專利名稱：一種弱目標(biāo)紫外星等標(biāo)定系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬光學(xué)領(lǐng)域，涉及一種光學(xué)標(biāo)定系統(tǒng)，尤其涉及一種在空間仿真試驗(yàn)中用于對紫外星模擬器模擬弱目標(biāo)星等精度標(biāo)定的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在深空探測及天文觀測中，所研制的各種弱目標(biāo)探測及觀測各種天體亮度變化的航天相機(jī)，需要在上天前對其弱目標(biāo)探測能力進(jìn)行嚴(yán)格的科學(xué)標(biāo)定，以確保其上天后具有良好的工作狀態(tài)。而這類探測相機(jī)的探測能力都在+8Mv以上，但+8Mv的照度很低，常用的星等模擬器由于缺乏精確的標(biāo)定設(shè)備，則很難準(zhǔn)確模擬實(shí)際星等發(fā)光的輻照度，即星等；一般對于弱目標(biāo)的星等模擬，只能通過推算、仿真分析的方法來完成，此類方法在高亮度的星體模擬雖然比較精確，然而在低亮度的星體模擬其準(zhǔn)確度大大下降。因此，高靈敏度星等模擬標(biāo)定設(shè)備的研究，成為研制弱光星模擬器乃至弱光探測相機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)。目前國內(nèi)對于弱光星模擬器的標(biāo)定通常采用兩種方法結(jié)合來保證，一種是通過理論計(jì)算分析的方法來模擬星等，另一種是通過間接標(biāo)定的方法來模擬星等，即將有些探測相機(jī)放在遠(yuǎn)離城區(qū)的深山中，對國際公認(rèn)的已知星等的恒星進(jìn)行野外拍攝，并采集有關(guān)星等數(shù)據(jù)帶回實(shí)驗(yàn)室，再通過圖像處理對星模擬器進(jìn)行調(diào)整和校準(zhǔn)，用調(diào)整校準(zhǔn)過的星模擬器對其他星體探測相機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)。在這個(gè)過程中，用探測相機(jī)在外場采集星等數(shù)據(jù)時(shí)，受自然條件的影響非常大，有時(shí)因天氣原因，在外場采集數(shù)據(jù)需要連續(xù)等待幾十天也不一定能獲得理想的滿足采集星等數(shù)據(jù)的天文條件，這樣則受到種種不確定因素影響而難以獲得令人信服的參數(shù)測量結(jié)果。同時(shí)，通過理論計(jì)算分析的方法，在弱光星等模擬也存在著較大的模擬誤差。因此，此類方法急需進(jìn)一步改進(jìn)。目前研究的弱目標(biāo)紫外星等標(biāo)定系統(tǒng)是以某航天型號項(xiàng)目為背景，展開對微弱光目標(biāo)的探測能力標(biāo)定進(jìn)行研究的。該航天項(xiàng)目中所研制的探測相機(jī)為了探測深空+23Mv，目標(biāo)發(fā)光譜段為200nm 400nm，其輻照度為2.52X10_17W/m2。由于大氣層對紫外光譜的吸收很嚴(yán)重，對于該譜段的航天相機(jī)通過室外觀星來驗(yàn)證其探測能力，則無法進(jìn)行。因此需要研制一種可用于室內(nèi)精確模擬星等發(fā)光特性及星等等級的星模擬器，來對紫外航天相機(jī)的星等探測能力進(jìn)行標(biāo)定。這種星模擬器已經(jīng)通過理論仿真分析、計(jì)算，研制了一套可用于模擬星等發(fā)光特性及星等等級的設(shè)備。然而，該設(shè)備的星等模擬精度至今無法直接標(biāo)定，只能通過反演計(jì)算來推導(dǎo)，其星等模擬不確定度在+16Mv時(shí)為25%，+23Mv時(shí)為45%左右，很難滿足星等等級精確模擬的目的，因此，需要研制一套可用于星等模擬精度精確標(biāo)定的設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決背景技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種能夠有效的在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對星模擬器星等模擬精度進(jìn)行校準(zhǔn)、具有大動(dòng)態(tài)范圍的模擬星等等級校準(zhǔn)能力以及星等校準(zhǔn)精度高的弱目標(biāo)紫外星等標(biāo)定系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是本發(fā)明提供了一種弱目標(biāo)紫外星等標(biāo)定系統(tǒng)，其特殊之處在于所述弱目標(biāo)紫外星等標(biāo)定系統(tǒng)包括星模擬器光學(xué)系統(tǒng)、消雜散光遮光罩、探測物鏡、濾光片以及光子計(jì)數(shù)器；所述星模擬器光學(xué)系統(tǒng)、消雜散光遮光罩、探測物鏡以及濾光片依次設(shè)置于同一光路上；所述光子計(jì)數(shù)器設(shè)置于經(jīng)濾光片后的出射光路上。上述弱目標(biāo)紫外星等標(biāo)定系統(tǒng)還包括設(shè)置于消雜散光遮光罩和探測物鏡之間的衰減片；所述星模擬器光學(xué)系統(tǒng)、消雜散光遮光罩、衰減片以及探測物鏡依次設(shè)置于同一光路上。上述光子計(jì)數(shù)器包括PMT探測器(PMT就是光電倍增管)以及與PMT探測器相連的用于對光子脈沖信號進(jìn)行提取的數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)；所述PMT探測器設(shè)置于經(jīng)濾光片后的出射光路上。上述探測物鏡的口徑不小于200mm。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明所提供的弱目標(biāo)紫外星等標(biāo)定系統(tǒng)利用現(xiàn)有比較成熟的光子計(jì)數(shù)原理，結(jié)合光學(xué)探測及雜散光抑制技術(shù)，首次突破性的研制了一套可用于紫外弱光星等標(biāo)定及校準(zhǔn)的系統(tǒng)；第二，本發(fā)明可對航天探測相機(jī)用的星模擬器實(shí)時(shí)校準(zhǔn)，突破了以往星模擬器星等校準(zhǔn)范圍小的缺陷，具有大動(dòng)態(tài)范圍的模擬星等等級校準(zhǔn)能力，其星等校準(zhǔn)范圍為+3Mv +23Mv;第三，本發(fā)明突破了以往星模擬器星等校準(zhǔn)精度低的缺陷，其星等校準(zhǔn)精度可優(yōu)于 0. 1等星；第四，本發(fā)明根據(jù)實(shí)際需要，設(shè)計(jì)了一種可有效抑制鏡筒內(nèi)壁反射雜散光的光學(xué)結(jié)構(gòu)，其在很大程度上減少了雜散光對星模擬器模擬星等精度的影響，解決了以往星模擬器標(biāo)定時(shí)雜散光影響其標(biāo)定精度的難題；第五，本發(fā)明首次利用探測物鏡(設(shè)置口徑大于 Φ200πιπι)，可大大提高弱光星等模擬的探測及標(biāo)定能力，解決了探測器僅局限于單光子極限探測的瓶頸問題；第六，本發(fā)明利用紫外探測器日盲的原理，突破性的將其應(yīng)用于紫外微弱光的標(biāo)定系統(tǒng)中，該方法的實(shí)施，具有不受環(huán)境雜散光對其標(biāo)定精度影響的作用。


圖1是本發(fā)明所提供的弱目標(biāo)紫外星等標(biāo)定系統(tǒng)的原理圖；其中1-星模擬器星點(diǎn)目標(biāo)；2-星模擬器光學(xué)系統(tǒng)；3-消雜散光遮光罩；4-衰減片； 5-探測物鏡；6-濾光片；7-ΡΜΤ探測器；8-數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)；9-光子計(jì)數(shù)器。
具體實(shí)施例方式弱光星等模擬器星等模擬精度標(biāo)定困難的問題，結(jié)合光子計(jì)數(shù)原理，本發(fā)明提出了一種弱目標(biāo)紫外星等標(biāo)定系統(tǒng)裝置，能夠有效的在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對星模擬器星等模擬精度進(jìn)行校準(zhǔn)，其星等校準(zhǔn)范圍為+3Μν +23Mv，校準(zhǔn)精度優(yōu)于0. 1等星，滿足星模擬器模擬精度0. 2等星的要求。該弱目標(biāo)紫外星等標(biāo)定系統(tǒng)突破以往的星等校準(zhǔn)系統(tǒng)，在其PMT探測器前設(shè)置濾光片、各種衰減片及探測鏡頭，可使其星等校準(zhǔn)動(dòng)態(tài)范圍大大提高，由以前的 +7Mv +13Mv的校準(zhǔn)范圍，擴(kuò)展到+3Mv +23Mv。在星模擬器模擬不同星體發(fā)光時(shí)，一般通過理論計(jì)算，改變星點(diǎn)目標(biāo)尺寸大小來模擬不同星等的發(fā)光特性，然而這種計(jì)算模擬方式受星點(diǎn)目標(biāo)尺寸測試誤差、平行光管焦距測試誤差、積分球出口輻亮度測試誤差、平行光管反射率測試誤差、雜光及其他環(huán)境因素等影響，往往模擬精度很低，不能滿足高精度星等模擬的需求。圖1中采用的弱目標(biāo)紫外星等標(biāo)定系統(tǒng)，能對其星模擬器的出射光輻照度精確標(biāo)定。該弱目標(biāo)紫外星等標(biāo)定系統(tǒng)主要由消雜散光遮光罩3、衰減片4、探測物鏡5、濾光片6、PMT探測器7、數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng) 8組成，其中PMT探測器7與數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)8構(gòu)成光子計(jì)數(shù)器9。本發(fā)明的工作原理是如圖1所示，由星模擬器星點(diǎn)目標(biāo)1發(fā)出的光線經(jīng)過星模擬器光學(xué)系統(tǒng)2后經(jīng)過消雜散光遮光罩3的雜光抑制后，到達(dá)衰減片4，將其入射光能進(jìn)行不同倍率衰減；透過衰減片4的光能經(jīng)過探測物鏡5的匯聚及孔徑壓縮，并配合濾光片6將此入射光的光譜特性進(jìn)行修正，最后將其入射光匯聚到PMT探測器7的靶面上，此時(shí)將完成入射光的接收；然后將采集到的微弱光信號經(jīng)過PMT探測器7倍增后，輸出自然離散的電信號；最后通過數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)8的脈沖甄別技術(shù)和數(shù)字計(jì)數(shù)技術(shù)把極其弱的信號識(shí)別并提取出來，完成最終的光信號轉(zhuǎn)換成電子信號，最終通過計(jì)算機(jī)輸出采集到的光子數(shù)。計(jì)算機(jī)輸出的光子計(jì)數(shù)率，利用量子效率轉(zhuǎn)換關(guān)系，可通過軟件將其轉(zhuǎn)換成星模擬器出射光的輻照度，即完成星模擬器弱光星等模擬的精確標(biāo)定。其中各部分的功能如下介紹消雜散光遮光罩3主要為了在探測微弱光時(shí)，消除環(huán)境雜散光的影響。衰減片4 的作用是對強(qiáng)光輻照進(jìn)行衰減；由于PMT探測器7是弱光探測器，在對輻射強(qiáng)光測試時(shí)，其會(huì)發(fā)生飽和及無法將光信號分離成離散的光脈沖信號，因此，需要設(shè)置衰減片來對其強(qiáng)光輻照進(jìn)行衰減，以滿足PMT探測器7的弱光探測需求。探測物鏡5的作用是將極其微弱的光信號通過增大探測面積來增加有效光子數(shù)，使PMT探測器7的探測能力增強(qiáng)，提高其信噪比；由于+16Mv的輻照度為10_15W/m2，PMT探測器7的靶面尺寸為1. 92 X 10_4mm2，接收到靶面上的光子數(shù)為2. 4個(gè)光子/s ；而對于+23Mv，其輻照度為10_17W/m2，則每秒在PMT探測器7 的靶面上接收到的光子數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1個(gè)光子，這么微弱的光信號往往會(huì)被甄別電路當(dāng)作噪聲處理掉，因此，需在PMT探測器7前設(shè)置探測物鏡5來提高其探測能力，根據(jù)計(jì)算，該探測物鏡5的口徑不小于Φ200πιπι。濾光片6的作用是將接收到的光譜經(jīng)濾波后，變成與被測相機(jī)響應(yīng)一致的光譜曲線。PMT探測器7的主要作用是將接收到的微弱光信號，倍增放大后轉(zhuǎn)換成電子脈沖信號，傳輸至數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)8。數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)8的主要作用是將光電倍增管陽極回路輸出的光電子脈沖(連同其他噪聲脈沖)線性地放大，利用甄別電路閾電平提取一個(gè)有一定幅度和形狀的標(biāo)準(zhǔn)脈沖，即光子脈沖。光子計(jì)數(shù)器9是由PMT探測器7與數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)8構(gòu)成，其主要作用是完成微弱光的光子計(jì)數(shù)。該弱目標(biāo)紫外星等標(biāo)定系統(tǒng)的發(fā)明難度在于微弱光信號的提取及雜散光的抑制。 圖1為該弱目標(biāo)紫外星等標(biāo)定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)果，其解決了空間探測相機(jī)仿真試驗(yàn)中，星模擬器星等標(biāo)定難的問題。設(shè)計(jì)了一種可用于大動(dòng)態(tài)范圍、高精度星等標(biāo)定的裝置，并利用探測物鏡5及衰減片4，使其星等測試范圍提高到+3 +23MV，測試精度優(yōu)于0. 1等星，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于以往的弱光校準(zhǔn)系統(tǒng)。另外，圖1中設(shè)置的消雜散光遮光罩3，其可大大消除周圍環(huán)境雜散光及鏡筒內(nèi)壁反射光對模擬信號光的影響，有效的起到了雜散光抑制的目的，具有突破性的創(chuàng)新?？紤]到本裝置是用于對紫外星等模擬器的標(biāo)定，PMT探測器7的工作波段是一種日盲波段，即對環(huán)境產(chǎn)生的雜光響應(yīng)很低(環(huán)境雜散光以可見光及紅外光為主)，因此， 該裝置的環(huán)境雜光對其星等標(biāo)定的影響很小，滿足微弱光標(biāo)定的要求。為了研究該紫外弱光星等標(biāo)定技術(shù)，將光子計(jì)數(shù)原理引用到本發(fā)明中。由于光子計(jì)數(shù)原理是檢測弱光信號的一種新技術(shù)，它在天文測光、大氣測污、分子生物學(xué)、光時(shí)域反
5射、超高分辨率光譜學(xué)、非線性光學(xué)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)代光子計(jì)數(shù)技術(shù)具有信噪比高、抗漂移性好、時(shí)間穩(wěn)定性好、便于計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理等優(yōu)點(diǎn)，在高技術(shù)領(lǐng)域占有重要地位，它已經(jīng)成為各發(fā)達(dá)國家光電子學(xué)界重點(diǎn)研究的課題之一。
綜上所述，考慮到本發(fā)明是用于對紫外弱光星等模擬器的星等模擬精度標(biāo)定及校準(zhǔn)的關(guān)鍵技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)的研究成功，將預(yù)示著國內(nèi)弱光探測及標(biāo)定技術(shù)進(jìn)入一個(gè)新的臺(tái)階。因此，引用光子計(jì)數(shù)原理對弱光星等標(biāo)定及校準(zhǔn)系統(tǒng)的研究，將對弱光探測技術(shù)的發(fā)展起著推動(dòng)性作用，也為衛(wèi)星探測相機(jī)用檢測設(shè)備的研究起著重要的技術(shù)保障。
權(quán)利要求
1.一種弱目標(biāo)紫外星等標(biāo)定系統(tǒng)，其特征在于所述弱目標(biāo)紫外星等標(biāo)定系統(tǒng)包括星模擬器光學(xué)系統(tǒng)、消雜散光遮光罩、探測物鏡、濾光片以及光子計(jì)數(shù)器；所述星模擬器光學(xué)系統(tǒng)、消雜散光遮光罩、探測物鏡以及濾光片依次設(shè)置于同一光路上；所述光子計(jì)數(shù)器設(shè)置于經(jīng)濾光片后的出射光路上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的弱目標(biāo)紫外星等標(biāo)定系統(tǒng)，其特征在于所述弱目標(biāo)紫外星等標(biāo)定系統(tǒng)還包括設(shè)置于消雜散光遮光罩和探測物鏡之間的衰減片；所述星模擬器光學(xué)系統(tǒng)、消雜散光遮光罩、衰減片以及探測物鏡依次設(shè)置于同一光路上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的弱目標(biāo)紫外星等標(biāo)定系統(tǒng)，其特征在于所述所述光子計(jì)數(shù)器包括PMT探測器以及與PMT探測器相連的數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)；所述PMT探測器設(shè)置于經(jīng)濾光片后的出射光路上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的弱目標(biāo)紫外星等標(biāo)定系統(tǒng)，其特征在于所述探測物鏡的口徑不小于200mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在空間仿真試驗(yàn)中用于對紫外星模擬器模擬弱目標(biāo)星等精度標(biāo)定的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括星模擬器光學(xué)系統(tǒng)、消雜散光遮光罩、探測物鏡、濾光片以及光子計(jì)數(shù)器；星模擬器光學(xué)系統(tǒng)、消雜散光遮光罩、探測物鏡以及濾光片依次設(shè)置于同一光路上；子計(jì)數(shù)器設(shè)置于經(jīng)濾光片后的出射光路上。本發(fā)明提供了一種能夠有效的在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對星模擬器星等模擬精度進(jìn)行校準(zhǔn)、具有大動(dòng)態(tài)范圍的模擬星等等級校準(zhǔn)能力以及星等校準(zhǔn)精度高的弱目標(biāo)紫外星等標(biāo)定系統(tǒng)。
文檔編號G01J1/00GK102393212SQ201110361519
公開日2012年3月28日 申請日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者劉峰, 周艷, 徐亮, 胡丹丹, 賽建剛, 趙建科 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所