大视场高精度静态星模拟器光学系统设计与优化

"大视场高精度静态星模拟器的光学系统设计" 星敏感器是航天器导航系统中的关键部件，负责识别和跟踪太空中的星星，为航天器提供精确的位置和姿态信息。为了确保星敏感器在实际应用中的性能，需要在地面进行详尽的测试和标定。"大视场高精度静态星模拟器"正是用于此类测试的设备，它能模拟星空环境，为星敏感器提供稳定的、可控制的星光输入。 在本文中，作者设计了一种专为星敏感器地面测试而构建的静态星模拟器。该模拟器的核心是其光学系统，它采用了出瞳外置的准直光学设计。这种设计允许模拟器在大视场条件下保持较高的成像精度，同时减少像差的影响。具体来说，光学系统的设计焦距为99.988毫米，实现了39度的广阔视场，且畸变控制在0.1%以下，这对于精确模拟星点至关重要。 在设计过程中，利用Zemax光学设计软件进行了优化，这是一种广泛应用于光学系统设计的专业工具，能够模拟光线传播，计算各种光学参数，并协助设计师找到最佳解决方案。通过Zemax的优化，确保了光学系统的成像质量，从而保证了模拟器能够生成高度精确的星点图像。 此外，文中还提出了一种创新方法，即依据光学系统像差来确定星点板上星点的位置。这种方法避免了反复调整和刻划星点板的过程，提高了设计效率和精度。星点板是模拟器中的关键组件，上面的每个星点代表天空中的一个实际星星，精确的位置关系对于星敏感器的标定至关重要。 最终，对设计的光学系统进行了实际测试，结果显示，大视场星模拟器的成像精度达到了15角秒，这个精度水平完全满足了对星敏感器地面标定的需求。角秒是衡量天体位置精度的单位，15角秒的精度意味着星敏感器在测试中能准确识别和定位模拟的星点。 该研究成功地开发了一种高性能的大视场高精度静态星模拟器，其光学系统设计精巧，性能卓越，对星敏感器的地面测试工作提供了有力支持，为航天器导航系统的可靠性提供了坚实保障。