Содержание к диссертации
Введение
1. Существующие схемы построения афокальных оптико-механических сканирующих систем и анализ их характеристик 13
1.1. Сканирующие системы на основе плоского зеркала 14
1.2. Самокалибрующиеся сканирующие системы 19
1.3. Нерасстраиваемые сканирующие системы 21
1.3.1. Сканирующие системы на основе преломляющего клина 21
1.3.2. Нерасстраиваемые безаберрационные сканирующие системы 28
Выводы по первой главе 30
2. Принципы построения нерасстраиваемых двухзеркальных сканеров 32
2.1. Разработка модели погрешностей двухзеркального сканера, обеспечивающая уменьшение влияний микронаклонов зеркал на угловое положение сканирующего пучка за счет их взаимной компенсации 33
2.2. Определение условий нерасстраиваемости двухзеркального сканера 45
2.3. Анализ схем построения нерасстраиваемого двухзеркального сканера. 52
2.3.1. Схема нерасстраиваемого двухзеркального сканера с параллельным расположением осей вращения 53
2.3.2. Схема нерасстраиваемого двухзеркального сканера с углом между осями вращения 55
2.3.3. Сравнительная оценка стабильности углового положения сканирующего пучка схем нерасстраиваемого двухзеркального сканера 56
2.3.4. Сравнительная оценка стабильности углового положения сканирующего пучка нерасстраиваемого двухзеркального сканера
и преломляющего клина 60
Выводы по второй главе 61
3. Оптические системы афокальных нерасстраиваемых безаберрационных оптико- механических сканеров 63
3.1. Сканирующие системы с конической траекто рией сканирования 64
3.1.1. Сканирующие системы, эквивалентные схеме нерасстраиваемого двухзеркального сканера с параллельным расположением осей вращения ,...65
3.1.1.1. Сканирующие системы на основе призмы БС-0 67
3.1.1.2. Сканирующая система на основе двух светоделителей. 74
3.1.1.3. Сканирующая система на основе зеркального клина и триэдра ..75
3.1.1.4. Сканирующая система на основе зеркального клина и двух триэдров 77
3.1.2. Сканирующая система на основе зеркального клина и двух неподвижных зеркал, эквивалентная схеме нерасстраива-емого двухзеркального сканера с углом между осями вращения 78
3.2. Сканирующие системы с произвольными траекториями сканирования 81
Выводы по третьей главе 87
4. Разработка стенда для проверки точности звездных приборов 89
4.1. Анализ существующих стендов для проверки точности звездных приборов ...90
4.2. Стенд для проверки точности звездных приборов с использованием нерасстраиваемой безаберрационной отклоняющей системы на основе двух светоделителей 94
4.3. Оценка точности стенда для проверки звездных приборов с использованием нерасстраиваемой безаберрационной отклоняющей системы на основе
двух светоделителей 102
Выводы по четвертой главе 108
Основные результаты работы по
Литература
- Самокалибрующиеся сканирующие системы
- Определение условий нерасстраиваемости двухзеркального сканера
- Сканирующие системы, эквивалентные схеме нерасстраиваемого двухзеркального сканера с параллельным расположением осей вращения
- Стенд для проверки точности звездных приборов с использованием нерасстраиваемой безаберрационной отклоняющей системы на основе двух светоделителей
Введение к работе
При разработке оптических и оптико-электронных угломерных приборов с использованием оптико-механических сканирующих систем для достижения требуемой точности этих приборов необходимо обеспечить формирование высокого качества изображения в широком спектральном диапазоне и высокую стабильность углового положения сканирующего пучка. К указанным приборам относятся и приборы космической техники как бортового, так и наземного назначения: построители местной вертикали, стенды для проверки точности звездных приборов и т.д.
Среди оптико-механических сканирующих систем достаточно распространенными являются афокальные сканеры, работающие в параллельных пучках лучей. Общие принципы построения таких сканеров изложены в известных монографиях Г.П. Катыса, М.М. Мирошникова и др. Новый подход к проектированию афокальных сканирующих систем, основанный на использовании самокалибрующихся и нерасстраиваемых сканеров, предложен в работах МЛ. Колосова.
Для афокальных сканеров существует несколько путей обеспечения высокого качества изображения в широком спектральном диапазоне и высокой стабильности углового положения сканирующего пучка.
Один из них заключается в повышении стабильности геометрической схемы безаберрационных сканеров на основе плоского зеркала при помощи, например, использования высокоточных осевых систем. Однако такой путь ограничен технологическими и конструктивными возможностями.
Еще один путь - калибровка погрешностей геометрической
схемы сканера на основе плоского зеркала, возникающих при ее нарушениях, для последующего учета влияния указанных погрешностей на угловое положение сканирующего пучка.
Под погрешностями геометрической схемы сканера в данной работе понимаются изменения номинального положения его оптических элементов в виде микросмещений и микронаклонов, вызываемых, например, биением осей вращения. Афокальные сканеры при работе в параллельных пучках свободны от влияния микросмещений оптических элементов на угловое положение сканирующего пучка.
Однако калибровка погрешностей, производимая перед началом эксплуатации прибора, требует использования высокоточного метрологического оборудования и позволяет учитывать влияние только систематических погрешностей. Для обеспечения калибровки погрешностей в процессе работы сканера (самокалибровки) необходима разработка дополнительных устройств, например, встроенных автоколлиматоров, приводящих к усложнению конструкции прибора.
Нерасстраиваемые, т.е. нечувствительные к нарушениям геометрической схемы, сканирующие системы обеспечивают высокостабильное угловое положение сканирующего пучка при углах его отклонения порядка нескольких градусов. В этом случае не требуется использования высокоточных осевых систем, методов калибровки и систем самокалибровки и т.д., что значительно упрощает конструкцию сканеров и не требует применения высокоточного метрологического оборудования.
Среди нерасстраиваемых сканеров сканеры на основе преломляющего клина при широком спектральном диапазоне имеют хроматические аберрации, снижающие качество изображения.
Поэтому наиболее оптимальным путем обеспечения высокого качества изображения в широком спектральном диапазоне и высокой стабильности углового положения сканирующего пучка является разработка зеркальных и зеркально-призменных афокальных нерасстраиваемых безаберрационных сканеров. К классу указанных сканеров относится известная сканирующая система на основе призмы типа БС-0.
Однако в настоящее время не разработаны такие вопросы теории построения нерасстраиваемых безаберрационных сканирующих систем, как: условия практической нерасстраиваемости и удовлетворяющие им схемы построения безаберрационных сканеров, оценка стабильности углового положения сканирующего пучка нерасстраиваемых безаберрационных сканеров в зависимости от величины углового поля. Это затрудняет разработку, анализ и внедрение нерасстраиваемых безаберрационных сканеров в практику проектирования и эксплуатации разнообразных оптических и оптико-электронных приборов. Необходимость решения указанных задач определяет актуальность темы диссертационной работы.
Целью диссертационной работы является разработка
принципов построения афокальных нерасстраиваемых
безаберрационных оптико-механических сканирующих систем и. их практическая реализация.
Достижение указанной цели потребовало решения следующих основных задач:
- разработки модели погрешностей геометрической схемы двухзеркального сканера^ обеспечивающей уменьшение влияний микронаклонов зеркал на угловое положение сканирующего пучка за счет их взаимной компенсации;
определения условий практической нерасстраиваемости
двухзеркального сканера, разработки схем построения нерасстраиваемого двухзеркального сканера, получения аналитических выражений для оценки стабильности углового положения сканирующего пучка в зависимости от величины углового поля, проведения сравнительного анализа стабильности схем нерасстраиваемого двухзеркального сканера и преломляющего клина;
- разработки нерасстраиваемых безаберрационных сканирующих
систем с конической траекторией сканирования (в том числе и с
опорным пучком) и с произвольной траекторией сканирования;;
- разработки стенда для проверки точности звездных приборов с
использованием нерасстраиваемой безаберрационной сканирующей
системы, проведения экспериментальных исследований образца
нерасстраиваемой безаберрационной сканирующей системы.
Методы исследований. При решении указанных задач применялись методы векторной алгебры, численные методы расчета с использованием компьютерной техники, а также экспериментальные исследования.
Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что:
- определены условия нерасстраиваемости и получены соот
ветствующие этим условиям схемы построения нерасстраиваемого
безаберрационного двухзеркального сканера;
- получены аналитические выражения для; оценки стабильности
углового положения сканирующего пучка в схемах нерасстраиваемых
безаберрационных двухзеркальных сканеров в зависимости от
величины углового поля.
Практическая ценность. В результате выполнения работы: - разработаны оптические схемы; нерасстраиваемых безаберрационных сканирующих систем для оптико-электронных приборов повышенной точности.
- разработан и изготовлен стенд с использованием нерасстраиваемой
безаберрационной сканирующей системы, предназначенный для
проверки точности звездных приборов.
Основные защищаемые положения:
- условия нерасстраиваемости, схемы построения и аналитические
выражения для оценки стабильности углового положения
сканирующего пучка нерасстраиваемого двухзеркального сканера;
- оптические схемы нерасстраиваемых безаберрационных скани
рующих систем, созданные на основе нерасстраиваемого
двухзеркального сканера.
Публикации и апробация работы. Основные положения работы изложены в 6 статьях и 1 авторском свидетельстве на изобретение. На основании теоретических положений диссертационной работы на предприятии ФГУП НПП "Геофизика-Космос" разработан и изготовлен стенд для проверки точности звездного прибора.
Экспериментальные исследования нерасстраиваемой безаберрационной сканирующей системы, входящей = в состав указанного стенда, подтверждают возможность одновременного получения высокого качества изображения (на уровне дифракционного) и высокой стабильности углового положения сканирующего пучка.
Структура и обьем работы. Диссертационная работа состоит из-введения, четырех глав, основных результатов работы и списка; литературы из 42 наименований. Работа изложена на 115 страницах машинописного текста, содержит 40 рисунков и 4 таблицы.
В первой главе диссертации проводится аналитический обзор существующих афокальных- сканирующих систем, работающих в параллельных пучках лучей, и обосновывается необходимость разработки' принципов построения и создания новых схем нерасстраиваемых безаберрационных сканеров.
Во второй главе диссертации разрабатываются принципы построения двухзеркальных нерасстраиваемых безаберрационных сканирующих систем:
разрабатывается модель погрешностей геометрической схемы двухзеркального сканера, обеспечивающая уменьшение влияний микронаклонов зеркал на угловое положение сканирующего пучка за счет их взаимной компенсации;
определяются, условия практической нерасстраиваемости двухзеркального сканера и разрабатываются схемы построения нерасстраиваемого двухзеркального сканера;
- определяются и анализируются аналитические выражения для
оценки стабильности углового положения сканирующего пучка с
учетом величины углового поля при нарушении геометрии схем
нерасстраиваемого двухзеркального сканера;
- проводится сравнительный анализ стабильности углового
положения сканирующего пучка схем нерасстраиваемого >
двухзеркального сканера и преломляющего клина.
В третьей главе рассматриваются и анализируются оптические системы нерасстраиваемых безаберрационных сканеров, предназначенные для различных случаев построения и компоновки оптических схем приборов и созданные на основе схем нерасстраиваемого двухзеркального сканера:
зеркальные и зеркально-призменные сканеры с конической траекторией сканирования, в том числе и сканеры с дополнительным (опорным) пучком;
нерасстраиваемые безаберрационные сканеры с произвольной траекторией сканирования, построенные на основе нерасстраиваемых безаберрационных сканеров с конической траекторией сканирования.
В четвертой главе диссертации:
- проводится аналитический обзор существующих стендов для
проверки точности звездных приборов, обосновывается
необходимость разработки стенда для проверки точности звездных
приборов с использованием в качестве отклоняющего элемента
нерасстраиваемых безаберрационных сканирующих систем;
- приводится и анализируется оптическая схема стенда для проверки
точности звездного прибора, разработанная с использованием
нерасстраиваемого безаберрационного сканера;
приводятся данные экспериментальных исследований образца нерасстраиваемого безаберрационного сканера;
проводится точностная оценка стенда для проверки точности звездного прибора с использованием нерасстраиваемого безаберрационного сканера, анализируются возможности улучшения характеристик стенда.
Самокалибрующиеся сканирующие системы
Самокалибрующиеся сканирующие системы на основе плоского зеркала формируют высокое качество изображения, обеспечивают при учете влияния указанных погрешностей стабильность углового положения сканирующего пучка в процессе работы прибора и позволяют реализовывать большие поля обзора. Очевидно, что требования к жесткости конструкции и точности осевых систем для этого типа сканеров по сравнению с традиционными (см. п. 1.1) значительно снижаются. При разработке таких сканеров используются системы самокалибровки с применением встроенных автоколлиматоров [19].
Так, например, в оптической схеме углоизмерительного прибора (рис. 1.4) определение изменения углового положения осей вращения зеркал 1, 2 производится автоколлиматором, встроенным в блок формирования изображения 5, с помощью последовательных отражений от зеркал 3, 4, жестко связанных с соответствующими зеркалами 1, 2. В работе [19] приведены также выражения угловых координат цели в зависимости от величин измеренных погрешностей геометрии сканирующей системы.
Однако применение таких сканеров значительно усложняет алгоритм обработки результатов измерений и конструкцию прибора, увеличивает его габариты, а также приводит к необходимости обеспечения стабильности геометрической схемы самого устройства для измерения погрешностей геометрии сканирующей системы и его привязки к приборной системе координат.
Афокальные нерасстраиваемые сканеры обеспечивают высокостабильное угловое положение сканирующего пучка при углах отклонения порядка нескольких градусов. Высокая стабильность реализуется автоматически за счет нерасстраиваемости сканеров, то есть нечувствительности углового положения сканирующего пучка к погрешностям геометрии сканера в виде его микронаклонов относительно осей, перпендикулярных оси вращения. Это свойство нерасстраиваемых сканирующих систем позволяет создавать достаточно простые конструкции сканеров, где не требуется использования прецизионных осевых систем (см. п. 1.1) и методов самокалибровки (см, п. 1.2).
К нерасстраиваемым сканерам относятся сканирующие системы на основе преломляющих клиньев и нерасстраиваемые безаберрационные сканирующие системы. Сканирующая система в виде преломляющего клина, вращающегося вокруг оси падающего пучка, обеспечивает сканирование пространства по круговому конусу (рис. 1.5) [4,9, 16]. Точное выражения для угла отклонения клина в плоскости его главного сечения приведено в работе [24].
В случае использования системы из двух компонентов клиньев в зависимости от соотношения их угловых скоростей вращения и углов отклонения возможна реализация и более сложных траекторий сканирования - розеточной, спиральной, эпициклоидальной, гипоциклоидальной [9]. В [11] описана сканирующая система построителя местной вертикали на основе двух клиньев с отношением угловых скоростей 1:3, реализующей 4-лепистковую траекторию сканирования. Два одинаковых компонента, вращающиеся в разные стороны с равными угловыми скоростями, обеспечивают траекторию сканирования, близкую к прямолинейной [4]. Для двукратного повышения быстродействия такой системы возможно использование устройства, выполненного в виде биклиньев (рис: 1.6), беи вращения которых расположены по разные стороны от плоскости сканирования, при этом в исходном положении главные сечения биклиньев параллельны этой плоскости [25]. В этом случае за один оборот каждого из биклиньев дважды происходит отклонение пучка в одну сторону со скачкообразным возвратом в исходное положение.
Одиночный клиновой сканер и системы, построенные на его основе, как и зеркальные системы с конической траекторией сканирования, обладают свойством редукции [7, 21], позволяющей в некоторых случаях снижать требования к точностным характеристикам отсчетной системы поворотного устройства. Так, для системы, приведенной на рис. 1.5, угловые координаты єк, Єу сканирующего пучка в прямоугольной системе координат могут быть определены из следующих соотношений [9]: tgx= tg є cosa; (1 . 1)
Определение условий нерасстраиваемости двухзеркального сканера
Выполнение условий компенсации (2.6) позволяет уменьшить величину углового отклонения сканирующего пучка от номинального направления, которое может возникнуть при нарушениях геометрической схемы двухзеркального сканера. Однако, очевидно, что величина указанного отклонения зависит также и от расположения элементов сканера. Поэтому для определения условий, при которых полученная выше система (табл. 2.3) реализует минимальную величину углового отклонения сканирующего пучка от номинального направления при нарушениях ее геометрической схемы, а также для оценки остаточного углового отклонения пучка с учетом углов поворота зеркал 1, 3 он, ct2 (сц = -0 = а) необходимо провести процедуру математического моделирования. В процессе указанной процедуры должно быть получено и исследовано выражение для углового отклонения вышедшего пучка от номинального направления в зависимости от погрешностей геометрии Др, Ду, углов поворота а и конструктивных параметров СИСТеМЫ б, Ч?, ф[.
Для математического описания прохождения пучка через оптическую систему могут быть использованы методы сферической геометрии, векторный метод, метод кватернионов (бикватернионов) [33] и т.д. В предлагаемой работе используется известная методика математического моделирования нарушения геометрии угломеров на основе векторного метода [19, 32], в соответствии с которой: - составляются исходные выражения векторов падающего осевого луча А0 и нормалей Ni и N3 к поверхностям зеркал 1 3; - выводится, используя закон отражения в векторной форме, формула вектора положения А сканирующего осевого луча для системы с нарушенной геометрией в приборной СК; - составляется выражение ДА = А - Ан, где Ан - вектор положения сканирующего осевого луча номинальной системы, путем отбрасывания в выражении для вектора А членов, не содержащих погрешностей геометрии Др, Д ; - составляется и исследуются выражения остаточного углового отклонения луча от номинальной траектории сканирования ДА = А - Ан в зависимости от конструктивных параметров системы S, 4і, фі, углов поворота а и погрешностей геометрической схемы сканера ДРі Ay до величин второго порядка малости относительно Др, Ду. Выражение ДА является мерой расстраиваемости сканирующей системы при нарушении ее геометрической схемы [19, 32].
Единичный вектор осевого луча падающего пучка в СК X0YoZo имеет вид: Ао =cos pi i-sincpi j, где pi-угол между осью падающего пучка и осью Хо- Вектора нормалей зеркал 1 и 3 Ni и N3 соответственно в СК X3Y3Z3 и X7Y7Z7: Ni = і; N3 = j.
Переведя выражения для NJH NJ В СК XOYOZO, получим: Ni= і + (Др sina + AyCosa)j + (Ду sina - Др cosa) к. 2.7) N3= (cos5 cos + sinS sjn1? cosa - Др cosS sin F sina + Ду sin8 cos1? Ду cos5 sin cosa)i + (cos5 sin1? - sinS cos cosa + Apcos5 cos sina + Ду sin5 sinY + ДуСозб cosH1 cosa)j + (sinS sina + Дрсовб cosa AyCos8sina)k- (2.8)
Подставив полученные выражения для Ао t N1 и N3 в известное выражение для вектора луча, последовательно отраженного от двух зеркал [6], и оставив члены, содержащие погрешности геометрии Др, Ду до величин второго порядка малости относительно Др, Д,, получим векторное выражение остаточного углового отклонения сканирующего осевого луча ДА= А - Ан от номинальной траектории сканирования:
Анализ выражения (2.11) показывает, что при углах 5 порядка нескольких градусов ДА«Др( Ду и, следовательно, рассматриваемый двухзеркальный сканер приобретает свойство практической нерасстраиваемости, так как положение сканирующего осевого пучка становится нечувствительным к погрешностям геометрии сканера. При этом предполагается, что остаточное угловое отклонение (ДА не превышает допустимую погрешность положения сканирующего пучка. В соответствии найденными величинами углов Ч/ схемами построения нерасстраиваемого двухзеркального сканера являются: - схема с параллельными осями вращения (4/ = -180) (рис. 2.6); - схема с углом между осями вращения QV = 2фі - 180) (рис, 2.7).
Схема с параллельными осями вращения 0Р = -180) эквивалентна угловому зеркалу с общей осью вращения и углом 8 при вершине.
В схеме с углом между осями вращения QV= 2фі - 180) взаимное положение указанных осей зависит от угла падения фі осевого пучка. Следует подчеркнуть, что при угле падения осевого пучка 9і= 0 рассматриваемая схема становится эквивалентной схеме с параллельными осями, так как в этом случае угол между осями вращения составляет = -180.
Качественная разница полученных схем нерасстраиваемого двухзеркального сканера заключается в том, что: - для схемы с параллельным расположении осей вращения 2, 4 Q =—180 ) углы падения (pi и (рг на зеркала 1 и 3, отсчитываемые от нормалей к зеркалам, разного знака (рис. 2.6); - для схемы с углом между осями вращения (Ч1 =2(pi - 180) при угле -291-180 между осями вращения 2,4 углы падения щ и р2 на зеркала I и 3, отсчитываемые от нормалей к зеркалам, одного знака (рис. 2.7).
Сканирующие системы, эквивалентные схеме нерасстраиваемого двухзеркального сканера с параллельным расположением осей вращения
В данном разделе приведены оптические системы нерасстраиваемых безаберрационных сканеров с конической траекторией сканирования с углом отклонения визирной линии є порядка нескольких градусов: - в п. 3,1.1 приведены оптические системы, эквивалентные схеме нерасстраиваемого двухзеркального сканера с параллельным расположением осей вращения для углов падения с осью вращения (pi = 0 (рис. 2.6а) и фі порядка нескольких десятков градусов (рис. 2.66); - в п. 3.1.2 приведена оптическая система, эквивалентная схеме нерасстраиваемого двухзеркального сканера с углом между осями вращения для угла падения фі порядка нескольких десятков градусов (рис. 2.7).
Приведенные ниже оптические системы нерасстраиваемых безаберрационных сканеров с конической траекторией сканирования обладают теми же свойствами, что и соответствующие схемы нерасстраиваемого двухзеркального сканера, а именно: - системы, эквивалентные схеме с параллельным расположением осей вращения и оси падающего пучка, обладают по сравнению с другими системами наибольшей стабильностью положения сканирующего пучка при одинаковых нарушениях их геометрии. Это позволяет обеспечивать в них более высокую точность сканирования, увеличивать угловое поле и угол отклонения сканирующего пучка, а также снижать требования к угловому биению осевой системы; - системы, эквивалентные схеме с параллельным расположением осей вращения и наклонным падением пучка, при угловых полях порядка нескольких градусов по сравнению с системой, эквивалентной схеме с углом между осями вращения, отличаются более высокой стабильностью положения сканирующего пучка при одинаковых нарушениях их геометрии. При малых угловых полях сравниваемые системы отличаются одинаковой стабильностью.
При построении І оптических систем нерасстраиваемых безаберрационных сканеров, эквивалентных схеме нерасстраиваемого двухзеркального сканера с параллельным расположением осей вращения и оси падающего пучка (фі = 0), используются различного вида моноблочные конструкции и механические соединения между вращающимися зеркалами, формирующие единую ось вращения и обеспечивающие практическую реализацию нерасстраиваемости (п.. 3.1.1.1; п. 3.1.1.2). Указанная схема двухзеркального сканера представляет по сути своей угловое зеркало с углом 5 между зеркальными гранями, и, следовательно, положение зеркал относительно оси вращения может быть произвольным (см. гл. 2). Это важное. свойство используется в некоторых приведенных: ниже системах для разведения в пространстве падающего и вышедшего из сканера пучка лучей. Для оценки остаточного углового отклонения сканирующего пучка ДА при нарушении геометрии этих систем используются выражения (2,12...2.15). При построении оптических систем нерасстраиваемых безаберрационных сканеров, эквивалентных схеме нерасстраиваемого двухзеркального сканера с параллельным расположением осей вращения и наклонным падением пучка (ось падающего пучка pi составляет с осью вращения угол порядка нескольких десятков градусов), первое сканирующее зеркало целесообразно устанавливать перпедикулярно своей оси вращения (п. 3.1.1.3, п. 3.1.1.4). Такое положение зеркала является наиболее оптимальным с точки зрения габаритных характеристик, так как в этом случае для номинальной системы при вращении зеркала не происходит углового отклонения отраженного от него пучка. Разведение в пространстве падающего и выходящего из сканера пучков лучей может быть достигнуто за счет установки между зеркалами дополнительных неподвижных нерасстраиваемых элементов - триэдров или призм БкР-180. Триэдр (БкР-1800), расположенный по ходу луча после первого сканирующего (вращающегося) зеркала, возвращает падаю щий на- него пучок лучей без изменения его углового положения с линейным сдвигом в пространстве. Это дает возможность поместить второе вращающееся зеркало рядом с первым. Жесткая связь между зеркалами формирует единую ось вращения. Очевидно, что, полученные таким образом сканеры, эквивалентны соответствующей схеме двухзеркального сканера и являются также практически нерасстраиваемыми.
Стенд для проверки точности звездных приборов с использованием нерасстраиваемой безаберрационной отклоняющей системы на основе двух светоделителей
Анализ вариантов нерасстраиваемых безаберрационных сканирующих систем (см. гл. 3) показывает, что наиболее оптимальным является использование в стенде для проверки точности ЗП сканеров, формирующих 2 рабочих пучка — отклоненного и опорного, угловое расстояние между которыми отличается повышенной стабильностью.
Оптическая схема стенда для проверки точности ЗП на основе отклоняющей системы в виде двух светоделителей приведена на рис. 4.2 и содержит: 1- имитатор звезды; 2 - поворотное устройство; 3 - отклоняющую систему; 4- плоскопараллельную пластину; 5 - имитатор фона; 6 - посадочное место под испытуемый звездный прибор; 7 - испытуемый звездный прибор.
Оптическая схема работает следующим образом: пучок параллельных лучей Ао, выходящий из имитатора звезды 1 параллельно оси вращения поворотного устройства 2 и перпендикулярно посадочному месту 6, при прохождении отклоняющей системы 3 разделяется на два пучка Ai и Аг- Пучок Ai проходит светоделители без отражений, не меняя своего углового положения в пространстве. Пучок Аг, последовательно отразившись от светоделителей, выходит из системы под углом є - 25 к первоначальному направлению, где 5 - угол между светоделителями в плоскости их главного сечения. Таким образом, при вращении системы обеспечивается коническая траектория сканирования пучка Аг с углом при вершине 2є. Поверка ЗП 7, устанавливаемого на посадочное место 6 и фиксируемого по углу разворота с помощью штифтов, производится по изображению имитируемой звезды, формируемой обьективом ЗП в плоскости фотоприемного устройства. Фоновая засветка ЗП реализуется с помощью имитатора фона 5 и заводится в обьектив ЗП в виде параллельного пучка через плоскопараллельную пластину 4.
Задание углов отклонения єх, еу выходящего пучка А2 относительно прямоугольной системы координат посадочного места 6, где ось Y, например, параллельна линии штифтов,, а ось Z перпедикулярна посадочному месту, обеспечивается с помощью поворотного устройства с отсчетной системой 2 . Углы отклонения єх, у в зависимости от угла разворота а отклоняющей системы и угла отклонения выходящего пучка в плоскости главного сечения в, как и в случае преломляющих клиньев, определяются с помощью выражений (1.1), (1.2). Для расширения диапазона задания угловых положений выходного пучка предусмотрено использование набора отклоняющих устройств с различными углами отклонения є.
Вследствие того, что отклоняющее устройство 3 является нерасстраиваемым элементом, то есть нечувствительным к погрешностям геометрической схемы, например, к биению оси вращения, задание угловых положений выходного пучка будет отличаться высокой стабильностью. Следует отметить, что: стабильность положения выходного пучка в данной системе значительно выше, чем даже в стендах с использованием преломляющих клиньев, являющихся также нерасстраиваем ыми элементами (см. п. 2.3.4), Поэтому и требования к биению оси вращения поворотного устройства 2 в рассматриваемом стенде будут значительно ниже, чем в традиционных стендах. Значительно ниже, чем в стендах на основе двухкоординатных поворотных устройств будут и требования к отсчетной системе поворотного устройства 2 данного стенда вследствие свойства редукции отклоняющей системы 3 (см. п. 1.3.1, п. 2.1).
Ввиду того, что отклоняющее устройство 3 является безаберрационной системой, качество изображения проходящего и отклоненного пучков будет определяться в основном характеристиками коллимирующего объектива имитатора звезды. Использование таких имитаторов, например, как И-2 (АД 2.766.036 ТУ), позволяет обеспечить качество изображений пучков на уровне дифракционного.
Перечисленные выше положительные свойства стенда дают возможность обеспечить достаточно высокую точность задания угловых положений имититруемой звезды. Более подробно точностная оценка стенда будет рассмотрена в следующем разделе. Наличие опорного рабочего пучка At позволяет проводить точностные проверки ЗП также ив виде сравнения аттестованного углового расстояния между двумя рабочими пучками А] и Аг на выходе установки с угловым расстоянием между теми же пучками, измеренными испытуемым ЗП. Такие проверки могут быть использованы для определения отдельных систематических и случайных составляющих погрешностей ЗП (например, погрешностей фотоэлектронного тракта). Очевидно, что при таком режиме работы установки ее точность значительно повышается, так как практически исключаются:
