弱光探測儀及其標校系統的製作方法

2023-06-06 14:04:41

專利名稱：弱光探測儀及其標校系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及光學探測領域，尤其涉及一種弱光探測儀及其標校系統。
背景技術：
隨著航天技術的發展，在環繞地球的空間中出現了越來越多的各種用途的空間目 標衛星，運動在各種各樣的軌道上。空間人造衛星也越來越多，為了實現對空間目標的有效 監管與識別，需要對空間目標的亮度、運動軌道、幾何特徵等目標特性等進行測量。夜空中繁星滿布，有明亮的也有暗淡的。為了方便形容他們的光度，天文學家創立 了星等用來表示星體光度。人們為了劃分星星的明暗程度，天文學家經過深入研究制定了 一種標準星等系統給出了夜空中每顆星的標準星等值。衛星星等是表示該衛星星體亮度的相對度量，它是衛星的一項重要參數，是必須 考核的技術指標，對其進行精確測量不管是在天文、航空、航天、航海還是在現代戰爭等方 面都具有極其重要的意義。星等的測量即為光度測量，光度測量是指測量來自有限波段範圍內的輻射流，傳 統標校手段主要採用光度計法，參見圖1，具體方法和結構如下在星模擬器上安裝星點，以模擬無窮遠星點目標，調整星模擬器光源亮度及中性 濾光片數量，同時用光電照度計監視星模擬器出射的光束照度，當光電照度計輸出照度值 達到所模擬的等星照度值時，保持其它條件不變，去掉光電照度計，用相機對準星模擬器模 擬的星點目標進行拍攝，最後對拍攝圖像進行分析處理得出相機的探測能力。隨著現代戰爭的發展，空間將是未來戰爭中新的戰爭疆域和制高點，發展天基空 間目標監視技術是增強我國空間威懾力量，是保障我軍在未來天地一體化戰爭、特別是空 間攻防與對抗中佔據優勢地位的關鍵。因此對天基空間目標監視相機的探測能力也相應提 出了更高的要求，探測能力高達+14mv等星，照度相對於6.7Χ10_"1Χ。儘管採用光電照度 計法可對相機探測能力進行標校，但與此同時，該方法存在一個明顯的缺點經調研目前國 內市場上研製的光電照度計最低探測能力只能達到10_91χ，其照度相當於目視+8mv等星的 照度值。採用傳統的光電照度計法不能滿足對星模擬器模擬的+14mv等星甚至更高星等的 光照度定量標校，因此不能明確給出星模擬器模擬的星等值，也就不能明確給出相機的探 測能力。目前國內對如此低照度的探測以及標定還是一片空白，必須探索新的測試標校方 法。

發明內容
為了解決背景技術中存在的上述技術問題，本發明提供了一種探測能力強、系統 穩定、結構簡單的弱光探測儀及其標校系統。本發明的技術解決方案是本發明提供了一種弱光探測儀，其特殊之處在於所 述弱光探測儀包括天文望遠鏡以及與其電性相連的CCD探測器。上述CXD探測器是高量子效率以及暗噪聲小的CXD探測器。
上述CXD探測器是暗噪聲不高於0. 008e-/p/sec、動態範圍不低於8位、量子效率 不小於90%、解析度不低於1024X 1024的CXD探測器。上述天文望遠鏡是口徑不小於300mm、角解析度不低於0. 38"以及可探測極限星 等不低於+14. 2mv的天文望遠鏡。一種基於弱光探測儀的弱光探測標校系統，其特殊之處在於所述弱光探測標校 系統包括光源、星模擬裝置以及弱光探測儀；所述光源、星模擬裝置以及弱光探測儀依次置 於同一光路上。上述衰減片置於光源和星模擬裝置之間。上述星模擬裝置是星模擬器或平行光管。上述弱光探測標校系統還包括用於調整被測相機入瞳位置的調整架。上述光源是點光源或普通性一般光源。本發明的優點是1、探測能力強。本發明利用天文望遠鏡的高探測能力而進行設計，所開發的弱光 探測儀以及標校系統，因不同參數的天文望遠鏡其探測能力不同，一般可以達到十幾等星 甚至更高，可以很好的解決弱光探測以及標定的問題。2、系統穩定。本發明將天文望遠鏡替換現有技術中的光電照度計而形成的標校系 統，由於天文望遠鏡其內部結構的穩定，加之與星模擬器的相互配合，可以更好的對弱光進 行標校，相對於光電照度計的標校系統而言，其系統穩定。3、結構簡單。本發明就是將原有的光電照度計用天文望遠鏡和CXD所代替，結構 相當簡單，而且使用尤其方便。


圖1為現有技術中標校系統結構示意圖；圖2為本發明所提供的弱光探測儀結構示意圖；圖3為本發明所提供的弱光探測儀標校系統結構示意圖。
具體實施例方式參見圖2，本發明提供了一種弱光探測儀，該弱光探測儀包括天文望遠鏡1以及與 其電性相連的CCD探測器2。該CCD探測器2是暗噪聲不高於0. 008e-/p/sec、動態範圍不 低於8位、量子效率不小於90%、解析度不低於1024x1024的CXD探測器，其可以採用深度 熱電空氣製冷，並且無需液體輔助，製冷溫度可以達到-70°C的高量子效率、暗噪聲要小的 C⑶探測器。天文望遠鏡1是口徑不小於300mm、角解析度不低於0.38"、可探測極限星等 不低於+14. 2mv的天文望遠鏡。當然口徑越大所能探測的星等就越高，50mm 口徑的天文望 遠鏡可探測極限星等+10. 3mv, 500mm 口徑的天文望遠鏡可探測極限星等+15. 3mv，只要能 滿足探測要求的天文望遠鏡都可以來實現本發明目標。本發明在提供弱光探測儀的同時，還提供了一種基於弱光探測儀而製成的弱光探 測標校系統，該弱光探測標校系統包括光源5、衰減片4、星模擬裝置3，該星模擬裝置可以 是星模擬器或平行光管等類似儀器，只要能實現模擬星光的目的即可，除此之外，該弱光探 測標校系統還包括弱光探測儀；光源5、星模擬裝置3以及弱光探測儀依次置於同一光路上，弱光探測儀中的CCD探測器2和控制計算機7相連，以便分析計算得出精確的星等參 數。衰減片4置於光源5和星模擬裝置3之間。同時，該弱光探測標校系統還包括調整架 6，被測相機置於調整架6上，該調整架6用於調整被測相機的入瞳位置。調整架用於調整 被測相機位置，保證相機與星模擬器同軸。由於弱光探測儀(由望遠鏡、CCD、望遠鏡支架組 成)中有望遠鏡支架，使用它可以完成對望遠鏡安裝位置的調整。光源5可以是點光源或普通性的一般光源都可以實現本發明目的。本發明在工作時首先在天文望遠鏡1上配裝高靈敏度、低噪聲、製冷型星敏CXD探測器2，構成弱光 探測儀；其次，對該弱光探測儀進行定標夜空中繁星滿布，有明亮的也有暗淡的。為了方 便形容他們的光度，天文學家創立了星等用來表示星體光度。人們為了劃分星星的明暗程 度，天文學家經過深入研究制定了一種標準星等系統給出了夜空中每顆星的標準星等值， 則利用每顆星的標準星等值對此探測系統進行標校。用天文望遠鏡對夜晚中星體進行拍 攝，對拍攝圖形進行閾值壓制背景噪聲處理，得出星體在CCD探測器2上成像的灰度值與 星體星等之間的關係並建立相應的星體資料庫對應表，也就是建立一個標準曲線，也就是 以星等量級為縱坐標和星體在CXD探測器2上成像的灰度值為橫縱坐標，建立一個對應關 系表或者標準曲線，以後可以根據星體在CCD探測器2上成像的灰度值而反查出該星等量 級；最後，將已經定標的弱光探測儀與星模擬裝置3和光源5組合，形成新一代的弱光 探測標定系統，當光源通過衰減片4後，通過星模擬裝置形成模擬星光，利用定標之後的弱 光探測儀對星模擬器模擬的星光進行探測，然後通過CCD探測器2輸出給控制計算機7，控 制計算機7通過在前面所建立的標準曲線的兩個坐標就可以精確給出星模擬器模擬的星
等量級。此時，去掉探測系統改用被測相機對模擬光束進行探測，就可以反算出相機的探 測能力。
權利要求
一種弱光探測儀，其特徵在於所述弱光探測儀包括天文望遠鏡以及與其電性相連的CCD探測器。
2.根據權利要求1所述的弱光探測儀，其特徵在於所述CCD探測器是高量子效率以 及暗噪聲小的CCD探測器。
3.根據權利要求2所述的弱光探測儀，其特徵在於所述CCD探測器是暗噪聲不高於 0. 008e-/p/sec、動態範圍不低於8位、量子效率不小於90%、解析度不低於1024X 1024的 CXD探測器。
4.根據權利要求1或2或3所述的弱光探測儀，其特徵在於所述天文望遠鏡是口徑 不小於300mm、角解析度不低於0. 38"以及可探測極限星等不低於+14. 2mv的天文望遠鏡。
5.一種基於權利要求1所述的弱光探測儀的弱光探測標校系統，其特徵在於所述弱 光探測標校系統包括光源、星模擬裝置以及弱光探測儀；所述光源、星模擬裝置以及弱光探 測儀依次置於同一光路上。
6.根據權利要求5所述的弱光探測標校系統，其特徵在於所述弱光探測標校系統還 包括衰減片，所述衰減片置於光源和星模擬裝置之間。
7.根據權利要求5或6所述的弱光探測標校系統，其特徵在於所述星模擬裝置是星 模擬器或平行光管。
8.根據權利要求7所述的弱光探測標校系統，其特徵在於所述弱光探測標校系統還 包括用於調整被測相機入瞳位置的調整架。
9.根據權利要求7所述的弱光探測標校系統，其特徵在於所述光源是點光源或普通 性的一般光源。
全文摘要
本發明涉及一種弱光探測儀及其標校系統，該弱光探測儀包括天文望遠鏡以及與其電性相連的CCD探測器，本發明提供了一種探測能力強、系統穩定、結構簡單的弱光探測儀及其標校系統。
文檔編號G01J1/02GK101936772SQ20091002312
公開日2011年1月5日 申請日期2009年6月30日 優先權日2009年6月30日
發明者張周鋒, 潘亮, 袁稥蘭, 賽建剛, 趙建科 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所