新型反射式星敏感器光学系统设计.pdf

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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
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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 widely used on spacecrafts because of the advantages
of their high degree accurate allocation. They are also the attitude sensors that
enable self-allocation nowadays, 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 are the trends of
development. The text is done with the thoughts above.
First and foremost, th