CN103278156B - 一种紫外星敏感器 - Google Patents

Abstract

一种紫外星敏感器属空间光学遥感技术领域，目的在于适用于小卫星及其它空间平台的应用。本发明包括反射镜组、窄带紫外滤光片、紫外透镜光学系统、紫外CCD探测器及电子学单元；来自地球临边八个方位大气的光经反射镜组反射进入系统，和直接来自天底大气的光经窄带紫外滤光片滤光后以不同的入射角度进入紫外透镜光学系统聚焦，电子学单元控制紫外CCD探测器实时接收经紫外透镜光学系统聚焦的光束，得到天底大气和临边八个方位大气在同一块紫外CCD探测器成像区上同时分布的图像。本发明通过地球临边紫外辐射亮度随高度的变化与理论变化曲线相比较可获得姿态信息，精度达0.01°-0.02°，结构简单，适于小卫星及其它空间平台应用。

Description

一种紫外星敏感器

技术领域

本发明属于空间光学遥感技术领域，它涉及一种星敏感器，尤其涉及利用空间紫外波段传输特性实现卫星姿态确定的一种紫外星敏感器。

背景技术

大气临边辐射亮度随高度的变化可以由理论模型精确给出，当通过紫外光学成像探测仪器测得大气临边辐射亮度随高度变化时，可得知这一探测器及载体的方位。目前常用于卫星姿态确定的仪器主要有星跟踪器和红外地平仪，其中通用的星跟踪器精度高达0.001°，但结构较为复杂，造价昂贵；红外地平仪由于精度受限于运动部件、仪器自身产生的温度梯度以及视场等多个方面的限制，广泛应用的红外地平仪一般精度约0.1°，以上的星跟踪器和红外地平仪不适于小卫星及其它空间平台应用。

发明内容

本发明的目的在于提出一种紫外星敏感器，适于小卫星及其它空间平台的应用。

为实现上述目的，本发明的一种紫外星敏感器包括反射镜组、窄带紫外滤光片、紫外透镜光学系统、紫外CCD探测器及电子学单元；

所述反射镜组包括八片环形方位均布的反射镜，所述紫外透镜光学系统包括六片同轴放置的透镜；所述电子学单元与所述紫外CCD探测器连接，控制紫外CCD探测器实时探测；

来自地球临边八个方位大气的光经反射镜组的八片反射镜反射进入系统，经反射镜组反射得到的光束和直接来自天底大气的光经紫外窄带滤光片滤光后，分别以不同的入射角度进入紫外透镜光学系统聚焦，所述电子学单元控制所述紫外CCD探测器实时接收经紫外透镜光学系统聚焦的光束，得到天底大气和临边八个方位大气在同一块紫外CCD探测器成像区上同时分布的图像。

所述紫外透镜光学系统的六片透镜系统焦距为20mm，环形视场空间角分辨率为0.01°，透镜材料均为融石英，所述透镜镀有增透膜，提高紫外波段的透过率。

所述反射镜组的八片反射镜均镀有高反膜，提高紫外波段的反射率，所述各个反射镜与所述紫外透镜光学系统光轴之间的夹角一致，从而保证各方位探测临边大气高度一致。

所述窄带紫外滤光片的中心波长为355nm。

本发明的有益效果为：与现有技术相比，本发明的星敏感器通过环形方位的八片反射镜反射地球临边的大气，实现地球临边和天底大气紫外辐射的同时探测，通过地球临边紫外辐射亮度随高度的变化与理论变化曲线相比较可获得姿态信息，精度达0.01°-0.02°，且结构简单，尺寸小，重量轻，造价低，适于小卫星及其它空间平台应用。

附图说明

图1为本发明的紫外星敏感器结构示意图；

图2为本发明的紫外星敏感器工作原理示意图；

图3为探测器焦平面成像示意图；

其中：1、反射镜组，2、窄带紫外滤光片，3、紫外透镜光学系统，4、紫外CCD探测器，5、电子学单元，6、星敏感器理论光轴方位，7、地心，8、中心视场，9、对应光轴6的临边大气探测区域，10、星敏感器实际光轴偏离方位，11、对应光轴10的临边大气探测区域。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

参见附图1，本发明的一种紫外星敏感器包括反射镜组1、窄带紫外滤光片2、紫外透镜光学系统3、紫外CCD探测器4及电子学单元5组成；反射镜组1由八片反射镜组成，八片反射镜需要将空间八个方位的临边高度范围一致的地球临边大气辐射同时反射到系统中进行探测，因此八片反射镜要求安装角度一致。

所述紫外透镜光学系统3包括六片同轴放置的透镜，系统焦距为20mm，环形视场空间角分辨率为0.01°，透镜材料均为融石英，通过特殊增透膜技术提高透镜紫外波段透过率，从而使系统灵敏度提高。

来自地球临边大气的光经反射镜组1的八片反射镜反射进入系统，经反射镜组1反射得到的光束和来自天底大气的光经窄带紫外滤光片2滤光，分别以不同的入射角度进入紫外透镜光学系统3聚焦，所述电子学单元5控制所述紫外CCD探测器4实时接收经紫外透镜光学系统3聚焦的光束，得到天底大气和临边八个方位大气在同一块紫外CCD探测器4成像区上同时分布的图像。

通过本发明实现天底、临边大气同时探测，以便以地心为基准，通过地球临边紫外辐射亮度随高度变化监测，从而实现中高精度水平的星敏感器功能。反射镜组1中的反射镜镀有高反膜，实现反射镜组1反射镜在紫外波段反射率达到97%以上，紫外透镜光学系统3中的透镜镀有紫外增透膜，使紫外透镜光学系统3中光学元件系统在紫外波段的透射率达到96%以上，从而保证在空间地球临边紫外辐射探测时系统带外杂光抑制水平满足要求，提高灵敏度，达到空间紫外辐射弱信号探测能力。

紫外星敏感器星下点20°视角内大气辐射直接入射到紫外透镜光学系统3中，142°～152°视角范围的八个方位的临边视场分别经反射镜组1反射后入射到紫外透镜光学系统3中，星下点和临边大气在一片紫外CCD像面上形成各方位的图像，在紫外透镜光学系3前加窄带滤光片2保证系统工作波段的信号探测。

窄带紫外滤光片2工作波段设为355nm，可根据需求调整，窄带紫外滤光片2带宽优于10nm，杂光抑制为6OD。

紫外CCD探测器4采用1024×1024航天级紫外增强型CCD，适应空间环境。

在轨期间，紫外星敏感器连续工作，分别采集大气临边及星下点光谱像，无模式切换，阴影区自动测量背景，太阳直射时自动保护，防止过流。选通比、增益、积分时间自动控制。

参见附图2，本发明的紫外星敏感器安装在卫星（或航天器）上对天底和地球临边大气同时探测，星敏感器理论光轴方位6指向地心7，对地20°的中心视场8进行天底大气探测；临边视场角142°～152°（根据空间平台轨道高度适当调整）对0km-100km的对应光轴6的临边大气探测区域9在360°范围内分八个区域瞬时成像。紫外三轴星敏感器以地心7定位，姿态满足精度要求时，临边大气相对方向，即图中的9地球临边紫外辐射亮度随高度变化曲线均与理论模型一致。空间平台姿态偏离导致星敏感器理论光轴方位6变为实际光轴指向10，对应光轴10的临边大气11的地球临边紫外辐射亮度随高度变化曲线都将偏离理论模型，且相对方位的临边曲线显现方式各有不同。

参见附图3，中心亮斑A反映了星下点±10°视角内大气辐射亮度分布，八个区域B-I径向强度变化反映了地球临边紫外辐射亮度随高度的变化。

以上为本发明的具体实施方式，但绝非对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种紫外星敏感器，其特征在于，包括反射镜组（1）、窄带紫外滤光片（2）、紫外透镜光学系统（3）、紫外CCD探测器（4）及电子学单元（5）；

所述反射镜组（1）包括八片环形方位均布的反射镜，所述紫外透镜光学系统（3）包括六片同轴放置的透镜；所述电子学单元（5）与所述紫外CCD探测器（4）连接，控制紫外CCD探测器（4）实时探测；

来自地球临边八个方位大气的光经反射镜组（1）的八片反射镜反射进入系统，经反射镜组（1）反射得到的光束和直接来自天底大气的光经紫外窄带滤光片（2）滤光后，分别以不同的入射角度进入紫外透镜光学系统（3）聚焦，所述电子学单元（5）控制所述紫外CCD探测器（4）实时接收经紫外透镜光学系统（3）聚焦的光束，得到天底大气和临边八个方位大气在同一块紫外CCD探测器（4）成像区上同时分布的图像。

2.根据权利要求1所述的一种紫外星敏感器，其特征在于，所述紫外透镜光学系统（3）的六片透镜系统焦距为20mm，环形视场空间角分辨率为0.01°，透镜材料均为融石英，所述透镜镀有增透膜，提高紫外波段的透过率。

3.根据权利要求1所述的一种紫外星敏感器，其特征在于，所述反射镜组（1）的八片反射镜均镀有高反膜，提高紫外波段的反射率，所述各个反射镜与所述紫外透镜光学系统（3）光轴之间的夹角一致，从而保证各方位探测临边大气高度一致。

4.根据权利要求1所述的一种紫外星敏感器，其特征在于，所述窄带紫外滤光片（2）的中心波长为355nm。