CN104656251B - 暗弱点状目标探测用亚角秒级大口径紧凑型光学结构 - Google Patents
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Abstract
一种暗弱点状目标探测用亚角秒级大口径紧凑型光学结构，其包括镜筒以及设置在镜筒内部的光学系统和像面；光学系统包括轴心在同一直线上依次排列的第一孔径校正镜、次反射镜、第二孔径校正镜、第一视场校正镜、第二视场校正镜以及主反射镜；次反射镜贴覆于第一孔径校正镜的侧面，次反射镜在第一孔径校正镜侧面的覆盖范围应满足成像要求；主反射镜的中心开设有圆孔，第一视场校正镜和第二视场校正镜设置于圆孔开口所限定的范围；像面位于主反射镜的侧面中心。本发明的测量精度优于亚角秒级，光学口径与光学总长相当、结构紧凑，适用于超高精度星敏感器以及空间碎片等暗弱点状目标的探测方面。
Description
技术领域
本发明属于光学设计技术领域，涉及一种利用恒星作为参照系进行导航定位的恒星定位定姿系统中或者暗弱点状空间碎片探测系统中的超高精度光学结构，尤其涉及一种视轴姿态精度优于亚角秒级、轻小型化程度较高的卫星姿态控制与测量系统中或者空间碎片探测系统中的光学结构。
背景技术
星敏感器主要用于卫星、飞船、航天飞机、空间站的高精度姿态确定，也可用在火箭、导弹上进行恒星制导和控制以及潜艇、船只的精确定位和测量，无论是白昼还是黑夜，只要天气晴朗并安装上星敏感器，就能够摄得星图，通过对这些星图进行识别，便可精确地测出正在行驶的飞行器或者船只在某一瞬间的准确方位。
恒星的张角小于1/100角秒，可视为无穷远点光源，星敏感器星像点位置确定精度可达十分之一或几十分之一个像元。由于天球坐标系中恒星的位置不变，故而通过测量既定恒星的亮度、位置坐标以及恒星间的相互关系来测量运动载体的运动参数。在飞行器姿态控制方面，用星敏感器对飞行器平台姿态进行测量，通过控制系统对太阳能电池帆板和有效载荷进行指向控制，从而控制飞行器沿着既定的轨道长期稳定的航行，并保证一定的飞行姿态。
美国加利福尼亚技术学院喷气推进实验室的Lawrence W.Cassidy等人认为星敏感器的测量误差分为低频误差和高频误差。对星敏感器姿态测量误差影响较大的是温度变化引起透镜组光学性能的变化的视轴漂移误差，光学系统焦距误差，光轴偏离误差和焦平面倾斜误差以及光学畸变校正残留误差引起的偏置误差等低频误差，以及由时间噪声引起的导航星位置估测误差引起的高频误差。
其中，低频误差是指星敏感器的机械机构、光学镜头、感光元件、与卫星的连接等部分都会随温度产生缓慢和周期性的变化而产生的误差。低频误差中最主要的部分是焦距的测量误差及受热变化，10μm以上的焦距变化就有可能使星敏感器姿态产生秒量级的测量误差。高频误差是由于探测器和电路噪声、亚像元算法等造成的误差。
因此，光学系统是星敏感器的重要组成部分，它的性能制约着星敏感器的测量精度。
目前国内外对于星敏感器的研究比较多，但绝大多数精度较低。相对于世界先进水平，我国的空间敏感器总体研制水平还比较落后。主要体现在：精度较低，国外的星敏感器精度可达0.18"以内，国内目前只能达到5"左右。
例如，美国洛克马丁公司的AST-301星敏感器视轴姿态精度为0.18″，美国PEC的CCD星敏感器和法国SODERN公司SEA04星敏感器视轴姿态精度都小于1″，德国耶那ASTRO-5CCD以及ASTRO-APS星敏感器视轴姿态精度都为1″。但这些星敏感器的光学系统都为透射式，焦距较短，主要通过减小高频误差，提高质心算法精度来实现最终的测量精度，如AST-301星敏感器采用亚像素细分技术，质心误差可以降低到1/50像素。意大利伽利略公司STR星跟踪器采用折反式光学系统，焦距为120mm，而其最终视轴姿态精度未见报道。
通过减小星敏感器的低频误差，同样也能实现亚角秒级的探测精度。光学系统的热稳定性及高像质可以有效减小低频误差。
此外，考虑到卫星平台尺寸及发射成本的限制，需要星敏感器体积小、质量轻，由于光学系统的外形尺寸和质量占星敏感器的绝大部分，故而光学系统的紧凑、轻小型化直接影响星敏感器的外形体积和质量。
因此，亚角秒级大口径紧凑型星敏感器的核心技术之一在于超高精度轻小型化的光学系统。目前国外没有高精度光学系统相关资料的报道，国内也尚无此类光学系统。
另外，在空间碎片监视方面，根据美国空间监视网(Space SurveillanceNetwork，SSN)的观测数据显示：截止2012年7月4日，在地球轨道上，尺寸大于10cm编目空间目标(卫星、空间碎片等)的总数为16399个，各类用途卫星已达3499颗，其中正常运行的航天器只占约21％，其余79％均为空间碎片，直径在1～10cm之间的碎片数量约为几十万个，而且空间碎片以每年大约3％的速度急剧增长。北京时间2009年2月11日00:55，美国铱星公司的铱33卫星(SSC编目24946)与俄罗斯报废的宇宙2251卫星(SSC编目24946)相撞，引起了国际社会的广泛关注。到2009年3月，碰撞事件已经产生784个可编目碎片，预计可编目碎片将超过1000个。
对于大小在30cm以下的皮卫星、空间碎片等目标，目前的地基设备不具备监测能力。随着微小卫星技术的发展，小于30cm甚至10cm的卫星大量出现。
平均尺寸10cm以上的空间碎片破坏性是最大的，但这类大尺度碎片可通过地基雷达和光学望远镜等探测手段进行监视、跟踪、定轨，采取轨道规避策略避免碰撞的发生。目前已基本通过地基探测可对LEO轨道尺寸10cm以上和GEO轨道尺寸0.5m以上的碎片进行跟踪、定轨和编目。
然而，现有技术条件下，对于尺寸在10cm以下的碎片，在地面无法有效跟踪观测，只能通过天基观测和在轨飞行实验的回收结果进行分析，建立空间碎片环境模型，计算得到碎片参数随时空的分布变化情况，这部分空间碎片只能采取被动防护技术进行防护。
空间碎片天基光学监视由于其所具有的能耗低、精度高以及易于小型化实现等方面的优势而更具有发展潜力。对于远距离的小尺寸空间碎片可看作成暗弱点状目标。暗弱点状目标探测系统需要采用大口径光学系统，对于有大口径要求的光学系统，有许多种形式能满足任务要求，如折射系统，折反射系统，离轴的全反射系统。
对于离轴的全反射系统，由于有离轴非球面，加工周期长，费用也较高，因而尽量避免应用。对于折射系统，也有许多形式可以满足这一要求，如Petzval型物镜、Sonnar型物镜、双高斯物镜、远摄型物镜等。但是，由于暗弱点状目标的光谱范围很宽，焦距也较大，为了校正二级光谱，则光学系统的长度会较长，超过200mm，有些甚至达到了350mm；而且由于系统的孔径较大，使用的透镜的片数较多(不少于七片)，这样导致系统的重量较大；另外，折射系统受温度梯度的影响较大，航天环境适应性较差。
发明内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种测量精度优于亚角秒级、光学口径与光学总长相当、结构紧凑、适宜对空间暗弱点状目标探测的超高精度大口径紧凑型光学结构。
本发明的技术解决方案是：
本发明提供了一种暗弱点状目标探测用亚角秒级大口径紧凑型光学结构，其特殊之处在于：包括镜筒以及设置在镜筒内部的光学系统和像面；光学系统包括轴心在同一直线上依次排列的第一孔径校正镜、次反射镜、第二孔径校正镜、第一视场校正镜、第二视场校正镜以及主反射镜；第一孔径校正镜和第二视场校正镜为双凸球面透镜，第二孔径校正镜和第一视场校正镜为负弯月球面透镜，主反射镜面型为凹的球面；所述次反射镜贴覆于第一孔径校正镜的侧面，次反射镜在第一孔径校正镜侧面的覆盖范围应满足成像要求；所述主反射镜的中心开设有圆孔，第一视场校正镜和第二视场校正镜设置于圆孔开口所限定的范围；所述像面位于主反射镜的侧面中心；
所述第一孔径校正镜、第二孔径校正镜以及主反射镜的光学材料相同；所述镜筒的热膨胀系数与第一孔径校正镜、第二孔径校正镜以及主反射镜的热膨胀系数相当。
上述次反射镜面向第二孔径校正镜延伸设置有葵花盘式的次镜遮光罩；所述主反射镜面向第二孔径校正镜延伸设置有圆锥筒形的主镜遮光罩，第一视场校正镜以及第二视场校正镜设置于主镜遮光罩内部。
上述第一孔径校正镜以及次反射镜的中心开设有直径小于次反射镜口径的通孔；所述次镜遮光罩包括与通孔的形状尺寸匹配的安装柄，次镜遮光罩通过通孔和安装柄连接于次反射镜和第一孔径校正镜。
上述暗弱点状目标探测用亚角秒级大口径紧凑型光学结构还包括设置在次反射镜上的孔径光阑。
上述第一孔径校正镜的光学特性为：
2.5f′＜f1'＜5f′，1.4＜n1＜1.7，R1>0.5f1′，0.5f1′＜R2＜f1′；
所述第二孔径校正镜的光学特性为：
-8f′＜f2'＜-5f′，1.4＜n2＜1.7，0.15f2′＜R3＜0.25f2′，0.2f2′＜R4＜0.5f2′；
所述第一视场校正镜的光学特性为：
-0.5f′＜f3'＜-0.25f′，1.4＜n3＜1.8，-0.3f3′＜R6＜-f3′，-0.2f3′＜R7＜-f3′；
所述第二视场校正镜的光学特性为：
0.1f′＜f4'＜0.5f′，1.4＜n4＜1.8，0.5f4′＜R8＜1.5f4′，1.1f4′＜R9＜2.5f4′；
所述主反射镜的光学特性为：
1.2f′＜R5＜2f′；
其中，f'为光学系统的总焦距；n1、n2、n3、n4分别为第一孔径校正镜、第二孔径校正镜、第一视场校正镜以及第二视场校正镜的材料折射率；R1、R2分别为第一孔径校正镜两个面的曲率半径；R3、R4分别为第二孔径校正镜两个面的曲率半径；R5为主反射镜的表面曲率半径；R6、R7分别为第一视场校正镜两个面的曲率半径；R8、R9分别为第二视场校正镜两个面的曲率半径。
上述第一孔径校正镜、第二孔径校正镜以及主反射镜的光学材料均为熔融石英材料JGS1；所述镜筒的材料为铟钢。
上述第一孔径校正镜、第二孔径校正镜以及主反射镜的有效口径均大于120mm；所述通孔位于第一孔径校正镜中心φ≤19mm的区域；所述次反射镜贴覆于第一孔径校正镜侧面中心19mm＜φ＜60mm的区域。
上述主镜遮光罩的尺寸为：从主反射镜表面顶点到主镜遮光罩末端长度为55mm～70mm；所述次镜遮光罩的尺寸为：从次反射镜表面顶点到次镜遮光罩末端长度为9mm～14mm，次镜遮光罩的直径与孔径光阑的有效口径一致。
上述次反射镜是在第一孔径校正镜侧面镀制反射率≥97％的反射膜系形成的次反射镜；所述第一孔径校正镜在两侧面中心φ≥60mm的区域均镀制有透过率≥99％的高增透膜系。
上述镜筒靠近第一孔径校正镜的一端套装有圆筒形的外遮光罩；所述外遮光罩的内壁设置有多个挡光环；所述外遮光罩的材质为铝合金或碳纤维。
本发明提供的暗弱点状目标探测用亚角秒级大口径紧凑型光学结构，其具有以下优点：
1、较大口径的三块镜片(第一孔径校正镜、第二孔径校正镜以及主反射镜)采用同种光学材料，镜筒的热膨胀系数与第一孔径校正镜、第二孔径校正镜以及主反射镜的热膨胀系数相当，使得整个光学结构的热稳定性较好，可避免环境温度的变化对光学系统像质的影响，便于整个光学系统的无热化设计，进而能够确保亚角秒级探测精度的实现；
采用次反射镜与第一孔径校正镜的侧面部分共用的方式，以及通过第二孔径校正镜在光路中被应用三次的特殊布局，达到缩短光学总长，减小遮拦比，使得整个光学系统的光学口径与光学总长相当，结构紧凑、轻小型化。
2、由于石英具有强耐辐照性，较大口径的三块镜片(第一孔径校正镜、第二孔径校正镜以及主反射镜)均采用熔融石英材料，可以避免空间恶劣的辐照环境条件，满足亚角秒级探测系统的长寿命需求；可以避免空间骤冷骤热环境，满足对暗弱点状目标探测用光学系统的可靠性要求。
3、所有镜片的光学镜面均为球面，比较容易加工和装配，其生产周期小、费用低。
4、次镜遮光罩与第一孔径校正镜通过中心通孔连接，有利于减小遮拦，减小杂光多次反射，杂散光抑制效果好。
5、整个光学系统的像质好，能量集中，弥散斑和色偏差以及色畸变都比较小，利于亚角秒级探测精度的实现，适用于超高精度星敏感器以及空间碎片等暗弱点状目标的探测方面。
附图说明
图1是本发明提供的暗弱点状目标探测用亚角秒级大口径紧凑型光学结构的结构示意图；
图2是入射光在本发明提供的光学系统中的行进路线图；
图3是本发明光学系统的几何能量包围圆曲线图；
图4是本发明光学系统的倍率色差图；
图5是本发明光学系统的绝对畸变曲线图；
其中：
1-镜筒；2-像面；3-第一孔径校正镜；4-次反射镜；5-第二孔径校正镜；6-第一视场校正镜；7-第二视场校正镜；8-主反射镜；9-次镜遮光罩；10-主镜遮光罩；11-外遮光罩；12-挡光环。
具体实施方式
参见图1，本发明提供了一种暗弱点状目标探测用亚角秒级大口径紧凑型光学结构，其包括镜筒1以及设置在镜筒1内部的光学系统和像面2，镜筒1起到屏蔽空间环境辐照和支撑光学系统中镜片组的作用；光学系统包括轴心在同一直线上依次排列的第一孔径校正镜3、次反射镜4、第二孔径校正镜5、第一视场校正镜6、第二视场校正镜7以及主反射镜8；第一孔径校正镜3和第二视场校正镜7为双凸球面透镜，第二孔径校正镜5和第一视场校正镜6为负弯月球面透镜，主反射镜8面型为凹的球面；次反射镜4贴覆于第一孔径校正镜3的侧面，次反射镜在第一孔径校正镜侧面的覆盖范围应满足成像要求；主反射镜8的中心开设有圆孔，第一视场校正镜6和第二视场校正镜7设置于圆孔开口所限定的范围；像面2位于主反射镜8的侧面中心；本光学系统的孔径光阑设置在次反射镜4上。
图2所示为入射光在本发明提供的光学系统中的行进路线，即：入射光依次经过第一孔径校正镜3和第二孔径校正镜5，经折射后入射至主反射镜8，经主反射镜8反射后再次进入第二孔径校正镜5，经折射后入射至次反射镜4，经次反射镜4反射后第三次进入第二孔径校正镜5，经折射后依次经过第一视场校正镜6以及第二视场校正镜7折射，最后到达像面2。
本发明提供的光学系统包括4块透镜(即，第一孔径校正镜3、第二孔径校正镜5、第一视场校正镜6以及第二视场校正镜7)和1块反射镜(即主反射镜8)，第一孔径校正镜3和第二孔径校正镜5均是无光焦度的孔径校正镜；口径较小的两个透镜是第一视场校正镜6和第二视场校正镜7，为了校正球差，使第一视场校正镜6弯向整个光学系统的焦面，同时也使系统的色差得到一定程度的控制。优化设计中，为了使光学系统的像点为圆形，本发明通过孔径校正镜、视场校正镜、主反射镜以及次反射镜的组合对彗差和轴向色差进行一定程度的控制。其中，次反射镜4与第一孔径校正镜3的右侧面部分共面(如图1所示)，次反射镜4与第一孔径校正镜3右侧面的曲率半径一致。使用这种光学系统的优点是系统的色差较小，容易满足波谱较宽的要求。
本发明中，第一孔径校正镜3、第二孔径校正镜5以及主反射镜8的光学材料相同，镜筒1的热膨胀系数与第一孔径校正镜3、第二孔径校正镜5以及主反射镜8的热膨胀系数相当，使得整个光学结构的热稳定性较好，可避免环境温度的变化对光学系统像质的影响，便于整个光学系统的无热化设计，进而能够确保亚角秒级探测精度的实现。
优选地，第一孔径校正镜3、第二孔径校正镜5以及主反射镜8的光学材料均采用熔融石英材料JGS1，一方面可以避免空间恶劣的辐照环境条件，满足亚角秒级探测系统的长寿命需求；另一方面，可以避免空间骤冷骤热环境，满足对暗弱点状目标探测用光学系统的可靠性要求。为了更好地控制整个光学结构的热稳定性，镜筒1的材料可选用热膨胀系数与石英材料的热膨胀系数相当的铟钢。
本发明通过采用次反射镜4与第一孔径校正镜3的侧面部分共用的方式，以及通过第二孔径校正镜5在光路中被应用三次的特殊布局，达到缩短光学总长，减小遮拦比，使得整个光学系统的光学口径与光学总长相当，结构紧凑、轻小型化。而且，所有镜片的光学镜面均为球面，比较容易加工和装配，其生产周期小、费用低。
本发明中，为了抑制杂散光，次反射镜4面向第二孔径校正镜5延伸设置有葵花盘式的次镜遮光罩9，主反射镜8面向第二孔径校正镜5延伸设置有圆锥筒形的主镜遮光罩10，第一视场校正镜6以及第二视场校正镜7设置于主镜遮光罩10内部。其中，次镜遮光罩9的尺寸为：从次反射镜4表面顶点到次镜遮光罩9末端的长度为9mm～14mm，次镜遮光罩的直径与孔径光阑的有效口径一致，即与次反射镜4的外径一致；主镜遮光罩10的尺寸为：从主反射镜8表面顶点到主镜遮光罩10末端的长度为55mm～70mm。
本发明中，第一孔径校正镜3以及次反射镜4的中心开设有直径小于次反射镜4口径的通孔，该通孔的作用为：一方面减重；另一方面去除次反射镜4上不必要部分的反射面积，利于杂散光的抑制；第三方面，可在通孔位置安装次镜遮光罩9；次镜遮光罩9包括与通孔的形状尺寸匹配的安装柄，次镜遮光罩9通过通孔和安装柄连接于次反射镜4和第一孔径校正镜3。次镜遮光罩9与第一孔径校正镜3通过中心通孔连接，有利于减小遮拦，减小杂光多次反射，杂散光抑制效果好。
本发明提供的光学系统中，各镜片的具体光学参数如下：
第一孔径校正镜3的光学特性为：
2.5f′＜f1'＜5f′，1.4＜n1＜1.7，R1>0.5f1′，0.5f1′＜R2＜f1′；
第二孔径校正镜5的光学特性为：
-8f′＜f2'＜-5f′，1.4＜n2＜1.7，0.15f2′＜R3＜0.25f2′，0.2f2′＜R4＜0.5f2′；
第一视场校正镜6的光学特性为：
-0.5f′＜f3'＜-0.25f′，1.4＜n3＜1.8，-0.3f3′＜R6＜-f3′，-0.2f3′＜R7＜-f3′；
第二视场校正镜7的光学特性为：
0.1f′＜f4'＜0.5f′，1.4＜n4＜1.8，0.5f4′＜R8＜1.5f4′，1.1f4′＜R9＜2.5f4′；
主反射镜8的光学特性为：
1.2f′＜R5＜2f′，表面面型RMS误差为1/20～1/50λ；
其中，f'为该光学系统的总焦距；n1、n2、n3、n4分别为第一孔径校正镜3、第二孔径校正镜5、第一视场校正镜6以及第二视场校正镜7的材料折射率；R1、R2分别为第一孔径校正镜3两个面的曲率半径；R3、R4分别为第二孔径校正镜5两个面的曲率半径；R5为主反射镜8的表面曲率半径；R6、R7分别为第一视场校正镜6两个面的曲率半径；R8、R9分别为第二视场校正镜7两个面的曲率半径。
本发明中，第一孔径校正镜3、第二孔径校正镜5以及主反射镜8的有效口径均大于120mm；通孔位于第一孔径校正镜3中心φ≤19mm的区域；次反射镜4贴覆于第一孔径校正镜3侧面中心19mm＜φ＜60mm的区域。另外，为减轻光学系统的重量，可在第一孔径校正镜3另一侧面中心φ60mm的区域打减重沉孔。
作为优选，本发明中的次反射镜4是在第一孔径校正镜3侧面镀制反射率≥97％的反射膜系形成的次反射镜；第一孔径校正镜3在两侧面中心φ≥60mm的区域均镀制有透过率≥99％的高增透膜系。
本发明中，镜筒1靠近第一孔径校正镜3的一端套装有圆筒形的外遮光罩11；外遮光罩11的内壁设置有多个挡光环12；为减轻光学系统的总重量，保证轻小型化，外遮光罩11的材质可选用铝合金或碳纤维材料。
本发明提供的光学系统的总焦距约为300mm，视场角大于2°，光学口径与光学总长都为170mm。参见图3、图4和图5可知，在450nm～800nm光谱范围内，该光学系统在全视场内集中80％能量的弥散斑直径小于8μm，倍率色差优于1.6μm，绝对畸变优于0.03mm，探测能力可优于+10等星，测量精度可达到亚角秒级。
本发明提供的光学系统的像质好，能量集中，弥散斑和色偏差以及色畸变都比较小，利于亚角秒级探测精度的实现，适用于超高精度星敏感器以及空间碎片等暗弱点状目标的探测方面。
Claims (10)
1.一种暗弱点状目标探测用亚角秒级大口径紧凑型光学结构，其特征在于：包括镜筒以及设置在镜筒内部的光学系统和像面；光学系统包括轴心在同一直线上依次排列的第一孔径校正镜、次反射镜、第二孔径校正镜、第一视场校正镜、第二视场校正镜以及主反射镜；第一孔径校正镜和第二视场校正镜为双凸球面透镜，第二孔径校正镜和第一视场校正镜为负弯月球面透镜，主反射镜面型为凹的球面；所述次反射镜贴覆于第一孔径校正镜的侧面，次反射镜在第一孔径校正镜侧面的覆盖范围应满足成像要求；所述主反射镜的中心开设有圆孔，第一视场校正镜和第二视场校正镜设置于圆孔开口所限定的范围；所述像面位于主反射镜的侧面中心；
所述第一孔径校正镜、第二孔径校正镜以及主反射镜的光学材料相同；所述镜筒的热膨胀系数与第一孔径校正镜、第二孔径校正镜以及主反射镜的热膨胀系数相当。
2.根据权利要求1所述的暗弱点状目标探测用亚角秒级大口径紧凑型光学结构，其特征在于：所述次反射镜面向第二孔径校正镜延伸设置有葵花盘式的次镜遮光罩；所述主反射镜面向第二孔径校正镜延伸设置有圆锥筒形的主镜遮光罩，第一视场校正镜以及第二视场校正镜设置于主镜遮光罩内部。
3.根据权利要求2所述的暗弱点状目标探测用亚角秒级大口径紧凑型光学结构，其特征在于：所述第一孔径校正镜以及次反射镜的中心开设有直径小于次反射镜口径的通孔；所述次镜遮光罩包括与通孔的形状尺寸匹配的安装柄，次镜遮光罩通过通孔和安装柄连接于次反射镜和第一孔径校正镜。
4.根据权利要求3所述的暗弱点状目标探测用亚角秒级大口径紧凑型光学结构，其特征在于：所述暗弱点状目标探测用亚角秒级大口径紧凑型光学结构还包括设置在次反射镜上的孔径光阑。
5.根据权利要求4所述的暗弱点状目标探测用亚角秒级大口径紧凑型光学结构，其特征在于：
所述第一孔径校正镜的光学特性为：
2.5f′＜f1'＜5f′，1.4＜n1＜1.7，R1>0.5f1′，0.5f1′＜R2＜f1′；
所述第二孔径校正镜的光学特性为：
-8f′＜f2'＜-5f′，1.4＜n2＜1.7，0.15f2′＜R3＜0.25f2′，0.2f2′＜R4＜0.5f2′；
所述第一视场校正镜的光学特性为：
-0.5f′＜f3'＜-0.25f′，1.4＜n3＜1.8，-0.3f3′＜R6＜-f3′，-0.2f3′＜R7＜-f3′；
所述第二视场校正镜的光学特性为：
0.1f′＜f4'＜0.5f′，1.4＜n4＜1.8，0.5f4′＜R8＜1.5f4′，1.1f4′＜R9＜2.5f4′；
所述主反射镜的光学特性为：
1.2f′＜R5＜2f′；
其中，f'为光学系统的总焦距；n1、n2、n3、n4分别为第一孔径校正镜、第二孔径校正镜、第一视场校正镜以及第二视场校正镜的材料折射率；R1、R2分别为第一孔径校正镜两个面的曲率半径；R3、R4分别为第二孔径校正镜两个面的曲率半径；R5为主反射镜的表面曲率半径；R6、R7分别为第一视场校正镜两个面的曲率半径；R8、R9分别为第二视场校正镜两个面的曲率半径。
6.根据权利要求5所述的暗弱点状目标探测用亚角秒级大口径紧凑型光学结构，其特征在于：所述第一孔径校正镜、第二孔径校正镜以及主反射镜的光学材料均为熔融石英材料JGS1；所述镜筒的材料为铟钢。
7.根据权利要求6所述的暗弱点状目标探测用亚角秒级大口径紧凑型光学结构，其特征在于：所述第一孔径校正镜、第二孔径校正镜以及主反射镜的有效口径均大于120mm；所述通孔位于第一孔径校正镜中心φ≤19mm的区域；所述次反射镜贴覆于第一孔径校正镜侧面中心19mm＜φ＜60mm的区域。
8.根据权利要求7所述的暗弱点状目标探测用亚角秒级大口径紧凑型光学结构，其特征在于：所述主镜遮光罩的尺寸为：从主反射镜表面顶点到主镜遮光罩末端长度为55mm～70mm；所述次镜遮光罩的尺寸为：从次反射镜表面顶点到次镜遮光罩末端长度为9mm～14mm，次镜遮光罩的直径与孔径光阑的有效口径一致。
9.根据权利要求8所述的暗弱点状目标探测用亚角秒级大口径紧凑型光学结构，其特征在于：所述次反射镜是在第一孔径校正镜侧面镀制反射率≥97％的反射膜系形成的次反射镜；所述第一孔径校正镜在两侧面中心φ≥60mm的区域均镀制有透过率≥99％的高增透膜系。
10.根据权利要求1-9任一权利要求所述的暗弱点状目标探测用亚角秒级大口径紧凑型光学结构，其特征在于：所述镜筒靠近第一孔径校正镜的一端套装有圆筒形的外遮光罩；所述外遮光罩的内壁设置有多个挡光环；所述外遮光罩的材质为铝合金或碳纤维。
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