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一种基于 碳 纳米管遮光罩的星敏感器的杂光测试方法

阅读：892发布：2020-05-17

专利汇可以提供一种基于碳纳米管遮光罩的星敏感器的杂光测试方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种基于碳纳米管遮光罩的星敏感器的杂光测试方法，包括：步骤一、安装测试系统；步骤二、记录待测星敏感器(9)光轴与杂散光阑(5)入射光束垂直时待测星敏感器(9)探测器的杂光图像IMG90；步骤三、改变待测星敏感器(9)和杂散光阑(5)入射光束间的夹角，测试不同角度θi对应的待测星敏感器(9)探测器上的杂光图像IMGNi；步骤四、将IMGNi与IMG90相减，得到不同角度θi对应的图像数据IMGi；步骤六、计算图像数据IMGi的图像灰度数据平均值DN；步骤七、计算杂光照度Eccd(i)：步骤八、计算获得点源透射比 PST曲线。本发明解决了高吸收率碳纳米管涂层的杂光抑制能力测试问题，测试准确度高，适用于各类型光学系统的杂光抑制能力测试，通用性强。，下面是一种基于碳纳米管遮光罩的星敏感器的杂光测试方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于碳纳米管遮光罩的星敏感器的杂光测试方法，其特征在于，包括步骤如下：
步骤一、安装测试系统；测试系统包括：太阳模拟器(1)、暗室杂光入口(3)、暗室(4)、杂散光阑(5)、反光板(6)、转台(8)、待测星敏感器(9)、第一消光锥(10)、暗室杂光出口(11)、第二消光锥(13)；安装过程如下：
a、将太阳模拟器(1)安装在暗室(4)外部，太阳模拟器(1)的入射光束通过暗室杂光入口(3)进入暗室(4)内部；将暗室杂光入口(3)设置在暗室(4)壁面上；
b、将杂散光阑(5)安装在暗室杂光入口(3)的前方，太阳模拟器(1)的光束经杂散光阑(5)后进入待测星敏感器(9)；
c、将待测星敏感器(9)安装于转台(8)上，使得待测星敏感器(9)的遮光罩入口中心位于杂散光阑(5)的入射光束中心；
d、将转台(8)从俯视角度顺时针旋转90°后，将消光锥(10)安装在待测星敏感器(9)正前方，第一消光锥(10)与转台(8)同步旋转，将反光板(6)安装在待测星敏感器(9)正后方，待测星敏感器(9)和转台(8)外表面使用黑色消光绒布包覆；
e、在暗室(4)壁面上、暗室杂光入口(3)对面相同高度处设置暗室杂光出口(11)，将第二消光锥(13)安装在暗室(4)外部，使得太阳模拟器(1)的出射光束进入第二消光锥(13)；
步骤二、记录待测星敏感器(9)光轴与杂散光阑(5)入射光束垂直时待测星敏感器(9)探测器上的杂光图像IMG90；
步骤三、改变待测星敏感器(9)和杂散光阑(5)入射光束间的夹角，测试不同角度θi对应的待测星敏感器(9)探测器上的杂光图像IMGNi；其中，i为正整数；θi的范围为20°～90°；
步骤四、将不同角度θi对应的待测星敏感器(9)探测器上的杂光图像IMGNi与IMG90相减，得到不同角度θi对应的图像数据IMGi；
步骤五、计算不同角度θi对应的图像数据IMGi的图像灰度数据平均值DNi；
步骤六、计算不同角度θi对应的待测星敏感器(9)探测器上的杂光照度Eccd(i)：
其中，h为普朗克常数，c为光速，RH为待测星敏感器(9)探测器的电子电压转换系数，s为待测星敏感器(9)探测器单像元面积，t为曝光时间，λ为杂散光阑(5)入射光束的波长，QE为待测星敏感器(9)探测器量子效率；
步骤七、计算获得待测星敏感器(9)的点源透射比PST曲线：
其中，Esun为太阳模拟器(1)的出射光照度。
2.根据权利要求1所述的一种基于碳纳米管遮光罩的星敏感器的杂光测试方法，其特征在于：所述的测试系统还包括用于折叠光束的第一平面反射镜(2)，第一平面反射镜(2)反射太阳模拟器(1)的入射光束进入暗室杂光入口(3)。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于碳纳米管遮光罩的星敏感器的杂光测试方法，其特征在于：所述的测试系统还包括用于折叠光束的第二平面反射镜(12)，第二平面反射镜(12)反射太阳模拟器(1)的出射光束进入第二消光锥(13)。
4.根据权利要求3所述的一种基于碳纳米管遮光罩的星敏感器的杂光测试方法，其特征在于：所述反光板(6)的反光率不低于95％。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于碳纳米管遮光罩的星敏感器的杂光测试方法，其特征在于：所述反光板(6)为半圆柱形。

说明书全文

一种基于碳 纳米管遮光罩的星敏感器的杂光测试方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种适用于星敏感器的杂光测试方法。

背景技术

[0002] 本发明用于航天器用星敏感器。星敏感器以恒星为测量目标，通过光学系统将恒星成像于光电转换器上，输出信号经过A/D转换送数据处理单元，经星点提取和星图识别，确定星敏感器光轴矢量在惯性坐标系下的指向，通过星敏感器在飞行器、星光导航系统及舰船的上的安装矩阵，确定其在惯性坐标系下的三轴姿态。

[0003] 随着星敏感器精度的不断提高，星敏感器探测的星光越来越弱。但星敏感器在轨工作过程所受到太阳、地球等多种强杂光光源的干扰，制约了星敏感器信噪比的进一步提高。通过提高星敏感器的抗杂光抑制能力，可以有效提高星敏感器的信噪比和灵敏度。特别是对于观测星等更弱的甚高精度星敏感器等产品，必须对星敏感器工作过程中所受的强光源进行抑制。

[0004] 碳纳米管超黑涂层具有极高的吸收率，可以达到99.9％以上，可以有效提高光学敏感器的杂光抑制能力。目前已经开展了碳纳米管超黑涂层在星敏感器上的应用研究。碳纳米管超黑涂层的超高吸收率，测试其在在星敏感器产品的杂光抑制能力成为研究的重要内容。

[0005] 为了对星敏感器的杂光抑制能力的设计结果进行验证，必须在地面对星敏感器的杂光抑制能力进行测试。目前常用的杂光抑制能力测试手段主要是测试遮光罩+光学系统的点源透射比(PST)。由于碳纳米管涂层具有很高的吸收率(一般可以达到99％以上)，遮光罩组件的抑制能力得到大幅提高，目前的测试方法测试碳纳米管遮光罩时主要存在以下问题：一是由于目前测试方法使用的光源一般较弱，同时由于遮光罩抑制能力的提高，此时敏感器像面的杂光能量大幅下降，敏感器系统的电子学噪声已不能忽略，由此给测试带来较大的误差。二是由于像面杂光的降低，环境杂光在像面所占的比重得到提高，环境杂光对测试结果的影响更加严重。三是现有基于PST的测试方法，需探测器具有足够高的光强动态范围，对探测器要求较高，实施难度较大，通用性较差。四是现有测试方法可以测试遮光罩+光学系统的组合PST，无法测量遮光罩+光学系统+图像探测器的整机PST，无法直观反映整机的杂光抑制效果。

发明内容

[0006] 本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提出了一种基于碳纳米管遮光罩的星敏感器的杂光测试方法，解决了高吸收率碳纳米管涂层的杂光抑制能力测试问题，可以对环境杂光进行较好的控制，具有较高的测试准确度，适用于各类型光学系统的杂光抑制能力测试，具有良好的通用性。

[0007] 本发明所采用的技术方案是：一种基于碳纳米管遮光罩的星敏感器的杂光测试方法，包括步骤如下：

[0008] 步骤一、安装测试系统；测试系统包括：太阳模拟器、暗室杂光入口、暗室、杂散光阑、反光板、转台、待测星敏感器、第一消光锥、暗室杂光出口、第二消光锥；安装过程如下：

[0009] a、将太阳模拟器安装在暗室外部，太阳模拟器的入射光束通过暗室杂光入口进入暗室内部；将暗室杂光入口设置在暗室壁面上；

[0010] b、将杂散光阑安装在暗室杂光入口的前方，太阳模拟器的光束经杂散光阑后进入待测星敏感器；

[0011] c、将待测星敏感器产品安装于转台上，使得待测星敏感器产品的遮光罩入口中心位于杂散光阑的入射光束中心；

[0012] d、将转台从俯视角度顺时针旋转90°后，将消光锥安装在待测星敏感器正前方，第一消光锥与转台同步旋转，将反光板安装在待测星敏感器正后方，待测星敏感器和转台外表面使用黑色消光绒布包覆；

[0013] e、在暗室壁面上、暗室杂光入口对面相同高度处设置暗室杂光出口，将第二消光锥安装在暗室外部，使得太阳模拟器的出射光束进入第二消光锥；

[0014] 步骤二、记录测星敏感器光轴与杂散光阑入射光束垂直时待测星敏感器探测器上的杂光图像IMG90；

[0015] 步骤三、改变待测星敏感器和杂散光阑入射光束间的夹角，测试不同角度θi对应的待测星敏感器探测器上的杂光图像IMGNi；其中，i为正整数；θi的范围为20°～90°；

[0016] 步骤四、将不同角度θi对应的待测星敏感器探测器上的杂光图像IMGNi与IMG90相减，得到不同角度θi对应的图像数据IMGi；

[0017] 步骤五、计算不同角度θi对应的图像数据IMGi的图像灰度数据平均值DNi；

[0018] 步骤六、计算不同角度θi对应的待测星敏感器探测器上的杂光照度Eccd(i)：

[0019]

[0020] 其中，h为普朗克常数，c为光速，RH为待测星敏感器探测器的电子电压转换系数，s为待测星敏感器探测器单像元面积，t为曝光时间，λ为杂散光阑入射光束的波长，QE为待测星敏感器探测器量子效率；

[0021] 步骤七、计算获得待测星敏感器的点源透射比PST曲线：

[0022]

[0023] 其中，Esun为太阳模拟器的出射光照度。

[0024] 所述的测试系统还包括用于折叠光束的第一平面反射镜，第一平面反射镜反射太阳模拟器的入射光束进入暗室杂光入口。

[0025] 所述的测试系统还包括用于折叠光束的第二平面反射镜，第二平面反射镜反射太阳模拟器的出射光束进入第二消光锥。

[0026] 所述反光板的反光率不低于95％。

[0027] 所述反光板为半圆柱形。

[0028] 本发明与现有技术相比的优点在于：

[0029] (1)本发明通过搭建特定的实验测试环境，降低了环境杂光对测试结果的影响，并使用图像采集处理单元采集星敏感器图像，采用特定处理算法对该太阳光干扰进行分析，确定星敏感器受太阳光干扰后的工作情况，解决了碳纳米管超黑涂层的整机杂光抑制能力无法测试问题。

[0030] (2)本发明与现有技术中仅能测试遮光罩和光学系统的组合体的杂光抑制能力相比，可以测量遮光罩、光学系统、图像探测器三者结合的整机的杂光抑制能力，并给出整机受杂光干扰后的图像数据，使得测量结果更系统全面。

[0031] (3)本发明通过光阑、反光板、两个消光锥的结合，可以较好的控制测试过程中产生的环境杂光，具有较高的测试准确度。

[0032] (4)本发明可以兼顾光学系统组件、光学系统或其他类型光电产品的杂光抑制能力测试的使用需求，具有良好的通用性。附图说明

[0033] 图1为本发明测试系统总体布局示意图。

具体实施方式

[0034] 一种基于碳纳米管遮光罩的星敏感器的杂光测试方法，包括步骤如下：

[0035] 步骤一、测试系统安装；如图1所示，测试系统包括太阳模拟器1、第一平面反射镜2、暗室杂光入口3、暗室4、杂散光阑5、半圆形反光板6、光学平台7、转台8、安装有碳纳米管涂层的待测星敏感器9、第一消光锥10、暗室杂光出口11、第二平面反射镜12、第二消光锥
13；安装过程如下：

[0036] a、将太阳模拟器1和第一平面反射镜2安装在暗室4外部，第一平面反射镜2反射太阳模拟器1的光束通过暗室杂光入口3进入暗室内部；暗室杂光入口3位于暗室4壁面上；

[0037] b、杂散光阑5安装在暗室杂光入口3的前方，太阳模拟器1的光束经杂散光阑5后进入待测星敏感器9；

[0038] c、将待测星敏感器产品9安装于转台8上，使得待测星敏感器产品9的遮光罩入口中心位于杂散光阑5的入射光束中心；转台8和待测星敏感器产品9共同位于光学平台7上；

[0039] d、将转台8从俯视角度顺时针旋转90°后，将消光锥10安装在待测星敏感器9正前方，第一消光锥10与转台8同步旋转，将反光板6安装在待测星敏感器9正后方，待测星敏感器9和转台9外表面使用黑色消光绒布包覆；反光板6的反光率不低于95％；

[0040] e、在暗室4壁面上、暗室杂光入口3对面相同高度处设置暗室杂光出口11，将第二平面反射镜12和第二消光锥13安装在暗室4外部，第二平面反射镜12反射太阳模拟器1的出射光束进入第二消光锥13，使得太阳模拟器1的出射光束进入第二消光锥13；

[0041] 步骤二、记录测星敏感器9光轴与杂散光阑5入射光束垂直时待测星敏感器9探测器上的杂光图像IMG90；

[0042] 步骤三、改变待测星敏感器9和杂散光阑5入射光束间的夹角，测试不同角度θi对应的待测星敏感器9探测器上的杂光图像IMGNi；其中，i为正整数；θi的范围为20°～90°；

[0043] 步骤四、将不同角度θi对应的待测星敏感器9探测器上的杂光图像IMGNi与IMG90相减，得到不同角度θi对应的图像数据IMGi；

[0044] 步骤五、计算不同角度θi对应的图像数据IMGi的图像灰度数据平均值DNi；

[0045] 步骤六、计算不同角度θi对应的待测星敏感器9探测器上的杂光照度Eccd(i)：

[0046]

[0047] 其中，h为普朗克常数，c为光速，RH为待测星敏感器9探测器的电子电压转换系数，s为待测星敏感器9探测器单像元面积，t为曝光时间，λ为杂散光阑5入射光束的波长，QE为待测星敏感器9探测器量子效率；

[0048] 步骤七、计算获得待测星敏感器9的点源透射比PST曲线：

[0049]

[0050] 其中，Esun为太阳模拟器1的出射光照度。

[0051] 第一消光锥10和第二消光锥13尺寸和形状相同，第一消光锥10和第二消光锥13呈圆柱形，在尾部一般呈牛角形。第一消光锥10和第二消光锥13用于降低试验室内墙壁、设备表面等散射的环境杂光。

[0052] 本发明中各设备的主要技术参数如下：

[0053] 太阳模拟器1光谱范围400nm～800nm，发光强度0.3个太阳常数，通光孔径300mm，光束发散角1°，距离第一平面反射镜2中心1米。

[0054] 第一平面反射镜2通光孔直径500mm，与太阳模拟器1出射光束呈45度摆放。

[0055] 暗室4的尺寸为10米乘10米，暗室4内部墙面和地板等使用黑色消光绒布包覆，绒布吸收率0.9。

[0056] 光学平台7尺寸1米乘1米。

[0057] 转台8可360度旋转，台面直径400mm。

[0058] 第一消光锥10入光口直径2米，内部涂层吸收率0.97，第一消光锥10入口与星敏感器9遮光罩入口距离1.5米。

[0059] 半圆柱形反光面6直径5米，对圆心张角100度，表面反射率98％。

[0060] 第二平面反射镜12同第一平面反射镜2，第二消光锥13同第一消光锥10。

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