中華人民共和國國家計(jì)量技術(shù)規(guī)范JJF2127—2024星敏感器校準(zhǔn)規(guī)范CalibrationSpecificationforStarSensors2024-06-14發(fā)布2024-12-14實(shí)施國家市場監(jiān)督管理總局發(fā)布JJF2127—2024星敏感器校準(zhǔn)規(guī)范CalibrationSpecificationforStarSensors→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→歸口單位:全國衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用專用計(jì)量測試技術(shù)委員會(huì)主要起草單位:北京航天計(jì)量測試技術(shù)研究所參加起草單位:北京控制工程研究所中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所本規(guī)范委托全國衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用專用計(jì)量測試技術(shù)委員會(huì)負(fù)責(zé)解釋JJF2127—2024本規(guī)范主要起草人:張功(北京航天計(jì)量測試技術(shù)研究所)趙天承(北京航天計(jì)量測試技術(shù)研究所)何緒龍(北京航天計(jì)量測試技術(shù)研究所)參加起草人:王立(北京控制工程研究所)李玉明(北京控制工程研究所)薛勛(中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所)趙建科(中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所)JJF2127—2024Ⅰ引言 1范圍 (1)2引用文件 (1)3術(shù)語和計(jì)量單位 (1)4概述 (2)5計(jì)量特性 (2)5.1焦距 (2)5.2光學(xué)視場角 (3)5.3工作光譜范圍 (3)5.4光學(xué)系統(tǒng)透過率 (3)5.5陽光抑制角 (3)5.6地氣光抑制角 (3)5.7恒星探測靈敏度 (3)5.8單星測角誤差 (3)5.9跟蹤角速度 (3)5.10初始捕獲時(shí)間 (3)6校準(zhǔn)條件 (3)6.1環(huán)境條件 (3)6.2測量標(biāo)準(zhǔn)及其他設(shè)備 (3)7校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)方法 (5)7.1校準(zhǔn)項(xiàng)目 (5)7.2校準(zhǔn)方法 (5)8校準(zhǔn)結(jié)果的表達(dá) (12)9復(fù)校時(shí)間間隔 (12)附錄A校準(zhǔn)原始記錄內(nèi)頁格式 (13)附錄B校準(zhǔn)證書內(nèi)頁格式 (18)附錄C星敏感器校準(zhǔn)測量不確定度評(píng)定示例 (19)附錄D多項(xiàng)式擬合原理 (39)附錄E星敏感器成像模型 (40)JJF2127—2024Ⅱ本規(guī)范以JJF1071《國家計(jì)量校準(zhǔn)規(guī)范編寫規(guī)則》、JJF1001《通用計(jì)量術(shù)語及定義》、JJF1059.1—2012《測量不確定度評(píng)定與表示》為基礎(chǔ)性系列規(guī)范進(jìn)行制定。本規(guī)范為首次發(fā)布。JJF2127—20241星敏感器校準(zhǔn)規(guī)范1范圍本規(guī)范適用于衛(wèi)星導(dǎo)航用星敏感器的校準(zhǔn),其他航天器所使用的星敏感器可參照?qǐng)?zhí)行。2引用文件本規(guī)范引用了下列文件:GB/T30111星敏感器通用規(guī)范ECSS-E-ST-60-20C航天工程星敏感器術(shù)語及性能規(guī)范(Spaceengineering—StarssensorsterminologyandperformancespecificatBSEN16603-60-20:2014航天工程星敏感器術(shù)語及性能規(guī)范(Spaceengineer-ing—Starsensorterminologyandperformancespecification)凡是注日期的引用文件,僅注日期的版本適用于本規(guī)范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于本規(guī)范。3術(shù)語和計(jì)量單位GB/T30111界定的及以下術(shù)語和定義適用于本規(guī)范。3.1陽光入射角sunlightincidentangle以星敏感器遮光罩前端面中心點(diǎn)為起點(diǎn),指向太陽的矢量和與星敏感器光軸平行的矢量的夾角。計(jì)量單位:(°)。3.2地氣光入射角earth-atmospherelightincidentangle以星敏感器遮光罩前端面中心點(diǎn)為起點(diǎn),指向距離地球100km高處的矢量(該矢量為距離地球100km高處的切線)和與星敏感器光軸平行的矢量的夾角。計(jì)量單位:(°)。3.3陽光抑制角sunlightexclusionangle星敏感器提取星數(shù)及識(shí)別星數(shù)均不少于4顆星,且滿足姿態(tài)有效率不小于95%時(shí)或姿態(tài)測量精度時(shí)的陽光入射角最小值。滿足姿態(tài)有效率不小于95%時(shí)(的陽光抑制角)稱為保功能陽光抑制角,滿足姿態(tài)測量精度時(shí)(的陽光抑制角)稱為保精度陽光抑制角。計(jì)量單位:(°)。3.4地氣光抑制角earth-atmospherelightexclusionangle星敏感器提取星數(shù)及識(shí)別星數(shù)均不少于4顆星,且滿足姿態(tài)有效率不小于95%時(shí)或姿態(tài)測量精度時(shí)的地氣光入射角最小值。注:滿足姿態(tài)有效率不小于95%時(shí)(的地氣光入射角)稱為保功能地氣光抑制角,滿足姿態(tài)測量精度時(shí)(的地氣光入射角)稱為保精度地氣光抑制角。計(jì)量單位:(°)。3.5太陽常數(shù)solarconstant地球大氣層以外,太陽在距其一個(gè)天文單位處并垂直于太陽光線方向的平面上的總JJF2127—20242輻照度。3.6恒星探測靈敏度detectionsensitivityofstarmagnitude在特定基準(zhǔn)星定義的0等儀器星等參考下,星敏感器能夠穩(wěn)定提取的恒星儀器星等最大值。3.7單星測角誤差singlestaranglemeasurementerror同一顆恒星在星敏感器視場不同位置的測角誤差。3.8跟蹤角速度trackingangularrate提取星數(shù)及識(shí)別星數(shù)均不少于4顆星且姿態(tài)有效率不小于95%的情況所對(duì)應(yīng)的角速度。4概述星敏感器是目前航天器上姿態(tài)測量精度最高的敏感器,在航天器自主天文導(dǎo)航中發(fā)揮著不可替代的作用。星敏感器主要應(yīng)用于地球軌道衛(wèi)星、深空探測器等航天器的高精度姿態(tài)確定。星敏感器結(jié)構(gòu)主要包括遮光罩、光學(xué)頭部以及電信號(hào)處理單元等,其中光學(xué)頭部通常由光學(xué)系統(tǒng)、探測器以及光電轉(zhuǎn)換部件組成。電信號(hào)處理單元通常由處理器、存儲(chǔ)器等組成,如圖1所示。圖1星敏感器組成示意圖其工作原理為:當(dāng)星敏感器對(duì)準(zhǔn)天空,視場內(nèi)所有恒星經(jīng)遮光罩及光學(xué)系統(tǒng)成像到探測器,同時(shí)完成星像的光—電荷轉(zhuǎn)換。將轉(zhuǎn)換后的電荷圖像放大處理為模擬信號(hào)并通過A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)與星圖像敏感芯片的像元相對(duì)應(yīng)地儲(chǔ)存在星圖存儲(chǔ)器中。掃描星圖的所有像元搜索出恒星并計(jì)算恒星的能量及像平面坐標(biāo)的位置。將搜索到的恒星與存儲(chǔ)器中導(dǎo)航星表里的恒星進(jìn)行信息匹配,一旦匹配成功,便可利用姿態(tài)解算算法得到星敏感器光軸在慣性空間中的指向,從而進(jìn)一步得到航天器的姿態(tài)信息。5計(jì)量特性5.1焦距光學(xué)系統(tǒng)焦距為10mm~250mm。JJF2127—202435.2光學(xué)視場角視場角為3°~28°。5.3工作光譜范圍工作光譜范圍為470nm~900nm。5.4光學(xué)系統(tǒng)透過率在工作光譜范圍內(nèi),光學(xué)系統(tǒng)透過率不小于75%。5.5陽光抑制角陽光抑制角為26°~45°。5.6地氣光抑制角地氣光抑制角為20°~36°。5.7恒星探測靈敏度探測恒星的儀器星等MI值,范圍為0~10,無量綱。5.8單星測角誤差測角誤差不大于10″。5.9跟蹤角速度跟蹤角速度范圍為0°/s~25°/s。5.10初始捕獲時(shí)間在無雜光條件下,初始捕獲時(shí)間為0s~20s。注:以上所有指標(biāo)不用于合格性判別,僅供參考。6校準(zhǔn)條件6.1環(huán)境條件6.1.1實(shí)驗(yàn)室環(huán)境要求a)溫度:20℃±5℃;b)相對(duì)濕度:40%~60%;c)壓強(qiáng):1倍標(biāo)準(zhǔn)大氣壓;d)潔凈度:優(yōu)于100000級(jí);e)應(yīng)有隔振地基及良好的接地、防靜電措施;f)其他條件:無影響校準(zhǔn)工作的氣流、電磁等干擾源。6.1.2外場天文觀測環(huán)境要求大氣視寧度:不小于8級(jí)。6.2測量標(biāo)準(zhǔn)及其他設(shè)備校準(zhǔn)用主要設(shè)備及技術(shù)指標(biāo)見表1。JJF2127—20244表1校準(zhǔn)用主要設(shè)備及推薦技術(shù)指標(biāo)序號(hào)名稱主要技術(shù)指標(biāo)1雙軸位置速率轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)角范圍:大于被校星敏感器視場范圍。角速率范圍:±0.001°/s~±200°/s。角位置定位誤差:優(yōu)于±1″。角位置定位重復(fù)性:優(yōu)于0.5″。角速率精度:w≤1°/s時(shí),≤2.5×10-5(3σ);1°/s<w≤10°/s時(shí),≤1×10-5(3σ);w>10°/s時(shí),≤1×10-6(3σ)。角速率平穩(wěn)性:w≤1°/s時(shí),≤2.5×10-5(3σ);1°/s<w≤10°/s時(shí),≤1×10-5(3σ);w>10°/s時(shí),≤1×10-6(3σ)。負(fù)載質(zhì)量:不小于30kg。負(fù)載尺寸:不小于240mm×240mm×240mm2平行光管出口光束平行度:不大于3″?？趶?大于被校星敏感器口徑。焦距:是被測星敏感器焦距的2~5倍。波像差:632.8nm波長下全視場優(yōu)于λ/203顯微測量系統(tǒng)長度測量誤差:不大于0.5μm。長度測量分辨力:不大于0.1μm。放大倍率:×5、×10、×20、×50分擋可調(diào)4玻羅板線對(duì)間距:1.000mm、2.000mm、4.000mm、10.000mm、20.000mm5單星模擬器光譜范圍:(300~1100)nm。星等誤差:±10%(4等星~8等星,間隔0.5等可調(diào))。星光平行度:不大于3″6光譜輻射計(jì)光譜范圍:(350~1100)nm。光譜分辨力:不大于5nm。波長誤差:±0.5nm7星點(diǎn)板小孔直徑:0.2mm8單色儀光譜范圍:(350~2500)nm。光譜分辨力:不大于0.2nm。波長重復(fù)性:不大于0.1nm9光源光譜范圍:(350~1100)nm。輻射照度、輻射亮度及輻射功率穩(wěn)定性均優(yōu)于1%(1h內(nèi))10積分球內(nèi)壁涂層反射率:不小于95%JJF2127—20245表1校準(zhǔn)用主要設(shè)備及推薦技術(shù)指標(biāo)(續(xù))序號(hào)名稱主要技術(shù)指標(biāo)11光譜功率計(jì)光譜范圍:(200~1100)nm。測量分辨力:0.1nW12太陽模擬器可提供1.0倍太陽常數(shù)出射光輻射照度。通光孔徑:大于星敏感器遮光罩口徑13光電自準(zhǔn)直儀示值誤差:±0.1″(0~±100)″;±0.25″(0~±1000)″14動(dòng)態(tài)恒星模擬器有效視場:大于被測星敏感器視場。單星位置誤差:不大于40″。光譜范圍:包絡(luò)被測星敏感器工作光譜范圍。中心設(shè)計(jì)波長:與被測星敏感器中心波長吻合?？烧{(diào)星等范圍:覆蓋被測星敏感器恒星探測靈敏度注:校準(zhǔn)時(shí)可選用表1所用的測量標(biāo)準(zhǔn),也可選用符合要求的其他測量標(biāo)準(zhǔn)。7校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)方法7.1校準(zhǔn)項(xiàng)目校準(zhǔn)項(xiàng)目見表2。表2校準(zhǔn)項(xiàng)目一覽表序號(hào)校準(zhǔn)項(xiàng)目校準(zhǔn)方法1焦距7.2.22光學(xué)視場角7.2.33工作光譜范圍7.2.44光學(xué)系統(tǒng)透過率7.2.55陽光抑制角7.2.66地氣光抑制角7.2.77恒星探測靈敏度7.2.88單星測角誤差7.2.99跟蹤角速度7.2.1010初始捕獲時(shí)間7.2.117.2校準(zhǔn)方法7.2.1校準(zhǔn)前準(zhǔn)備校準(zhǔn)前應(yīng)對(duì)星敏感器外觀及各部分功能進(jìn)行檢查,步驟如下:a)目視檢查星敏感器殼體,應(yīng)完整無損傷;表面涂覆層應(yīng)無劃傷、銹蝕、脫落;標(biāo)識(shí)應(yīng)完整、清晰、準(zhǔn)確。b)試驗(yàn)和觀測檢查數(shù)據(jù)采集軟件,應(yīng)滿足測量要求,數(shù)據(jù)通訊功能穩(wěn)定、可靠。JJF2127—20246c)使用2~3倍放大鏡檢查電連接器,插針應(yīng)無彎曲,插孔應(yīng)無堵塞。機(jī)械連接件、緊固件可靠連接,無松動(dòng)現(xiàn)象。d)采用4~10倍放大鏡檢查光學(xué)鏡頭,應(yīng)無明顯麻點(diǎn)、擦痕、氣泡、霉斑及其他附著物,光學(xué)膜層應(yīng)牢固、均勻,視場內(nèi)不得有脫膜或脫膠現(xiàn)象。e)將檢查結(jié)果填寫至附錄A表A.1中。7.2.2焦距校準(zhǔn)搭建如圖2校準(zhǔn)系統(tǒng),校準(zhǔn)步驟如下:圖2焦距校準(zhǔn)示意圖a)在平行光管出光口放置被測星敏感器鏡頭,被測星敏感器鏡頭物方朝向平行光管,像方朝向顯微測量系統(tǒng);b)在平行光管像面處安裝玻羅板;c)調(diào)整被測星敏感器鏡頭、顯微測量系統(tǒng)與平行光管光軸同軸;d)通過顯微測量系統(tǒng)觀察平行光管玻羅板通過被測星敏感器鏡頭所成的像,旋轉(zhuǎn)玻羅板,使其線對(duì)的刻線方向垂直于顯微測量系統(tǒng)的測量方向,同時(shí)調(diào)整顯微測量系統(tǒng)的焦面位置,直到觀察到的玻羅板像最清晰;e)通過顯微測量系統(tǒng)測量出玻羅板像的線對(duì)間距y',按公式(1)計(jì)算得出被測星敏感器鏡頭的焦距f'。采用公式(1)計(jì)算焦距時(shí),玻羅板刻線位置應(yīng)盡量滿足arctan(y/f)≤3°。(1)式中:f'—被測星敏感器鏡頭的焦距,mm;y'—顯微測量系統(tǒng)測量出玻羅板像的線對(duì)間距,mm;f—平行光管的實(shí)際焦距,該值來自平行光管校準(zhǔn)報(bào)告或預(yù)先精確測定,mm;y—平行光管玻羅板刻線間距,該值來自平行光管校準(zhǔn)報(bào)告或預(yù)先精確測定,f)重復(fù)測量5次取其平均值作為星敏感器鏡頭焦距,將校準(zhǔn)結(jié)果數(shù)據(jù)填寫至附錄A表A.2中。JJF2127—202477.2.3光學(xué)視場角校準(zhǔn)搭建如圖3所示校準(zhǔn)系統(tǒng),校準(zhǔn)步驟如下:圖3光學(xué)視場角校準(zhǔn)示意圖a)將星敏感器安裝于雙軸位置速率轉(zhuǎn)臺(tái)上,使其后節(jié)點(diǎn)與雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)中心重合。單星模擬器安放于星敏感器鏡頭物方。轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)使星點(diǎn)在星敏感器成像面上的軌跡與行(列)方向保持一致。b)星敏感器對(duì)星點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行成像。轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)框,通過測控設(shè)備圖像顯示功能確定星點(diǎn)像分別移至星敏感器探測器視場水平方向的兩個(gè)邊緣,分別記錄此時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)角位置φ1及φ2,則星敏感器水平方向視場角φ按公式(2)計(jì)算。φ=φ=φ1-φ2(2)φ—被測星敏感器水平向視場角,(°);φ1、φ2—星敏感器水平方向邊緣視場對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)臺(tái)的角度值,(°)。重復(fù)測量5次,取其平均值作為水平方向視場角。c)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)外框,通過測控設(shè)備圖像顯示功能確定星點(diǎn)像分別移至星敏感器探測器視場垂直方向的兩個(gè)邊緣,分別記錄此時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)角位置ψ1及ψ2,則星敏感器垂直方向視場角ψ按公式(3)計(jì)算。式中:ψ—被測星敏感器垂直向視場角,(°);式中:ψ—被測星敏感器垂直向視場角,(°);—星敏感器垂直方向邊緣視場對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)臺(tái)的角度值,(°)。重復(fù)測量5次,取其平均值作為垂直方向視場角,將校準(zhǔn)結(jié)果數(shù)據(jù)填寫至附錄A表A.3中。7.2.4工作光譜范圍校準(zhǔn)校準(zhǔn)步驟如下:圖4工作光譜范圍校準(zhǔn)示意圖JJF2127—20248a)按圖4搭建工作光譜范圍校準(zhǔn)系統(tǒng)。單色儀輸出光經(jīng)積分球勻光后照亮平行光管焦面處的星點(diǎn)板,積分球出口固定光譜輻射計(jì)探頭,被測星敏感器的鏡頭應(yīng)正對(duì)平行光管出光孔。b)開啟單色儀,按照單色儀輸出單色光的起止波長區(qū)間應(yīng)覆蓋星敏感器理論設(shè)計(jì)的工作波長區(qū)間為原則設(shè)置起始波長,并設(shè)置波長步長為10nm,使單色儀依次輸出波長為λi的單色光。被測星敏感器對(duì)平行光管焦面處的星點(diǎn)成像。通過調(diào)整被測星敏感器水平及垂直方向位置使星點(diǎn)成像位于探測器視場的中心。c)使用光譜輻射計(jì)測量積分球出口處的輻亮度并記為Lλi。通過數(shù)據(jù)采集及處理記錄被測星敏感器圖像對(duì)應(yīng)的星點(diǎn)像灰度輸出值并記為dDNλi。被測星敏感器的光譜響應(yīng)按公式(4)計(jì)算。Sλi=(4)式中:Sλi—λi波長下單色光的光譜響應(yīng)值,sr·m2/(W·nm);dDNλi—波長步長內(nèi)被測星敏感器輸出;Lλi—λi波長下單色儀窄帶光譜輸出對(duì)應(yīng)的積分球輸出輻亮度,W/(sr·m2);dλ—波長步長,nm。d)以計(jì)算得到的光譜響應(yīng)最大值為基數(shù),對(duì)被測星敏感器的光譜響應(yīng)按公式(5)進(jìn)行歸一化計(jì)算。ρλi=(5)式中:ρλi—λi波長單色光對(duì)應(yīng)的光譜響應(yīng)歸一化計(jì)算結(jié)果;max[Sλi]—光譜響應(yīng)最大值。以波長為橫坐標(biāo),ρλi為縱坐標(biāo),擬合繪制出相對(duì)光譜響應(yīng)曲線,對(duì)應(yīng)的前、后截止波長之間為工作光譜范圍。推薦相對(duì)光譜響應(yīng)定為峰值的1/2。校準(zhǔn)結(jié)果數(shù)據(jù)填寫至附錄A表A.4中。7.2.5光學(xué)系統(tǒng)透過率校準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)透過率由特定波長的平行光經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)前后對(duì)應(yīng)光子能量的比值來表示,校準(zhǔn)步驟如下:圖5光學(xué)系統(tǒng)透過率校準(zhǔn)示意圖a)按照?qǐng)D5搭建光學(xué)系統(tǒng)透過率校準(zhǔn)系統(tǒng)。單色儀輸出光經(jīng)積分球勻光后照亮平行光管焦面處的星點(diǎn)板,被測星敏感器的鏡頭正對(duì)平行光管出光孔,星敏感器遮光罩入JJF2127—20249口處固定光譜功率計(jì)探頭。b)開啟單色儀,參照星敏感器工作光譜范圍以100nm的波長步長設(shè)置單色儀使其依次輸出波長為λi的單色光。被測星敏感器對(duì)平行光管焦面處的星點(diǎn)成像,通過探測器視場像素?cái)?shù)值調(diào)整被測星敏感器水平及垂直方向位置使星點(diǎn)像位于視場特定位置,如圖6所示。圖6星點(diǎn)成像位置示意圖c)在視場每一個(gè)特定位置j使用光譜功率計(jì)測量星敏感器遮光罩入口處的光功率,記為Pin(j,λi)。通過數(shù)據(jù)采集及處理記錄被測星敏感器圖像對(duì)應(yīng)的星點(diǎn)像灰度輸出值并記為DN(j,λi)。d)按照公式(6)計(jì)算得出每個(gè)單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)星敏感器探測器表面的光子能量。式中:Pout(j,λi)—在成像探測器j位置處λi波長所對(duì)應(yīng)的每個(gè)單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)探測器表面的光子能量,J/s;k—星敏感器圖像探測器增益,e/DN;h—普朗克常量,J·s;c—光速,m/s;tλi—不同波長單色光下成像星點(diǎn)斑灰度峰值為飽和值一半的曝光時(shí)間,ms;ηλi—λi波長下星敏感器探測器量子轉(zhuǎn)換效率,%。e)成像探測器j位置處波長λi下,光學(xué)系統(tǒng)透過率τ(j,λi)按照公式(7)計(jì)算。f)取計(jì)算結(jié)果的平均值作為星敏感器光學(xué)系統(tǒng)透過率。校準(zhǔn)結(jié)果數(shù)據(jù)填寫至附錄A表A.5中。7.2.6陽光抑制角校準(zhǔn)搭建雜散光校準(zhǔn)系統(tǒng)如圖7所示。JJF2127—202410圖7陽光抑制角校準(zhǔn)示意圖校準(zhǔn)步驟如下:a)在滿足外場天文觀測環(huán)境要求下,夜晚使用星敏感器觀星采集無雜光環(huán)境下星圖序列形成觀星圖像。平行。c)啟動(dòng)太陽模擬器并設(shè)定其出射光強(qiáng)度為1.0倍太陽常數(shù),并將出射光對(duì)準(zhǔn)暗室入孔,令陽光水平入射到暗室內(nèi)轉(zhuǎn)臺(tái)附近。d)精確調(diào)整轉(zhuǎn)臺(tái),使得太陽模擬器入射平行光與遮光罩頂端平面平行,此時(shí)陽光入射角為90°。以此為基準(zhǔn)并設(shè)置轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)角度步長為2°,轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)逐步減小陽光入射角,并采集不同陽光入射角下的圖像信息。e)將步驟d)采集到的實(shí)驗(yàn)室不同陽光入射角下雜光圖像疊加到步驟a)采集到的觀星圖像中,形成具有恒星目標(biāo)下的雜光圖像序列。f)運(yùn)行分析軟件處理步驟e)中得到的雜光圖像序列,得到提取星數(shù)、識(shí)別星數(shù)、姿態(tài)四元數(shù)信息樣本。g)提取星數(shù)及識(shí)別星數(shù)均不少于4顆且姿態(tài)有效率不小于95%時(shí)陽光入射角最小值為星敏感器保功能的陽光抑制角;滿足姿態(tài)測量誤差要求的陽光入射角最小值為星敏感器保精度的陽光抑制角。將校準(zhǔn)數(shù)據(jù)填寫至附錄A表A.6中。7.2.7地氣光抑制角校準(zhǔn)搭建如圖7所示雜散光校準(zhǔn)系統(tǒng)。將陽光抑制角校準(zhǔn)方法步驟c)中太陽模擬器出射光強(qiáng)度設(shè)定為0.3倍太陽常數(shù),其他步驟按照陽光抑制角校準(zhǔn)方法執(zhí)行。提取星數(shù)及識(shí)別星數(shù)均不少于4顆且姿態(tài)有效率不小于95%時(shí)地氣光入射角最小值為星敏感器保功能地氣光抑制角;滿足姿態(tài)測量誤差要求的地氣光入射角最小值為星敏感器保精度的地氣光抑制角。將校準(zhǔn)數(shù)據(jù)填寫至附錄A表A.7中。7.2.8恒星探測靈敏度校準(zhǔn)校準(zhǔn)步驟如下:a)在滿足外場天文觀測環(huán)境要求下,將星敏感器安裝于外場雙軸位置速率轉(zhuǎn)臺(tái)上;b)控制轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)相應(yīng)軸系,使星敏感器光軸連續(xù)掃過不小于50°天區(qū)度數(shù)并同時(shí)采集星圖信息;c)統(tǒng)計(jì)采集到的所有星圖中恒星的儀器星等及對(duì)應(yīng)的恒星信噪比,通過最小二乘JJF2127—202411線性擬合方法(參見附錄D)得到兩者關(guān)系式并計(jì)算當(dāng)恒星信噪比為3時(shí)的儀器星等數(shù)值(定義能夠穩(wěn)定提取星點(diǎn)的最小信噪比為3),即為星敏感器在基準(zhǔn)參考星定義下的恒星探測靈敏度。恒星信噪比SNR按公式(8)計(jì)算。SNR=(8)式中:μy—恒星星點(diǎn)像素灰度平均值,DN值;μd—無光線條件下星圖灰度的平均值,DN值;σd—無光線條件下星圖灰度的平均標(biāo)準(zhǔn)差。采集圖像幀數(shù)不小于50幀。校準(zhǔn)結(jié)果數(shù)據(jù)填寫至附錄A表A.8中。7.2.9單星測角誤差校準(zhǔn)校準(zhǔn)步驟如下:a)搭建如圖3所示校準(zhǔn)系統(tǒng)。通過光電自準(zhǔn)直儀實(shí)現(xiàn)單星模擬器坐標(biāo)系與轉(zhuǎn)臺(tái)坐標(biāo)系的正交性建立。b)在正交零位位置記錄轉(zhuǎn)臺(tái)角度,設(shè)為位置1。記錄星敏感器觀測矢量設(shè)為1,采集樣本數(shù)不少于20幀。c)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)偏航軸或俯仰軸,轉(zhuǎn)動(dòng)角度應(yīng)接近星敏感器視場的一半以保證單星成像位置移動(dòng)到星敏感器探測器的邊緣,記錄此時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)角度,設(shè)為位置2。星敏感器觀測矢量設(shè)為2,采集樣本數(shù)不少于20幀。d)以轉(zhuǎn)臺(tái)角度位置1到2得到的轉(zhuǎn)角數(shù)值為參考坐標(biāo)系的基準(zhǔn)量,以星敏感器觀差值。e)連續(xù)記錄轉(zhuǎn)臺(tái)至少100個(gè)不同位置的基準(zhǔn)量和觀測量的差值樣本,差值樣本的均值設(shè)為μ,標(biāo)準(zhǔn)差設(shè)為σ,則μ+3σ/2為星敏感器單星測角誤差數(shù)值。將校準(zhǔn)結(jié)果數(shù)據(jù)填寫至附錄A表A.9中。7.2.10跟蹤角速度校準(zhǔn)校準(zhǔn)步驟如下:a)在滿足外場天文觀測環(huán)境要求下,夜晚將星敏感器安裝于雙軸位置速率轉(zhuǎn)臺(tái)上。b)設(shè)置轉(zhuǎn)臺(tái)初始轉(zhuǎn)速為0.1°/s,轉(zhuǎn)速步長為0.2°/s,轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)相應(yīng)軸系,以保證星敏感器繞自身橫軸轉(zhuǎn)動(dòng)(定義星敏感器光軸為Z軸,需要繞星敏感器X軸或Y軸轉(zhuǎn)動(dòng))。在每一擋轉(zhuǎn)速,星敏感器光軸應(yīng)連續(xù)掃過不小于80°天區(qū)角度。c)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中采集星敏感器姿態(tài)四元數(shù)、提取星數(shù)、識(shí)別星數(shù)等信息,采集數(shù)據(jù)樣本應(yīng)不少于100幀。對(duì)每一擋轉(zhuǎn)速采集到的星敏感器信息進(jìn)行分析,定義提取星數(shù)及識(shí)別星數(shù)均不少于4顆星且姿態(tài)有效率不小于95%的情況所對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速數(shù)值為跟蹤角速度。將校準(zhǔn)結(jié)果數(shù)據(jù)填寫至附錄A表A.10中。7.2.11初始捕獲時(shí)間校準(zhǔn)校準(zhǔn)步驟如下:JJF2127—202412a)設(shè)置動(dòng)態(tài)恒星模擬器的測試角速率為0.06°/s,設(shè)置全天球遍歷方式為螺旋方式,設(shè)置光軸指向初始值為赤經(jīng)0°、赤緯-89°、旋轉(zhuǎn)角為0°;b)設(shè)置星敏感器工作模式為全天球識(shí)別模式,采集星敏感器遙測數(shù)據(jù)獲取單幀星圖初始捕獲時(shí)間,采集星圖數(shù)量不少于2000幅;c)以捕獲幀數(shù)為橫軸,捕獲時(shí)間為縱軸繪制直方圖統(tǒng)計(jì)得到星敏感器全天區(qū)無雜光條件下的初始捕獲時(shí)間。8校準(zhǔn)結(jié)果的表達(dá)校準(zhǔn)證書應(yīng)符合JJF1071中5.12的要求。校準(zhǔn)證書中應(yīng)包含校準(zhǔn)項(xiàng)目的測量結(jié)果及其測量不確定度。校準(zhǔn)證書應(yīng)包含的信息、內(nèi)頁格式參見附錄B。9復(fù)校時(shí)間間隔星敏感器的復(fù)校時(shí)間間隔建議不超過12個(gè)月。由于復(fù)校時(shí)間間隔的長短是由儀器的使用情況、使用者、儀器本身質(zhì)量等諸因素所決定的,因此,送校單位可根據(jù)實(shí)際使用情況自主決定復(fù)校時(shí)間間隔。JJF2127—202413附錄A校準(zhǔn)原始記錄內(nèi)頁格式表A.1外觀及各部分功能檢查記錄被測設(shè)備型號(hào)規(guī)格測試時(shí)間外觀檢查結(jié)果各部分功能檢查結(jié)果環(huán)境條件溫度:℃相對(duì)濕度:%測試人表A.2焦距校準(zhǔn)記錄被測設(shè)備型號(hào)規(guī)格測試時(shí)間參數(shù)項(xiàng)測量值1/mm測量值2/mm測量值3/mm測量值……/mm測量值9/mm測量值yy'ff'環(huán)境條件溫度:℃相對(duì)濕度:%所用主要儀器名稱及型號(hào)校準(zhǔn)/測試人表A.3光學(xué)視場角校準(zhǔn)記錄被測設(shè)備型號(hào)規(guī)格測試時(shí)間參數(shù)項(xiàng)測量值1/(°)測量值2/(°)測量值3/(°)測量值4/(°)測量值5/(°)φ1φ2φ=iφ1-φ2iψ1JJF2127—202414表A.3光學(xué)視場角校準(zhǔn)記錄(續(xù))被測設(shè)備型號(hào)規(guī)格測試時(shí)間參數(shù)項(xiàng)測量值1/(°)測量值2/(°)測量值3/(°)測量值4/(°)測量值5/(°)ψ2ψ=iψ1-ψ2i環(huán)境條件溫度:℃相對(duì)濕度:%所用主要儀器名稱及型號(hào)校準(zhǔn)/測試人表A.4工作光譜范圍校準(zhǔn)記錄被測設(shè)備型號(hào)規(guī)格測試時(shí)間波長λidDNλiLλiSλiρλi……環(huán)境條件溫度:℃相對(duì)濕度:%所用主要儀器名稱及型號(hào)校準(zhǔn)/測試人表A.5光學(xué)系統(tǒng)透過率校準(zhǔn)記錄被測設(shè)備型號(hào)規(guī)格測試時(shí)間波長λ1λ2……星點(diǎn)像位置位置1/(J/s)位置2/(J/s)位置…/(J/s)位置1/(J/s)位置2/(J/s)位置…/(J/s)位置1/(J/s)位置2/(J/s)位置……/(J/s)PinPoutτ環(huán)境條件溫度:℃相對(duì)濕度:%所用主要儀器名稱及型號(hào)校準(zhǔn)/測試人JJF2127—202415表A.6陽光抑制角校準(zhǔn)記錄被測設(shè)備型號(hào)規(guī)格測試時(shí)間轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)角/(°)提取星數(shù)識(shí)別星數(shù)……環(huán)境條件溫度:℃相對(duì)濕度:%所用主要儀器名稱及型號(hào)校準(zhǔn)/測試人表A.7地氣光抑制角校準(zhǔn)記錄被測設(shè)備型號(hào)規(guī)格測試時(shí)間轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)角/(°)提取星數(shù)識(shí)別星數(shù)……環(huán)境條件溫度:℃相對(duì)濕度:%所用主要儀器名稱及型號(hào)校準(zhǔn)/測試人表A.8恒星探測靈敏度校準(zhǔn)記錄被測設(shè)備型號(hào)規(guī)格測試時(shí)間≥50°天區(qū)跨度所采集恒星儀器星等對(duì)應(yīng)信噪比……最小二乘線性擬合結(jié)果:信噪比為3時(shí)的儀器星等:環(huán)境條件溫度:℃相對(duì)濕度:%所用主要儀器名稱及型號(hào)校準(zhǔn)/測試人JJF2127—202416表A.9單星測角誤差校準(zhǔn)記錄被測設(shè)備型號(hào)規(guī)格測試時(shí)間序號(hào)位置1測量位置2測量位置……測量轉(zhuǎn)臺(tái)角度像點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)臺(tái)角度像點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)臺(tái)角度像點(diǎn)坐標(biāo)1234567891011121314151617181920環(huán)境條件溫度:℃相對(duì)濕度:%所用主要儀器名稱型號(hào)校準(zhǔn)/測試人JJF2127—202417表A.10跟蹤角速度校準(zhǔn)記錄被測設(shè)備型號(hào)規(guī)格測試時(shí)間轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速/(°/s)提取星數(shù)識(shí)別星數(shù)……環(huán)境條件溫度:℃相對(duì)濕度:%所用主要儀器名稱及型號(hào)校準(zhǔn)/測試人JJF2127—202418附錄B校準(zhǔn)證書內(nèi)頁格式B.1校準(zhǔn)證書應(yīng)包含的信息校準(zhǔn)結(jié)果應(yīng)在校準(zhǔn)證書上反映。校準(zhǔn)證書應(yīng)至少包括以下信息:a)標(biāo)題:“校準(zhǔn)證書”;b)實(shí)驗(yàn)室名稱和地址;c)進(jìn)行校準(zhǔn)的地點(diǎn)(如果與實(shí)驗(yàn)室的地址不同);d)證書的唯一性標(biāo)識(shí)(如編號(hào)),每頁及總頁數(shù)的標(biāo)識(shí);e)客戶的名稱和地址;f)被校對(duì)象的描述和明確標(biāo)識(shí);g)進(jìn)行校準(zhǔn)的日期,如果與校準(zhǔn)結(jié)果的有效性和應(yīng)用有關(guān)時(shí),應(yīng)說明被校對(duì)象的接收日期;h)如果與校準(zhǔn)結(jié)果的有效性和應(yīng)用有關(guān)時(shí),應(yīng)對(duì)被校樣品的抽樣程序進(jìn)行說明;i)校準(zhǔn)所依據(jù)的技術(shù)規(guī)范的標(biāo)識(shí),包括名稱及代號(hào);j)本次校準(zhǔn)所用測量標(biāo)準(zhǔn)的溯源性及有效性說明;k)校準(zhǔn)環(huán)境的描述;l)校準(zhǔn)結(jié)果及其測量不確定度的說明;m)對(duì)校準(zhǔn)規(guī)范的偏離的說明;n)校準(zhǔn)證書或校準(zhǔn)報(bào)告簽發(fā)人的簽名、職務(wù)或等效標(biāo)識(shí);o)校準(zhǔn)結(jié)果僅對(duì)被校對(duì)象有效的聲明;p)未經(jīng)實(shí)驗(yàn)室書面批準(zhǔn),不得部分復(fù)制證書的聲明。B.2校準(zhǔn)證書內(nèi)頁格式校準(zhǔn)結(jié)果證書編號(hào):序號(hào)校準(zhǔn)項(xiàng)目校準(zhǔn)結(jié)果測量不確定度1焦距/mm2光學(xué)視場角/(°)3工作光譜范圍/nm4光學(xué)系統(tǒng)透過率/%5陽光抑制角/(°)6地氣光抑制角/(°)7恒星探測靈敏度8單星測角誤差/(″)9跟蹤角速度/(°/s)10初始捕獲時(shí)間/s以下空白JJF2127—2024附錄C星敏感器校準(zhǔn)測量不確定度評(píng)定示例C.1焦距校準(zhǔn)結(jié)果測量不確定度評(píng)定C.1.1測量模型測量模型為公式(C.1):(C.1)式中:f'—被測星敏感器鏡頭的焦距,mm;y'—顯微測量系統(tǒng)測量出玻羅板像的線對(duì)間距,mm;f—平行光管的實(shí)際焦距,該值來自平行光管校準(zhǔn)報(bào)告,mm;y—平行光管玻羅板刻線間距,該值來自平行光管校準(zhǔn)報(bào)告,mm。C.1.2不確定度來源放大率法測量焦距標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量來源和說明見表C.1。表C.1不確定度分量來源序號(hào)不確定度分量不確定度來源分布類型評(píng)定方法1u1u11顯微測量系統(tǒng)分辨力引入均勻分布B類評(píng)定2u12顯微測量系統(tǒng)測量重復(fù)性引入正態(tài)分布A類評(píng)定3u2平行光管焦距誤差引入正態(tài)分布B類評(píng)定4u3刻線間距誤差引入正態(tài)分布B類評(píng)定C.1.3不確定度傳播律鏡頭焦距f'的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度按公式(C.2)計(jì)算。式中:u(f')=cu+cu+cu(C.2)uc(f')—被測星敏感器鏡頭焦距合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度,mm;u1—顯微測量系統(tǒng)測量線對(duì)間距不確定度,mm;u2—平行光管焦距誤差分量不確定度,mm;u3—平行光管玻羅板刻線間距誤差分量不確定度,mm。對(duì)應(yīng)靈敏系數(shù)為,c2=,c3=(C.3)C.1.4標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評(píng)定C.1.4.1顯微測量系統(tǒng)分辨力引入的不確定度u11由顯微測量系統(tǒng)分辨力δy'導(dǎo)致的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u11采用B類評(píng)定。區(qū)間半寬度19a=δy'/2。測量值在區(qū)間內(nèi)服從均勻分布,k=3。由分辨力導(dǎo)致的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1119JJF2127—202420按公式(C.4)計(jì)算。u11=(C.4)δy'=0.01mm。經(jīng)計(jì)算得到:C.1.4.2顯微測量系統(tǒng)測量重復(fù)性引入的不確定度uδy'=0.01mm。經(jīng)計(jì)算得到:C.1.4.2顯微測量系統(tǒng)測量重復(fù)性引入的不確定度u12對(duì)顯微測量系統(tǒng)測得的玻羅板像線對(duì)間距測量10次,結(jié)果見表C.2。表C.2顯微測量系統(tǒng)測得玻羅板像線對(duì)間距結(jié)果測量序號(hào)12345678910線對(duì)間距y'/mm0.400.390.390.390.400.410.410.390.400.41采用貝塞爾公式計(jì)算實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差。(C.6)復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u12按公式(C.7)計(jì)算。經(jīng)計(jì)算得s(y')=0.0083mm。實(shí)際測量時(shí),在重復(fù)條件下測量復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u12按公式(C.7)計(jì)算。u12=(C.7)測量3次,以3次測量算術(shù)平均值為測量結(jié)果,則標(biāo)準(zhǔn)不確定度經(jīng)計(jì)算為:C.1.4.3平行光管焦距誤差引入的不確定度u2u12=0.0048mmC.1.4.3平行光管焦距誤差引入的不確定度u2平行光管焦距誤差引入的不確定度采用B類評(píng)定,按公式(C.9)計(jì)算。(C.9)布:,查表得,在概率為95.45%時(shí),k=2。則平行光管焦距誤差引布:,查表得,在概率為95.45%時(shí),k=2。則平行光管焦距誤差引C.1.4.4刻線間距誤差引入的不確定度u3u2=1mmC.1.4.4刻線間距誤差引入的不確定度u3刻線間距誤差引入的不確定度采用B類評(píng)定,按照公式(C.4)計(jì)算。根據(jù)平行光.的。:分布,查表得,在概率為.的。:分布,查表得,在概率為95.45%時(shí),k=2?？叹€間C.1.5合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度u3=0.0012mm(C.11)各不確定度彼此不相關(guān),合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度按公式(C.12)計(jì)算。其中,顯微測量系統(tǒng)測量標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1其中,顯微測量系統(tǒng)測量標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1按公式(C.13)計(jì)算。JJF2127—202421最終計(jì)算得:=0.0056mm最終計(jì)算得:C.1.6擴(kuò)展不確定度uc(f')=0.28mm(C.14)C.2光學(xué)視場角校準(zhǔn)結(jié)果測量不確定度評(píng)定C.2.1測量模型測量模型為公式(C.17):式中:φ—被測星敏感器水平向式中:φ—被測星敏感器水平向視場角,(°);φ1,φ2—星敏感器水平方向邊緣視場對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)臺(tái)的角度值,(°);ψ—被測星敏感器垂直向視場角,(°);ψ1,ψ2—星敏感器垂直方向邊緣視場對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)臺(tái)的角度值,(°)。C.2.2不確定度來源光學(xué)視場角校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量來源和說明見表C.3。表C.3不確定度分量來源序號(hào)不確定度分量不確定度來源分布類型評(píng)定方法1u1轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)框測角誤差引入均勻分布B類評(píng)定2u2轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)框測角分辨力引入均勻分布B類評(píng)定3u3轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)框測角測量重復(fù)性正態(tài)分布A類評(píng)定4u4轉(zhuǎn)臺(tái)外框測角誤差引入均勻分布B類評(píng)定5u5轉(zhuǎn)臺(tái)外框測角分辨力引入均勻分布B類評(píng)定6u6轉(zhuǎn)臺(tái)外框測角測量重復(fù)性正態(tài)分布A類評(píng)定C.2.3標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評(píng)定C.2.3.1轉(zhuǎn)臺(tái)測角誤差引入的不確定度u1及u4以內(nèi)框測角誤差引入的不確定度u1為例,采用B類評(píng)定按公式(C.18)計(jì)算。(C.18)由轉(zhuǎn)臺(tái)計(jì)量報(bào)告可知,轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)框測角最大允許誤差為±1″,區(qū)間半寬度a=1″。誤定度u1經(jīng)計(jì)算得:差分布服從均勻分布,k=3。由于同方向角度測量2定度u1經(jīng)計(jì)算得:JJF2127—202422=0.41″(C.19)同理計(jì)算可得:u4=0.41″(C.20)C.2.3.2轉(zhuǎn)臺(tái)測角分辨力引入的不確定度u2及u5以內(nèi)框測角分辨力為例,由內(nèi)框測角分辨力δφ導(dǎo)致的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u2采用B類評(píng)定,區(qū)間半寬度a=δφ/2。測量值在區(qū)間內(nèi)服從均勻分布由分辨力導(dǎo)致的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2按公式(C.21)計(jì)算。(C.21)δφ=0.36″。經(jīng)計(jì)算得:″u2=0.1″(C.22)同理,外框測角分辨力δψ=0.36,經(jīng)計(jì)算:u5=0.1(C.23)C.2.3.3轉(zhuǎn)臺(tái)測角測量重復(fù)性引入的不確定度u3及u6對(duì)視場角標(biāo)稱為10°×30°的鏡頭測量10次,結(jié)果見表C.4。表C.4視場角測量結(jié)果測量序號(hào)12345678910φ/(°)9.99529.99519.99959.98899.99710.00139.99749.998910.00569.9924ψ/(°)30.000729.998230.002930.000529.995730.002229.987729.99430.001329.9999采用貝塞爾公式計(jì)算實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差。(C.24)經(jīng)計(jì)算得s(φ)=5.8″,s(ψ)=5.6″。實(shí)際測量時(shí),在重復(fù)條件下測量n次,則由測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u3按公式(C.25)計(jì)算。(C.25)測量3次,以3次測量算術(shù)平均值為測量結(jié)果為例,則標(biāo)準(zhǔn)不確定度經(jīng)計(jì)算得:u3=3.35″(C.26)同理,可計(jì)算得:u6=3.23″(C.27)C.2.4合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度各不確定度彼此不相關(guān),得到合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度按式(C.28)計(jì)算。JJF2127—202423經(jīng)計(jì)算得經(jīng)計(jì)算得:C.2.5擴(kuò)展不確定度擴(kuò)展不確定度U(φ),U(ψ)按公式(C.30)計(jì)算。取包含因子k=2。C.3工作光譜范圍校準(zhǔn)結(jié)果測量不確定度評(píng)定C.3.1不確定度來源(C.28)(C.29)(C.30)(C.31)從校準(zhǔn)過程中所涉及物理量的測量過程及評(píng)定方法分析,工作光譜范圍的誤差來源與以下幾個(gè)量值相關(guān):1)波長λi下光譜響應(yīng)值Sλi;2)光譜響應(yīng)曲線最大值max[Sλi]的確定;3)測量波長步長的設(shè)定。波長λi下光譜響應(yīng)值Sλi見公式(C.32)。Sλi=(C.32)式中:Sλi—λi波長下單色光的光譜響應(yīng)值,sr·m2/(W·nm);dDNλi—波長步長內(nèi)被測星敏感器輸出;Lλi—λi波長下單色儀窄帶光譜輸出對(duì)應(yīng)的積分球輸出輻亮度,W/(sr·m2);dλ—波長步長,nm。光譜響應(yīng)曲線最大值max[Sλi]的確定涉及對(duì)由(λi,Sλi)數(shù)據(jù)組擬合后的曲線求取極值的運(yùn)算。擬合通常采用最小二乘多項(xiàng)式擬合算法實(shí)現(xiàn),故不確定度主要來源最小二乘多項(xiàng)式擬合的處理。綜上分析,工作光譜范圍測量中標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量來源和說明見表C.5。表C.5不確定度分量來源序號(hào)不確定度分量不確定度來源分布類型評(píng)定方法1u6u4u1u11星點(diǎn)像灰度測量重復(fù)性引入正態(tài)分布A類評(píng)定2u12星點(diǎn)像灰度測量誤差引入正態(tài)分布B類評(píng)定3u2u21光譜輻射計(jì)測量重復(fù)性引入正態(tài)分布A類評(píng)定4u22光譜輻射計(jì)測量誤差引入正態(tài)分布B類評(píng)定JJF2127—202424表C.5不確定度分量來源(續(xù))序號(hào)不確定度分量不確定度來源分布類型評(píng)定方法5u6u4u3u31單色儀波長示值誤差引入正態(tài)分布B類評(píng)定6u32單色儀波長帶寬誤差引入均勻分布B類評(píng)定7u5極值的最小二乘多項(xiàng)式擬合不確定度均勻分布A類評(píng)定8u7測量波長步長設(shè)置引入均勻分布B類評(píng)定C.3.2標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評(píng)定C.3.2.1星點(diǎn)像灰度測量重復(fù)性引入的不確定度u11以600nm波長為例對(duì)星點(diǎn)像灰度測量10次,結(jié)果見表C.6。表C.6星點(diǎn)像灰度測量結(jié)果測量序號(hào)12345678910灰度值/DN180181183182182181180182181180采用貝塞爾公式計(jì)算實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差,如公式(C.33)所示。(C.33)果,標(biāo)準(zhǔn)不確定度經(jīng)計(jì)算得:C.3.2.2星點(diǎn)像灰度測量誤差引入的不確定度u12經(jīng)計(jì)算得s(DN)=1.03。實(shí)際測量時(shí)測量果,標(biāo)準(zhǔn)不確定度經(jīng)計(jì)算得:C.3.2.2星點(diǎn)像灰度測量誤差引入的不確定度u12u11=0.59(C.34)星點(diǎn)像灰度測量誤差引入的不確定度采用B類評(píng)定,按公式(C.35)計(jì)算。u12=(C.35)布滿足正態(tài)分布,查表得,在概率為95.45%時(shí),k=2布滿足正態(tài)分布,查表得,在概率為95.45%時(shí),k=2。則星點(diǎn)像測量誤差引入的不確定度經(jīng)計(jì)算得:C.3.2.3光譜輻射計(jì)測量重復(fù)性引入的不確定度u21使用光譜輻射計(jì)對(duì)單色光輻亮度測量10次C.3.2.3光譜輻射計(jì)測量重復(fù)性引入的不確定度u21使用光譜輻射計(jì)對(duì)單色光輻亮度測量10次,結(jié)果見表C.7。表C.7輻亮度測量結(jié)果測量序號(hào)12345678910輻亮度W/(sr·m2)0.06240.06270.06310.06190.0620.06250.06190.06230.06210.0625量3次,以3次測量算術(shù)平均值為測量結(jié)果,則標(biāo)準(zhǔn)不確定度經(jīng)計(jì)算得:采用貝塞爾公式計(jì)算實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差得s(L)=0.00038W/(sr·量3次,以3次測量算術(shù)平均值為測量結(jié)果,則標(biāo)準(zhǔn)不確定度經(jīng)計(jì)算得:JJF2127—202425C.3.2.4光譜輻射計(jì)測量誤差引入的不確定度u22u21=0.00022W/(sr·m2)C.3.2.4光譜輻射計(jì)測量誤差引入的不確定度u22光譜輻射計(jì)測量誤差引入的不確定度采用B類評(píng)定,按公式(C.35)計(jì)算。根據(jù)u22=0.00005W/(srm2)(C.38)u22=0.00005W/(srm2)(C.38)C.3.2.5單色儀波長示值誤差引入的不確定度u31單色儀波長示值誤差引入的不確定度采用B類評(píng)定,按公式(C.35)計(jì)算。根據(jù)得,查:表得,在概率為95.45%時(shí),k=2。則單色儀波長示值誤差引入的單色儀測試報(bào)告得,查:表得,在概率為95.45%時(shí),k=2。則單色儀波長示值誤差引入的C.3.2.6單色儀波長帶寬誤差引入的不確定度u32u31=0.1nmC.3.2.6單色儀波長帶寬誤差引入的不確定度u32單色儀出射的單色光具有一定的帶寬,而實(shí)際測量值是一窄譜帶dλ波長步長內(nèi)的積分得到的光譜響應(yīng),用它來代替波長λ處的光譜響應(yīng)會(huì)出現(xiàn)誤差。測試中該項(xiàng)不確定度約為u32=0.8%。C.3.2.7最小二乘多項(xiàng)式擬合得到的極值的不確定度u5采用二階最小二乘多項(xiàng)式擬合度約為u32=0.8%。λ=Sλ(C.40)Sλ=—ΓSλ17——Sλ2︵—為測試光譜響應(yīng)數(shù)據(jù)矩陣Sλ2︵—LSλm」式中K為矩陣λ的廣義逆矩=。P由in()λ擬合結(jié)果間存在殘差,實(shí)標(biāo).4)差的計(jì)算如公式(C.42)所示。(C.42)式中:Sλi—λi波長下光譜響應(yīng)測量值;JJF2127—2024Sλ0i—λi波長下光譜響應(yīng)的擬合值;n—擬合階次。各擬合系數(shù)的不確定度計(jì)算如公式(C.43)所示。=Var(C.43)式中,i為矩陣的第i行數(shù)值。kij為矩陣K的第i行第j列數(shù)值。擬合系數(shù)1,2間的協(xié)方差計(jì)算如公式(C.44)所示。k1ik2i(C.44)根據(jù)不確定度合成法則,采用二階多項(xiàng)式擬合的曲線在任意點(diǎn)λi處的合成不確定度如公式(C.45)所示。結(jié)合公式(C.42)(C.45)計(jì)算得u5=u=5.59。C.3.2.8測量波長步長設(shè)置引入的不確定度u7測量波長步長可看作為測量分辨力,由分辨力導(dǎo)致的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u7采用Bu2(i)=(λ)2u2(2)+λ結(jié)合公式(C.42)(C.45)計(jì)算得u5=u=5.59。C.3.2.8測量波長步長設(shè)置引入的不確定度u7測量波長步長可看作為測量分辨力,由分辨力導(dǎo)致的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u7采用B7λ.,3),:均勻分布,。測量步長導(dǎo)致C.3.3合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度u7=5.77(C.46)各不確定度彼此不相關(guān),u1,u2,u3的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度按公式(C.47)計(jì)算。經(jīng)計(jì)算得u1=0.77,經(jīng)計(jì)算得u1=0.77,u2=0.00023,u3=0.1。uu4的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度按公式(C.48)計(jì)算。(C.48)λ=f-1C經(jīng)計(jì)算得:(C經(jīng)計(jì)算得:C.3.4擴(kuò)展不確定度uc(λ)=8.04nm(C.50)26擴(kuò)展不確定度U(λ)按公式(C.51)計(jì)算。取包含因子k=2。26JJF2127—202427C.4光學(xué)系統(tǒng)透過率校準(zhǔn)結(jié)果不確定度評(píng)定C.4.1測量模型C.4光學(xué)系統(tǒng)透過率校準(zhǔn)結(jié)果不確定度評(píng)定C.4.1測量模型測量模型見公式(C.53)和公式(C.54)?！?00%(C.53)P=(C.54)式中:τ—光學(xué)系統(tǒng)透過率,%;Pin—入射光束到達(dá)星敏感器光學(xué)系統(tǒng)入口處每個(gè)時(shí)間單位的能量值,J/s;Pout—入射光束到達(dá)星敏感器探測器表面后每個(gè)時(shí)間單位的能量值,J/s;k—星敏感器圖像探測器增益,e/DN;h—普朗克常量,J·s;c—光速,m/s;λi—波長,nm;tλi—不同波長單色光下成像星點(diǎn)斑灰度峰值為飽和值一半的曝光時(shí)間,ms;ηλi—λi波長下圖像探測器量子轉(zhuǎn)換效率,%。C.4.2不確定度來源光學(xué)系統(tǒng)透過率測量標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量來源和說明見表C.8所示。表C.8不確定度分量來源序號(hào)不確定度分量不確定度來源分布類型評(píng)定方法1u1u11光譜功率計(jì)測量重復(fù)性引入正態(tài)分布A類評(píng)定2u12光譜功率計(jì)測量誤差引入正態(tài)分布B類評(píng)定3u2u21灰度測量重復(fù)性引入正態(tài)分布A類評(píng)定4u22灰度測量誤差引入正態(tài)分布B類評(píng)定C.4.3不確定度傳播律光學(xué)系統(tǒng)透過率的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度按公式(C.55)計(jì)算。u(τu(τ)=cuin+cuout(C.55),c2=(C.56)C.4.4標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評(píng)定C.4.4.1光譜功率計(jì)測量重復(fù)性引入的不確定度u11光譜功率計(jì)測量重復(fù)性引入的不確定度u11采用A類評(píng)定,測量10次數(shù)據(jù)見表C.9。JJF2127—202428表C.9光譜功率計(jì)測量結(jié)果測量序號(hào)12345678910入射功率Pin/nW56.6456.5256.5756.4256.7856.3156.3356.2556.5756.433次,以3次測量算術(shù)平均值為測量結(jié)果,標(biāo)準(zhǔn)不確定度經(jīng)計(jì)算得:采用貝塞爾公式計(jì)算實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差,經(jīng)計(jì)算得s(Pin)=0.16。實(shí)3次,以3次測量算術(shù)平均值為測量結(jié)果,標(biāo)準(zhǔn)不確定度經(jīng)計(jì)算得:C.4.4.2光譜功率計(jì)測量誤差引入的不確定度u12u11=0.1nWC.4.4.2光譜功率計(jì)測量誤差引入的不確定度u12光譜功率計(jì)測量誤差引入的不確定度采用B類評(píng)定,按照(C.58)式計(jì)算。u12=(C.58)不確定度經(jīng)計(jì)算得:C.4.4.3灰度測量重復(fù)性引入的不確定度u21不確定度經(jīng)計(jì)算得:C.4.4.3灰度測量重復(fù)性引入的不確定度u21u12=0.005nW(C.59)測量重復(fù)性引入的不確定度分量u21采用A類評(píng)定,測量數(shù)據(jù)見表C.10所示。表C.10灰度測量結(jié)果測量序號(hào)12345DN1966514819665997196649481966587519665349測量序號(hào)678910DN1966583619665478196659251966581219665566不確定度經(jīng)計(jì)算得:C.4.4.4灰度測量誤差引入的不確定度u22經(jīng)計(jì)算得標(biāo)準(zhǔn)偏差s(DN)=357.07。以不確定度經(jīng)計(jì)算得:C.4.4.4灰度測量誤差引入的不確定度u22u21=206.16(C.60)灰度測量誤差引入的不確定度采用B類評(píng)定,按照公式(C.58)計(jì)算。查詢可知,得,在概率為95.45%時(shí),k=2。則星點(diǎn)像測量誤差引入的不確定度經(jīng)計(jì)算得:星點(diǎn)像灰度測量的誤差限為±2,則區(qū)間半寬度a=2得,在概率為95.45%時(shí),k=2。則星點(diǎn)像測量誤差引入的不確定度經(jīng)計(jì)算得:C.4.5合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度各不確定度彼此不相關(guān),合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度按公式(C.62)計(jì)算C.4.5合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度各不確定度彼此不相關(guān),合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度按公式(C.62)計(jì)算。uPout按照公式(C.uPout按照公式(C.63)計(jì)算。靈敏系數(shù)為:uout=cu(C.63)JJF2127—2024(C.64)uPin,u2按照公式(C.65)計(jì)算。經(jīng)計(jì)算得:(C.經(jīng)計(jì)算得:C.4.6擴(kuò)展不確定度uc(τ)=0.14%(C.66)擴(kuò)展不確定度U(τ)按公式(C.7(τ))c。()包含因子k=2。(C.67)C.5陽光抑制角校準(zhǔn)測量不確定度定(τ)=0.28%(C.68)C.5.1不確定度來源陽光抑制角測量不確定度分量來源和說明見表C.11。表C.11不確定度分量來源序號(hào)不確定度分量不確定度來源分布類型評(píng)定方法1u1轉(zhuǎn)臺(tái)測角測量重復(fù)性引入正態(tài)分布A類評(píng)定2u2轉(zhuǎn)臺(tái)測角系統(tǒng)分辨力引入均勻分布B類評(píng)定3u3轉(zhuǎn)臺(tái)測角誤差引入均勻分布B類評(píng)定4u4測量角度步長設(shè)置引入均勻分布B類評(píng)定C.5.2標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評(píng)定C.5.2.1轉(zhuǎn)臺(tái)測角測量重復(fù)性引入的不確定度u1轉(zhuǎn)臺(tái)測角測量重復(fù)性引入的不確定度u1采用A類評(píng)定,以2°為測量步長,轉(zhuǎn)動(dòng)10次的測量數(shù)據(jù)見表C.12。表C.1210次測量結(jié)果測量序號(hào)12345678910轉(zhuǎn)動(dòng)角度/(°)1.99991.99982.00032.00012.00011.99971.99982.00012.00012.0002C.5.2.2轉(zhuǎn)臺(tái)測角分辨力引入的不確1.223″(C.69)采用貝塞爾公式計(jì)算實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差C.5.2.2轉(zhuǎn)臺(tái)測角分辨力引入的不確1.223″(C.69)由轉(zhuǎn)臺(tái)測角分辨力δθ導(dǎo)致的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u2采用B類評(píng)定,區(qū)間半寬度a=公式(C.70)計(jì)算。δθ/2。測量值在區(qū)間內(nèi)服從均勻分布,k=3公式(C.70)計(jì)算。(C.70)29δθ=0.36″。經(jīng)計(jì)算得:29JJF2127—202430C.5.2.3轉(zhuǎn)臺(tái)測角誤差引入的不確定20.1″(C.71)根據(jù)轉(zhuǎn)臺(tái)的計(jì)量測試報(bào)告,其最大允許誤差為±5″,區(qū)間半寬度a=5″。測量值在經(jīng)計(jì)算可得:C.5.2.4測量角度步長設(shè)置引入的不確定度u4區(qū)間內(nèi)服從均勻分布,k=3。轉(zhuǎn)臺(tái)測角誤差引入的不確定度u經(jīng)計(jì)算可得:C.5.2.4測量角度步長設(shè)置引入的不確定度u4u3=2.89″(C.72)轉(zhuǎn)動(dòng)步長可看作為測量分辨力,由分辨力導(dǎo)致的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u4采用B類評(píng)量步長導(dǎo)致的標(biāo)C.5.3合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度u4=0.58°(C.73)各不確定度彼此不相關(guān),合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度按公式(C.74)計(jì)算。經(jīng)計(jì)算得:uc(θ')=u+u+u+u(C.74)C.5.4擴(kuò)展不確定度uc(θ')=0.58°(C.75)擴(kuò)展不確定度U(θ')按公式(C.76)計(jì)算。取包含因子k=2。'擴(kuò)展不確定度U(θ')按公式(C.76)計(jì)算。取包含因子k=2。C.6.1不確定度來源地氣光測量標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量來源和說明見表C.13。表C.13不確定度分量來源序號(hào)不確定度分量不確定度來源分布類型評(píng)定方法1u1轉(zhuǎn)臺(tái)測角測量重復(fù)性引入正態(tài)分布A類評(píng)定2u2轉(zhuǎn)臺(tái)測角系統(tǒng)分辨力引入均勻分布B類評(píng)定3u3轉(zhuǎn)臺(tái)測角誤差引入均勻分布B類評(píng)定4u4測量角度步長設(shè)置引入均勻分布B類評(píng)定C.6.2標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評(píng)定C.6.2.1轉(zhuǎn)臺(tái)測角測量重復(fù)性引入的不確定度u1同陽光抑制角測量不確定度分析類似。轉(zhuǎn)臺(tái)測量重復(fù)性引入的不確定度采用A類評(píng)定,當(dāng)以2°為測量步長時(shí),轉(zhuǎn)動(dòng)角度的測量結(jié)果見表C.12所示。其標(biāo)準(zhǔn)不確定度經(jīng)計(jì)算得:C.6.2.2轉(zhuǎn)臺(tái)測角系統(tǒng)分辨力引入的不確定度u2u1=0.23″C.6.2.2轉(zhuǎn)臺(tái)測角系統(tǒng)分辨力引入的不確定度u2JJF2127—202431由轉(zhuǎn)臺(tái)測角分辨力δθ導(dǎo)致的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u2采用B類評(píng)定,區(qū)間半寬度a=(C.79)計(jì)算。δθ/2。測量值在區(qū)間內(nèi)服從均勻分布,k=3。(C.79)計(jì)算。(C.79)δθ=0.36″。經(jīng)計(jì)算得:C.6.2.3δθ=0.36″。經(jīng)計(jì)算得:C.6.2.3轉(zhuǎn)臺(tái)測角誤差引入的不確定度u3根據(jù)轉(zhuǎn)臺(tái)計(jì)量報(bào)告,其最大允許誤差為±5″,區(qū)間半寬度a=5″。測量值在區(qū)間內(nèi)算后可得:C.6.2.4測量角度步長設(shè)置引入的不確定度u4服從均勻分布,k=3。轉(zhuǎn)臺(tái)測角誤差引入的不確定度u3算后可得:C.6.2.4測量角度步長設(shè)置引入的不確定度u4u3=2.89″(C.81)轉(zhuǎn)動(dòng)步長可看作為測量分辨力,由分辨力導(dǎo)致的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u4采用B類評(píng)準(zhǔn)不確定度u4按公式(C.79)計(jì)算。測量步長設(shè)置為2°,經(jīng)計(jì)算后得:定。準(zhǔn)不確定度u4按公式(C.79)計(jì)算。測量步長設(shè)置為2°,經(jīng)計(jì)算后得:C.6.3合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度u4=0.58°(C.82)各不確定度彼此不相關(guān),合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度按公式(C.83)計(jì)算。經(jīng)計(jì)算得:C.6.4經(jīng)計(jì)算得:C.6.4擴(kuò)展不確定度=0.58°(C.84)擴(kuò)展不確定度U(θ″)按公式(C.85)計(jì)算。取包含因子k=2。U(θ″擴(kuò)展不確定度U(θ″)按公式(C.85)計(jì)算。取包含因子k=2。U(θ″)″=kuc(″)(C.85)MI=b·SNR+a(C.87)C.7.1測量模型測量模型為公式(C.87):式中:MI—星敏感器儀器星等(恒星探測靈敏度),無量綱;b—對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性最小二乘擬合得到的斜率,無量綱;SNR—信噪比,無量綱;a—對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性最小二乘擬合得到的截距,無量綱。C.7.2不確定度來源標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量見表C.14所示。JJF2127—202432表C.14標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量來源序號(hào)不確定度分量不確定度來源分布類型評(píng)定方法1u1最小二乘擬合得到的斜率的不確定度均勻分布A類評(píng)定2u2最小二乘擬合得到的截距的不確定度均勻分布A類評(píng)定3u3信噪比測量誤差引入均勻分布B類評(píng)定C.7.3不確定度傳播律恒星探測靈敏度MI的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度按公式(C.88)計(jì)算。式中:u(MI)=cu+cu+cu+2u1u2c1c2r(a,b)(C.88)uc(MI)—星敏感器儀器星等合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度,無量綱;u1—最小二乘擬合得到的斜率的不確定度,無量綱;u2—最小二乘擬合得到的截距的不確定度,無量綱;u3—信噪比測量誤