[发明专利]星载双光栅调制型成像仪器的入射光轴标定方法

权利要求书

1.一种星载双光栅调制型成像仪器的入射光轴标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：建立双光栅调制型成像仪器的参考坐标系；

参考坐标系的Z轴方向为双光栅调制型成像仪器的前、后光栅阵列的顶部平面法线方向；

参考坐标系的Y轴方向为双光栅调制型成像仪器的前、后光栅阵列的侧部平面与所述顶部平面的交线方向；

参考坐标系X轴方向为同时垂直于Z轴方向和Y轴方向的方向；

步骤2：确定指向光学系统的镜头光轴；

步骤2.1：在前光栅阵列上安装指向光学系统的镜头，所述镜头远离后光栅阵列的表面是一个平面，且被定义为第一平面；

步骤2.2：将激光跟踪仪的接触式测量靶标放置在所述第一平面的前方，直接接收激光跟踪仪发射的激光，测量出当前接触式测量靶标的坐标值(x_r,y_r,z_r)；

步骤2.3：保持接触式测量靶标的不变位置，激光跟踪仪出射的光经第一平面反射后再次被接触式测量靶标接收，并测量出当前接触式测量靶标的坐标值(x_i,y_i,z_i)；

步骤2.4：将两次测量的坐标值点连接，所形成的连线定义为指向光学系统的镜头光轴，并计算指向光学系统的镜头光轴方向具体计算公式为：

步骤3：通过指向光学系统的镜头光轴，获取双光栅调制型成像仪器的入射光轴；

步骤3.1：计算指向光学系统的镜头光轴与参考坐标系的Y轴方向之间的偏差角α，具体计算公式为：

其中，为坐标系Y轴方向单位向量；

步骤3.2：根据偏差角α调整镜头，使指向光学系统的镜头光轴与参考坐标系的Y轴方向基本重合，误差不超过10″，从而获得双光栅调制型成像仪器的入射光轴；

步骤4：确定平行光光源的位姿，确保平行光源的平行光按照双光栅调制型成像仪器的入射光轴入射；

步骤4.1：在指向光学系统镜头前端放置第一经纬仪，通过第一经纬仪观察镜头上第一平面的自准直反射像，调整第一经纬仪使自准直反射像与第一经纬仪十字分划板重合；

步骤4.2：在指向光学系统镜头和第一经纬仪之间放置五棱镜，五棱镜第一透射面正对第一经纬仪，通过第一经纬仪观察五棱镜第一透射面的反射自准像，调整五棱镜的位姿使该反射自准像与第一经纬仪的十字分划板重合，从而确保第一经纬仪的光轴与所述第一透射面垂直；

步骤4.3：在五棱镜的第二透射面前放置第二经纬仪，所述第二透射面与所述第一透射面垂直；首先，调整第二经纬仪的俯仰位姿，使第二经纬仪的俯仰角读数与第一经纬仪的俯仰角读数一致；然后，调整两台经纬仪的方位位姿，使之光轴相对，并确保使第一经纬仪观察的第二经纬仪的十字像斑的竖直线与第一经纬仪自身十字分划板的竖直线重合，并记录此时第一经纬仪方位角变化量θ；最后，将第一经纬仪的方位角复原，再将第二经纬仪方位角转动第一经纬仪方位角变化量的余角，即90°-θ，此时第一经纬仪和第二经纬仪的方位角垂直；

步骤4.4：通过第二经纬仪观察五棱镜第二透射面的反射自准像，使五棱镜绕第一透射面的法线方向旋转，直至五棱镜第二透射面的反射自准像与第二经纬仪的十字分划板重合，从而确保所述第二透射面与第二经纬仪的光轴垂直，即完成了五棱镜的位姿调整；

步骤4.5：将第二经纬仪取下，在同样位置放置平行光管，平行光管的焦面处放置十字分划板，照明光源采用白炽灯，通过平行光管的目镜观察五棱镜第二透射面的反射自准像，调整平行光管的位姿，使反射自准像与十字分划板的十字刻线重合；

步骤4.6：取下五棱镜，在同样位置放置能量分光镜，将所述照明光源由白炽灯更换为激光器，将激光器出光光纤放置在平行光管的焦面处固定构成平行光光源，平行光由平行光光源发射后，经过能量分光镜反射的光线先照射指向光学系统的镜头，部分经镜头反射的光二次入射至能量分光镜，再透过一部分光入射至第一经纬仪形成光斑，调整能量分光镜的位姿，使通过第一经纬仪观察到光斑中心与其十字分划板中心重合，即保证了平行光源的平行光沿双光栅调制型成像仪器的光轴入射；

步骤5：在后光栅阵列平面上安装探测器，使平行光光源的平行光经镜头入射后，在探测器上形成光斑，记录光斑中心在探测器上的位置(x_p,y_p)，从而完成双光栅调制型成像仪器入射光轴的标定。