星敏感器光学系统设计及杂散光抑制技术的研究

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1、．密级无分类号０４３５＼禱《＾知考八＇ＸＩＡＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＣＡＬＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ硕ｄ：学位论文题目：星敏感器光学系统设计及杂散光抑制技术的研究作者：张欢指导教师：吴玲玲副教授申请学位学科：光学工程２０巧年日月２５日密级无分类号０４３５Ｘ’ＩＡＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＣＡＬＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ硕±学位论文巧目：星敏感器光学系统设计及杂散光抑制技术的硏究作者＊张欢指导教师：吴玲玲副教授申请学位学科：光学工程２０１５年５月２５日星敏感器光学系统设计及杂散光抑制技术

2、的研究学科！光学工程研究生鉛：张心指导教师签字：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曰径、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Ｗ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，Ｗ及杂散光的分析方法、分

3、析步驟和抑制方法等。一，由于星敏感器光学系统探测的目标恒星能量很弱然后，选择了款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、无中也遮拦、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

4、一计了第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软件设计了巧形简、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。关巧词：

5、星敏感器；光学系统；杂散光；遮光罩ＤｅｓｉｇｎｏｆＯｐｔｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｆｏｒＳｔａｒＳｅｎｓｏｒａｎｄＳｔｕｄｙｏｎＳｔｒａＬｉｈｔｙｇＳｕｒｅｓｓｉｎＴｅｃｈｎｏｌｏｐｐｇｇｙＤｉｓｃｉｐｌｉｎｅ：ＯｐｔｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｔｕｄｅｎｔＳｉｇｎａ化ｒｅ：ｅｒｖｉｓｏｒＳｉｎａｔｕｒｅｆａＳｕｐｇ：ＩＪｒＪｊＵＨｖＡｂｓｔｒａｃｔＳｔａｒｓｅｎｓｏｒｉｓａｎｉｍｏｒｔａｎｔａｒｔｏｆｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｓａｃｅｃｒａｆｔａｔｉｔｕｄｅｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｈｉｒｅｃｉｓｉｏｐｔｎｐｐ

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