【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学图像探测器，涉及一种星敏感器的调焦系统及相应的调焦方法。
技术介绍
1、最佳焦面位置的确定与监测是星敏感器类光电探测产品研制与生产环节的关键环节，直接决定星敏感器的图像质量，进而影响星敏感器的指向精度。通常情况下，星敏感器在经过调焦环节确定最佳焦面位置(简称调焦)后，须经力热试验，最终完成产品交付。
2、传统的手动调焦方法是在星敏感器法兰面与探测器接收装置法兰面间安装一定厚度的修切圈，通过手动对多个尺寸的修切圈进行反复试装试测来寻找固定探测器接收像面的位置，这种实现方式工作效率低且精度难以保证。
3、苏州大学李晨等提出过一种星敏感器自动调焦系统测量装置，基于pid控制算法实现误差的实时补偿，最终完成装调所需修切圈厚度的自动解算，但是其依然存在以下不足之处：
4、(1)该装置采用pid误差补偿控制策略，通过对位移台位置的实时监测及反馈，得到实际运动距离与目标运动距离之差并进行补偿，直到满足精度要求，过程较为繁琐，不适用于产品大批量测试；
5、(2)该装置误差耦合的精度分配得到的精度结果比较粗糙，实际当中，各误差因素间的拟合存在耦合系数。
6、(3)该装置采用固定功率的照明台灯作为光源，光源不均匀，光功率和光通量不可调整，无法改变星点像的星等(亮度)，并在测试稳定性和准确性方面存在明显缺陷；同时仅采用了0.5m短焦距、小口径的平行光管，对产生无穷远目标能力不足；
7、(4)该装置采用手动位移台，对调焦精度影响明显；同时该装置使用了物镜组合提高光
8、因此，该装置的设计只适用于对小尺寸ccd类型星敏感器的调焦，对于中型、大型星敏感器产品则无法实现覆盖。
技术实现思路
1、本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种星敏感器自动调焦系统及调焦方法，以解决手动调焦效率低、精度差，和当前同类星敏感器自动调焦系统测量装置存在的精度效率低、成像质量差和适用范围窄等问题。
2、本专利技术的技术解决方案是：一种星敏感器自动调焦系统，包括光管、靶标系统、光源、单轴位移台、光管位移台控制设备、被测星敏感器、支撑平台、星敏感器控制设备、第一光学平台、第二光学平台；靶标系统与光源均固定于单轴位移台上，靶标系统位于光源的出光口处，单轴位移台和光管均固定于第一光学平台上，单轴位移台带动靶标系统和光源沿垂直光管的出光方向水平移动；光管、靶标系统和光源构成光源系统模拟不同的星点；被测星敏感器安装于具有六个自由度的支撑平台上，支撑平台固定在第二光学平台上，通过调节支撑平台控制所述星点成像于被测星敏感器探测器的不同位置；星敏感器控制设备将单轴位移台的移动方向、移动次数和移动距离发送至光管位移台控制设备，通过光管位移台控制设备控制单轴位移台的运动；星敏感器控制设备设定被测星敏感器的积分时间、下图数量、传图组数、增益，同时从被测星敏感器获取单轴位移台在不同位置处的图像数据，对所述图像数据进行数据分析获得被测星敏感器的最优焦面位置。
3、进一步的，所述的靶标系统内部设有转轮和电机，不同尺寸大小的圆形靶标孔安装在所述转轮上，光管位移台控制设备通过电机驱动转轮旋转，切换圆形靶标孔直径大小从而模拟不同的星点大小。
4、优选的，所述的光源为55w功率积分球光源，光谱范围300nm～1100nm，稳定度优于±3％/h。
5、优选的，所述的光管长度为2m，内部设有反射镜系统，产生平行度优于5角秒的平行光。
6、优选的，所述的光源系统产生星等精度优于10％、视星等+2mi～+8.5mi可调的光点，用于模拟无穷远不同亮度和光谱特性的星光。
7、优选的，所述的第一光学平台和第二光学平台的高度相同。
8、优选的，所述的星敏感器控制设备与被测星敏感器之间，以及星敏感器控制设备与光管位移台控制设备之间通过rs422串口进行通讯。
9、进一步的，所述的单轴位移台在移动过程中所处的不同位置，至少包括理论焦点位置两侧各7个成像位置。
10、进一步的，所述的星敏感器控制设备对所述图像数据进行数据分析获得被测星敏感器的最优焦面位置，具体为：计算每个位置下星点的能量峰值均值、总能量均值、星点像高斯半径和方差，利用差值拟合法拟合星点能量峰值过焦曲线与星点半径过焦曲线，从而得到被测星敏感器的最优焦面位置。
11、一种利用星敏感器自动调焦系统进行调焦的方法，包括如下步骤：
12、(a)打开光管、靶标系统与光源，打开光管位移台控制设备、被测星敏感器和星敏感器控制设备，建立靶标系统、单轴位移台与光管位移台控制设备的通信连接，建立星敏感器控制设备与被测星敏感器、光管位移台控制设备的通信连接；
13、(b)利用光管位移台控制设备调整靶标系统模拟特定的星点，利用星敏感器控制设备控制被测星敏感器对靶标系统2进行成像，同时调整支撑平台的位置以控制靶标系统形成的模拟星点在要求的探测器焦平面位置成像；
14、(c)在星敏感器控制设备中输入自动调焦系统参数，包括单轴位移台的移动方向、移动次数和移动距离，被测星敏感器的积分时间、下图数量、传图组数、增益；
15、(d)利用星敏感器控制设备向光管位移台控制设备发送自动调焦系统参数，由光管位移台控制设备依次控制单轴位移台达到不同的位置，相应的在每一个对应位置，星敏感器控制设备控制被测星敏感器对靶标系统进行成像并保存图像数据，直至完成全部位置的图像数据采集；
16、(e)利用星敏感器控制设备对采集到的图像数据进行处理分析，计算每个位置下星点的能量峰值均值、总能量均值、星点像高斯半径和方差，采用差值拟合法拟合星点能量峰值过焦曲线与星点半径过焦曲线，得到被测星敏感器的最优焦面位置；
17、(f)回到步骤(c)再次执行下一轮调焦，直到获得满足需求的处理数据。
18、本专利技术与现有技术相比的优点在于：本专利技术系统组成简单，调焦原理方法适应性强，使用积分球光源系统，获得稳定可调的成像；全自动位移设备避免了误差引入；2m焦距平行光管保证星点像从无穷远处入射，提升调焦精度；一体化系统而不引入多余镜组即可保证成像质量，能够显著提高星敏感器调焦测试效率；采用系数拟合描点的方法进行调焦定位，相较于pid误差补偿方法，在保证精度前提下，更加快速地输出分析结果，简化试验过程；系统的设计适应性强，可应用于不同星敏感器产品类型，实现批量化、快速化和高准确性的星敏感器调焦，为星敏感器确定最佳焦面位置和倾斜度提供可靠数据支持，保证星敏感器调焦测试的稳定性和可靠性，提升测试效率减少资源浪费。
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1.一种星敏感器自动调焦系统，其特征在于：包括光管(1)、靶标系统(2)、光源(3)、单轴位移台(4)、光管位移台控制设备(5)、被测星敏感器(6)、支撑平台(7)、星敏感器控制设备(8)、第一光学平台(9)、第二光学平台(10)；靶标系统(2)与光源(3)均固定于单轴位移台(4)上，靶标系统(2)位于光源(3)的出光口处，单轴位移台(4)和光管(1)均固定于第一光学平台(9)上，单轴位移台(4)带动靶标系统(2)和光源(3)沿垂直光管(1)的出光方向水平移动；光管(1)、靶标系统(2)和光源(3)构成光源系统模拟不同的星点；被测星敏感器(6)安装于具有六个自由度的支撑平台(7)上，支撑平台(7)固定在第二光学平台(10)上，通过调节支撑平台(7)控制所述星点成像于被测星敏感器(6)探测器的不同位置；星敏感器控制设备(8)将单轴位移台(4)的移动方向、移动次数和移动距离发送至光管位移台控制设备(5)，通过光管位移台控制设备(5)控制单轴位移台(4)的运动；星敏感器控制设备(8)设定被测星敏感器(6)的积分时间、下图数量、传图组数、增益，同时从被测星敏感器(6)获取单轴位移台(4)
2.根据权利要求1所述的一种星敏感器自动调焦系统，其特征在于：所述的靶标系统(2)内部设有转轮和电机，不同尺寸大小的圆形靶标孔安装在所述转轮上，光管位移台控制设备(5)通过电机驱动转轮旋转，切换圆形靶标孔直径大小从而模拟不同的星点大小。
3.根据权利要求1或2所述的一种星敏感器自动调焦系统，其特征在于：所述的光源(3)为55W功率积分球光源，光谱范围300nm～1100nm，稳定度优于±3％/h。
4.根据权利要求3所述的一种星敏感器自动调焦系统，其特征在于：所述的光管(1)长度为2m，内部设有反射镜系统，产生平行度优于5角秒的平行光。
5.根据权利要求4所述的一种星敏感器自动调焦系统，其特征在于：所述的光源系统产生星等精度优于10％、视星等+2Mi～+8.5Mi可调的光点，用于模拟无穷远不同亮度和光谱特性的星光。
6.根据权利要求1所述的一种星敏感器自动调焦系统，其特征在于：所述的第一光学平台(9)和第二光学平台(10)的高度相同。
7.根据权利要求1所述的一种星敏感器自动调焦系统，其特征在于：所述的星敏感器控制设备(8)与被测星敏感器(6)之间，以及星敏感器控制设备(8)与光管位移台控制设备(5)之间通过RS422串口进行通讯。
8.根据权利要求1所述的一种星敏感器自动调焦系统，其特征在于：所述的单轴位移台(4)在移动过程中所处的不同位置，至少包括理论焦点位置两侧各7个成像位置。
9.根据权利要求1所述的一种星敏感器自动调焦系统，其特征在于：所述的星敏感器控制设备(8)对所述图像数据进行数据分析获得被测星敏感器(6)的最优焦面位置，具体为：计算每个位置下星点的能量峰值均值、总能量均值、星点像高斯半径和方差，利用差值拟合法拟合星点能量峰值过焦曲线与星点半径过焦曲线，从而得到被测星敏感器(6)的最优焦面位置。
10.一种利用权利要求1所述的星敏感器自动调焦系统进行调焦的方法，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种星敏感器自动调焦系统，其特征在于：包括光管(1)、靶标系统(2)、光源(3)、单轴位移台(4)、光管位移台控制设备(5)、被测星敏感器(6)、支撑平台(7)、星敏感器控制设备(8)、第一光学平台(9)、第二光学平台(10)；靶标系统(2)与光源(3)均固定于单轴位移台(4)上，靶标系统(2)位于光源(3)的出光口处，单轴位移台(4)和光管(1)均固定于第一光学平台(9)上，单轴位移台(4)带动靶标系统(2)和光源(3)沿垂直光管(1)的出光方向水平移动；光管(1)、靶标系统(2)和光源(3)构成光源系统模拟不同的星点；被测星敏感器(6)安装于具有六个自由度的支撑平台(7)上，支撑平台(7)固定在第二光学平台(10)上，通过调节支撑平台(7)控制所述星点成像于被测星敏感器(6)探测器的不同位置；星敏感器控制设备(8)将单轴位移台(4)的移动方向、移动次数和移动距离发送至光管位移台控制设备(5)，通过光管位移台控制设备(5)控制单轴位移台(4)的运动；星敏感器控制设备(8)设定被测星敏感器(6)的积分时间、下图数量、传图组数、增益，同时从被测星敏感器(6)获取单轴位移台(4)在不同位置处的图像数据，对所述图像数据进行数据分析获得被测星敏感器(6)的最优焦面位置。
2.根据权利要求1所述的一种星敏感器自动调焦系统，其特征在于：所述的靶标系统(2)内部设有转轮和电机，不同尺寸大小的圆形靶标孔安装在所述转轮上，光管位移台控制设备(5)通过电机驱动转轮旋转，切换圆形靶标孔直径大小从而模拟不同的星点大小。
3.根据权利要求1或2所述的一种星敏感器自动调焦系统，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：张承钰，王超，王立，孟小迪，武延鹏，王苗苗，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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