一种应用于全谱段高精度PST测试系统的双柱罐的设计方法

本发明涉及光学设计、杂散光分析、pst测试，特别涉及一种应用于全谱段高精度pst测试系统的双柱罐的设计方法。

背景技术：

1、在进行航天遥感、深空探测及高端光电装备的研制中，光学系统的杂散光抑制能力是决定其成像质量与探测灵敏度的核心瓶颈之一。而点源透过率（pst）作为定量评价这一能力的关键指标，其物理意义在于表征光学系统视场外离轴点源目标经系统传输后，在像面所产生的辐照度与入瞳处辐照度的比值，该值越低，代表杂散光抑制能力越强。

2、航天相机、遥感器等在轨运行时，太阳、月亮等都是强烈的外部杂散光源。杂散光会严重恶化成像质量，降低仪器定标精度，甚至导致整个任务失败。天文望远镜也需要探测极度微弱的天体信号，其对杂散光也超级敏感，pst测试是验证其杂散光抑制能力的关键环节。在国防军事装备中应用的激光雷达、光电预警设备，杂散光会显著提高系统虚警率，降低目标探测成功率，严重影响作战效能，pst测试是评估和保证这些装备在复杂战场下的可靠性的重要手段。在医疗应用领域中，内窥镜、显微镜等医疗影像设备中，杂散光会降低图像对比度，模糊或弱化病灶特征边缘，直接增加了误诊或者漏诊的风险。综上所述，pst测试已经广泛的应用于航天、航空、国防、天文、医疗等对光学系统性能有极致要求的重要领域，在这些重要领域中，杂散光抑制能力与光学系统分辨率、光学探测灵敏度同等重要，已成为核心性能指标之一。而pst测试，是检验检测这一核心指标的重要手段。

3、随着空间光学载荷的工作波段从传统的可见光向深紫外（uv）和长波红外（ir）两端大幅拓展，现代高性能光学系统亟需在超宽谱段内均保持严苛的杂散光抑制水平，然而，各波段迥异的光学特性给地面测试带来了巨大挑战：紫外波段易受大气吸收和材料吸收限制，红外波段则面临强烈的环境热辐射干扰，而可见光波段虽技术成熟，却对绝对测试精度要求极高。传统的单一波段测试装置难以兼顾宽谱段需求，且不同波段切换时往往面临光源耦合效率低、光学元件色差显著以及探测器灵敏度差异过大等难题。因此，亟需构建一套兼容紫外、可见光至红外波段的一体化高精度pst测试平台。所以，研制全谱段高精度pst测试显得格外重要，而无论是在国外还是国内，都采用双柱罐抑制环境本底噪声和散射杂散光，以提高pst的测试精度。

4、双柱罐的目的是尽可能模拟理想全黑环境背景，无任何杂散光影响。由于理想全黑环境是无限空间，没有边界，视场外光束入射到被测设备的外部机械结构表面，经散射后的杂光不再返回被测设备中，但是实验室内的杂光测试系统都是在有限的空间内，模拟杂光光源入射到被测试光学系统设备表面后，经系统结构表面散射杂光会由双柱罐内壁的二次散射而进入被测试光学系统形成杂光污染；因此，双柱罐的设计要考虑控制内壁散射对pst测试结果的影响。

技术实现思路

1、本发明要解决现有技术中亟需构建一套兼容紫外、可见光至红外波段的一体化高精度pst测试平台的技术问题，提供一种应用于全谱段高精度pst测试系统的双柱罐的设计方法。

2、为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

3、一种应用于全谱段高精度pst测试系统的双柱罐的设计方法，包括以下步骤：

4、第一步，选定双柱罐的材料；

5、选择吸收率大于90%且反射率大于90%的材料作为双柱罐的材料；

6、第二步，初步规划双柱罐的机械尺寸；

7、在有限空间尺寸范围内，设计双柱罐的半径尺寸的最大值；

8、第三步，设计校准镜头，并仿真分析校准镜头的pst数量级；

9、测试校准镜头的各个光学元件的bsdf和机械结构件的bsdf，通过仿真软件对测试数据进行优化组合集成分析，确定设计的校准镜头的pst数量级满足指标要求；

10、第四步，获取校准镜头在双柱罐中的转角；

11、将校准镜头放置在双柱罐中，确定校准镜头的光轴绕入射光束旋转获得最大pst数值时，校准镜头的光轴与两双柱罐圆心的连线夹角；

12、第五步，确定某波长下双柱罐的圆心距离和单罐的半径尺寸、高度；

13、确定某一工作波长下双柱罐的圆心距离和单罐的半径尺寸、高度，使校准镜头的光轴与两双柱罐圆心的连线夹角的pst数量级最小；

14、第六步，采取与第五步中同样方法，确定不同工作波长下双柱罐的圆心距离和单罐的半径尺寸、高度；

15、第七步，按照不同工作波长的使用频率加权，确定双柱罐的最终圆心距离和单罐的半径尺寸、高度。

16、在上述技术方案中，第五步具体为：当保证双柱罐的尺寸尽量大，使其满足测试校准镜头pst的数量级要求时，再对其尺寸进行优化设计，横向对比不同半径尺寸和圆心距离的情况下，能够使校准镜头获得最小pst数值时，双柱罐的尺寸参数作为此波长下的最终设计结果。

17、在上述技术方案中，第六步中，不同工作波长包括：紫外波段、短波红外波段、中波红外波段以及长波红外波段。

18、在上述技术方案中，第七步具体为：双柱罐的不同参数分别由不同工作波段对应的最佳设计值乘以其对应的权重，再对所有设计波段的双柱罐的最佳设计值乘对应的权重求和，再除以权重因子的总和，所得到的数值作为双柱罐某一结构参数的最终设计值。

19、本发明具有以下有益效果：

20、本发明的应用于全谱段高精度pst测试系统的双柱罐的设计方法，可以兼容紫外、可见光至红外波段的一体化高精度pst测试，通过大口径反射式准直系统、低散射洁净腔体及多模式探测技术的协同设计（设计校准镜头并仿真分析校准镜头的pst数量级、获取校准镜头在双柱罐中的转角、确定某波长下双柱罐的圆心距离以及单罐的半径尺寸和高度），从根本上解决宽谱段光学载荷在地面研制阶段杂散光验证难的问题，从而为航天级光学任务、重点国防工程建设、医疗民生保障等工程实施提供可靠的数据支撑与性能保障。

1.一种应用于全谱段高精度pst测试系统的双柱罐的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的应用于全谱段高精度pst测试系统的双柱罐的设计方法，其特征在于，第五步具体为：

3.根据权利要求1所述的应用于全谱段高精度pst测试系统的双柱罐的设计方法，其特征在于，第六步中，不同工作波长包括：紫外波段、短波红外波段、中波红外波段以及长波红外波段。

4.根据权利要求1所述的应用于全谱段高精度pst测试系统的双柱罐的设计方法，其特征在于，第七步具体为：双柱罐的不同参数分别由不同工作波段对应的最佳设计值乘以其对应的权重，再对所有设计工作波段的双柱罐的最佳设计值乘对应的权重求和，再除以权重因子的总和，所得到的数值作为双柱罐某一结构参数的最终设计值。