角反射器指向精度測量設(shè)備及測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)檢測領(lǐng)域，涉及一種角反射器指向精度測量設(shè)備及測試方法，尤其涉及一種針對遠(yuǎn)場面陣陣列角反射器指向精度同時精確測試的測量設(shè)備及測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]角反射器是一種具有定向反射特性的光學(xué)元件，普遍用于遠(yuǎn)程和超遠(yuǎn)程激光測距中，通過精密測定激光脈沖從地面觀測點(diǎn)到裝有角反射器衛(wèi)星的往返時間間隔，從而計算出地面觀測點(diǎn)至衛(wèi)星的距離，也可用于其余的測距范疇。角反射器是一種高精度的三維光學(xué)元件，它的應(yīng)用可以增大激光脈沖回波能量、增加儀器的測量距離、提高測距精度。由于遠(yuǎn)程激光測距使用條件較為苛刻，要求觀測范圍大，單個角反射器無法滿足使用要求，因此，優(yōu)化設(shè)計的角反射器陣列一一遠(yuǎn)場角反射器便呼之欲出。
[0003]角反射器陣列是按照特定的排布方式組成的，其作用是為使用多站點(diǎn)測量需要并保證各測量站點(diǎn)的信號接收強(qiáng)度，同時盡可能地減少自身引入的測距誤差。國際上木器的角反射器陣列有平面排布、球形排布等方式，針對低軌衛(wèi)星，通常采用半球結(jié)構(gòu)，而對于高軌衛(wèi)星，一般只能采用平面布陣。平面不振又分為正六邊形密接布陣和圓形平面布陣兩種方式。角反射器的主要指標(biāo)包括:視場角、回光效率、回光一致性、角度誤差和指向精度等，一般陣列式遠(yuǎn)場角反射器其角度誤差在加工過程中可以保證，各角錐視場角、回光效率等指標(biāo)也可以精確測量，角錐陣列安裝完成后，其第一表面法線方向代表的指向方向卻不易測量。由于角錐具有一般光學(xué)元件沒有的定向反射特性，導(dǎo)致對單個角錐第一表面法線方向的確定，測量時需要排除回光造成的影響。陣列式角反射器由于角錐較多，需要在裝調(diào)過程中實(shí)時監(jiān)測各角錐指向精度，這樣才能保證整個角錐陣列參數(shù)的準(zhǔn)確。小型化的陣列角反射器內(nèi)部小角錐也有20個左右，如果使用一般的測試設(shè)備對指向精度進(jìn)行測量，費(fèi)時又費(fèi)力，工作效率低下。那么，急需發(fā)明一套可以對遠(yuǎn)場陣列式角反射器指向精度進(jìn)行快速、精確測量的測試設(shè)備。這套設(shè)備的建立，對遠(yuǎn)場陣列角反射器的加工裝調(diào)檢測具有指導(dǎo)性意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決【背景技術(shù)】中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種測試結(jié)果準(zhǔn)確可靠以及極大地提高了指向精度測試效率的角反射器指向精度測量設(shè)備及測試方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:本發(fā)明提供了一種角反射器指向精度測量設(shè)備，其特殊之處在于:所述角反射器指向精度測量設(shè)備包括光源、平行光管、轉(zhuǎn)臺、瞄準(zhǔn)系統(tǒng)以及用于實(shí)現(xiàn)光源能量輸出的調(diào)節(jié)、用于平行光管焦面組件的切換以及用于瞄準(zhǔn)系統(tǒng)采集圖像的計算的處理系統(tǒng)；所述平行光管設(shè)置在光源的出射光路上；被測角反射器設(shè)置在平行光管出光口處并承載于轉(zhuǎn)臺上；所述瞄準(zhǔn)系統(tǒng)設(shè)置經(jīng)被測角反射器反射后的反射光所在光路上；所述處理系統(tǒng)分別與光源、平行光管、轉(zhuǎn)臺以及瞄準(zhǔn)系統(tǒng)相連。
[0006]上述被測角反射器與平行光管所形成的準(zhǔn)直光束之間的夾角是20°。
[0007]上述平行光管的口徑以及瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的口徑均略大于被測角反射器的口徑。
[0008]上述瞄準(zhǔn)系統(tǒng)包括標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)鏡頭以及與標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)鏡頭處于同一光路上的相機(jī)，所述標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)鏡頭和相機(jī)依次設(shè)置在經(jīng)被測角反射器反射后的反射光所在光路上；所述處理系統(tǒng)與相機(jī)相連。
[0009]上述標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)鏡頭的焦距是300mm、口徑是50mm透射式鏡頭，所述標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)鏡頭的全視場畸變優(yōu)于1%。。
[0010]上述相機(jī)是濱松ORCA_Flash2.8高速科學(xué)相機(jī)，所述相機(jī)的像元尺寸是3.63 μ mX 3.63 μ m，所述相機(jī)的像素數(shù)是1920X 1440。
[0011]基于如上所述的角反射器指向精度測量設(shè)備的測試方法，其特殊之處在于:所述測試方法包括以下步驟:
[0012]I)處理系統(tǒng)點(diǎn)亮光源，待光源穩(wěn)定；
[0013]2)處理系統(tǒng)控制平行光管焦面組件轉(zhuǎn)動選擇合適大小的星點(diǎn)板；
[0014]3)處理系統(tǒng)控制轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動帶動被測角反射器轉(zhuǎn)動，當(dāng)角反射器表面法線與平行光管所形成的準(zhǔn)直光束之間的夾角不高于20°時，在瞄準(zhǔn)系統(tǒng)上觀察到角反射器反射的平行光管焦面星點(diǎn)像；
[0015]4)微量調(diào)整轉(zhuǎn)臺角度，直到在瞄準(zhǔn)系統(tǒng)中查看角反射器全口徑范圍；
[0016]5)使用瞄準(zhǔn)系統(tǒng)采集當(dāng)前圖像，處理系統(tǒng)根據(jù)采集圖像，按照腐蝕輪廓灰度加權(quán)算法計算角反射器內(nèi)部各個小角錐相互之間的方位、俯仰角度偏差。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0018]本發(fā)明著眼于遠(yuǎn)場角反射器的特點(diǎn)，利用大口徑平行光管的準(zhǔn)直特性，使用瞄準(zhǔn)系統(tǒng)采集各個小角錐前表面的反射光線，將角錐的指向特性從回光特性中剝離了出來，其光路簡單卻不失新穎，很好的解決了遠(yuǎn)場角反射器指向精度不易測量的問題。其開創(chuàng)性的將具有多組角錐式的遠(yuǎn)場角反射器各角錐間的指向角度一次成像并測量計算，解決了多次瞄準(zhǔn)測量效率低下、精度不高的問題。本發(fā)明中的瞄準(zhǔn)系統(tǒng)采用長焦距的標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)鏡頭，相對畸變可達(dá)1%。，高分辨率科學(xué)級相機(jī)，測角分辨率2.5"，大大提高了瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的角度測量精度。本發(fā)明中的處理系統(tǒng)可根據(jù)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)采集圖像，利用封裝于其內(nèi)部的快速目標(biāo)識別算法(腐蝕輪廓灰度加權(quán)法)，有效的將小角錐相互間的指向角度偏差精確計算并輸出報表，其測試結(jié)果準(zhǔn)確可靠，極大的提高了指向精度測試的效率。本發(fā)明中的光源使用了高穩(wěn)定度的鹵鎢燈光源，其穩(wěn)定性可達(dá)0.5% (8小時)，保證了瞄準(zhǔn)系統(tǒng)采集圖像的灰度穩(wěn)定性，增強(qiáng)了處理系統(tǒng)指向角度計算結(jié)果的穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明所提供的角反射器指向精度測量設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]其中:
[0021]1-光源；2_平行光管；3_被測角反射器；4-轉(zhuǎn)臺；5_瞄準(zhǔn)系統(tǒng)；6_標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)鏡頭；7-相機(jī)；8_處理系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0022]參見圖1，本發(fā)明提供了一種角反射器指向精度測量設(shè)備，包括光源1、平行光管2、轉(zhuǎn)臺4、瞄準(zhǔn)系統(tǒng)5以及處理系統(tǒng)8 ;平行光管2設(shè)置在光源I的出射光路上；被測角反射器3設(shè)置在平行光管2的出光口處，與平行光管所形成的準(zhǔn)直光束成20。左右夾角，并承載于轉(zhuǎn)臺4之上；瞄準(zhǔn)系統(tǒng)5設(shè)置在平行光管準(zhǔn)直光束經(jīng)由被測角反射器3反射后的出射光路上；處理系統(tǒng)8與光源1、平行光管2、轉(zhuǎn)臺4和瞄準(zhǔn)系統(tǒng)5相連。
[0023]目苗準(zhǔn)系統(tǒng)包括標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)鏡頭6和相機(jī)7，標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)鏡頭6和相機(jī)7依次設(shè)置在被測角反射器3的出射光路上；標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)鏡頭為焦距300mm、口徑50mm透射式鏡頭，全視場畸變優(yōu)于1%。；相機(jī)為濱松ORCA-Flash2.8高速科學(xué)相機(jī)，像元尺寸3.63 μ mX 3.63 μ m，像素數(shù)1920X144