CN108917795A - 面向星敏感器地面测试与验证的杂光抑制系统 - Google Patents

面向星敏感器地面测试与验证的杂光抑制系统 Download PDF

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Abstract

面向星敏感器地面测试与验证的杂光抑制系统，涉及杂光抑制技术领域。本发明是为了在星敏感器系统地面在轨测试与验证时，对环境中杂光进行抑制。本发明一次杂光抑制结构为顶端封闭、侧壁上设有开口的圆筒形，内表面均匀排布有多个圆锥消光结构，二次杂光抑制结构为弧形结构，二次杂光抑制结构的凹面均匀排布有多个圆锥消光结构，星敏感器位于一次杂光抑制结构内部，光源发出的不同角度的入射光经过一次杂光抑制结构的开口入射至星敏感器上，星敏感器的视场经一次杂光抑制结构的开口后指向二次杂光抑制结构的凹面，一次杂光抑制结构、二次杂光抑制结构和光源均位于光学暗室内。

Description

面向星敏感器地面测试与验证的杂光抑制系统
技术领域
本发明属于杂光抑制技术领域。
背景技术
星敏感器工作在系统视场外有强烈辐射源(如太阳)的恶劣环境中，主要针对空间弱小运动目标成像，背景杂光影响严重。
针对星敏感器系统在轨工作时恶劣的背景光照环境，面向整机的杂光抑制性能测试需求，迫切需要模拟在轨工作条件，设计、搭建适用于星敏感器杂光抑制性能测试与评估的地面光学测试环境，包括光学暗室环境设计，星敏感器工作时视场指向区域的背景杂光抑制结构设计以及其它局部杂光抑制结构设计等。
根据杂散光产生的物理机理不同，可将星敏感器地面测试与验证过程中产生的杂光分为以下几类：
反射引起的杂散光。由于太阳模拟器具有一定的发散角，其出射光束口径大于星敏感器遮光罩入口，超出星敏感器遮光罩入口的一部分剩余光束继续向后传播入射到测试系统其它结构表面或光学暗室墙壁上，经过其它结构表面或光学暗室墙壁之间的多次反射后落入星敏感器杂光测试的背景区域引起杂散辐射。
散射引起的杂散光。由于太阳模拟器具有一定的发散角，其出射光束口径大于星敏感器遮光罩入口，超出星敏感器遮光罩入口的一部分剩余光束入射到星敏感器遮光罩的外表面，由于遮光罩外表面包覆多层热控材料，热控材料表面存在不同褶皱分布，入射光经热控材料散射后落入星敏感器杂光测试的背景区域引起杂散辐射。
衍射引起的杂散光。太阳模拟器发出的光束入射到星敏感器遮光罩入口时，由于遮光罩的挡光环、辅助工装等机械结构边缘衍射将形成杂散光，落入星敏感器杂光测试的背景区域引起杂散辐射。
以上为星敏感器地面测试与验证时杂光产生的物理机理分析，不同物理机理产生的杂光提升了星敏感器杂光测试背景区域的杂散光辐射水平。
发明内容
本发明是为了在星敏感器系统地面在轨测试与验证时，对环境中杂光进行抑制，现提供面向星敏感器地面测试与验证的杂光抑制系统。
面向星敏感器地面测试与验证的杂光抑制系统，包括：一次杂光抑制结构、二次杂光抑制结构和光学暗室；
一次杂光抑制结构为顶端封闭的圆筒形，一次杂光抑制结构的侧壁上设有开口，一次杂光抑制结构的内表面均匀排布有多个圆锥消光结构，位于一次杂光抑制结构顶部的圆锥消光结构尖端均朝向一次杂光抑制结构的底部，位于一次杂光抑制结构圆周壁上的圆锥消光结构的中轴均沿一次杂光抑制结构的径向设置，且圆锥消光结构的尖端均朝向一次杂光抑制结构的中轴，
二次杂光抑制结构为弧形结构，二次杂光抑制结构的凹面均匀排布有多个圆锥消光结构，该多个圆锥消光结构的中轴均沿二次杂光抑制结构的径向设置，且圆锥消光结构的尖端均朝向二次杂光抑制结构的中轴，
星敏感器位于一次杂光抑制结构内部、并坐落在旋转平台上，光源发出的光能够经过一次杂光抑制结构的开口入射至星敏感器上，旋转平台用于带动星敏感器旋转、使得星敏感器获得不同角度的入射光，二次杂光抑制结构的凹面朝向一次杂光抑制结构的开口，使得星敏感器的视场经一次杂光抑制结构的开口后指向二次杂光抑制结构的凹面，
一次杂光抑制结构、二次杂光抑制结构和光源均位于光学暗室内。
上述杂光抑制系统中，相邻的圆锥消光结构圆端的外圆相切或相互之间留有间隙。
上述杂光抑制系统中，圆锥消光结构的高与底面直径比值大于5；圆锥消光结构的高为400mm、底面直径为50mm，圆锥消光结构为中空结构，壁厚为1mm。
上述杂光抑制系统中，一次杂光抑制结构底面半径为1910mm、高为3400mm，开口尺寸为2067mm×1050mm。
上述杂光抑制系统中，开口能够满足星敏感器20°至60°的光照角度测试范围要求。
上述杂光抑制系统中，二次杂光抑制结构的凹面最低点距离星敏感器中心距离为6158mm。
上述杂光抑制系统中，一次杂光抑制结构的内表面、二次杂光抑制结构的凹面和光学暗室内表面均喷涂有消光漆；消光漆的吸光率为96.5％。
上述杂光抑制系统中，利用光学平台支撑旋转平台。
本发明所述的面向星敏感器地面测试与验证的杂光抑制系统设计方法的优点在于：
1、高消光率，一次杂光抑制结构和二次杂光抑制结构上均布置有多个圆锥消光结构，增加了两个杂光抑制结构表面积，使得杂光与其充分接触并经多次反射后被充分吸收，星敏感器工作时视场指向区域的背景杂光消光率达99.9％以上；
2、能够满足不同型号(不同结构、不同尺寸、不同工作视场、不同保护角范围)星敏感器地面杂光测试与验证需求。
附图说明
图1为本发明所述的面向星敏感器地面测试与验证的杂光抑制系统的透视结构示意图；
图2为本发明所述的倒圆锥筒形结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1和图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的面向星敏感器地面测试与验证的杂光抑制系统，包括：一次杂光抑制结构1、二次杂光抑制结构2和光学暗室7；
一次杂光抑制结构1为顶端封闭的圆筒形，一次杂光抑制结构1的侧壁上设有开口，一次杂光抑制结构1的内表面均匀排布有多个圆锥消光结构8，位于一次杂光抑制结构1顶部的圆锥消光结构8尖端均朝向一次杂光抑制结构1的底部，位于一次杂光抑制结构1圆周壁上的圆锥消光结构8的中轴均沿一次杂光抑制结构1的径向设置，且圆锥消光结构8的尖端均朝向一次杂光抑制结构1的中轴；
二次杂光抑制结构2为弧形结构，二次杂光抑制结构2的凹面均匀排布有多个圆锥消光结构8，该多个圆锥消光结构8的中轴均沿二次杂光抑制结构2的径向设置，且圆锥消光结构8的尖端均朝向二次杂光抑制结构2的中轴；
星敏感器3位于一次杂光抑制结构1内部、并坐落在旋转平台4上，光源6发出的光能够经过一次杂光抑制结构1的开口入射至星敏感器3上，旋转平台4用于带动星敏感器3旋转、使得星敏感器3获得不同角度的入射光，二次杂光抑制结构2的凹面朝向一次杂光抑制结构1的开口，使得星敏感器3的视场经一次杂光抑制结构1的开口后指向二次杂光抑制结构2的凹面，有效地消除了星敏感器3地面测试与验证时，其视场指向区域的背景杂光以及环境中的其它杂散光；
二次杂光抑制结构2的凹面面积、一次杂光抑制结构1的开口大小和星敏感器3的视场相匹配，即：一次杂光抑制结构1的开口不会遮挡星敏感器3的视场，星敏感器3的视场到达二次杂光抑制结构2所在位置时，二次杂光抑制结构2的凹面面积大于视场面积；
一次杂光抑制结构1、二次杂光抑制结构2和光源6均位于光学暗室7内。
上述实施方式中，一次杂光抑制结构1用于吸收照射至星敏感器3及辅助工装结构表面后产生的一次散射光，二次杂光抑制结构2用以模拟深空背景，并消除星敏感器3工作时视场指向区域的背景杂光。星敏感器3固定在旋转平台4(二维电控旋转平台)并在旋转平台4的驱动下实现不同光源入射角度下的星敏感器3地面验证实验；在星敏感器3地面测试与验证的实验过程中，光源6即为太阳模拟器，光源6强度及出射光束指向均不改变，且星敏感器3视场经一次杂光抑制结构1开口后始终指向测试背景区域的二次杂光抑制结构2。光学暗室7用于吸收环境中其它杂散光，以避免再次造成杂光污染；无论是一次杂光抑制结构1的内表面还是二次杂光抑制结构2的凹面，在圆锥消光结构8的布置上，相邻的圆锥消光结构8圆端的外圆相切或相互之间留有间隙。同时，利用光学平台5支撑旋转平台4，更加稳定。
进一步地，圆锥消光结构8的高与底面直径比值大于5；圆锥消光结构8的高为400mm、底面直径为50mm，圆锥消光结构8为中空结构，壁厚为1mm；一次杂光抑制结构1底面半径为1910mm、高为3400mm，开口尺寸为2067mm×1050mm，开口能够满足星敏感器320°至60°的光照角度测试范围要求；二次杂光抑制结构2的凹面最低点距离星敏感器3中心距离为6158mm；一次杂光抑制结构1的内表面、二次杂光抑制结构2的凹面和光学暗室7内表面均喷涂有吸光率为96.5％的消光漆。

Claims (10)

1.面向星敏感器地面测试与验证的杂光抑制系统，其特征在于，包括：一次杂光抑制结构(1)、二次杂光抑制结构(2)和光学暗室(7)；
一次杂光抑制结构(1)为顶端封闭的圆筒形，一次杂光抑制结构(1)的侧壁上设有开口，一次杂光抑制结构(1)的内表面均匀排布有多个圆锥消光结构(8)，位于一次杂光抑制结构(1)顶部的圆锥消光结构(8)尖端均朝向一次杂光抑制结构(1)的底部，位于一次杂光抑制结构(1)圆周壁上的圆锥消光结构(8)的中轴均沿一次杂光抑制结构(1)的径向设置，且圆锥消光结构(8)的尖端均朝向一次杂光抑制结构(1)的中轴，
二次杂光抑制结构(2)为弧形结构，二次杂光抑制结构(2)的凹面均匀排布有多个圆锥消光结构(8)，该多个圆锥消光结构(8)的中轴均沿二次杂光抑制结构(2)的径向设置，且圆锥消光结构(8)的尖端均朝向二次杂光抑制结构(2)的中轴，
星敏感器(3)位于一次杂光抑制结构(1)内部、并坐落在旋转平台(4)上，光源(6)发出的光能够经过一次杂光抑制结构(1)的开口入射至星敏感器(3)上，旋转平台(4)用于带动星敏感器(3)旋转、使得星敏感器(3)获得不同角度的入射光，二次杂光抑制结构(2)的凹面朝向一次杂光抑制结构(1)的开口，使得星敏感器(3)的视场经一次杂光抑制结构(1)的开口后指向二次杂光抑制结构(2)的凹面，
一次杂光抑制结构(1)、二次杂光抑制结构(2)和光源(6)均位于光学暗室(7)内。
2.根据权利要求1所述的面向星敏感器地面测试与验证的杂光抑制系统，其特征在于，相邻的圆锥消光结构(8)圆端的外圆相切或相互之间留有间隙。
3.根据权利要求1所述的面向星敏感器地面测试与验证的杂光抑制系统，其特征在于，圆锥消光结构(8)的高与底面直径比值大于5。
4.根据权利要求3所述的面向星敏感器地面测试与验证的杂光抑制系统，其特征在于，圆锥消光结构(8)的高为400mm、底面直径为50mm，圆锥消光结构(8)为中空结构，壁厚为1mm。
5.根据权利要求1所述的面向星敏感器地面测试与验证的杂光抑制系统，其特征在于，一次杂光抑制结构(1)底面半径为1910mm、高为3400mm，开口尺寸为2067mm×1050mm。
6.根据权利要求1所述的面向星敏感器地面测试与验证的杂光抑制系统，其特征在于，开口能够满足星敏感器(3)20°至60°的光照角度测试范围要求。
7.根据权利要求1所述的面向星敏感器地面测试与验证的杂光抑制系统，其特征在于，二次杂光抑制结构(2)的凹面最低点距离星敏感器(3)中心距离为6158mm。
8.根据权利要求1所述的面向星敏感器地面测试与验证的杂光抑制系统，其特征在于，一次杂光抑制结构(1)的内表面、二次杂光抑制结构(2)的凹面和光学暗室(7)内表面均喷涂有消光漆。
9.根据权利要求8述的面向星敏感器地面测试与验证的杂光抑制系统，其特征在于，消光漆的吸光率为96.5％。
10.根据权利要求1所述的面向星敏感器地面测试与验证的杂光抑制系统，其特征在于，利用光学平台(5)支撑旋转平台(4)。
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