[发明专利]一种紫外月球敏感器的光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种紫外敏感器的光学系统，尤其涉及一种紫外月球敏感器的光学系统。

背景技术

目前，用于卫星姿态测量的敏感器主要有星敏感器、地球敏感器和太阳敏感器，如美国的Honeywell公司、德国的Jena Optronik GmbH公司、意大利的Officine Galileo公司、法国的Sodern公司以及丹麦的Terma公司等，其中美国的Honeywell公司报道了的紫外敏感器。目前，国外发表了两篇有关紫外敏感器的文章，1992年《Proc，of 6th AIAA/USU Cont.on Small Satellites》，Session IV发表了名为《紫外三轴姿态敏感器》的文章，著者为James Bling-Ross，Teresa Fritz，Douglas Pledger，主要介绍了。1993年《Proc，of 7thAIAA/USU Cont.on Small Satellites》Session VII.发表了名为《小卫星地球基准姿态确定系统的研制》的文章，著者为Douglas Pledger，主要介绍了。国内文献主要报道了哈尔滨工业大学的紫外星敏感器、中国科学院光电技术研究所和国家天文台的星敏感器、清华大学的太阳敏感器，其中哈尔滨工业大学研究的是紫外星敏感器，但观测对象、探测波段及成像原理与该技术均不相同。

紫外月球敏感器的工作原理源于紫外三轴地球姿态敏感器，美国霍尼韦尔公司申请的专利号为US5837894名称为“WideField of View Sensor withdiffrative Optical Corrector”中公开的一种利用紫外谱段的三轴姿态敏感器，利用一个组合反射式二面镜反射阵列和一个球透镜系统，构成了一个具有超大视场角的组合光学系统，由于对地观测的是地球环形的图像，所以可利用中心视场来观测其它天体目标，这样就构成了一个光学系统具有两个信息通道同时敏感来自两个信息通道(如恒星、地球)的非常规光学系统，紫外地球敏感器通过对提取的目标信息进行处理后，为卫星提供三轴姿态数据和自主导航数据。图1是美国Honeywell公司紫外地球敏感器光学系统的工作原理图，紫外地球敏感器光学系统由平面反射镜和六面锥反射镜组成的二面镜反射阵列、球透镜与二元衍射元件组成的物镜光学系统、光纤面板与CCD器件组合成的探测器。成像过程是地球环形的紫外辐射首先经六面锥反射到平面反射镜，再由平面反射镜反射后进入球透镜，然后球透镜将地球环形成像到探测器组件上，由光纤面板将弯曲的像面再转换为平面像，同时完成紫外光谱转换；中心视场内的恒星直接通过球透镜成像在像面上，这个过程同时完成了对恒星和地球环形的成像。从图1中可以看出Honeywell公司紫外地球敏感器用于敏感恒星的中心视场为30°，用于敏感地球环形的环形视场为133°～143°，工作波段为260nm～280nm。

紫外月球敏感器主要通过观测月球边缘与星敏感器联合确定卫星的滚动、俯仰和偏航姿态，紫外月球敏感器要观测的范围是从月球的表面到月球表面以上15°，因此要求紫外月球敏感器具有超大的观测视场角。一般对月观测卫星通常工作在低轨道上(大约在50～200公里左右)，卫星在轨对月球环形的张角＞130°，而且轨道越低，对环形视场的动态范围要求越高。而现有Honeywell公司紫外地球敏感器的环形视场动态范围太小，只有5°，不能满足卫星对月球观测的动态工作范围。由于月球与地球刚好相反，月球周围没有大气包围，月球本身不发光，只是反射太阳光，从月球表面的反射光谱分布可看出，月球的反射特性与太阳的辐射分布基本相似，所以月球敏感器的工作波段与地球敏感器的工作波段不同，而现有的Honeywell公司紫外地球敏感器的工作波段为260nm～280nm，不能满足月球观测的要求。另外紫外地球敏感器的二面镜反射阵列视场系统中6个子视场间没有隔离，不能避免视场外杂光干扰和子视场间的相互干扰。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种紫外月球敏感器的光学系统，适用于月球轨道，环形视场动态工作范围宽，并可以克服视场外杂光和子视场间的相互干扰。