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宽谱段星敏感器光学系统设计

汪京  
【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。


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