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多色溫多星等的單星模擬器的制造方法
【專利摘要】多色溫多星等的單星模擬器，屬于航天光學遙感領(lǐng)域，為了減小色溫非匹配對定標精度產(chǎn)生的影響，本發(fā)明由多色溫模擬光源系統(tǒng)、星等控制器系統(tǒng)、傳導光纖、準直與標定系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)組成；多色溫模擬光源系統(tǒng)用于產(chǎn)生特定色溫的光，多色溫模擬光源系統(tǒng)發(fā)出的特定色溫的光進入星等控制器系統(tǒng)；星等控制器系統(tǒng)將輸入的特定色溫的光生成特點色溫和特定星等的光；傳導光纖將上述特定色溫和特定星等的光傳輸至準直與標定系統(tǒng)；準直與標定系統(tǒng)用于產(chǎn)生準直光以及多色溫多星單星模擬器的標定；控制系統(tǒng)用于多色溫多星單星模擬器的控制；本發(fā)明可以減小星敏感器的定標用星模擬器的色溫與星敏感器觀星的色溫不匹配對定標精度產(chǎn)生的影響。
【專利說明】多色溫多星等的單星模擬器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于航天光學遙感領(lǐng)域，具體涉及應用于星敏感器的光信號標定的多色溫 多星等的單星模擬器。

【背景技術(shù)】
[0002] 星敏感器主要是C⑶經(jīng)光學系統(tǒng)接收恒星發(fā)出的光，將數(shù)據(jù)處理成觀測星點觀測 星圖和數(shù)據(jù)庫中預存的導航星圖進行比較以得到航天器在星空中的位置與姿態(tài)。星敏感器 中非常關(guān)鍵的一項技術(shù)就是對恒星發(fā)射光的接收，因此需要對星敏感器的光信號接收設(shè)備 進行標定，光信號接收設(shè)備的標定可分為在軌標定和地面標定。在軌標定不但危險性高，而 且費用異常昂貴，因此研制高精度、性能優(yōu)良地面定標設(shè)備勢在必行，星模擬器應運而生。
[0003] 常規(guī)的單星模擬器一般只模擬不同的星等，往往不考慮色溫因素，如馮廣軍等人 以溴鎢燈作為發(fā)光介質(zhì)設(shè)計了一種高星等標準星光模擬器（《應用光學》，2010年31卷第1 期，P39)，該星光模擬器可以實現(xiàn)6?14星等極微弱光的照度，色溫為溴鎢燈的色溫。然而， 宇宙中的恒星溫度各不相同，恒星的輻射光譜分布各不相同，任何接收器（如CCD接收器） 都有各自的響應區(qū)間和響應曲線，這就要求接收器在標定時的標定光源的色溫和所探測恒 星的色溫表保持一致，即標定光源的色溫與所探測恒星的色溫相匹配（也稱光譜匹配），否 者，這種光譜非匹配將會給接收器帶來測量誤差，陳風等人對光譜非匹配對光學遙感器標 定帶來的誤差進行了仿真分析（《光學精密工程》，2008年16卷第3期，P415)，結(jié)果表明， 對于窄帶寬的分光譜光學遙感器，光譜非匹配對測量精度的影響基本可以忽略，而對于全 色光學遙感器，光譜非匹配造成測量相對誤差不可忽略，該結(jié)論同樣適用于星敏感器的標 定過程，即星模擬器的色溫與星敏感器觀星的色溫不匹配會對星敏感器光信號的定標精度 產(chǎn)生影響。為了減小色溫非匹配對定標精度產(chǎn)生的影響，發(fā)明了一套裝置來模擬多種色溫 和多個星等的星光。在實驗室內(nèi)，采用多色溫多星等單星模擬器模擬特定色溫和特定星等 的單星來標定星敏感器，提高了星敏感器光信號接收設(shè)備的標定精度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為了減小色溫非匹配對定標精度產(chǎn)生的影響問題，提供一套多色溫多星等 單星模擬器裝置，模擬特定色溫和特定星等的單星光譜輻射照度，為星敏感器的光信號接 收設(shè)備提供色溫匹配的定標光源。
[0005] 為解決技術(shù)問題本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0006] 多色溫多星等的單星模擬器，其特征是，由多色溫模擬光源系統(tǒng)、星等控制器系 統(tǒng)、傳導光纖，準直與標定系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)組成；
[0007] 多色溫模擬光源系統(tǒng)用于產(chǎn)生特定色溫的光，多色溫模擬光源系統(tǒng)發(fā)出的特定色 溫的光進入星等控制器系統(tǒng)；
[0008] 星等控制器系統(tǒng)將輸入的特定色溫的光生成特點色溫和特定星等的光；
[0009] 傳導光纖將上述特定色溫和特定星等的光傳輸至準直與標定系統(tǒng)；
[0010] 準直與標定系統(tǒng)用于產(chǎn)生準直光以及多色溫多星單星模擬器的標定；
[0011] 控制系統(tǒng)用于多色溫多星單星模擬器的控制。
[0012] 本發(fā)明的有益效果是：從星敏感器光信號接收設(shè)備的標定角度出發(fā)，在星敏感器 發(fā)射前，使用該裝置模擬特定色溫和特定星等的星光，定量的標定星敏感器的光信號接收 設(shè)備。通過該裝置標定的星敏感器光信號接收設(shè)備，可以減小星敏感器的定標用星模擬器 的色溫與星敏感器觀星的色溫不匹配對定標精度產(chǎn)生的影響。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1多色溫多星等的單星模擬器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖中：1、多色溫模擬光源系統(tǒng)，2、多星等控制系統(tǒng)，3、傳導光纖，4、準直與標定系 統(tǒng)，5、控制系統(tǒng)，6、第一積分球，7、光纖光譜儀，8、光譜儀光纖，9、溴鶴燈基底光源，10、氣燈 基底光源，11、第一電動可調(diào)光闌，12、LED燈頭，13、第二電動可調(diào)光闌，14、中性衰減片輪， 15、第二積分球，16、人眼視覺函數(shù)響應探測器，17、會聚鏡，18、離軸平行光管，19、控制箱， 20、控制電腦，21、光譜輻射計，22、照度計。

【具體實施方式】
[0015] 如圖1所示，多色溫多星等的單星模擬器，其由多色溫模擬光源系統(tǒng)1、星等控制 器系統(tǒng)2、傳導光纖3,準直與標定系統(tǒng)4以及控制系統(tǒng)5組成。多色溫模擬光源系統(tǒng)1用 于產(chǎn)生特定色溫的光，星等控制器系統(tǒng)2用于產(chǎn)生特定星等的光，傳導光纖3用于傳輸特 定色溫特定星等的光，準直與標定系統(tǒng)4用于產(chǎn)生準直光以及多色溫多星單星模擬器的標 定，控制系統(tǒng)5用于多色溫多星單星模擬器的控制。
[0016] 多色溫模擬光源系統(tǒng)1由第一積分球6、光纖光譜儀7、光譜儀光纖8、溴鎢燈基底 光源9、氙燈基底光源10、第一電動可調(diào)光闌11和LED燈頭12組成。多色溫模擬光源系統(tǒng) 1的光譜范圍為380nm?lOOOnm，其發(fā)光介質(zhì)包括溴鎢燈基底光源9、氙燈基底光源10以 及LED燈頭12組成，第一積分球6用于發(fā)光介質(zhì)的充分混光，溴鶴燈基底光源9的色溫為 3000K左右，氙燈基底光源10的色溫為6000K左右，LED燈頭12安裝有覆蓋380nm?lOOOnm 譜段區(qū)間多種峰值波長的LED?？蓪崿F(xiàn)溴鎢燈基底光源9、氙燈基底光源10以及LED燈頭 12的充分混光。通過控制溴鎢燈基底光源9、氙燈基底光源10以及LED燈頭12進入第一 積分球6的功率即可輸出所需的光譜分布，其中，溴鎢燈基底光源9和氙燈基底光源10基 底光源進入積分球的功率可通過第一電動可調(diào)光闌11控制，LED燈頭12進入第一積分球6 的功率可通過控制LED的驅(qū)動電流和點亮個數(shù)來控制。此外，光纖光譜儀7通過光纖8監(jiān) 視光源系統(tǒng)的輸出光譜分布并反饋至控制系統(tǒng)5,控制系統(tǒng)5根據(jù)反饋調(diào)整發(fā)光介質(zhì)進入 第一積分球6的功率直至得到所需色溫的光譜分布。
[0017] 由多色溫模擬光源系統(tǒng)1發(fā)出的特定色溫的光進入星等控制器系統(tǒng)2,星等控制 器系統(tǒng)2由第二電動可調(diào)光闌13、中性衰減片輪14、第二積分球15、人眼視覺函數(shù)響應探測 器16和會聚鏡17組成。調(diào)整第二電動可調(diào)光闌13的大小以及切換中性衰減片輪14上的 衰減片檔位即可調(diào)整進入第二積分球15內(nèi)的能量，以提供模擬特定星等照度所需的能量。 中性衰減片輪14上衰減片檔位包括100%、80%、60%、50%、40%、25%、10%、5%、1%、 0. 1 %和0.01%，用于固定的大比例衰減，第2電動可調(diào)光闌13實現(xiàn)精細星等調(diào)節(jié)。第二積 分球15球壁上安裝人眼視覺函數(shù)響應探測器16,標定后的人眼視覺函數(shù)響應探測器16可 用于監(jiān)視星等。第二積分球15出口發(fā)出的光經(jīng)過會聚鏡17將光引入傳導光纖3的入口。
[0018] 傳導光纖3將特定色溫和特定星等的光傳導至準直與標定系統(tǒng)4,準直與標定系 統(tǒng)4包括離軸平行光管18、光譜輻射計21和照度計22。光傳導光纖3將光傳導至離軸平 行光管18的焦面，離軸平行光管8發(fā)出特定色溫和特定星等的準直星光。離軸平行光管8 配備光纖接頭的夾持裝置，通過該夾持裝置可以將光纖發(fā)光端口與平行光管焦面上星點孔 對準。光譜輻射計21用于標定系統(tǒng)的輸出光譜分布并傳遞至光纖光譜儀7,照度計22用于 標定系統(tǒng)的照度并傳遞至人眼視覺函數(shù)響應探測器16。
[0019] 多色溫多星等星光準直儀的控制系統(tǒng)5主要由控制器19和控制電腦20組成，控 制器19用于光纖光譜儀7、第一電動可調(diào)光闌11、第二電動可調(diào)光闌13、中性衰減片輪14 以及LED燈頭12驅(qū)動電流的控制。控制器19與控制電腦20相連。
[0020] 多色溫多星等星光準直儀可模擬的典型色溫包括2600K、3600K、4300K、5000K、 5500Κ、6000Κ、6800Κ、7600Κ和9800Κ，光譜模擬誤差〈±0. 05 ;可模擬星等范圍為：-11^? +6. 5M:，星等模擬誤差彡±0. IMp
[0021] 本發(fā)明用于模擬特定色溫和特定星等的單星星點，用于星敏感器的標定，此外，該 發(fā)明還可以配合星點擴散函數(shù)測試設(shè)備，進行低頻誤差測量與補償。
【權(quán)利要求】
1. 多色溫多星等的單星模擬器，其特征是，由多色溫模擬光源系統(tǒng)（1)、星等控制器系 統(tǒng)（2)、傳導光纖（3)、準直與標定系統(tǒng)（4)以及控制系統(tǒng)（5)組成； 多色溫模擬光源系統(tǒng)（1)用于產(chǎn)生特定色溫的光，多色溫模擬光源系統(tǒng)（1)發(fā)出的特 定色溫的光進入星等控制器系統(tǒng)（2); 星等控制器系統(tǒng)（2)將輸入的特定色溫的光生成特點色溫和特定星等的光； 傳導光纖（3)將上述特定色溫和特定星等的光傳輸至準直與標定系統(tǒng)（4); 準直與標定系統(tǒng)（4)用于產(chǎn)生準直光以及多色溫多星單星模擬器的標定； 控制系統(tǒng)（5)用于多色溫多星單星模擬器的控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多色溫多星等的單星模擬器，其特征在于，多色溫模擬光源 系統(tǒng)（1)由第一積分球（6)、光纖光譜儀（7)、光譜儀光纖（8)、溴鶴燈基底光源（9)、氣燈基 底光源（10)、第一電動可調(diào)光闌（11)和LED燈頭（12)組成； 其中，溴鎢燈基底光源（9)、氙燈基底光源（10)以及LED燈頭（12)組成發(fā)光介質(zhì)；各 個發(fā)光介質(zhì)發(fā)出的光入射到第一積分球￠)內(nèi)充分混合； 第一電動可調(diào)光闌（11)控制溴鎢燈基底光源（9)和氙燈基底光源（10)基底光源進入 積分球的功率； 光纖光譜儀（7)通過光纖（8)監(jiān)視第一積分球（6)的輸出光譜分布，并反饋至控制系 統(tǒng)（5)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多色溫多星等的單星模擬器，其特征在于，星等控制器系統(tǒng) ⑵由第二電動可調(diào)光闌（13)、中性衰減片輪（14)、第二積分球（15)、人眼視覺函數(shù)響應探 測器（16)和會聚鏡（17)組成； 調(diào)整第二電動可調(diào)光闌（13)的大小以及切換中性衰減片輪（14)上的衰減片檔位即可 調(diào)整進入第二積分球（15)內(nèi)的能量，以提供模擬特定星等照度所需的能量； 第二積分球（15)球壁上安裝人眼視覺函數(shù)響應探測器（16)，標定后的人眼視覺函數(shù) 響應探測器（16)可用于監(jiān)視星等； 第二積分球（15)出口發(fā)出的光經(jīng)過會聚鏡（17)入射到傳導光纖（3)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多色溫多星等的單星模擬器，其特征在于，準直與標定系統(tǒng) (4)包括離軸平行光管（18)、光譜輻射計（21)和照度計（22); 傳導光纖（3)將光傳輸至離軸平行光管（18)的焦面，離軸平行光管（18)發(fā)出特定色 溫和特定星等的準直星光； 光譜輻射計（21)用于標定系統(tǒng)的輸出光譜分布并傳遞至光纖光譜儀（7); 照度計（22)用于標定系統(tǒng)的照度并傳遞至人眼視覺函數(shù)響應探測器（16)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多色溫多星等的單星模擬器，其特征在于，控制系統(tǒng)（5)由 控制器（19)和控制電腦（20)組成，控制器（19)用于光纖光譜儀（7)、第一電動可調(diào)光闌 (11)、第二電動可調(diào)光闌（13)、中性衰減片輪（14)以及LED燈頭（12)驅(qū)動電流的控制；控 制電腦（20)與控制器（19)相連。
【文檔編號】G01C25/00GK104154930SQ201410333845
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月14日
【發(fā)明者】劉洪興, 任建偉, 萬志, 李憲圣, 劉則詢, 李葆勇, 孫景旭 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所