宽光谱大相对孔径CCD星敏感器光学系统设计.pdf

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1、第33卷第2期光学仪器v01．33，No．22011年4月OPTICALINSTRUMENTSApril，2011文章编号：1005—5630(2011)02一0029—04宽光谱大相对孔径CCD星敏感器光学系统设计杜玉军，辛维娟，高明(西安工业大学光电工程学院，陕西西安710032)*摘要：星敏感器是目前航天器用于确定姿态的最先进的空间姿态敏感器之一。文中针对星敏感器的特点，设计了一种星敏感器光学系统。该光学系统焦距为52．5mm，F数为1．5，视场角为12。，光谱范围为480～850nm，选取复杂化的双高斯光学结构形式及选用特殊的玻璃配对。设计的光

2、学系统在宽谱段范围内获得了较好的成像质量，在13．4岬直径范围内能量包围达到85％，在0．85视场内各色光相对主色光的倍率色差在爱里斑直径范围内，全视场畸变小于1％，能获得准确位置坐标的恒星图片，符合星敏感相机使用要求。关键词：星敏感器；光学设计；二级光谱；倍率色差；畸变中图分类号：V448．222文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1005—5630．2011．02．007OpticalsystemdesignofCCDstarsensorwithwidespectrumandlargeapertureDUYujun，XINWeij懈

3、n，GAOMing(SchoolofOptoelectmnicEngineering，Xi’孤TechnologicalUniversity，Xi’8n710032，China)Abstract：ThestarsensoriSoneofthespatialattitudesensorswhichareusedtodeterminethespatialattitudeofthespacevehicleatpresent．Anopticalsystemofstarsensorwasdesignedaccordingtoitscharacteristicsi

4、nthispaper．Theopticalsystemhadaneffectivefocallengthof52．5ram，anF-numberofF／1．5，afieldofviewof12。，andaworkingwavelengthrangof480--一850nrmThelenssystemselectedacomplicateddouble-Gaussconfigurationandspecialglass—couple，andgotabetterimagequalityinthewidespectrumrange．During13．4ttm

5、diameterrangetheencircledenergycouldget85％．During0．85fieldofviewtheratiochromatismofeachwavelengthtoprimarywavelengthwasintherangeofairyspotdiameter．Thefullfielddistortionwaslessthan1％．Thelenssystemmettherequirementsofstar-sensitivecamera．Keywords：starsensor；opticsldesign；second

6、aryspectrum；ratiochromatism；distortion引言星敏感器是以恒星为测量基准的高精度光学姿态敏感器‘1’2]，通过以某一颗亮度高于+2可见星等的恒星为基准，测量其相对于航天器的角位置，并同星历表中该星的角位置参数进行比较，来确定航天器的姿态。由于恒星张角非常小，因此星敏感器的测量精度很高‰引。。收稿日期：2010-10—26作者简介：杜玉军(1972一)，男，河南--N峡人。讲师，硕士，；主要从事光电仪器设计方面的研究。·30·光学仪器第33卷随着电荷耦合器件CCD技术的发展，CCD星敏感器得到了极大的应用。CCD星敏感器

7、是对无限远的恒星成像，因此其光学系统属于望远系统，其光学技术指标由所选用的CCD芯片的光谱响应、几何尺寸、所需探测的极限星等的光谱分布以及内插求中衍算法对成像质量的要求等多因素决定，包括：相对孔径、焦距、视场、设计光谱范围、中心设计波长、系统透过率以及弥散圆直径和后工作距[5一]，根据这些指标来进行光学系统的设计。由于恒星通过光学系统成像于CCD焦面上，其成像质量直接影响恒星在CCD上位置的确定精度，即影响恒星间角距的测量精度，从而最终影响光轴指向确定精度，因此星敏感器光学系统的设计重点和难点在于保证恒星像质的特殊要求，即宽光谱范围内的能量集中度和能量

8、重心偏移。根据设计任务的要求，设计了满足条件的星敏感器光学系统，其技术指标为，焦距厂=52．2