【摘 要】
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星敏感器是一类以天球恒星为参照源计算其载体姿态的高精度测量装置,其在轨工作前,需在地面通过星模拟器对其进行测试与标定,从而保证其在轨工作精度。随着星敏感器精度的不断提升,对星模拟器也提出了更高的要求。目前国内外研制的星模拟器所模拟的色温匹配度、弱星等模拟范围和精度均较低,直接影响着星敏感器的地面标定精度。本文针对现有星模拟器模拟星点色温匹配度低的问题,基于光栅分光及DMD调制原理完成了色温模拟系统
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星敏感器是一类以天球恒星为参照源计算其载体姿态的高精度测量装置,其在轨工作前,需在地面通过星模拟器对其进行测试与标定,从而保证其在轨工作精度。随着星敏感器精度的不断提升,对星模拟器也提出了更高的要求。目前国内外研制的星模拟器所模拟的色温匹配度、弱星等模拟范围和精度均较低,直接影响着星敏感器的地面标定精度。本文针对现有星模拟器模拟星点色温匹配度低的问题,基于光栅分光及DMD调制原理完成了色温模拟系统总体方案设计,并确定了交叉式Czerny-Turner型色散光路结构,通过对其优化设计得到了像质更好、分辨率更高的色散光路结构。基于DM D基本结构、工作原理开展了高精度色温模拟调制方法研究,为了提高色温模拟精度,引入了量子行为粒子群算法,采用MATLAB对该算法进行了仿真分析,结果表明其色温模拟光谱匹配误差优于7%,验证了该算法的可行性,为实际色温调制提供了理论依据。为了解决当前星模拟器星等模拟精度低,弱星等模拟困难等问题,本文采用了间接法即通过调节及检测积分球出口的辐亮度来对弱星等进行模拟与标定,结果表明星等模拟误差优于0.1Mv,满足星敏感器对星等模拟精度的要求。单星模拟器除了对模拟星点的星等及光谱精度有很高要求,对模拟星点出射光平行度要求更高。为了获取高像质高平行度的星点模拟,选取了牛顿式反射镜系统中Herschelian结构作为初始结构,经过ZEMAX优化设计,最终结果为由抛物面主镜和楔形次镜所组成的离轴二反式准直光学系统,通过对该准直光学系统进行像质分析,结果表明系统的波前差优于λ/20,平行度误差优于1″,畸变低于0.002054%,满足了单星模拟器对模拟星点高出射光平行度的要求。最后,通过搭建单星模拟器实验装置,利用光谱仪对色温调制精度及模拟范围进行了测试,色温调制误差优于7%,且色温模拟范围为2000K～10000K,达到了指标要求;利用弱光照度计对弱星等的模拟精度及星等模拟范围进行了测试,星等的模拟误差优于0.1Mv;利用干涉仪、经纬仪等器材对准直光学系统的星点成像质量进行了测试,结果表明,准直光学系统的波前差小于λ/25,出射光的平行度误差小于0.8″,像质满足要求。
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