用于空间目标远近场光学特性测量的装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种用于空间目标远近场光学特性测量的装置，包括球形容器和通光光程筒，通过接筒连接，接筒上设有闸板阀；球形容器上有赤道测量面和第二测量面，第二测量面与接筒的中轴线在同一平面内，通光光程筒中轴线位于第二测量面下0.5m；光学测量设备自通光光程筒远端经过通光光程筒、接筒和球形容器向测量目标照射，测量目标位于所述第二测量面上；测量设备视场、测量目标尺寸、接筒长度和闸板阀尺寸相互约束。本发明专利技术通过设计球形主容器与圆柱形通光光程筒的结合，在不加大球形容器的同时，使得远光学场测量成为现实。同时通过合理设计测量位置、光程、各设备通光口径、长度等，使得测量视场全覆盖。

Far and Near Field Optical Characteristic Measurement Device for Space Target

The invention discloses a device for measuring optical characteristics of far and near fields of space targets, which comprises a spherical container and a light path cylinder connected by a nozzle, and a gate valve is arranged on the nozzle; the spherical container has an equatorial measuring surface and a second measuring surface; the second measuring surface is in the same plane as the central axis of the nozzle, and the central axis of the light path cylinder is 0.5m below the second measuring surface; The distal end of the self-optic path barrel is illuminated to the measuring target through the light path barrel, the nozzle and the spherical container, and the measuring target is located on the second measuring plane. The measuring device field of view, the measuring target size, the length of the nozzle and the size of the gate valve are mutually constrained. By designing a combination of a spherical main container and a cylindrical light path cylinder, the far optical field measurement can be realized without increasing the spherical container. At the same time, through the reasonable design of measuring position, optical path, the optical aperture and length of each device, the measuring field of view is fully covered.

【技术实现步骤摘要】
用于空间目标远近场光学特性测量的装置
本专利技术涉及空间目标特性测量领域的测量环模设备，特别涉及用于空间目标远场光学特性测量的装置。
技术介绍
空间环境模拟试验中需要对目标进行多角度的观测，同时又要求测量设备到测量目标的距离一致，否则会引起测量的误差，所以球形容器设计是保证各个测量设备到测试目标的距离一致的最佳选择；同时，为降低环境模拟引入的测量误差，需要设计的球形容器尺寸很大。而有时候，空间目标远场光学特性分析需要远场测量，这样一方面就要求球形容器设计的比较大，即便如此，球形容器由于工艺等原因不可能做的很大，所以有时球形容器不能满足远场测量要求。所以为满足光学模拟测量的远场条件，即光学特性测量设备需要离目标的距离(光程)更长，仅靠直接增加球形容器尺寸的方法不可取，会导致整个真空容器变得更大，工艺上很难实现，成本剧增。
技术实现思路
所以为了实现远场测量，本专利技术提出了一种用于空间目标远近场光学特性测量的装置，其采取的方法是在主容器(即球形容器)基础上针对光程需求增加一段副容器(即通光光程筒)，使其长度满足光程需要；同时合理排布主容器与副容器的结构，在保证系统原有功能的基础上，在副容器与主容器之间设计闸板阀结构，实现两个容器间的真空通断。本专利技术的技术方案如下：一种用于空间目标远近场光学特性测量的装置，其特征在于：包括球形容器和通光光程筒两部分，两者之间通过接筒连接，所述接筒上设置有闸板阀；通过所述球形容器实现光学特性近场测量，通过所述通光光程筒实现光学特性远场测量；所述球形容器上设置有赤道测量面和第二测量面，所述第二测量面位于赤道测量面下，所述赤道测量面和第二测量面上设置有光学特性观测窗口；所述第二测量面与接筒的中轴线在同一平面内，所述通光光程筒中轴线位于所述第二测量面下；光学测量设备自所述通光光程筒远端经过所述通光光程筒、接筒和球形容器对测量目标测试测量目标；所述测量设备视场、测量目标满足下述条件：测量设备视场完整覆盖测量目标，选配视场角度：0.25°、0.5°、1°、2°、4°；测量目标俯仰角度：-90°～+90°。进一步地，所述赤道测量面观测窗口用于观测测量目标近场光学特性，所述第二测量面观测窗口用于观测测量目标远场光学特性。进一步地，以定义一坐标系为参照，设置各观测窗口：坐标系原点在所述球形容器的球心处，X-Y平面位于赤道测量面内，X轴与球形容器侧门轴线重合或平行，正向指向侧门方向，Y轴与连接通光光程筒的轴线平行，正向指向通光光程筒，Z轴垂直于X-Y平面，正向向上。进一步地，所述测量设备视场角度Φ与测量目标高度H、测量设备距离测量目标距离M之间存在以下关系：2tgΦ*M＝H同时，测量设备视场角度Φ与闸板阀通光孔径尺寸D、接筒长L之间存在以下关系：2tgΦ*通光光程筒长<D<2tgΦ*(通光光程筒长+接筒长)。进一步地，所述球形容器由球壳板分区拼装而成，分为上极区、上温带区、下温带区、下极区，其中各区由若干小块球壳板拼装而成。进一步地，所述上极区和下极区球壳板采用足球瓣式组合，所述上温带区、下温带区球壳板采用橘瓣式组合。进一步地，所述上极区和下极区都由7块球壳板组成，上极区板宽12度，下极区板宽16度；所述上温带区和下温带区均由20块球壳板组成，板宽18度，下温带板长60度，上温带板长50度。本专利技术的显著效果在于：设计了球形主容器与圆柱形通光光程筒的结合，在不加大球形容器的同时，使得远光测量成为现实。同时通过合理设计测量面与观察窗、测量位置、光程、各设备通光口径与长度等，使得测量无死角，测量场全覆盖。附图说明图1为远场测量主容器(球形容器)与副容器(通光光程筒)的连接示意图；图2为球形容器结构拼装正视图；图3为球形容器顶部拼装俯视图；图4为球形容器为参照建立的坐标系；图5为赤道面上主要观测窗口排布；图6为第二测量面上主要窗口排布；图7为俯视观光光程筒主要窗/接口排布图；图8为正视观通光光程筒主要窗/接口图；图9为闸板阀结构图；图10为误差补偿测量目标位移图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。如图1所示，在一具体实施例中，本专利技术提供一球形容器1作为主容器，直径约18m；在球形容器一侧开口，通过接筒3连接通光光程筒2作为副容器。通光光程筒2的轴向长度视需要设计，实施例中取12m，用于延长测量光路，使光谱仪测量视场能够完整覆盖被测目标，满足对目标的光谱辐射测量需求。通过控制接筒3上的闸板阀4，控制球形容器1与通光光程筒2的连通。测量时，光学测量设备通过通光光程筒2对球形容器1内第二测量面的目标进行测量。大直径球形真空容器，作为光学特性测量模拟试验系统的主体机构，主要用于近场测量。在容器中设置太阳模拟器，以及用于模拟除太阳光以外辐射源的背景辐射模拟器。由于容器是球形设计，尺寸又比较大，所以结构设计方案和加工成型工艺较难实现。根据现行加工能力，为了减少焊缝，尽量取大的球壳板、少的球壳板数，如图2所示，由上到下分为4区结构组装焊接，第一区为上极区I，第二区为上温带区II，第三区为下温带区III，第四区为下极区IV，分区后球壳板弧度小，变形小。上极区I与上温带区II无缝焊接，上极区I设置顶部大门，顶部大门与上极区I罐体之间采用法兰连接；上温带区II与下温带区III之间无缝焊接，下温带区III与下极区IV之间无缝焊接，上极区I和下极区IV为球体的上、下两个小球冠；下温带区III主要开设侧面大门和小门等，供设备和人员进出，侧门比较小，所以可以用一整块壳板基本可以成型。每个区也是采用小版块组焊，如图3所示，上极区I(即顶部大门)和下极区IV都由7块球壳板组成，采用足球瓣式组合，只是跨度不一样大，上极区I板宽12度，下极区板宽16度；上温带区II和下温带区III均为20块球壳板组成，如图2所示，采用橘瓣式组合，板宽18度，只是下温带区板长60度，上温带板长50度，以上“度”表示板的弧度。这样的分区以及板块组合巧妙设计，极大地减少了拼接数量，增强了大尺寸球罐的强度。如图1所示，球形容器1，设置赤道测量面和第二测量面，赤道测量面是过球心的水平面，实施例中选取第二测量面位于赤道测量面下3m，两平面平行；容器主要在赤道测量面上和第二测量面上设置光学特性观测窗口。赤道测量面观测窗口主要用于观测主容器内目标近场光学特性，第二测量面主要观测主容器内目标远场光学特性，远程光电场来源于通光光程筒2，鉴于光学筒的高度，由第二测量面水平向外连接通光光程筒2。本系统优点是：(1)可直接测量光学特征量主要包括：时空高相关的目标表面温度、辐射温度、目标表面辐射亮度、远场总辐射强度、目标光谱辐射强度和方向辐射亮度等，及上述各光学量随时间和空间的变化量；(2)系统可复现阳光、阴影、顺光、逆侧光、侧光等几何关系(在容器中设置太阳模拟器，以及用于模拟除太阳光以外辐射源的背景辐射模拟器)，进行目标光学特性测量；(3)系统具备测量典型目标近场、远场光学特征的能力，可测量其它类型目标、空间目标的近场成像特性；(4)系统可测量等效黑体辐射温度低于200K的目标光学特性。如图4所示，通过建立一坐标系作为参照，详细予以说明各测量窗口的位置。定义坐标系：坐标系原点选在球形容器1的球心处，X-Y平面位于赤道面内，X轴与Φ5m本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于空间目标远近场光学特性测量的装置，其特征在于：包括球形容器和通光光程筒两部分，两者之间通过接筒连接，所述接筒上设置有闸板阀；通过所述球形容器实现光学特性近场测量，通过所述通光光程筒实现光学特性远场测量；所述球形容器上设置有赤道测量面和第二测量面，所述第二测量面位于赤道测量面下，所述赤道测量面和第二测量面上设置有光学特性观测窗口；所述第二测量面与接筒的中轴线在同一平面内，所述通光光程筒中轴线位于所述第二测量面下；光学测量设备自所述通光光程筒远端经过所述通光光程筒、接筒和球形容器对测量目标测试测量目标；所述测量设备视场、测量目标满足下述条件：测量设备视场完整覆盖测量目标，选配视场角度：0.25°、0.5°、1°、2°、4°；测量目标俯仰角度：‑90°～+90°。

【技术特征摘要】
1.一种用于空间目标远近场光学特性测量的装置，其特征在于：包括球形容器和通光光程筒两部分，两者之间通过接筒连接，所述接筒上设置有闸板阀；通过所述球形容器实现光学特性近场测量，通过所述通光光程筒实现光学特性远场测量；所述球形容器上设置有赤道测量面和第二测量面，所述第二测量面位于赤道测量面下，所述赤道测量面和第二测量面上设置有光学特性观测窗口；所述第二测量面与接筒的中轴线在同一平面内，所述通光光程筒中轴线位于所述第二测量面下；光学测量设备自所述通光光程筒远端经过所述通光光程筒、接筒和球形容器对测量目标测试测量目标；所述测量设备视场、测量目标满足下述条件：测量设备视场完整覆盖测量目标，选配视场角度：0.25°、0.5°、1°、2°、4°；测量目标俯仰角度：-90°～+90°。2.根据权利要求1所述的用于空间目标远场近光学特性测量的装置，其特征在于：所述赤道测量面观测窗口用于观测测量目标近场光学特性，所述第二测量面观测窗口用于观测测量目标远场光学特性。3.根据权利要求1或2所述的用于空间目标远近场光学特性测量的装置，其特征在于：以定义一坐标系为参照，设置各观测窗口：坐标系原点在所述球形容器的球心处，X-Y平面位于赤道测量面内，X轴与...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟刚，南华，薛莲，周岩，李亚男，白文浩，范小礼，邓蓉，水涌涛，刘佳琪，刘成国，陈福泰，
申请(专利权)人：北京航天长征飞行器研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11