[发明专利]大气探测激光雷达接收望远镜视场的测量装置和测量方法

说明书

本发明公开了大气探测激光雷达接收望远镜视场的测量装置，接收望远镜，还包括二维指向调节机构、光电探测器和示波器，接收望远镜安装在二维指向调节机构，光电探测器设置在接收望远镜的焦平面上，示波器与光电探测器连接。本发明还公开了大气探测激光雷达接收望远镜视场的测量方法，本发明具有成本低、步骤简单、技术难度低、测量精度准确可靠等优点。

技术领域

本发明涉及光学检测技术领域，具体涉及大气探测激光雷达接收望远镜视场的测量装置，还涉及大气探测激光雷达接收望远镜视场的测量方法。

背景技术

对于望远镜系统，特别是大气探测激光雷达接收望远镜系统来说，视场大小是一个非常重要的指标参数。视场也叫视场角，是衡量其接收系统视野范围大小的重要指标。在大气探测激光雷达接收望远镜系统中，需要精确地测定大气探测激光雷达接收望远镜系统视场大小，才能准确地确定系统所能探测的空域范围，以及确定接收望远镜与发射激光的重叠因子。

现有光学接收系统视场测量的方法有两种：平行光管法、目标成像法。

文献1(摄像机视场的测量方法，袁理，科技资讯，2011年第32期第38页)描述了一种光学系统视场测量的方法——平行光管法，该方法采用平行光管和旋转转动平台对光学系统进行视场测量。将待测视场的光学系统固定在旋转的转动平台上，并对准平行光管，平行光管焦点处放置的星点孔的光，经过平行光管物镜后成为平行光输出，经摄像机光学接收镜头后，在在成像探测器上获得图像。旋转转动平台，让星点孔成的像从感光器件一侧移动到另一侧，当成像探测器不再接收到来自星点孔的光信号，说明此时就是视场的边缘。在此过程中转动平台所旋转的角度就是所测的视场角。但是该方法很难应用于大气探测激光雷达接收望远镜系统，这是因为大气探测激光雷达接收系统的接收口径通常都非常大，口径达到1300mm，重量达到2吨，并且望远镜的光轴是指向天空的。若使用平行光管法测量接收其视场，所用的平行光管口径需要与大气探测激光雷达接收望远镜系统的口径相匹配，在旋转转动平台使待测光学系统转动的过程中，要保证整个待测光学系统的入瞳在平行光管出射的平行光束的口径里。这就要求测试所用的平行光管体积要比激光雷达接收系统还要庞大的多，其制造难度和成本要远高于待测大气探测激光雷达接收望远镜系统本身。同时在视场测量时，要将平行光管放置在大气探测激光雷达接收望远镜系统之前，并保持光轴在一个平面内。而大气探测激光雷达接收望远镜系统光轴指向天空，要将口径和体积更为庞大的平行光管架设在大气探测激光雷达接收望远镜系统的正上方，实现难度极大。所以该方法对于小口径光学系统视场的测量是合适的，而对大气探测激光雷达接收望远镜系统的视场测量是难以实现的。

文献2(数码望远镜关键性能指标检验方法及技术研究，鲁进，重庆大学硕士学位论文，2006)描述了一种目标成像测量光学系统视场角的方法。即通过测试已知大小的目标物体和目标物体与望远镜的距离，获取物体在像面中成像大小，并根据目标在相面上成像的大小、像面的总大小以及目标物体与望远镜的距离来计算视场大小。基于同样的测量原理，对于成像望远系统来说，可以通过观测天文中已知的两颗星星来确定望远系统的视场大小，两颗星星在天球上的坐标是已知的，从而可以知道两颗恒星之间的视场张角。这种星星成像法是通过成像望远镜系统，将两星星同时成像在像面上，得到两颗恒星在像面上的坐标间距。将两颗星星的之间的视场张角除以其在像面上的间距，则可以得到像面单位间距对应的视场张角，再乘以整个像面的成像尺寸，最终可以得到该望远系统的视场角。但是该方法无法直接用于大气探测激光雷达接收望远镜系统。这是因为大气激光雷达接收望远镜系统中使用的只是一个单像元探测器，无法同时对两个恒星进行成像，即便是对一颗星星探测，在望远镜的焦平面上所成的像也可能大于探测器的有效成像面积、也可能小于探测器的有效成像面积，这都无法准确测量望远镜的视场。如果在大气探测激光雷达接收望远镜系统中，先通过安装成像探测器测量接收视场，再换成单像元探测器进行折算出接收视场，原理上虽然是正确的，但在实际操作中会产生很大偏差，因为成像探测器和单像元探测器的两次装配中，不可能都完全一致的对应接收望远镜的光轴，也不可能安装在完全一致的轴向位置，这种装配偏差极大的影响了大气探测激光雷达接收望远镜视场的测量准确度。

发明内容