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宽谱段宽视场星敏感器光学系统设计

作　者: 程伟宁
导　师: 龙夫年
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 光学工程
关键词: 星敏感器有源像素器件宽谱段杂散光遮光罩
分类号: V448.222
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

星敏感器是一种高精度的姿态测量仪器。具有自主导航能力的新一代星敏感器的显著特点是视场大、精度高、体积小、质量轻、功耗低。光学系统是星敏感器的重要组成部分,宽视场、宽光谱范围的光学系统已成为目前发展的趋势。本论文以新一代星敏感器为研究背景,以宽谱段、宽视场为研究对象,主要对星敏感器的光学系统部分进行了研究。使用APS(active pixel sensor)替代CCD探测器已经成为星敏感器的一个新的研究领域,APS应用于星敏感器具有抗辐射能力强、使用一种供电电压、集成度高、硬件电路简单等优点,对星敏感器减少体积、重量非常有利。本课题根据星敏感器发展趋势,采用此种探测器件。在确定光学系统的技术指标后,采用双高斯结构形式的光学系统,使用CODE V软件对其进行优化,并且用多种成像质量指标对其成像质量进行了评价;在确定系统结构之后,为了给系统的加工及装调提供依据,对系统进行了公差分配,采用离焦的方式对系统分配后的公差进行补偿,并作了误差分析;由于星敏感器工作环境比较复杂,分析了气压、温度变化对光学系统成像质量带来的影响,并且通过离焦的方式进行补偿;为了抑制进入光学系统的杂散光,避免非目标光对系统成像质量的影响,用LightTools软件设计了光学系统的遮光罩、镜筒,以完善系统结构。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-15
  1.1 课题背景和研究意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-13
    1.2.1 国外发展现状  9-13
    1.2.2 国内发展现状  13
  1.3 主要研究内容  13-15
第2章光学系统技术指标的确定  15-23
  2.1 探测器件的选择  15-18
    2.1.1 图像传感器在星敏感器中的应用  15-16
    2.1.2 APS 器件在星敏感器中的应用优势  16-18
  2.2 光学系统的技术指标  18-21
  2.3 光学系统技术指标的验证  21-22
  2.4 本章小结  22-23
第3章星敏感器光学系统设计  23-45
  3.1 光学系统结构分析  23-25
    3.1.1 消色差理论  24-25
    3.1.2 对称光学系统像差  25
  3.2 光学系统设计结果及像质评价  25-33
    3.2.1 光学系统设计  25-28
    3.2.2 光学系统像质评价  28-33
  3.3 光学系统公差分析  33-36
    3.3.1 公差分配目的  33-34
    3.3.2 光学系统公差  34-36
  3.4 光学系统环境分析  36-44
    3.4.1 气压变化对系统离焦量的影响  36-40
    3.4.2 温度变化对系统离焦量的影响  40-44
  3.5 本章小结  44-45
第4章杂散光的分析与消除  45-60
  4.1 遮光罩的作用  45-46
  4.2 遮光罩的设计方法原则  46-50
  4.3 遮光罩设计结果  50-52
  4.4 杂散光分析  52-59
    4.4.1 LightTools 功能简介  52-53
    4.4.2 消杂光分析  53-58
    4.4.3 消杂光结果验证  58-59
  4.5 本章小结  59-60
结论  60-62
参考文献  62-66
致谢  66

宽谱段宽视场星敏感器光学系统设计

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