一种像旋运动光学目标模拟装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种像旋运动光学目标模拟装置，其具体包括目标模拟装置基座、扭摆台，其中，所述目标模拟装置基座的上部并排固连有三个安装架，每个所述安装架内均固定有一块分划板，每块所述分划板上均刻划有不同几何特征的星点，且所述扭摆轴带动三块所述分划板往复扭摆运动；模拟装置包括三套均匀照明光学系统三块，所述分划板的像分别通过一组耦合物镜组件和光纤成像束组件传输至所述耦合物镜组件前端的准直光学系统中，并通过三个所述准直光学系统将成像投影至模拟装置前端的待测光电成像系统的不同视场。本发明专利技术提出基于同源运动目标模拟，再通过传像光纤束分路耦合的方法，解决目前大视场像旋目标运动不同步，以及运动规律不一致的技术问题。

An optical target simulator for rotating motion

The invention discloses a rotary motion like optical target simulator, which includes target simulator base, the upper side by side torsion units, the target simulator base is fixedly connected with three mounting frame, each of the installation frame are fixed with a partition plate, each piece of the branch the reticle are characterized with different geometric characteristics of the star, and the pendulum shaft drives the three piece of the reticle reciprocating pendulum motion; simulation device includes three sets of uniform illumination optical system three, the reticle image respectively through a set of coupling lens assembly and optical imaging beam collimating optical system components transfer to the front end of the coupling lens assembly, and projection to the front of the unit to simulate different field measurement of photoelectric imaging system through the three collimating optical system. The invention proposes homologous target simulation based on the transfer methods like fiber bundle shunt coupling, solve the large field of view image rotation target movement is not synchronous, technical problems and rules of movement is not consistent.

【技术实现步骤摘要】
一种像旋运动光学目标模拟装置
本专利技术涉及光学检测与光学测量
，尤其涉及一种主要应用于空间天文望远镜测试与评估的同源、高频像旋运动光学目标模拟装置。
技术介绍
空间天文望远镜是指搭载于卫星平台之上，用于对宇宙中各类天文现象进行成像和测量的一类空间光学载荷。例如人们熟知的哈勃望远镜、赫希尔望远镜、开普勒望远镜等都属于典型的空间天文望远镜。空间天文望远镜不同于对地遥感系统采用推埽连续摄影成像方式，而采用具有一定曝光时长的拍照成像方式。为了获得早期宇宙的恒星图像、提高望远镜的探测深度，上述空间天文望远镜大多需要通过较长的曝光时间，使得探测器可充分接收来自遥远星系的光学信号。例如哈勃望远镜的极限曝光时长达到45小时。在曝光时长内影响成像质量的关键因素在于拍照主体相对于被摄物之间是否存在光轴方向的相对运动。而由于空间天文望远镜一般运动在地球同步轨道上，受地球自转等因素影响，其相对遥远星空目标之间的相对运动不可避免。为此星载空间天文望远镜一般搭载有专门的稳像系统，可以探测并补偿上述相对运动引起的光轴指向误差。这种长时间曝光拍摄过程中拍摄主体相对于目标之间的相对运动补偿残差，一般通过光轴稳定度误差(简称稳像精度)进行评价。稳像精度的定义指空间望远镜光轴在补偿后，相对于目标沿三个旋转维度的相对转动角度。即光轴在整个曝光时长内沿俯仰角、方位角、滚转角的相对转动角度的最大值。受空间光学载荷工作环境特殊性和难以维修性所限，一般需要对其中的各项技术指标和关键性能进行地面验证。其中稳像精度是空间天文望远镜进行地面试验验证的关键项目。而光轴绕方位角和俯仰角的补偿精度一般可以通过构建连续平移目标实现，其测试不存在困难。但空间载荷的光轴绕其自身回转运动(即像旋运动)的补偿精度一般难以测试，其主要原因在于如下3方面。(1)空间天文望远镜焦距长、视场大、口径大，与之匹配的光学准直系统难以做到光学参数完全匹配，一般仅能实现焦距和口径匹配而难以实现大视场。这就需要采用多路准直系统采用空分模拟的方法，保证模拟运动目标的时间同步。如前所述，空间望远镜搭载的光轴运动补偿系统，首先需要测量到光轴相对所拍摄天区的相对运动量，方可反馈至运动执行机构，再通过光学方法实现像旋补偿。因此若要在地面实现像旋补偿精度检测，就需要为布置于视场边缘的稳像测量传感器模拟远场、旋转运动目标。而为了评价补偿机构运动后，实际的像旋补偿效果，还需要为位于空间望远镜中心视场的探测器模拟具有相同运动规律的像旋目标。也就是说用于光学检测的大口径光学准直系统的视场需要不小于待测系统视场。但用于甚大口径、超长焦距的空间天文望远镜检测的光学准直系统难以在确保成像质量的同时兼顾大口径和大视场。这就需要采用多路模拟的方式，通过多个光学准直系统分别为待测的空间天文望远镜的不同视场提供远场目标，但由此就会引发像旋目标运动不同步的技术难题。(2)针对多路准直系统空分模拟的实际需求，常规的思路是需要在上述多个光学准直系统的焦面单独配置运动目标模拟器。上述目标的运动控制特性需要遵循如下3点原则。1)多个目标需要绕同一旋心旋转；2)多目标运动的角速度需要一致；3)多目标需要在统一的坐标系下运动，并且保证时间同步性。只有满足上述三点，待测的空间天文望远镜“看到”的才是绕同一旋心同步旋转运动的像旋目标，相应的像旋探测与补偿系统才可正常闭环工作并验证其精度。但根据分析，若像旋补偿的精度达到0.01″量级和几十赫兹的运动频率，上述运动的时间同步精度需要达到10-4s量级，坐标位置同步精度需要达到0.01μm量级。而常规的运动执行机构和控制系统显然难以满足上述指标需求。(3)在多路准直光路空分模拟系统中，需要使用多个不同焦距和口径的光学准直系统，将运动星图目标成像至待测空间天文望远镜不同视场的探测器上。而由于实际制造、装调误差不可避免，导致多套光学准直系统的焦距等有关光学指标必然与实际设计值有所差异。这也导致根据光学准直系统理论值设定的各项目标运动控制参数与实际情况不符，进而使得位于空分模拟光路中多个光学准直系统焦面的运动目标，其运动规律不符合上述三项原则要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种为了解决大口径、大视场、长焦距空间天文望远镜在地面进行像旋补偿精度检测的技术问题的像旋运动光学目标模拟装置，本装置与多路准直光路空分模拟系统配合后可实现像旋精度定量检测。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本专利技术公开的一种像旋运动光学目标模拟装置，包括：目标模拟装置基座，所述目标模拟装置基座内部具有空腔；扭摆台，所述扭摆台安装于所述目标模拟装置基座的空腔内，且所述扭摆台包括扭摆轴、以及与所述扭摆轴串联装配的扭摆驱动轴，所述扭摆台能够沿轴向回转运动；所述扭摆轴的上部并排固连有三个安装架，每个所述安装架内均固定有一块分划板，每块所述分划板上均刻划有不同几何特征的星点，且所述扭摆轴带动三块所述分划板往复扭摆运动；该模拟装置还包括三套用以照明所述分划板的均匀照明光学系统，每套所述均匀照明光学系统均通过一照明系统调整架与所述目标模拟装置基座固连，且所述均匀照明光学系统不随所述扭摆轴回转运动，所述扭摆轴(19)上部固连有三块折转反射镜，该折转反射镜具体置于所述分划板安装架的内腔，所述均匀照明光学系统通过所述折转反射镜的反射照明所述分划板；三块所述分划板上刻划的星图目标图像分别通过一组耦合物镜组件成像至所述耦合物镜组件前端的准直光学系统中，并通过三个所述准直光学系统将成像投影至模拟装置前端的待测光电成像系统上。进一步的，所述耦合物镜组件包括通过耦合物镜适配器固定于所述安装架上端的第一耦合物镜，所述第一耦合物镜的物面与所述分划板的星点刻划面共面，所述第一耦合物镜的像面与光纤传像束的入射窗口面共面，并将所述分划板相对扭摆运动的星图目标成像至所述光纤传像束的入射窗口；所述耦合物镜组件还包括第二耦合物镜，所述第二耦合物镜的像面与所述光纤传像束出射窗口面共面，并接收所述光纤传像束传输的相对扭摆运动的星图目标，再成像至所述第二耦合物镜的物面，所述第二耦合物镜通过物面耦合将相对扭摆运动的星图目标成像至所述准直光学系统焦平面上；所述第一耦合物镜的放大倍率与所述第二耦合物镜的放大倍率一致。所述第一耦合物镜、第二耦合物镜、光纤传像束的数量均为三个；进一步的，多路准直光路空分模拟系统由若干主光轴呈一定角度、光学参数有所不同的光学准直系统组成，本专利技术所述准直光学系统的数量为三个，分别为两个第一准直光学系统、以及一个第二准直光学系统，两个所述第一准直光学系统分别设置于所述第二准直光学系统的两侧；且所述第一准直光学系统和所述第二准直光学系统同时覆盖待测光电成像系统的中心视场和边缘视场。进一步的，所述目标模拟装置基座的下部对称安装有两个压电陶瓷，分别为第一压电陶瓷和第二压电陶瓷，所述扭摆轴回转运动时，其中一个所述压电陶瓷输出拉力并缩短，另一个所述压电陶瓷输出推力并伸长；所述目标模拟装置基座内部还固连有一对对称设置的驱动顶板，所述驱动顶板的一端与所述扭摆驱动轴固连，所述驱动顶板的另一端与所述压电陶瓷活动连接。进一步的，所述驱动顶板靠近所述压电陶瓷一端具有球座，所述压电陶瓷靠近所述驱动顶板一端具有球形顶杆，所述球座与所述球形顶杆配合实现活动连接。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种像旋运动光学目标模拟装置，其特征在于，包括：目标模拟装置基座(18)，所述目标模拟装置基座(18)内部具有空腔；扭摆台，所述扭摆台安装于所述目标模拟装置基座(18)的空腔内，且所述扭摆台包括扭摆轴(19)、以及与所述扭摆轴(19)串联装配的扭摆驱动轴(27)，所述扭摆台能够沿轴向回转运动；所述扭摆轴(19)的上部并排固连有三个安装架，每个所述安装架内均固定有一块分划板(9)，每块所述分划板(9)上均刻划有不同几何特征的星点，且所述扭摆轴(19)带动三块所述分划板(9)往复扭摆运动；该模拟装置还包括三套用以照明所述分划板(9)的均匀照明光学系统(11)，每套所述均匀照明光学系统(11)均通过一照明系统调整架(13)与所述目标模拟装置基座(18)固连，且所述均匀照明光学系统(11)不随所述扭摆轴(19)回转运动，所述扭摆轴(19)上部固连有三块折转反射镜(10)，所述均匀照明光学系统(11)通过所述折转反射镜(10)的反射照明所述分划板(9)。

【技术特征摘要】
1.一种像旋运动光学目标模拟装置，其特征在于，包括：目标模拟装置基座(18)，所述目标模拟装置基座(18)内部具有空腔；扭摆台，所述扭摆台安装于所述目标模拟装置基座(18)的空腔内，且所述扭摆台包括扭摆轴(19)、以及与所述扭摆轴(19)串联装配的扭摆驱动轴(27)，所述扭摆台能够沿轴向回转运动；所述扭摆轴(19)的上部并排固连有三个安装架，每个所述安装架内均固定有一块分划板(9)，每块所述分划板(9)上均刻划有不同几何特征的星点，且所述扭摆轴(19)带动三块所述分划板(9)往复扭摆运动；该模拟装置还包括三套用以照明所述分划板(9)的均匀照明光学系统(11)，每套所述均匀照明光学系统(11)均通过一照明系统调整架(13)与所述目标模拟装置基座(18)固连，且所述均匀照明光学系统(11)不随所述扭摆轴(19)回转运动，所述扭摆轴(19)上部固连有三块折转反射镜(10)，所述均匀照明光学系统(11)通过所述折转反射镜(10)的反射照明所述分划板(9)。2.根据权利要求1所述的一种像旋运动光学目标模拟装置，其特征在于，所述耦合物镜组件包括通过耦合物镜适配器(8)固定于所述安装架上端的第一耦合物镜(7)，所述第一耦合物镜(7)的物面与所述分划板(9)的星点刻划面共面，所述第一耦合物镜(7)的像面与所述光纤传像束(6)的入射窗口面共面，并将所述分划板(9)相对扭摆运动的星图目标成像至所述光纤传像束(6)的入射窗口；所述耦合物镜组件还包括第二耦合物镜(5)，所述第二耦合物镜(5)的像面与所述光纤传像束(6)的出射窗口面共面，并接收所述光纤传像束(6)传输的相对扭摆运动的星图目标，再成像至所述第二耦合物镜(5)的物面，所述第二耦合物镜(5)将其物面接收的光纤传像束(6)传输的扭摆运动的星图目标成像至所述准直光学系统；所述第一耦合物镜(7)的放大倍率与所述第二耦合物镜(5)的放大倍率一致。3.根据权利要求2所述的一种像旋运动光学目标模拟装置，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：何煦，张晓辉，姬琪，杨雪，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22