[发明专利]一种提高视场选通成像系统视场占空比的方法

说明书

本发明公开了一种提高视场选通成像系统视场占空比的方法，该方法包括：在视场选通成像系统一次像面附近添加一组微透镜阵列，与后组微透镜阵列形成微透镜阵列组；添加的一组微透镜阵列中，每个微透镜单元均作为场镜，用于将选通视场内的边缘视场光线偏转，并使其通过后组微透镜单元，从而减小选通视场内成像的渐晕。另一方面，利用分光镜将视场选通成像系统一次像面一分为二，分别对两个一次像面进行视场选通，且选通的视场范围相互交错。本发明所述的一种提高视场选通成像系统视场占空比的方法可以解决现有视场选通成像系统边缘视场由于渐晕而导致成像分辨率低以及视场占空比不足等问题，为实现强背景光下的多星探测提供一种有效的技术途径。

技术领域

本发明属于全天时星敏感器光学成像技术领域，涉及一种提高视场选通成像系统视场占空比的方法。

背景技术

星敏感器是一种高精度姿态敏感测量仪器，常用于卫星、飞船、火箭等空间航天器的导航。近年来，随着星惯组合导航技术的快速发展，星敏感器导航技术正由大气层外太空天基平台的应用逐渐扩展至近地空间平台的应用，使临近空间飞行器、舰船、飞机等近地空间平台有望摆脱对卫星导航系统的依赖，具有广泛的应用前景和重要的战略意义。

相比于天基星敏感器，近地空间星敏感器面临着强烈天空背景光的干扰，为了能够在强天光背景条件下实现对暗弱恒星目标的探测，需要采用一定的方法抑制天空背景光，提高系统的探测信噪比。传统的近地空间星敏感器通常采用小视场成像系统抑制天空背景光，结合二维转台扫描探测的手段实现对单星的跟踪探测，这种工作体制普遍存在系统庞大、精度低等缺陷，在小型化平台和高精度应用场合存在诸多局限。

基于视场选通技术的光学成像系统采用大视场望远镜收星，利用微透镜与微开关阵列实现瞬时视场的快速选通，可同时获得较大视场和较强的天空背景光抑制能力，具有体积小、重量轻、精度高等优点，非常适合近地空间全天时星敏感器的应用。

然而，在该系统中，前端望远镜的相对孔径通常较大，聚焦于一次像面的光线具有较大的张角，这将导致后续微透镜单元对选通视场内的一次像面成像时，边缘视场的光线无法全部通过该微透镜单元，从而产生明显的渐晕现象。由于渐晕区域对应的光束有效口径减小，因此该区域内的艾里斑尺寸较大。若系统要求近衍射极限成像，则渐晕区域比非渐晕区域的光斑尺寸明显偏大，无法满足对能量集中度的要求，这将导致微透镜单元对应的选通视场内的有效区域减小。另一方面，微透镜阵列中微透镜单元的分布本身也难以做到100％的占空比。因此，基于视场选通技术的光学成像系统总的有效视场占空比较小，难以保证多颗恒星的探测概率。为推动基于视场选通技术的光学成像系统在全天时星敏感器中的实际应用，需要探索有效的提高视场占空比的方法，为实现小型化、高精度和高自主性的全天时星敏感器的研究奠定技术基础。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有基于视场选通技术的光学成像系统有效视场占空比低的问题，提出一种提高系统有效视场占空比的方法。该方法能够增加视场选通光学成像系统的有效视场，提高系统在白天环境下对多颗恒星的探测概率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种提高视场选通成像系统视场占空比的方法，该方法包括：

1)利用分光镜将视场选通成像系统一次像面分为透射光路一次像面和反射光路一次像面；

2)在所述透射光路一次像面与其后方设置的第一后组微透镜阵列之间设置一组第一前组微透镜阵列，该第一前组微透镜阵列与所述第一后组微透镜阵列形成微透镜阵列组；所述第一前组微透镜阵列中的每个微透镜单元均作为场镜，用于将其对应选通视场内的边缘视场光线进行偏转，使边缘视场的主光线能够通过所述第一后组微透镜阵列中的微透镜单元；从而减小透射光路中每个选通视场内成像的渐晕现象，确保选通视场内的成像质量，提高选通视场的有效区域；