光子学报, 2016, 45 (1): 0122002, 网络出版: 2016-03-22   

全天时星敏感器光学系统参量选择与光学设计

Parameter Selection and Optical Design of All-day Star Sensor
潘越 1,2,*王虎 1荆楠 1,2沈阳 1,2薛要克 1刘杰 1
作者单位
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
摘要
以10 km观测高度探测4.5等星为例, 分析星点在600~1100nm谱段的辐射特性, 使用Modtran软件计算同谱段的天空背景辐射亮度以及大气透过率, 在信噪比阈值为5的情况下, 选择一组典型的光学系统参量.采用一块平面反射镜和石英球面镜系统设计了轻、小型化的光学系统, 该系统在600~1 100 nm宽光谱范围内全视场光斑形状接近圆形、调制传递函数接近衍射极限, 色差很小, 具有良好的成像质量.计算了地面环境下星敏感器的昼夜探测信噪比, 以信噪比阈值5对星敏感器的探测能力评估, 结果表明在白昼地面环境下可以实现2.5等G型恒星的探测, 在夜间地面环境下可以实现6等G型恒星的探测.
Abstract
Detecting a 4.5 magnitude star in the observation height of 10 km, the radiance of stars between 600~1 100 nm was analyzed, the radiance of sky background and the optical transmission of atmosphere were calculated by using Modtran. When the threshold of SNR is 5, typical parameters are selected. With a plane mirror and a silicon material sphere lens, a lighter miniature optical system was designed. The result shows that the optical system spot shape approaches a circle between 600~1 100 nm of full field of view, modulation transfer function approaches perfection and have outstanding image of quality. The Ground-based daytime and nighttime detection SNR of the star tracter is calculated and the detection ability limit is estimated in the threshold 5 of SNR, which is 2.5 stellar magnitude G star in daytime on the ground and 6 at night.

潘越, 王虎, 荆楠, 沈阳, 薛要克, 刘杰. 全天时星敏感器光学系统参量选择与光学设计[J]. 光子学报, 2016, 45(1): 0122002. PAN Yue, WANG Hu, JING Nan, SHEN Yang, XUE Yao-ke, LIU Jie. Parameter Selection and Optical Design of All-day Star Sensor[J]. ACTA PHOTONICA SINICA, 2016, 45(1): 0122002.

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