一种紫外导航敏感器的光学系统技术方案

一种紫外导航敏感器的光学系统包括斜装反射镜、平面反射镜、Ｎ面锥反射镜、Ｎ个滤光镜、组合球透镜、二元光学器件、光纤组合面板和ＣＣＤ接收器，环形视场的光线经滤光镜滤光后射入Ｎ面锥反射镜，入射光线由Ｎ面锥反射镜反射至平面反射镜，再由平面反射镜反射进入组合球透镜、二元光学器件成像，该成像经环形视场光纤面板展平后进入ＣＣＤ接收器进行光电转换；中心视场的光线经斜装反射镜反射后直接进入组合球透镜、二元光学器件成像，该成像经中心视场光纤面板展平后进入ＣＣＤ接收器进行光电转换。本发明专利技术能够同时接收紫外光和可见光，可以克服视场外杂光和子视场间的相互干扰，并且环形视场动态工作范围宽，环形视场的动态范围可达到２０°。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种紫外敏感器的光学系统，尤其涉及一种紫外导航敏感器的 光学系统。技术背景目前，用于卫星姿态测量的敏感器主要有星敏感器、地球敏感器和太阳敏感器，如美国的Honeywell公司、德国的Jena Optronik GmbH ^>司、意大利 的Officine Galileo公司、法国的Sodern公司以及丹麦的Terma公司等，其中 美国的Honeywell公司报道了的紫外敏感器。目前，国外发表了两篇有关紫外 敏感器的文章，1992年《Proc， of 6thAIAA/USUCont. onSmallSatellites》， Session IV发表了名为《紫外三轴姿态敏感器》的文章，著者为James Bling -Ross,Teresa Fritz，Douglas Pledger, 1993年《Proc, of 7th AIAA/USU Cont.on Small Satellites》Session VH.发表了名为《小卫星地球基准姿态确定 系统的研制》的文章，著者为Douglas Pledger,主要介绍了 Honeywell公司 紫外三轴姿态敏感器，用于地球三轴姿态确定系统，介绍了紫外工作波l更和工 作原理，未涉及具体结构。国内文献主要报道了哈尔滨工业大学的紫外星敏感 器、中国科学院光电技术研究所和国家天文台的星敏感器、清华大学的太阳敏 感器，其中哈尔滨工业大学研究的是紫外星敏感器，但观测对象、探测波段及 成{象原理与该技术均不相同。紫外导航敏感器的工作原理源于紫外三轴地球姿态敏感器，美国霍尼韦尔 公司申请的专利号为US5837894名称为"WideField of View Sensor with diffrative Optical Corrector"中公开的一种利用紫外谱段的三轴姿态敏感器，利 用 一个组合反射式二面镜反射阵列和一个球透镜系统，构成了 一个具有超大视 场角的组合光学系统，由于对地观测的是地球边缘的图像，所以可利用中心视场来观测其它天体目标，这样就构成了 一个光学系统具有两个信息通道同时敏 感来自两个信息通道(如恒星、地球)的非常规光学系统，紫外地球敏感器通 过对提取的目标信息进行处理后，为卫星提供三轴姿态数据和自主导航lt据。图1是美国Honeywell公司紫外地球敏感器光学系统的工作原理图，紫外地球 敏感器光学系统由平面反射镜和六面锥反射镜组成的二面镜反射阵列、球透镜 与二元光学器件组成的物镜光学系统、光纤面板与ICCD器件组合成的探测器。 成像过程是地球边缘的紫外辐射首先经六面锥反射到平面反射镜，再由平面反 射镜反射后进入球透镜，然后球透镜将地球边缘成像到探测器组件上，由光纤 面板将弯曲的像面再转换为平面像，同时完成紫外光谱转换；中心视场内的恒 星直接通过球透镜成像在像面上，这个过程同时完成了对恒星和地球环形的成 像。从图1中可以看出Honeywell公司紫外地球敏感器用于敏感恒星的中心视 场为30°,用于敏感地球环形的环形视场为133° ~ 143°,工作波段为260nm~ 280亂紫外地球敏感器主要通过观测地球边缘和同时观测恒星来确定卫星的滚 动、俯仰和偏航姿态，紫外地球敏感器要观测的范围是从地球的表面到地球表 面以上10°,因此要求紫外地球敏感器具有超大的观测视场角。 一般对地观测 卫星通常工作在低轨道上(大约在200 ~ 1000公里左右)，卫星在轨对地球环 形的张角>130°，而且轨道越低，对环形视场的动态范围要求越高。而现有 Honeywell公司紫外地球敏感器的环形视场动态范围太小，只有5°,不能满足 卫星对地观测的动态工作范围；入射的光谱范围为紫外光i普，而恒星的光谱大 部分为可见光，不利于观测恒星；二面镜反射阵列视场系统中6个子视场间没 有隔离，不能避免视场外杂光千扰和子视场间的相互干扰。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题克服现有技术的不足，提供一种紫外导航敏感器 的光学系统，能够同时接收紫外光和可见光，可以克服视场外杂光和子视场间 的相互干扰，并且环形视场动态工作范围宽。本专利技术的技术解决方案是 一种紫外导航敏感器的光学系统包括斜装反 射镜、平面反射镜、N面锥反射镜、N个滤光镜、组合球透镜、二元光学器件、 光纤组合面板、CCD接收器，所述的光纤组合面板为曲面，由环形3见场光纤面 板和中心视场光纤面板组成，中心一见场光纤面板置于环形视场光纤面板中并保 持同心，中心视场光纤面板的曲面低于环形视场光纤面板的曲面；所述的二元 光学器件安装在组合球透镜的两个半球之间；环形视场的光线经滤光镜滤光后 射入N面锥反射镜，入射光线由N面锥反射镜反射至平面反射镜，再由平面反 射镜反射进入组合球透镜、二元光学器件成像，该成像经环形视场光纤面板展 平后进入CCD接收器进行光电转换；中心视场的光线经斜装反射镜反射后直 接进入组合球透镜、二元光学器件成像，该成像经中心视场光纤面板展平后进 入CCD接收器进行光电转换。所述的光学系统还包括中心视场遮光罩、环形视场遮光罩，中心3见场遮光 罩与斜装反射镜固联防止杂光入射，环形视场遮光罩与N面锥反射镜固联防止 杂光入射。所述的光学系统还包括N个子视场隔离板，每个子视场隔离板分别对应N 面锥反射镜的每个棱面。所述的N为6、或8、或10。所述的光纤组合面板中环行视场光纤面板和中心视场光纤面板的曲率半径 均为12.98mm。所述的中心视场光纤面板的曲面较环形视场光纤面板的曲面低0.18mm。 本专利技术与现有技术相比具有以下优点(1 )本专利技术的光纤组合面板采用环形视场组合面板和中心视场组合面板的 结构形式，中心视场组合面板可以接收恒星的可见光，环形^L场组合面板可以 接收地球的紫外光，能够实现双像面、双光谱接收，相比现有技术提高了紫外 导航敏感器的光镨接收范围。(2)本专利技术通过采用中心视场遮光罩、环形视场遮光罩等方式，可有效防止视场外杂光引起的相互干扰，采用隔离板可以使环形视场内的子视场间相互隔离。(3)本专利技术由平面反射镜与N面锥反射镜组成的二面镜反射阵列系统可 以实现环形视场入射角范围为110°~150°,环形视场的动态范围达到20°,是 国外的4倍，大大提高了环形^L场的动态范围。 附图说明图1为美国Honeywell公司紫外地球敏感器的工作原理图； 图2为本专利技术结构和工作原理图； 图3为本专利技术光纤组合面板组成结构图； 图4为本专利技术二元光学器件计算结果图； 图5为本专利技术可见光中心能量计算结果图； 图6为本专利技术可见光弥散斑计算结果图； 图7为本专利技术紫外光中心能量计算结果图； 图8为本专利技术紫外光弥散斑计算结果图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细地描述 如图2所示，本专利技术由45。反射镜1、平面反射镜2、 N面锥反射镜3、 N 个滤光镜4、组合球透镜5、 二元光学器件6、光纤组合面板7、 CCD接收器8、 中心视场遮光罩9、环形视场遮光罩10、 N个子视场隔离板11组成，中心视 场遮光罩9与45°反射镜1通过特殊的航天用胶和螺钉固连，45°反射镜1 与平面反射镜2采用螺4丁固连，平面反射镜2与N面锥反射镜3形成二面镜反 射阵列系统，环形视场遮光罩10安装在N面锥反射镜3外部，N个滤光镜4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种紫外导航敏感器的光学系统，其特征在于：包括斜装反射镜（１）、平面反射镜（２）、Ｎ面锥反射镜（３）、Ｎ个滤光镜（４）、组合球透镜（５）、二元光学器件（６）、光纤组合面板（７）、ＣＣＤ接收器（８），所述的光纤组合面板（７）为曲面，由环形视场光纤面板（３１）和中心视场光纤面板（３２）组成，中心视场光纤面板（３２）置于环形视场光纤面板（３１）中并保持同心，中心视场光纤面板（３２）的曲面低于环形视场光纤面板（３１）的曲面；所述的二元光学器件６安装在组合球透镜５的两个半球之间；环形视场的光线经滤光镜（４）滤光后射入Ｎ面锥反射镜（３），入射光线由Ｎ面锥反射镜（３）反射至平面反射镜（２），再由平面反射镜（２）反射进入组合球透镜（５）、二元光学器件（６）成像，该成像经环形视场光纤面板（３１）展平后进入ＣＣＤ接收器（８）进行光电转换；中心视场的光线经斜装反射镜（１）反射后直接进入组合球透镜（５）、二元光学器件（６）成像，该成像经中心视场光纤面板（３２）展平后进入ＣＣＤ接收器（８）进行光电转换。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：尉志军，王立，白创，苗兴华，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]