多光轴地面恒星观测系统光轴一致性检校方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及多光轴地面恒星观测系统光轴一致性检校方法，属于多光轴成像仪检测技术领域。
【背景技术】
[0002]由于光学仪器在生产和装调，外场运输以及使用过程中，光轴实际指向会偏离原始位置，为了保证光电测量系统测量结果的一致性与准确性，需要对各光学仪器光轴之间的平行性进行检测。目前光轴检测方法有实验室测量和野外测量两类，其中，实验室测量法常有五棱镜法、分光路投射法、大口径平行光管法等。野外测量法有投影靶板法等，实验室测量方法较为成熟，但是其针对性难以满足野外高低温等环境条件，严重限制了多光轴平行性检校的效率和精度。例如中国专利公开号是CN204461354U，名称是“一种激光测距机光轴检测系统”，该专利技术是野外对激光测距仪进行光轴一致性检测的方法，利用校准检测板和激光位移传感器，经过激光光轴分析仪对测距仪的光轴进行检测，但是由于这种系统不适于光谱成像式的系统，因此需要研究新的野外测量的多光轴平行性测试系统，使其具有适用性强，操作简单，提供高精度测量等特点。
【发明内容】
[0003]为了克服现有技术对成像光谱仪这类仪器在光谱维不易光轴检测的不足，本发明提供了一种利用恒星跟踪系统对多光轴系统进行快速高精度的平行性检校方法。
[0004]本发明所采用的技术方案是:
[0005]多光轴地面恒星观测系统光轴一致性检校方法，地面恒星观测系统主要由赤道仪和望远镜组成，望远镜用于校准赤道仪的极轴，地面恒星观测系统用于校准望远镜与成像光谱仪和成像仪的光轴平行性，其中望远镜、成像光谱仪和成像仪事先互相进行机械固定并粗调平行，其特征是，该方法包括以下步骤:
[0006]步骤一，确定目标恒星在成像光谱仪中光谱维视场位置:利用光谱维视场狭小的特点，当目标恒星进入成像光谱仪视场时，成像光谱仪出现较强信号，此时光轴的平行性偏差小于光谱维视场一半；
[0007]步骤二，精确地计算出目标恒星在成像光谱仪中光谱维视场位置:利用赤道仪高精度控制系统对目标恒星进行一维扫描，目标恒星从进入视场到离开视场过程中，将进入成像光谱仪视场能量随旋转角度进行一维拟合求出视场中心，确定目标恒星在成像光谱仪光谱维视场精确位置，同时，望远镜和成像仪同步采集数据，利用高斯拟合求出星像的中心，计算光轴在光谱维的平行性偏差；
[0008]步骤三，确定目标恒星在成像光谱仪空间维视场的位置:利用成像光谱仪在中心视场附近最近一点的数据来确定目标恒星在成像光谱仪空间维视场的位置，对所有波长空间维进行高斯拟合定位，将求得的中心位置进行求和平均，同时，望远镜和成像仪同步采集的数据求出星像中心位置，计算光轴在空间维的平行性偏差。
[0009]本发明的有益效果是:该光轴检测结构简单，赤道仪采用赤道坐标系，在野外可以对多光轴进行快速有效的高精度测试。针对这类一维方向非成像式成像光谱仪，由于将恒星作为点光源，以及赤道仪的高精度控制系统，利用成像光谱仪狭缝视场，对恒星进行扫描，将接收到能量拟合求中心来解决在光谱维不易确定视场位置的缺点。
【附图说明】
[0010]图1为本发明多光轴地面恒星观测系统光轴一致性检校的结构原理图。
[0011]图2为本发明中确定色散成像光谱仪光谱维视场中心的原理图。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
[0013]如图1所示，地面恒星观测系统主要由赤道仪1和望远镜3组成，赤道仪主要由赤经轴5 (极轴)和赤玮轴6构成，望远镜3用于校准赤道仪1的极轴，本实例用于校准望远镜3与成像光谱仪2及成像仪4的光轴平行性，其中，望远镜3、成像光谱仪2和成像仪4事先互相进行机械固定并粗调平行。
[0014]多光轴地面恒星观测系统光轴一致性检校方法，包括以下三个步骤；
[0015]—、确定目标恒星在成像光谱仪2中光谱维10视场位置。将赤道仪1极轴5进行校准，旋转赤道仪1将目标恒星置于望远镜3视场中心，启动赤道仪1恒星跟踪模式，其中赤道仪1的赤玮轴6平行于成像光谱仪2空间维9 (赤经轴5平行于光谱维10)。利用软件控制赤道仪旋转赤玮轴6使成像光谱仪2出现较强信号，成像光谱仪2的光谱维10视场为20”，此时说明光轴在赤玮方向平行性偏差小于10”。成像光谱仪2空间维9视场为0.7°，仪器装调前光轴进行粗校准，所以当目标恒星置于其它通道成像仪3视场中心时，此时目标恒星在成像光谱仪2视场中的位置与中心视场的偏离量要小于0.35°，所以当旋转赤玮轴6时，成像光谱仪2不会出现无信号这种情况。旋转赤道仪1赤经轴5，成像光谱仪2将目标恒星的光谱8中心移动到空间维9恰当位置(由于赤道仪1校准极轴5后，目标恒星基本在赤经方向运动)，如图2所示。
[0016]二、精确地确定光轴在光谱维10的平行性偏差。旋转赤道仪1赤玮轴6使成像光谱仪2中无信号产生，将控制赤道仪1软件the sky x pro中的赤玮轴6旋转角距离调节为2"(每次点击一次，即在相应方向上旋转设定的角距离，可选择的角距有0.5"，1"，2"，5"等)，所以在跟踪恒星的同时，赤玮方向依次增加2角秒来对目标恒星进行扫描，成像光谱仪2信号从出现到消失，同时成像光谱仪2，望远镜3和其它通道的成像仪4同步采集五帧数据流。通过目标恒星进入成像光谱仪2视场的能量不同，将接收到能量随着旋转角度拟合曲线7求光谱维10视场中心，这样就可以确定目标恒星在成像光谱仪2光谱维10的视场中位置。
[0017]三、精确地确定光轴在空间维9的平行性偏差。利用成像光谱仪2在中心视场附近最近一点的数据来确定目标恒星在成像光谱仪2空间维9视场的位置，对所有波长空间维9进行高斯拟合定位，将求得的中心位置进行求和平均，同时求出望远镜3和成像仪4中的星像中心位置，计算出成像光谱仪2与望远镜3和其它通道的成像仪4之间的光轴在空间维9的平行性偏差，通过指向其他稀疏场中目标恒星对此方案进行验证。
[0018] 通过以上步骤即完成多光轴成像仪的各通道之间的光轴平行性检校。
【主权项】
1.多光轴地面恒星观测系统光轴一致性检校方法，地面恒星观测系统主要由赤道仪(1)和望远镜(3)组成，望远镜(3)用于校准赤道仪(1)的极轴，地面恒星观测系统用于校准望远镜⑶与成像光谱仪⑵和成像仪⑷的光轴平行性，其中望远镜(3)、成像光谱仪(2)和成像仪(4)事先互相进行机械固定并粗调平行，其特征是，该方法包括以下步骤:步骤一，确定目标恒星在成像光谱仪⑵中光谱维(10)视场位置:利用光谱维(10)视场狭小的特点，当目标恒星进入成像光谱仪(2)视场时，成像光谱仪(2)出现较强信号，此时光轴的平行性偏差小于光谱维(10)视场一半； 步骤二，精确地计算出目标恒星在成像光谱仪(2)中光谱维(10)视场位置:利用赤道仪(1)高精度控制系统对目标恒星进行一维扫描，目标恒星从进入视场到离开视场过程中，将进入成像光谱仪(2)视场能量随旋转角度进行一维拟合(7)求出视场中心，确定目标恒星在成像光谱仪(2)光谱维(10)视场精确位置，同时，望远镜(3)和成像仪(4)同步采集数据，利用高斯拟合求出星像的中心，计算光轴在光谱维(10)的平行性偏差； 步骤三，确定目标恒星在成像光谱仪⑵空间维(9)视场的位置:利用成像光谱仪(2)在中心视场附近最近一点的数据来确定目标恒星在成像光谱仪(2)空间维(9)视场的位置，对所有波长空间维(9)进行高斯拟合定位，将求得的中心位置进行求和平均，同时，望远镜(3)和成像仪(4)同步采集的数据求出星像中心位置，计算光轴在空间维(9)的平行性偏差。
【专利摘要】多光轴地面恒星观测系统光轴一致性检校方法，属于多光轴成像仪检测技术领域，为克服现有技术对成像光谱仪这类仪器在光谱维不易光轴检测的不足，该方法为：确定目标恒星在成像光谱仪中光谱维视场位置：当目标恒星进入成像光谱仪视场时，成像光谱仪出现较强信号，此时光轴的平行性偏差小于光谱维视场一半；精确地计算出目标恒星在成像光谱仪中光谱维视场位置；确定目标恒星在成像光谱仪空间维视场的位置：利用成像光谱仪在中心视场附近最近一点的数据来确定目标恒星在成像光谱仪空间维视场的位置，对所有波长空间维进行高斯拟合定位，将求得的中心位置进行求和平均，望远镜和成像仪同步采集的数据求出星像中心位置，计算光轴在空间维的平行性偏差。
【IPC分类】G01M11/00
【公开号】CN105387996
【申请号】CN201510725190
【发明人】王淑荣, 王阳, 黄煜, 李占峰, 张子辉, 杨小虎
【申请人】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年10月29日