PST测试与极弱目标模拟系统及PST、探测能力的测试方法技术方案

本发明专利技术涉及一种PST测试与极弱目标模拟系统及PST、探测能力的测试方法，系统主要包括点源透过率测试系统、极弱目标模拟系统及主控系统；将点源透过率测试与极弱目标模拟两大系统紧密的结合在一起，实现了主要组件的共用性，并通过低气压环境的构建，本发明专利技术将点源透过率测试、极弱目标模拟系统的真空度降低到50Pa，点源透过率的测试下限可达到10‑15，极弱目标模拟下限可至+18Mv；较大程度的解决了环境对这两种测试系统的影响。

【技术实现步骤摘要】
PST测试与极弱目标模拟系统及PST、探测能力的测试方法
本专利技术属于光学检测领域，涉及点源透过率测试与极弱目标模拟系统及其测试方法，尤其涉及一种针对探测类相机点源透过率、极限探测能力参数的测试系统及测试方法。
技术介绍
国外对光学系统点源透过率(PointsSourceTransmittance)测试的分析工作起步早，UtahStateUniversity的SpaceDynamicsLaboratory在上世纪70年代就建立了PST测试装置BlackHole，PST能到10-15，达到了瑞利散射背景。2008年，美国BallAerospace&TechnologiesCorp公司开发了一种新型的杂散光测试系统，这个系统需要一个全黑的以及清洁度等级为五级的实验环境，这套系统尺寸58英寸×20英寸，有一个双柱罐结构的腔体，用来反射掉测试时仪器外部的反射光线，通过实验结果初步验证了10-9以下的PST性能。目前，国内中科院上海技物所已建成三波段点源透过率测试系统，三个波段分别为0.66um、2.2um、10.6um，PST测试范围：10-5～1；PST测试精度：lg(测量值/真实值)优于0.5。星模拟器常用于模拟探测相机、星敏感器等光学系统所探测的目标，能够模拟目标的照度、光谱等指标，一般可用于检测探测相机或星敏感器等光学系统的探测能力等关键指标。现代探测相机的典型目标为大气外反射太阳光的敌方卫星和导弹等被动目标，此类目标受太阳高度角、目标反射率低、距离远等客观因素限制，其信号通常很弱，目标照度所对应的星等值高，因此需要考核探测相机对此类高星等目标的探测能力。同时，深空探测项目的开展，促进了星等观测能力更强的星敏感器的发展，星敏感器的地面检测及标定，要求星模拟器具备模拟不小于10星等目标的能力。目前，国内对探测相机等光学系统的星等探测能力检测主要通过天文观测进行，受大气密度、透过率、天光背景等不确定因素影响，难以获得令人信服的检测结果。一些作者对实验室弱光星模拟器进行了研究，针对高星等的标定问题，发展了直接法和间接法。直接法采用基于光电倍增管的单光子计数器作为能量检测设备，最高检测星等达到了16等星。间接法星模拟器主要包括积分球点光源和平行光管，结合连续可调光阑，在平行光管出光口处模拟目标照度，通过间接精确测量影响目标照度的各个要素，对模拟星等进行标定。间接法目前在太阳光波段实现了14等星的模拟，在紫外波段的模拟能力达到了16等星。探测相机所要完成的任务即是探测远距离微弱点目标，其光学镜头与遮光罩的核心指标即为点源透过率(PST)，系统关键指标为极限探测能力、能量集中度等。PST测试和极弱目标模拟，均是对探测类相机的测量，但两者之间仍有区别。为了提高探测相机的探测能力，需要对光学系统的PST进行控制。为了能够在实验室对探测相机的探测性能进行标定，需要建立弱光星模拟器。现阶段PST测试的下限很难突破，弱光星模拟器也受到测试环境的诸多影响，且单独测试上述参数时，设备成本较高。
技术实现思路
为了解决现阶段PST测试的下限难突破，弱光星模拟器受到测试环境的诸多影响及成本高等问题，本专利技术提供了一种能够实现探测类相机镜头点源透过率测试、系统关键指标测试的极弱目标模拟系统。通过低气压环境的构建，可以较大程度的解决环境对这两种测试系统的影响。利用两个测试系统的共性，大型部件公用，可以有效地节约建设成本。本专利技术的技术解决方案是提供一种点源透过率测试与极弱目标模拟系统，其特殊之处在于：上述系统包括点源透过率测试系统、极弱目标模拟系统及主控系统；上述点源透过率测试系统包括沿光路依次设置的激光光源系统、斩波器、准直镜组件、接收系统及探测系统；上述点源透过率测试系统还包括准直镜低压气罐、低气压双柱罐、多自由度转台及锁相放大器；待测相机承载于多自由度转台之上，位于准直镜组件的出射光路上，上述接收系统位于准直镜组件与待测相机之间，上述探测系统位于待测相机的焦面位置，上述锁相放大器分别与斩波器和探测系统相连；所述准直镜低压气罐与低气压双柱罐联通；上述激光光源系统、斩波器、准直镜组件位于准直镜低压气罐内；上述接收系统、多自由度转台、探测系统及锁相放大器位于低气压双柱罐内；上述极弱目标模拟系统包括沿光路依次设置的弱光均匀光源及星点分化板；上述极弱目标模拟系统还包括与点源透过率测试系统共用的准直镜组件、准直镜低压气罐、低气压双柱罐及多自由度转台；上述星点分划板设置在弱光均匀光源与准直镜组件之间并处于准直镜组件焦平面上；上述弱光均匀光源及星点分化板均位于准直镜低压气罐内；上述主控系统与激光光源系统、弱光均匀光源、斩波器、锁相放大器、接收系统、探测系统、多自由度转台、低气压双柱罐相连。优选地，上述主控系统包括设备控制模块、数据采集模块、系统标定模块、点源透过率测试模块、弱目标模拟模块与数据存储与处理模块；上述设备控制模块用于完成系统各受控设备(激光光源系统、弱光均匀光源、斩波器、锁相放大器、接收系统、探测系统、多自由度转台、低气压双柱罐)运行参数的远程控制，返回控制结果或设备状态，并在自动测试过程中对参与设备进行自动调节；上述数据采集模块用于采集探测系统的数据响应值；上述系统标定模块，用于标定星等与弱光均匀光源辐亮度、星点直径参数之间的对应关系；上述点源透过率测试模块，用于利用数据采集模块采集的数据，计算对应视场待测相机的点源透过率；上述弱目标模拟模块，用于根据标定结果调整弱光均匀光源亮度，模拟不同星等；上述数据存储与处理模块，实现系统标定与PST测试过程中采集和产生的各类数据的组织，管理和处理。优选地，该系统还包括校准系统，上述校准系统包括标准镜头及弱光校准装置；标准镜头主要用来对PST测试系统进行标定和校准。弱光校准装置主要用来对点源透过率测试与极弱目标模拟系统中的弱目标模拟功能进行实验室内的标定和校准，包括前置镜组件和探测组件，前置组件用以扩充增大探测组件的接收光能面积，探测组件接收能量并记录输出。优选地，低气压双柱罐内壁材料为黑色亚克力板，表面粗糙度优于5nm，罐体上设有抽真空口，可通过该抽真空口对低气压双柱罐抽真空，真空度能够达到50Pa，黑色双柱罐后端沿准直镜组件光轴延长线安装有消光陷阱；准直镜低气压罐内壁涂吸光材料，罐体上设有抽真空口；上述准直镜低气压罐与低气压双柱罐通过法兰联通。优选地，激光光源系统的波长为0.52μm、0.66μm或0.75μm，但不限于这些波长，输出功率≥500mW，经过光束整形，发散角与准直镜组件发散角匹配，光束均匀性≥80％；上述准直镜组件口径Φ500mm，焦距12m，镜面粗糙度优于0.8nm，但不限于这些参数；优选地，多自由度转台为6自由度转台，可实现俯仰、横滚、升降等方向的运动，承载能力≥500kg，具备低气压工作能力；优选地，低气压双柱罐的尺寸为6700mm×4200mm×3700mm；准直镜低气压罐的尺寸为Φ2500mm×3500mm。优选地，接收系统为功率计；探测系统为光电倍增管；光电倍增管安装在三维调整平台上，可实现上下、左右、前后位置的调节；优选地，标准镜头口径为200mm，含遮光罩，轴外80°PST≤10-12；上述弱光校准装置中前置镜组件的口径为350mm，焦距600mm本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种PST测试与极弱目标模拟系统，其特征在于：包括点源透过率测试系统、极弱目标模拟系统及主控系统；所述点源透过率测试系统包括沿光路依次设置的激光光源系统、斩波器、准直镜组件、接收系统及探测系统；所述点源透过率测试系统还包括准直镜低压气罐、低气压双柱罐、多自由度转台及锁相放大器；待测相机承载于多自由度转台之上，位于准直镜组件的出射光路上；接收系统位于准直镜组件与待测相机之间；探测系统位于待测相机的焦面位置；锁相放大器分别与斩波器和探测系统相连；准直镜低压气罐与低气压双柱罐联通；所述激光光源系统、斩波器、准直镜组件均位于准直镜低压气罐内；所述接收系统、多自由度转台、探测系统及锁相放大器均位于低气压双柱罐内；所述极弱目标模拟系统包括沿光路依次设置的弱光均匀光源及星点分化板；所述极弱目标模拟系统还包括与点源透过率测试系统共用的准直镜组件、准直镜低压气罐、低气压双柱罐及多自由度转台；所述星点分划板设置在弱光均匀光源与准直镜组件之间并处于准直镜组件焦平面上；所述弱光均匀光源及星点分化板均位于准直镜低压气罐内；所述主控系统与激光光源系统、弱光均匀光源、斩波器、锁相放大器、接收系统、探测系统、多自由度转台、低气压双柱罐相连。...

【技术特征摘要】
1.一种PST测试与极弱目标模拟系统，其特征在于：包括点源透过率测试系统、极弱目标模拟系统及主控系统；所述点源透过率测试系统包括沿光路依次设置的激光光源系统、斩波器、准直镜组件、接收系统及探测系统；所述点源透过率测试系统还包括准直镜低压气罐、低气压双柱罐、多自由度转台及锁相放大器；待测相机承载于多自由度转台之上，位于准直镜组件的出射光路上；接收系统位于准直镜组件与待测相机之间；探测系统位于待测相机的焦面位置；锁相放大器分别与斩波器和探测系统相连；准直镜低压气罐与低气压双柱罐联通；所述激光光源系统、斩波器、准直镜组件均位于准直镜低压气罐内；所述接收系统、多自由度转台、探测系统及锁相放大器均位于低气压双柱罐内；所述极弱目标模拟系统包括沿光路依次设置的弱光均匀光源及星点分化板；所述极弱目标模拟系统还包括与点源透过率测试系统共用的准直镜组件、准直镜低压气罐、低气压双柱罐及多自由度转台；所述星点分划板设置在弱光均匀光源与准直镜组件之间并处于准直镜组件焦平面上；所述弱光均匀光源及星点分化板均位于准直镜低压气罐内；所述主控系统与激光光源系统、弱光均匀光源、斩波器、锁相放大器、接收系统、探测系统、多自由度转台、低气压双柱罐相连。2.根据权利要求1所述的PST测试与极弱目标模拟系统，其特征在于：所述主控系统包括设备控制模块、数据采集模块、系统标定模块、点源透过率测试模块、弱目标模拟模块与数据存储与处理模块；所述设备控制模块用于完成系统各受控设备运行参数的远程控制，返回控制结果或设备状态，并在自动测试过程中对参与设备进行自动调节；所述受控设备包括激光光源系统、弱光均匀光源、斩波器、锁相放大器、接收系统、探测系统、多自由度转台、低气压双柱罐；所述数据采集模块用于采集探测系统的数据响应值；所述系统标定模块，用于标定星等与弱光均匀光源辐亮度、星点直径参数之间的对应关系；所述点源透过率测试模块，用于利用数据采集模块采集的数据，计算对应视场待测相机的点源透过率；所述弱目标模拟模块，用于根据标定结果调整弱光均匀光源亮度，模拟不同星等；所述数据存储与处理模块，用于对各类数据进行组织，管理和处理。3.根据权利要求1所述的PST测试与极弱目标模拟系统，其特征在于：还包括校准系统，所述校准系统包括标准镜头及弱光校准装置；所述弱光校准装置包括前置镜组件和探测组件。4.根据权利要求1所述的PST测试与极弱目标模拟系统，其特征在于：低气压双柱罐内壁材料为黑色亚克力板，表面粗糙度优于5nm，罐体上设有抽真空口；真空度能够达到50Pa，黑色双柱罐后端沿准直镜组件光轴延长线安装有消光陷阱；准直镜低气压罐内壁涂吸光材料，罐体上设有抽真空口；所述准直镜低气压罐与低气压双柱罐通过法兰联通。5.根据权利要求4所述的PST测试与极弱目标模拟系统，其特征在于：激光光源系统的波长为0.52μm、0.66μm或0.75μm，输出功率≥500mW；所述准直镜组件口径Φ500mm，焦距12m，镜面粗糙度优于0.8nm。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛勋，赵建科，刘尚阔，李坤，曹昆，昌明，李晶，张洁，胡丹丹，赛建刚，王争锋，宋琦，鄂可伟，徐亮，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61