[发明专利]一种星敏感器成像结构

说明书

本发明及一种飞行器姿态控制系统所应用的恒星测量敏感器，尤其是涉及一种星敏感器成像结构，包括光学成像镜头（1）、消杂光光纤面板（2）和光电探测器（3）三部分；在焦平面处引入消杂光光纤面板（2）前端面，在消杂光光纤面板（2）的出口端面密贴光电探测器（3）；所述消杂光光纤面板（2）、光电探测器（3）感光面与光学成像镜头（1）光轴垂直。本发明由于采用了消杂光光纤面板，不但使星敏感器光学系统本身具有了消杂光功能，而且还可以使得现有技术中的遮光罩尺寸和重量大幅度减小，甚至完全不用遮光罩，大幅度增强星敏感器的消杂光能力，并且减小了遮光罩得尺寸重量，节省成本和资源，更加便于星体上安装。

技术领域

本发明及一种飞行器姿态控制系统所应用的恒星测量敏感器，尤其是涉及一种星敏感器成像结构。

背景技术

星敏感器是飞行器姿态控制系统所经常采用的一种姿态测量敏感器，在飞行器控制领域发挥非常重要的作用。星敏感器一般由光学成像系统、CCD（Charge CoupledDevices，电荷耦合器件）或APS（Active Pixel Sensor，有源像素传感器）成像电子线路、DSP（Data Signal Processor，数字信号处理器）信息处理单元、星图处理软件、通讯接口等几大部分构成。其中光学系统完成将恒星成像在CCD焦平面上的功能。

星敏感器光学系统与一般的成像系统相比具有如下的特点：

(1) 对于点目标成像，不要求成像的细节，代之以较高的消色差和畸变水平，而且还要求像点在CCD/APS上占有至少2X2个像素，以便保证星点能量中心的准确提取。

(2) 要求采用全分离式光学结构设计，以防胶合面空间使用脱胶。

(3) 要求一定的弥散斑尺寸的调整能力，以便在标定时确定最终的弥散斑大小；

(4) 要求各个光谱的弥散斑能量中心误差在规定以内，一般不超过1微米；

(5) 尽可能少的光学零件数目；

(6) 尽可能小的镜头轴向尺寸和径向尺寸；

(7) 具有良好的内部消杂光特性。

国内外目前在该领域对其研究工作主要有以下方式，第一是在2004年第2期光子学报上发表的“折反式大视场星敏感器光学系统”；第二是在2004年第11期光子学报上发表的“轻小型星敏感器光学系统设计”；第三是在2005年第12期光子学报上发表的“宽视场大相对孔径星敏感器光学系统设计”；第四件是ZL200610170214 专利所提出的一种7片透镜组成的光学系统。

上述已知技术均不完全具备以上所述的7个特点，而且都存在着各自的不足。

在“轻小型星敏感器光学系统设计”中提出的光学系统焦距22.7mm，相对孔径1/1.4，视场角17.1oºX17.1oº,总长度与焦距之比为2:1，虽然视场较大，但是没有设计为近远心光路，对弥散斑调整带来不便，另外像面位于最后一面的球心附近，易产生鬼像。

上述提出的一种折反射式星敏感器光学系统，视场角Φ200，入瞳直径36.3mm，相对孔径1/1.2，焦距为43.56mm。该系统虽具有色差校正良好，覆盖谱段宽等优点，其主要不足是外形尺寸较大，而且不是像方远心光路；

上述提到的宽视场大相对孔径星敏感器光学系统设计，虽然视场较大，相对孔径也较高，但是使用了9片镜片（包括一片窗口），而且采用了一个空间系统应避免采用的双胶合结构，而且也不是像方近远心光学系统，不便于弥散斑调整。

上述已有专利提到的7片透镜组成的星敏感器光学系统结构形式虽然克服了许多缺点，但是在内部消杂光特性方面没有考虑。

综上所述，现有的星敏感器设计存在的问题主要是没有考虑系统内部消杂光特性，外遮光罩给星敏感器带来的缺点如下：