高精度宽谱段星敏感器光学设计优化与实验验证

本文主要探讨了高灵敏宽谱段星敏感器系统的光学设计，这是一种在现代航天器中广泛应用的关键组件。星敏感器作为精密测量设备，需要具有高精度和稳定性，同时具备高灵敏度、宽谱段响应以及小型化和轻量化的特点，以适应太空环境的严苛需求。 在设计中，作者强调了光学系统性能提升的重要性，特别是通过增大相对口径来增加系统的有效接收面积，从而增强光敏性。宽谱段设计允许星敏感器在450~900纳米的宽范围内捕捉光线，这对于不同波长的天体信号捕获至关重要。此外，采用衍射光学元件（DOE）能优化色散和光焦度特性，有效地校正色差问题，简化光学结构，进一步提高成像质量。 本文设计的星敏感器折衍混合光学系统实现了相对口径为1/1的创新设计，这在光学系统中是非常高的比例，有利于减小系统尺寸和重量。其光学系统表现出极佳的性能，包括实验室静态传递函数最低达到0.302（奈奎斯特频率单位），表明其在信号传输上具有高效性和稳定性。相对畸变控制在极低的0.021%，确保了图像的清晰度。成像弥散圆直径保持在14微米以内，这意味着在各个视场下，系统的成像质量都非常一致，符合严格的工程标准。 这篇文章详细介绍了如何通过精心的光学设计，包括利用折衍混合技术，来创建一个在宽谱段下工作且具有高度稳定性的星敏感器系统。这样的系统不仅提高了航天器定位和导航的准确性，而且在空间探测任务中展现了巨大的价值。整个设计过程充分考虑了航天器应用的实际需求，展示了光学工程师在复杂环境中优化光学系统的能力。