新型反射式星敏感器光学系统设计.pdf

工学硕士学位论文新型反射式星敏感器光学系统设计 赵阳 哈尔滨工业大学 2007 年7 月 国内图书分类号: TB133 国际图书分类号: 工学硕士学位论文新型反射式星敏感器光学系统设计 硕士研究生: 赵阳 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: 空间光学工程研究中心 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 NEW TYPE REFLECTIVE OPTICAL SYSTEM DESIGN FOR A STAR SENSOR Candidate : Zhao yang Supervisor : Prof. Long Funian Academic Degree Applied for : Master of Engineering Specialty : Optical Engineering Affiliation : Research Center For Space Optical Engineering Date of Defence : July, 2007 University : 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以其高精度姿态定位优势已经在各类航天器上广泛使用,也是目前能实现自主定位的姿态敏感器,具有很大的发展空间。作为星敏感器重要部件的光学系统,大相对孔径、宽光谱范围的光学系统成为发展趋势。本文对星敏感器光学系统的设计正是从这一前提下进行的。首先,本文对国外的星敏感器光学系统的发展状况进行了简要的介绍, 并且与我国各单位研制的星敏感器做了对比,了解了国际、国内在这一方向上的发展趋势,D 的选取、光学系统的选型及系统初始结构的确定等方面提供了一个总的参考方向。其次,本文研究的是新型反射式星敏感器光学系统设计,在与折射式光学系统进行了对比之后,总结出使用反射式光学系统的几大优势:无色差和二级光谱;有利于抑制杂光;可以实现轻量化处理等。再次,根据计算得出的光学系统参数,设计出了二次成像的共轴三反射光学系统。利用 CODE V 设计软件中的各种成像质量衡量标准对本文设计的光学系统像质进行了评价,并使系统结构实用化,缩短了系统长度。考虑到星敏感器对像质的特殊要求,在保证技术指标的前提下,对光学系统结构进行了离焦处理。此外,为了给系统的加工及装调提供依据,本文制定了合理的公差分配方案,并用仿真模拟方法计算了光学效率,均满足技术要求。最后,针对空间工作环境的具体情况,用 LightTools 分析软件进行了遮光罩的设计,以抑制轴外杂光对系统成像质量的影响。并通过添加主镜锥状遮光罩和 Lyot 光阑,提高了抑制杂光能力。在满足 PST( 点源透过率) 的前提下,对遮光罩进行了缩减,很大程度上减轻了系统的体积和质量。系统完成后对光学系统进行了封装,以减小空间环境对反射镜组的影响。关键词 星敏感器;高精度;共轴三反系统;光学设计;遮光罩- I - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 Abstract Star sensors have been wi dely used on spacecrafts because of the advantages of their high degree accura te allocation. They are also the attitude sensors that enable self-allocation nowad ays, so the star sensors have extensive development potential. Optical system, as a part of the star sensor, is operating important function. The large D/f and wide spectral coverage of the system ar e the trends of development. The text is don e with the though ts above. First and foremost, the development stat es of the star sensors abroad have been introduced. Then, the conditions in ou r country t