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1、(10)申请公布号 CN 103047998 A (43)申请公布日 2013.04.17 CN 103047998 A *CN103047998A* (21)申请号 201210535516.7 (22)申请日 2012.12.12 G01C 25/00(2006.01) (71)申请人 中国科学院西安光学精密机械研究 所 地址 710119 陕西省西安市高新区新型工业 园信息大道 17 号 (72)发明人 薛勋 徐亮 赵建科 胡丹丹 周艳 张洁 田留德 (74)专利代理机构 西安智邦专利商标代理有限 公司 61211 代理人 姚敏杰 (54) 发明名称 空间光学系统探测能力检测系统及检测方。
2、法 (57) 摘要 本发明涉及一种空间光学系统探测能力检测 系统及检测方法， 该检测系统包括光源系统、 准直 系统、 星点单元、 光谱采集单元、 主控系统、 数据处 理单元以及显示单元 ； 准直系统以及光谱采集单 元分别设置在光源的出射光路上 ； 星点单元设置 在光源系统与准直系统之间并处于光源系统的焦 平面上 ； 待测空间光学系统设置在经准直系统后 的出射光路上 ； 数据处理单元分别与显示单元以 及待测空间光学系统相连 ； 主控系统分别与待测 空间光学系统、 光源系统以及光谱采集单元相连。 本发明提供了一种能够可靠及准确获取检测数据 以及便于操作的空间光学系统探测能力检测系统 及检测方法。 。
3、(51)Int.Cl. 权利要求书 3 页 说明书 10 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 3 页 说明书 10 页 附图 3 页 1/3 页 2 1. 一种空间光学系统探测能力检测系统， 其特征在于 ： 所述空间光学系统探测能力检 测系统包括光源系统、 准直系统、 星点单元、 光谱采集单元、 主控系统、 数据处理单元以及显 示单元 ； 所述准直系统以及光谱采集单元分别设置在光源的出射光路上 ； 所述星点单元设 置在光源系统与准直系统之间并处于光源系统的焦平面上 ； 待测空间光学系统设置在经准 直系统后的出射光路上 ； 所述数据处理单元分。
4、别与显示单元以及待测空间光学系统相连 ； 所述主控系统分别与待测空间光学系统、 光源系统以及光谱采集单元相连。 2. 根据权利要求 1 所述的空间光学系统探测能力检测系统， 其特征在于 ： 所述准直系 统离轴反射光学系统 ； 所述离轴反射光学系统包括离轴抛物面主镜、 第一折轴镜、 第二折轴 镜以及可变光阑 ； 所述第一折轴镜、 第二折轴镜以及离轴抛物面主镜依次设置在光源系统 经星点单元后的出射光路上 ； 所述待测空间光学系统设置在经离轴抛物面主镜反射后的出 射光路上 ； 所述可变光阑设置在离轴抛物面主镜与待测空间光学系统之间 ； 所述可变光阑 是消杂散光光阑 ； 所述离轴反射光学系统是口径是5。
5、00mm以及焦距是5000mm的离轴反射 光学系统。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的空间光学系统探测能力检测系统， 其特征在于 ： 所述光 源系统包括标准积分球、 卤钨灯、 氙灯以及可调供电电源 ； 所述卤钨灯以及氙灯设置在标准 积分球的内壁上 ； 所述主控系统通过可调供电电源分别与卤钨灯以及氙灯相连。 4. 根据权利要求 3 所述的空间光学系统探测能力检测系统， 其特征在于 ： 所述星点单 元是星点目标靶板 ； 所述光谱采集单元是光谱辐射度计。 5. 一种基于权利要求 1-4 任一权利要求所述的空间光学系统探测能力检测系统的检 测方法， 其特征在于 ： 所述方法包括以下步骤 ： 1）。
6、 探测待测空间光学系统的视星等值， 并采集视星等值时的图像 ； 2） 根据步骤 1） 所采集得到的图像计算待测空间光学系统的能量集中度。 6. 根据权利要求 5 所述的方法， 其特征在于 ： 所述步骤 1） 的具体实现方式是 ： 1.1.1） 点亮光源系统 ； 1.1.2） 通过光谱采集单元对光源系统的的光谱信息进行采集 ； 1.1.3） 通过数据处理单元对所采集的光谱数据进行相应计算并反馈给主控系统 ； 1.1.4） 主控系统控制光源系统中的供电电源输出 ； 1.1.5） 计算得到视星等值并将计算得到的视星等值与要求指标的视星等值进行比对， 若符合要求指标， 则进行步骤 1.1.6） ； 若。
7、不符合要求指标， 则返回步骤 1.1.4） ； 所述视星等 值是系统探测极限 ； 1.1.6） 将待测空间光学系统移动至准直系统的出光口处并采集图像 ； 1.1.7） 通过数据处理单元对获取的图像进行计算， 得到目标信噪比。 7. 根据权利要求 6 所述的方法， 其特征在于 ： 所述步骤 1.1.3） 的具体实现方式是 ： 1.1.3.1） 将采集得到的光谱数据进行相应积分计算， 得到准直系统出光口处的光谱辐 照度 E() 值， 其计算公式是 ： 权 利 要 求 书 CN 103047998 A 2 2/3 页 3 其中 ： d 是星点单元直径 ； f是准直系统焦距 ； L() 是辐亮度值 ；。
8、 是准直系统的透过率 ； 1.1.3.2） 将步骤 1.1.3.1） 所得到的光谱辐照度 E() 值计算得到准直系统出光口处 的光照度值 E光照度， 其计算公式是 ： 其中 ： Km是人眼对应明视觉最大光谱光视效能常数， 所述 Km取 683lm/W ； V() 是人眼明视觉函数 ； 所述步骤 1.1.5） 中视星等值的具体计算过程是 ： 将步骤 1.1.3.1） 所得到的光照度值 E光照度进行计算得到视星等 m 值， 其计算公式是 ： lgE光照度-lgE0=0.4(m-0) 其中 ： E0是零等星对应的光照度， 所述 E0是 2.64810-6lx ； 所述步骤 1.1.7） 的计算过程是。
9、根据如下公式进行的 ： 其中 ： SC是目标在 33 像元内的 DN 值之和 ； SE是以电子数表示的信号 ； BC是暗背景平均值 ； NE是以电子数表示的背景信号 ； N 是暗背景的标准偏差 ； g 是 CCD 的增益。 8. 根据权利要求 5 所述的方法， 其特征在于 ： 所述步骤 1） 的具体实现方式是 ： 1.2.1） 点亮光源系统 ； 1.2.2） 将待测空间光学系统移动至准直系统的出光口处采集图像 ； 1.2.3） 数据处理单元对获取图像进行计算， 得到目标信噪比 ； 1.2.4） 判定信噪比大小， 若目标信噪比符合要求设定值， 则进行步骤 1.2.5） ； 若目标信 噪比不符合要。
10、求设定值， 则调整光源供电电源输出， 直至信噪比达到设定值后再进行步骤 1.2.5） ； 1.2.5） 采集光谱采集单元的光谱信息， 进行相应数据处理， 得到光谱辐照度 E() 值， 所述光谱辐照度 E() 值是系统探测极限值 ； 1.2.6） 采集系统探测极限值时的图像。 9. 根据权利要求 8 所述的方法， 其特征在于 ： 所述步骤 1.2.3） 中信噪比的计算方式是 ： 权 利 要 求 书 CN 103047998 A 3 3/3 页 4 其中 ： SC是目标在 33 像元内的 DN 值之和 ； SE是以电子数表示的信号 ； BC是暗背景平均值 ； NE是以电子数表示的背景信号 ； N 。
11、是暗背景的标准偏差 ； g 是 CCD 的增益 ； 所述步骤 1.2.5） 中光谱辐照度 E() 值的具体计算方式是 ： 其中 ： d 是星点单元直径 ； f是准直系统焦距 ； L() 是辐亮度值 ； 是准直系统的透过率。 10. 根据权利要求 7 或 9 所述的方法， 其特征在于 ： 所述步骤 2） 的具体实现方式是 ： 根据步骤 1） 所采集得到的图像通过最小乘高斯拟合法计算待测空间光学系统的能量 集中度。 权 利 要 求 书 CN 103047998 A 4 1/10 页 5 空间光学系统探测能力检测系统及检测方法 技术领域 0001 本发明属于光学检测领域， 涉及一种空间光学系统探测能。
12、力检测系统及检测方 法， 尤其涉及一种对空间光学系统探测极限以及能量集中度两大指标进行测试的检测系统 及检测方法。 背景技术 0002 空间光学系统对空间目标进行探测， 其探测能力决定了系统的实用性。为了充分 验证光学系统的探测能力， 需要对其探测能力进行全面测试。探测极限、 能量集中度的测 试， 足以比较全面的对光学系统的探测能力进行评价。 一方面， 探测极限的测试可以确定光 学系统对弱目标的极限响应。另一方面， 能量集中度的测试可以了解光学系统对目标成像 后的能量分布。 对于星敏感器等空间定位、 导航光学系统而言， 能量集中度则直接影响其空 间姿态测量精度。能量集中度越高， 探测极限越高，。
13、 但姿态测量精度却趋于降低 ； 能量集中 度太低， 则无法对较弱目标进行探测， 姿态控制也就无从谈起。 所以探测极限与能量集中度 两个指标互相制约， 只有两者互相配合， 才能最大限度的发挥光学系统的探测能力。因此， 对空间光学系统探测能力实验室检测方面的研究， 就显得非常必要了。 0003 现今国内有相应的可见光和紫外星等模拟器， 但都无法完成对探测极限和能量集 中度的自动测量。在此提出一种空间光学系统探测能力检测系统， 可以覆盖这两个指标的 测试。 发明内容 0004 为了解决背景技术中存在的上述技术问题， 本发明提供了一种能够可靠及准确获 取检测数据以及便于操作的空间光学系统探测能力检测系。
14、统及检测方法。 0005 本发明的技术解决方案是 ： 本发明提供了一种空间光学系统探测能力检测系统， 其特征在于 ： 所述空间光学系统探测能力检测系统包括光源系统、 准直系统、 星点单元、 光 谱采集单元、 主控系统、 数据处理单元以及显示单元 ； 所述准直系统以及光谱采集单元分别 设置在光源的出射光路上 ； 所述星点单元设置在光源系统与准直系统之间并处于光源系统 的焦平面上 ； 待测空间光学系统设置在经准直系统后的出射光路上 ； 所述数据处理单元分 别与显示单元以及待测空间光学系统相连 ； 所述主控系统分别与待测空间光学系统、 光源 系统以及光谱采集单元相连。 0006 上述准直系统离轴反射。
15、光学系统 ； 所述离轴反射光学系统包括离轴抛物面主镜、 第一折轴镜、 第二折轴镜以及可变光阑 ； 所述第一折轴镜、 第二折轴镜以及离轴抛物面主镜 依次设置在光源系统经星点单元后的出射光路上 ； 所述待测空间光学系统设置在经离轴抛 物面主镜反射后的出射光路上 ； 所述可变光阑设置在离轴抛物面主镜与待测空间光学系统 之间 ； 所述可变光阑是消杂散光光阑 ； 所述离轴反射光学系统是口径是 500mm 以及焦距 是 5000mm 的离轴反射光学系统。 0007 上述光源系统包括标准积分球、 卤钨灯、 氙灯以及可调供电电源 ； 所述卤钨灯以及 说 明 书 CN 103047998 A 5 2/10 页 。
16、6 氙灯设置在标准积分球的内壁上 ； 所述主控系统通过可调供电电源分别与卤钨灯以及氙灯 相连。 0008 上述星点单元是星点目标靶板 ； 所述光谱采集单元是光谱辐射度计。 0009 一种基于如上所述的空间光学系统探测能力检测系统的检测方法， 其特殊之处在 于 ： 所述方法包括以下步骤 ： 0010 1） 探测待测空间光学系统的视星等值， 并采集视星等值时的图像 ； 0011 2） 根据步骤 1） 所采集得到的图像计算待测空间光学系统的能量集中度。 0012 上述步骤 1） 的具体实现方式是 ： 0013 1.1.1） 点亮光源系统 ； 0014 1.1.2） 通过光谱采集单元对光源系统的的光谱。
17、信息进行采集 ； 0015 1.1.3） 通过数据处理单元对所采集的光谱数据进行相应计算并反馈给主控系 统 ； 0016 1.1.4） 主控系统控制光源系统中的供电电源输出 ； 0017 1.1.5） 计算得到视星等值并将计算得到的视星等值与要求指标的视星等值进行 比对， 若符合要求指标， 则进行步骤 1.1.6） ； 若不符合要求指标， 则返回步骤 1.1.4） ； 所述视 星等值是系统探测极限 ； 0018 1.1.6） 将待测空间光学系统移动至准直系统的出光口处并采集图像 ； 0019 1.1.7） 通过数据处理单元对获取的图像进行计算， 得到目标信噪比。 0020 上述步骤 1.1.3。
18、） 的具体实现方式是 ： 0021 1.1.3.1） 将采集得到的光谱数据进行相应积分计算， 得到准直系统出光口处的光 谱辐照度 E() 值， 其计算公式是 ： 0022 0023 其中 ： 0024 d 是星点单元直径 ； 0025 f是准直系统焦距 ； 0026 L() 是辐亮度值 ； 0027 是准直系统的透过率 ； 0028 1.1.3.2） 将步骤 1.1.3.1） 所得到的光谱辐照度 E() 值计算得到准直系统出光 口处的光照度值 E光照度， 其计算公式是 ： 0029 0030 其中 ： 0031 Km是人眼对应明视觉最大光谱光视效能常数， 所述 Km取 683lm/W ； 00。
19、32 V() 是人眼明视觉函数 ； 0033 所述步骤 1.1.5） 中视星等值的具体计算过程是 ： 0034 将步骤 1.1.3.1） 所得到的光照度值 E光照度进行计算得到视星等 m 值， 其计算公式 是 ： 说 明 书 CN 103047998 A 6 3/10 页 7 0035 lgE光照度-lgE0=0.4(m-0) 0036 其中 ： 0037 E0是零等星对应的光照度， 所述 E0是 2.64810-6lx ； 0038 所述步骤 1.1.7） 的计算过程是根据如下公式进行的 ： 0039 0040 其中 ： 0041 SC是目标在 33 像元内的 DN 值之和 ； 0042 S。
20、E是以电子数表示的信号 ； 0043 BC是暗背景平均值 ； 0044 NE是以电子数表示的背景信号 ； 0045 N 是暗背景的标准偏差 ； 0046 g 是 CCD 的增益。 0047 上述步骤 1） 的具体实现方式还可以是 ： 0048 1.2.1） 点亮光源系统 ； 0049 1.2.2） 将待测空间光学系统移动至准直系统的出光口处采集图像 ； 0050 1.2.3） 数据处理单元对获取图像进行计算， 得到目标信噪比 ； 0051 1.2.4） 判定信噪比大小， 若目标信噪比符合要求设定值， 则进行步骤 1.2.5） ； 若目 标信噪比不符合要求设定值， 则调整光源供电电源输出， 直至。
21、信噪比达到设定值后再进行 步骤 1.2.5） ； 0052 1.2.5） 采集光谱采集单元的光谱信息， 进行相应数据处理， 得到光谱辐照度 E() 值， 所述光谱辐照度 E() 值是系统探测极限值 ； 0053 1.2.6） 采集系统探测极限值时的图像。 0054 上述步骤 1.2.3） 中信噪比的计算方式是 ： 0055 0056 其中 ： 0057 SC是目标在 33 像元内的 DN 值之和 ； 0058 SE是以电子数表示的信号 ； 0059 BC是暗背景平均值 ； 0060 NE是以电子数表示的背景信号 ； 0061 N 是暗背景的标准偏差 ； 0062 g 是 CCD 的增益 ； 0。
22、063 所述步骤 1.2.5） 中光谱辐照度 E() 值的具体计算方式是 ： 0064 0065 其中 ： 说 明 书 CN 103047998 A 7 4/10 页 8 0066 d 是星点单元直径 ； 0067 f是准直系统焦距 ； 0068 L() 是辐亮度值 ； 0069 是准直系统的透过率。 0070 上述步骤 2） 的具体实现方式是 ： 根据步骤 1） 所采集得到的图像通过最小乘高斯 拟合法计算待测空间光学系统的能量集中度。 0071 本发明的优点是 ： 0072 本发明首次利用最小二乘高斯拟合法， 计算空间光学系统弥散斑直径， 并以此对 能量集中度进行评价。超越传统 “数像元” 。
23、方法的局限， 以一种更为合理、 科学的数据拟合 处理方式， 获得了可靠、 准确的检测数据。 0073 本发明运用一种新的信噪比公式， 对空间光学系统极限探测时的信噪比进行计 算， 在国内亦属首创。 0074 本发明通过两种反馈方式， 控制准直系统出光口辐亮度值。一是通过光谱辐射度 计测量准直系统出光口辐亮度值， 计算实时数据反馈给主控系统控制光源供电电源输出。 二是通过计算得到图像信噪比， 主控系统根据所得信噪比值实时控制光源供电电源输出。 这样可以得到两组数据 ： 一是在指定视星等能量下的目标信噪比 ； 二是在指定信噪比下的 极限探测能量 （即视星等光照度） 。 0075 本发明的空间光学系。
24、统探测能力检测系统， 光源选用积分球光源， 提高了测试的 稳定性。 0076 本发明的空间光学系统探测能力检测系统， 光源选用卤钨灯、 氙灯混合灯， 可以实 现宽波段的光谱能量配比以及多种色温组合。 0077 本发明的空间光学系统探测能力检测系统， 星点单元选用较高圆度的标准星点， 可以提高测试的精度。 0078 本发明的空间光学系统探测能力检测系统， 准直系统选用 5000mm 离轴三反平行 光管， 几乎不引入像差， 大大提高测试精度。选用此平行光管， 能模拟非常微弱的星光目标 （极限视星等 16Mv） ， 提高了本系统的测试范围。 0079 本发明的空间光学系统探测能力检测系统， 光谱采集。
25、单元选用高精度光谱辐射度 计， 并通过 NIST 溯源的标准积分球进行了标准传递， 可以获取非常准确的测试结果。 0080 本发明的空间光学系统探测能力检测系统， 在准直系统出射窗口处安装有可变光 阑， 可根据不同空间相机的通光口径大小调整准直系统出射光束的口径， 以满足不同相机 测试的需要。 0081 本发明的空间光学系统探测能力检测系统， 在准直系统出射窗口处安装有可变光 阑， 可以有效的遮挡杂散光， 提高测试精度。 附图说明 0082 图 1 是本发明所提供的空间光学系统探测能力检测系统的结构示意图 ； 0083 图 2 是高斯拟合效果图 ； 0084 图 3 是整个弥散斑的高斯分布图 。
26、； 0085 图 4 是 80% 能量所围成锥体高斯分布图 ； 说 明 书 CN 103047998 A 8 5/10 页 9 0086 其中 ： 0087 1- 光源系统 ； 2- 星点单元 ； 3- 离轴抛物面主镜 ； 4- 第一折轴镜 ； 5- 第二折轴 镜 ； 6- 可变光阑 ； 7- 待测空间光学系统 ； 8- 光谱辐射度计 ； 9- 电控平移台 ； 10- 电控转台 ； 11- 主控系统 ； 12- 数据处理单元 ； 13- 显示单元 ； 14- 准直系统。 具体实施方式 0088 参见图 1， 本发明提供了一种空间光学系统探测能力检测系统， 该空间光学系统探 测能力检测系统包括光。
27、源系统 1、 准直系统 14、 星点单元 2、 光谱采集单元、 主控系统 11、 数 据处理单元 12 以及显示单元 13 ； 准直系统 14 以及光谱采集单元分别设置在光源的出射光 路上 ； 星点单元 2 设置在光源系统 1 与准直系统 14 之间并处于光源系统 1 的焦平面上 ； 待 测空间光学系统 7 设置在经准直系统 14 后的出射光路上 ； 数据处理单元 12 分别与显示单 元 13 以及待测空间光学系统 7 相连 ； 主控系统 11 分别与待测空间光学系统 7、 光源系统 1 以及光谱采集单元相连。 0089 准直系统 14 离轴反射光学系统 ； 离轴反射光学系统包括离轴抛物面主镜。
28、 3、 第一 折轴镜 4、 第二折轴镜 5 以及可变光阑 6 ； 第一折轴镜 4、 第二折轴镜 5 以及离轴抛物面主镜 3 依次设置在光源系统 1 经星点单元 2 后的出射光路上 ； 待测空间光学系统 7 设置在经离 轴抛物面主镜 3 反射后的出射光路上 ； 可变光阑 6 设置在离轴抛物面主镜 3 与待测空间光 学系统7之间 ； 可变光阑6是消杂散光光阑 ； 离轴反射光学系统是口径是500mm以及焦距 是 5000mm 的离轴反射光学系统。 0090 光源系统 1 包括标准积分球、 卤钨灯、 氙灯以及可调供电电源 ； 卤钨灯以及氙灯设 置在标准积分球的内壁上 ； 主控系统11通过可调供电电源分。
29、别与卤钨灯以及氙灯相连。 标 准积分球可以均匀出射光 ； 卤钨灯、 氙灯混合灯可以相互配比， 得到相应色温的模拟太阳光 谱 ； 可调供电电源可以通过主控系统 11 的控制调节光源亮度。 0091 星点单元2是星点目标靶板 ； 光谱采集单元是光谱辐射度计8。 光谱辐射度计8设 置在准直系统 14 出光口处， 并承载于控制单元所控制的平移台上。 0092 主控单元为供电电源控制器、 电控转台 10 控制器和步进电机控制器， 供电电源控 制器调整光源亮度， 电控转台10控制器调整光源方向， 步进电机控制器控制准直系统14出 光口处平移台运动。电控转台 10 承载积分球光源转动， 电控平移台 9 承载。
30、待测空间光学系 统 7 并能使之在准直系统 14 出光口处移动。 0093 数据处理单元12包括接收光谱辐射度计8数据进行积分运算、 辐照度到视星等换 算、 对目标信噪比进行计算以及利用最小二乘高斯拟合法对目标能量集中度进行计算的软 件， 属于自研软件， 具体辐照度积分、 辐照度到视星等转换、 信噪比、 弥散斑直径 （能量集中 度） 算法封装在其中。 0094 弥散斑直径算法是专为能量集中度测量所研制的新型算法。 0095 辐亮度到视星等之间转换的过程， 是参考 CIE 所发布的人眼视觉明视函数以及视 星等定义所推算的。 0096 电控转台 10 经由主控系统 11 控制， 转动承载于转台上方。
31、的积分球光源 1 转动至 光谱辐射度计 8 所面对方向， 光谱辐射度计 8 采集出光口处实时辐亮度值， 并提交给数据 处理单元 12， 计算积分辐亮度值后， 与设定值进行比较， 进而控制积分球光源供电电源的输 说 明 书 CN 103047998 A 9 6/10 页 10 出， 直到获得与设定辐亮度值相同时， 停止对供电电源的改变 ； 将积分球光源转动， 使其发 出的光照射在星点 2 上 ； 星点 2 位于准直系统 14 的焦平面上， 经过星点的光通过第一折轴 镜4和第二折轴镜5打在准直系统的主镜3上， 以平行光束从准直系统出射 ； 在出射窗口处 设置有可变光阑 6， 既可以对杂散光进行抑制。
32、， 还能用于控制平行光束的口径 ； 主控系统 11 移动电控平移台 7 运动， 将空间光学系统 7 移动至准直系统 14 出光口处， 对星点单元 2 进 行成像后存储图像 ； 根据图像， 利用相应算法， 进行探测极限和能量集中度的测量。 0097 同时， 本发明还提供了一种基于如上所述的空间光学系统探测能力检测系统的检 测方法， 该方法包括以下步骤 ： 0098 1） 探测待测空间光学系统的视星等值， 并采集视星等值时的图像 ； 0099 步骤 1） 的具体实现方式是 ： 0100 当光源点亮时， 主控系统先将光源转动至光谱辐射度计方向， 进行光谱信息采集。 数据处理单元对所采集的光谱数据进行。
33、相应计算， 反馈给主控系统。主控系统通过事先设 置的控制流程， 主动控制光源系统中的供电电源输出， 直到达到所要求的、 稳定的测试条 件， 此时通过换算得到的视星等值便是系统探测极限。而后主控系统控制电控平移台将待 测空间光学系统移动至平行光管出光口处采集图像。数据处理单元对获取图像进行计算， 得到目标信噪比， 具体而言 ： 0101 1.1.1） 点亮光源系统 ； 0102 1.1.2） 通过光谱采集单元对光源系统的的光谱信息进行采集 ； 0103 1.1.3） 通过数据处理单元对所采集的光谱数据进行相应计算并反馈给主控系 统 ； 0104 1.1.3.1） 将采集得到的光谱数据进行相应积分。
34、计算， 得到准直系统出光口处的光 谱辐照度 E() 值， 其计算公式是 ： 0105 0106 其中 ： 0107 d 是星点单元直径 ； 0108 f是准直系统焦距 ； 0109 L() 是辐亮度值 ； 0110 是准直系统的透过率 ； 0111 1.1.3.2） 将步骤 1.1.3.1） 所得到的光谱辐照度 E() 值计算得到准直系统出光 口处的光照度值 E光照度， 其计算公式是 ： 0112 0113 其中 ： 0114 Km是人眼对应明视觉最大光谱光视效能常数， 所述 Km取 683lm/W ； 0115 V() 是人眼明视觉函数 ； 0116 1.1.4） 主控系统控制光源系统中的供。
35、电电源输出 ； 0117 1.1.5） 计算得到视星等值并将计算得到的视星等值与要求指标的视星等值进行 说 明 书 CN 103047998 A 10 7/10 页 11 比对， 若符合要求指标， 则进行步骤 1.1.6） ； 若不符合要求指标， 则返回步骤 1.1.4） ； 所述视 星等值是系统探测极限 ； 0118 将步骤 1.1.3.1） 所得到的光照度值 E光照度进行计算得到视星等 m 值， 其计算公式 是 ： 0119 lgE光照度-lgE0=0.4(m-0) 0120 其中 ： 0121 E0是零等星对应的光照度， 所述 E0是 2.64810-6lx ； 0122 所述步骤 1.。
36、1.7） 的计算过程是根据如下公式进行的 ： 0123 0124 其中 ： 0125 SC是目标在 33 像元内的 DN 值之和 ； 0126 SE是以电子数表示的信号 ； 0127 BC是暗背景平均值 ； 0128 NE是以电子数表示的背景信号 ； 0129 N 是暗背景的标准偏差 ； 0130 g 是 CCD 的增益。 0131 1.1.6） 将待测空间光学系统移动至准直系统的出光口处并采集图像 ； 0132 1.1.7） 通过数据处理单元对获取的图像进行计算， 得到目标信噪比。 0133 另外， 本发明所提及的步骤 1） 的具体实现方式还可以采用如下方式 ： 0134 当光源照亮星点目标。
37、时， 主控系统控制电控平移台将待测空间光学系统移动至平 行光管出光口处采集图像， 数据处理单元对获取图像进行计算， 得到目标信噪比。 判定信噪 比大小并以此来调整光源供电电源输出， 直至信噪比达到设定值。而后主控系统控制光源 转动至光谱辐射度计方向， 采集光谱信息， 进行相应数据处理， 得到系统探测极限值。采集 此时图像， 计算系统能量集中度， 具体而言 ： 0135 1.2.1） 点亮光源系统 ； 0136 1.2.2） 将待测空间光学系统移动至准直系统的出光口处采集图像 ； 0137 1.2.3） 数据处理单元对获取图像根据如下公式进行计算， 得到目标信噪比 ； 0138 0139 其中 。
38、： 0140 SC是目标在 33 像元内的 DN 值之和 ； 0141 SE是以电子数表示的信号 ； 0142 BC是暗背景平均值 ； 0143 NE是以电子数表示的背景信号 ； 0144 N 是暗背景的标准偏差 ； 0145 g 是 CCD 的增益 ； 说 明 书 CN 103047998 A 11 8/10 页 12 0146 1.2.4） 判定信噪比大小， 若目标信噪比符合要求设定值， 则进行步骤 1.2.5） ； 若目 标信噪比不符合要求设定值， 则调整光源供电电源输出， 直至信噪比达到设定值后再进行 步骤 1.2.5） ： 0147 光谱辐照度 E() 值的具体计算方式是 ： 014。
39、8 0149 其中 ： 0150 d 是星点单元直径 ； 0151 f是准直系统焦距 ； 0152 L() 是辐亮度值 ； 0153 是准直系统的透过率。 0154 1.2.5） 采集光谱采集单元的光谱信息， 进行相应数据处理， 得到光谱辐照度 E() 值， 所述光谱辐照度 E() 值是系统探测极限值 ； 0155 1.2.6） 采集系统探测极限值时的图像。 0156 以上两种控制方式可以满足不同空间光学系统对探测极限指标测试的需要。 一方 面， 以任务书具体指标直接指导主控系统进行星等模拟， 最后通过计算信噪比， 评判光学系 统极限探测指标 ； 另一方面， 通过一系列的计算与调整， 使得能够。
40、测得在固定信噪比下， 光 学系统所能探测的最弱目标星等。这两种方式以主控系统为主体， 通过光谱辐射度计和空 间光学系统的配合， 完成了探测极限的自动测定， 提高了整个测试效率， 更为全面的对探测 极限进行了检测。 0157 2） 根据步骤 1） 所采集得到的图像计算待测空间光学系统的能量集中度。 0158 根据光学系统的口径 D 和准直系统的焦距 f 选择合适直径 d 的星点， 将空间光学 系统放置在准直系统出光口处， 调节光源亮度， 使得星点像在图像中接近饱和， 采集图像， 通过最小二乘高斯拟合法计算系统能量集中度。 0159 能量集中度的测定 0160 根据光学系统的口径 D 和准直系统的。
41、焦距 f 选择合适直径 d 的星点， 见公式 ： 0161 0162 将空间光学系统放置在准直系统出光口处， 调节光源亮度， 使得星点像在图像中 接近饱和， 采集图像， 按以下步骤进行计算 ： 0163 对拍摄的星点图去背景， 背景值为 B ： 0164 B Apixel+5pixel （6） 0165 当弥散元最亮像元 DN 值大于 B 这个阈值时， 才能被探测到。 0166 Apixel为拍星时信号图像整幅图的平均灰度值 ； 0167 pixel为暗背景噪声值。 0168 以弥散元灰度最高点为中心， 取 99 像元为区域 C， 这个区域内足以包含弥散斑 的全部能量。 0169 在所选区域 。
42、C 内以质心法求得弥散元中心所在位置 (xi,yi)， 见公式 （7） 、（8） ： 说 明 书 CN 103047998 A 12 9/10 页 13 0170 0171 0172 对像元的灰度值 f(i,j) 进行归一化处理， 得到 f1(i,j)。 0173 对以区域 C 内每个像元到 (x0,y0) 的距离为 x 轴， 以每个像元的灰度值 f1(i,j) 为 y 轴， 对这些值进行高斯拟合， 拟合方程为所用方法为最小二乘高斯拟合法， 基 于迭代原理， 参见图 2， 是高斯拟合效果图。 0174 将所求得的一维高斯方程中的系数 a、 b 代入二维高斯方程 （极坐标系） 中， 如下式 所示。
43、 ： 0175 0176 为极坐标系的极径 ； 0177 为极坐标系的极角。 0178 利用方程 （4） 进行计算， 0179 0180 参见图 3 以及图 4， 可以看出以 d 为半径画圆， 与二维高斯分布包络所围成圆锥的 体积占整个二维高斯分布锥体体积的 80%， 也就是能量集中度为 80% 所对应的底面圆半径。 0181 计算得到的 d 值乘以 2， 即是弥散斑直径， 也就是星点目标的能量集中度。 0182 本发明的空间光学系统探测能力检测系统， 具备对设定探测极限进行自动标准调 节， 而且可以通过另外一种自动控制方式， 对设定信噪比进行探测极限的测定。 0183 此方法相对于传统意义的。
44、星等模拟器具有自动反馈测量机制、 自动光源亮度调节 等优点， 能很大的节省劳动力、 提高测试效率。而且提出利用设定信噪比， 直接测定空间光 学系统实际探测极限。不仅可以完成对探测极限常规的测试， 而且可以测试出光学系统的 极限探测水平， 为工程应用提供重要的科学数据。 在星等模拟的计算上， 引入人眼明视觉效 能函数， 可以非常准确的对模拟星等进行计算。从 NIST 溯源的光谱辐射度计可为整个计算 提供准确、 稳定的数据。 通过太阳的相对光谱辐通量曲线数据， 对星等模拟的公式进行了验 证， 顺利推算得到国际公认零等星光照度为2.6510-6lx， 由此证明此种方法在理论上是完 全经得起推敲的。 。
45、0184 本发明的空间光学系统探测能力检测系统， 能准确测定空间光学系统的弥散斑直 径， 超越传统 “数像元” 的测定方式， 以一种更为合理、 科学的数据处理方式， 较为准确的对 说 明 书 CN 103047998 A 13 10/10 页 14 此指标进行了测定。空间光学系统弥散斑直径测定时， 主要由于弥散斑能量仅分布在 33 到 55 像元之间， 测试时获取的信息数据过于稀少， 如果运用传统的方法， 测定的结果将 被引入很大的误差。 而通过弥散斑最小二乘高斯拟合法后， 可以将测试精度提高一个量级。 这对于空间光学系统能量集中度的评定具有超凡的意义， 此指标将直接影响空间星敏感器 的定位精度、 姿态控制， 在卫星、 洲际战略导弹、 宇宙飞船等航空航天飞行器上均有广泛应 用。 说 明 书 CN 103047998 A 14 1/3 页 15 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103047998 A 15 2/3 页 16 图 3 说 明 书 附 图 CN 103047998 A 16 3/3 页 17 图 4 说 明 书 附 图 CN 103047998 A 17 。