【摘 要】
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星敏感器是一种高精度的空间姿态光学敏感器,在航天领域得到了广泛而深入的应用。星敏感器实际在轨运行前,需要先在地面环境完成星敏感器系统误差标定。星模拟器可以在地面实验室条件下为高精度星敏感器提供模拟的恒星源,星模拟器提供模拟星图的质量将直接影响星敏感器地面标定精度。在标定过程中,星模拟器易受到地面环境振动的影响,导致星点像素发生漂移,进而影响星敏感器的地面标定效果,影响星敏感器的实际使用性能。为解决
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星敏感器是一种高精度的空间姿态光学敏感器,在航天领域得到了广泛而深入的应用。星敏感器实际在轨运行前,需要先在地面环境完成星敏感器系统误差标定。星模拟器可以在地面实验室条件下为高精度星敏感器提供模拟的恒星源,星模拟器提供模拟星图的质量将直接影响星敏感器地面标定精度。在标定过程中,星模拟器易受到地面环境振动的影响,导致星点像素发生漂移,进而影响星敏感器的地面标定效果,影响星敏感器的实际使用性能。为解决这个问题,本文研究了基于高精度抖动补偿的星模拟器关键技术研究,具体内容包括:为抑制地面环境扰动的影响,提升星模拟系统的实际标定精度,提出一种具有抖动补偿功能的星模拟技术。该系统通过激光光源提供抖动补偿信标光,利用分光棱镜对多目标星图合束,使用高精度压电偏转镜实时反馈补偿稳定星光,配合长焦距平行光管为高精度星敏感器提供高稳定恒星目标源。为了实现基于高精度抖动补偿的星模拟系统,设计了星光准直镜组和星光会聚镜组,分别将星图进行星光准直以及为平行光管系统提供模拟目标源。其中星光准直镜组设计为6片式透射式系统,视场达到±6.3°,全视场弥散斑半径小于11.33 μm。星光会聚镜组设计为5片透射式系统,视场达到±6.3°,全视场弥散斑半径小于10.181 μm。实际研制的星光准直镜组及星光会聚镜组,系统波像差分别达到0.046λ和0.079λ。通过星光准直镜组及星光会聚镜组的高精度研制,实现了高质量星图模拟功能。为了分析所设计系统的星模拟性能以及振动补偿系统精度和分辨率,采用Zemax软件的非序列模式分别对杂散光影响下的星模拟光路以及振动探测补偿光路进行仿真分析。由分析可得通过对星光准直镜组和星光会聚镜组进行镀膜和设置挡光结构,使得有效信号光光通量占比从40.04%提升到77.3%;振动补偿系统分辨率优于0.01″,精度优于0.04544″。高精度振动补偿星模拟系统可以用于高稳定的星图模拟功能。为了验证所设计高精度振动补偿系统可行性,对系统进行现场实验研究。结合4D干涉仪,搭建了系统性能测试光路,测试结果表明该系统补偿精度误差最大0.4961μrad,优于0.5μrad的设计指标。使用抖动补偿功能的情况下,星点漂移RMS由0.585 pixel降低到0.118 pixel,星点漂移量减少4.96倍,验证了本系统能够实现高精度抖动补偿。本文研究了基于高精度抖动补偿的星模拟技术,分别对该系统进行光学设计,仿真分析,实验研究。通过研究分析该系统可以实现地面星模拟系统的振动补偿功能,为后续需要高稳定目标源的系统提供了一种解决方案。
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