[發明專利]一種空間極高精度指向測量儀器熱光耦合效應確定系統及方法

有效

• 申請號: 202110432077.6
• 申請日: 2021-04-21
• 公開（公告）號: CN113218418B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 王曉燕;袁利;王立;武延鵬;鄭然;程會艷;李玉明;王苗苗;隋杰
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張曉飛

本發明公開了一種空間極高精度指向測量儀器熱光耦合效應確定系統及方法；本方法通過在空間極高精度指向測量儀器內部設計熱光耦合效應自監視組件，建立了與恒星星光成像共光路的模擬星光。該光路可閉環測量空間極高精度指向測量儀器光學成像組件由于空間光熱耦合效應產生的成像變化情況，用此測量結果評價恒星星光成像光路的變化。同時，在光學成像組件的核心光學零件上建立溫度檢測與補償組件，實時測出不同模擬星光指向變化下的光學零件溫度分布情況，通過閉環補償形成穩定的溫度場，達到降低測量儀器低頻誤差的目的，最終可以定量得到熱光耦合對空間極高精度指向測量儀器的影響量。

技術領域

本發明涉及恒星指向測量技術領域，特別涉及一種空間極高精度指向測量儀器熱光耦合效應確定系統方法，包括評價原理、硬件組成和相應的方法步驟。

背景技術

空間極高精度指向測量儀器主要指以恒星為參考目標，通過星光定向技術確定飛行器在慣性坐標系下的姿態指向信息。隨著航天技術的進一步發展，以大比例尺測繪衛星、自主導航衛星、光學成像偵察衛星、目標監測預警衛星等為代表的高性能衛星對空間指向測量精度提出了極高精度要求，由目前已實現的亞角秒測量精度繼續向毫角秒精度逼近。

在空間恒星指向測量技術中，在軌的外熱流對測量儀器的低頻誤差影響不可忽視。在亞角秒精度星光測量儀器的設計中，通過熱不敏光機結構、高精度溫度控制技術等手段對熱光耦合效應進行有效抑制。但這些方法均屬于被動手段，其實現思想是通過建立更溫和的溫度環境降低熱沖擊對測量儀器的影響，同時采用對溫度波動更不敏感的結構進一步提高測量儀器的穩定性。在這個過程中，對于測量儀器受到熱光效應后自身的實際變化量不過分評價。通過這樣的設計思想，是可以實現0.3″的指向測量精度水平的。

為了進一步提升指向測量精度，使其最終達到毫角秒量級，那么空間熱光效應對測量儀器的具體影響程度是需要首先被確認的，從而才可能在此基礎上采取更精細的手段，將熱光耦合效應產生的測量儀器測量精度的波動量進行補償，為最終實現毫角秒量級測量精度提供基礎。

發明內容

本發明的目的在于基于可空間在軌飛行為前提，建立一種簡單可靠的評價方法，該方法首先通過硬件實現測量儀器在熱光耦合作用下變化的監測條件，通過采集星光變化的的質心位置，評價測量儀器在軌穩定性漂移程度。本方法能夠應于于各類極高精度指向測量儀器中，滿足實際工程應用。

本發明的技術解決方案是：一種空間極高精度指向測量儀器熱光耦合效應確定系統，包括：主反射鏡、次反射鏡、透鏡組、自監視組件光源、分光鏡、探測器、電加熱片和測溫電阻；電加熱片與測溫電阻均粘貼于主反射鏡表面；

恒星光依次通過主反射鏡、次反射鏡、透鏡組、分光鏡后成像于探測器上，形成恒星星光光路；自監視組件光源發出的模擬星點光依次通過分光鏡、透鏡組、次反射鏡后到達主反射鏡表面；經主反射鏡反射后，再依次通過次反射鏡、透鏡組、分光鏡成像于探測器上，形成模擬星光光路；恒星星光光路與模擬星光光路共用主反射鏡、次反射鏡、透鏡組、分光鏡，這種光路共用的設計實現了雙光路的耦合。

當有100％的能量入射分光鏡時，有90％的能量經90°反射后進入探測器，10％的能量直接透過分光鏡。

所述分光鏡將整個光學系統分成兩個焦面，一個焦面放置探測器，對目標進行成像，另一個焦面放置自監視組件光源，使得自監視組件光源發出的光經過光學系統后，打到次反射鏡的平面表面，再次返回光學系統，最終成像于探測器。

次反射鏡的反射面由兩部分組成，一個是具有光線匯聚的非球面部分，當光線入射到該表面后，在焦面成像；另一個的平面部分，當光線入射到該表面后，進行180°折返，以平行光的形式再次進入光學系統。

所述自監視組件光源發出的是小孔星點光，模擬恒星光特性，發射出指定波長的點光源；該點光源根據幾何光學物像轉換關系，可以等價于在光學系統物方發出的平行光。