星载双光栅调制型成像仪器的入射光轴标定方法技术

本发明专利技术公开了一种星载双光栅调制型成像仪器的入射光轴标定方法，其主要步骤包括：1、建立双光栅调制型成像仪器的参考坐标系；2、确定指向光学系统的镜头光轴；3、通过指向光学系统的镜头光轴，获取双光栅调制型成像仪器的入射光轴；4、确定平行光光源的位姿，确保平行光源的平行光按照双光栅调制型成像仪器的入射光轴入射；5、利用探测器记录入射光的中心位置，从而完成双光栅调制型成像仪器入射光轴的标定。该方法易于实现，精度较高，指向光学系统的重量和功耗较低，符合星载设备的需求。

【技术实现步骤摘要】
星载双光栅调制型成像仪器的入射光轴标定方法
本专利技术涉及光学测量领域，具体涉及一种星载双光栅调制型成像仪器的入射光轴标定方法。
技术介绍
星载双光栅调制型成像仪器主要应用领域为太阳耀斑观测，用于解释太阳爆发活动的物理机制，是太阳物理研究领域的重点。太阳耀斑爆发会在X射线波段发射较宽谱段的电磁波，仪器在此波段进行探测，由于X射线极强的穿透性，其探测过程与传统的光学成像不同，不能通过镜头进行成像，而是采用双光栅调制成像的方法。双光栅调制成像方法是比较主流的耀斑探测手段，随着太阳物理研究的快速发展，近三十年内已研制出多个星载调制型成像的仪器。区别于传统光学成像仪器，该类仪器由于无法直接进行光学成像，因而难以定义入射光轴方向。若不能确切知晓仪器的入射光轴方向，引入初始的入射角误差，引起每个调制信号能量发生变化，最终使反演的发射源出现误差，影响探测的准确性和可信度。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中无法准确获取星载双光栅调制型成像仪器的入射光轴方向，因此会在探测时引入入射角误差，从而影响探测的准确性和可信度的问题，本专利技术提出一种星载双光栅调制型成像仪器的入射光轴标定方法。本专利技术的技术思路为：双光栅调制型成像仪器的具有前、后两个光栅阵列，且前、后两个光栅阵列中对应位置的每个前、后光栅都一一对准，从应用层面讲，入射光轴是前、后两个对应位置的光栅中心的连线方向。仪器入射光轴标定存在一定难度，因为其无法直接定义和测量，因此本专利技术着重解决的问题就是将双光栅调制型成像仪器的理想光轴引出，使其能够被测量和标定。主要采用的措施是将仪器的理想光轴引出到一个指向光学系统上，该指向光学系统的光轴能够代表双光栅调制型成像仪器的光轴，之后对光学系统的光轴进行测量和标定，就实现了对双光栅准直器的入射光轴标定。本专利技术的具体技术方案如下：本专利技术提供的一种星载双光栅调制型成像仪器的入射光轴标定方法，具体实现步骤如下：步骤1：建立双光栅调制型成像仪器的参考坐标系；参考坐标系的Z轴方向为双光栅调制型成像仪器的前、后光栅阵列的顶部平面法线方向；参考坐标系的Y轴方向为双光栅调制型成像仪器的前、后光栅阵列的侧部平面与所述顶部平面的交线方向；参考坐标系X轴方向为同时垂直于Z轴方向和Y轴方向的方向；步骤2：确定指向光学系统的镜头光轴；步骤2.1：在前光栅阵列上安装指向光学系统的镜头，所述镜头远离后光栅阵列的表面是一个平面，且被定义为第一平面；步骤2.2：将激光跟踪仪的接触式测量靶标放置在所述第一平面的前方，直接接收激光跟踪仪发射的激光，测量出当前接触式测量靶标的坐标值(xr,yr,zr)；步骤2.3：保持接触式测量靶标的不变位置，激光跟踪仪出射的光经第一平面反射后再次被接触式测量靶标接收，并测量出当前接触式测量靶标的坐标值(xi,yi,zi)；步骤2.4：将两次测量的坐标值点连接，所形成的连线定义为指向光学系统的镜头光轴，并计算指向光学系统的镜头光轴方向具体计算公式为：步骤3：通过指向光学系统的镜头光轴，获取双光栅调制型成像仪器的入射光轴；步骤3.1：计算指向光学系统的镜头光轴方向与参考坐标系的Y轴方向之间的偏差角α，具体计算公式为：步骤3.2：根据偏差角α调整镜头，使指向光学系统的入射光轴与参考坐标系的Y轴方向基本重合，误差不超过10″，从而获得双光栅调制型成像仪器的入射光轴；步骤4：确定平行光光源的位姿，确保平行光源的平行光按照双光栅调制型成像仪器的入射光轴入射；步骤4.1：在指向光学系统镜头前端放置第一经纬仪，通过第一经纬仪观察镜头上第一平面的自准直反射像，调整第一经纬仪使自准直反射像与第一经纬仪十字分划板重合；步骤4.2：在指向光学系统镜头和第一经纬仪之间放置五棱镜，五棱镜第一透射面正对第一经纬仪，通过第一经纬仪观察五棱镜第一透射面的反射自准像，调整五棱镜的位姿使该反射自准像与第一经纬仪的十字分划板重合，从而确保第一经纬仪的光轴与所述第一透射面垂直；步骤4.3：在五棱镜的第二透射面前放置第二经纬仪，所述第二透射面与所述第一透射面垂直；首先，调整第二经纬仪的俯仰位姿，使第二经纬仪的俯仰角读数与第一经纬仪的俯仰角读数一致；然后，调整两台经纬仪的方位位姿，使之光轴相对，并确保使第一经纬仪观察的第二经纬仪的十字像斑的竖直线与第一经纬仪自身十字分划板的竖直线重合，并记录此时第一经纬仪方位角变化量θ；最后，将第一经纬仪的方位角复原，再将第二经纬仪方位角转动第一经纬仪方位角变化量的余角，即90°-θ，此时第一经纬仪和第二经纬仪的方位角垂直；步骤4.4：通过第二经纬仪观察五棱镜第二透射面的反射自准像，使五棱镜绕第一透射面的法线方向旋转，直至五棱镜第二透射面的反射自准像与第二经纬仪的十字分划板重合，从而确保所述第二透射面与第二经纬仪的光轴垂直，即完成了五棱镜的位姿调整；步骤4.5：将第二经纬仪取下，在同样位置放置平行光管，平行光管的焦面处放置十字分划板，照明光源采用白炽灯，通过平行光管的目镜观察五棱镜第二透射面的反射自准像，调整平行光管的位姿，使反射自准像与十字分划板的十字刻线重合；步骤4.6：取下五棱镜，在同样位置放置能量分光镜，将所述照明光源由白炽灯更换为激光器，将激光器出光光纤放置在平行光管的焦面处固定构成平行光光源，平行光由平行光光源发射后，经过能量分光镜反射的光线先照射指向光学系统的镜头，部分经镜头反射的光二次入射至能量分光镜，再透过一部分光入射至第一经纬仪形成光斑，调整能量分光镜的位姿，使通过第一经纬仪观察到光斑中心与其十字分划板中心重合，即保证了平行光源的平行光沿双光栅调制型成像仪器的光轴入射；步骤5：在后光栅阵列平面上安装探测器，使平行光光源的平行光经镜头入射后，在探测器上形成光斑，记录光斑中心在探测器上的位置(xp,yp)，从而完成双光栅调制型成像仪器入射光轴的标定。进一步地，为了更加快速、精准的建立参考坐标系，上述步骤1中参考坐标系Y轴方向和Z轴方向的具体定义过程为：A1：利用激光跟踪仪的接触式测量靶标接触前光栅阵列顶部的两个基准点A、B以及后光栅阵列顶部的两个基准点C、D，并测量出四个基准点的空间坐标值，拟合出第二平面，将第二平面的法线方向作为参考坐标系的Z轴方向；A2：利用激光跟踪仪的接触式测量靶标接触前光栅阵列侧部的两个基准点E、F以及后光栅阵列侧部的两个基准点E、F，并测量出四个基准点的空间坐标值，拟合出第三平面，将第三平面与第二平面存在的交线作为参考坐标系的Y轴方向。进一步地，上述前光栅阵列和后光栅阵列顶部的四个基准点，以及前光栅阵列和后光栅阵列侧部的四个基准点均为双光栅调制型成像仪器上的加工基准凸台。进一步地，为了确保标定过程能满足后期实际探测各种不确定因素带来的影响，上述镜头安装在前光栅阵列的中心位置，所述探测器安装在后光栅阵列的中心位置。本专利技术的有益效果是：本专利技术在星载双光栅调制型成像仪器上安装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种星载双光栅调制型成像仪器的入射光轴标定方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：建立双光栅调制型成像仪器的参考坐标系；/n参考坐标系的Z轴方向为双光栅调制型成像仪器的前、后光栅阵列的顶部平面法线方向；/n参考坐标系的Y轴方向为双光栅调制型成像仪器的前、后光栅阵列的侧部平面与所述顶部平面的交线方向；/n参考坐标系X轴方向为同时垂直于Z轴方向和Y轴方向的方向；/n步骤2：确定指向光学系统的镜头光轴；/n步骤2.1：在前光栅阵列上安装指向光学系统的镜头，所述镜头远离后光栅阵列的表面是一个平面，且被定义为第一平面；/n步骤2.2：将激光跟踪仪的接触式测量靶标放置在所述第一平面的前方，直接接收激光跟踪仪发射的激光，测量出当前接触式测量靶标的坐标值(x

【技术特征摘要】
1.一种星载双光栅调制型成像仪器的入射光轴标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：建立双光栅调制型成像仪器的参考坐标系；
参考坐标系的Z轴方向为双光栅调制型成像仪器的前、后光栅阵列的顶部平面法线方向；
参考坐标系的Y轴方向为双光栅调制型成像仪器的前、后光栅阵列的侧部平面与所述顶部平面的交线方向；
参考坐标系X轴方向为同时垂直于Z轴方向和Y轴方向的方向；
步骤2：确定指向光学系统的镜头光轴；
步骤2.1：在前光栅阵列上安装指向光学系统的镜头，所述镜头远离后光栅阵列的表面是一个平面，且被定义为第一平面；
步骤2.2：将激光跟踪仪的接触式测量靶标放置在所述第一平面的前方，直接接收激光跟踪仪发射的激光，测量出当前接触式测量靶标的坐标值(xr,yr,zr)；
步骤2.3：保持接触式测量靶标的不变位置，激光跟踪仪出射的光经第一平面反射后再次被接触式测量靶标接收，并测量出当前接触式测量靶标的坐标值(xi,yi,zi)；
步骤2.4：将两次测量的坐标值点连接，所形成的连线定义为指向光学系统的镜头光轴，并计算指向光学系统的镜头光轴方向具体计算公式为：



步骤3：通过指向光学系统的镜头光轴，获取双光栅调制型成像仪器的入射光轴；
步骤3.1：计算指向光学系统的镜头光轴与参考坐标系的Y轴方向之间的偏差角α，具体计算公式为：



步骤3.2：根据偏差角α调整镜头，使指向光学系统的镜头光轴与参考坐标系的Y轴方向基本重合，误差不超过10″，从而获得双光栅调制型成像仪器的入射光轴；
步骤4：确定平行光光源的位姿，确保平行光源的平行光按照双光栅调制型成像仪器的入射光轴入射；
步骤4.1：在指向光学系统镜头前端放置第一经纬仪，通过第一经纬仪观察镜头上第一平面的自准直反射像，调整第一经纬仪使自准直反射像与第一经纬仪十字分划板重合；
步骤4.2：在指向光学系统镜头和第一经纬仪之间放置五棱镜，五棱镜第一透射面正对第一经纬仪，通过第一经纬仪观察五棱镜第一透射面的反射自准像，调整五棱镜的位姿使该反射自准像与第一经纬仪的十字分划板重合，从而确保第一经纬仪的光轴与所述第一透射面垂直；
步骤4.3：在五棱镜的第二透射面前放置第二经纬仪，所述第二透射面与所述第一透射面垂直；首先，调整第二经纬仪的俯仰位姿，使第二经纬仪的俯仰角读数与第一经纬仪的俯仰角读数一致；然后，调整两台经纬仪的方位位姿，使之光轴相对，并确保使第一经纬仪观察的第二经纬仪的十字像斑的竖直线与第一经纬仪自身十字分划板的竖直线重合，并记录此时第一经纬仪方位角变化量θ...

【专利技术属性】
技术研发人员：于基睿，贺应红，马小龙，徐广州，吕娟，赵意意，杨建峰，
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