CN111650757B - 采用偏振滤光的全天时星敏感器的光学系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用偏振滤光的全天时星敏感器的光学系统，包含按序排列设置的孔径光阑、光学透镜组件和偏振滤光组件；光学透镜组件包含按序排列设置的第一至第六透镜；第一、第二、第四、第六透镜为球面正透镜，第三、第五透镜为球面负透镜；第一、第二、第三透镜收集经由孔径光阑的入射光并进行球差校正；第四、第五透镜对入射光进行色差校正；第六透镜的入射面对入射光进行轴外像差校正，出射面曲率确保光学系统的F数；偏振滤光组件采用闭环自适应方式，通过自动调节偏振方向，滤除入射光中的大气背景辐射光。本发明在对有效恒星能量影响最小的情况下，能最大限度的去除背景光的影响，使星敏感器可以有效的在大气层内进行全天时导航定位。

Description

采用偏振滤光的全天时星敏感器的光学系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种采用偏振滤光的全天时星敏感器的光学系统及其使用方法，具体是指一种能够全天时对大气背景光进行偏振过滤的光学系统及其使用方法，属于光学领域中的恒星导航技术领域。

背景技术

星敏感器是一种通过观测恒星来为卫星、航天器、空间站等载体提供空间姿态的仪器，是目前天文导航中精度最高的一种仪器。星敏感器所具有的精度高、体积小、重量轻、功耗低等特点，都是其区别于其他传统导航的显著优势。要使星敏感器能完成空间的定位，在其视场内至少需要观测到两颗以上的恒星。恒星根据其亮度可分为不同星等，其中天空中有1等星21颗，2等星46颗，3等星134颗，4等星458颗，5等星1476颗，6等星4840颗；星等越高，恒星亮度越暗。因此，为了增大星敏感器观测到恒星的概率，就需要星敏感器上安装的光学系统能观测到更暗的恒星。

在宇宙空间中使用星敏感器时，背景光的干扰基本可以忽略。但是当星敏感器在大气层内使用时，特别是在白天使用时，由于天空的背景辐射能量过强，基本会淹没6等星以上的恒星亮度，甚至连5等星也很难观测到。因此在这种情况下，使用星敏感器观测到恒星的概率就会大大降低，从而限制了星敏感器作为高精度导航仪器的优势，制约了其更广泛的使用。

解决星敏感器在白天观星的背景光干扰问题的途径有：1、增大光学系统的通光口径，不过需要增大到天文望远镜的量级才能有效，但是这就失去了星敏感器体积小、重量轻、功耗低的优点。2、选择的工作波段为近红外大气窗口，在大气窗口内，天空背景的辐射能量是有所降低的，但仍高于有效恒星能量，因此效果欠佳。3、增加滤光片，但是在滤光的同时，也会衰减有效恒星能量，因此同样效果欠佳。根据上述，总的来说现有的方法都没能真正解决星敏感器全天时观星的大气背景光的问题。

基于上述，本发明提出一种采用偏振滤光的全天时星敏感器的光学系统及其使用方法，第一次将偏振滤光的方法用于星敏感器中，并采用闭环自适应的偏振滤光方法，能够在对有效恒星能量影响最小的情况下，最大限度的去除大气背景光的影响，从而有效解决现有技术中存在的缺点和限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用偏振滤光的全天时星敏感器的光学系统及其使用方法，在对有效恒星能量影响最小的情况下，能最大限度的去除背景光的影响，使星敏感器可以有效的在大气层内进行全天时导航定位。

为实现上述目的，本发明提供一种采用偏振滤光的全天时星敏感器的光学系统，包含按序排列设置的孔径光阑、光学透镜组件和偏振滤光组件；其中，所述的光学透镜组件包含按序排列设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜；且第一透镜、第二透镜、第四透镜、第六透镜为球面正透镜，第三透镜、第五透镜为球面负透镜；第一透镜、第二透镜、第三透镜收集经由孔径光阑的入射光，并对入射光进行球差校正；第四透镜和第五透镜对入射光进行色差校正；第六透镜的入射面对入射光进行轴外像差校正，调整第六透镜出射面的曲率确保光学系统的F数；所述的偏振滤光组件采用闭环自适应方式，通过自动调节偏振方向，滤除入射光中的大气背景辐射光。

所述的偏振滤光组件包含：线偏振片，设置在第六透镜的出射面一侧，过滤入射光中的大气背景辐射光；探测器，设置在线偏振片的出射面一侧，对滤除了大气背景辐射光的入射光进行成像拍摄；计算机，与探测器连接，采集和处理由探测器拍摄的图像；旋转驱动器，分别与计算机以及线偏振片连接，根据计算机对图像的处理，控制旋转驱动器调整线偏振片的偏振方向。

所述的计算机处理由探测器拍摄的图像，根据图像的背景噪声灰度值判定线偏振片需要调整的偏振方向，并控制旋转驱动器对线偏振片的偏振方向进行对应调整。

所述的线偏振片位于光学系统的末端，在滤除大气背景辐射光的同时，可一并滤除镜筒内壁反射散射的杂光。

所述的第一透镜的入射面曲率半径为58.497mm，出射面曲率半径为-1762.79mm，中心厚度为8mm，制成第一透镜的玻璃材料的折射率为1.592，阿贝数为68.4。

所述的第二透镜的入射面曲率半径为44.641mm，出射面曲率半径为115.314mm，中心厚度为7mm，制成第二透镜的玻璃材料的折射率为1.881，阿贝数为41。

所述的第三透镜的入射面曲率半径为3277.047mm，出射面曲率半径为33.758mm，中心厚度为5mm，制成第三透镜的玻璃材料的折射率为1.907，阿贝数为21.4。

所述的第四透镜的入射面曲率半径为157.144mm，出射面曲率半径为-38.305mm，中心厚度为7.2mm，制成第四透镜的玻璃材料的折射率为1.592，阿贝数为68.4。

所述的第五透镜的入射面曲率半径为-37.832mm，出射面曲率半径为-80.111mm，中心厚度为5mm，制成第五透镜的玻璃材料的折射率为1.558，阿贝数为54。

所述的第六透镜的入射面曲率半径为15.413mm，出射面曲率半径为14.326mm，中心厚度为5mm，制成第六透镜的玻璃材料的折射率为2.022，阿贝数为29.1。

所述的孔径光阑设置于第一透镜的入射面顶点处；所述的第一透镜和第二透镜之间的间距为1mm；所述的第二透镜和第三透镜之间的间距为6.046mm；所述的第三透镜和第四透镜之间的间距为24.72mm；所述的第四透镜和第五透镜之间的间距为1.036mm；所述的第五透镜和第六透镜之间的间距为20mm；所述的第六透镜和线偏振片之间的间距为5mm。

所述的光学系统的工作波段为900nm～1400nm，焦距为75mm，F数为1.4，全视场为8°，后工作距为3mm。

本发明还提供一种采用偏振滤光的全天时星敏感器的光学系统的使用方法，包含以下步骤：

S1、装配如上所述的采用偏振滤光的全天时星敏感器的光学系统；

S2、在星敏感器正式工作前，对光学系统进行自检，确定线偏振片的最佳初始方向，并调整线偏振片的偏振方向至该最佳初始方向；

S3、星敏感器正式工作，其随着载体的运动指向不同的天区，并通过光学系统拍摄不同天区的图像进行导航工作；在此期间，偏振滤光组件作为闭环系统通过自适应方式调节线偏振片至最佳偏振方向，在拍摄图像时滤除大气背景的辐射光。

所述的S2中，具体包含以下步骤：

S21、计算机通过控制旋转驱动器，使线偏振片旋转360°，在线偏振片旋转的同时，探测器根据计算机设定的频率进行图像拍摄，并传输至计算机；

S22、计算机对采集到的每幅图像计算背景灰度值，选取拥有最小背景灰度值f_min(θ_i)的图像，并将该图像拍摄时线偏振片的偏振方向确定为最佳初始方向；

S23、计算机通过控制旋转驱动器，将线偏振片的当前偏振方向调整至最佳初始方向。

所述的S3中，具体包含以下步骤：

S31、计算机采集当前拍摄得到的图像，并计算该图像的背景灰度值f(θ)；

若f_min(θ_i)≥f(θ)，光学系统正常工作；

若f_min(θ_i)＜f(θ)，且当前图像中能观测到有效星等，光学系统正常工作；

若f_min(θ_i)＜f(θ)，且当前图像中无法观测到有效星等，继续S32；

S32、设定搜索的第一步长STEP，计算机通过控制旋转驱动器，使线偏振片调整至θ’＝θ+STEP的偏振方向，将搜索前的图像的背景灰度值f_before(θ)和搜索后的图像的背景灰度值f_after(θ’)进行比较；

若f_before(θ)≥f_after(θ’)成立时，继续S33；否则，继续以第一步长STEP进行搜索，直至成立为止；

S33、设定搜索的第二步长step，且第二步长step小于第一步长STEP，计算机通过控制旋转驱动器，使线偏振片调整至θ”＝θ’+step的偏振方向，将搜索前的图像的背景灰度值f_before(θ’)和搜索后的图像的背景灰度值f_after(θ”)进行比较；

若|f_before(θ’)-f_after(θ”)|≤0.001成立时，确认线偏振片当前处于最佳偏振方向，继续S34；否则，继续以第二步长step进行搜索，直至成立为止；

S34、在线偏振片处于最佳偏振方向时采集的图像中，若能观测到有效星等，光学系统正常工作；若无法观测到有效星等，光学系统异常，结束工作。

综上所述，本发明所提供的采用偏振滤光的全天时星敏感器的光学系统及其使用方法，具有以下积极有益的效果：

1、光学系统由6片球面透镜组成，无非球面和胶合面，使得光学系统更加稳定可靠且具有很好的经济性；

2、光学系统的焦距为75mm，F数为1.4，全视场为8°，后工作距为3mm，光学系统的镜头总体长度在100mm以内，具有小尺寸、轻重量的优点；

3、光学系统的工作波段为900nm～1400nm，选在大气透过率中的第一大气窗口，可以从本质上减小大气背景光的影响；

4、光学系统中采用线偏振片，在对有效恒星能量影响最小的情况下，通过偏振滤光的方式滤除大气背景光；并且将该线偏振片设置在光学系统的末端，还能够滤除由镜筒反射散射的杂光；

5、光学系统中采用闭环自适应方式对线偏振片的偏振方向进行调整，达到最佳的滤除背景光的效果；

6、光学系统可以有效提高星敏感器信噪比，增大其在白天观测暗星的能力，使星敏感器可以有效的在大气层内进行全天时导航定位。

附图说明

图1为本发明中的采用偏振滤光的全天时星敏感器的光学系统的结构示意图；

图2为本发明中的采用偏振滤光的全天时星敏感器的光学系统的各面型曲率和间距的标注示意图；

图3为本发明中的自适应偏振滤背景光的流程图；

图4为本发明中的采用偏振滤光的全天时星敏感器的光学系统的光路示意图；

图5为本发明中的采用偏振滤光的全天时星敏感器的光学系统的点列示意图。

具体实施方式

以下结合图1～图5，通过优选实施例对本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效予以详细说明。

星敏感器的作用就是收集其视场内的星光，并在探测器上成像，通过把成像的恒星图像与已知星图进行对比，从而标定出其所在飞行器当前的空间姿态。现有技术中，星敏感器主要应用于外太空环境中，但由于其具有高精度、体积小、重量轻，功率低等优点，目前包括航空、地面、海面等平台也都已经采用或是拟采用星敏感器来进行空间定位。因此，星敏感器也将大范围应用在大气层内。

但是，目前在大气层内应用星敏感器进行观星时的主要问题在于：在全天时使用过程中，特别是白天的情况下，大气背景辐射过强，导致星敏感器观测不到对应的可用有效恒星，从而无法完成导航定位，进而限制了星敏感器在大气层内使用。

为了有效解决上述难题，如图1所示，本发明提供一种采用偏振滤光的全天时星敏感器的光学系统，包含按序排列设置的孔径光阑1、光学透镜组件和偏振滤光组件；其中，所述的光学透镜组件包含按序排列设置的第一透镜2、第二透镜3、第三透镜4、第四透镜5、第五透镜6、第六透镜7；且该第一透镜2，第二透镜3，第四透镜5，第六透镜7为球面正透镜，该第三透镜4，第五透镜6为球面负透镜；所述的第一透镜2、第二透镜3、第三透镜4用于收集经由孔径光阑1的入射光，并对入射光进行球差校正；所述的第四透镜5和第五透镜6的作用相当于双胶合透镜，用于对入射光进行色差校正；所述的第六透镜7的前表面(光线的入射面)用于对入射光进行轴外像差校正，该第六透镜7的后表面(光线的出射面)的曲率用于确保光学系统的F数(对第六透镜7的出射面的曲率进行调整可保证光学系统的F数)，F表示光学系统的相对口径的倒数，是焦距与入瞳直径的比值；所述的偏振滤光组件采用闭环自适应方式，通过自动调节偏振方向，过滤大气背景辐射光。

如图1所示，所述的偏振滤光组件包含：线偏振片8，设置在第六透镜7的出射面一侧，用于过滤入射光中的大气背景辐射光；CCD(电荷耦合器件)探测器9，设置在线偏振片8的出射面一侧，用于对滤除了大气背景辐射光的入射光进行成像拍摄；计算机(PC)11，与CCD探测器9连接，采集和处理由CCD探测器9拍摄的图像；旋转驱动器10，分别与计算机11以及线偏振片8连接，根据计算机11对图像的处理，控制旋转驱动器10调整线偏振片8的偏振方向，以使得线偏振片8能最大限度的滤除大气背景中的辐射光。

具体的，所述的计算机11处理由CCD探测器9拍摄的图像，根据图像的背景噪声的灰度值判定线偏振片8需要调整的偏振方向，并控制旋转驱动器10对线偏振片8的偏振方向进行对应调整。

本发明中，所述的偏振滤光组件是一个由线偏振片8、CCD探测器9、旋转驱动器10和计算机11组成的闭环系统，可以自适应的完成线偏振片8的偏振方向的调整，使线偏振片8最大限度的滤除大气背景中的辐射光，从而达到最佳滤光效果。

本发明中，所述的线偏振片8位于整个光学系统的末端，不仅能够使得整个光学系统的结构更加紧凑，达到小型化的目的，同时能够滤除大气背景中的辐射光，并且还能够一并滤除由于镜筒内壁反射散射的杂光。

如图2所示，在光学系统中标识出了各个透镜的面型曲率和间距，如图4和图5所示，分别显示了该光学系统的光路图和点列图。其中：

所述的第一透镜2的前表面(入射面)曲率半径r1为58.497mm，后表面(出射面)曲率半径r2为-1762.79mm，该第一透镜2的中心厚度d1为8mm，制成该第一透镜2的玻璃材料的折射率n为1.592，阿贝数v(色散系数，衡量玻璃的光线色散程度)为68.4，玻璃牌号为N-PSK57。

所述的第二透镜3的前表面(入射面)曲率半径r3为44.641mm，后表面(出射面)曲率半径r4为115.314mm，该第二透镜3的中心厚度d3为7mm，制成该第二透镜3的玻璃材料的折射率n为1.881，阿贝数v为41，玻璃牌号为LASFN31。

所述的第三透镜4的前表面(入射面)曲率半径r5为3277.047mm，后表面(出射面)曲率半径r6为33.758mm，该第三透镜4的中心厚度d5为5mm，制成该第三透镜4的玻璃材料的折射率n为1.907，阿贝数v为21.4，玻璃牌号为P-SF67。

所述的第四透镜5的前表面(入射面)曲率半径r7为157.144mm，后表面(出射面)曲率半径r8为-38.305mm，该第四透镜5的中心厚度d7为7.2mm，制成该第四透镜5的玻璃材料的折射率n为1.592，阿贝数v为68.4，玻璃牌号为N-PSK57。

所述的第五透镜6的前表面(入射面)曲率半径r9为-37.832mm，后表面(出射面)曲率半径r10为-80.111mm，该第五透镜6的中心厚度d9为5mm，制成该第五透镜6的玻璃材料的折射率n为1.558，阿贝数v为54，玻璃牌号N-KZFS2。

所述的第六透镜7的前表面(入射面)曲率半径r11为15.413mm，后表面(出射面)曲率半径r12为14.326mm，该第六透镜7的中心厚度d11为5mm，制成该第六透镜7的玻璃材料的折射率n为2.022，阿贝数v为29.1，玻璃牌号为LASF35。

进一步，如图2所示，所述的孔径光阑1设置于第一透镜2的入射面顶点处；所述的第一透镜2和第二透镜3之间的间距d2为1mm；所述的第二透镜3和第三透镜2之间的间距d4为6.046mm；所述的第三透镜4和第四透镜5之间的间距d6为24.72mm；所述的第四透镜5和第五透镜6之间的间距d8为1.036mm；所述的第五透镜6和第六透镜7之间的间距d10为20mm；所述的第六透镜7和线偏振片8之间的间距d12为5mm。

本发明中，所述的光学系统的工作波段为900nm～1400nm，焦距为75mm，F数为1.4，全视场为8°，后工作距为3mm。

如图3所示，本发明还提供一种采用偏振滤光的全天时星敏感器的光学系统的使用方法，包含以下步骤：

S1、如图1所示，装配如上所述的采用偏振滤光的全天时星敏感器的光学系统；

S2、在星敏感器正式工作(导航定位)前，对光学系统进行自检，确定线偏振片8的最佳初始方向，并调整线偏振片8的偏振方向至该最佳初始方向；

S3、星敏感器正式工作，其随着载体的运动而指向不同的天区，并通过光学系统拍摄不同天区的图像进行导航工作；在此期间，偏振滤光组件作为闭环系统通过自适应方式调节线偏振片8至最佳偏振方向，最大限度的去除大气背景的辐射光，实现拍摄图像的最佳效果。

所述的S2中，具体包含以下步骤：

S21、计算机11通过控制旋转驱动器10，使线偏振片8旋转360°，在线偏振片8旋转的同时，CCD探测器9根据计算机11设定的频率进行图像拍摄，并传输至计算机11；

S22、计算机11对采集到的每幅图像计算背景灰度值(平均值)，从中选取拥有最小背景灰度值f_min(θ_i)的图像(即表明该图像中拍摄到的星点最多，图像信噪比最好)，并将该图像拍摄时线偏振片8的偏振方向确定为最佳初始方向；

S23、计算机11通过控制旋转驱动器10，将线偏振片8的当前偏振方向调整至最佳初始方向；该最佳初始方向即为星敏感器在其所指向的天区中，线偏振片8可达到最佳滤光效果的方向。

所述的S3中，具体包含以下步骤：

S31、计算机11采集CCD探测器9当前拍摄得到的图像，并计算该图像的背景灰度值f(θ)；将该背景灰度值f(θ)与自检过程中得到的最小背景灰度值f_min(θ_i)进行比较；

若f_min(θ_i)≥f(θ)，则说明当前图像的背景灰度值小于初始状态，即光学系统被视为可以正常工作；

若f_min(θ_i)＜f(θ)，则说明当前图像的背景灰度值有所增大；但若当前图像中的有效星等能够被观测到，则光学系统仍然被视为可以正常工作；反之，若当前图像中无法观测到有效星等，则说明线偏振片8的当前偏振方向需要调整，继续S32；

S32、设定搜索的第一步长为STEP，计算机11通过控制旋转驱动器10，使线偏振片8调整至θ’＝θ+STEP的偏振方向，将此次搜索前的图像的背景灰度值f_before(θ)和搜索完成后的图像的背景灰度值f_after(θ’)进行比较；

若f_before(θ)≥f_after(θ’)不成立时，则继续以第一步长STEP进行搜索，直至该判断条件成立为止；

若f_before(θ)≥f_after(θ’)成立时，则说明通过迭代搜索后，也就是线偏振片8的偏振方向调整之后，图像的背景灰度值有所减少，那么可减小步长继续搜索，即继续S33；

S33、设定搜索的第二步长为step，且第二步长step小于第一步长STEP，计算机11通过控制旋转驱动器10，使线偏振片8调整至θ”＝θ’+step的偏振方向，将此次搜索前的图像的背景灰度值f_before(θ’)和搜索完成后的图像的背景灰度值f_after(θ”)进行比较；

若|f_before(θ’)-f_after(θ”)|≤0.001不成立时，则继续以第二步长step进行搜索，直至该判断条件成立为止；

若|f_before(θ’)-f_after(θ”)|≤0.001成立时，则确认线偏振片8的当前偏振方向即为此时星敏感器所指向的天区在拍摄成像时的最佳偏振方向，采用该偏振方向能够达到最好的大气滤光效果，继续S34；

S34、在线偏振片8采用最佳偏振方向时采集的图像中，若能够观测到有效星等，则光学系统被视为可以正常工作；反之，若无法观测到有效星等，则说明光学系统在完成了最佳滤背景光的偏振方向的调节之后仍然无法观测到有效星等，即视为光学系统异常，直接结束工作。

综上所述，为了解决星敏感器在大气层内进行全天观星时，由于白天背景光太强，导致无法观测到有效恒星，从而限制星敏感器正常使用的问题，本发明提供一种采用偏振滤光的全天时星敏感器的光学系统及其使用方法，在对有效恒星能量影响最小的情况下，能最大限度的去除背景光的影响。

本发明考虑到大气背景光具有很强的偏振性，但是恒星发出的光几乎不具有偏振性，因此考虑采用偏振滤光的方式，从而能够有效滤除背景中的辐射光。

进一步，考虑到在不同的空间指向上，大气背景光的偏振方向是不同的，因此考虑采用能够自适应调节偏振方向的方式来进行滤光，从而达到最佳的滤光效果。通过线偏振片、探测器、旋转驱动器和计算机组成闭环的偏振滤光组件，在星敏感器工作时，通过计算机处理探测器拍摄的图像，确定出滤除背景光的最佳偏振方向，并通过旋转驱动器将线偏振片调节到此偏振方向，进而完成自适应的滤光过程。该偏振滤光组件精密可调，可达到最佳滤除背景光的效果，提升了星敏感器大气层内的观星能力。

因此，本发明提供的采用偏振滤光的全天时星敏感器的光学系统及其使用方法，具有以下积极有益的效果：

1、光学系统由6片球面透镜组成，无非球面和胶合面，使得光学系统更加稳定可靠且具有很好的经济性；

2、光学系统的焦距为75mm，F数为1.4，全视场为8°，后工作距为3mm，光学系统的镜头总体长度在100mm以内，具有小尺寸、轻重量的优点；

3、光学系统的工作波段为900nm～1400nm，选在大气透过率中的第一大气窗口，可以从本质上减小大气背景光的影响；

4、光学系统中采用线偏振片，在对有效恒星能量影响最小的情况下，通过偏振滤光的方式滤除大气背景光；并且将该线偏振片设置在光学系统的末端，还能够滤除由镜筒反射散射的杂光；

5、光学系统中采用闭环自适应方式对线偏振片的偏振方向进行调整，达到最佳的滤除背景光的效果；

6、光学系统可以有效提高星敏感器信噪比，增大其在白天观测暗星的能力，使星敏感器可以有效的在大气层内进行全天时导航定位。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种采用偏振滤光的全天时星敏感器的光学系统的使用方法，其特征在于，包含以下步骤：

S1、装配采用偏振滤光的全天时星敏感器的光学系统；

该光学系统包含：按序排列设置的孔径光阑、光学透镜组件和偏振滤光组件；

所述的偏振滤光组件包含：线偏振片，设置在光学透镜组件的出射面一侧，过滤入射光中的大气背景辐射光；探测器，设置在线偏振片的出射面一侧，对滤除了大气背景辐射光的入射光进行成像拍摄；计算机，与探测器连接，采集和处理由探测器拍摄的图像；旋转驱动器，分别与计算机以及线偏振片连接，根据计算机对图像的处理，控制旋转驱动器调整线偏振片的偏振方向；

S2、在星敏感器正式工作前，对光学系统进行自检，确定线偏振片的最佳初始方向，并调整线偏振片的偏振方向至该最佳初始方向；具体包含以下步骤：

S21、计算机通过控制旋转驱动器，使线偏振片旋转360°，在线偏振片旋转的同时，探测器根据计算机设定的频率进行图像拍摄，并传输至计算机；

S22、计算机对采集到的每幅图像计算背景灰度值，选取拥有最小背景灰度值f_min(θ_i)的图像，并将该图像拍摄时线偏振片的偏振方向确定为最佳初始方向；

S23、计算机通过控制旋转驱动器，将线偏振片的当前偏振方向调整至最佳初始方向；

S3、星敏感器正式工作，其随着载体的运动指向不同的天区，并通过光学系统拍摄不同天区的图像进行导航工作；在此期间，偏振滤光组件作为闭环系统通过自适应方式调节线偏振片至最佳偏振方向，在拍摄图像时滤除大气背景的辐射光。

2.如权利要求1所述的采用偏振滤光的全天时星敏感器的光学系统的使用方法，其特征在于，所述的S3中，具体包含以下步骤：

S31、计算机采集当前拍摄得到的图像，并计算该图像的背景灰度值f(θ)；

若f_min(θ_i)≥f(θ)，光学系统正常工作；

若f_min(θ_i)＜f(θ)，且当前图像中能观测到有效星等，光学系统正常工作；

若f_min(θ_i)＜f(θ)，且当前图像中无法观测到有效星等，继续S32；

S32、设定搜索的第一步长STEP，计算机通过控制旋转驱动器，使线偏振片调整至θ’＝θ+STEP的偏振方向，将搜索前的图像的背景灰度值f_before(θ)和搜索后的图像的背景灰度值f_after(θ’)进行比较；

若f_before(θ)≥f_after(θ’)成立时，继续S33；否则，继续以第一步长STEP进行搜索，直至成立为止；

S33、设定搜索的第二步长step，且第二步长step小于第一步长STEP，计算机通过控制旋转驱动器，使线偏振片调整至θ”＝θ’+step的偏振方向，将搜索前的图像的背景灰度值f_before(θ’)和搜索后的图像的背景灰度值f_after(θ”)进行比较；

若|f_before(θ’)-f_after(θ”)|≤0.001成立时，确认线偏振片当前处于最佳偏振方向，继续S34；否则，继续以第二步长step进行搜索，直至成立为止；

S34、在线偏振片处于最佳偏振方向时采集的图像中，若能观测到有效星等，光学系统正常工作；若无法观测到有效星等，光学系统异常，结束工作。

3.如权利要求1所述的采用偏振滤光的全天时星敏感器的光学系统的使用方法，其特征在于，所述的光学透镜组件包含按序排列设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜；

第一透镜、第二透镜、第四透镜、第六透镜为球面正透镜，第三透镜、第五透镜为球面负透镜；

第一透镜、第二透镜、第三透镜收集经由孔径光阑的入射光，并对入射光进行球差校正；第四透镜和第五透镜对入射光进行色差校正；第六透镜的入射面对入射光进行轴外像差校正，调整第六透镜出射面的曲率确保光学系统的F数。

4.如权利要求1所述的采用偏振滤光的全天时星敏感器的光学系统的使用方法，其特征在于，所述的计算机处理由探测器拍摄的图像，根据图像的背景噪声灰度值判定线偏振片需要调整的偏振方向，并控制旋转驱动器对线偏振片的偏振方向进行对应调整。

5.如权利要求1所述的采用偏振滤光的全天时星敏感器的光学系统的使用方法，其特征在于，所述的线偏振片位于光学系统的末端，在滤除大气背景辐射光的同时，一并滤除镜筒内壁反射散射的杂光。

6.如权利要求3所述的采用偏振滤光的全天时星敏感器的光学系统的使用方法，其特征在于，

所述的第一透镜的入射面曲率半径为58.497mm，出射面曲率半径为-1762.79mm，中心厚度为8mm，制成第一透镜的玻璃材料的折射率为1.592，阿贝数为68.4；

所述的第二透镜的入射面曲率半径为44.641mm，出射面曲率半径为115.314mm，中心厚度为7mm，制成第二透镜的玻璃材料的折射率为1.881，阿贝数为41；

所述的第三透镜的入射面曲率半径为3277.047mm，出射面曲率半径为33.758mm，中心厚度为5mm，制成第三透镜的玻璃材料的折射率为1.907，阿贝数为21.4；

所述的第四透镜的入射面曲率半径为157.144mm，出射面曲率半径为-38.305mm，中心厚度为7.2mm，制成第四透镜的玻璃材料的折射率为1.592，阿贝数为68.4；

所述的第五透镜的入射面曲率半径为-37.832mm，出射面曲率半径为-80.111mm，中心厚度为5mm，制成第五透镜的玻璃材料的折射率为1.558，阿贝数为54；

所述的第六透镜的入射面曲率半径为15.413mm，出射面曲率半径为14.326mm，中心厚度为5mm，制成第六透镜的玻璃材料的折射率为2.022，阿贝数为29.1。

7.如权利要求6所述的采用偏振滤光的全天时星敏感器的光学系统的使用方法，其特征在于，

所述的孔径光阑设置于第一透镜的入射面顶点处；

所述的第一透镜和第二透镜之间的间距为1mm；

所述的第二透镜和第三透镜之间的间距为6.046mm；

所述的第三透镜和第四透镜之间的间距为24.72mm；

所述的第四透镜和第五透镜之间的间距为1.036mm；

所述的第五透镜和第六透镜之间的间距为20mm；

所述的第六透镜和线偏振片之间的间距为5mm。

8.如权利要求7所述的采用偏振滤光的全天时星敏感器的光学系统的使用方法，其特征在于，所述的光学系统的工作波段为900nm～1400nm，焦距为75mm，F数为1.4，全视场为8°，后工作距为3mm。

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