[发明专利]一种用于星跟踪器的长焦距光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于白天测星的长焦距星跟踪器光学系统，特别涉及一种采用同轴折反射结构的、工作于可见近红外波段的长焦距、小视场、大口径星跟踪器光学系统。

背景技术

星跟踪器是星相机的一种，是一种可为航空控制系统提供位置信息和姿态信息的天文导航设备，是保证飞机、航天器等正常飞行的重要部件。随着航空技术的发展，对飞行器导航精度的要求越来越高，星跟踪器向着长焦距和微型化要求方向发展。

参见附图1，星跟踪器一般包括光学成像系统、探测器、机械运动装置、星像信号处理软件、电路和驱动机构等。其工作方式有两种模式：初始姿态捕获模式和跟踪模式，在大多数时间内，星跟踪器都工作于跟踪模式，对一颗导航星进行跟踪，测出星体的高度角和方位角，完成导航解算。

星跟踪器的性能与其光学系统质量密切相关。为适用于白天测星，根据2MASS星库中的数据和分析计算可知，工作波段最好在可见近红外波段，另外，为实现高精度跟踪，要求系统焦距长。即要求系统同时具有宽工作波段和长焦距性能，这两者会分别导致色差和二级光谱严重。若采用纯反射式系统，它虽具有无色差的优点，但存在中心遮拦，会损失光通量，并且，在焦距较长的情况下，微型化难度大。折射式光学系统比较容易实现高成像质量的要求，但仍存在长焦距情况下，系统筒长较长，且二级光谱严重。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种体积小、结构简单紧凑、适用波段宽、成像性能优、稳定性好的用于星跟踪器的长焦距光学系统。

本发明所采用的技术方案是：提供一种用于星跟踪器的长焦距光学系统，它为折反射光学系统；沿光线入射方向，依次为弯月形球面负透镜、非球面主反射镜、非球面次反射镜、第一补偿球面负透镜、第二补偿球面负透镜和补偿球面正透镜，它们安装于同一个镜筒内；它们的焦距相对长焦距光学系统焦距的归一化值分别对应为≤f’₁、f’₂、f’₃、f’₄₁、f’₄₂和f’₄₃，满足条件-56≤f’₁≤-51、0.08≤f’₂≤0.09、-0.02≤f’₃≤-0.01、-0.01≤f’₄₁≤-0.009、-0.04≤f’₄₂≤-0.03和0.01≤f’₄₃≤0.02；所述的非球面主反射镜，其非球面系数包括四次方项e和六次方项e，满足条件2.2E-8≤e≤2.5E-8，3.9E-13≤e≤4.2E-13；所述的非球面主反射镜，其非球面系数包括四次方项e和六次方项e，满足条件7.3E-6≤e≤7.5E-6，-1.9E-9≤e≤-1.7E-9。

所述弯月形球面负透镜、第一补偿球面负透镜、第二补偿球面负透镜和补偿球面正透镜，它们所用材料的折射率依次对应为n₁、n₄₁、n₄₂、和n₄₃，满足条件1.35≤n₁≤1.55、1.25≤n₄₁≤1.45、1.33≤n₄₂≤1.53和1.37≤n₄₃≤1.65。

本发明所述的一种用于星跟踪器的长焦距光学系统的焦距f的值为998mm≤f≤1002mm；其镜筒长度L的值为79≤L≤81mm。光学系统满足像方远心成像。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明光学系统焦距998mm≤f≤1002mm，相应的筒长L不到焦距的十分之一，具有体积小、结构简单紧凑的特点。

2、采用本发明技术方案，光学系统满足像方远心成像，能有效提高探测精度。

3、采用同轴折反射结构，工作于可见近红外波段，具有长焦距、小视场、大口径的特点，适用波段宽、成像性能优、稳定性好。

附图说明

图1是星跟踪器跟踪模式时的工作原理示意图；

图2是本发明实施例提供的用于星跟踪器的长焦距光学系统的成像光路图；

图3是本发明实施例提供的全透镜补偿组的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的用于星跟踪器的长焦距光学系统像面的光线追迹点列图；

图5是本发明实施例提供的用于星跟踪器的长焦距光学系统的能量集中度曲线；