星敏感器光学系统光谱能量集中度测试设备及测试方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光学检测领域，涉及一种星敏感器光学系统关键参数自动化测试设备 及测试方法，尤其涉及一种对星敏感器光学系统光谱能量集中度进行自动测量的测试设备 及测试方法。
【背景技术】
[0002] 星敏感器是以恒星为参照系，以星空为工作对象，以卫星、宇航飞船、飞机、船舰及 导弹等为载体的高精度空间姿态测量装置，工作时通过探测天球上不同恒星的位置，将其 与已知星图进行比对，为载体提供准确的空间方位和基准。
[0003] 星敏感器光学系统是星敏感器的重要组成部分，其参数（例如光谱能量集中度以 及倍率色差等）直接影响星敏感器整系统的性能指标。其中，光谱能量集中度是考察分布 在像面上不同谱段色光的点扩散圆直径是否在特定范围内，为使其质心位置判别准确的同 时不会被当成噪点剔除，一般需使点扩散圆的大部分能量集中在IX1到3X3个像元之间。 另外，倍率色差是考察同一视场处不同谱段色光的点扩散圆质心位置判别误差是否在一定 范围内，为使其误差不影响整机姿态测量，一般需使其不大于〇. 3个像元大小。上述两个指 标体现到整系统上，即可保障星敏感器对于不同谱段恒星的位置进行准确判定，不会因为 谱段不同造成质心位置准确性判别有差异，进而保证星敏感器为其载体提供准确的姿态测 量数据。由此可见，光谱能量集中度和倍率色差的准确测试对于星敏感器系统来说至关重 要。
[0004] 目前，光谱能量集中度和倍率色差是星敏感器光学系统测试指标中最花费人员及 时间的项目。由于测试的视场、谱段等影响，造成上述两项指标测试点繁多，仅靠人工更换 测试点位置及光源谱段，不仅费时费力，同时也难免各种人为测试误差的出现。
[0005] 另外，由于星敏感器的应用范围不同，对于光源的需求也不同。测试上述两项指标 时，有的型号需给出不同光谱位置单色光下的测试数据，有的型号需给出某一谱段范围内 的测试数据，目前，为了满足测试技术指标，需经常更换光源来适应不同的需求。
[0006] 这些限制的存在，使星敏感器光学系统测试过程成为整个研制过程的瓶颈，阻碍 了星敏感器产品化的进程，是星敏感器的在卫星、宇航飞船、飞机、船舰及导弹等载体上进 行广泛使用的一大障碍。
[0007] 因此，研制一种针对光学系统的自动化光谱能量集中度测试设备，是非常必要的。
【发明内容】
[0008] 为了解决【背景技术】中存在的上述技术问题，本发明提供了一种测试效率高、测试 人员少以及可扩大测试范围的星敏感器光学系统光谱能量集中度测试设备及测试方法。
[0009] 本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种星敏感器光学系统光谱能量集中度 测试设备，其特征在于：所述星敏感器光学系统光谱能量集中度测试设备包括目标模拟部 件、被测光学系统安装部件、显微采集部件以及控制及数据处理计算机；所述目标模拟部 件、被测光学系统安装部件以及显微采集部件依次设置于同一光路上；所述目标模拟部件 包括单色仪、平行光管、带有测试所需的各种谱段范围滤光片的滤光片靶轮以及带有多组 目标板的目标靶轮；所述带有测试所需的各种谱段范围滤光片的滤光片靶轮以及带有多组 目标板的目标靶轮依次设置在单色仪的出射光路上；所述带有多组目标板的目标靶轮的靶 面与平行光管焦平面重合；待测光学系统设置在被测光学系统安装部件上；所述控制及数 据处理计算机分别与单色仪、带有测试所需的各种谱段范围滤光片的滤光片靶轮、带有多 组目标板的目标靶轮以及被测光学系统安装部件相连。
[0010] 上述带有多组目标板的目标靶轮上插装有一组鉴别率板、一组波罗板以及多组星 点板。
[0011] 上述多组星点板上的星点的直径的确定方式是：
[0013] 式中：
[0014] d是星点板上的星点的直径，单位为微米（iim);
[0015] A是被测光学系统的中心波长，单位为微米（ym);
[0016] F是平行光管的焦距，单位为毫米（mm);
[0017] D是被测光学系统的入瞳直径，单位为毫米（mm)。
[0018] 上述被测光学系统安装部件包括俯仰及水平调节装置以及安装法兰；所述安装法 兰设置在俯仰及水平调节装置上；被测光学系统设置在安装法兰上；所述控制及数据处理 计算机与俯仰及水平调节装置相连。
[0019] 上述显微采集部件包括电控转台以及设置在电控转台上的三维C⑶显微采集系 统；所述三维CCD显微采集系统包括三维平移台以及设置在三维平移台上的CCD显微系统； 所述控制及数据处理计算机分别与电控转台以及三维CCD显微采集系统相连。
[0020] 上述三维平移台包括垂直于光轴方向且与电控转台的台面相平行的X向电控平 移台、垂直于光轴方向且与电控转台的台面相垂直的Y向电控平移台以及沿光轴方向的Z 向电控平移台。
[0021] 上述单色仪包括光谱仪，所述光谱仪出射零次光或出射300nm~1200nm单色光。
[0022] -种基于如上所述的星敏感器光学系统光谱能量集中度测试设备的光谱能量集 中度测试方法，其特殊之处在于：所述方法包括以下步骤：
[0023] 1)根据被测光学系统的相对孔径选定合适的CCD显微系统中的显微物镜，所述显 微物镜的数值孔径不小于被测光学系统相对孔径的1/2 ;
[0024] 2)根据被测光学系统的入瞳直径、平行光管的焦距以及需测试的光谱能量集中度 指标，配置合适的目标模拟部件：
[0025] 其中，所述目标模拟部件中目标靶轮的配置方式是：
[0027] 式中：
[0028] d是星点板上的星点的直径，单位为微米（ixm);
[0029] A是被测光学系统的中心波长，单位为微米（ym);
[0030] F是平行光管的焦距，单位为毫米（mm);
[0031] D是被测光学系统的入瞳直径，单位为毫米（mm);
[0032] 所述目标模拟部件中滤光片靶轮的配置方式是：若需测试单色光或白光下的光谱 能量集中度，则选择滤光片靶轮的通孔，即不通过任何滤光片进行测试；若需测试某谱段色 光下的光谱能量集中度，则将所需测试的各谱段滤光片安装在滤光片靶轮上；
[0033] 3)将被测光学系统安装至安装法兰上，通过观察被测光学系统各镜片反光点连线 调节俯仰及水平调节装置，直至目视所有反光点在同一直线上；
[0034] 4)通过调整C⑶显微系统在Y向电控平移台、Z向电控平移台以及X向电控平移 台上的位置，使CCD显微系统对被测光学系统像面处图像进行采集，配合电控转台以及X向 电控平移台转至光学系统两个边缘，根据所成图像的大小及形状微调光学系统安装单元， 直至两边所成图像的大小及形状接近，即被测光学系统光轴与目标模拟部件光轴平行；
[0035] 5)对被测光学系统的光谱能量集中度进行测试。
[0036] 上述步骤5)的具体实现方式是：
[0037]5. 1)电控转台逆时针转动到需测试的最大视场处，S卩-I0_|，X向电控平移台相 应向左移动至边缘，移动量为：
[0038] a=fXtan(| 0nJ)
[0039]式中：
[0040] a是X向电控平移台移动量，单位为毫米（mm);
[0041]