[发明专利]采用双面分光直角棱镜的三视场合成星图模拟系统及方法

说明书

本发明公开了一种采用双面分光直角棱镜的三视场合成星图模拟系统及方法。该系统包括点光源、分束镜、准直系统、星敏感器、第一光源、第一星点分划板、第二光源、第二星点分划板、成像镜组。该模拟系统的光路包括固定单星星图光路、第一大视场星图光路、第二大视场星图光路。根据星敏感器的实际需要可以在星敏感器CCD上将上述三幅星图两两叠加或者三幅叠加形成多幅星图的星模拟器，以便扩大星模拟器的使用功能和标定精度，操作简单，具有很高的通用性与实用性。

技术领域

本发明属于航天器标定技术领域，尤其涉及一种采用双面分光设计直角棱镜的三视场合成星图模拟系统及方法。

背景技术

姿态是影响运动物体运行轨迹和指向的重要参数。对要求精确定位的航天器来说，姿态更是需要精准控制。星敏感器是一种高精度的空间姿态光学敏感器，通过视场内的星图实时计算出飞行器位置偏差和姿态偏差。飞行器可以根据提供的数据进行校正，避免在轨道上不受控制的翻滚；由于星敏感器计算快精度高等特点已经成为空间飞行器上一个非常重要的组成部分。

受自然条件的限制，仅通过观星实验，不能实现星敏感器的地面精准标定。星模拟器作为空间光学姿态星敏感器的地面检测设备不仅解决了星敏感器在地面检测中外界环境因素的限制，而且还增强了星敏感器在真实工作条件下的可靠性。但是，目前的星模拟器都是一个系统只能同一时刻实现一种星图模拟的功能，没有办法满足既进行固定单星定位、移动星图追踪、以及大视场星图参考的多视场一体化功能。具有大视场、高精度、含有多个星点信息、含有多幅星图的星模拟器对航天空间技术的发展与进步有着深远意义。

发明内容

本发明解决的技术问题是克服现有技术的不足，提出了一种结构简单并且可以在星敏感器形成三种星图或者合成星图功能的星模拟系统及方法，以便扩大星模拟器的使用功能和标定精度。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明首先提供一种采用双面分光直角棱镜的三视场合成星图模拟系统，包括点光源、分束镜、准直成像系统、星敏感器、第一光源、第一星点分划板、第二光源、第二星点分划板、成像镜组；所述模拟系统的光路包括：

固定单星星图光路：点光源发出的第一光束经成像镜组会聚在分束镜内部，会聚点与第二星点分划板关于分束镜的第二分光面镜像对称；第一光束经分束镜的第一分光面透射，到达第二分光面反射至第一分光面，经第一分光面再次反射传播至准直成像系统成平行光束出射，最后在星敏感器靶面处形成固定单星星图；

第一大视场星图光路：第一光源发出的第二光束经第一星点分划板携带星板信息传播至分束镜，经分束镜透射至准直成像系统成平行光束出射，最后在星敏感器靶面处形成第一大视场星图；

第二大视场星图光路：第二光源发出的第三光束经第二星点分划板携带星板信息传播至分束镜，经分束镜反射至准直成像系统成平行光束出射，最后在星敏感器靶面处形成第二大视场星图。

进一步的，所述分束镜的第一分光面镀膜，所述镀膜满足：针对点光源发出的光为半透半反膜，针对第一光源发出的光为增透膜，针对第二光源发出的光为增反膜。所述分束镜的第二分光面镀膜，所述镀膜满足：针对点光源发出的光为增反膜，针对第二光源发出的光为增透膜。

进一步的，所述第一星点分划板和/或第二星点分划板设置于移动导轨上，用于在星敏感器靶面处进行移动星图追踪。

本发明还提供一种采用双面分光直角棱镜的三视场合成星图模拟方法，使用上述的固定单星星图光路、第一大视场星图光路、第二大视场星图光路三种光路的其中一种进行星光模拟；或者同时使用固定单星星图光路、第一大视场星图光路、第二大视场星图光路三种光路中的其中两种，进行两种星图合成；或者同时使用固定单星星图光路、第一大视场星图光路、第二大视场星图光路，进行三种星图合成以供星敏感器的标定。