第３５卷，增刊
Ｖｂｌ．３５Ｓ叩ｐｌｅｍ朗ｔ
红外与激光工程
ｌｎ确ｒｅｄ鲫ｄＬａｓ盯Ｅｎｇｉ舱耐ｎｇ
２００６年１０月
０ｃｔ．２００６星模拟器的设计与标定
刘亚平，李娟，张宏
（１．中国航天科工集团三院３０３所北京１０００７４；２．中国航天科工集团二院２５所北京１００８５４）
摘要：在星跟踪器灵敏度标定检测中，通常要求提供无限远的弱小点光源作为模拟星。设计．了『－台．星模拟器，描述了其结构布局，介绍了工作原理，对采用的关键技术和解决途径进行了分析，比较了两种系统调校方法，并给出了结论。
关键词：星模拟器；星跟踪瓠光源标定
中图分类号：Ｐｌｌ文献标识码：Ａ文章编号：１００７．２２７６（２００６）增Ａ．０３３１．０４
ＤｅｓｉｇｎａｎｄｃａＩｉｂｒａｔｉｏｎｏｆｓｔａｒｓｉｍｕｌａｔｏｒ
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（１．Ｎｏ．３３Ｉ瞄虹ｔｌｌｔｃ，Ｔｌｌｃ删柑Ａｃａｄｃｍｙ，ＣＡＳＩＣ，Ｂｃ西ｉｎｇ１０００７４，Ｃｈｉｍ；２．Ｎｏ．２５Ｉｎｓｔｉｔｕｔｃ，ＴｈｃＳｅｃ仰ｄＡ∞ｄ删ｌｙ，ＣＡＳｌＣ，Ｂｅｉｊｉｎｇｌ∞８５４，Ｃｈｉｎａ）
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｔａｒｓｉｍｕｌａｔｏｒ；ｓｔ盯ｔｒａｃｋｅｒ；Ｌｉｇｈｔｓｏｕｒｃｅｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ
０引言
高灵敏度星跟踪器应具有６等星的探测能力，但６等星的照度很低，没有相应的标准测量设备，用常规的方法难以标定。目前国内常在远离城区的深山中，对国际公认的已知星等的恒星进行野外拍摄，并采集有关星等数据带回实验室，再通过技术处理对星模拟器进行调整和校准，用调整校准过的星模拟器对其他星跟踪器进行校准。在这个过程中，主要是在外场采集星等数据时，受自然条件的影响非常大，有时因天气原因，在外场采集数据需要连续等待几十天也不一定能获得理想的满足采集星等数据的天文条件。在这个过程中，
人员耗时和资金的消耗非常大，并且是用研制的型号产品直接采集星等数据，不能用于型号产品的调校过程，这属于用待调校的产品进行自校，由于缺乏有力的量值溯源性旁证，造成数据的准确性和可信性不高。因此必须建立一套低照度的可见光星等级模拟器Ｉｌ’２Ｊ，用于星跟踪器灵敏度的标定。
本文主要解决国内星光模拟器的量值溯源问题，建立一台微光标准光源，用于模拟不同星等的恒星，可以在试验内对可见光星跟踪器的灵敏度进行标定。
收稿日期：２００６－０８．０４
作者简介：刘亚平（１９５４－），男，山东莱州人，高级工程师，主要从事光学测试的研究．
３３２红外与激光工程：光电系统总体技术第３５卷１系统布局与工作原理
光片、微孔光栏、大孔径离轴反射式平行光管、二维精密
转台所组成，如图１所示。被测星跟踪器置放在二维精密
转台上，通过更换不同组的中性衰减片对卤素光源进行衰
减拟达到对不同等级星的模拟，调节二维转台上的星光敏，
７感器，使模拟的星光信号进入星跟踪器，通过已测到的星ｊ
光信号与已知模拟的星等比较，通过计算可得出被测星跟
踪器对目标星的探测能力并达到对被测星跟踪器的检测
与调校。
星模拟器采用卤素灯做光源，主要利用其光谱为连续
光谱，所发出的光温较高的特点，另外卤素灯工作稳定，使用寿命长也是其特点之一。一般卤素灯所需功率较大，
图ｌ星模拟器系统布局示意图
Ｆｉｇ．１Ｓｃｈ锄ａｔｉｃｌａｙｏｕｔｏｆｓｔａｒｓｉｎｌｕｌａｔｏｒ
所以在卤素灯工作时将产生大量的热，若不能有效将卤素灯产生的热量散发出去，将会使卤素灯的温度上升，这样会使卤素灯发射的光谱向紫外方向偏移，也会使发射出的光功率不稳定。由于该套系统要处于暗室中工作，作为卤素灯光源不能有任何不需要的光漏出，这对卤素灯的降温就造成了一定困难，根据我们以往的经验，要研制出一个特殊的卤素灯灯室，由两层结构，内部一层为灯室，四周贴满铝制散热片，外一层为排风道。为了遮光，风道设计成迷宫式，经过多次的挡光可以将泄漏出的光全部吸收掉。为了增加风冷能力，将采用一边用风扇向灯室内吹风，另一边用风扇从灯室内向外抽风的方式。为了保证卤素灯工作稳定，对卤素灯的工作电源将采用稳压稳流源供电，有了以上保证措施，
可使卤素灯工作时发射出光谱不会偏移也不会使出射光强度发生变化。
池炳文积分球入射窗口直接密封对接在卤素灯灯室的出射窗口上。采用积分球主要利用它的内壁多次漫反射的工作原理，将由卤素灯发射出的光通过积分球变成漫射的柔和光。
在积分球出射窗口上加上一组中性衰减片组，由这组中性衰减片可以将积分球的出射光的亮度进行。该中性衰减片将通过中国计量科学院标定，得出每块衰减片的衰减标定值，用照度计将积分球出射窗口发射出的光进行测量，然后再加上中性衰减片组再进行测量，将前后两次测量的数据进行比较计算，便可验证该中性衰减片组在可见光范围内的衰减值的准确性，通过标定后的衰减片在本系统中的使用是准确的、可靠的。
带通滤光片主要用于模拟不同恒星发射出的光谱。所有带通滤光片将安放在～个步进电机驱动的转轮上，类似于红外靶标轮，通过一个控制器进行控制，通过控制器上的按键就可以方便选择所需的通光波段。
１５个星等级中性衰减片也全部安放在另一个转轮上，与带通滤光片类似，也可通过按键选择所需模拟的单星星等级辐照度。
这１５个中性衰减片分别对应着１５个星等级，其数据基础是在中性衰减片组已将积分球的出射光衰减到（一１．Ｏ）”等星。（在微孔光栏出射口处测试）～
微孔光栏主要目的是形成目标星的物像。
大孔径离轴反射式平行光管是用来形成无穷远的目标星的光学特征，目标星（微孔光栏）处于其焦平面上通过反射镜形成平行光实现无穷远处星目标光学特征，从而达到一个真实无穷远处目标星的光学特征。
二维精密转台是用来调节被测星跟踪器在检测过程中的空间位置，使其准确无误地调节在光轴上，以保证星光敏感器的光学成像的质量。
增刊刘亚平等：星模拟嚣的设计与标定３３３
在整体布局上将采用光机电一体化设计，将所有的控制设备与仪器均安装在一个统一的操作平台上，这给实际操作者带来方便，金属封闭机箱可减少空间的电磁干扰。
２关键技术
本系统采用一组固定的中性衰减片，将光源发出的光直接精确衰减到（一１．Ｏ）”等星所对应的辐照度，然后再用步进电机驱动装有１５个中性衰减片的一个圆盘，该衰减片组可以将（一１．Ｏ）”等星的辐照度分别衰减到１５个不同等星所对应的辐照度。
Ｌｏ够ｌ／Ｅ２２一Ｏ．４（朋ｌ州２）（．１）式中：Ｅ１和岛为接收谱带内的辐射照度；所ｌ和所２表示不同的星等。。
Ｅｌ，易＝１００’４（Ⅲ２－历Ｉ）（２）由公式（２）可以计算出１５个中性衰减片相互之间的衰减关系。
取：卅２一所ｌ＝Ｏ．５，则蜀／易＝１００·２＝１．５８，该衰减片的透过率Ｆ（设ＥＩ＝１），Ｆ＝１／１．５８＝Ｏ．６３２＝６３．２％。
通过以上的数学公式的推算可得出，这１５个衰减片的有关数值与它们之间的关系，如表ｌ所示。
取：肌ｌ＝一１
表ｌ各组衰减片的透过率
１＇ａｂ．１Ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅ靠ｌｔｅ腭
等级差ｍ２等级差ｍ２
序号星等级ｍ２，Ｉ，厶透过率％序号星等级Ⅲ２，Ｉ，，２透过率％
一卅ｌ一胛ｌ
１．１．ＯＯ．０１．００ｌｏｏ９３．Ｏ４．Ｏ３９．８２．５ｌ
２－ｏ．５Ｏ．５１．５８６３．２１０３．５４．５６３．１１．６６
３Ｏ．Ｏ１．Ｏ２．５ｌ３９．８ｌｌ４．Ｏ５．Ｏ１００１．∞
４０．Ｓ１．５３．９８２５．１１２４．５５．５１５８０．６３２
５１．Ｏ２．０６．３ｌ１６．６１３５．Ｏ６．Ｏ２５ｌＯ．３９８
三星掌上电脑６１，５２．５ｌＯ．ＯｌＯ．０１４５．５６．５３９８Ｏ．２５１
７２．Ｏ３．０１５．８６．３２１５６．Ｏ７６３１Ｏ．１６６
８２．５３．５２５．１３．９８
３系统调校
目前，国内无星光测量标准，这就给系统的最后标定带来很大的困难，目前有两种间接比较的方法可以用于系统目标与背景目标等的确定。
３．１采用已知星等对比方法
ｃＣＤ相机是目前天文观测中的主要仪器，已经取代了传统底片，可以获得良好的图像，获得可靠的天体亮度，选择一台高分辨率、高量子效应且动态范围为１４位的ＣＣＤ相机，进行天文观测。将ＣＣＤ相机加上一个视场角很小的望远镜，在一个晴朗无月光的晚上，地点一定要远离城市，最好在深山区的山峰上，无任何杂散光的干扰，对己知的恒星进行拍照。这些恒星的星等是国际公认并有数据可查，通过照相便可得出该恒
３３４红外与激光工程：光电系统总体技术第３５卷
星在相机上的信号值，将所有有关数据全部记录下来，如曝光时问、光阑的大小、响应曲线等。用同一相机在同等条件下在暗室中对该系统模拟的目标星照相，调节衰减装置的衰减量，当相机上响应信号与某个恒星的记录信号完全相同时，就可认为这时模拟的星等与已知的恒星的星等完全一致。
３．２采用微光照度计测量、数学推算的方法
国际上规定零等星的照度为：
岛＝２．６５×１０。６ｌｘ（４）星等的数值越大，照度越弱，一颗所等星和一颗”等星的照度的关系满足公式（１）。根据零等星的照度值可推算出其他星等的照度值。
（一１）”等星对应的照度值Ｅｌ为：
Ｅｌ＝６．６５×１０１）（（５）（６）”等星对应的照度值尾为：
尾＝１．０５×１０。８ｌＸ（６）用一台已标定好的微光照度计直接对着平行光管的出射口，这时可以测出平行光管出光口的照度，能够判断出此时的照度对应的星等，调整衰减装置的衰减量使平行光管的出光口的照度为（一１）”等星，（一１）”等星以下的星等可通过标定好的衰减装置来实现不同的星等。
一号
采用这个方法主要依据所使用的衰减装置的衰减量值不受光强度的变化而变化，另外认为平行光管出光口发射的光是平行光，只有在这两个基本条件保证的基础上，才能通过测试与计算，推导出星等的亮度。
４结论
为了实现实验室内可见光星跟踪器特性的调校与检测，本文设计了一台星模拟器，使用经过标定的透过率已知的衰减装置将卤素灯发出的光衰减到所需的照度，并利用大孔径离轴反射式平行光管实现了不同星等的模拟。
参考文献：
宽霖法师Ｉｌ】张文明．星敏感器单星模拟光源系统【Ｊ】．光电工程，１９９８，２５（增刊）：７４－７８．
【２】邢飞．微型星敏感器实验室测试系统研究【Ｊ】．光学技术，２００４，３０（６）：７０３．７０５．
星模拟器的设计与标定
作者：刘亚平， 李娟， 张宏， LIU Ya-ping， LI Juan， ZHANG Hong
作者单位：刘亚平,LIU Ya-ping(中国航天科工集团，三院303所，北京,100074)， 李娟，张宏,LI
Juan,ZHANG Hong(中国航天科工集团，二院25所，北京,100854)
刊名：
罗兰巴尔特红外与激光工程
英文刊名：INFRARED AND LASER ENGINEERING
年，卷(期)：2006，35(z1)
引用次数：1次
1.张文明星敏感器单星模拟光源系统 1998(zk)
2.邢飞.武延鹏.董瑛.尤政微型星敏感器实验室测试系统研究[期刊论文]-光学技术 2004(6)
1.会议论文刘亚平.李娟.张宏星模拟器的设计与标定2006
在星跟踪器灵敏度标定检测中，通常要求提供无限远的弱小点光源作为模拟星.设计了一台星模拟器，沈涛
描述了其结构布局，介绍了工作原理，对采用的关键技术和解决途径进行了分析，比较了两种系统调校方法，并给出了结论.
1.魏新国.张广军.樊巧云.江洁利用仿真星图的星敏感器地面功能测试方法[期刊论文]-红外与激光工程 2008(6)
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