星敏感器光學系統(tǒng)設計及雜散光抑制技術的研究.pdf

1、星敏感器是目前航天器姿態(tài)控制的重要部件，其高精度的定位優(yōu)勢在航天控制方面有極大的發(fā)展前景。光學系統(tǒng)作為星敏感器的重要組成部分，越來越趨向于大口徑、大視場、高精度、寬光譜的方向發(fā)展。星敏感器工作在真空狀態(tài)的宇宙空間環(huán)境中，探測的目標是微弱的恒星小目標，故而雜散光對星敏感器目標提取的影響至關重要，因此需要對星敏感器進行雜散光抑制，從而保證姿態(tài)控制的準確性。本文正是基于以上兩個方面開展研究工作的。
　　首先，介紹了國內外星敏感器和雜散光

2、研究的發(fā)展，星敏感器的工作原理和主要技術指標，以及雜散光的分析方法、分析步驟和抑制方法等。
　　然后，由于星敏感器光學系統(tǒng)探測的目標恒星能量很弱，選擇了一款CMOS探測芯片，該芯片具有像素多、像元尺寸小等特點，更易實現高分辨率及高測量精度，并由芯片參數推出光學系統(tǒng)的設計指標。通過對折射式、反射式、折反式光學系統(tǒng)結構進行對比，發(fā)現折射式光學系統(tǒng)結構與其它兩種結構相比具有容易實現大視場、無中心遮攔、結構緊湊等優(yōu)點，故而最終選擇了折射式

3、光學系統(tǒng)結構。在進行光學系統(tǒng)設計時，根據全內反射(TIR)原理，討論了透鏡性質（如形狀、材料）對入射光線的影響，推導了近半球透鏡底面在發(fā)生全反射時，近半球透鏡的厚度、半徑及入射光角度的關系式，并根據此關系式設計了第一塊透鏡為近半球形的星敏感器光學系統(tǒng)，達到了利用光學系統(tǒng)自身抑制部分雜散光的目的，本文設計的光學系統(tǒng)具有視場大、光譜范圍寬、倍率色差小等特點。
　　最后，根據雜散光在進入光學系統(tǒng)前的二次反射原則，推導了遮光罩長度與雜散光