CN114323070B - 采用双面分光直角棱镜的三视场合成星图模拟系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用双面分光直角棱镜的三视场合成星图模拟系统及方法。该系统包括点光源、分束镜、准直系统、星敏感器、第一光源、第一星点分划板、第二光源、第二星点分划板、成像镜组。该模拟系统的光路包括固定单星星图光路、第一大视场星图光路、第二大视场星图光路。根据星敏感器的实际需要可以在星敏感器CCD上将上述三幅星图两两叠加或者三幅叠加形成多幅星图的星模拟器，以便扩大星模拟器的使用功能和标定精度，操作简单，具有很高的通用性与实用性。
Description
技术领域
本发明属于航天器标定技术领域，尤其涉及一种采用双面分光设计直角棱镜的三视场合成星图模拟系统及方法。
背景技术
姿态是影响运动物体运行轨迹和指向的重要参数。对要求精确定位的航天器来说，姿态更是需要精准控制。星敏感器是一种高精度的空间姿态光学敏感器，通过视场内的星图实时计算出飞行器位置偏差和姿态偏差。飞行器可以根据提供的数据进行校正，避免在轨道上不受控制的翻滚；由于星敏感器计算快精度高等特点已经成为空间飞行器上一个非常重要的组成部分。
受自然条件的限制，仅通过观星实验，不能实现星敏感器的地面精准标定。星模拟器作为空间光学姿态星敏感器的地面检测设备不仅解决了星敏感器在地面检测中外界环境因素的限制，而且还增强了星敏感器在真实工作条件下的可靠性。但是，目前的星模拟器都是一个系统只能同一时刻实现一种星图模拟的功能，没有办法满足既进行固定单星定位、移动星图追踪、以及大视场星图参考的多视场一体化功能。具有大视场、高精度、含有多个星点信息、含有多幅星图的星模拟器对航天空间技术的发展与进步有着深远意义。
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并且可以在星敏感器形成三种星图或者合成星图功能的星模拟系统及方法，以便扩大星模拟器的使用功能和标定精度。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明首先提供一种采用双面分光直角棱镜的三视场合成星图模拟系统，包括点光源、分束镜、准直成像系统、星敏感器、第一光源、第一星点分划板、第二光源、第二星点分划板、成像镜组；所述模拟系统的光路包括：
固定单星星图光路：点光源发出的第一光束经成像镜组会聚在分束镜内部，会聚点与第二星点分划板关于分束镜的第二分光面镜像对称；第一光束经分束镜的第一分光面透射，到达第二分光面反射至第一分光面，经第一分光面再次反射传播至准直成像系统成平行光束出射，最后在星敏感器靶面处形成固定单星星图；
第一大视场星图光路：第一光源发出的第二光束经第一星点分划板携带星板信息传播至分束镜，经分束镜透射至准直成像系统成平行光束出射，最后在星敏感器靶面处形成第一大视场星图；
第二大视场星图光路：第二光源发出的第三光束经第二星点分划板携带星板信息传播至分束镜，经分束镜反射至准直成像系统成平行光束出射，最后在星敏感器靶面处形成第二大视场星图。
进一步的，所述分束镜的第一分光面镀膜，所述镀膜满足：针对点光源发出的光为半透半反膜，针对第一光源发出的光为增透膜，针对第二光源发出的光为增反膜。所述分束镜的第二分光面镀膜，所述镀膜满足：针对点光源发出的光为增反膜，针对第二光源发出的光为增透膜。
进一步的，所述第一星点分划板和/或第二星点分划板设置于移动导轨上，用于在星敏感器靶面处进行移动星图追踪。
本发明还提供一种采用双面分光直角棱镜的三视场合成星图模拟方法，使用上述的固定单星星图光路、第一大视场星图光路、第二大视场星图光路三种光路的其中一种进行星光模拟；或者同时使用固定单星星图光路、第一大视场星图光路、第二大视场星图光路三种光路中的其中两种，进行两种星图合成；或者同时使用固定单星星图光路、第一大视场星图光路、第二大视场星图光路，进行三种星图合成以供星敏感器的标定。
进一步的，在星敏感器CCD上将固定单星星图光路、第一大视场星图光路、第二大视场星图光路中的三幅星图叠加或者两两叠加形成多幅星图的星模拟器。
本发明与现有技术相比，显著优点为：该系统结构简单并且可以在星敏感器靶面处形成由光纤点光源产生的固定单星星图，由第一光源照射第一星点分划板产生第一大视场星图，以及由第二光源照射第二星点分划板产生第二大视场星图。根据星敏感器的实际需要可以在星敏感器CCD上将上述三幅星图两两叠加或者三幅叠加形成多幅星图的星模拟器，以便扩大星模拟器的使用功能和标定精度，操作简单，具有很高的通用性与实用性。
附图说明
图1是总光路示意图；
图2是固定单星星图光路示意图；
图3是第一大视场星图光路示意图；
图4是第二大视场星图光路示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。
本实施例提供一种采用双面分光直角棱镜的三视场合成星图模拟系统。该模拟系统具有大视场、高精度的特点，可实现含有多个星点信息、含有多幅星图的星模拟器。
如图1所示，该采用双面分光直角棱镜的三视场合成星图模拟系统包括点光源1、分束镜2、准直成像系统3、星敏感器4、第一光源5、第一星点分划板6、第二光源7、第二星点分划板8、成像镜组9。通过镀膜技术和光路设计，即可实现固定单星星图光路、第一大视场星图光路、第二大视场星图光路三视场星图模拟。
所述镀膜技术是指在分束镜2包括分光面1和分光面2，如图1所示。分束镜2的分光面1镀膜满足：对光纤点光源1发出的光为半透半反膜，针对第一光源5发出的光镀增透膜，针对第二光源7发出的光镀增反膜；分束镜2的分光面2镀膜满足：针对光纤点光源1发出的光镀增反膜，针对第二光源7发出的光镀增透膜。
所述模拟系统的光路包括固定单星星图光路、第一大视场星图光路、第二大视场星图光路。其中：
固定单星星图光路如图2所示。点光源1发出的光束1经成像镜组9会聚在分束镜2内部，会聚点与第二星点分划板8关于分束镜2的分光面2镜像对称；光束1经分束镜2的分光面1透射，到达分光面2反射至分光面1，经分光面1再次反射传播至准直成像系统3成平行光束出射，最后在星敏感器4靶面处形成固定单星星图。
第一大视场星图光路如图3所示。第一光源5发出的光束2经第一星点分划板6携带星板信息传播至分束镜2，经分束镜2透射至准直成像系统3成平行光束出射，最后在星敏感器4靶面处形成第一大视场星图。
第二大视场星图光路如图4所示。第二光源7发出的光束3经第二星点分划板8携带星板信息传播至分束镜2，经分束镜2反射至准直成像系统3成平行光束出射，最后在星敏感器4靶面处形成第二大视场星图。
本实施例中，第一星点分划板6和/或者第二星点分划板8可放在移动导轨上，可在星敏感器靶面处实现移动星图追踪功能。
利用上述的采用双面分光直角棱镜的三视场合成星图模拟系统即可实现三视场合成星图模拟。具体方法为：使用上述的固定单星星图光路、第一大视场星图光路、第二大视场星图光路三种光路的其中一种进行星光模拟；或者同时使用固定单星星图光路、第一大视场星图光路、第二大视场星图光路三种光路中的其中两种，进行两种星图合成；或者同时使用固定单星星图光路、第一大视场星图光路、第二大视场星图光路，进行三种星图合成以供星敏感器的标定。具体的，在星敏感器CCD上将固定单星星图光路、第一大视场星图光路、第二大视场星图光路中的三幅星图叠加或者两两叠加形成多幅星图的星模拟器。
综上所述，本发明提出一种基于双面分光设计直角棱镜的三视场合成星图模拟系统及方法，该系统主要部件包括光纤点光源、分束镜、星点分划板、准直成像系统、成像镜组、第一光源、第二光源、星敏感器。该方法通过分束镜可实现由光纤点光源发出的光产生固定单星星图；由第一光源照射第一星点分划板产生第一大视场星图；以及由第二光源照射第二星点分划板产生第二大视场星图。根据实际需求，可以将三幅星图在星敏感器的靶面处进行叠加，合成一幅包含各种星点信息的多功能大视场模拟星图，以供星敏感器的标定。
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。
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 (4)
1.采用双面分光直角棱镜的三视场合成星图模拟系统，其特征在于：包括点光源(1)、分束镜(2)、准直成像系统(3)、星敏感器(4)、第一光源(5)、第一星点分划板(6)、第二光源(7)、第二星点分划板(8)、成像镜组(9)；所述模拟系统的光路包括：
固定单星星图光路：点光源(1)发出的第一光束经成像镜组(9)会聚在分束镜(2)内部，会聚点与第二星点分划板(8)关于分束镜(2)的第二分光面镜像对称；第一光束经分束镜(2)的第一分光面透射，到达第二分光面反射至第一分光面，经第一分光面再次反射传播至准直成像系统(3)成平行光束出射，最后在星敏感器(4)靶面处形成固定单星星图；
第一大视场星图光路：第一光源(5)发出的第二光束经第一星点分划板(6)携带星板信息传播至分束镜(2)，经分束镜(2)透射至准直成像系统(3)成平行光束出射，最后在星敏感器(4)靶面处形成第一大视场星图；
第二大视场星图光路：第二光源(7)发出的第三光束经第二星点分划板(8)携带星板信息传播至分束镜(2)，经分束镜(2)反射至准直成像系统(3)成平行光束出射，最后在星敏感器(4)靶面处形成第二大视场星图；
所述分束镜(2)的第一分光面镀膜，所述镀膜满足：
针对点光源(1)发出的光为半透半反膜，针对第一光源(5)发出的光为增透膜，针对第二光源(7)发出的光为增反膜；
所述分束镜(2)的第二分光面镀膜，所述镀膜满足：
针对点光源(1)发出的光为增反膜，针对第二光源(7)发出的光为增透膜。
2.根据权利要求1所述的采用双面分光直角棱镜的三视场合成星图模拟系统，其特征在于：所述第一星点分划板和/或第二星点分划板设置于移动导轨上，用于在星敏感器(4)靶面处进行移动星图追踪。
3.采用双面分光直角棱镜的三视场合成星图模拟方法，其特征在于：使用如权利要求1或2所述的固定单星星图光路、第一大视场星图光路、第二大视场星图光路三种光路的其中一种进行星光模拟；或者同时使用固定单星星图光路、第一大视场星图光路、第二大视场星图光路三种光路中的其中两种，进行两种星图合成；或者同时使用固定单星星图光路、第一大视场星图光路、第二大视场星图光路，进行三种星图合成以供星敏感器的标定。
4.根据权利要求3所述的采用双面分光直角棱镜的三视场合成星图模拟方法，其特征在于：在星敏感器CCD上将固定单星星图光路、第一大视场星图光路、第二大视场星图光路中的三幅星图叠加或者两两叠加形成多幅星图的星模拟器。
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