星载光电跟踪成像系统通用规范

星载光电跟踪成像系统通用规范

国家标准 GB/T35437一2017 星载光电跟踪成像系统通用规范 speeificationforspaeeborneopt0electroniectraekingandlimagingsystem General 2017-12-29发布 2018-04-01实施 中华人民共利国国家质量监督检验检疙总局 发布 国家标准化管理委员会国家标准
GB/35437一2017 目 次 前言 范围 2 规范性引用文件 术语和定义 技术要求 4.1系统性能 4." 相机性能 4.3二维跟踪转台性能 外观 4 4.5 环境适应性 4.6电磁兼容性 试验方法 5.1试验环境条件 5.2仪器设备要求 .3系统性能测试 5.！相机性能测试 二维跟踪转台性能测试 5.5 l6 5.6外观 17 5.7环境适应性 18 5.8电磁兼容性 18 检验规则 18 6.1检验分类 18 6.2判定规则 19 包装、装箱,运输、贮存和随行文件 19 7.1包装 19 7.2装箱 19 7.3运输和贮存 0 7.4随行文件 20 参考文献 21
GB/35437一2017 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草 本标准由科学院提出 本标准由全国空间科学及其应用标准化技术委员会(SAC/TC312)归口 本标准起草单位:科学院西安光学精密机械研究所 本标准主要起草人:田留德、赵建科、周艳、马彩文、汉德胜、薛勋、任珊红、李坤、昌明赵怀学、曹昆、 刘尚阔
GB/35437一2017 星载光电跟踪成像系统通用规范 范围 本标准规定了对星载光电跟踪成像系统的技术要求、试验方法、检验规则、包装、装箱、运输、贮存和 随行文件的一般规定 本标准适用于星载光电跟踪成像系统 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的 凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件 凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB/T32525-2016光电跟踪测量设备通用规范 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件 3.1 星载光电跟踪成像系统spacbrmeuptreletromietrackingamdimagingys Ystem 由可见光跟踪相机和成像相机,二维跟踪转台等设备组成的以卫星、飞船等为工作平台,对目标实 施跟踪成像的系统 3.2 跟踪误差 trackingerror 以某一跟踪方式跟踪目标时,目标视线与跟踪相机瞄准轴间的夹角 3.3 跟踪稳定度trackingstability 以某一跟踪方式跟踪目标时,目标视线角速度与跟踪相机瞄准轴角速度的差值 3.4 残余力矩residualmoment 具有力矩自平衡功能的系统在工作过程中对其搭载平台的干扰力矩 3.5 残余角动量residualangularmomentum 具有力矩自平衡功能的系统在工作过程中输出的角动量 3.6 目标探测能力target detectioncapability 探测灵敏度detectionsensitivity 在给定的目标探测判据下,相机能够探测到最弱目标的能力,一般用视星等表示
GB/T35437一2017 技术要求 4.1系统性能 4.1.1光轴平行性误差 跟踪相机与成像相机光轴平行性误差小于5' 4.1.2跟踪误差 程序引导跟踪及自动跟踪方式下,跟踪误差最大值不大于成像相机全视场角的1/3 注:包含方位及俯仰两个自由度的跟踪误差 4.1.3跟踪稳定度 跟踪稳定度不大于0.1/s(lo) 注:包含方位及俯仰两个自由度的跟踪稳定度 4.1.4指向误差 指向误差不大于50"(1a) 注包含方位及俯仰两个自由度的指向误差 4.1.5残余角动量 启动过程、停止过程的0.5s内残余角动量不大于0.75N ms,稳定跟踪过程中残余角动量不大 于0.1N “m S ， 4.1.6残余力矩 启动过程、停止过程的0.5s内残余力矩不大于1.5N m,稳定跟踪过程中残余力矩不大于0.1N m 4.1.7动态调制传递函数 对目标跟踪成像时,成像相机在奈奎斯特频率下的调制传递函数不小于0.1 4.2相机性能 跟踪相机和成像相机技术要求见表1 跟踪相机和成像相机技术要求 表1 技术要求 项目 跟踪相机 成像相机 光谐范围 0.44m~0.954m 0.4Am0.954nm 视场角 >3"×3" >0.l5°×0.15 积分时间分档可调 积分时间分档可调 积分时间 目标探测能力 不小于视星等十3等 点目标在2像元×2像元内分布的 能量集中度 能量不大于总能量的80%
GB/35437一2017 表1(续 技术要求 项目 跟踪相机 成像相机 目标脱靶量提取误差 不大于0.5像元 静态调制传递函数 奈奎斯特频率下不小于0.15 像元分辨力 0.5mrad S5nd >40dB 动态范围 成像频 分档可调,最低不低于10赖/s 分档可调,最低不低于1赖/s 在规定的信号强度条件下,信噪比 在规定的信号强度条件下,信噪比 信噪比 不小于30dB 不小于目标探测信噪比阔值 注 -"表示不要求的项目， 4.3二维跟踪转台性能 4.3.1跟踪范围 方位跟踪范围;不小于180';俯仰跟踪范围:不小于90 4.3.2最大角速度 最大角速度不小于4/s 注，包含方位及俯仰两个自由度的最大角速度 4.3.3最大角加速度 最大角加速度不小于2'/s 注包含方位及俯仰两个自由度的最大角加速度 4.4外观 外观满足以下要求: 仆表面应清洁,无污物,不得有明显的划痕、碰伤、砂孔以及其他影响外观的缺陷 外 aa b 表面处理层不得有脱落、气泡、龟裂和流痕,各部位的色泽应一致 光学镜头不得有明显的麻点、擦痕、霉斑和附着物; c 光学膜层应牢固、均匀,不得有脱膜现象; d 紧固件应连接可靠,有防松动措施,不得有松动现象,应紧固到位; e 电连接器插针应无弯曲和松动,插孔无堵塞现象; 刻字,刻线、符号和标志应清晰准确 g h)安装面不应有锈蚀、划痕等机械损伤,粗糙度和平面度应符合详细规范"》要求 4.5环境适应性 根据经历环境,参照GJB1027确定热循环,热真空、热平衡、正弦振动、随机振动、冲击及加速度的 1 详细规范是产品技术要求和质量保证要求文件的统称,如技术协议书、任务书和合同书等
GB/T35437一2017 试验条件,试验后主要性能及外观应符合4.14.4要求 4.6 电磁兼容性 根据经历环境,参照GJB151确定电磁兼容性要求 5 试验方法 5.1试验环境条件 若无特殊规定,试验环境应满足以下条件 温度;20C士2; a b 相对湿度:30%~60%; 气压;试验场所气压; c d 空气洁净度优于100000级; 具有良好的接地、防静电、消杂光措施 5.2仪器设备要求 检验用的仪器,设备应检定合格,并在有效期内,误差不低于产品误差的1/3 5.3系统性能测试 5.3.1光轴平行性误差 5.3.1.1 测试框图 光轴平行性误差测试框图见图1 跟踪相机 光讽 星点板 平行光管 数据采集与处理 成像相机 二维跟踪转台 图1光轴平行性误差测试框图 5.3.1.2测试步骤 光轴平行性误差测试步骤如下 按图1连接测试设备; a b)在大口径平行光管焦面处安装星点板,并用光源均匀照亮星点板; 调整被测系统的位置,使平行光管能够同时充满跟踪相机与成像相机人瞳 c d 调整被测系统使平行光管星点目标成像在跟踪相机靶面中心读取被测系统方位角(A)与俯 仰角(E1,再次调整被测系统使平行光管星点目标成像在成像相机靶面中心,再次读取被测 系统方位角(A)与俯仰角(E),按式(1),式(2)计算跟踪相机与成像相机光轴平行度误差 方位方向平行性误差:AA=A 一A 俯仰方向平行性误差:AE=E，一E 式中 A -方位方向平行性误差,单位为度(");
GB/35437一2017 A、E -星点目标成像在跟踪相机靶面中心时被测系统的方位角、俯仰角,单位为度('); A、E -星点目标成像在成像相机靶面中心时被测系统的方位角、俯仰角,单位为度('); AE 俯仰方向平行性误差,单位为度() 5.3.2跟踪误差 程序引导跟踪方式的跟踪误差按GB/T325252016中的A.8.2的方法进行,自动跟踪方式的跟 踪误差按GB/T32525一2016中的A.3的方法进行 5.3.3跟踪稳定度 5.3.3.1程序引导跟踪方式 程序引导跟踪方式下跟踪稳定度测试步骤如下: 在被测系统上通过专用工装安装光纤陀螺仪,调整工装使光纤陀螺仪输人轴与被测系统的方 a 位轴平行,被测系统方位轴转动时带动光纤陀螺仪同步转动 记录被测系统静止时光纤陀螺仪的输出值,记为F, b 1,2,3,,N 根据被测系统的工作角度、角速度及角加速度设计正弦引导丽数,引导被测系统做以最大跟踪 角速度、最大跟踪角加速度为峰值角速度、峰值角加速度的正弦运动,至少包含三个正弦周期 记录运动过程中光纤陀螺仪的输出值,记为F,i=1,2,3,,N 按式(3)计算被测系统方位轴转动的角速度; ,F， 习" 3 "mn 式中 被测系统正弦运动稳定后第，个采样点的角迷度,单位为度每秒(/s) wn, 厂 -被测系统正弦运动稳定后光纤陀螺仪第i个采样点的输出值 Hn. -被测系统静止时光纤陀螺仪的采样点数,单位为个数 N F， -被测系统静止时光纤陀螺仪第i个采样点的输出值; 光纤陀螺仪的标度因数 按模型y=asin(ot十)对光纤陀螺仪测得被测系统正弦运动的角速度序列进行拟合,拟合角 速度值为被测系统的目标运动角速度,记为w'm 按式(4)计算被测系统方位轴的程序引导跟踪稳定度 fD (wAimn. in,5 4 wn 式中: 被测系统程序引导跟踪方式的跟踪稳定度,单位为度每秒C'/)7 dmn -被测系统正弦运动稳定后第;个采样点角速度拟合值,单位为度每秒("/s) wsin N -被测系统正弦运动稳定后光纤陀螺仪的采样点数,单位为个数 按照步骤a)~),将方位设置改为俯仰,测试俯仰跟踪稳定度 g 5.3.3.2自动跟踪方式 自动跟踪方式下跟踪稳定度测试步骤如下 按图2所示放置测试设备,被测系统放置在气浮台上,使被测系统垂直轴与气浮台回转轴同 a 轴,光学动靶标旋转时形成的光锥点对准被测系统横纵轴几何交点的标志点,光学动靶标模拟
GB/T35437一2017 目标的几何、光度、光谱特性应与真实目标相符合 b 驱动光学动靶标按较小的角速度转动,模拟目标的运动角速度等于设备的最小跟踪角速度,待 模拟目标穿过被测系统跟踪相机视场时,被测系统完成目标的捕获与自动跟踪,记录成像相机 图像,提取目标的脱靶量,取其中稳定跟踪段的脱靶量计算自动跟踪稳定度,评价被测系统对 低速运动目标的跟踪稳定度 张动光学动肥标接较大的角速度转动,模拟目标的运动角逃度等于设备的最大跟踪角速度,待 模拟目标穿过被测系统跟踪相机视场时,被测系统完成目标的捕获与自动跟踪,记录成像相机 图像,提取目标的脱靶量,取其中稳定跟踪段的脱粑量计算自动跟踪稳定度,评价被测系统对 高速运动目标的跟踪稳定度 说明 -光学动靶标; 气浮台 -被测系统 图2自动跟踪方式下跟踪稳定度测试示意图 d)按式(5)式(6)计算被测系统自动跟踪方式下的跟踪稳定度 -AX).0 [X 5 w，a， N [Y AY,)//] + oa N 式中 被测系统自动跟踪方式下方位轴跟踪稳定度,单位为度每秒(/s); o. N 被测系统稳定跟踪后采集的成像相机图像帧数,单位为个数 AX -被测系统稳定跟踪后第i个方位脱靶量,单位为像元个数 被测系统成像相机的单像元张角,单位为度(); 被测系统成像相机的成像帧频,单位为赖每秒(帧/s). 被测系统自动跟踪方式下俯仰轴跟踪稳定度,单位为度每秒("/s); 0y Y 被测系统稳定跟踪后第i个俯仰脱靶量,单位为像元个数 取最小跟踪角速度、最大跟踪角速度两种情况下测得的跟踪稳定度的最大值为评价结果 5.3.4指向误差 按GB/T32525一2016中的A.2的方法进行
GB/35437一2017 5.3.5残余角动量 残余角动量测试步骤: 将被测系统固定在气浮台台面上,使被测系统垂直轴与气浮台回转轴平行,在气浮台台面上安 a 装光纤陀螺仪,并使光纤陀螺仪的输人轴与气浮台回转轴平行,将气浮台浮起并调平,残余角 动量的测试示意图如图3所示; 说明 -被测系统; 气浮台; -数据采集系统; -光纤陀螺仪 -砝码 图3残余角动量测试示意图 b)将砝码经过滑轮与气浮台转动部分连接,连接点到气浮台回转轴距离记为l,在砝码施加的力 矩作用下气浮台加速转动,根据光纤陀螺仪测得气浮台转动角速度计算气浮台转动的角加速 度i,按式(7)计算气浮台及负载绕气浮台回转轴的总转动惯量Juaa; J=[m×(g一d×)×]/d 式中: -气浮台及负载绕气浮台回转袖的总转动惯量,单位为千克平方米(k”mi) oal -砝码的质量,单位为千克(kg); n -重力加速度,单位为米每平方秒(m/si); -砝码施加的力矩作用下气浮台转动的角加速度,单位为弧度每平方秒rad/s'); -砝码与气浮台的连接点到气浮台回转轴距离,单位为米(m). 首先使气浮台静止,然后按照被测系统的工作模式,驱动被测系统工作,用光纤陀螺仪测得被 测系统启动、停止及稳定跟踪过程中气评台运动的角速度(叫,),按式(8)计算各工作模式下的 启动、停止及稳定跟踪过程的残余角动量 L=Jwl×u, 式中: 第i个工作模式第个采样时刻被测系统的残余角动量,单位为牛顿米秒(N ms). Li 第i个工作模式第j个采样时刻气浮台转动的角速度,单位为孤度每秒(rad/s). o
GB/T35437一2017 5.3.6残余力矩 残余力矩测试步骤如下 a 按5.3.5的方法测试被测系统各工作模式下启动停止及稳定跟踪过程的残余角动量; b)残余角动量对时间的微分即为残余力矩,按式(9)计算残余力矩 li，+1 i. M A 式中 M -第i个工作模式第个采样时间间隔内被测系统的残余力矩,单位为牛顿米(Nm): 采样时间间隔,单位为秒(s). 5.3.7动态调制传递函数 5.3.7.1测试步骤 动态调制传递丽数测试步骤如下 a 按图2布置光学动粑标、气浮台和被测系统,被测系统固定在气浮台上,被测系统垂直轴与气 浮台回转轴同轴,光学动靶标旋转时形成的光锥点对准被测系统横纵轴几何交点的标志点; 在光学动靶标平行光管焦面上安装矩形黑白条纹板,平行光管后方放置可调节均匀光源照亮 b 条纹板,平行光管的输出光谱范围应覆盖跟踪相机、成像相机的工作谱段,出瞳应大于成像相 机的人瞳,焦距至少为成像相机焦距的3倍.波像差RMS值应小于入/20 调整焦面到最佳位置,调节光源使被测相机工作在线性区,调整被测系统初始指向使模拟目标 能够穿过其视场; 设置光学动靶标参数使模拟目标运动特性符合被测系统的跟踪范围角速度和角加速度,待模 d 拟目标穿越被测系统视场时,被测系统对模拟目标进行自动跟踪成像,记录成像相机图像 5.3.7.2 数据处理 动态调制传递函数数据处理步骤如下: 按式(1o)计算空间频率的调制度M(); a M)=(Cw-Uw)/U+U) .(10 式中 M( -对应于空间频率y的调制度; -空间频率,单位为线对每毫米(Ip/1 mm U 透光条带对应的最大输出信号值,单位为D值; U -不透光条带对应的最小输出信号值,单位为DN值 b 按式(11)计算MTF(Y). MTF(>)=k×M()/NM( (11 式中: MTF( 对应于空间频率丫的调制传递函数 方波测试卡的波形修正系数，一般取x/4 MY -对应于空间频率y的输人信号调制度,由测试卡和平行光管的输出调制度确定
GB/35437一2017 5.4相机性能测试 5.4.1光谱范围 5.4.1.1 测试框图 光谱范围测试框图见图4 单色仪 积分球 圆孔板 平行光管 被测相机 数据采集与处理 光谱辐射计 图4光谱范围测试框图 5.4.1.2测试步骤 光谱范围测试步骤如下: 按图4连接测试设备,单色仪输出光经积分球匀光后照亮平行光管焦面处的圆孔板,积分球出 aa 口固定光谱辐射计探头,被测相机正对平行光管; 开启单色仪,使其输出某一单色光,被测相机对平行光管焦面处的圆孔成像,调整被测相机使 b 圆孔像位于被测相机视场中心; 设置单色仪从某一初始波长A，开始输出单色光,使用光谱辐射计测试积分球出口处的辐照 度,记为E(a1),同时采集并记录被测相机的图像,计算圆孔像灰度平均值,记为DN入1),根 据设置的波长采样间隔,依次完成所有波长对应的积分球输出辐照度和圆孔像灰度平均值,分 别记为E(入,)和DN(a, 5.4.1.3数据处理 按式(12)计算被测相机的光谱范围 DN(入 s(a,二 12 E( 式中: 第i个采样波长,单位为纳米(nm); s(a, -入，对应的光谱响应值,单位为N m'/w; DN(入 -入，对应的圆孔像的灰度平均值,单位为DN值; E(A 一入对应的积分球输出照度,单位为瓦每平方米(w/m=). 对被测相机的光谱响应进行归- -化一般取相对光谱响应大于0.1的波段为被测相机的光谱范围 5.4.2视场角 按GB/T32525一2016中的A.7.3的方法进行 5.4.3积分时间 5.4.3.1方法1 5.4.3.1.1测试框图 用LED阵列测试积分时间的示意图见图5
GB/T35437一2017 说明 信号发生器; LED阵列; 被测相机 -数据采集与处理 图5用LED阵列测试积分时间示意图 5.4.3.1.2测试步骤 用LED阵列测试相机积分时间步骤如下; a 按图5布置信号发生器、LED阵列被测相机和数据采集与处理单元,调整后LED阵列应能 够清晰成像在被测相机视场中心 b 信号发生器依次逐个点亮IED,点亮相邻两个LED的时间间隔应比积分时间的测试误差要 求低一个数量级,记录被测相机的LED阵列图像,判读得到单帧图像上点亮的LED的平 均数 按式(13)计算被测相机的积分时间 (13 t=(N一1)×T 式中 被测相机积分时间,单位为秒(s); tn -单帧图像上点亮LED的平均数,单位为个数; T 点亮相邻两个IED的时间间隔,单位为秒(s). 5.4.3.2方法2 5.4.3.2.1测试框图 用示波器测试积分时间的框图见图6 积分信号 均匀光源 被测相机 示波器 图6用示波器测试积分时间测试框图 5.4.3.2.2测试步骤 当被测相机积分信号能够外接时,可按图6连接测试设备,用示波器或计数器测量被测相机积分使 能信号,得到被测相机积分时间 10
GB/35437一2017 5.4.4目标探测能力 5.4.4.1 测试框图 目标探测能力测试框图见图7 数据采集与 均匀光源 星点板 平行光竹 跟踪相机 处理 二维仿真转台 光谱辐射计 图7目标探测能力测试框图 5.4.4.2测试步骤 跟踪相机目标探测能力的测试步骤如下: 按图7连接测试设备,均匀光源照亮平行光管焦面处的星点板,被测相机固定在二维仿真转台 a 上且与平行光管同轴,星点成像于被测相机视场中心,模拟目标的光谱,张角,杂光应符合测试 要求 按式(14)和式(15)计算星点孔直径和平行光管出口处的照度,使模拟目标符合被测相机的极 b 限探测能力 D,=1.22入 ×f./D. (14 4义K-xICD,/.》义L. Em一 (15 ×T ×V]d 式中: D 星点孔直径,单位为毫米(mm n; 入 被测相机的中心波长,单位为纳米(n nm; 平行光管焦距,单位为毫米(mm) ！. D 被测相机人瞳直径,单位为毫米(mm); 平行光管出口处的光照度,单位为流明每平方米(lm/mi) Em K 最大光谱光视效能,单位为流明每瓦特(Im/w); 分别为可见光波段的起始波长、终止波长,单位为纳米(nm); 积分球出口处的光谱辐亮度,单位为瓦每平方米球面度[w/nmsr)] L -平行光管的光谱透过率 V(入 -明视觉光谱光视效率 固定被测相机曝光时间、增益等参数,采集记录被测相机星点孔图像 d 按式(16)计算图像的信噪比与目标探测信噪比阔值比较 重复步骤b)~c)直到图像信噪比等于详细规范要求的信噪比值,此时模拟目标的视星等即 为被测相机中心视场的目标探测能力 转动二维仿真转台使星点孔成像在被测相机边缘视场,重复步骤b)~e),测试被测相机边缘 视场的目标探测能力 5.4.4.3数据处理 除另有规定外,以信号最大值像元为中心,取9像元×9像元区域以外15像元×15像元区域以内 1
GB/T35437一2017 的环形区域为背景区域,按式(16)计算信噪比 SNR一 16 式中 SNR -跟踪相机的信噪比; -目标信号的最大值,单位为DN值; smax 背景的平均值,单位为DN值; s 背景的均方根,单位为DN值 o 若信噪比大于详细规范要求的信噪比阔值,则判定跟踪相机的目标探测能力满足要求 5.4.5能量集中度 5.4.5.1 测试框图 跟踪相机能量集中度测试框图见图7 5.4.5.2测试步骤 跟踪相机能量集中度的测试步骤如下 按图7连接测试设备,均匀光源照亮平行光管焦面处的星点板,被测相机固定在二维仿真转台 a 上且与平行光管同轴,星点成像于被测相机视场中心,模拟目标的光谱、张角、杂光应符合测试 要求 按式(14)计算星点孔直径,使被测相机对星点孔成弥散像 b 固定被测相机曝光时间、增益等参数,调整光源使模拟目标符合被测相机的极限探测能力,记 c 录被测相机的星点孔图像; 转动二维仿真转台使星点孔成像在被测相机边缘视场,测试被测相机边缘视场的能量集中度 d 5.4.5.3数据处理 能量集中度数据处理步骤如下 计算目标像的质心位置坐标(rw,y,),按高斯函数模型拟合目标像的能量分布,拟合函数的具 a 体形式见式(17) .r)?十y yo (.r， (17 ,y)=厂Xexp 28 式中: 像元的横坐标,单位为像元个数 r 像元的纵坐标,单位为像元个数 y (r;,y, -坐标为(r;,,y,)像元的灰度值,单位为DN值 -高斯拟合系数,单位为DN值; 目标像质心位置的横坐标,单位为像元个数 r -目标像质心位置的纵坐标,单位为像元个数 o -目标像元灰度分布的标准偏差,单位为像元个数 b 根据目标像能量分布的高斯拟合结果计算目标的总能量Eal,以及技术要求规定区域包含的 能量Ep 按式(18)计算要求规定区域包含能量的百分比 E， ×100% 18 1= Ed 12
GB/35437一2017 式中 技术要求规定区域包含目标能量的百分比 技术要求规定区域包含目标能量,单位为DN值 E E 目标总能量,除另有规定外，一般取底面半径为9像元对应的高斯锥能量,单位为 DN值 5.4.6目标脱靶量提取误差 5,.4.6.1测试步骤 用含有目标的模拟图像序列检验系统的目标脱靶量提取误差,图像序列叠加的目标的位置坐标记 为(r,y.),系统对模拟图像序列进行目标提取,输出的目标位置坐标记为(.r',y' 5.4.6.2数据处理 按式(19)计算系统的目标脱靶量提取误差 CG-+C- 19 式中 目标脱靶量提取误差,单位为像元个数; 模拟图像序列的帧数,单位为个数; N 第i帧图像目标的横坐标真值,单位为像元个数; .2， -第图像目标的横坐标测量值,单位为像元个数; . -第i帧图像目标的纵坐标真值,单位为像元个数 y 第帧图像目标的纵坐标测量值,单位为像元个数 y 5.4.7静态调制传递函数 按GB/T325252016中的A.7.7的方法进行 5.4.8像元分辨率 5.4.8.1测试框图 像元分辨率测试框图见图8 数斟采集 光源 星点板 平行光管 被测相机 与处理 转台 图8像元分辨率测试框图 5.4.8.2测试步骤 像元分辨率的测试步骤如下: 按图8所示布置设备,星点板调焦至平行光管焦面,被测相机的人瞳位于转台的旋转中心,平 a 行光管出瞳应至少为被测相机人睦的1.2倍; 13
GB/T35437一2017 b 调整平行光管,被测相机及转台的相对位置,使被测相机光轴和平行光管光轴平行,与转台回 转轴线垂直; 旋转转台使星点目标成像在被测相机左边缘视场,采集记录被测相机图像判读得到星点像的 质心坐标,记为(z1,y),记录转台角度91; d 旋转转台使星点目标成像在被测相机右边缘视场,采集记录被测相机图像判读得到星点像的 质心坐标,记为(.r!,y:),记录转台角度读数p 5.4.8.3数据处理 按式(20)计算被测相机的焦距 4xG .x十y， 20 an！一P2 式中 被测相机焦距,单位为毫米(G mm 被测相机探测器像元尺寸,单位为毫米(mm): 目标成像在被测相机右边缘视场时的工方向质心坐标,单位为像元个数; .Z" 目标成像在被测相机左边缘视场时的r方向质心坐标,单位为像元个数; .Z" 目标成像在被测相机右边缘视场时的y方向质心坐标,单位为像元个数; 目标成像在被测相机左边缘视场时的y方向质心坐标,单位为像元个数; e -目标成像在被测相机右边缘视场时转台角度,单位为度('); 目标成像在被测相机左边缘视场时转台角度,单位为度(") " 按式(21)计算被测相机的像元分辨率 0Fov=arctan(d/f (21 式中 被测相机像元分辨率,单位为狐度(rad) 0Foy 5.4.9动态范围 5.4.9.1测试框图 动态范围测试框图见图9 均匀光源 数据采集与处理 被测相机 光谱辐射计 图9动态范围测试框图 5.4.9.2测试步骤 动态范围测试步骤如下 a 按图9连接测试设备,被测相机置于亮度可调均匀光源正前方,被测相机光轴应与光源的出射 面垂直,光谱辐射计探头固定在均匀光源出口处;均匀光源有效出口直径应充满被测相机人 瞳,均匀光源的有效出口直径对被测相机的张角应大于被测相机的视场角,均匀光源输出调整 范围应能覆盖被测相机的动态范围,均匀光源的均匀性、朗伯性和稳定性应符合测试要求; b 通过合理设置被测相机工作参数,使被测相机输出临界饱和(95%饱和值~100%饱和值),且 14
GB/35437一2017 均匀光源输出尽可能大,记录此时均匀光源的输出值H; 同理,通过合理设置被测相机工作参数,使被测相机输出为临界暗噪声(大于暗噪声1~2个分 层),且均匀光源输出尽可能小,记录此时均匀光源的输出值nmm 5.4.9.3数据处理 按式(22)计算被测相机的动态范围 22 DR=20lg("/从mm 式中: DR 被测相机的动态范围,单位为分贝(dB); 被测相机输出临界饱和时均匀光源的最大输出,单位为瓦每平方米球面度[w/m”sr)] Mn -被测相机输出临界暗噪声时均匀光源的最小输出,单位为瓦每平方米每球面度[w/(msr)] 丛min 5.4.10成像帧频 按GB/32525一2016中的A.7.4的方法进行 5.4.11信噪比 5.4.11.1成像相机信噪比 5.4.11.1.1测试步骤 成像相机信噪比测试步骤如下: 按图9连接测试设备,被测相机置于亮度可调均匀光源正前方,被测相机光轴应与光源的出射 面垂直,光谱辐射计探头固定在均匀光源出口处;均匀光源有效出口直径应充满被测相机人 瞳,均匀光源的有效出口直径对被测相机的张角应大于被测相机的视场角,均匀光源输出调整 范围应能覆盖被测相机的动态范围,均匀光源的均匀性、朗伯性和稳定性应符合测试要求; b 固定被测相机工作参数,遮蔽相机人瞳,采集2帧相机暗噪声图像 调节均匀光源输出,使光源输出等于详细规范规定的测试信噪比的信号强度,采集2帧相机信 号图像 5.4.11.1.2数据处理 按照式(23)~式(26)计算被测相机的信噪比 " 二" SNR=" 23 >义 24 [,(i,)十"H(i,)刀 M T嘉>ea十虎t L NM [丝(i.j)一从(i.j] 26 式中: SNR 成像相机的信噪比; 相机临界饱和时各像元输出值的平均值,单位为DN值; A -相机被遮蔽时各像元输出值的平均值,单位为DN值; A -相机各像元时间噪声的平均值,单位为DN值; 15
GB/T35437一2017 M -相机探测器的总行数,单位为个数; N 相机探测器的总列数,单位为个数 4(i, -相机被遮蔽时记录的图像A倾第i行第列像元的输出值,单位为DN值 4(i, 相机被遮蔽时记录的图像B帧第i行第列像元的输出值,单位为DN值; 规定信号强度下图像A赖第，行第】列像元的输出值,单位为D值 A(i, 规定信号强度下图像B懒第，行第列像元的输出值,单位为DN值 4(i, 5.4.11.2引导相机信噪比 按5.4.4的方法进行 5.5 二维跟踪转台性能测试 5.5.1跟踪范围 按GB/T32525一2016中的A.8.1的方法进行 5.5.2最大角速度 5.5.2.1 程序引导跟踪方式下最大角速度 程序引导跟踪方式下最大角速度测试步骤如下 a 在被测系统上通过专用工装安装光纤陀螺仪,调整工装使光纤陀螺仪输人轴与被测系统的方 位轴平行,被测系统方位轴转动时能够带动光纤陀螺仪同步转动 b 记录被测系统静止时光纤陀螺仪的输出值,记为F,i=1,2,3,,N 通过程序引导使被测系统方位轴以最大角速度在整个工作角度范围内匀速转动,稳定后记录 l,2,3，,N 光纤陀螺仪的输出值.记为F d 按式(27)和式(28)计算被测系统方位轴的最大角速度 Fm 习F 27 wm , 28 wmn% N 式中 被测系统以最大角速度运动稳定后第个采样点对应的角速度,单位为度每秒 wmax， ("/s); 被测系统以最大角浊度运动稳定后光纤陀螺仪在第i个采样点的输出值; Fmk, N -被测系统静止时光纤陀螺仪的采样点数单位为个数 被测系统静止时光纤陀螺仪在第，个采样点的输出值; F 光纤陀螺仪的标度因数; o 被测系统以最大角速度运动稳定后平均角速度,单位为度每秒("/s); max N 被测系统以最大角速度运动稳定后光纤陀螺仪的采样点数,单位为个数 按照步骤a)d),将方位设置改为俯仰,测试被测系统俯仰轴的最大角速度 5.5.2.2自动跟踪方式下最大角速度 自动跟踪方式下最大角速度测试步骤如下 按图2所示放置测试设备,被测系统放置在气浮台上,光学动靶标旋转时形成的光锥点对准被 a 16
GB/35437一2017 测系统横纵轴几何交点的标志点; b 采用光学动靶标模拟目标的视向运动轨迹、角速度和角加速度,模拟目标的儿何,光度,光谱特 性应与真实目标相符合,设置光学动靶标的运动参数,使模拟目标相对被测系统的角速度为设 备要求的最大角速度,若设备能够完成对目标自动捕获和稳定跟踪,则判定设备的最大角速度 满足要求 继续调整光学动靶标的运动参数,从而确定自动跟踪方式下设备的最大角速度; 系统方位、俯仰两个自由度的最大角速度均应符合详细规范要求 5.5.3最大角加速度 5.5.3.1程序引导跟踪方式下最大角加速度 程序引导跟踪方式下最大角加速度测试步骤如下 在被测系统上通过专用工装安装光纤陀螺仪,调整工装使光纤陀螺仪输人轴与被测系统的方 a 位轴平行,被测系统方位轴转动时能够带动光纤陀螺仪同步转动 记录被测系统静止时光纤陀螺仪的输出值,记为F,,i=1,2,3,,N b 通过程序引导使被测系统方位轴以要求的最大角加速度启动,记录设备启动段光纤陀螺仪的 输出值及时间,分别记为F 和.,i=1,2,3,,N 按式(29)计算被测系统方位轴加速段的角速度 d -习F F.一N 29 w. 式中 被测系统以最大角加速度启动时第i个采样点对应的角速度,单位为度每秒("/s); w. F 被测系统以最大角加速度启动时光纤陀螺仪在第i个采样点的输出值; N 被测系统静止时光纤陀螺仪的采样点数,单位为个数; 被测系统静止时光纤陀螺仪在第i个采样点的输出值; F K 光纤陀螺仪的标度因数 用最小二乘法对步骤d)中数据(ni,u,)的线性加速度段进行直线拟合,拟合直线的斜率即为 被测系统方位轴最大角加速度 f 按照步骤a)~e),将方位设置改为俯仰,测试俯仰最大角加速度 5.5.3.2自动跟踪方式下最大角加速度 自动跟踪方式下最大角加速度测试步骤如下: 按图2所示放置测试设备,被测系统放置在气浮台上,光学动靶标旋转时形成的光锥点对准被 a 测系统横纵轴几何交点的标志点 采用光学动靶标模拟目标的视向运动轨迹、角速度和角加速度,模拟目标的儿何、光度,光谱特 b 性应与真实目标相符合,设置光学动靶标的运动参数.使模拟目标相对被测系统的角加速度为 设备要求的最大角加速度,若设备能够完成对目标自动捕获和稳定跟踪,则判定设备的最大角 加速度满足要求 继续调整光学动靶标的运动参数,从而确定自动跟踪方式下设备的最大角 加速度 系统方位,俯仰两个自由度的最大角加速度均应符合详细规范要求 5.6外观 在透射光或反射光下用4倍10倍放大镜对4.4的c)和d)目视检查,目视检查4.4的a),b),e)、 f)、g),h). 17
GB/T35437一2017 5.7环境适应性 参照GJB150.15,GJB150.16,GJB150.18制定力学试验大纲,参照GJB1027制定热循环试验大 纲,参照QJ2630.1制定热真空试验大纲,参照Q2630.2制定热平衡试验大纲,进行环境适应性试验 5.8电磁兼容性 参照GJB151制定电磁兼容试验大纲进行电磁兼容试验 6 检验规则 6.1检验分类 产品检验分为鉴定检验和交付检验 各类检验的试验项目按表2进行 表2检验项目 检验项目 鉴定检验 交付检验 分组 序号 名称 光轴平行性误差 跟踪误差 跟踪稳定度 系统性能 指向误差 残余角动量 残余力矩 动态调制传递函数 光谱范围 视场角 10 积分时间 目标探测能力 能量集中度 相机性能 目标脱靶量提取误差 13 静态调制传递函数 l4 15 像元分辨率 动态范围 成像赖频 信噪比 跟踪范围 19 二维跟踪转台性能 20 最大角速度 21 最大角加速度 外观 22 外观 18
GB/35437一2017 表2(续 检验项目 交付检验 鉴定检验 分组 序号 名称 23 热循环 24 热真空 热平衡 25 26 环境适应性 加速度 21 正弦振动 28 随机振动 29 冲击 电磁兼容性 30 电磁兼容性 注;“"表示应检验项目,“一”表示不必检验项目 6.2判定规则 6.2.1合格判定 鉴定检验和交付检验的试验项目应符合表2的规定,若有一项不符合要求,则判定该产品不合格 6.2.2重检 未通过出厂检验的产品,承制方应查明原因,按照技术状态控制要求采取有效措施加以解决,验证 充分有效后重新进行检验 包装、装箱运输、贮存和随行文件 7.1包装 星载光电跟踪成像系统的包装要求如下 包装箱应密封设计,具有防震,防潮、防污染,防腐蚀能力 a b 包装箱材料应选用金属材料,箱体内部材料物理化学性能应稳定且具有低挥发性,不应对产品 造成污染 包装箱应具有与运输工具固定的装置、吊装点和吊具,具有自锁功能的行轮; c 包装箱应具有箱内温度,湿度和压力测量装置; d 包装箱应能承受一定压力并具有压力保持和调节功能,箱内压力一般维持高于外界大气压 200Pa一3000Pa,应使用高纯氨气增压; 包装箱应具有足够的强度和刚度,应能够承受5000Pa的内压及吊装,运输时的载荷; f 包装箱内外侧应设有接地点,内外接地点间的电阻值应小于1,产品在运输、存放期间应可 g 靠接地 7.2装箱 星载光电跟踪成像系统的装箱要求如下 19
GB/T35437一2017 星载光电跟踪成像系统应装人包装箱内贮存,装箱单应包括;产品名称、数量、编号、附件清单、 a 有关文件; b 在包装箱外应贴有明显的防潮、防震、防倒置,防静电标志 7.3运输和贮存 星载光电跟踪成像系统的运输和贮存要求如下 运输前应对包装箱的可靠性和运输安全性进行检查,运输过程中应派专人押运,并对包装箱内 a 的温度、湿度、压力进行监控; b 运输和搬运过程中应避免雨淋、跌落、暴晒、剧烈冲击和振动 星载光电跟踪成像系统应装人包装箱内贮存,贮存场所应无腐蚀性气体、无强辐射,无明显机 械振动 7.4随行文件 应具备的文件资料 原材料、原器件及加工件的各种证明文件(包括检验合格证、验收报告及元器件质量分析 a 报告); b)外购、外协产品、关重件、强制检验点及过程控制的检验记录及质量证明文件 装配、调试、试验及交付验收测试的过程记录(包括试验环境、检查设备、检测数据及试验 c 结果); 技术说明书,使用维护说明书和操作技术安全文件 d 产品履历书、产品测试覆盖性检查报告和产品证明书 e 20
GB/35437一2017 参 考文献 [1]GJB150.15军用装备实验室环境试验方法第15部分;加速度试验 [2]GB150.16军用装备实验室环境试验方法第16部分;振动试验 [3]GB150.18军用装备实验室环境试验方法第18部分;冲击试验 [4]GB151军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量 [5]GB1027运载器、上面级和航天器试验要求 [们 Q2630.1卫星组件空间环境试验方法热真空试验 [7门 Q]2630.2卫星组件空间环境试验方法热平衡试验

星载光电跟踪成像系统通用规范GB/T35437-2017解析

随着我国空间科技的不断发展，星载光电跟踪成像系统的应用越来越广泛。而为了保证相关设备的标准化和规范化，中国国家标准化管理委员会于2017年发布了《星载光电跟踪成像系统通用规范GB/T35437-2017》。

该规范主要涵盖了星载光电跟踪成像系统中的硬件、软件、测试、验收等方面的内容，旨在保证该类系统具有可靠性、稳定性、高效性等特点，以满足各种卫星任务的需求。

其中，规范对于星载光电跟踪成像系统中的核心元器件——光学望远镜、光电探测器、机械部件等提出了一系列的技术要求和测试方法。例如，光学望远镜在测试中应该考虑到透过率、分辨率、畸变、波前畸变、亮度均匀性等参数；而对于光电探测器，则需要测试其响应特性、噪声等数据。

此外，规范还对于星载光电跟踪成像系统的软件设计、开发、测试等方面进行了详细阐述。为了保证该类系统的稳定性和可靠性，规范强调了软件模块化设计、接口规范、错误处理等多个方面的要求。

最后，规范还对于星载光电跟踪成像系统的测试和验收流程进行了规定。包括测试设备、测试环境、测试流程、测试数据评估等方面的内容，旨在对该类系统进行全面的检测和验证。

总之，《星载光电跟踪成像系统通用规范GB/T35437-2017》的发布，为保证我国星载光电跟踪成像系统的质量和可靠性提供了重要的保障。同时，该规范的实施也将促进我国相关科研和产业的发展，为我国航天事业的腾飞提供有力支撑。

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