一种恒星敏感器的模拟器制造技术

本发明专利技术提供一种恒星敏感器的模拟器，它包括准直物镜，在准直物镜的焦平面上设有星点靶标，通过准直物镜将星点靶标成像到无限远；在准直物镜和星点靶标之间设置分光组件，在分光组件侧面分光光路焦平面上还设有检测靶标，星点靶标固定在焦面调整机构上，靶标照明装置为星点靶标提供照明。本发明专利技术采用与以往恒星模拟器方案不同的技术，克服了现有恒星模拟器星间角距模拟精度差问题，能够解决用于小行星自主导航甚高精度恒星敏感器的恒星和小行星星阵的甚高精度模拟，验证恒星敏感器的测量精度和自主导航定位精度，对于深空自主导航敏感器研制具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种恒星敏感器的模拟器，可作为自主导航半物理仿真实验的目标模 拟器，也应用于深空导航敏感器镜头测试，和其它成像型光学敏感器光学系统测试。
技术介绍
在航天
恒星敏感器是通过成像测量恒星在惯性空间角位置的方法确定 航天器姿态的一类光学敏感器。在恒星敏感器进行功能检验和性能检验时，一种常见的方 法是通过恒星模拟器生成恒星模拟成像目标，进入到恒星敏感器镜头，成像在恒星敏感器 焦平面上，按照目标角距离分布模拟成像出来太空中相关星图分布的星像。经过调研和资料查询，目前恒星模拟有单星模拟器和多星模拟器，多星模拟器又 分为静态和动态两类。静态恒星模拟器采用固定星图和镜头成像，模拟无限远恒星，动态 多星模拟器一般采用液晶光阀作为动态目标模拟器，采用准直透镜将模拟恒星成像到无限 远。目前的所有液晶光阀恒星模拟器受到恒星模拟像出射精度的限制，仅用来作为恒星敏 感器功能性检验，不作为精度检验仪器。深空探测光学导航恒星敏感器是一个甚高精度星敏感器，其精度要求0.5"，于传 统恒星敏感器比较有很大的区别，如入瞳口径为150mm左右，焦距在IOOOm左右，视场角在 1° 2°。这些特点使得该敏感器的恒星模拟器也具有了一些新特点，要求模拟的恒星出 射精度达到0.2"。传统的星模拟器已经不能满足该导航星敏感器的恒星模拟要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种长焦距高精度可变模拟恒星点阵的恒星敏感器的模 拟器，它是一种基于光纤照明控制的动态恒星模拟器，为了获取高精度模拟，准直仪采用超 长焦距，解决了这类恒星敏感器的恒星目标模拟问题。实现本专利技术目的的技术方案一种恒星敏感器的模拟器，它包括准直物镜，在准直 物镜的焦平面上设有星点靶标，星点靶标与准直物镜距离约等于准直物镜后截距，通过准 直物镜将星点靶标成像到无限远；在准直物镜和星点靶标之间设置分光组件，分光组件与 星点靶标的距离大于准直物镜的入瞳半径；在分光组件侧面分光光路焦平面上还设有检测 靶标，检测靶标到分光组件的中心距离与星点靶标到分光组件的中心距离相等；星点靶标 固定在焦面调整机构上以实现多自由度调整；靶标照明装置为星点靶标提供照明。恒星敏感器的模拟器具有三个工况。工况一是自准直调焦状态；工况二是模拟器 常规工作状态；工况三是自准直模拟器成像质量检测与标定状态。对于工况一和工况三在 准直物镜前面设有与光轴垂直的自准直反射镜，用于模拟器自身检测，模拟器正常工作状 况下该自准直反射镜应移开光路。如上所述的一种恒星敏感器的模拟器，当处于非工况二时，所述的分光组件主要 用于模拟器自身检测和标定，为平板分光板或棱镜分光板；当模拟器需要测试时其可将星 点靶标发出的入射光束通过分光面的半反半透膜分成两束分光束，两束分光束的能量基本相同，理论上均为入射光束的一半，其中一束分光束被反射出去，另一束分光束沿着光轴方 向入射准直物镜，由准直物镜出射至自准直反射镜，然后被自准直反射镜反射回来，从另一 侧进入准直物镜，再从准直物镜出射后又进入分光组件，最后经过分光膜分光后，其中反射 分光束进入检测靶标，而透射分光束又回到星点靶标上。如上所述的一种恒星敏感器的模拟器，所述的分光组件包括相对设置的与光轴成 角θ为45°的上分光棱镜和下分光棱镜，在上下分光棱镜相对接的一个分光面上镀有半 反半透分光膜。如上所述的一种恒星敏感器的模拟器，所述的靶标照明装置是一种带有光源控制 器的光纤照明系统，星点靶标上的每个星点均对应一个光纤通道，其光源采用面阵多单元 可控亮度的发光器件，每个发光单元对应一根光纤一个端面，该光纤的另一个端面与星点 靶标上的星点孔封闭连接，保证不漏光造成背景杂光。如上所述的一种恒星敏感器的模拟器，所述的靶标照明装置包括一个可控亮度发 光器件，在可控亮度发光器件前方连接光纤端面板，若干根传输光纤一端固定在光纤端面 板上，另一端一一对应固定在星点靶标上的星点孔上，在星点靶标前方设有衰减片，在衰减 片前方设有滤光片，精微可控电源与可控亮度发光器件连接，为其供电。星点靶标与衰减 片、衰减片与滤光片的间隔在Imm 10mm，传输光纤长度在IOOmm 1000mm。如上所述的一种恒星敏感器的模拟器，所述的焦面调整机构是高精度移动机构， 用于调整星点靶标的空间位置状态。如上所述的一种恒星敏感器的模拟器，所述的星点靶标上有若干星点孔阵列；所 述的检测靶标为亮背景、暗测量刻线、尺寸与星点靶标相同的靶标。如上所述的一种恒星敏感器的模拟器，当分光组件与准直物镜之间的光路距离较 长时，采用光路折转反射镜进行光路折转。本专利技术的效果在于本专利技术所述的恒星敏感器的模拟器，采用与以往恒星模拟器方案不同的技术，克 服了现有恒星模拟器星间角距模拟精度差问题，能够解决用于小行星自主导航甚高精度恒 星敏感器的恒星和小行星星阵的甚高精度模拟，验证恒星敏感器的测量精度和自主导航定 位精度，对于深空自主导航敏感器研制具有广阔的应用前景。本专利技术这种恒星模拟器具体 优点在于(1)采用近衍射极限和超长焦距大视场准直仪不但可以适应普通恒星敏感器的测 量，而且可以适应长焦距恒星敏感器的测量；(2)采用大视场固定靶标变换点亮星点的方法实现星图动态变换，可以及保证精 度又可以实现动态变换星图的目的；(3)采用光纤加上亮度控制开关的方法实现星点亮暗控制模拟可以保证比液晶光 阀等方法更大动态范围；(4)采用大视场自准双光路设计方案可以为模拟器自检和敏感器标定提供简捷有 效的方法，减小了传统方法检测和标定的复杂性。附图说明图1为本专利技术所述的一种恒星敏感器模拟器结构示意图2为本专利技术所述的一种采用折转反射镜进行光路折转的恒星敏感器模拟器结 构示意图；图3为图2所述的恒星敏感器模拟器整体布局效果图；图4为图2所述的恒星敏感器模拟器的光学光路图；图5为一种准直物镜的光学成像系统结构示意图；图6为一种1. 2° XI. 2°视场的准直物镜波像差图；图7为一种1. 2° XI. 2°视场的准直物镜MTF曲线图；图8为一种分光组件的结构示意图；图9为一种靶标照明装置示意图。图中1.准直物镜；2.分光组件；3.星点靶标；4.检测靶标；5.靶标照明装置； 6.焦面调整机构；7.自准直反射镜；8.光路折转反射镜；101 108.均为透射镜片；201. 上分光棱镜；202.分光面；203.下分光棱镜；501.精微可控电源；502.可控亮度发光器 件；，503.传输光纤；，504.衰减片；505.滤光片；506.光纤端面板。具体实施例方式下结合附图和具体实施例对本专利技术所述的一种恒星敏感器的模拟器作进一步描 述。如图1所示，本专利技术所述的一种恒星敏感器模拟器主要包括超长焦距大视场准直 物镜1、焦平面光束分光组件2、带有星点孔阵列的星点靶标3、检测靶标4、靶标照明装置5、 焦面调整机构6。它具有三个工况工况一是自准直调焦状态；工况二是模拟器常规工作状 态；工况三是自准直模拟器成像质量检测与标定状态。对于工况一和工况三在准直物镜1 前面设有与光轴垂直的自准直反射镜7，用于模拟器自身检测，模拟器正常工作状况下该自 准直反射镜应移开光路。在准直物镜1的焦平面上设有星点靶标3，星点靶标3与准直物镜1距离等于准直 物镜ι后截距，通过准直物镜1将星点靶标3成像到无限远，以模拟本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种恒星敏感器的模拟器，其特征在于：它包括准直物镜（１），在准直物镜（１）的焦平面上设有星点靶标（３），星点靶标（３）与准直物镜（１）距离约等于准直物镜（１）后截距，通过准直物镜（１）将星点靶标（３）成像到无限远；在准直物镜（１）和星点靶标（３）之间设置分光组件（２），分光组件（２）与星点靶标（３）的距离大于准直物镜（１）的入瞳半径；在分光组件（２）侧面分光路上还设有检测靶标（４），检测靶标（４）到分光组件（２）的中心距离与星点靶标（３）到分光组件（２）的中心距离相等；星点靶标（３）固定在焦面调整机构（６）上以实现多自由度调整；靶标照明装置（５）为星点靶标（３）提供照明。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郝云彩，王大轶，张国玉，黄翔宇，徐熙平，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：11