宽谱段星敏感器光学系统设计.pdf

国内图书分类号:TB133 国际图书分类号:621 . 3 工学硕士学位论文宽谱段星敏感器光学系统设计 硕士 研究生: 汪京 导 师: 龙夫年研究员 申请学 位: 工学硕士 学 科、专 业: 光学工程 所在单 位: 空间光学研究中心 答辩日期: 2007 年 7 月 授予学位单位: 哈尔滨工业大学 Classified Index: TB133 : Dissertation for the Master Degree in Engineering OPTICAL SYSTEM DESIGN OF A STAR SRNSOR WITH WIDE SPECTRUM Candidate: Supervisor: Academic Degree Applied for: Speciality: Affiliation : Date of Defence: Degree-Conferring-Institution: Wang Jing Prof. Long Funian Master of Engineering Optical Engineering Research Center of Space Optical Engineering July, 2007 Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要星敏感器是一种高精度的姿态测量仪器。具有自主导航能力的新一代星敏感器的显著特点是视场大,精度高,体积、质量、功耗不断减小。大相对孔径、宽光谱范围的光学系统已成为目前发展的趋势。本论文以新一代星敏感器为研究背景,以宽谱段、小视场、大相对孔径为研究对象,主要对星敏感器的光学系统部分进行了研究。本文首先分析了星敏感器在国际、国内的发展趋势,并从星敏感器光学系统的特点出发,根据课题要求着重对摄远系统进行了研究。由于谱段较宽,色差难以校正,因此重点分析了光学系统的复消色差、玻璃材料的选择以及像差校正等特点,并初步选定了有利于消色差的光学材料。根据技术指标要求,使用 CODE V 软件确定了光学系统的结构型式。其次,在确定了系统结构方案后,结合复消色差的设计方法分析了摄远系统前后透镜组的各级像差,在优化设计过程中确定了各光学元件的具体材料。利用多种成像质量指标对所设计的光学系统成像质量进行了评价。在确定系统结构之后,为了给系统的加工及装调提供依据, 对系统进行了公差分配。为了使公差更加合理,采用离焦的方式对系统分配后的公差进行补偿, 并作了误差分析。最后,为了抑制进入光学系统的杂散光,有效地避免非目标光对系统成像质量的影响,用 LightTools 软件设计了光学系统的遮光罩,并在达到了消光要求的基础上,通过改变遮光罩的结构论证了实现轻量化的可行性。此外,为了减小空间环境的影响,设计出了镜筒,以完善系统结构。关键词 星敏感器;光学设计;遮光罩;杂散光- I - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 Abstract Star sensor is a high pr ecision instrument used fo r orientation measurement. Wide field, high precision, small volume and mass, less power consumption are distinct characters of ne w generation star sensor, which has self-navigation capability. Smaller F # and wider spectr al coverage of optics of star sensor are the trends of development. Based on the ba ckground of new gene ration star sensor and research subject of wi de spectral band, narrow field of view and small F #, we studied the op tical system of star sensor. Firstly, trend in developmen t of star sensor was analyzed. In order to fulfill the task, characters of optical system in st ar sensor, especially