星敏感器镜头设计与装调技术研究

论文摘要

作为常用的姿态传感器,星敏感器具有测量精度高,自主导航定位等优点,广泛应用于军事、民用、航海等各个领域。光学系统是星敏感器的核心部件,光学系统的设计质量决定了接收星像点的好坏,影响系统的后续处理过程速度以及定位的准确度。光学系统的装调是保证成像质量的重要环节。因此,开展星敏感器镜头设计及装调技术的研究具有重要研究意义。为了提高系统的相对孔径,拓宽探测的光谱范围,得到性能优良、符合实际加工生产水平的星敏感器光学系统,基于卫星平台的功能需求,本文系统地调研和分析了国内外星敏感器的光学系统,通过相关参数计算以及传感器灵敏度模型的建立,确定了星敏感器光学系统的设计参数。根据确定的参数,设计了一款星敏感器光学系统,该光学系统由1片保护玻璃、7片球面透镜和一片滤光片组成,光谱范围为500800 nm,焦距为50 mm,相对孔径为1/1.25,视场角为8.45°×8.45°（对角线视场角为11.96°）,总长为83.33 mm。系统采用像方远心光路,减小了因像面离焦及其他因素引起的测量误差。优化后的系统畸变小于0.5%,质心色偏差控制在±2μm范围内,能量集中度（3×3像元内）大于80%,最大倍率色差为-0.073μm,轴外视场的弥散斑能量集中度和轴上视场基本一致。对比不同温度下的光学系统,焦距变化量很小,验证了无热化设计原则,镜头的成像质量良好。装调技术影响着光学系统成像性能的好坏,对于本文设计的星敏感器光学系统,本文研究了针对此类型的折射式光学系统常用的装调方法,主要包括:直接装调法、定心车削装调法、定心调整装调法,并重点分析了适用于星敏感器光学系统的装调方法。在此基础上,研究了一种新型的自动定心装调技术,并搭建相关实验。结果表明,此种技术的测量精度可以达到微米量级,可应用于未来的星敏感器光学系统及其他高精度光学系统的装调,降低了装调难度,提高了光学系统的装调精度。

论文目录

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 星敏感器

1.2.2 星敏感器光学系统

1.2.3 装调技术

1.3 主要研究内容

第2章星敏感器光学系统分析与参数计算

2.1 星敏感器

2.1.1 工作原理

2.1.2 星等

2.2 光学系统基本参数

2.2.1 工作波段的选择

2.2.2 焦距与视场

2.2.3 通光孔径

2.3 像质评价标准

2.3.1 能量集中度

2.3.2 弥散斑

2.3.3 畸变

2.3.4 倍率色差

2.3.5 质心色偏差

2.4 参数计算

2.4.1 功能需求

2.4.2 传感器计算选型

2.4.3 焦距计算

2.4.4 视场计算

2.4.5 通光孔径计算

2.4.6 系统参数

2.5 本章小结

第3章大相对孔径宽光谱星敏感器光学系统设计

3.1 设计要点

3.2 初始结构选取

3.3 材料选取原则

3.4 优化设计

3.5 优化结果

3.5.1 光学结构

3.5.2 像质评价

3.6 温度分析

3.7 公差分析

3.7.1 公差来源

3.7.2 公差分析

3.8 本章小结

第4章星敏感器镜头装调技术研究

4.1 装调技术研究

4.1.1 直接装调法

4.1.2 定心车削装调法

4.1.3 定心调整装调法

4.2 自动定心装调技术研究

4.2.1 自动定心装调原理

4.2.2 主要特点

4.2.3 实现条件

4.2.4 实验工具

4.2.5实验

4.2.6 实验结果

4.2.7 实验结果分析

4.3 本章小结

第5章工作总结与展望

5.1 工作总结

5.2 展望

参考文献

附录A 通光孔径D计算程序

附录B 平凸透镜1的镜筒螺纹角以及两表面夹角α计算程序

附录C 攻读硕士学位期间的研究成果及参与科研项目

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 孟祥月

导师: 王洋

关键词: 星敏感器,光学系统设计,光学装调技术,自动定心

来源: 长春理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 物理学,航空航天科学与工程,自动化技术

单位: 长春理工大学

分类号: V448.22;O43;TP212

总页数: 70

文件大小: 2425K

下载量: 225

星敏感器镜头设计与装调技术研究

论文摘要

论文目录

文章来源

相关论文文献

猜你喜欢