测量星敏感器光学镜头、遮光罩关键技术指标的必要设备，是一种在地面上实验室内对星敏感器光学镜头、遮光罩的关键技术指标进行实际测试、检验，和设计仿真数据进行对比，以验证所研制出的镜头、光电探头、遮光罩是否符合星敏感器的性能要求。

目前对星敏感器性能的测试分二部分，分别为镜头性能测试，遮光罩消光性能测试。现有星敏感器测试系统，都为多项指标各自独立的单一测试系统，需多台设备分别完成测试。通用做法是用独立的设备分别测试星敏感器性能。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供应用于卫星定位星敏感光学系统指标调整检测设备，以能测试星敏感器所有性能指标的测试系统，解决星敏感器性能指标的所有测试集中测试问题，提高测试效率。

本实用新型的目的将通过以下技术措施来实现：包括平行光管、光源积分球、多维调整系统、数控精密转台、移动导轨和手摇升降台；平行光管旁安装光源积分球，在平行光管开口前方安装多维调整系统，多维调整系统上安装手摇升降台，在手摇升降台上安装数控精密转台，在数控精密转台上安装移动导轨多维调整系统固定在移动导轨上。

尤其是，显微成像系统安装在多维调整系统上，多维调整系统旁安装控制系统及终端，控制系统及终端分别与平行光管、光源积分球、显微成像系统、多维调整系统以及气浮转台连接。

尤其是，多维调整系统上安装显微成像系统，显微成像系统中包含探测器。

尤其是，移动导轨为具有滑动机构的板型承载装置，其端部连接电机驱动部件。

尤其是，平行光管和显微成像系统与待测产品同轴安置，其中待测产品位于平行光管和显微成像系统之间。

尤其是，平行光管采用离轴抛物反射结构，焦点位于侧面，开口直径为Φ300mm。

尤其是，光源积分球内部采用溴钨灯作为光源，出口处的光辐射面均匀性达到98％，±30度内角均匀性为98％。

尤其是，显微成像系统输出连接工控机视频采集口，其中，探测器选用高精度宽谱段CCD，其分辨率为1024×1024，像元尺寸为12μm。

尤其是，移动导轨上的多维调整系统包含多个高精度电动位移台，其中显微成像系统安装平台，最大负载重量为15kg，上下高程为±25mm，前后及左右行程分别为±25mm，分辨率为0.2μm，精度为1μm。

本实用新型的优点和效果：可测镜头实际工作焦距、镜头各个视场内的畸变、镜头和CCD探测器组成光电探头的畸变、镜头在中心波长内的透过率，可对镜头于工作波段范围内的实际弥散斑大小测试、可测光电探头的后工作距、可测遮光罩的杂散光保护角、可测相应保护角下的平均消光效率或消光系数；在同一设备上即可解决星敏感器性能指标的所有测试，又能确保测试精度，显著提高星敏感器光学系统的测试调整效率。能兼顾保护测试人员、产品和设备的安全，维护简单，管理容易，使用可靠方便。

附图说明

图1为本实用新型实施例1结构示意图。

图2为本实用新型实施例1中离轴平行光管光学系统光路图。

图3为本实用新型实施例1中多维精密调整系统结构示意图。

图4为本实用新型实施例1中数控精密转台结构示意图。

附图标记包括：平行光管1、光源积分球2、待测产品3、显微成像系统4、多维调整系统5、控制系统及终端6、数控精密转台7、移动导轨8、气浮转台9、探测器10、手摇升降台11。

具体实施方式

本实用新型原理在于，在确保各项测试精度的前提下，综合所有的星敏感器性能指标的测试，使测试效率极大提高。星敏感器光学系统指标调整、检测系统由离轴抛物面平行光管、光源积分球、数据采集与包含科学级CCD探测系统和弱光探测系统两个系统的处理系统、电控多维精密调整系统、显微探测系统、高精度数控精密转台等部分组成。

本实用新型包括：平行光管1、光源积分球2、多维调整系统5、数控精密转台7、移动支架8和手摇升降台11。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1：如附图1和附图3所示，平行光管1旁安装光源积分球2，在平行光管1开口前方安装多维调整系统5，多维调整系统5上安装手摇升降台11，在手摇升降台11上安装数控精密转台7，在数控精密转台7上安装移动导轨8多维调整系统5固定在移动导轨8上。手摇升降台11解决了光源积分球2和被测产品3与平行光管1相对高度配合问题。

显微成像系统4安装在多维调整系统5上，多维调整系统5旁安装控制系统及终端6，控制系统及终端6分别与平行光管1、光源积分球2、显微成像系统4、多维调整系统5以及气浮转台(9)连接。

前述中，多维调整系统5上安装显微成像系统4，显微成像系统4中包含探测器10。显微成像系统由高精度平场复消色差显微镜、中继物镜及CCD探测器组成。

前述中，移动导轨8为具有滑动机构的板型承载装置，其端部连接电机驱动部件。

前述中，平行光管1和显微成像系统4与待测产品3同轴安置，其中待测产品3位于平行光管1和显微成像系统4之间。

前述中，平行光管1用于模拟无穷远处的恒星发光特性。为了满足200nm～1400nm的宽光谱范围，不用传统的透射镜，而采用离轴抛物面镜反射。由于被测星敏感器光谱覆盖紫外到近红外范围较宽，一般的透射式平行光管很难保证在宽光谱色差、二级光谱得到很好校正，全反射式离轴平行光管可满足宽光谱像差校正的需要。

如附图2所示，平行光管1通过调整光源强度来进行8个星等模拟。平行光管1开口直径为Φ300mm，与光源积分球连接时会无漏光，换焦面附件时便于拆卸。

前述中，光源积分球2是一个内壁涂有白色漫反射材料的空腔球体，又称光度球，光通球等。球壁上开一个或几个窗孔，用作进光孔和放置光接收器件的接收孔。光源积分球2的内壁应是良好的球面，通常要求它相对于理想球面的偏差应不大于内径的0.2％；球内壁上涂以理想的漫反射材料，也就是漫反射系数接近于1的材料。常用的材料是氧化镁或硫酸钡，将它和胶质粘合剂混合均匀后，喷涂在内壁上。氧化镁涂层在可见光谱范围内的光谱反射比都在99％以上，这样，进入光源积分球的光经过内壁涂层多次反射，在内壁上形成均匀照度。为获得较高的测量准确度，光源积分球2的开孔比应尽可能小。开孔比定义为光源积分球2开孔处的球面积与整个球内壁面积之比。为了模拟不同谱段、不同星等恒星辐射特性，利用连续可调的星模拟器模拟不同星等的弱光辐照，通过光源积分球2与平行光管1来配合模拟，其中光源积分球2内部采用溴钨灯作为光源，光线经过光源积分球2腔体均匀后，可出射不同谱段的宽光谱均匀光辐射。光源积分球2光源的出口均匀性影响最终成像图像输出信号的均匀性。由光源积分球理论可知积分器开口的面均匀性跟光源积分球大小、内涂层材料的反射率以及开口大小有关。光源积分球2涂层材料的稳定性和漫反射率较高，使得出口处的光辐射面均匀性达到98％，角均匀性(±30度内)为98％。

前述中，显微成像系统4连接控制系统采集口。

前述中，显微成像系统4由高精度平场复消色差显微镜、中继物镜及CCD探测器组成。显微探测系统确保在CCD靶面上有较高的成像质量。其中CCD选用高精度宽谱段CCD，其分辨率为1024×1024，像元尺寸为12μm。显微成像系统4配合科学级CCD可实现高精度星点目标的采集，采集星敏感器所成的像通过显微系统对星点图像进行光学细分，最后进一步通过软件细分可完成星点目标图像处理，实现高精度畸变、弥散斑、焦距等测试。另外，为了满足星敏感器整机测试的需要，显微成像系统4可方便拆卸，不影响星敏感器安装CCD探测器。

前述中，多维调整系统5为电控多维精密调整系统，多维调整系统5与显微成像系统4连接，主要用于自动控制显微成像系统4上下、前后、左右移动精密微调，以精确扫描不同视场的焦面位置。多维调整系统5上有多维位移台，可保证探测系统与被测试样品间能够延X、Y、Z三个方向自由相对运动。此结构可承载最大负载重量为15kg，上下高程为±25mm，前后及左右行程分别为±25mm，分辨率为0.2μm，精度为1μm。

前述中，控制系统及终端6可实现被测星敏感器像面位置的精确扫描。控制系统及终端6安装在多维调整系统5旁。控制系统及终端6中安装并连接数据采集与处理系统，通过工控机控制显微探测系统进行图像采集，并对采集的图像进行处理，生成测试报告。另外，工控机完成对高精度二维转台的控制，并配合电控多维精密调整系统自动扫焦，完成焦距、畸变、弥散斑等自动化测试。另外，工控机中的图像处理软件可用于星敏感器CCD探测器所采集的图像处理。

前述中，如附图4所示，数控精密转台7为超高精度静压数控垂直轴一维转台，可实现绕光轴任意旋向角的任意水平视场的模拟测试，可实现星敏感器光轴相对于平行光管1光轴精确控制,另外与安装待测产品的电控旋转台一起能真实地模拟各离轴角的精确姿态。数控精密转台7转台负载能力不小于50kg，测角精度要求较高，均方根测角精度须优于0.3″，角速度为±0.01°/s-5°/s，转动范围满足±180°×±180°。

本实用新型实施例中，技术要求包括，平行光管1光管口径D＝Φ300mm；光管焦距f≥2000mm；光谱范围：0.2μm～1.4μm；出口光束平行度≤10″；中心设计波长0.55μm；系统波像差优于(1/20)λ(λ＝0.6328μm，RMS值)；配合光源积分球可进行星等模拟，星等(视星等)模拟≥7等星(7、6、5、4、3、2、1、0等星8档)；星等模拟精度±0.3等星。宽光谱光功率计光谱范围0.2μm～1.4μm；分辨率1μW；动态范围≥40dB；响应度≤100μs。高精度照度计光谱范围0.2μm～1.4μm；测量分辨率优于10-4lx；动态范围≥60dB；测量不确定度优于2％。反射镜光谱范围0.38μm～0.8μm；反射率≥96％；通光口径≥Φ300mm。工装能够满足星敏感器各指标测试时的稳定装夹。环境指标要求，整套系统设备对工作环境中的电源、温度、洁净度、湿度等的要求，不得高于以下标准：光学暗室：工作波段内，平均消光率96％；工作电压220V±10％，50Hz±20％；储存洁净度要求：10万级；储存温度：-20～+60℃；工作温度：+15℃～+25℃；相对湿度要求：30％～70％；设备在光学精密检测、装调车间的环境条件下均能可靠工作。光源积分球2光谱范围0.2μm～1.4μm；可保证被测器件接收面处的照度：基本档0.001lx～300lx连续可调；面光源的孔径Φ60mm；面光源的均匀性＞98％；配备4个溴钨灯(50W、35W、20W、10W)；光源积分球2直径Φ500mm，结构设计要求无漏光。数控精密转台7载重≥50Kg；工件最大直径200mm；承载空间可以安装最大直径500mm工件，数控精密转台7工作台面位置精度：垂直轴0.3〞(均方根值)，水平轴普通精度；转动范围：±180°×±180°；速率精度控制：优于0.01°/s。

本实用新型实施例中，由于被测星敏感器物镜要求在全视场进行畸变、弥散斑等测试，为避免星敏感器视场较大，而显微成像系统4探测器尺寸不足，需在像面设计成一种线扫描机构来确保进行视场扫描时，被测星像横向位移能够完全测试到，从而确保实现用户需要的功能。

本实用新型实施例中，软件模块分为：工作焦距(EFL)测试模块、镜头畸变测试模块、光电探头畸变测试模块、透过率测试模块、散斑测试模块、后工作距(BFL)测试模块、杂散光保护角测试模块、平均消光效率测试模块、星等模拟输出模块。

本实用新型可以实现在同一台设备上进行：

a.可测镜头实际工作焦距；

b.可测镜头各个视场内的畸变；

c.可测镜头和CCD探测器组成光电探头的畸变；

d.可测镜头在中心波长内的透过率；

e.可对镜头于工作波段范围内的实际弥散斑大小测试；

f.可测光电探头的后工作距；

g.可测遮光罩的杂散光保护角；

h.可测相应保护角下的平均消光效率(消光系数)；

i.能兼顾保护测试人员、产品和设备的安全；

j.具备维护简单、管理容易、使用安全、可靠方便等特点。

本实用新型中，保证设备有智能化的性能，将电控多维精密调整系统、显微探测系统、超高精度高数控静压转台、图像采集部分，集成在一台工控机上来完成。工控机与其它系统控制单元安装在标准机柜中，最后可通过软件的集成化来完成该测试系统的所有功能性指标。

本实用新型不局限于上述的实施例，本领域技术人员做出非实质性的改变，均落入本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.应用于卫星定位星敏感光学系统指标调整检测设备,包括平行光管(1)、光源积分球(2)、多维调整系统(5)、数控精密转台(7)、移动导轨(8)和手摇升降台(11)；其特征在于，平行光管(1)旁安装光源积分球(2)，在平行光管(1)开口前方安装多维调整系统(5)，多维调整系统(5)上安装手摇升降台(11)，在手摇升降台(11)上安装数控精密转台(7)，在数控精密转台(7)上安装移动导轨(8)多维调整系统(5)固定在移动导轨(8)上。

2.如权利要求1所述的应用于卫星定位星敏感光学系统指标调整检测设备，其特征在于，显微成像系统(4)安装在多维调整系统(5)上，多维调整系统(5)旁安装控制系统及终端(6)，控制系统及终端(6)分别与平行光管(1)、光源积分球(2)、显微成像系统(4)、多维调整系统(5)以及气浮转台(9)连接。

3.如权利要求1所述的应用于卫星定位星敏感光学系统指标调整检测设备，其特征在于，多维调整系统(5)上安装显微成像系统(4)，显微成像系统(4)中包含探测器(10)。

4.如权利要求1所述的应用于卫星定位星敏感光学系统指标调整检测设备，其特征在于，移动导轨(8)为具有滑动机构的板型承载装置，其端部连接电机驱动部件。

5.如权利要求1所述的应用于卫星定位星敏感光学系统指标调整检测设备，其特征在于，平行光管(1)和显微成像系统(4)与待测产品(3)同轴安置，其中待测产品(3)位于平行光管(1)和显微成像系统(4)之间。

6.如权利要求1所述的应用于卫星定位星敏感光学系统指标调整检测设备，其特征在于，平行光管(1)采用离轴抛物面反射结构，焦点位于侧面，开口直径为Φ300mm。

7.如权利要求1所述的应用于卫星定位星敏感光学系统指标调整检测设备，其特征在于，光源积分球(2)内部采用溴钨灯作为光源，出口处的光辐射面均匀性达到98％，±30度内角均匀性为98％。

8.如权利要求1所述的应用于卫星定位星敏感光学系统指标调整检测设备，其特征在于，显微成像系统(4)输出连接工控机视频采集口，其中，探测器(10)选用高精度宽谱段CCD，其分辨率为1024×1024，像元尺寸为12μm。

9.如权利要求1所述的应用于卫星定位星敏感光学系统指标调整检测设备，其特征在于，移动导轨(8)上的多维调整系统包含多个高精度电动位移台，其中显微成像系统(4)安装平台，最大负载重量为15kg，上下高程为±25mm，前后及左右行程分别为±25mm，分辨率为0.2μm，精度为1μm。