大口径折反星敏感器光学设计与杂散光控制策略

本文主要探讨了折反式大口径星敏感器的光学设计及其杂散光分析。随着卫星导航技术的发展，对大口径星敏感器的需求日益增强，这种设备能提供更广阔的视场和更高的测量精度。设计团队采用了R-C系统（反射-折射系统）与球面补偿透镜组的组合结构，旨在实现一个视场达到1.8°，焦距为719毫米，入瞳直径为164毫米，工作波段在0.45到0.9微米范围内的折反式光学系统。 设计的关键在于像方远心设计，这种设计策略降低了像面离焦对能量质心位置计算的影响，提升了像面照度的均匀性。通过像差理论计算初始的光学结构参数，并借助光学设计软件CODE V进行光线追迹和优化，确保系统性能优良。结果显示，该光学系统的遮拦比达到了0.317，这意味着它具有较高的内部光通量控制，有利于减少外部光干扰。光学传递函数在26线每毫米的特征频率下保持在0.81以上，表明其在高空间频率下的图像质量良好。此外，成像点80%的能量被限制在3x3个像元内，确保了图像的清晰度，而垂轴色差仅为2微米，最大质心偏差小于2微米，保证了定位的准确性。 为了进一步降低杂散光，设计者采取了多重措施，如内遮光罩、外遮光罩、次镜遮光罩和挡光环等。这些组件有助于阻挡不必要的外来光线，防止它们进入传感器影响测量结果。作者使用Tracepro软件对整个光机系统进行了杂散光仿真分析，结果显示，在离轴角6°至90°的宽广范围内，点源透射比处于10^-7到10^-4的低级别，这满足了实际应用中的严格要求，表明设计在抑制杂散光方面表现出色。 这篇文章深入研究了折反式大口径星敏感器的光学设计方法，强调了关键参数的优化以及对杂散光的有效控制，这对于提高卫星导航系统的稳定性和精度具有重要意义。