CN102116627A - 一种星敏感器 - Google Patents

Abstract

本发明属于深空导航敏感器设计领域，具体公开了一种星敏感器，通过在镜头和电路盒之间涉及承力板，将探测电路板与镜头尾部连接，并穿过承力板固定在电路盒中，这样的结构能够起到保护镜头的作用；同时由于承力板开孔结构保证了其具有较小的重量；将探测器组件直接安装在镜头焦平面结构上，可以保证对焦精度不受承力板和电路盒变形的影响，保证了敏感器精度水平。

Description

一种星敏感器

技术领域

本发明属于深空导航敏感器设计领域，具体涉及一种自主导航星敏感器。

背景技术

在航天技术领域恒星敏感器是通过成像测量恒星在惯性空间角位置的方法确定航天器姿态的一类光学敏感器。恒星敏感器一般由光学系统、结构、探测器电子线路、数据处理器电子线路、消杂光部件、外部接口、星图识别和姿态处理软件等组成。其中结构系统为恒星敏感器的支撑，其结构决定了敏感器的力学性能和体积重量。

一般光学系统的成像结构均为透射式，由多个透镜零件组装到一起构成的，如法国SODERN公司的SED系列恒星敏感器、德国ASTRO系列恒星敏感器、国内北京控制工程研究所CCD恒星敏感器等等。这种敏感器的结构设计一般有两类，一种是一体化的，它比较容易实现，采用一般的透镜结构，电路盒为主体，透镜和固定安装结构均安装在电路盒上。另一种是分离式的，镜头和探测器电路在一起设计，数据处理器另外一个盒体设计，二者之间采用电缆连接。

近年来出现了一种用于深空导航的星敏感器，其视场角在1°左右，焦距近1m，是一类高灵敏度的甚高精度星敏感器，如美国DS-1(深空-1号火星探测器)恒星敏感器，光学一般采用反射式或者折射反射式的成像结构，这类结构中，一般采用卡塞-格林加校正镜系统，或者采用R-C加校正镜系统，潘君骅在论文“一个新的泛卡塞格林望远镜系统”中提出了一种一个高次非球面校正镜和球面主次镜结构。这类星敏感器结构存在一个普遍的问题是：1.非球面运用过多或者过于复杂，不易于加工和装调；2.以镜头作为结构主体，安装面在镜头结构上，电路盒附着在镜头上，为了保证力学条件要加强设计，造成整体结构尺寸和重量较大；3.安装面在镜头上对于镜头的结构产生应力变形，造成成像质量下降。4.探测器电路板与镜头分开安装，当空间环境温度变化时引起离焦等影响精度的效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构轻巧、加工装调容易、成像质量好、稳定性好、精度高的星敏感器。

本发明的技术方案如下：

一种星敏感器，包括由镜头和电路盒，所述电路盒里的电路设有探测器电路板，其特征在于：在镜头和电路盒之间设有承力板，所述承力板上开有圆孔；镜头尾部设有焦平面结构，探测器电路板与镜头尾部的焦平面结构相连，探测电路板穿过承力板上的圆孔安装在电路盒中。

在上述的一种星敏感器中：所述镜头通过圆形法兰安装在承力板一侧，所述的电路盒通过法兰安装在承力板另一侧。

在上述的一种星敏感器中：所述镜头的焦平面结构包括设在镜头尾部上的安装框和调焦圈，探测电路板通过安装框与镜头连接，调焦圈设在安装框与探测电路板之间。

在上述的一种星敏感器中：所述承力板周边四角上开有安装孔。

在上述的一种星敏感器中：所述的镜头中的光学系统采用带有一个光学面为2次非球面的像差校正镜。

本发明的显著效果在于：通过在镜头和电路盒之间设计承力板，将探测器电路板通过调焦圈与连接，有利于探测器通过修磨调焦圈准确定位在光学系统焦平面上，镜头尾部连带探测器电路板穿过承力板伸到电路盒中，与电路盒仅有电缆连接，无结构接触，这样的结构能够既能起到保护探测器调焦后的位置不受电路盒干扰，又能消除过定位起到保护镜头的作用；同时由于承力板中心开大孔四周开安装孔的结构保证了其具有较小的尺寸和重量；将探测器组件直接安装在镜头的焦平面结构上，可以保证对焦精度不受承力板和电路盒变形的影响，保证了敏感器精度水平；镜头的光学系统中仅在像差校正镜的一个光学面采用2次非球面，其余各个面均为球面，不但能够起到校正像差的作用，使系统成像能够达到近衍射极限水平，而且降低了系统加工和装调难度，节约了成本。

附图说明

图1为本发明提供的一种星敏感器结构示意图；

图2为本发明中的焦平面结构示意图；

图中：1.镜头；2.承力板；3.电路盒；4.圆形法兰；5.探测器电路板；6.焦平面结构；7.安装框；8.安装法兰；9.调焦圈。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，在镜头1和电路盒3之间设有承力板2，承力板2中间开有圆孔；所述电路盒3里设有探测器电路板5和数据处理电路板(即图1中电路盒3里除了探测器电路板5之外的其他电路板)，该探测器电路板5与镜头1尾部的焦平面结构6相连，镜头1上的探测器电路板5穿过承力板2上的圆孔安装在电路盒3中，但与电路盒3没有任何接触，以保证探测器与镜头1的相对调焦位置的稳定性。

镜头1的结构根据光学系统的结构进行设计，在设计中主要保证光学零件的近无应力装卡，镜头1主体结构的抗发射力学环境性能。镜头1与承力板2之间的安装固定是通过圆形法兰4的法兰面对接，螺栓固紧。法兰面的位置应尽可能靠近整个敏感器的质心。

承力板2中心开圆孔作为敏感器镜头1与电路盒3固定连接的安装接口，可以降低敏感器重量和尺寸，使得整体敏感器的布局紧凑和轻型。承力板2主要起到两个作用，一是起固定镜头1和电路盒3的作用，二是使整个敏感器与卫星或其它航天器的固定安装。承力板2的四个角分别开有通孔用于敏感器对外部的安装，一般安装孔附近具有不小于10mm×10mm的面积。

电路盒3起到固定内部的探测器电路板5、数据处理电路板和外部接插件和电路抗辐照加固的作用。

在镜头1的焦平面结构6中连接了探测器电路板5，即探测电路板5与焦平面结构6之间是通过直接固定连接的，以保证焦平面结构6与镜头1之间的相对位置稳定和抗变形能力。

如图2所示，所述的焦平面结构6包括在镜头1尾部上安装有圆形或者方形的安装框7，用来安装探测器电路板5，探测电路板5和安装框7之间设计有调焦圈9，通过修磨进行调焦。调焦圈9通过安装法兰8安装在安装框7上，调焦圈9用于调整探测器光敏面与镜头1的像面重合。

镜头1与安装框7可以通过螺钉连接，也可以直接设计成一体，调焦圈9的大小与安装法兰8尺寸相同，探测器电路板5的尺寸可以比安装法兰8稍大，探测器电路板5和调焦圈9一同通过螺钉固定在安装法兰8上，其位置关系要保证镜头1的焦平面与探测器电路板5的光敏面重合。调焦圈9的初始厚度应保证其探测器电路板5的光敏面正离焦(即当调焦圈9安装上以后光敏面位于镜头1之后)，当不重合时可以修磨调焦圈9以实现其重合。

本发明所述的镜头1采用了同期申请专利《一种恒星敏感器成像结构》所述的光学系统，采用了一个二次非球面实现了系统设计。包括两个主镜，校正镜组和光栏，两个主镜分别位于次镜左右两侧，次镜的左端安装像差校正镜，校正镜组的右侧安装有焦平面探测器，采用的像差校正镜有两个光学面，其中一个为球面，另外一个为二次非球面，校正镜组为2～5片同种材料的球面透镜组成的球面透镜组。

上述的说明，仅为本发明的实施例而已，非为限定本发明的实施例；凡熟悉该项技艺的人士，其所依本发明的特征范畴，所作出的其它等效变化或修饰，如尺寸大小、材料选择、或形状变化、功能组件的类型和数量的增减等，皆应涵盖在以下本实发明所申请专利范围内。

Claims (5)

1.一种星敏感器，包括由镜头(1)和电路盒(3)，所述电路盒(3)里的电路设有探测器电路板(5)，其特征在于：在镜头(1)和电路盒(3)之间设有承力板(2)，所述承力板(2)上开有圆孔；镜头(1)尾部设有焦平面结构(6)，探测器电路板(5)与镜头(1)尾部的焦平面结构(6)相连，探测电路板(5)穿过承力板(2)上的圆孔安装在电路盒(3)中。

2.如权利要求1所述的一种星敏感器，其特征在于：所述镜头(1)通过圆形法兰(4)安装在承力板(2)的一侧，所述的电路盒(3)通过法兰安装在承力板(2)另一侧。

3.如权利要求1或2所述的一种星敏感器，其特征在于：所述镜头(1)的焦平面结构(6)包括设在镜头(1)尾部上的安装框(7)和调焦圈(9)，探测电路板(5)通过安装框(7)与镜头(1)连接，调焦圈(9)设在安装框(7)与探测电路板(5)之间。

4.如权利要求1或2所述的一种星敏感器，其特征在于：所述承力板(1)周边四角上开有安装孔。

5.如权利要求1或2所述的一种星敏感器，其特征在于：所述的镜头(1)中的光学系统采用带有一个光学面为2次非球面的像差校正镜。

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