[发明专利]一种宽幅低杂光全天时星跟踪器光学结构

说明书

本发明属于光学设计领域，具体涉及一种能够全天时观测恒星实现导航的宽幅低杂光全天时星跟踪器光学结构，其特点是：结构紧凑、能够有效抑制背景光、且扫面范围大。该光学结构包括扫描反射镜、带通滤波片、第一负透镜、平面反射镜、主反射镜、第二负透镜、第一正透镜、第二正透镜和第三负透镜；第一负透镜为孔径光阑，主反射镜的发射面为凹型的二次非球面，平面反射镜中心开设有通孔；入射光依次通过扫描反射镜、带通滤波片、第一负透镜后被平面反射镜反射至主反射镜,主反射镜再次反射的光路依次通过平面反射镜的通孔、第二负透镜、第一正透镜、第二正透镜和第三负透镜后出射至外部成像单元。

技术领域

本发明属于光学设计领域，具体涉及一种能够全天时观测恒星实现导航的宽幅低杂光全天时星跟踪器光学结构。

背景技术

惯性陀螺仪是具有高瞬时姿态测量精度的导航设备。但是在长时间工作的情况下，其漂移量造成的误差较大，需要增加外部校正误差装备。与之相比，星敏感器利用恒星的位置导航，无姿态累积误差，探测的结果更为准确。因此，将惯性导航系统和星光结合从而实现长时间的高精度导航是目前研究的热点方向。

惯性/星光组合导航凭借其高测量精度，在航空航天领域中具有广泛应用。但是由于白天天空背景辐射非常强，导致白天观测恒星时的对比度比夜间观测恒星的对比度相差10⁵倍，因此给在大气层内工作的需要全天时观星的星敏感器带来了很大的困难。

美国对于全天时星敏感器的研究从上世纪八十年代末开始。2006年，美国Microcosm公司系统采用三个视场来观测三个不同方向的原理，研发出了DayStar系统，其口径为76mm，视场角30°，可以在白天的海平面上观测到7.1Mv恒星(参见文章Microcosmannounces advances in daytime stellar imaging)。但三个镜头同时观测的方式所需要的系统硬件十分复杂。

BLAST系统使用100mm口径和200mm焦距的大口径长焦距镜头加4英尺长的遮光罩在高空气球平台实现了白昼观星(参见文章BLAST autonomous daytime star cameras)。

九十年代，国内中国科学院长春光机所曾用350mm口径，3000mm焦距的电影经纬仪实现在白天观测3Mv星，但是其体积较大，质量较重，不适用于诸如飞行器等需要轻小型化系统的场合。

专利CN201310390501.0提出一种全天时小型化恒星跟踪光学系统，该系统将扫描光路和成像光路重叠，需要的额外通光孔径很大，导致非工作口径较大，非成像光线直接照射在光学系统的次镜上，引入了很强的背景辐射光并且难以抑制。

发明内容

为了解决背景技术中提到的杂散光抑制问题，本发明提供了一种结构紧凑、能够有效抑制背景光、且具有扫面范围大等特点的一种宽幅低杂光全天时星跟踪器光学结构。

本发明的具体技术解决方案是：

本发明提供的光学机构包括扫描反射镜、带通滤波片、第一负透镜、平面反射镜、主反射镜、第二负透镜、第一正透镜、第二正透镜和第三负透镜；

其中，第一负透镜为孔径光阑，主反射镜的发射面为凹型的二次非球面，平面反射镜中心开设有通孔；

入射光依次通过扫描反射镜、带通滤波片、第一负透镜后被平面反射镜反射至主反射镜,主反射镜再次反射的光路依次通过平面反射镜的通孔、第二负透镜、第一正透镜、第二正透镜和第三负透镜后出射至外部成像单元。其中，平面反射镜用于转折压缩光路使得系统尺寸减小，实现小型化；入射光与入射光经平面反射镜发射之后的光路之间的夹角为30±5°。

基于上述基本方案，本发明还可作如下优化限定和改进：

进一步地，上述主反射镜的表面顶点半径1000～1250mm。