星敏感器杂光抑制能力测试技术研究

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随着空间光学的发展,空间成像设备对视场外杂光的抑制情况成为了一个研究热点。星敏感器是实现卫星姿态测量与飞行控制的关键仪器,杂光抑制能力是保证星敏感器在复杂空间光环境中稳定运行的重要性能。为此,本文开展了星敏感器杂光抑制能力测试技术研究,探索了信噪比与点源透过率的定量关系,提出基于信噪比的星敏感器杂光抑制能力评价方法,深入研究了辐照特性模拟技术、视星等模拟技术以及光污染抑制技术,并对某星敏感器的杂光抑制能力进行了测试与分析。本文的研究为星敏感器杂光抑制能力测试提供了一种新的技术手段,对星敏感器姿态测量精度的提升具有意义。为模拟杂光辐照特性,提出了杂光模拟源的光学系统总体组成,选用氙灯作为杂光模拟光源,设计了杂光聚光系统、杂光匀光系统、杂光准直系统,基于环带辐照分布原理设计了辐照调节系统,仿真结果表明:辐照调节系统可实现辐照度在291.28~851.97W/m~2范围内连续可调。提出了恒星目标源的光学系统总体组成,设计了小畸变高像质准直光学系统,实现了无穷远的星点模拟,以输出0~+6Mv的照度值为目标,计算了视星等模拟时的光能损失,选取了12W的组合式卤钨灯作为恒星模拟光源,实现了视星等的模拟。为降低测试系统光污染的影响,探究了光污染来源,分析了光污染对信噪比测试的影响机理,搭建了暗室环境对装置散射光污染、外界照明光污染进行抑制,推导了积分球出射辐通量与内表面反射率、开口直径、积分球直径的定量关系,选取了直径为1.2m的积分球作为光陷阱对光斑溢出光污染进行抑制。搭建了星敏感器杂光抑制能力测试系统,测试了系统主要技术指标,结果表明:杂光模拟源的光束准直角小于3°,在直径Φ120mm有效辐照面内,辐照度达到了一个太阳常数,不均匀度优于±2%,不稳定度优于±2%/h;恒星目标源的视星等模拟范围为0~+6Mv,视星等模拟精度优于0.0831Mv;积分球抑制模块使得星图背景灰度均值下降了1.72%,背景灰度均方差下降了11.92%。测试了某星敏感器的杂光抑制能力,结果表明:在一个太阳常数下,星敏感器在太阳光规避角25°外的测星能力不低于+1等星。
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