[实用新型]一种超宽谱段长焦距星敏感器光学系统

说明书

本实用新型公开了一种超宽谱段长焦距星敏感器光学系统，包括沿光线射入方向自前向后依次设置前透镜组、反射镜组、后透镜组和像面，所述前透镜组包括自前向后依次设置的第一透镜和第二透镜，所述后透镜组包括自前向后依次设置的第三透镜和第四透镜；所述反射镜组包括自前向后依次设置的次反射镜和主反射镜，次反射镜为凸面反射镜，主反射镜为凹面反射镜；本光学系统采用基于全球面光学元件的折反射式光学系统结构型式，通过两个反射镜折叠光路，可以获得光学系统长度远小于焦距的设计结果，有效实现轻小化，提高恒星光信号收集效率。

技术领域

本实用新型涉及光学系统技术领域，更具体地说涉及一种超宽谱段长焦距星敏感器光学系统。

背景技术

在已知的惯性导航设备中，星敏感器作为测量精度最高之一的测量仪器，测量精度可以达到亚秒级甚至更高，测量精度不随时间发生漂移，为航天飞行器的长时间高精度飞行提供了稳定的三轴姿态角信息输出，因而在高精度自主导航领域获得了广泛应用。

星敏感器光学系统作为星敏感器的核心装置，是星敏感器实现高信噪比恒星光谱能量收集、高精度恒星质心位置探测的关键部件。星敏感器光学系统所探测对象是能量弱、光谱分布宽的恒星，属于点目标探测。为了实现亚像元细分，提高恒星位置测量精度，需要将星光能量弥散到2×2像元～5×5像元，以供后续电子学进行细分处理，达到亚像元的质心测量精度。

星敏感器光学系统的主要参数包括焦距、视场、相对孔径、成像光谱以及单星测量精度等。星敏感器光学系统的焦距与单星测量精度成反比，焦距越长，测量精度越高。当前主流星敏感器光学系统的焦距一般不超过50mm，多数集中在20mm～30mm范围，探测视场比较大，探测光谱范围一般不超过300nm，单星测量精度不高，恒星探测能力比较有限。为追求更高的恒星探测精度，采用长焦距光学系统是有效的手段。随着高分辨率对地立体测绘相机、空间天文观测望远镜以及空间导引武器系统等领域技术的发展，对亚秒级甚至更高精度的星敏感器提出了需求，满足应用系统的高精度对地定位、长时间稳像观测或者长航时飞行姿态的自主导航等关键性能。核心技术是采用长焦距星敏感器光学系统提高单像元分辨率，进而采用细分算法进一步提高质心分辨率精度。

然而，当星敏感器光学系统的焦距接近或达到米级时，纯透射光学系统不仅系统尺寸长，且难以校正宽光谱下的二级光谱像差，无法实现宽光谱的恒星光信号收集，无论从体量还是性能上都不能满足空间平台的应用需求；采用反射式光学系统虽然可以实现光路折叠，获得紧凑的光学系统布局设计，但在校正像差方面需要采用非球面，制造及装调难度高，不利于降低成本。

实用新型内容

本实用新型型要解决的技术问题是：现有的星敏感器光学系统实现高精度的同时系统尺寸长，难以校正宽光谱下的二级光谱像差。

本实用新型提供一种超宽谱段长焦距星敏感器光学系统，提高光谱范围和测量精度，同时大幅度缩短光学系统的长度尺寸，有效实现轻小型。

本实用新型解决其技术问题的解决方案是：

一种超宽谱段长焦距星敏感器光学系统，包括沿光线射入方向自前向后依次设置前透镜组、反射镜组、后透镜组和像面，所述前透镜组包括自前向后依次设置的第一透镜和第二透镜，所述后透镜组包括自前向后依次设置的第三透镜和第四透镜；所述第一透镜为双凸正光焦度透镜，所述第二透镜为弯月形负光焦度透镜，所述第三透镜为双凹负光焦度透镜，所述第四透镜为弯月形正光焦度透镜，所述第三透镜和第四透镜组成双胶合透镜；所述次反射镜和主反射镜均为球面型；

所述反射镜组包括自前向后依次设置的次反射镜和主反射镜，次反射镜为凸面反射镜，主反射镜为凹面反射镜，所述次反射镜和主反射镜的反射面相对，所述主反射镜的中部开有通孔；所述主反射镜的反射面上设有孔径光阑；

入射光依次通过第一透镜和第二透镜后射向所述主反射镜，光束经过所述主反射镜反射到达所述次反射镜，所述次反射镜将光束反射形成反射光，反射光透过所述主反射镜的通孔后依次通过第三透镜和第四透镜。