[發明專利]一種反射式星敏感器

有效

• 申請號: 201710694616.7
• 申請日: 2017-08-15
• 公開（公告）號: CN107677264B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 郝云彩
• 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: 陳鵬

一種反射式星敏感器，包括離軸三反射式光學系統、遮光罩、探測器、信息處理器，光學系統為帶有中間像光欄和里奧光欄的離軸三反射鏡系統，探測器為固體成像器件，信息處理器為嵌入式類型的具有采集、存儲探測器所成的光電數字圖像并計算輸出姿態信息的系統。本發明的星敏感器同時具備了現有技術所不能同時具備一系列優點，諸如無色差帶來的星敏感器低頻誤差、采用接近零熱膨脹系數的光機材料所帶來的極小光軸熱漂移、采用中間像光欄和里奧光欄帶來的消雜光方便性等等。

技術領域

本發明涉及一種反射式星敏感器，可應用于航天器姿態測量和旋轉角速率測量領域。

背景技術

目前對于航天器的姿態測量經常使用星敏感器，這種敏感器的主要原理是：利用恒星位置相對于慣性空間基本不動的規律，通過對一個天區的恒星光電成像獲取星圖，再星圖進行處理和識別得到測量敏感器光軸在慣性空間指向，經過星敏感器在航天器安裝坐標系與航天器姿態坐標系的轉換即可得到航天器的三軸姿態。

現有技術中，星敏感器硬件包括遮光罩、光學系統(鏡頭)、電子學系統、電器和結構接口。電子學系統有包括探測器成像組件、信息處理單元、電源模塊、內部外部電連接。星敏感器的主要技術指標包括三軸測角精度、數據更新率、雜光抑制能力等，星敏感器的數據更新率指標是每秒鐘能夠輸出的姿態信息的更新次數，一般目前大多數星敏感器的數據更新率是10Hz左右。以往技術中，星敏感器光學系統一般都采用透射式光學系統，在透射式光學系統中也有采用折射衍射的設計方案的。折反射或者反射式光學系統雖然有學者研究，但是真正應用到星敏感器產品中的卻很少。

現有技術主要存在的不足如下：

(1)透射式光學系統普遍存在色差，其倍率色差引起的星敏感器低頻誤差是難以消除的，而低頻誤差是影響星敏感器實現甚高精度的主要誤差。

(2)受到色差校正能力和星點尺寸大小的限制，現有透射式星敏感器所采用的透射式光學系統的工作譜段不能太寬，太寬的工作譜段會引起較大的倍率色差和星點像斑尺寸的增大，不能滿足星敏感器設計要求，此外工作譜段的縮小導致星敏感器靈敏度降低、探測器的量子效率不能得到充分發揮、恒星星表的光譜型范圍受到限制。

(3)現有透射式星敏感器的遮光罩尺寸重量較大，消雜光能力受到一定限制，鏡頭內部消雜光手段有限。

(4)現有透射式星敏感器光學系統由于透鏡的熱光學特性受到溫度場的變化難以消除，通過光機結構熱補償的手段有限，在工作環境溫度場變化時會引起成像星點的位置漂移，導致星敏感器光軸指向漂移。

發明內容

本技術發明解決的問題是：克服現有技術的不足，本發明提供了一種反射式星敏感器，保證了整機熱穩定性和光軸漂移最小化；采用全反射式光學系統，消除由于色差導致的星敏感器低頻誤差，使得星表恒星可選范圍擴大，使得探測靈敏度提高，利用中間像場光欄和實出瞳處里奧光欄以及內部消雜光光欄，消除太陽等外部雜光對成像干擾

本發明的技術解決方案是：一種反射式星敏感器，包括孔徑光欄、主反射鏡、次反射鏡、第三反射鏡、光電探測器、中間像光欄、信息處理器、第一段遮光罩、第二段遮光罩、第三段遮光罩、第四段遮光罩、支撐結構、里奧光欄；恒星目標光線從孔徑光欄進入，經過第一段遮光罩，進入主反射鏡，經過主反射鏡反射后的光線經過第二段遮光罩，到達次反射鏡；由次反射鏡反射后的光線依次經過中間像光欄和第三段遮光罩，到達第三反射鏡，中間像光欄位于第三段遮光罩前端入口處；由第三反射鏡反射后的光線經過里奧光欄和第四段遮光罩到達光電探測器，在光電探測器的感光面上成像，里奧光欄位于第四段遮光罩中部實出瞳位置處；信息處理器采集并儲存光電探測器輸出的數字圖像；孔徑光欄、主反射鏡、次反射鏡、第三反射鏡、光電探測器、信息處理器、第一段遮光罩、第二段遮光罩、第三段遮光罩、第四段遮光罩安裝在支撐結構上。

所述第一段遮光罩、第二段遮光罩、第三段遮光罩、第三段遮光罩的內部表面噴消光黑漆，吸光系數不小于97％。