[发明专利]一种空间极高精度指向测量仪器热光耦合效应确定系统及方法

说明书

本发明公开了一种空间极高精度指向测量仪器热光耦合效应确定系统及方法；本方法通过在空间极高精度指向测量仪器内部设计热光耦合效应自监视组件，建立了与恒星星光成像共光路的模拟星光。该光路可闭环测量空间极高精度指向测量仪器光学成像组件由于空间光热耦合效应产生的成像变化情况，用此测量结果评价恒星星光成像光路的变化。同时，在光学成像组件的核心光学零件上建立温度检测与补偿组件，实时测出不同模拟星光指向变化下的光学零件温度分布情况，通过闭环补偿形成稳定的温度场，达到降低测量仪器低频误差的目的，最终可以定量得到热光耦合对空间极高精度指向测量仪器的影响量。

技术领域

本发明涉及恒星指向测量技术领域，特别涉及一种空间极高精度指向测量仪器热光耦合效应确定系统方法，包括评价原理、硬件组成和相应的方法步骤。

背景技术

空间极高精度指向测量仪器主要指以恒星为参考目标，通过星光定向技术确定飞行器在惯性坐标系下的姿态指向信息。随着航天技术的进一步发展，以大比例尺测绘卫星、自主导航卫星、光学成像侦察卫星、目标监测预警卫星等为代表的高性能卫星对空间指向测量精度提出了极高精度要求，由目前已实现的亚角秒测量精度继续向毫角秒精度逼近。

在空间恒星指向测量技术中，在轨的外热流对测量仪器的低频误差影响不可忽视。在亚角秒精度星光测量仪器的设计中，通过热不敏光机结构、高精度温度控制技术等手段对热光耦合效应进行有效抑制。但这些方法均属于被动手段，其实现思想是通过建立更温和的温度环境降低热冲击对测量仪器的影响，同时采用对温度波动更不敏感的结构进一步提高测量仪器的稳定性。在这个过程中，对于测量仪器受到热光效应后自身的实际变化量不过分评价。通过这样的设计思想，是可以实现0.3″的指向测量精度水平的。

为了进一步提升指向测量精度，使其最终达到毫角秒量级，那么空间热光效应对测量仪器的具体影响程度是需要首先被确认的，从而才可能在此基础上采取更精细的手段，将热光耦合效应产生的测量仪器测量精度的波动量进行补偿，为最终实现毫角秒量级测量精度提供基础。

发明内容

本发明的目的在于基于可空间在轨飞行为前提，建立一种简单可靠的评价方法，该方法首先通过硬件实现测量仪器在热光耦合作用下变化的监测条件，通过采集星光变化的的质心位置，评价测量仪器在轨稳定性漂移程度。本方法能够应于于各类极高精度指向测量仪器中，满足实际工程应用。

本发明的技术解决方案是：一种空间极高精度指向测量仪器热光耦合效应确定系统，包括：主反射镜、次反射镜、透镜组、自监视组件光源、分光镜、探测器、电加热片和测温电阻；电加热片与测温电阻均粘贴于主反射镜表面；

恒星光依次通过主反射镜、次反射镜、透镜组、分光镜后成像于探测器上，形成恒星星光光路；自监视组件光源发出的模拟星点光依次通过分光镜、透镜组、次反射镜后到达主反射镜表面；经主反射镜反射后，再依次通过次反射镜、透镜组、分光镜成像于探测器上，形成模拟星光光路；恒星星光光路与模拟星光光路共用主反射镜、次反射镜、透镜组、分光镜，这种光路共用的设计实现了双光路的耦合。

当有100％的能量入射分光镜时，有90％的能量经90°反射后进入探测器，10％的能量直接透过分光镜。

所述分光镜将整个光学系统分成两个焦面，一个焦面放置探测器，对目标进行成像，另一个焦面放置自监视组件光源，使得自监视组件光源发出的光经过光学系统后，打到次反射镜的平面表面，再次返回光学系统，最终成像于探测器。

次反射镜的反射面由两部分组成，一个是具有光线汇聚的非球面部分，当光线入射到该表面后，在焦面成像；另一个的平面部分，当光线入射到该表面后，进行180°折返，以平行光的形式再次进入光学系统。

所述自监视组件光源发出的是小孔星点光，模拟恒星光特性，发射出指定波长的点光源；该点光源根据几何光学物像转换关系，可以等价于在光学系统物方发出的平行光。