星敏感器光学系统测试设备研究

论文摘要

星敏感器是一种高精度的姿态遥感测量仪器,它通过探测天球上不同位置的恒星在其探测器上弥散斑的中心位置来确定卫星姿态。星敏感器光学系统显著特点是畸变小、球差大、视场大,相对孔径大。本文依据大像差光学系统成像质量的评价标准,在对系统弥散斑、色偏差、畸变等像差测试方法研究基础上,研制出一套全自动高精度星敏感器光学系统测试设备。本文通过介绍星敏感器的工作原理及其光学系统对像差要求的特殊性,根据光学系统弥散斑、色偏差、畸变三类像差的形成原理,提出了新型的弥散斑、色偏差、畸变三类像差测试方案和计算方法。根据星敏感器光学系统的这种新型测试原理,研究了一种全自动高精度星敏感器光学系统测试设备,并对该设备各组成部分的技术指标和设计方案进行了详细论证和分析。介绍了星敏感器光学系统测试设备各组成部分装调方法,并对各组成部分的装调误差进行了优化处理。同时提出了该设备中目标模拟器和显微摄像测量系统的标定方法,并对分系统进行了标定测试,给出了标定结果。论述了星敏感器光学系统测试设备各组成部分误差对测试结果的影响。重点分析了弥散斑和畸变测试中各类误差对测量精度的影响,通过理论计算,其弥散斑测试精度可达到0.4μm,畸变测试精度可达到0.005%；并与实际测试结果进行了对比验证,结果表明理论计算与实际测试结果一致,测试精度完全满足要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的意义
• 1.2 国内外在星敏感器光学系统测试领域的研究现状
• 1.3 星敏感器光学系统测试设备组成
• 1.4 本论文完成的主要工作
• 第二章 星敏感器光学系统测试设备原理
• 2.1 设备研制的必要性
• 2.1.1 星敏感器简介
• 2.1.2 星敏感器光学系统的特性
• 2.1.3 设备研制的必要性
• 2.2 星敏感器光学系统测试设备工作原理
• 2.2.1 设备组成及功能
• 2.2.2 弥散斑测试原理
• 2.2.3 色偏差测试原理
• 2.2.4 畸变测试原理
• 2.3 星敏感器光学系统测试设备技术要求
• 2.4 本章小结
• 第三章 星敏感器光学系统测试设备的设计
• 3.1 无穷远目标模拟系统
• 3.1.1 平行光管的设计
• 3.1.2 目标靶轮
• 3.1.3 光源
• 3.2 近距离目标模拟系统
• 3.3 图像接收系统
• 3.3.1 电控转台
• 3.3.2 显微摄像系统
• 3.4 本章小结
• 第四章 星敏感器光学系统测试设备的装调及实现
• 4.1 平行光管的标定
• 4.1.1 目标靶轮的装调
• 4.1.2 平行光管的调整
• 4.2 CCD显微测量系统的装调
• 4.2.1 二维位移台
• 4.2.2 显微镜光轴与横向位移台垂直度
• 4.2.3 CCD相机的装调
• 4.2.4 显微摄像系统像元尺寸标定
• 4.3 转台的标定
• 4.4 整系统的装调
• 4.4.1 平行光管与转台导轨平行性
• 4.4.2 近距离目标与转台导轨平行性
• 4.5 本章小结
• 第五章 星敏感器光学系统测试结果及精度分析
• 5.1 弥散斑和色偏差测试精度
• 5.1.1 平行光管光束不平行性的影响
• 5.1.2 逼近法找能量中心算法误差
• 5.1.3 弥散斑测试精度
• 5.1.4 色偏差测试精度
• 5.1.5 实际弥散斑和色偏差测试结果
• 5.2 畸变测试精度
• 5.2.1 畸变误差分析
• 5.2.2 畸变测试结果
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文的研究工作与成果
• 6.2 具有创新意义的工作和结论
• 6.3 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间的研究成果
• 附录A 单色仪光源能量计算过程
• 附录B 干涉仪标定位移台结果