CN208269953U - 一种空间光学望远镜的星上可见光定标装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种空间光学望远镜，特别涉及一种空间光学望远镜的星上可见光定标装置。该装置包括LED定标源、漫反射板、定标传动机构、驱动器、固定座以及探测器安装壳体。驱动器驱动定标传动机构，带动漫反射板，在定标位置和非定标位置之间转动，实现对探测器的周期性定标。本实用新型的特点在于结构紧凑质量轻，可靠性高，满足了星载光学仪器的星上平场定标要求。

Description

一种空间光学望远镜的星上可见光定标装置

技术领域

本实用新型涉及一种空间光学望远镜，特别涉及一种空间光学望远镜的星上定标装置。其用于空间光学望远镜在可见光波段和近红外波段的平场定标。

背景技术

在运输和发射过程中，星载光学仪器由于受到随机振动、加速度冲击、物理环境变化等因素影响，其光机结构参数将发生变化。在轨运行期间，仪器由于光学元件效率下降、探测器及电子器件老化，其辐射特性也将发生变化。星载光学仪器在轨稳定运行时，如果继续使用发射前在实验室定标试验中测得的定标系数，探测器获得的数据将发生较大的误差，影响遥感数据的应用。解决该问题的办法之一就是为星载光学仪器配备星上定标系统，对仪器进行在轨周期性定标校准。

目前，针对可见光近红外谱段的星上定标系统，通常采用内置标准定标灯和太阳光作为定标光源。内置标准定标灯由于在星载光学仪器的星上定标中应用较太阳光更为常见，在检测系统响应的短期变化上更有优势，且定标灯位于卫星平台内部，可以实时接收指令控制，进行频繁的定标操作。使用太阳光作为定标光源，太阳角度发生变化易导致定标误差，定标时需要检测太阳与星载光学仪器的相对位置和姿态，控制较为复杂，实现更为困难。

现有记载的内置标准灯定标法有两种方式：灯与漫反射板组合星上定标和灯与积分球组合星上定标。但是关于这两种方式只有一个概念的提出并没有真正的公开相关实质性技术的记载，同时漫反射板星上定标需要的安装空间很小，如何很好的满足空间星载光学仪器的星上定标系统质量轻结构小型化的要求是目前急需解决的一项技术难题。

实用新型内容

为了解决背景技术中的问题，本实用新型提供了一套结构紧凑、质量轻、且能够实现在轨准确定标的空间光学望远镜的星上可见光定标装置。

本实用新型的具体技术方案是：

一种星上可见光定标装置，包括LED定标源、漫反射板、定标传动机构、驱动器、固定座以及探测器安装壳体；

固定座由相互垂直固连的竖直部和水平部构成；

LED定标源包括多组不同波长的LED灯组成的光源、环形电路板以及电路板固定支架；多组LED灯沿圆周方向均匀安装在环形电路板上，环形电路板通过电路板固定支架安装在固定座的水平部的上表面；

探测器安装壳体安装在固定座的水平部的下表面，且位于LED定标源的正下方；探测器安装壳体内安装待定标探测器；

定标传动机构固定安装在固定座的竖直部，且定标传动机构的输入端与驱动器连接，其输出端安装漫反射板；

所述漫反射板位于LED定标源的正上方。在该方案公开的的结构描述中，可以很容易的得到当漫反射板位于LED定标源的正上方时，自上而下漫反射板、电路板固定支架、固定座水平部以及探测器安装壳体形成了LED灯的漫反射空间，LED灯发出的光利用漫反射板将其反射给给待定标的探测器，实现探测器的周期性在轨平场定标。

为了限制漫反射板在各自位置时的位置精度，确保设备在轨运行期间受到扰动时，限制漫反射板的振动幅度，避免与附近其他光学元件相撞，该装置还包括第一止动块和第二止动块；第一止动块和第二止动块均安装在固定座上，且第一止动块位于定标位置，第二止动块位于非标定位置；所述第一止动块包括一块竖直板和两块水平板；两块水平板相互平行且垂直固连在竖直板上，两块水平板相对的两个表面之间的距离大于漫反射板的厚度(实际情况是两块水平板相对的两个表面与漫反射板之间的垂直距离上下各1㎜)；

所述第一止动块和第二止动块的结构相同。

其中，定标位置为漫反射板位于LED定标源正上方时，且所有LED灯的光均能漫反射在探测器上时的状态；

非定标位置为待定标探测器对外部目标进行探测状态，即漫反射板完全远离LED定标源正上方时的状态。

进一步地，两块水平板相对的两个表面上设置有采用聚酰亚胺材料制成的内衬。

为了使漫反射板的运动精度较高，且运动具有单向性，能够实现反向自锁，定标传动机构包括蜗轮、蜗杆、柔性联轴器、减速器箱体以及电位器；减速器箱体固定在固定座的竖直部上，驱动器通过蜗杆将动力传递给蜗轮，蜗轮沿自身轴线方向设置有一个连接轴，连接轴的一端穿过减速器箱体后通过柔性联轴器与电位器连接，另一端穿过减速器箱体后与漫反射板连接。

进一步地，该装置还包括转动框架，所述转动框架一端与所述连接轴固定，另一端安装漫反射板。

进一步地，为了满足待定标探测器的各种波长情况下的探测要求，光源是由六组不同波长的LED灯组成，波长范围为400～1000nm，覆盖可见光和近红外光。

进一步地，每组LED灯数目不少于3个且在圆周方向上均匀分布，每组中的每个LED灯可单独发光，且相邻组中的相邻两个LED灯，波长完全相同，互为备份。

进一步地，漫反射板由聚四氟乙烯烧结而成，且反射比均匀性优于0.97。

进一步地，所述驱动器为步进电机。

进一步地，为了使装置的整体更加轻质化，所述竖直板、水平板、转动框架均采用铝合金材料制成。

本实用新型的优点在于：

1、本实用新型的装置采用LED定标源、漫反射板、定标传动机构、驱动器、固定座以及探测器安装壳体形成的空间光学望远镜的星上可见光定标装置不仅结构紧凑、质量轻、且能够实现在轨的准确定标且不影响探测器在轨运行过程中正常探测工作。

2、本实用新型定标传动机构选用具有单向传动特性的单头蜗轮蜗杆机构，省去了设计专门的锁紧释放装置，结构紧凑；

3、本实用新型定标传动机构中采用电位器实时监测漫反射板的转动角度，反馈给定标控制人员，形成闭环控制，控制安全可靠。

4、本实用新型采用两个止动块除了可以限制漫反射板在各自位置时的位置精度，还可在望远镜受到扰动时限制漫反射板的振动幅度，保护附近其他光学元件，提高了装置的可靠性和安全性。

5、本实用新型的光源由多组不同波长的LED灯组成，波长范围为400～1000nm，满足了待定标探测器的各种波长情况下的探测要求。

附图说明

图1为本实用新型的总体结构示意图；

图2为本实用新型的总体结构剖视图；

附图标记如下：

1—LED定标源、11-光源、12-环形电路板、13-电路板固定支架、2—漫反射板、3—定标传动机构、31-蜗轮、32-蜗杆、33-柔性联轴器、34-减速器箱体、35-连接轴、36-转动框体、4—驱动器、5—第二止动块、6—第一止动块、61-竖直板、62-水平板、63-内衬、7—电位器、8—固定座、81-竖直部、82-水平部、9—待定标探测器、10-探测器安装壳体。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步介绍。

如图1所示，本实用新型提供了空间光学望远镜的星上可见光定标装置，主要包括：LED定标光源1、漫反射板2、定标传动机构3、驱动器4、第二止动块5和第一止动块6、电位器7、固定座8、待定标探测器9以及探测器安装壳体10

该装置中各零件的连接关系和位置关系如图1和图2所示：

固定座8由相互垂直固连的竖直部81和水平部82构成，LED定标源1包括多组不同波长的LED灯组成的光源11、环形电路板12以及电路板固定支架13；多组LED灯沿圆周方向均匀安装在环形电路板12上，环形电路板12通过电路板固定支架13安装在固定座的水平部82的上表面；

探测器安装壳体10安装在固定座的水平部82的下表面，且位于LED定标源1的正下方；探测器安装壳体10内安装待定标探测器；

定标传动机构3固定安装在固定座8上，其中，定标传动机构包括蜗轮31、蜗杆32、柔性联轴器33、减速器箱体34以及电位器7；减速器箱体34固定在固定座的竖直部81上，驱动器4通过蜗杆32将动力传递给蜗轮31，蜗轮31沿自身轴线方向设置有一个连接轴35，连接轴35的一端穿过减速器箱体34后通过柔性联轴器33与电位器7连接，另一端穿过减速器箱体34后通过转动框体36与漫反射板2连接。

漫反射板2位于LED定标源1的正上方。

在上述方案的结构描述中，可以很容易地得到当漫反射板位于LED定标源的正上方时，自上而下漫反射板2、电路板固定支架13、固定座水平部82以及探测器安装壳体10形成了LED灯的漫反射空间，其利用漫反射板将LED灯发出的光漫反射给待定标的探测器，实现探测器的周期性在轨平场定标。

其中，第一止动块6和第二止动块5均安装在固定座8上，且第一止动块6位于定标位置，第二止动块5位于非标定位置；第一止动块6包括一块竖直板61和两块水平板62；两块水平板62相互平行且垂直固连在竖直板61上，两块水平板62相对的两个表面之间的距离大于漫反射板2的厚度；第一止动块6和第二止动块5的结构相同。两块水平板62相对的两个表面上设置有采用聚酰亚胺材料制成的内衬63。

需要解释说明的一点是：定标位置为漫反射板位于LED定标源正上方时，且所有LED灯的光均能漫反射在探测器上时的状态；

非定标位置为待定标探测器对外部目标进行探测状态，即漫反射板完全远离LED定标源正上方时的状态。

本实施方式中主要零部件的说明：

1、LED定标光源1由六组不同波长的LED灯组成，波长范围400～1000nm，覆盖可见光和近红外。每个LED灯的光谱半高全宽(FWHM)不小于20nm，每种LED灯数目不少于3个，每个LED灯可单独发光，每个LED采用主份和备份。

2、漫反射板2由聚四氟乙烯烧结而成，反射比均匀性优于0.97。

3、定标传动机构3选用蜗轮蜗杆传动机构。蜗杆选用单头蜗杆，运动具有单向性，能够实现反向自锁。蜗轮轴由一对航天级角接触球轴衬支承，蜗杆轴由一对航天级深沟球轴承支承。

4、驱动器4选用航天级步进电机。定标时，电位器7实时监测漫反射板转角，协助控制步进电机驱动，防止步进电机丢转。

5、第一止动块6，位于定标位置(位置1)，第二止动块5位于非定标位置(位置2)。主要作用为限制漫反射板在卫星发射阶段的振动幅度和在轨定标阶段的转动角度。

该装置的在轨工作原理如下所述：

一、探测器的在轨定标

步进电机通过定标转动机构带动漫反射板转动到标定位置(位置1)，漫反射板、电路板固定支架、固定座水平部以及探测器安装壳体形成了LED灯的漫反射空间，通过不同波长LED灯对探测器进行定标。探测器定标完成后，探测器对实际目标物进行探测。

二、实际目标物探测

步进电机通过定标转动机构带动漫反射板转动到非标定位置(位置2)，被定标完成的探测器在轨对目标物进行探测。

另外，本实用新型未详细说明部分均属于本领域技术人员公知常识。

Claims (10)

1.一种空间光学望远镜的星上可见光定标装置，其特征在于：包括LED定标源、漫反射板、定标传动机构、驱动器、固定座以及探测器安装壳体；

固定座由相互垂直固连的竖直部和水平部构成；

LED定标源包括由不同波长的多组LED灯组成的光源、环形电路板以及电路板固定支架；多组LED灯沿圆周方向均布安装在环形电路板上，环形电路板通过电路板固定支架安装在固定座水平部的上表面；

探测器安装壳体安装在固定座的水平部的下表面，且位于LED定标源的正下方；探测器安装壳体内安装待定标探测器；

定标传动机构固定安装在固定座的竖直部，且定标传动机构的输入端与驱动器连接，其输出端安装漫反射板；

所述漫反射板位于LED定标源的正上方。

2.根据权利要求1所述的空间光学望远镜的星上可见光定标装置，其特征在于：还包括第一止动块和第二止动块；

第一止动块和第二止动块均安装在固定座上，且第一止动块位于定标位置，第二止动块位于非标定位置；所述第一止动块包括一块竖直板和两块水平板；两块水平板相互平行且垂直固连在竖直板上，两块水平板相对的两个表面之间的距离大于漫反射板的厚度；所述第一止动块和第二止动块的结构相同。

3.根据权利要求2所述的空间光学望远镜的星上可见光定标装置，其特征在于：两块水平板相对的两个表面上设置有采用聚酰亚胺材料制成的内衬。

4.根据权利要求3所述的空间光学望远镜的星上可见光定标装置，其特征在于：定标传动机构包括蜗轮、蜗杆、柔性联轴器、减速器箱体以及电位器；减速器箱体固定在固定座的竖直部上，驱动器通过蜗杆将动力传递给蜗轮，蜗轮沿自身轴线方向设置有一个连接轴，连接轴的一端穿过减速器箱体后通过柔性联轴器与安装在所述竖直部顶端的电位器连接，另一端穿过减速器箱体后与漫反射板连接。

5.根据权利要求4所述的空间光学望远镜的星上可见光定标装置，其特征在于：还包括转动框架，所述转动框架一端与所述连接轴固定，另一端安装漫反射板。

6.根据权利要求5所述的空间光学望远镜的星上可见光定标装置，其特征在于：每组LED灯数目不少于3个且在圆周方向上均匀分布，每组中的每个LED灯可单独发光，且相邻组中的相邻两个LED灯，波长完全相同，互为备份。

7.根据权利要求6所述的空间光学望远镜的星上可见光定标装置，其特征在于：

光源是由六组不同波长的LED灯组成，波长范围为400～1000nm，覆盖可见光和近红外光。

8.根据权利要求7所述的空间光学望远镜的星上可见光定标装置，其特征在于：漫反射板由聚四氟乙烯烧结而成，且反射比均匀性优于0.97。

9.根据权利要求8所述的空间光学望远镜的星上可见光定标装置，其特征在于：所述驱动器为步进电机。

10.根据权利要求9所述的空间光学望远镜的星上可见光定标装置，其特征在于：所述竖直板、水平板、转动框架均采用铝合金材料制成。