星敏感器杂散光抑制方法及仿真分析

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1、2016年12月北京航空航天大学学报December2016第42卷第12期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．42No．12http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．CBDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2015．0793星敏感器杂散光抑制方法及仿真分析李洋+，廖志波，穆生博，张庭成(北京空间机电研究所，北京100094)摘要：星敏感器的探测目标是深黑空间中的恒星，属于

2、暗目标探测系统，对杂散光的干扰非常敏感，因此，星敏感器杂散光抑制能力是其观测能力的重要影响因素。以点源透过率(PST)为评价指标，计算观测目标7．5等星时星敏感器需要达到的杂散光抑制指标，并以此为基础，提出一种有效的杂散光抑制方法，包括外遮光罩设计、消杂散光光阑设计，以及内部机械结构的关键表面的消杂散光处理。采用Lighttools软件对设计结果进行仿真，设计与分析结果表明，该杂散光抑制方法能够有效抑制星敏感器的杂散光，实现观测7．5等星的目标。关键词：星敏感器；杂散光；遮光罩；光阑；点源透过率(PST)

3、中图分类号：V414．19文献标识码：A文章编号：1001—5965(2016)12-2620-05星敏感器的探测目标是深黑空间中的恒星，属于暗目标探测系统，其杂散光来源主要是太阳光、月亮光和地气光等视场外强光，它们与7．5等星相比，强度都在10”以上¨1，因此，星敏感器对杂散光的影响非常敏感，杂散光的抑制设计是星敏感器研制的关键技术之一，是影响其观测能力的重要因素¨⋯。目前，国内外针对星敏感器外遮光罩的设计，应用较广泛且抑制能力较好的有两节型及优化的两节型外遮光罩、三节型外遮光罩，可满足观测5等星的目标

4、嵋j1。但对于7等星及以上更暗的观测目标，所设计的外遮光罩往往结构体积过于庞大，不能满足卫星平台对于结构尺寸的要求，国内外对此研究的也较少。本文提出星敏感器杂散光抑制指标(点源透过率(PST))的计算方法，计算观测7．5等星时星敏感器所需的PST指标要求，并以此为基础，提出一种基于两节吸收型外遮光罩，光学系统内部设计消杂散光光阑、关键表面采用特殊工艺处理的方法，将星敏感器的杂散光抑制能力提高到观测7．5等星的目标。1星敏感器杂散光抑制指标分析星敏感器的主要杂散光源为太阳光、月亮光和地气光等强杂散辐射源，由

5、于太阳光的能量远远高于月亮、地气等杂散光，本文计算的星敏感器杂散光抑制指标主要考虑太阳杂散光。因此，需计算星敏感器对太阳光的衰减能力¨‘7J。PST表征光学系统本身对外部杂散光的衰减能力，且其与杂散光源的辐射强度无关。因此，星敏感器一般选择PST作为杂散光抑制指标。根据太阳光的辐射能量及星敏感器自身结构参数即可计算系统的杂散光指标(PST)要求。PST定义为光学系统视场外视场角为0的点源目标的辐射，经过光学系统后，在像面产生的辐射照度与输入的辐射照度的比值"]，即E。f丹、PST(0)=蔫(1)凸iL口，

6、式中：E。(0)为探测器上接收的辐射照度；E；(0)收稿日期：2015-12-02；录用13期：2016-03-04；网络出版时间：2016-04．1214：26网络出版地址：WWW．cnki．net／kems／detail／11．2625．V．20160412．1426．001．html基金项目：总装预研基金(9140A21010114HT05063)}通讯作者：Tel．：010-68114646E-mail：lyshelly@sina．cn引用格式：李洋，廖志波，穆生博，等．星敏感器杂散光抑制方法及仿

7、真分析fJJ．北京航空航天大学学报，2016，42(12)：2620．2624·LIY，LIAOZB，MUsB，etal·Straylightsuppressingtechniqueandsimulationforstarsensor[J．7．JournalofBeijingUni．versifyofAeronauticsandAstronautics，2016，42f12)：2620．2624finChinese)．第12期李洋，等：星敏感器杂散光抑制方法及仿真分析2621为入射光的辐射照度。根据探测器

8、的光谱响应，星敏感器工作谱段一般为可见光及近红外，并且具有较大视场角，很容易引进杂散光。m等星在地球大气外的照度日。为归1H。=2．54exp(一0．92m)×10’6(2)CCD上接收到的恒星星光照度日，为S．日。=H。k子(3)01式中：k为光学系统透过率；S。为通光孔的面积；s．为星像点的面积。CCD上接收到的杂散光照度日。为H。=H·PST(4)式中：日为太阳光在可见光及近红外谱段范围内照度。根据CCD的特性及信噪比，