关键词:
星敏感器
大气湍流
稀疏谱
光机结构设计
摘要:
星敏感器是以恒星作为导航定位的参照物,其通光孔径大小决定了对星等的探测能力。随着科技的发展,为了满足对暗星的探测需求,大口径星敏感器得以发展。星敏感器不仅实际工作中会受到大气湍流的影响,而且其在轨运行前需在地面端通过外场观星的方式进行精度标定,在标定的过程中受到大气湍流的干扰,对其姿态测量的精度造成影响。因此,研究适用于大口径星敏感器的湍流模拟系统具有重要意义。
本文通过归纳并总结大气湍流模拟法的优缺点,采用数值模拟法中的稀疏谱法生成湍流相位屏,利用液晶空间光调制器(LC-SLM)加载相位屏对大气湍流模拟。根据LC-SLM的工作特点,结合技术指标要求设计了单星光源准直模拟系统,针对LC-SLM的靶面较小问题,结合现有的离轴三反系统,设计口径匹配单元,构建共轭关系,实现大口径湍流模拟。
根据技术指标要求,对光学系统参数进行计算,构建光学系统初始模型。星模拟光学系统采用短焦透射式结构,降低星点光的椭圆度;基于现有的三反系统参数,设计口径匹配光学系统,采用中继镜组满足大倍率缩束和长出瞳距的需求。采用光学仿真软件将各个单元光学系统组合后,进一步优化像质,并进行无热化设计。仿真结果表明在10℃(25)30℃环境中,光学系统具有良好的热稳定性。利用蒙特卡洛法对光学系统进行公差分析,为机械结构的设计提供了可靠的依据。
结合公差分析结果,对湍流模拟系统进行机械结构设计,并通过有限元软件,分析温度变化引起的形变对光学系统产生的影响。结果表明,在温度的影响下光学系统的波像差优于0.25λ,满足实际应用的需求。
最后,搭建实验平台,验证湍流模拟系统。生成大气相干长度为1cm、10cm、15cm的湍流相位屏灰度图,对大气相干长度进行测试,统计出达到稳定状态的时间为8000ms(25)10000ms,能够稳定模拟大气湍流信息。