[實用新型]一種寬幅低雜光全天時星跟蹤器光學結構

有效

• 申請號: 201820464342.2
• 申請日: 2018-03-30
• 公開（公告）號: CN208013534U
• 公開（公告）日: 2018-10-26
• 發明（設計）人: 王虎;肖南;沈陽;薛要克;潘越;王芳;龐樹霞;王鋒
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G02B17/08
• 分類號: G02B17/08;G02B13/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 唐沛

本實用新型屬于光學設計領域，具體涉及一種能夠全天時觀測恒星實現導航的寬幅低雜光全天時星跟蹤器光學結構，其特點是：結構緊湊、能夠有效抑制背景光、且掃面范圍大。該光學結構包括掃描反射鏡、帶通濾波片、第一負透鏡、平面反射鏡、主反射鏡、第二負透鏡、第一正透鏡、第二正透鏡和第三負透鏡；第一負透鏡為孔徑光闌，主反射鏡的發射面為凹型的二次非球面，平面反射鏡中心開設有通孔；入射光依次通過掃描反射鏡、帶通濾波片、第一負透鏡后被平面反射鏡反射至主反射鏡,主反射鏡再次反射的光路依次通過平面反射鏡的通孔、第二負透鏡、第一正透鏡、第二正透鏡和第三負透鏡后出射至外部成像單元。

技術領域

本實用新型屬于光學設計領域，具體涉及一種能夠全天時觀測恒星實現導航的寬幅低雜光全天時星跟蹤器光學結構。

背景技術

慣性陀螺儀是具有高瞬時姿態測量精度的導航設備。但是在長時間工作的情況下，其漂移量造成的誤差較大，需要增加外部校正誤差裝備。與之相比，星敏感器利用恒星的位置導航，無姿態累積誤差，探測的結果更為準確。因此，將慣性導航系統和星光結合從而實現長時間的高精度導航是目前研究的熱點方向。

慣性/星光組合導航憑借其高測量精度，在航空航天領域中具有廣泛應用。但是由于白天天空背景輻射非常強，導致白天觀測恒星時的對比度比夜間觀測恒星的對比度相差10⁵倍，因此給在大氣層內工作的需要全天時觀星的星敏感器帶來了很大的困難。

美國對于全天時星敏感器的研究從上世紀八十年代末開始。2006年，美國Microcosm公司系統采用三個視場來觀測三個不同方向的原理，研發出了DayStar系統，其口徑為76mm，視場角30°，可以在白天的海平面上觀測到7.1Mv恒星(參見文章Microcosmannounces advances in daytime stellar imaging)。但三個鏡頭同時觀測的方式所需要的系統硬件十分復雜。

BLAST系統使用100mm口徑和200mm焦距的大口徑長焦距鏡頭加4英尺長的遮光罩在高空氣球平臺實現了白晝觀星(參見文章BLAST autonomous daytime star cameras)。

九十年代，國內中國科學院長春光機所曾用350mm口徑，3000mm焦距的電影經緯儀實現在白天觀測3Mv星，但是其體積較大，質量較重，不適用于諸如飛行器等需要輕小型化系統的場合。

專利CN201310390501.0提出一種全天時小型化恒星跟蹤光學系統，該系統將掃描光路和成像光路重疊，需要的額外通光孔徑很大，導致非工作口徑較大，非成像光線直接照射在光學系統的次鏡上，引入了很強的背景輻射光并且難以抑制。

實用新型內容

為了解決背景技術中提到的雜散光抑制問題，本實用新型提供了一種結構緊湊、能夠有效抑制背景光、且具有掃面范圍大等特點的一種寬幅低雜光全天時星跟蹤器光學結構。

本實用新型的具體技術解決方案是：

本實用新型提供的光學機構包括掃描反射鏡、帶通濾波片、第一負透鏡、平面反射鏡、主反射鏡、第二負透鏡、第一正透鏡、第二正透鏡和第三負透鏡；

其中，第一負透鏡為孔徑光闌，主反射鏡的發射面為凹型的二次非球面，平面反射鏡中心開設有通孔；

入射光依次通過掃描反射鏡、帶通濾波片、第一負透鏡后被平面反射鏡反射至主反射鏡,主反射鏡再次反射的光路依次通過平面反射鏡的通孔、第二負透鏡、第一正透鏡、第二正透鏡和第三負透鏡后出射至外部成像單元。其中，平面反射鏡用于轉折壓縮光路使得系統尺寸減小，實現小型化；入射光與入射光經平面反射鏡發射之后的光路之間的夾角為30±5°。

基于上述基本方案，本實用新型還可作如下優化限定和改進：

進一步地，上述主反射鏡的表面頂點半徑1000～1250mm。