[發明專利]一種星敏感器用光學系統

有效

• 申請號: 201510243054.5
• 申請日: 2015-05-13
• 公開（公告）號: CN104833355B
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: 梁士通;梅志武;鐘紅軍;王立;劉婧;鐘俊;張運方;余成武;王龍;陳建峰
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G01C21/02
• 分類號: G01C21/02
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 安麗

技術領域

本發明涉及一種星敏感器用光學系統，屬于光學工程范疇。

背景技術

本發明用于航天器用星敏感器。星敏感器以恒星為測量目標，通過光學系統將恒星成像于光電轉換器上，輸出信號經過A/D轉換送數據處理單元，經星點提取和星圖識別，確定星敏感器光軸矢量在慣性坐標系下的指向，通過星敏感器在飛行器、星光導航系統及艦船的上的安裝矩陣，確定其在慣性坐標系下的三軸姿態。

星敏感器一般由遮光罩、光學系統、探測器組件及其電路、數據處理電路、二次電源、軟件(系統軟件、應用軟件及星表)、主體結構和基準鏡等組成。

星敏感器光學系統對星敏感器的整機性能，特別是精度等核心性能有著重要影響，光學系統性能的降低將帶來整機精度、靈敏度等核心指標的降低，因此光學系統是星敏感器的關鍵部件之一。相比較于常用的照相物鏡，星敏感器用光學系統的觀測目標是恒星目標，恒星目標一般具有寬光譜、低照度的特點；同時為了提高整機對恒星像點的定位精度，光學系統需將恒星目標在光電探測器上，恒星像點應接近高斯分布。

由于星敏感器用于空間環境，因此光學系統在滿足成像性能的同時，需具有較好的抗力學性能，耐高溫差能力和抗宇宙輻射能力等。這些要求使得星敏感器光學系統在材料選擇、結構設計等方面有較大限制。

因此根據星敏感器整機和恒星目標的特點，星敏感器光學系統是一種具有大視場、大相對孔徑、寬光譜、低畸變、高可靠度的成像系統，因此導致其設計難度較大，對結構設計、系統裝調等要求很高。因此星敏感器光學系統的相關設計及裝調技術是星敏感器的核心技術之一。

星敏感器光學系統具有大視場、寬譜段、大相對孔徑、低畸變等特點，一般使用復雜化的光學系統、甚至非球面光學系統保證光學系統具有良好的成像性能。光學系統復雜化后一般體積重量較大。光學系統體積重量變大后，使得星敏感器需進行結構加固設計才能滿足光學系統的穩定性等要求，導致星敏感器產品的整機體積和重量較大，不利星敏感器整機的輕量化。

非球面光學系統可以在一定程度上降低光學系統的體積和重量，但非球面光學系統加工難度較大，研制周期較長；同時非球面鏡片的零件合格率較低，導致非球面光學系統成本較高。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供一種星敏感器用光學系統，滿足了工作于空間惡劣溫度環境下的高精度星敏感器的姿態測量需求。

本發明的技術方案是：一種星敏感器用光學系統，光學系統由左至右依次包括孔徑光闌、第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、探測器保護玻璃和光電探測器；

孔徑光闌位于光學系統第一透鏡頂點上；光學系統第一透鏡為正透鏡，用于收集目標經孔徑光闌后的發射光線，并將目標發出的光能量匯聚后入射至第二透鏡上；第一透鏡材料選用熔石英材料；第二透鏡為負透鏡，用于校正第一透鏡產生的球差；第三透鏡對第二透鏡發出的光能量進行匯聚后發送給第四透鏡；第四透鏡、第五透鏡和第六透鏡用于修正光學系統焦距，并對第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡的像差進行校正；探測器保護玻璃起到保護作用，光電探測器對接受的光線進行探測。所述第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡均為正透鏡，第六透鏡為負透鏡。

孔徑光闌通光孔徑為36mm；

第一透鏡前表面曲率半徑37mm，后表面曲率半徑-118.03mm，透鏡中心厚度10mm，外輪廓直徑42mm，材料使用熔石英材料；

第二透鏡前表面曲率半徑-55.46mm，后表面曲率半徑-973.6mm，透鏡中心厚度2.98mm，外輪廓直徑42mm，玻璃牌號為ZF3；

第三透鏡前表面曲率半徑38.37mm，后表面曲率半徑133.05mm，透鏡中心厚度7mm，外輪廓直徑42mm，玻璃牌號為ZK9；

第四透鏡前表面曲率半徑41.58mm，后表面曲率半徑-133.05mm，透鏡中心厚度7.5mm，外輪廓直徑36.6mm，玻璃牌號為ZK9；

第五透鏡前表面曲率半徑32.89mm，后表面曲率半徑65.77mm，透鏡中心厚度5.85mm，外輪廓直徑30mm，玻璃牌號為LAK3；

第六透鏡前表面曲率半徑-26.5mm，后表面曲率半徑57.94mm，透鏡中心厚度3.07mm，外輪廓直徑21mm，玻璃牌號為ZF4；

探測器保護玻璃為平板玻璃，厚度為1mm，玻璃牌號為BK7。

第一透鏡和第二透鏡空氣間隔為3.3mm；

第二透鏡和第三透鏡空氣間隔為0.6mm；