CN112129323B - 基于分束封窗的抖动补偿型星模拟系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于分束封窗的抖动补偿型星模拟系统，包括光源、第一目标准直镜组、反射镜、分束镜、探测会聚镜组、探测装置、抖动补偿镜、第二目标会聚镜组、星模拟器、分束封窗、星敏感器，由光源发出的光经所述系统形成参考光路、目标模拟光路、探测补偿信号光路。本发明可实现通过分束光学封窗同时完成目标模拟光的透射以及探测补偿信号光的反射两种功能，通过CCD探测器同时探测到参考光和探测补偿信号光，计算出系统的抖动量，控制抖动补偿镜进行反馈补偿，进而抵消光束由于透镜组的震动而产生的抖动影响，降低机械环境的不稳定对系统的影响，使星模拟器能够更精准的进行地面标定。

Description

基于分束封窗的抖动补偿型星模拟系统

技术领域

本发明属于航天器标定技术领域，具体涉及一种基于分束封窗的抖动补偿型星模拟系统。

背景技术

星敏感器是一种高精度的空间姿态光学敏感器,在航天领域得到了广泛而深入的应用，其中航天器及高精度卫星常采用空间光学姿态敏感器进行实时姿态捕捉和测量，星敏感器通过星图实时计算出飞行位置偏差和姿态偏差，飞行器可以根据其提供的偏差数据随后进行校正。

星模拟器作为星敏感器在地面标定的重要部分，可以模拟天空中星的位置，亮度等特性。由于地面研制环境与在轨运行环境不一致，使得星敏感器在轨运行存在误差。星模拟器是为了标定这一偏差实施的一种环境模拟技术，同时星模拟器性能与地面环境有关，而地面环境存在振动，为了提升地面标定效果，需要振动补偿技术。这里提出了使用分束封窗的振动补偿技术，在标定过程中可以测量出由于振动造成的光学元件抖动对于光束的影响，并且有针对性的通过补偿补偿镜进行补偿，提高地面标定的精度。

发明内容

本发明解决的技术问题是克服现有技术的不足，提出了一种结构简单，不会遮挡光束的抖动补偿型星模拟系统，使用分束光学封窗同时完成目标模拟光的透射以及探测补偿信号光的反射两种功能，并且调整抖动补偿镜对光路进行补偿。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

基于分束封窗的抖动补偿型星模拟系统，包括光源、第一目标准直镜组、反射镜、分束镜、探测会聚镜组、探测装置、抖动补偿镜、第二目标会聚镜组、星模拟器、分束封窗、星敏感器，由光源发出的光经所述系统形成参考光路、目标模拟光路、探测补偿信号光路，其中：

参考光路：光源发出的光经第一目标准直镜组形成第一光束，第一光束经分束镜反射形成第二光束，第二光束由反射镜反射后透射过分束镜，经探测会聚镜组会聚在所述探测装置上，所述参考光路不包含系统的抖动量信息；

目标模拟光路：光源发出的光经第一目标准直镜组形成第一光束，第一光束透射过分束镜后形成第三光束，第三光束经过抖动补偿镜和第二目标会聚镜组后，透射过星模拟器成为平行光束，平行光束一部分被分束封窗反射形成第五光束，另一部分为透射过分束封窗的第四光束，第四光束由星敏感器接收；

探测补偿信号光路：第五光束透射过第二目标会聚镜组并被抖动补偿镜和分束镜反射，反射光束经探测会聚镜组会聚在所述探测装置上，所述探测补偿信号光路包含系统抖动量信息。

更进一步的，所述探测装置探测补偿信号光与参考光的空间位置差异，通过比对二者的位置差异，控制抖动补偿镜进行反馈补偿。

更进一步的，所述抖动补偿镜是倾斜角度可调节的平面反射镜。

更进一步的，所述抖动补偿镜是固定于压电陶瓷倾斜台上的小口径平面反射镜，用于快速倾斜补偿。

更进一步的，所述第一目标准直镜组为系统提供大视场星点目标，所述第二目标会聚镜组为星模拟器提供大视场的星图模拟。

更进一步的，所述探测会聚镜组由扩束系统和会聚系统组成，用于对探测光在探测装置上的偏移量进行放大。

更进一步的，所述分束封窗为平板光学元件，其上表面镀有高反膜，下表面镀有增透膜，用于同时进行目标模拟光的透射以及探测补偿信号光的反射。

更进一步的，通过控制镀膜厚度，调整所需反射光的强度，所述分束封窗对后续光路中的星敏感器无遮挡。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的抖动补偿型星模拟系统，可通过探测装置测量出参考光与探测补偿信号光之间的位置差异，计算出系统的抖动量后调整抖动补偿反射镜进行相应的补偿，使星模拟器有更好的性能，在地面标定更加准确，通过本发明测量系统抖动量，误差小，成本低，操作简单，具有很高的通用性与实用性。本发明使用分束封窗替代传统反射镜，通过控制镀膜厚度，可以调节出合适的反射率，解决了以往光路中的反射镜对于后续光路中的星敏感器的遮挡的问题，可以充分利用星敏感器的全部通光口径中的光束，并且通过合适的镀膜厚度，可以调整所需反射光的强度。

附图说明

图1是总光路示意图；

图2是参考光路示意图；

图3是探测补偿信号光路示意图；

图4是分束封窗示意图。

图中标记：1、光源(1)；2、目标准直镜组；3、反射镜；4、分束镜；5、探测会聚镜组；6、CCD探测器；7、抖动补偿镜；8、目标会聚镜组；9、星模拟器；10、分束封窗；10-1、高反膜；10-2、增透膜；11、星敏感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明基于分束封窗的抖动补偿型星模拟系统可以实现星模拟器目标模拟光的透射功能以及探测信号光的反射功能，同时可以快速控制抖动补偿镜对光路进行快速反馈补偿。

该系统如图1所示，包括：光源1、第一目标准直镜组2、反射镜3、分束镜4、探测会聚镜组5、探测装置、抖动补偿镜7、第二目标会聚镜组8、星模拟器9、分束封窗10、星敏感器11。其中：星模拟器9是特定设备，提供模拟星光的作用；第一目标准直镜组2可以提供大视场星点目标；第二目标会聚镜组8可以给星模拟器提供大视场的星图模拟。需要说的是，本发明中的探测装置的类型可以根据具体需要进行选择，只要能探测补偿信号光与参考光的空间位置差异，通过比对二者的位置差异，控制抖动补偿镜7进行反馈补偿即可。本实施例仅以CCD探测器6示例说明。

由光源发出的光经所述系统形成参考光路、目标模拟光路、探测补偿信号光路，其中：

参考光路(如图2所示)：光源1发出的光经第一目标准直镜组2形成第一光束，第一光束经分束镜4反射形成第二光束，第二光束由反射镜3反射后透射过分束镜4，经探测会聚镜组5会聚在所述探测装置上，所述参考光路不包含系统的抖动量信息；

目标模拟光路：光源1发出的光经第一目标准直镜组2形成第一光束，第一光束透射过分束镜4后形成第三光束，第三光束经过抖动补偿镜7和第二目标会聚镜组8后，透射过星模拟器9成为平行光束，平行光束一部分被分束封窗10反射形成第五光束，另一部分为透射过分束封窗10的第四光束，第四光束由星敏感器11接收；

探测补偿信号光路(如图3所示)：第五光束透射过第二目标会聚镜组8并被抖动补偿镜7和分束镜4反射，反射光束经探测会聚镜组5会聚在所述探测装置上，所述探测补偿信号光路包含系统抖动量信息。

针对现有的反射光路是由反射镜进行反射，反射镜本身的口径会对后续光路中的星敏感器造成遮挡，造成光束能量下降等问题，本发明提供了一种基于分束封窗的抖动补偿型星模拟系统，整个装置可以实现星模拟器目标模拟光的透射功能以及探测信号光的反射功能，同时可以快速控制抖动补偿镜对光路进行快速反馈补偿；分束封窗可以反射探测补偿信号光，CCD接收后，与参考光相互比对，即可测量出系统的抖动量，通过控制抖动补偿镜即可补偿光路的偏差。

如图4所示，本实施例中的分束封窗10为一块高精度的平板光学元件，其上表面镀有高反膜，下表面镀有增透膜，可以同时完成目标模拟光的透射以及探测补偿信号光的反射两种功能。其中反射光自准直返回形成探测补偿信号，入射到探测CCD探测器6。通过CCD探测器6测量出参考光与探测补偿信号光之间的位置差异，计算出系统的抖动量后调整抖动补偿反射镜7进行相应的补偿。通过控制镀膜厚度，调整所需反射光的强度，分束封窗10对后续光路中的星敏感器11无遮挡。

本发明基于分束封窗的抖动补偿型星模拟系统，通过分束封窗解决了遮挡问题，通过控制镀膜厚度，即可匹配出相应的透射和反射的比例，可利用星敏感器全部通光口径。

本发明中的抖动补偿镜7的类型可以根据具体需要进行选择，只要能根据反馈信号进行补偿即可。本实施例中，优选倾斜角度可调节的平面反射镜作为抖动补偿镜7。为了使抖动补偿镜7能够快速响应反馈信号并快速倾斜补偿，本实施例中的抖动补偿镜7采用固定在压电陶瓷倾斜台上的小口径平面反射镜。

本实施例中，探测会聚镜组5由扩束系统和会聚系统组成，可以对探测光在CCD上的偏移量起到放大的作用。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。

综上所述，本发明基于分束封窗的抖动补偿型星模拟系统，可实现通过分束光学封窗同时完成目标模拟光的透射以及探测补偿信号光的反射两种功能，通过CCD探测器同时探测到参考光和探测补偿信号光，计算出系统的抖动量，控制抖动补偿镜进行反馈补偿，进而抵消光束由于透镜组的震动而产生的抖动影响，降低机械环境的不稳定对系统的影响，使星模拟器能够更精准的进行地面标定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于分束封窗的抖动补偿型星模拟系统，其特征在于，包括光源(1)、第一目标准直镜组(2)、反射镜(3)、分束镜(4)、探测会聚镜组(5)、探测装置、抖动补偿镜(7)、第二目标会聚镜组(8)、星模拟器(9)、分束封窗(10)、星敏感器(11)，由光源(1)发出的光经所述系统形成参考光路、目标模拟光路、探测补偿信号光路，其中：

参考光路：光源(1)发出的光经第一目标准直镜组(2)形成第一光束，第一光束经分束镜(4)反射形成第二光束，第二光束由反射镜(3)反射后透射过分束镜(4)，经探测会聚镜组(5)会聚在所述探测装置上，所述参考光路不包含系统的抖动量信息；

目标模拟光路：光源(1)发出的光经第一目标准直镜组(2)形成第一光束，第一光束透射过分束镜(4)后形成第三光束，第三光束经过抖动补偿镜(7)和第二目标会聚镜组(8)后，透射过星模拟器(9)成为平行光束，平行光束一部分被分束封窗(10)反射形成第五光束，另一部分为透射过分束封窗(10)的第四光束，第四光束由星敏感器(11)接收；

探测补偿信号光路：第五光束透射过第二目标会聚镜组(8)并被抖动补偿镜(7)和分束镜(4)反射，反射光束经探测会聚镜组(5)会聚在所述探测装置上，所述探测补偿信号光路包含系统抖动量信息；

所述分束封窗(10)为平板光学元件，其上表面镀有高反膜，下表面镀有增透膜，用于同时进行目标模拟光的透射以及探测补偿信号光的反射；通过控制镀膜厚度，调整所需反射光的强度，所述分束封窗对后续光路中的星敏感器无遮挡。

2.根据权利要求1所述的基于分束封窗的抖动补偿型星模拟系统，其特征在于，所述探测装置探测补偿信号光与参考光的空间位置差异，通过比对二者的位置差异，控制抖动补偿镜(7)进行反馈补偿。

3.根据权利要求1所述的基于分束封窗的抖动补偿型星模拟系统，其特征在于，所述抖动补偿镜(7)是倾斜角度可调节的平面反射镜。

4.根据权利要求3所述的基于分束封窗的抖动补偿型星模拟系统，其特征在于，所述抖动补偿镜(7)是固定于压电陶瓷倾斜台上的小口径平面反射镜，用于快速倾斜补偿。

5.根据权利要求1所述的基于分束封窗的抖动补偿型星模拟系统，其特征在于，所述第一目标准直镜组(2)为系统提供大视场星点目标，所述第二目标会聚镜组(8)为星模拟器(9)提供大视场的星图模拟。

6.根据权利要求1所述的基于分束封窗的抖动补偿型星模拟系统，其特征在于，所述探测会聚镜组(5)由扩束系统和会聚系统组成，用于对探测光在探测装置上的偏移量进行放大。

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