星敏感器光学系统设计及杂散光抑制技术的研究

发布时间：2016-12-17 23:47

  本文关键词：星敏感器光学系统设计及杂散光抑制技术的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

《西安工业大学》 2015年

星敏感器光学系统设计及杂散光抑制技术的研究

张欢  

【摘要】：星敏感器是目前航天器姿态控制的重要部件,其高精度的定位优势在航天控制方面有极大的发展前景。光学系统作为星敏感器的重要组成部分,越来越趋向于大口径、大视场、高精度、宽光谱的方向发展。星敏感器工作在真空状态的宇宙空间环境中,探测的目标是微弱的恒星小目标,故而杂散光对星敏感器目标提取的影响至关重要,因此需要对星敏感器进行杂散光抑制,从而保证姿态控制的准确性。本文正是基于以上两个方面开展研究工作的。首先,介绍了国内外星敏感器和杂散光研究的发展,星敏感器的工作原理和主要技术指标,以及杂散光的分析方法、分析步骤和抑制方法等。然后,由于星敏感器光学系统探测的目标恒星能量很弱,选择了一款CMOS探测芯片,该芯片具有像素多、像元尺寸小等特点,更易实现高分辨率及高测量精度,并由芯片参数推出光学系统的设计指标。通过对折射式、反射式、折反式光学系统结构进行对比,发现折射式光学系统结构与其它两种结构相比具有容易实现大视场、无中心遮拦、结构紧凑等优点,故而最终选择了折射式光学系统结构。在进行光学系统设计时,根据全内反射(TIR)原理,讨论了透镜性质(如形状、材料)对入射光线的影响,推导了近半球透镜底面在发生全反射时,近半球透镜的厚度、半径及入射光角度的关系式,并根据此关系式设计了第一块透镜为近半球形的星敏感器光学系统,达到了利用光学系统自身抑制部分杂散光的目的,本文设计的光学系统具有视场大、光谱范围宽、倍率色差小等特点。最后,根据杂散光在进入光学系统前的二次反射原则,推导了遮光罩长度与杂散光入射角的关系式,利用Solidworks软件设计了柱形筒、光栏锥形布置的遮光罩,运用Tracepro软件分析了光学系统对杂散光的抑制能力。柱形筒、光栏锥形布置的遮光罩虽然达到杂散光抑制指标,但其长度过长,因此又设计了反射式遮光罩。根据杂散光评价指标点源透射比(PST),与之前的遮光罩相比,反射式遮光罩在满足PST的前提下,缩短了遮光罩长度。

【关键词】：
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V448.2;TP212
【目录】：

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