大口徑空間天文望遠(yuǎn)鏡光學(xué)成像質(zhì)量地面評價(jià)方法

ICS17.180.99

CCSV04

中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)

GB/TXXXXX—XXXX

`

大口徑空間天文望遠(yuǎn)鏡光學(xué)成像質(zhì)量

地面評價(jià)方法

Ground-basedevaluationmethodforopticalimagingqualityofLarge-aperture

spaceastronomicaltelescope

(點(diǎn)擊此處添加與國際標(biāo)準(zhǔn)一致性程度的標(biāo)識)

（征求意見稿）

（本草案完成時(shí)間：2023-05-10）

在提交反饋意見時(shí)，請將您知道的相關(guān)專利連同支持性文件一并附上。

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實(shí)施

GB/TXXXXX—XXXX

目次

前言..........................................................................III

1范圍................................................................................1

2規(guī)范性引用文件......................................................................1

3術(shù)語和定義..........................................................................1

4評價(jià)目的............................................................................2

5評價(jià)參數(shù)............................................................................2

6評價(jià)條件............................................................................2

環(huán)境............................................................................2

設(shè)備............................................................................2

7能量集中度、調(diào)制傳遞函數(shù)和點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)橢率測試........................................3

原理............................................................................3

系統(tǒng)組成........................................................................3

測試步驟........................................................................4

數(shù)據(jù)處理........................................................................4

8點(diǎn)源透過率測試......................................................................7

原理............................................................................7

系統(tǒng)組成........................................................................7

測試步驟........................................................................7

數(shù)據(jù)處理........................................................................8

9角分辨率測試........................................................................8

原理............................................................................8

系統(tǒng)組成........................................................................8

測試步驟........................................................................9

數(shù)據(jù)處理........................................................................9

10畸變測試...........................................................................9

原理...........................................................................9

系統(tǒng)組成.......................................................................9

測試步驟......................................................................10

數(shù)據(jù)處理......................................................................11

11動(dòng)態(tài)角分辨率測試..................................................................13

原理..........................................................................13

系統(tǒng)組成......................................................................13

測試步驟......................................................................13

數(shù)據(jù)處理......................................................................14

12響應(yīng)非線性度測試..................................................................14

I

GB/TXXXXX—XXXX

原理..........................................................................14

系統(tǒng)組成......................................................................14

測試步驟......................................................................14

數(shù)據(jù)處理......................................................................15

13信噪比測試........................................................................15

原理..........................................................................15

系統(tǒng)組成......................................................................15

測試步驟......................................................................16

數(shù)據(jù)處理......................................................................16

14動(dòng)態(tài)范圍測試......................................................................16

原理..........................................................................16

系統(tǒng)組成......................................................................16

測試步驟......................................................................16

數(shù)據(jù)處理......................................................................16

15光譜范圍測試......................................................................17

原理..........................................................................17

系統(tǒng)組成......................................................................17

測試步驟......................................................................17

數(shù)據(jù)處理......................................................................18

16綜合評價(jià)..........................................................................18

參數(shù)評價(jià)......................................................................18

成像質(zhì)量評價(jià)..................................................................18

附錄A（資料性）分辨率板.......................................................20

附錄B（資料性）評價(jià)參數(shù)的參考值...............................................21

II

GB/TXXXXX—XXXX

大口徑空間天文望遠(yuǎn)鏡光學(xué)成像質(zhì)量

地面評價(jià)方法

1范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了大口徑空間天文望遠(yuǎn)鏡（簡稱望遠(yuǎn)鏡）光學(xué)成像質(zhì)量地面評價(jià)的參數(shù)、條件、參數(shù)測

試方法和綜合評價(jià)等。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于可見近紅外譜段望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭（未集成探測器的技術(shù)狀態(tài)）和望遠(yuǎn)鏡（集成探測器

的技術(shù)狀態(tài)）光學(xué)成像質(zhì)量的地面評價(jià)，其他望遠(yuǎn)鏡光學(xué)成像質(zhì)量的地面評價(jià)可參考使用。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T13962光學(xué)儀器術(shù)語

GB/T30111星敏感器通用規(guī)范

GB/T30114.3空間科學(xué)及其應(yīng)用術(shù)語第3部分：空間天文

GB/T35126天文望遠(yuǎn)鏡術(shù)語

3術(shù)語和定義

GB/T13962、GB/T30111、GB/T30114.3和GB/T35126界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。

點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)橢率ellipticityofpointspreadfunction

定量表征點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)非對稱分布程度的數(shù)學(xué)量。

角分辨率angleresolution

望遠(yuǎn)鏡在物方可分辨的兩個(gè)發(fā)光點(diǎn)的最小角距離。

動(dòng)態(tài)角分辨率dynamicangularresolution

望遠(yuǎn)鏡通過穩(wěn)像功能對動(dòng)態(tài)目標(biāo)凝視成像時(shí)測得的角分辨率。

響應(yīng)非線性度responsenonlinearity

望遠(yuǎn)鏡輸出信號與入射輻射量之間定量關(guān)系的非線性程度。

動(dòng)態(tài)范圍dynamicrange

望遠(yuǎn)鏡允許的入射輻射量最小值和最大值所覆蓋的范圍，其中入射輻射量最小值由望遠(yuǎn)鏡允許的

最低信噪比決定，入射輻射量最大值由望遠(yuǎn)鏡輸出飽和狀態(tài)決定。

1

GB/TXXXXX—XXXX

光譜范圍spectralrange

望遠(yuǎn)鏡起始波長和終止波長所覆蓋的范圍，其中起始波長和終止波長是指相對光譜響應(yīng)曲線中在

峰值波長兩側(cè)相對光譜響應(yīng)度為5%的對應(yīng)波長。

4評價(jià)目的

根據(jù)規(guī)定參數(shù)的實(shí)驗(yàn)室測試結(jié)果，評價(jià)望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)成像質(zhì)量，為望遠(yuǎn)鏡不同研制階段的過程質(zhì)量

控制和驗(yàn)收等提供依據(jù)。

5評價(jià)參數(shù)

望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭成像質(zhì)量地面評價(jià)的參數(shù)包括：

a)能量集中度；

b)調(diào)制傳遞函數(shù)；

c)點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)橢率；

d)點(diǎn)源透過率；

e)角分辨率；

f)畸變。

望遠(yuǎn)鏡光學(xué)成像質(zhì)量地面評價(jià)的參數(shù)包括：

a)角分辨率；

b)動(dòng)態(tài)角分辨率；

c)畸變；

d)光譜范圍；

e)響應(yīng)非線性度；

f)信噪比；

g)動(dòng)態(tài)范圍。

6評價(jià)條件

環(huán)境

除特殊要求外，環(huán)境條件一般如下：

a)溫度：20℃±1℃；

b)相對濕度：40%RH～60%RH；

c)空氣潔凈度：10萬級；

d)暗室：測試時(shí)屏蔽測試光源之外的其他照明光源；

e)振動(dòng)：無影響測量光路穩(wěn)定的機(jī)械振動(dòng)；

f)防靜電：防靜電工作區(qū)符合GB/T50611的相關(guān)規(guī)定，參試人員穿著防靜電服和防靜電鞋，操

作人員佩帶防靜電腕帶。

設(shè)備

2

GB/TXXXXX—XXXX

設(shè)備要求一般如下：

a)所有測試設(shè)備檢定合格且在有效期內(nèi)；

b)聚光光源和面光源：輸出光譜范圍覆蓋望遠(yuǎn)鏡的工作譜段，并且具有良好的穩(wěn)定性；

c)星點(diǎn)：允許的最大星點(diǎn)直徑滿足公式(1)要求；

0.61

df=……………(1)

maxcD

式中：

dmax——星點(diǎn)直徑，mm；

——聚光光源波長（白光照明時(shí)取平均波長），mm；

D——望遠(yuǎn)鏡入瞳直徑，mm；

fc——平行光管焦距，mm。

d)分辨率板：分辨率板由若干組中心距不同的星點(diǎn)對圖案組成，星點(diǎn)允許的最大星點(diǎn)直徑滿足公

式(1)要求，星點(diǎn)直徑的一致性偏差小于0.001mm，星點(diǎn)對中心距的加工誤差小于0.001mm，具

體參見附錄A；

e)平行光管：焦距大于望遠(yuǎn)鏡焦距的2倍，通光口徑大于望遠(yuǎn)鏡的通光口徑，成像質(zhì)量不影響測

試結(jié)果；

f)分劃板：刻線間距經(jīng)過精密標(biāo)定，標(biāo)定精度通常應(yīng)優(yōu)于2um；

g)顯微成像系統(tǒng)：數(shù)值孔徑大于望遠(yuǎn)鏡的像方孔徑角，放大倍率應(yīng)保證能辨別星點(diǎn)衍射像的第一、

第二衍射亮環(huán)，成像質(zhì)量不影響測試結(jié)果；

h)顯微鏡：具有十字分劃線用于瞄準(zhǔn)網(wǎng)格板刻線，放大倍率應(yīng)保證網(wǎng)格板刻線在顯微鏡像面處的

線寬大于顯微鏡十字分劃線的線寬5倍以上，成像質(zhì)量不影響測試結(jié)果；

i)動(dòng)態(tài)星模擬器：提供具有特定運(yùn)動(dòng)頻率和幅值的星點(diǎn)對圖案，星點(diǎn)對圖案的具體要求參見附錄

A；

j)光電探測器：在所使用的測量范圍內(nèi)，光電探測器保持線性響應(yīng)，符合點(diǎn)源透射比測試所要求

的準(zhǔn)確度，且在點(diǎn)源透射比測試的整個(gè)周期內(nèi)，光電探測器靈敏度的變化小于2%；

k)雙圓柱罐和光陷阱：對背景光輻射噪聲的抑制性能滿足測試要求；

l)多維調(diào)整臺(tái)：維度、行程、分辨率和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等滿足測試要求；

m)轉(zhuǎn)臺(tái)：測角精度優(yōu)于0.5″。

7能量集中度、調(diào)制傳遞函數(shù)和點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)橢率測試

原理

根據(jù)星點(diǎn)在望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭像面所形成的衍射像光強(qiáng)分布（即點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)），計(jì)算望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭

的能量集中度、調(diào)制傳遞函數(shù)和點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)橢率。

系統(tǒng)組成

地面測試系統(tǒng)由聚光光源、星點(diǎn)、平行光管、多維調(diào)整臺(tái)和轉(zhuǎn)臺(tái)、顯微成像系統(tǒng)和望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭

等組成，如圖1所示。其中，聚光光源、星點(diǎn)和平行光管用于模擬無窮遠(yuǎn)的星點(diǎn)目標(biāo)；多維調(diào)整臺(tái)和轉(zhuǎn)

臺(tái)用于測試光路的對準(zhǔn)和測試視場的切換；顯微成像系統(tǒng)用于望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭像面處星點(diǎn)像的放大觀

察與圖像采集。

3

GB/TXXXXX—XXXX

123456

1—聚光光源；2—星點(diǎn)；3—平行光管；

4—望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭；5—多維調(diào)整臺(tái)和轉(zhuǎn)臺(tái)；6—顯微成像系統(tǒng)

圖1望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭能量集中度、調(diào)制傳遞函數(shù)和點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)橢率測試系統(tǒng)組成

測試步驟

測試步驟如下：

a)將望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭固定在多維調(diào)整臺(tái)和轉(zhuǎn)臺(tái)上，調(diào)整望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭光軸與平行光管光軸平

行，望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭口徑位于平行光管口徑之內(nèi)；

b)通過聚光光源照明平行光管焦面處的星點(diǎn)，顯微成像系統(tǒng)采集望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭中心視場的星

點(diǎn)圖像；

c)關(guān)閉聚光光源，顯微成像系統(tǒng)采集多幅暗場圖像，采集暗場圖像的曝光時(shí)間與采集星點(diǎn)圖像的

曝光時(shí)間相同；

d)打開聚光光源，調(diào)整望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭與平行光管的相對角度關(guān)系，顯微成像系統(tǒng)采集±0.3視

場、±0.7視場和±1視場等不同視場區(qū)域的星點(diǎn)圖像；

e)計(jì)算望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭不同視場區(qū)域的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)。

數(shù)據(jù)處理

7.4.1點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)

點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的數(shù)據(jù)處理方法如下：

a)以星點(diǎn)彌散斑灰度最大值為中心選取采樣區(qū)域，采樣區(qū)域涵蓋星點(diǎn)圖像的全部能量；

b)以采樣區(qū)域內(nèi)多幅暗場圖像的灰度平均值作為圖像暗背景噪聲；

c)對采樣區(qū)域內(nèi)的星點(diǎn)圖像降噪處理，即星點(diǎn)圖像的灰度值減去暗背景噪聲；

d)根據(jù)公式(2)和公式(3)計(jì)算顯微成像系統(tǒng)像面內(nèi)星點(diǎn)彌散斑中心位置坐標(biāo)；

M

'''

(xig(xi,yi))

'

'xi=1()

x0=MN………2

''

g(xii,y)

''

xyii==11

4

GB/TXXXXX—XXXX

N

'''

((,))ygxyiii

'

'yi=1.()

y0=MN……3

''

gxy(,)ii

''

xyii==11

式中：

''

x0,y0——顯微成像系統(tǒng)像面采樣區(qū)域內(nèi)星點(diǎn)彌散斑中心位置坐標(biāo)，mm；

''

xi,yi——顯微成像系統(tǒng)像面采樣區(qū)域內(nèi)各像元中心位置坐標(biāo)，mm；

''''

gx(,y)ii——顯微成像系統(tǒng)像面采樣區(qū)域(,xy)ii處的圖像灰度值；

'

M,N——顯微成像系統(tǒng)像面采樣區(qū)域內(nèi)xi和方向的像元數(shù)。

e)擬合望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭像面位置坐標(biāo)與圖像灰度之間的函數(shù)關(guān)系，擬合函數(shù)通常選用高斯型，見

公式(4)、公式(5)和公式(6)；

xy22

g(,)Gexp-xy=+ii…………(4)

ii2222

xy

xx''?

x=i0…………(5)

i

yy''?

y=i0…………(6)

i

式中：

gxy(,)ii——望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭像面內(nèi)(,xy)ii處的圖像灰度值；

xi,yi——望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭像面內(nèi)位置坐標(biāo)，mm；

G——高斯擬合系數(shù)；

x,y——高斯分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差；

——顯微成像系統(tǒng)放大率。

f)將望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭像面位置坐標(biāo)與圖像灰度之間的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行能量歸一化處理，得到望遠(yuǎn)

鏡光學(xué)鏡頭的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，見公式(7)。

g(x,y)

ii()

PSF(xyii,)=……………7

g(xi,yi)dxidyi

??

式中：

PSF(,)xyii——點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)。

7.4.2能量集中度

按照公式(8)計(jì)算能量集中度。

EE=xybbPSF(x,y)dxdy…………….………………(8)

xyaaiiii

5

GB/TXXXXX—XXXX

式中：

EE——能量集中度；

xa,xb,ya,yb——積分區(qū)域上下限，mm。

7.4.3調(diào)制傳遞函數(shù)

按照公式(9)計(jì)算光學(xué)傳遞函數(shù)，然后計(jì)算光學(xué)傳遞函數(shù)的模，即為調(diào)制傳遞函數(shù)，如公式(10)所示。

OTF(,)PSF(,)exp2()uvxyj=?+uxvydxdyiiiiii…(9)

??

MTF(,)OTF(,)uvuv=…….…………(10)

式中：

OTF(uv,)——光學(xué)傳遞函數(shù)；

u,v——頻域中沿x，y方向的空間頻率，lp/mm；

MTF(uv,)——調(diào)制傳遞函數(shù)。

7.4.4點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)橢率

按照公式(11)至公式(14)計(jì)算點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)橢率。

F=PSF(xi,yi)dxidyi

1

x=PSF(xi,yi)xidxidyi……(11)

F

1

y=PSF(x,y)ydxdy

Fiiiii

2

Q=xxxiiiiii,y(xPSF-x()dx)dy

2

Q=xyyiiiiii,y(yPSF-y()dx)dy…………(12)

Q=xxyiiiiiiii,yxPSF-xy(-ydx)(dy)()

Q-xxyyQ

e=1

Q+Q

xxyy……………(13)

2Q

xy

e=2

Q+Qxxyy

22

e=e12+e………………(14)

式中：

F——?dú)w一化能量；

xi,yi——點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)分布的質(zhì)心，mm；

Qxx,Qyy,Qxy——點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)在不同方向的二階矩；

e1,e2——點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)橢率的分量；

6

GB/TXXXXX—XXXX

e——點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)橢率。

8點(diǎn)源透過率測試

原理

根據(jù)望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭軸外視場的星點(diǎn)在其像面和入瞳位置所引起的輻照度分布計(jì)算望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡

頭的點(diǎn)源透射比。

系統(tǒng)組成

地面測試系統(tǒng)由聚光光源、星點(diǎn)、平行光管、擋光屏、光電探測器Ⅰ、光電探測器Ⅱ、多維調(diào)整臺(tái)

和轉(zhuǎn)臺(tái)、雙圓柱罐、光陷阱和望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭等組成，如圖2所示。其中，聚光光源、星點(diǎn)和平行光管

用于模擬望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭視場外的無窮遠(yuǎn)雜散光源；擋光屏用于調(diào)節(jié)平行光管出射光束的口徑；光電探

測器Ⅰ和光電探測器Ⅱ分別用于測量望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭像面位置和入瞳位置的輻照度；多維調(diào)整臺(tái)和轉(zhuǎn)

臺(tái)用于測試光路的對準(zhǔn)和測試視場的切換；雙圓柱罐和光陷阱用于抑制測試環(huán)境內(nèi)的背景光輻射噪聲。

123456789

10

1—測試光源；2—星點(diǎn)；3—平行光管；4—擋光屏；5—雙圓柱罐；6—望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭；

7—多維調(diào)整臺(tái)和轉(zhuǎn)臺(tái)；8—光電探測器Ⅰ；9—光陷阱；10—光電探測器Ⅱ

圖2望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭點(diǎn)源透射比測試系統(tǒng)組成

測試步驟

測試步驟如下：

a)按照圖2所示搭建測試光路，調(diào)整平行光管，使其光軸垂直于雙圓柱罐的入射窗口，且平行光

管口徑中心與雙圓柱罐入射窗口中心大致對齊，將望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭固定在多維調(diào)整臺(tái)和轉(zhuǎn)臺(tái)

上，放置在雙圓柱罐內(nèi)的中間位置，調(diào)整望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭與平行光管的光軸夾角與測試視場角

度一致，望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭口徑位于平行光管口徑之內(nèi)，調(diào)整擋光屏位置和形狀，使平行光管出

射光束剛好充滿望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭口徑。

b)輻照度測量：打開聚光光源，測試望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭像面位置和入瞳位置的輻照度。

7

GB/TXXXXX—XXXX

c)重復(fù)上述測試步驟三次。

數(shù)據(jù)處理

按照公式（15）計(jì)算特定視場角處的點(diǎn)源透射比，以三次測試結(jié)果的平均值作為最終測試結(jié)果。

PST()()/=EEipep……(15)

式中：

PST()——望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭在視場角處的點(diǎn)源透射比；

——視場角，(°)；

2

Eip()——望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭在視場角處像面位置的輻照度，W/m；

2

Eep——望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭入瞳位置的輻照度，W/m。

9角分辨率測試

原理

根據(jù)無窮遠(yuǎn)星點(diǎn)在望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭像面所形成的衍射像光強(qiáng)分布（即點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)），計(jì)算望遠(yuǎn)鏡光

學(xué)鏡頭的角分辨率。

根據(jù)無窮遠(yuǎn)分辨率板在望遠(yuǎn)鏡像面所形成的像，以望遠(yuǎn)鏡恰能分辨的兩個(gè)星點(diǎn)間距和平行光管焦

距計(jì)算望遠(yuǎn)鏡的角分辨率。

系統(tǒng)組成

望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭角分辨率的地面測試系統(tǒng)組成同7.2。

望遠(yuǎn)鏡角分辨率的地面測試系統(tǒng)組成由面光源、分辨率板、平行光管、多維調(diào)整臺(tái)、轉(zhuǎn)臺(tái)和望遠(yuǎn)鏡

等組成，如圖3所示。其中，面光源、分辨率板和平行光管用于模擬無窮遠(yuǎn)的分辨率目標(biāo)；多維調(diào)整臺(tái)

和轉(zhuǎn)臺(tái)用于測試光路的對準(zhǔn)和測試視場的切換。

12345

1—面光源；2—分辨率板；3—平行光管；4—望遠(yuǎn)鏡；5—多維調(diào)整臺(tái)和轉(zhuǎn)臺(tái)

圖3望遠(yuǎn)鏡角分辨率測試系統(tǒng)組成

8

GB/TXXXXX—XXXX

測試步驟

望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭角分辨率的測試步驟同7.3。

望遠(yuǎn)鏡角分辨率的測試步驟如下：

a)按照圖3所示搭建測試光路，調(diào)整望遠(yuǎn)鏡光軸與平行光管光軸平行，望遠(yuǎn)鏡口徑位于平行光管

口徑之內(nèi)；

b)確定望遠(yuǎn)鏡的積分時(shí)間、增益等成像參數(shù)設(shè)置；

c)調(diào)整面光源的輸出輻亮度，使望遠(yuǎn)鏡采集圖像的最大灰度值在處于飽和值的1/2至2/3；

d)望遠(yuǎn)鏡采集中心視場圖像；

e)調(diào)整望遠(yuǎn)鏡與平行光管的相對角度關(guān)系，采集望遠(yuǎn)鏡±0.3視場、±0.7視場和±1視場等不同視

場區(qū)域的分辨率板圖像；

f)識別出望遠(yuǎn)鏡在不同視場恰能分辨的星點(diǎn)對，記錄兩個(gè)星點(diǎn)中心在分辨率板上的線距離。

數(shù)據(jù)處理

按照公式(16)計(jì)算望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭角分辨率。

r

=206265……(16)

F

式中：

——望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭角分辨率，(″)；

r——點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)第一衍射暗環(huán)半徑，mm；

F——望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭焦距，mm。

按照公式(17)計(jì)算望遠(yuǎn)鏡角分辨率。

S

=206265……(17)

fc

式中：

——望遠(yuǎn)鏡角分辨率，(″)；

S——兩個(gè)星點(diǎn)中心在分辨率板上的線距離，mm；

fc——平行光管焦距，mm。

10畸變測試

原理

根據(jù)望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭或望遠(yuǎn)鏡像面處一系列已知像高所對應(yīng)的視場角計(jì)算畸變。

系統(tǒng)組成

望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭畸變的地面測試系統(tǒng)由顯微鏡、平行光管、多維調(diào)整臺(tái)和轉(zhuǎn)臺(tái)、網(wǎng)格板、面光源和

望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭等組成，如圖4所示。其中，顯微鏡用于觀察網(wǎng)格板在平行光管焦面處所成的像，并指

引顯微鏡十字分劃線與網(wǎng)格板刻線像居中對齊；平行光管用于望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭像面位置的標(biāo)定，并對網(wǎng)

格板成像；多維調(diào)整臺(tái)用于測試光路的對準(zhǔn)；轉(zhuǎn)臺(tái)用于測試視場的切換和視場角測量；網(wǎng)格板用于提供

各測點(diǎn)實(shí)際像高數(shù)據(jù)；面光源用于網(wǎng)格板的照明。

9

GB/TXXXXX—XXXX

123456

1—顯微鏡；2—平行光管；3—望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭；4—多維調(diào)整臺(tái)和轉(zhuǎn)臺(tái)；5—網(wǎng)格板；6—面光源

圖4望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭畸變測試系統(tǒng)組成

望遠(yuǎn)鏡畸變的地面測試系統(tǒng)由面光源、星點(diǎn)、平行光管、多維調(diào)整臺(tái)、轉(zhuǎn)臺(tái)和望遠(yuǎn)鏡等組成，如圖

5所示。其中，面光源、星點(diǎn)和平行光管用于模擬無窮遠(yuǎn)的星點(diǎn)目標(biāo)；多維調(diào)整臺(tái)用于測試光路的對準(zhǔn)；

轉(zhuǎn)臺(tái)用于測試視場的切換和視場角測量。

12345

1—面光源；2—星點(diǎn)；3—平行光管；4—望遠(yuǎn)鏡；5—多維調(diào)整臺(tái)和轉(zhuǎn)臺(tái)

圖5望遠(yuǎn)鏡畸變測試系統(tǒng)組成

測試步驟

望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭畸變測試步驟如下：

a)按照圖4所示搭建測試光路，將望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭固定在多維調(diào)整臺(tái)和轉(zhuǎn)臺(tái)上，調(diào)整望遠(yuǎn)鏡光學(xué)

鏡頭的光軸與轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)軸垂直，望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭的入瞳位置與轉(zhuǎn)軸重合，望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭光軸

與平行光管光軸平行，望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭口徑位于平行光管口徑之內(nèi)。

b)利用平行光管標(biāo)定望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭的像面位置，并使網(wǎng)格板刻劃面與望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭像面重

合（重合誤差通常應(yīng)不超過望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭焦深的1/4），網(wǎng)格板刻劃面中心與望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡

頭光軸重合。

c)通過顯微鏡觀察網(wǎng)格板在平行光管焦面處所成的像，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，使顯微鏡的十字分劃線與網(wǎng)格

板上每個(gè)測點(diǎn)的刻線像居中對齊，并記錄各測點(diǎn)所對應(yīng)的方位角和俯仰角。

10

GB/TXXXXX—XXXX

d)重復(fù)上述測試步驟三次。

望遠(yuǎn)鏡畸變測試步驟如下：

a)按照圖5所示搭建測試光路，將望遠(yuǎn)鏡固定在多維調(diào)整臺(tái)和轉(zhuǎn)臺(tái)上，調(diào)整望遠(yuǎn)鏡的光軸與轉(zhuǎn)臺(tái)

的轉(zhuǎn)軸垂直，望遠(yuǎn)鏡的入瞳位置與轉(zhuǎn)軸重合，望遠(yuǎn)鏡光軸與平行光管光軸平行，望遠(yuǎn)鏡口徑位

于平行光管口徑之內(nèi)。

b)望遠(yuǎn)鏡采集星點(diǎn)圖像，測量星點(diǎn)彌散斑質(zhì)心所在的像元坐標(biāo)位置，將該位置確定為測試原點(diǎn)，

此處的測試視場角設(shè)置為(0,0)，像元坐標(biāo)設(shè)置為(0,0)。

c)沿水平方向調(diào)整望遠(yuǎn)鏡與平行光管的相對角度關(guān)系，記錄轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)角，并測量相應(yīng)視場角度下星

點(diǎn)彌散斑質(zhì)心所在的像元坐標(biāo)。

d)調(diào)整望遠(yuǎn)鏡與平行光管的相對角度關(guān)系，重新回到測試原點(diǎn)；

e)沿豎直方向調(diào)整望遠(yuǎn)鏡與平行光管的相對角度關(guān)系，記錄轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)角，并測量相應(yīng)視場角度下星

點(diǎn)彌散斑質(zhì)心所在的像元坐標(biāo)；

f)重復(fù)上述測試步驟三次。

數(shù)據(jù)處理

望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭畸變的數(shù)據(jù)處理方法如下：

a)按照公式(18)、公式(19)和公式(20)計(jì)算望遠(yuǎn)鏡主距，以三次測試結(jié)果的平均值作為最終測試

結(jié)果。

'

(tanhxii00A)

fx=2…………(18)

tanAi0

'

(tanhy00B)jj

fy=2…..……(19)

tanB0j

ffxy+

f=…………….…………………(20)

2

式中：

fx——由俯仰角為0°的各測點(diǎn)計(jì)算得到的望遠(yuǎn)鏡主距，mm；

'

hxi0——俯仰角為0°的各測點(diǎn)的實(shí)際像高，mm；

Ai0——俯仰角為0°的各測點(diǎn)的方位角，(°)；

fy——由方位角為0°的各測點(diǎn)計(jì)算得到的望遠(yuǎn)鏡主距，mm；

'

hy0j——方位角為0°的各測點(diǎn)的實(shí)際像高，mm；

B0j——方位角為0°的各測點(diǎn)的俯仰角，(°)；

f——望遠(yuǎn)鏡的檢定主距，mm。

11

GB/TXXXXX—XXXX

b)按照公式(21)至公式(24)計(jì)算望遠(yuǎn)鏡光學(xué)鏡頭子午方向的絕對畸變和相對畸變，以三次測試

結(jié)果的平均值作為最終測試結(jié)果。

'

xhxfijijij=?tanA…………….………(21)

x

ij………………....………………(22)

qxij=100%

ftanAij

'

yhyfijijijij=?（tanB/cosA)…………….………(23)

y

ij………………....………………(24)

qyij=100%

f(tanBij/cosAij)

式中：

xij——測點(diǎn)(i,j)沿橫坐標(biāo)方向絕對畸變，mm；

'

hxij——測點(diǎn)(i,j)沿橫坐標(biāo)方向?qū)嶋H像高，mm；

Aij——測點(diǎn)(i,j)對應(yīng)的方位角，(°)；

qxij——測點(diǎn)(i,j)沿橫坐標(biāo)方向相對畸變。

yij——測點(diǎn)(i,j)沿縱坐標(biāo)方向絕對畸變，mm；

'

hyij——測點(diǎn)(i,j)沿縱坐標(biāo)方向?qū)嶋H像高，mm；

Bij——測點(diǎn)(i,j)對應(yīng)的俯仰角，(°)；

qyij——測點(diǎn)(i,j)沿縱坐標(biāo)方向相對畸變。

望遠(yuǎn)鏡畸變的數(shù)據(jù)處理方法如下：

a)按照公式(18)～公式(20)計(jì)算望遠(yuǎn)鏡主距，以三次測試結(jié)果的平均值作為最終測試結(jié)果。其

''

中，hxi0和hy0j按照公式(25)和公式(26)計(jì)算。

hxxd''=

iix00……………….………………(25)

hyyd''=

00jjy….……………(26)

式中：

dx——像元沿橫坐標(biāo)方向的尺寸，mm；

dy——像元沿縱坐標(biāo)方向的尺寸，mm；

12

GB/TXXXXX—XXXX

b)按照公式(21)～公式(24)計(jì)算望遠(yuǎn)鏡的絕對畸變和相對畸變，以三次測試結(jié)果的平均值作為

''

最終測試結(jié)果。其中，hxij和hyij按照公式(27)和公式(28)計(jì)算。

hxx''=d

ijijx….…….……(27)

hyy''=d

ijijy……………….……………….……………(28)

式中：

'

hxij——測點(diǎn)(i,j)沿橫坐標(biāo)方向?qū)嶋H像高，mm；

'

hyij——測點(diǎn)(i,j)沿縱坐標(biāo)方向?qū)嶋H像高，mm；

11動(dòng)態(tài)角分辨率測試

原理

望遠(yuǎn)鏡通過穩(wěn)像功能對動(dòng)態(tài)目標(biāo)凝視成像時(shí)，以望遠(yuǎn)鏡恰能分辨的兩個(gè)星點(diǎn)間距和平行光管焦距

計(jì)算望遠(yuǎn)鏡的動(dòng)態(tài)角分辨率。

系統(tǒng)組成

地面測試系統(tǒng)由動(dòng)態(tài)星模擬器、平行光管、平面反射鏡組件、望遠(yuǎn)鏡和多維調(diào)整臺(tái)等組成，如圖6

所示。其中，動(dòng)態(tài)星模擬器1和平行光管1為望遠(yuǎn)鏡成像視場區(qū)域提供無窮遠(yuǎn)動(dòng)態(tài)觀測目標(biāo)；動(dòng)態(tài)星模擬

器2、平行光管2和平面反射鏡組件為相望遠(yuǎn)鏡導(dǎo)星視場區(qū)域提供無窮遠(yuǎn)動(dòng)態(tài)觀測目標(biāo)；工控機(jī)用于控制

兩個(gè)動(dòng)態(tài)星模擬器產(chǎn)生相同的動(dòng)態(tài)星圖，星圖采用附錄A所示的分辨率板圖案；多維調(diào)整臺(tái)用于測試光

路的對準(zhǔn)和測試視場的切換。

8765

1234

1—?jiǎng)討B(tài)星模擬器1；2—平行光管1；3—望遠(yuǎn)鏡；4—多維調(diào)整臺(tái)；

5—平面反射鏡組件；6—平行光管2；7—?jiǎng)討B(tài)星模擬器2；8—工控機(jī)

圖6望遠(yuǎn)鏡動(dòng)態(tài)角分辨率測試系統(tǒng)組成

測試步驟

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GB/TXXXXX—XXXX

測試步驟如下：

a)按照圖6所示搭建測試光路，調(diào)整望遠(yuǎn)鏡光軸和平行光管1光軸平行，望遠(yuǎn)鏡口徑位于平行

光管1口徑之內(nèi)，調(diào)整平行光管2的出射光束經(jīng)平面反射鏡組件后達(dá)到望遠(yuǎn)鏡的導(dǎo)星視場區(qū)

域；

b)工控機(jī)控制兩個(gè)動(dòng)態(tài)星模擬器產(chǎn)生相同的動(dòng)態(tài)星圖；

c)望遠(yuǎn)鏡的導(dǎo)星儀采集平行光管2輸出的動(dòng)態(tài)星圖，解算星圖運(yùn)動(dòng)信息，并將數(shù)據(jù)傳輸給望遠(yuǎn)鏡

的穩(wěn)像控制系統(tǒng)，完成穩(wěn)像閉環(huán)控制；

d)望遠(yuǎn)鏡的成像視場區(qū)域采集平行光管1輸出的動(dòng)態(tài)星圖；

e)識別出望遠(yuǎn)鏡恰能分辨的星點(diǎn)對，記錄兩個(gè)星點(diǎn)中心在分辨率板上的線距離。

數(shù)據(jù)處理

按照公式(17)計(jì)算望遠(yuǎn)鏡角分辨率。

12響應(yīng)非線性度測試

原理

望遠(yuǎn)鏡對充滿入瞳和視場的面光源成像，根據(jù)望遠(yuǎn)鏡輸出信號與入射輻射量之間定量關(guān)系，計(jì)算望

遠(yuǎn)鏡的響應(yīng)非線性度。

系統(tǒng)組成

測試系統(tǒng)由面光源、輻射計(jì)、多維調(diào)整臺(tái)和望遠(yuǎn)鏡等組成，如圖7所示。其中，面光源用于提供充

滿望遠(yuǎn)鏡入瞳和視場的均勻輻亮度照明；輻射計(jì)用于測量望遠(yuǎn)鏡入瞳處的輻亮度；多維調(diào)整臺(tái)用于測試

光路的對準(zhǔn)。

1234

1—面光源；2—輻射計(jì)；3—望遠(yuǎn)鏡；4—多維調(diào)整臺(tái)

圖7響應(yīng)非線性度測試系統(tǒng)組成

測試步驟

測試步驟如下：

14

GB/TXXXXX—XXXX

a)按照圖7所示搭建測試光路，使面光源充滿望遠(yuǎn)鏡的入瞳和視場；

b)設(shè)置望遠(yuǎn)鏡的積分時(shí)間、增益等成像參數(shù)；

c)調(diào)整面光源的輸出輻亮度，并用輻射計(jì)在望遠(yuǎn)鏡入瞳處實(shí)時(shí)監(jiān)測，直至望遠(yuǎn)鏡入瞳處輻亮度達(dá)

到望遠(yuǎn)鏡在該成像參數(shù)下的動(dòng)態(tài)范圍要求的上限；

d)望遠(yuǎn)鏡采集成像數(shù)據(jù)；

e)調(diào)整面光源的輸出輻亮度，并用輻射計(jì)在望遠(yuǎn)鏡入瞳處實(shí)時(shí)監(jiān)測，直至望遠(yuǎn)鏡入瞳處輻亮度達(dá)

到望遠(yuǎn)鏡在該成像參數(shù)下的動(dòng)態(tài)范圍要求的下限；

f)望遠(yuǎn)鏡采集成像數(shù)據(jù)；

g)關(guān)閉面光源；

h)望遠(yuǎn)鏡采集成像數(shù)據(jù)；

i)在每個(gè)測試工況下重復(fù)采集圖像不小于100次。

數(shù)據(jù)處理

按照公式(29)計(jì)算望遠(yuǎn)鏡的響應(yīng)非線性度。