[發(fā)明專利]一種提高視場選通成像系統(tǒng)視場占空比的方法

有效

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• 申請日: 2021-08-20
• 公開（公告）號: CN113835211B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 方亮;張輝;廖志遠(yuǎn);程欣;譚述亮;范真節(jié)
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所
• 主分類號: G02B23/04
• 分類號: G02B23/04;G01C21/02
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 江亞平

本發(fā)明公開了一種提高視場選通成像系統(tǒng)視場占空比的方法，該方法包括：在視場選通成像系統(tǒng)一次像面附近添加一組微透鏡陣列，與后組微透鏡陣列形成微透鏡陣列組；添加的一組微透鏡陣列中，每個微透鏡單元均作為場鏡，用于將選通視場內(nèi)的邊緣視場光線偏轉(zhuǎn)，并使其通過后組微透鏡單元，從而減小選通視場內(nèi)成像的漸暈。另一方面，利用分光鏡將視場選通成像系統(tǒng)一次像面一分為二，分別對兩個一次像面進行視場選通，且選通的視場范圍相互交錯。本發(fā)明所述的一種提高視場選通成像系統(tǒng)視場占空比的方法可以解決現(xiàn)有視場選通成像系統(tǒng)邊緣視場由于漸暈而導(dǎo)致成像分辨率低以及視場占空比不足等問題，為實現(xiàn)強背景光下的多星探測提供一種有效的技術(shù)途徑。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于全天時星敏感器光學(xué)成像技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種提高視場選通成像系統(tǒng)視場占空比的方法。

背景技術(shù)

星敏感器是一種高精度姿態(tài)敏感測量儀器，常用于衛(wèi)星、飛船、火箭等空間航天器的導(dǎo)航。近年來，隨著星慣組合導(dǎo)航技術(shù)的快速發(fā)展，星敏感器導(dǎo)航技術(shù)正由大氣層外太空天基平臺的應(yīng)用逐漸擴展至近地空間平臺的應(yīng)用，使臨近空間飛行器、艦船、飛機等近地空間平臺有望擺脫對衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的依賴，具有廣泛的應(yīng)用前景和重要的戰(zhàn)略意義。

相比于天基星敏感器，近地空間星敏感器面臨著強烈天空背景光的干擾，為了能夠在強天光背景條件下實現(xiàn)對暗弱恒星目標(biāo)的探測，需要采用一定的方法抑制天空背景光，提高系統(tǒng)的探測信噪比。傳統(tǒng)的近地空間星敏感器通常采用小視場成像系統(tǒng)抑制天空背景光，結(jié)合二維轉(zhuǎn)臺掃描探測的手段實現(xiàn)對單星的跟蹤探測，這種工作體制普遍存在系統(tǒng)龐大、精度低等缺陷，在小型化平臺和高精度應(yīng)用場合存在諸多局限。

基于視場選通技術(shù)的光學(xué)成像系統(tǒng)采用大視場望遠(yuǎn)鏡收星，利用微透鏡與微開關(guān)陣列實現(xiàn)瞬時視場的快速選通，可同時獲得較大視場和較強的天空背景光抑制能力，具有體積小、重量輕、精度高等優(yōu)點，非常適合近地空間全天時星敏感器的應(yīng)用。

然而，在該系統(tǒng)中，前端望遠(yuǎn)鏡的相對孔徑通常較大，聚焦于一次像面的光線具有較大的張角，這將導(dǎo)致后續(xù)微透鏡單元對選通視場內(nèi)的一次像面成像時，邊緣視場的光線無法全部通過該微透鏡單元，從而產(chǎn)生明顯的漸暈現(xiàn)象。由于漸暈區(qū)域?qū)?yīng)的光束有效口徑減小，因此該區(qū)域內(nèi)的艾里斑尺寸較大。若系統(tǒng)要求近衍射極限成像，則漸暈區(qū)域比非漸暈區(qū)域的光斑尺寸明顯偏大，無法滿足對能量集中度的要求，這將導(dǎo)致微透鏡單元對應(yīng)的選通視場內(nèi)的有效區(qū)域減小。另一方面，微透鏡陣列中微透鏡單元的分布本身也難以做到100％的占空比。因此，基于視場選通技術(shù)的光學(xué)成像系統(tǒng)總的有效視場占空比較小，難以保證多顆恒星的探測概率。為推動基于視場選通技術(shù)的光學(xué)成像系統(tǒng)在全天時星敏感器中的實際應(yīng)用，需要探索有效的提高視場占空比的方法，為實現(xiàn)小型化、高精度和高自主性的全天時星敏感器的研究奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：針對現(xiàn)有基于視場選通技術(shù)的光學(xué)成像系統(tǒng)有效視場占空比低的問題，提出一種提高系統(tǒng)有效視場占空比的方法。該方法能夠增加視場選通光學(xué)成像系統(tǒng)的有效視場，提高系統(tǒng)在白天環(huán)境下對多顆恒星的探測概率。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種提高視場選通成像系統(tǒng)視場占空比的方法，該方法包括：

1)利用分光鏡將視場選通成像系統(tǒng)一次像面分為透射光路一次像面和反射光路一次像面；

2)在所述透射光路一次像面與其后方設(shè)置的第一后組微透鏡陣列之間設(shè)置一組第一前組微透鏡陣列，該第一前組微透鏡陣列與所述第一后組微透鏡陣列形成微透鏡陣列組；所述第一前組微透鏡陣列中的每個微透鏡單元均作為場鏡，用于將其對應(yīng)選通視場內(nèi)的邊緣視場光線進行偏轉(zhuǎn)，使邊緣視場的主光線能夠通過所述第一后組微透鏡陣列中的微透鏡單元；從而減小透射光路中每個選通視場內(nèi)成像的漸暈現(xiàn)象，確保選通視場內(nèi)的成像質(zhì)量，提高選通視場的有效區(qū)域；