星(xing)敏感(gan)(gan)(gan)器的(de)探(tan)測(ce)目(mu)標是(shi)深(shen)黑空間中(zhong)的(de)恒星(xing)，屬于暗目(mu)標探(tan)測(ce)系統(tong)，其雜(za)散(san)(san)光(guang)來源主要是(shi)太陽光(guang)、月(yue)亮光(guang)和地氣光(guang)等視場(chang)外強光(guang)，它們與(yu)7.5等星(xing)相比(bi)，強度都在(zai)，因(yin)此，星(xing)敏感(gan)(gan)(gan)器對雜(za)散(san)(san)光(guang)的(de)影響(xiang)非常(chang)敏感(gan)(gan)(gan)，雜(za)散(san)(san)光(guang)的(de)抑制設(she)計是(shi)星(xing)敏感(gan)(gan)(gan)器研(yan)制的(de)關(guan)鍵技(ji)術之(zhi)一，是(shi)影響(xiang)其觀(guan)測(ce)能力的(de)重要因(yin)素。

圖1.外遮光罩(zhao)設計原理

目(mu)前，國內外針對(dui)星(xing)敏感器外遮(zhe)(zhe)光罩(zhao)的(de)(de)(de)設計，應(ying)用(yong)較廣泛且(qie)抑(yi)(yi)制能(neng)(neng)力較好的(de)(de)(de)有兩節(jie)型(xing)及優化(hua)的(de)(de)(de)兩節(jie)型(xing)外遮(zhe)(zhe)光罩(zhao)、三節(jie)型(xing)外遮(zhe)(zhe)光罩(zhao)，可滿足(zu)觀(guan)(guan)測5等(deng)星(xing)的(de)(de)(de)目(mu)標(biao)(biao)(biao)(biao)。但對(dui)于(yu)(yu)7等(deng)星(xing)及以(yi)(yi)上(shang)更暗(an)的(de)(de)(de)觀(guan)(guan)測目(mu)標(biao)(biao)(biao)(biao)，所設計的(de)(de)(de)外遮(zhe)(zhe)光罩(zhao)往(wang)往(wang)結構(gou)體積過(guo)于(yu)(yu)龐大，不能(neng)(neng)滿足(zu)衛星(xing)平臺對(dui)于(yu)(yu)結構(gou)尺寸的(de)(de)(de)要求(qiu)，國內外對(dui)此研究的(de)(de)(de)也較少。本文提出(chu)星(xing)敏感器雜(za)散(san)光抑(yi)(yi)制指標(biao)(biao)(biao)(biao)( 點源透過(guo)率(lv)( PST) ) 的(de)(de)(de)計算方(fang)法(fa)，計算觀(guan)(guan)測 7.5 等(deng)星(xing)時星(xing)敏感器所需的(de)(de)(de) PST 指標(biao)(biao)(biao)(biao)要求(qiu)，并(bing)以(yi)(yi)此為基(ji)礎，提出(chu)一種(zhong)基(ji)于(yu)(yu)兩節(jie)吸(xi)收型(xing)外遮(zhe)(zhe)光罩(zhao)，光學(xue)系統內部(bu)設計消雜(za)散(san)光光闌、關鍵表面采(cai)用(yong)特殊工藝處(chu)理的(de)(de)(de)方(fang)法(fa)，將(jiang)星(xing)敏感器的(de)(de)(de)雜(za)散(san)光抑(yi)(yi)制能(neng)(neng)力提高到觀(guan)(guan)測 7.5 等(deng)星(xing)的(de)(de)(de)目(mu)標(biao)(biao)(biao)(biao)。

1 星敏感器雜散光抑制指標分析

星敏感(gan)器(qi)的(de)主要(yao)雜(za)(za)散(san)(san)光(guang)(guang)源(yuan)為太(tai)(tai)陽(yang)光(guang)(guang)、月亮(liang)光(guang)(guang)和地氣光(guang)(guang)等(deng)強雜(za)(za)散(san)(san)輻射源(yuan)，由于(yu)太(tai)(tai)陽(yang)光(guang)(guang)的(de)能(neng)量(liang)遠(yuan)遠(yuan)高于(yu)月亮(liang)、地氣等(deng)雜(za)(za)散(san)(san)光(guang)(guang)，本文計(ji)算的(de)星敏感(gan)器(qi)雜(za)(za)散(san)(san)光(guang)(guang)抑(yi)制指標(biao)(biao)主要(yao)考慮(lv)太(tai)(tai)陽(yang)雜(za)(za)散(san)(san)光(guang)(guang)。因(yin)此，需計(ji)算星敏感(gan)器(qi)對太(tai)(tai)陽(yang)光(guang)(guang)的(de)衰減能(neng)力。PST 表征(zheng)光(guang)(guang)學系統本身對外部雜(za)(za)散(san)(san)光(guang)(guang)的(de)衰減能(neng)力，且其與雜(za)(za)散(san)(san)光(guang)(guang)源(yuan)的(de)輻射強度(du)無關。因(yin)此，星敏感(gan)器(qi)一般選擇PST作為雜(za)(za)散(san)(san)光(guang)(guang)抑(yi)制指標(biao)(biao)。根(gen)據(ju)太(tai)(tai)陽(yang)光(guang)(guang)的(de)輻射能(neng)量(liang)及(ji)星敏感(gan)器(qi)自身結(jie)構參數(shu)即可計(ji)算系統的(de)雜(za)(za)散(san)(san)光(guang)(guang)指標(biao)(biao)( PST) 要(yao)求(qiu)。

圖2.外遮光罩計算模型(xing)

PST定義為光(guang)學系(xi)統(tong)視(shi)場(chang)外視(shi)場(chang)角為θ的點源目標(biao)的輻(fu)(fu)射，經過光(guang)學系(xi)統(tong)后，在像(xiang)面產(chan)生的輻(fu)(fu)射照(zhao)度(du)與輸入(ru)的輻(fu)(fu)射照(zhao)度(du)的比(bi)值，即

PST( θ) =Ed( θ)/Ei( θ)          (1)

式中: Ed( θ) 為探測器上接收的輻射照度；Ei( θ)為入射(she)光的輻射(she)照度。

根(gen)據(ju)探測器(qi)(qi)的光譜(pu)響應，星敏感器(qi)(qi)工作譜(pu)段一般為可(ke)見光及近紅外，并且具有(you)較大視(shi)場角，很容易引進雜散光。

圖3.外遮光罩結構

3 仿真分析

本文采用(yong) Lighttools 軟(ruan)件(jian)對星敏感(gan)(gan)器進(jin)行建模仿真分析，軟(ruan)件(jian)中對各個表面(mian)的表面(mian)特性進(jin)行設(she)(she)(she)置(zhi)(zhi)。其中，光(guang)(guang)學(xue)透(tou)(tou)鏡設(she)(she)(she)置(zhi)(zhi)為(wei)(wei)透(tou)(tou)鏡表面(mian)，其透(tou)(tou)過(guo)率(lv)(lv)(lv)設(she)(she)(she)置(zhi)(zhi)為(wei)(wei)0.98，反射(she)(she)率(lv)(lv)(lv)設(she)(she)(she)置(zhi)(zhi)為(wei)(wei)0.01，吸收率(lv)(lv)(lv)設(she)(she)(she)置(zhi)(zhi)為(wei)(wei)0.01；外遮(zhe)光(guang)(guang)罩設(she)(she)(she)置(zhi)(zhi)為(wei)(wei)漫(man)反射(she)(she)結構(gou)表面(mian)，其吸收率(lv)(lv)(lv)設(she)(she)(she)置(zhi)(zhi)為(wei)(wei)0.9，漫(man)反射(she)(she)率(lv)(lv)(lv)設(she)(she)(she)置(zhi)(zhi)為(wei)(wei)0.1；光(guang)(guang)機系統內關鍵結構(gou)表面(mian)吸收率(lv)(lv)(lv)設(she)(she)(she)置(zhi)(zhi)為(wei)(wei)0.9，漫(man)反射(she)(she)率(lv)(lv)(lv)設(she)(she)(she)置(zhi)(zhi)為(wei)(wei)0.1；其余機械(xie)結構(gou)表面(mian)按照軟(ruan)件(jian)自帶結構(gou)材料表面(mian)參(can)數數據(ju)庫進(jin)行設(she)(she)(she)置(zhi)(zhi)。完成上述(shu)設(she)(she)(she)置(zhi)(zhi)后，Lighttools軟(ruan)件(jian)光(guang)(guang)線追(zhui)跡數量(liang)為(wei)(wei)1億條以(yi)上，能(neng)夠滿足軟(ruan)件(jian)計算(suan)(suan)(suan)精度(du)要(yao)求。計算(suan)(suan)(suan)太陽光(guang)(guang)在雜散(san)光(guang)(guang)抑(yi)制(zhi)角(jiao)外，以(yi)不(bu)同(tong)(tong)角(jiao)度(du)入射(she)(she)時(shi)，星敏感(gan)(gan)器的雜散(san)光(guang)(guang)抑(yi)制(zhi)( PST) 能(neng)力。表3給出了外遮(zhe)光(guang)(guang)罩及擋光(guang)(guang)環采用(yong)第 2.1節中4種不(bu)同(tong)(tong)設(she)(she)(she)計結構(gou)時(shi)不(bu)同(tong)(tong)離軸(zhou)角(jiao)度(du)的星敏感(gan)(gan)器的PST計算(suan)(suan)(suan)結果(guo)。

圖4.消雜散光光闌

4 結論

通(tong)過對星敏感器(qi)外遮(zhe)光罩的(de)仿真(zhen)分析，本文(wen)結論(lun)如下(xia):

1) 本文詳細(xi)分析了星敏(min)感器評價指標( PST) 的計算方(fang)法。

2) 討論了(le)某星敏感器的(de)雜散光(guang)抑(yi)制方(fang)(fang)法(fa)，給(gei)出了(le)兩(liang)節吸收型遮光(guang)罩的(de)設計方(fang)(fang)法(fa)、消雜散光(guang)光(guang)闌的(de)設計方(fang)(fang)法(fa)及關鍵表面采取的(de)工藝措(cuo)施等。

3) 總結了星敏感器雜散光抑制的(de)主要技術措施。

4) 采用Lighttools軟(ruan)件(jian)對(dui)設(she)計(ji)結果進行(xing)仿(fang)真分析，選擇最佳(jia)設(she)計(ji)方案。

仿真計算結果表明星敏感器在雜散光抑制角外的 PST 能夠達到10^-9以上(shang)，所提(ti)出(chu)雜(za)散光抑制方(fang)法(fa)，能夠滿足觀測(ce)7.5等星的(de)使用需求。

相關產品：//szdcj.net/show/339.html     //szdcj.net/show/338.html