本發(fā)明涉及宇航類星空探測(cè)技術(shù)，具體是應(yīng)用在星敏感器抗雜散光測(cè)試的光學(xué)結(jié)構(gòu)工裝及測(cè)試方法。

背景技術(shù)：

星敏感器抗雜散光測(cè)試是星敏感器研制過程中不可缺少的測(cè)試環(huán)節(jié)。測(cè)試星敏感器抗雜散光最好的方式是在夜晚外場(chǎng)無(wú)云的環(huán)境下，使用一個(gè)輸出光斑剛好覆蓋整個(gè)星敏感器遮光罩的太陽(yáng)光模擬器照射。不過這種測(cè)試方式的操作周期受時(shí)間以及空間限制，并且實(shí)驗(yàn)費(fèi)用較高：每次測(cè)試都需要合適口徑的太陽(yáng)光模擬器，測(cè)試地點(diǎn)是無(wú)雜散光污染的晴朗外場(chǎng)夜晚。由于太陽(yáng)模擬器內(nèi)置供電電源存儲(chǔ)能量有限，所以不能夠長(zhǎng)時(shí)間在外場(chǎng)環(huán)境下測(cè)試。根據(jù)上述所列舉的原因，在星敏感器研發(fā)初期階段并不適合在外場(chǎng)測(cè)試其抗雜散光能力。因此，發(fā)明一種能夠在光學(xué)暗室實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行抗雜散光測(cè)試的光學(xué)結(jié)構(gòu)工裝非常重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

總結(jié)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)的測(cè)試弊端，本發(fā)明的目的在于提供一種星敏感器抗雜散光測(cè)試用的光學(xué)結(jié)構(gòu)工裝及測(cè)試方法。在光學(xué)暗室實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行星敏感器抗雜散光測(cè)試的過程中，對(duì)于裝調(diào)在太陽(yáng)光模擬器與星敏感器之間的光學(xué)結(jié)構(gòu)工裝，使其可以在某一范圍內(nèi)自由改變測(cè)試光斑入射口徑面積，降低測(cè)試背景剩余太陽(yáng)光斑污染，旨在以可靠、便捷、低耗的方式實(shí)現(xiàn)星敏感器抗雜散光測(cè)試。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的一個(gè)技術(shù)方案是提供一種星敏感器抗雜散光測(cè)試用的光學(xué)結(jié)構(gòu)工裝，其中包含：

攔光桶，其大口徑方向?qū)?zhǔn)太陽(yáng)模擬器的光束輸出端，小口徑方向?qū)?zhǔn)星敏感器遮光罩；

所述攔光桶的內(nèi)表面設(shè)有平面消光涂層，并分布安裝有消光錐；

所述攔光桶內(nèi)部設(shè)有可變光闌和消雜光光闌，所述可變光闌的口徑可調(diào)節(jié)，所述消雜光光闌是沿著光束入射的方向設(shè)置在所述可變光闌后方。

優(yōu)選地，所述光學(xué)結(jié)構(gòu)工裝的入瞳處設(shè)為通光口徑，或設(shè)有太陽(yáng)能電池片，或設(shè)有反射鏡。

優(yōu)選地，所述攔光桶的入瞳處設(shè)有安裝接口；所述太陽(yáng)能電池片和反射鏡，通過該安裝接口替換安裝在攔光桶的入瞳處。

優(yōu)選地，所述攔光桶內(nèi)表面的平面消光涂層，是吸收率為95％以上的鈦金屬層。

優(yōu)選地，所述攔光桶內(nèi)表面的消光錐，是吸收率為95％的錐形消光海綿。

優(yōu)選地，從所述攔光桶的入瞳處向桶內(nèi)排列設(shè)置有以下的平面光闌：第一消雜光光闌、第二消雜光光闌、第三消雜光光闌、所述可變光闌；第一消雜光光闌、第二消雜光光闌、第三消雜光光闌的通光口徑依次增大。

優(yōu)選地，所述第一個(gè)消雜光光闌同可變光闌的最小口徑連線與所述攔光桶的中心線成1°夾角；第二、第三消雜光光闌的間隔在20mm以上，40mm以下；第二、第三消雜光光闌的夾角為10″，切垂直于攔光桶。

優(yōu)選地，所述可變光闌的光闌口徑變化范圍是120mm至180mm。

本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)方案是提供一種星敏感器抗雜散光測(cè)試方法，使用上述任意的一項(xiàng)光學(xué)結(jié)構(gòu)工裝；所述星敏感器抗雜散光測(cè)試方法中，包含以下過程：

將太陽(yáng)光光斑可控的光學(xué)結(jié)構(gòu)工裝的小口徑方向朝向恒星敏感器，大口徑方向朝向太陽(yáng)光模擬器；

開啟太陽(yáng)光模擬器使光源輸出至光學(xué)結(jié)構(gòu)工裝，調(diào)節(jié)光學(xué)結(jié)構(gòu)工裝設(shè)置的可變光闌口徑以調(diào)節(jié)光斑大小，使入射光斑面積剛好覆蓋在恒星敏感器遮光罩的口徑內(nèi)；

將光學(xué)結(jié)構(gòu)工裝輸出光方向的通光口徑，轉(zhuǎn)換成太陽(yáng)能電池片，通過太陽(yáng)能電池片采集并計(jì)算準(zhǔn)太陽(yáng)光強(qiáng)能量分布，以此為依據(jù)調(diào)整太陽(yáng)光模擬器的光強(qiáng)分布，使之不均勻性小于2％；

再將光學(xué)結(jié)構(gòu)工裝的太陽(yáng)能電池片轉(zhuǎn)換成通光口徑，使輸出光斑照射在星敏感器遮光罩口徑內(nèi)部；

打開星敏感器抗雜散光測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)，進(jìn)行抗雜散光試驗(yàn)。

優(yōu)選地，在開啟太陽(yáng)光模擬器之前，先通過以下過程調(diào)整光學(xué)結(jié)構(gòu)工裝與太陽(yáng)模擬器、恒星敏感器的相對(duì)位置關(guān)系：

根據(jù)激光自準(zhǔn)直儀入射到安裝在光學(xué)結(jié)構(gòu)工裝的反射鏡的反射光，調(diào)整光學(xué)結(jié)構(gòu)工裝與太陽(yáng)模擬器的位置關(guān)系，使太陽(yáng)光模擬器的光軸與光學(xué)結(jié)構(gòu)工裝的光軸共軸；

以光學(xué)結(jié)構(gòu)工裝為參照，進(jìn)一步利用激光自準(zhǔn)直儀調(diào)整恒星敏感器光軸的位置，使恒星敏感器的光軸與光學(xué)結(jié)構(gòu)工裝平行且共軸。

本發(fā)明采用的方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)和有益效果是：

國(guó)內(nèi)研發(fā)的太陽(yáng)光模擬器普遍使用固定口徑光闌，這會(huì)使得太陽(yáng)光模擬器輸出的光斑口徑固定。在光學(xué)暗室實(shí)驗(yàn)室做抗雜散光實(shí)驗(yàn)過程中，由于輸出光斑口徑較大，會(huì)使得剩余光斑照射在恒星敏感器除遮光罩以外的組件、測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)、以及測(cè)試背景墻面上，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生以散射為主，反射、衍射為輔的二次光源即雜散光，這些雜散光在傳播的過程中會(huì)令星敏感器成像像面目標(biāo)淹沒，使得測(cè)試數(shù)據(jù)偏離在軌狀態(tài)。

鑒于光學(xué)暗室實(shí)驗(yàn)室雜散光測(cè)試出現(xiàn)的上述狀況，本發(fā)明可以有效的減少由于剩余光斑引起的雜散光。太陽(yáng)光光斑可控光學(xué)結(jié)構(gòu)工裝內(nèi)置可調(diào)光闌使得輸出光斑口徑達(dá)到測(cè)試所需大小，內(nèi)置的消散雜光光闌可以消除光束經(jīng)過可變光闌后由于衍射引起的雜散光，最終使得輸出光束恰好覆蓋在星敏感器遮光罩口徑內(nèi)部。

因而，使用本發(fā)明星敏抗雜散光測(cè)試光學(xué)結(jié)構(gòu)工裝可以在一定范圍內(nèi)自由控制太陽(yáng)模擬器輸出光斑口徑，不會(huì)產(chǎn)生由于衍射效應(yīng)引起的雜散光，提高測(cè)試數(shù)據(jù)可信度。該項(xiàng)發(fā)明降低了傳統(tǒng)抗雜散光干擾實(shí)驗(yàn)時(shí)由背景空間漫反射、轉(zhuǎn)臺(tái)鏡面反射等引起雜散光的影響，使星敏感器在雜散光測(cè)試試驗(yàn)中獲得的數(shù)據(jù)更接近在軌狀態(tài)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述光學(xué)結(jié)構(gòu)工裝的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中攔光桶的剖面圖；

圖3為本發(fā)明中反射鏡及其安裝接口的示意圖；

圖4為本發(fā)明中太陽(yáng)能電池片以其安裝接口的示意圖；

圖5為本發(fā)明中第一消雜光光闌的示意圖；

圖6為本發(fā)明中第二消雜光光闌的示意圖；

圖7為本發(fā)明中第三消雜光光闌的示意圖；

圖8為本發(fā)明中可變光闌的示意圖；

圖9為本發(fā)明的光路仿真圖；

圖10為測(cè)試過程中未使用本發(fā)明光學(xué)結(jié)構(gòu)工裝時(shí)拍攝的圖片；

圖11是測(cè)試過程中使用本發(fā)明光學(xué)結(jié)構(gòu)工裝時(shí)拍攝的圖片；

圖中：攔光桶1、可變光闌2、便攜式可調(diào)三角支架3、太陽(yáng)能電池片/反射鏡的安裝接口4。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

本發(fā)明提供一種太陽(yáng)光光斑可控的光學(xué)結(jié)構(gòu)工裝（以下簡(jiǎn)稱為光學(xué)結(jié)構(gòu)工裝），應(yīng)用于在光學(xué)暗室實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行的星敏感器抗雜散光測(cè)試，通過改變太陽(yáng)模擬器輸出光斑口徑，使得在雜散光測(cè)試過程中減少了背景環(huán)境光干擾，提高星敏感器在暗室環(huán)境下的測(cè)試精度。

如圖1所示，所述光學(xué)結(jié)構(gòu)工裝，設(shè)置有攔光桶1、數(shù)顯可變光闌2、三個(gè)消雜散光光闌、太陽(yáng)能電池片、高精度的光學(xué)反射鏡、便攜式可調(diào)三角支架3、消光錐。

其中，攔光桶1的大口徑方向?qū)?zhǔn)太陽(yáng)模擬器光束輸出端，小口徑方向?qū)?zhǔn)星敏感器遮光罩。如圖2所示，圓柱形的攔光桶1，在其內(nèi)表面涂有高吸收率的平面涂層（如吸收率為95％以上的鈦金屬），并分布安裝了消光錐（如吸收率為95％的錐形消光海綿）。

鑒于攔光桶1內(nèi)部涂有高吸收率的平面涂層，則散射光主要以入射法線為中心向反射方向散射。該攔光桶1內(nèi)部安裝消光錐后，則散射光路徹底改變，使散射光盡可能的被吸收在攔光桶1內(nèi)部。

所有光闌置于攔光桶1內(nèi)，與攔光桶1相連接；由攔光桶1入瞳處（對(duì)應(yīng)圖2所示的左側(cè)）向桶內(nèi)排列為：第一消雜光光闌（圖5）、第二消雜光光闌（圖6）、第三消雜光光闌（圖7）、數(shù)顯可變光闌2（圖8）。所有光闌皆成平面，且第一個(gè)消雜光光闌同數(shù)顯可變光闌2的最小口徑連線與攔光桶1的中心線成1°夾角。如圖2所示從左至右布置的第一、第二、第三消雜光光闌的通光口徑依次增大。第二、第三消雜光光闌的間隔在20mm以上，40mm以下；這兩個(gè)光闌的夾角要求保證10″，切垂直于攔光桶。

可變光闌2的光闌口徑變化范圍是120mm至180mm。通過可變光闌2可以改變輸出太陽(yáng)光面積大小，但是在入射邊界上會(huì)產(chǎn)生散射與反射，這些光斑如果傳播到空間中，會(huì)污染測(cè)試背景。為此，將可變光闌2安裝在攔光桶1內(nèi)部，通過攔光桶1與可變光闌2形成有限空間的黑箱，使散射光能夠在黑箱內(nèi)部逐漸被吸收掉。

然而，光束經(jīng)過可變光闌2時(shí)，在入射面會(huì)形成散射光，同時(shí)也會(huì)由于孔徑限制產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，衍射光會(huì)污染測(cè)試背景。所以，沿著光束入射的方向，在可變光闌2后方安置多個(gè)消雜光光闌以消除衍射現(xiàn)象，保證入射到星敏感器遮光罩入瞳處的光源為準(zhǔn)太陽(yáng)光。

在攔光桶1的入瞳處設(shè)有安裝接口4，用于將太陽(yáng)能電池片和光學(xué)反射鏡替換安裝在攔光桶1的入瞳處。太陽(yáng)能電池片（圖4）用于測(cè)量入射光能量大小及能量分布均勻性，將太陽(yáng)能電池片安裝在該光學(xué)結(jié)構(gòu)工裝的入瞳處（攔光桶1的出射面），就可以根據(jù)輸入光通量能量分布來調(diào)節(jié)太陽(yáng)模擬器輸出的光斑能量，對(duì)太陽(yáng)模擬器選擇適當(dāng)?shù)碾x焦。

在攔光桶1出射面安裝的反射鏡（圖3），主要是用于確定攔光桶1與太陽(yáng)模擬器、星敏感器的相對(duì)位置關(guān)系。利用太陽(yáng)模擬器配備的自準(zhǔn)直儀，入射到安裝在光學(xué)結(jié)構(gòu)工裝的高精度反射鏡向外反射，就可以通過反射光位置確定該光學(xué)結(jié)構(gòu)工裝的光軸與太陽(yáng)模擬器及星敏感器光軸相對(duì)位置關(guān)系，精度優(yōu)于0.5″。

本發(fā)明所述星敏感器抗雜散光測(cè)試的方法，其實(shí)施方式如下：

（1）將太陽(yáng)光光斑可控的光學(xué)結(jié)構(gòu)工裝的小口徑方向朝向恒星敏感器，大口徑方向朝向太陽(yáng)光模擬器；

（2）在光學(xué)結(jié)構(gòu)工裝的入瞳處安裝反射鏡，利用激光自準(zhǔn)直儀精確調(diào)整太陽(yáng)光模擬器光軸與光學(xué)結(jié)構(gòu)工裝光軸共軸；

（3）以光學(xué)結(jié)構(gòu)工裝為參照，進(jìn)一步利用激光自準(zhǔn)直儀調(diào)節(jié)恒星敏感器光軸，使之與光學(xué)結(jié)構(gòu)工裝平行并共軸；

（4）將光學(xué)結(jié)構(gòu)工裝的反射鏡轉(zhuǎn)換成通光口徑；開啟太陽(yáng)光模擬器使光源輸出，調(diào)節(jié)光學(xué)結(jié)構(gòu)工裝的數(shù)顯可變光闌，使入射光斑面積剛好覆蓋在恒星敏感器遮光罩的口徑內(nèi)；

（5）將光學(xué)結(jié)構(gòu)工裝輸出光方向的通光口徑，轉(zhuǎn)換成太陽(yáng)能電池片，通過太陽(yáng)能電池片計(jì)算準(zhǔn)太陽(yáng)光強(qiáng)能量分布，以此為依據(jù)調(diào)整太陽(yáng)光模擬器的光強(qiáng)分布，使之不均勻性小于2％；

（6）將光學(xué)結(jié)構(gòu)工裝的太陽(yáng)能電池片轉(zhuǎn)換成通光口徑，使輸出光斑照射在星敏感器遮光罩口徑內(nèi)部。

（7）打開星敏感器抗雜散光測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)，進(jìn)行抗雜散光試驗(yàn)。

本發(fā)明的主要技術(shù)指標(biāo)為：適用光源：高斯光束；發(fā)散角：±0.5°×±0.5°；光斑變化范圍：120mm至180mm；重量：≤5kg；散射率：≤0.01％。

圖9示出本發(fā)明的光路仿真圖；圖10是測(cè)試過程中未使用本發(fā)明光學(xué)結(jié)構(gòu)工裝時(shí)拍攝的圖片；圖11是測(cè)試過程中使用本發(fā)明光學(xué)結(jié)構(gòu)工裝時(shí)拍攝的圖片。

本發(fā)明的輸出光束由于衍射效應(yīng)引起的雜光能量很小，可以忽略不記。輸出光束均勻照射在星敏感器遮光罩內(nèi)，同時(shí)避免了大量剩余光源照射到背景墻面以及測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)，提高了測(cè)試準(zhǔn)確性，可信性。

綜上所述，本發(fā)明將光學(xué)結(jié)構(gòu)工裝裝調(diào)在太陽(yáng)光模擬器與星敏感器之間，通過調(diào)節(jié)可變光闌口徑改變輸出光斑大小，同時(shí)利用內(nèi)置的消雜光光闌消除由衍射引起的雜散光，保證了入射到星敏感器遮光罩內(nèi)的準(zhǔn)太陽(yáng)光光通量能量不變并且保持原有的高斯?fàn)顟B(tài)輸出，使其不會(huì)產(chǎn)生剩余光斑污染測(cè)試環(huán)境。

盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。