CN115014523A - 一种模拟在轨环境的漫反光折式动态实验室辐射定标装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟在轨环境的漫反光折式动态实验室辐射定标装置，其包括：均光***和漫反射光折暗室；漫反射光折暗室的入光口接收均光***中的积分球的出光端发出的均匀光线；漫反射光折暗室的漫反射板能够将进入漫反射光折暗室内的均匀光线控制光强度后反射给被测传感器，漫反射板上靠近漫反射光折暗室的入光口的一端能够沿着上下对称设置的两个滑动轨道移动，两个滑动轨道分别嵌设于漫反射光折暗室的顶壁和底壁内。本发明通过控制漫反射板在漫反射光折暗室内转动，从而控制漫反射板平面与出光口平面的开合角度，进而实现控制进入成像传感器光的强度，实现模仿在轨定标，使得卫星在发射前就可以对其进行在轨状态的模拟辐射定标测试。

Description

一种模拟在轨环境的漫反光折式动态实验室辐射定标装置

技术领域

本发明涉及实验室辐射定标技术领域，尤其涉及一种模拟在轨环境的漫反光折式动态实验室辐射定标装置。

背景技术

发射前实验室辐射定标是遥感定量化过程的第一步，是在轨辐射定标的基础。就是在载荷研制阶段，利用实验室每部光源，经过对载荷全面测量，了解载荷各种物理参数的过程。遥感器通过实验室辐射定标对其辐射、空间和光谱特性进行准确地定标及定性测试。

发射前实验室定标是评价载荷是否满足研制要求的依据、是在轨星上定标和在轨替代定标的基础、是评价遥感器是否发生衰减的基础数据，是实现遥感定量化反演的重要环节。

由于实验室辐射定标的测试环境和测试方式与卫星在轨定标的测试环境和测试方式不同，所以实验室辐射定标的数据精度要高于在轨定标精度，并不是真实的遥感器在轨状态下的实际环境情况。为了要让实验室辐射定标测得数据与计算得到的相关系数更接近卫星在轨环境中实际情况，就需要设计一种实验室辐射定标方式在不改变实验室实际工作的情况下通过加入辅助设备或更改测试实验方法，让实验室辐射定标的测试环境与测试方法与在轨定标的辐射定标方法趋近于相同，这样就可以在保证实验室辐射定标设备精度优势的前提下实现实验室定标数据与在轨定标数据更广泛的通用性。

发明内容

本发明提供了一种通过控制漫反射板在漫反射光折暗室内移动，从而控制漫反射板平面与出光口平面的开合角度，进而实现控制进入成像传感器光的强度，实现模仿在轨定标，使得卫星在发射前就可以对其进行在轨状态的模拟辐射定标测试的一种模拟在轨环境的漫反光折式动态实验室辐射定标装置。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的一种模拟在轨环境的漫反光折式动态实验室辐射定标装置，该装置包括：

均光***，所述均光***包括积分球和光源，所述积分球接收光源发出的光线，并对光线进行均匀发射后由出光端发出；

漫反射光折暗室，所述漫反射光折暗室的入光口接收积分球的出光端发出的光线；

所述漫反射光折暗室的内部设置有漫反射板，所述漫反射板上靠近漫反射光折暗室的入光口的一端能够沿着上下对称设置的两个滑动轨道移动，两个所述滑动轨道分别嵌设于漫反射光折暗室的顶壁和底壁内，所述漫反射板的另一端转动的设置于漫反射光折暗室内、且靠近漫反射光折暗室的出光口上远离入光口的一端设置。

进一步的，所述漫反射板的背面中部安装有支撑钢板，所述支撑钢板的背面中部与传动轴的一端转动连接，所述传动轴上安装有平行轴齿轮减速电机，所述传动轴的另一端伸出漫反射光折暗室，所述平行轴齿轮减速电机安装于漫反射光折暗室的侧壁上、且平行轴齿轮减速电机位于漫反射光折暗室内。

进一步的，所述支撑钢板的背面中部具有固定钢板连接端，传动轴的顶端通过滚珠轴承与固定钢板连接端连接端连接，所述固定钢板连接端包括两个第一连接耳和一个第二连接耳，所述第二连接耳设置于两个第一连接耳之间，第二连接耳通过转轴与两个第一连接耳连接、且第二连接耳能够绕着转轴转动。

进一步的，所述传动轴上位于漫反射光折暗室外部的外侧设置有保护罩。

进一步的，所述滑动轨道整体为弧形结构，所述滑动轨道的两端且远离漫反射光折暗室入光口的一侧分别设置有限位开关。

进一步的，所述漫反射光折暗室上靠近滑动轨道两端的两个侧壁上设置有缓冲毛毡。

进一步的，所述积分球的出光端与漫反射光折暗室的入光口通过连接通道连接，所述连接通道为可伸缩式结构。

进一步的，所述连接通道与漫反射光折暗室的入光口之间设置有透射板。

进一步的，所述漫反射光折暗室的外壁且靠近出光口的位置安装有小型光谱仪。

在上述技术方案中，本发明提供的一种模拟在轨环境的漫反光折式动态实验室辐射定标装置，具有以下有益效果：

1、本申请通过改变漫反射板的开合角度实现控制进入成像传感器的光强度，实现模仿在轨定标的测试方法。

2、使得卫星在发射前就可以对其进行在轨状态的模拟辐射定标测试，在保证实验室辐射定标设备精度优势的前提下实现实验室定标数据与在轨定标的定标数据的通用性。

3、使实验室辐射定标更具有更广泛的应用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的一种模拟在轨环境的漫反光折式动态实验室辐射定标装置的结构示意图；

图2为图1中积分球和漫反射光折暗室的连接分解结构示意图；

图3为图1中漫反射光折暗室的内部结构示意图；

图4为图3中漫反发射板和连接收的连接示意图；

图5为图4的侧视图；

图6为图5中传动轴和固定钢板连接端的连接结构示意图

图7为图1中连接通道展开时的结示意图；

图8为图1中连接通道收缩时的结构示意图。

附图标记说明：

10、积分球；

20、漫反射光折暗室；21、入光口；22、出光口；23、漫反射板；24、滑动轨道；25、支撑钢板；26、传动轴；27、平行轴齿轮减速电机；

201、限位开关；202、缓冲毛毡；

231、固定钢板连接端；232、第一连接耳；233、第二连接耳；

260、保护罩；261、滚珠轴承；

30、被测传感器；

40、连接通道；

50、透射板；

60、小型光谱仪；

70、置物台；

80、升降台。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

参见图1-3所示；

本发明实施例所述的一种模拟在轨环境的漫反光折式动态实验室辐射定标装置，该装置包括：

均光***，所述均光***包括积分球10和光源(未图示)，所述积分球10接收光源发出的光线，并对光线进行均匀发射后由出光端发出，通过积分球10能够得到均匀的漫反射光线。漫积分球辐射定标***常用于航空、航天等大口径、大视场遥感器的辐射定标。特点是输出能量大，面均匀性和角度特性优于标准灯***；

漫反射光折暗室20，所述漫反射光折暗室20的入光口21接收积分球10的出光端发出的光线，漫反射光折暗室20整体采用型材结构加密封并防漏光；

所述漫反射光折暗室20的内部设置有漫反射板23，所述漫反射板23上靠近漫反射光折暗室20的入光口21的一端能够沿着上下对称设置的两个滑动轨道24移动，两个所述滑动轨道24分别嵌设于漫反射光折暗室20的顶壁和底壁内，所述漫反射板23的另一端转动的设置于漫反射光折暗室20内、且靠近漫反射光折暗室20的出光口22上远离入光口21的一端设置，工作时，可转动漫反射板23，使漫反射板23平面与出光口22平面夹角为(0°～60°)可调的锐角。

本申请控制漫反射板23在漫反射光折暗室20内的转动，从而控制漫反射板23平面与出光口22平面的开合角度，进而控制进入漫反射光折暗室20的积分球10光源出光强度，之后经漫反发射板23反射给被测传感器30进行测试，进而模拟在轨中的实际情况，在不改变实验室积分球10实际工作的情况下得到模拟在轨环境遥感器的相关系数。

参见图1-6所示；

所述漫反射板23的正面朝向出光口22设置，漫反射板23的背面中部安装有支撑钢板25，所述支撑钢板25的背面中部与传动轴26的一端转动连接，所述传动轴26上安装有平行轴齿轮减速电机27，所述传动轴26的另一端伸出漫反射光折暗室20，所述平行轴齿轮减速电机27安装于漫反射光折暗室20的侧壁上、且平行轴齿轮减速电机27位于漫反射光折暗室20内。

漫反发射板23的一端安装有固定端传动轴，固定端传动轴的两端与漫反射光折暗室的顶壁和底壁转动连接，并靠近侧壁设置，形成可转动但不可移动无位移转动模式；漫反发射板23的另一端安装有滑动端传动轴，滑动轨道为一凹槽，该滑动端传动轴的两端能够在对应的凹槽内滑动，使得漫反射板23整体把入光口21与漫反射光折暗室20内部形成隔离效果防止漏光。

支撑钢板25的背面中部具有固定钢板连接端231，传动轴26的顶端通过滚珠轴承261与固定钢板连接端231连接，所述固定钢板连接端231包括两个第一连接耳232和一个第二连接耳233，所述第二连接耳231设置于两个第一连接耳232之间，第二连接耳233通过转轴与两个第一连接耳232连接、且第二连接耳233能够绕着转轴转动。固定钢板连接端231通过滚珠轴承261连接传动轴26，使得平行轴齿轮减速电机27带动传动轴26的转动不会带动固定钢板连接端231一起转动。

支撑钢板25可以使平行轴齿轮减速电机27带动传动轴26转动、并施加给漫反射板23的推动力一部分始终与漫反射板23平面垂直，使得漫反射板23在位移过程中始终保持平稳状态。

平行轴齿轮减速电机27控制漫反射板23在滑动轨道24内运动，实现漫反射板23开合角度的控制，从而控制积分球10发出的均匀光的通过量，同时通过漫反射板23传导至被被测传感器30，实现模拟遥感器在轨运行环境下的定标情况。

参见图3-5所示；

所述传动轴26上位于漫反射光折暗室20外部的外侧设置有保护罩260，能够有保护传动轴26不受环境污染，同时能够防止传动轴26与漫反射光折暗室20的连接处漏光。

所述滑动轨道24整体为弧形结构，所述滑动轨道24的两端且远离漫反射光折暗室20的入光口21的一侧分别设置有限位开关201；当漫反射板23分别行进至最大量程与起始位置时，通过触碰到两个限位开关201进行起始与结束区分提示，通过对应限位开关201的信号***可以知道漫反射是否已经复位以及是否已经走的最大量程，并可以有效的保护漫反射板23。

所述漫反射光折暗室20上靠近滑动轨道24两端的两个侧壁上设置有缓冲毛毡202，缓冲毛毡202分别放置在漫反射板23最大量程与最小量程与漫反射光折暗室20交接处，缓冲毛毡202不仅能够起到隔离漫反射板23与漫反射光折暗室20内壁接触带来的磨损问题，还具有防漏光功能；漫反射板23的移动端与缓冲毛毡202接触随着缓冲毛毡202的形变产生密封效果，间隙漏光处进行遮挡。

参见图1-2所示；

所述积分球10的出光端与漫反射光折暗室20的入光口21通过连接通道40连接，所述连接通道40为可伸缩式结构，所述连接通道40的两端分别具有多个安装耳板，安装耳板与对应的连接部件之间通过螺栓连接。

连接通道40负责连接积分球10、透射板50等组件。该连接通道40使用硬性较好的不透光硅胶材料，可以实现软性收缩确保其水平平稳，通过收缩功能控制连接通道40长度，方便对不同型号大小的卫星进行出光口的对接。(由于不同型号的相机测试时距离出光口不完全相同，所以通过可收缩的连接通道40进行调整)，连接通道40可通过锁死密封结构连接积分球10与漫反射光折暗室20。

参见图1-2、7-8所示；

所述连接通道40与漫反射光折暗室20的入光口21之间设置有透射板50，所述连接通道40、积分球10的出光端、透射板50、漫反射光折暗室20的入光口21的轴线相同。通过改变不同透射率的透射板50形成对大气层反射率的模拟，使得实验室的辐射定标可以进行对大气反射率的模拟测试，从而让得到的数据更加能反映真实的工作状态。

参见图1-2所示；

所述漫反射光折暗室20的外壁且靠近出光口22的位置安装有小型光谱仪60，小型光谱仪60实时监测通过漫反射板23反射后的光源的辐亮度信息，用于绝对辐射定标系数的计算。小型光谱仪23探测点按照与出光口22同一平面，使其可以更准确的接收转折后的光源。

所述被测传感器30和漫反射光折暗室20均安装于置物台70上，所述置物台70设置于升降台80上。

本申请的辐射定标方法包括以下步骤：

1、积分球10打开，控制光源亮度能级调节至测试能级(积分球10设定1.2m口径能级1)。

2、被测传感器30设置工况准备采集数据。

3、漫反射板23复位。

4、根据被测传感器30采图频率设定漫反射板23的行进速度。

5、响应度测试：漫反射板23移动的过程中被测传感器30开始采集图像。

6、小型光谱仪60在被测传感器30当次采图过程中同时采集并保存辐亮度信息。

7、采集完成，复位漫反射板23，准备下一个工况的测试。

8、重复性测试：移动漫反射板23，当开合角度使当前谱段图像灰度值达到50％饱时保持该角度，被测传感器30开始多次(21次)上下电成像，保存各谱段半饱和图像数据。

9、温漂测试：移动漫反射板23，当开合角度使当前谱段图像灰度值达到50％饱时保持该角度，被测传感器30上电后连续多次成像一定时间，保存各谱段半饱和图像数据与每次成像时的温度数据。当处于暗场时同样方法保存暗场图像。

10、行时间线性度测试：移动漫反射板23，当开合角度使当前谱段图像灰度值达到50％饱时保持该角度，通过改变行时设置进行图像采集，保存各谱段图像数据。

本申请还可以根据被测传感器30各类特性参数如信噪比，转换增益，光响应线性度与响应度，光响应非均匀性，暗信号非均匀性，满阱容量等测试项目。根据各自测试方法进行被测传感器30的焦面测试。

辐射定标计算方法包括以下步骤：

1、通过采集后图像的每个像素与整图灰度值变化计算相对辐射定标系数。

2、漫反光折式动态实验室辐射定标***中的小型光谱仪保存辐亮度数据与采集图像数据的灰度值计算绝对辐射定标系数。

3、通过相同工况半饱和时多次上下电图像数据的计算平均标准差系数即为重复性系数。

4、通过亮度不变工况一定的情况下连续成像亮场与暗场图像数据和温度数据通过温漂公式计算温漂系数。

5、通过相同工况改变行时间的变化与采集的图像灰度值数据拟合计算行时间线性度系数。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (9)

1.一种模拟在轨环境的漫反光折式动态实验室辐射定标装置，其特征在于，该装置包括：

均光***，所述均光***包括积分球(10)和光源，所述积分球(10)接收光源发出的光线，并对光线进行均匀发射后由出光端发出；

漫反射光折暗室(20)，所述漫反射光折暗室(20)的入光口(21)接收积分球(10)的出光端发出的光线；

所述漫反射光折暗室(20)的内部设置有漫反射板(23)，所述漫反射板(23)上靠近漫反射光折暗室(20)的入光口(21)的一端能够沿着上下对称设置的两个滑动轨道(24)移动，两个所述滑动轨道(24)分别嵌设于漫反射光折暗室(20)的顶壁和底壁内，所述漫反射板(23)的另一端转动的设置于漫反射光折暗室(20)内、且靠近漫反射光折暗室(20)的出光口(22)上远离入光口(21)的一端设置。

2.根据权利要求1所述的一种模拟在轨环境的漫反光折式动态实验室辐射定标装置，其特征在于，所述漫反射板(23)的背面中部安装有支撑钢板(25)，所述支撑钢板(25)的背面与传动轴(26)的一端转动连接，所述传动轴(26)上安装有平行轴齿轮减速电机(27)，所述传动轴(26)的另一端伸出漫反射光折暗室(20)，所述平行轴齿轮减速电机(27)安装于漫反射光折暗室(20)的侧壁上、且平行轴齿轮减速电机(27)位于漫反射光折暗室(20)内。

3.根据权利要求2所述的一种模拟在轨环境的漫反光折式动态实验室辐射定标装置，其特征在于，支撑钢板(25)背面中部具有固定钢板连接端(231)，传动轴(26)的顶端通过滚珠轴承(261)与固定钢板连接端(231)连接，所述固定钢板连接端(231)包括两个第一连接耳(232)和一个第二连接耳(233)，所述第二连接耳(231)设置于两个第一连接耳(232)之间，第二连接耳(233)通过转轴与两个第一连接耳(232)连接、且第二连接耳(233)能够绕着转轴转动。

4.根据权利要求3所述的一种模拟在轨环境的漫反光折式动态实验室辐射定标装置，其特征在于，所述传动轴(26)上位于漫反射光折暗室(20)外部的外侧设置有保护罩(260)。

5.根据权利要求4所述的一种模拟在轨环境的漫反光折式动态实验室辐射定标装置，其特征在于，所述滑动轨道(24)整体为弧形结构，所述滑动轨道(24)的两端且远离漫反射光折暗室(20)的入光口(21)的一侧分别设置有限位开关(201)。

6.根据权利要求1所述的一种模拟在轨环境的漫反光折式动态实验室辐射定标装置，其特征在于，所述漫反射光折暗室(20)上靠近滑动轨道(24)两端的两个侧壁上设置有缓冲毛毡(202)。

7.根据权利要求1所述的一种模拟在轨环境的漫反光折式动态实验室辐射定标装置，其特征在于，所述积分球(10)的出光端与漫反射光折暗室(20)的入光口(21)通过连接通道(40)连接，所述连接通道(40)为可伸缩式结构。

8.根据权利要求7所述的一种模拟在轨环境的漫反光折式动态实验室辐射定标装置，其特征在于，所述连接通道(40)与漫反射光折暗室(20)的入光口(21)之间设置有透射板(50)。

9.根据权利要求1所述的一种模拟在轨环境的漫反光折式动态实验室辐射定标装置，其特征在于，所述漫反射光折暗室(20)的外壁且靠近出光口(22)的位置安装有小型光谱仪(60)。

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