采用扩展外部编程方法优化设计APS星敏感器光学系统

摘要

星敏感器是目前精度最高的一种姿态测量仪器，光学系统是其重要的组成部分。首先介绍星敏感器的工作原理，讨论星图识别过程中星像位置提取算法和星图识别算法，剖析光学系统的像差校正、成像特性要求。基于特殊的像质要求，兼顾优化速度，提出运用ZEMAX扩展外部编程以约束光线的优化设计方案。通过编写外部约束条件程序,使用动态数据交换技术实现外部程序和ZDMAX软件的通信，达到星敏感器光学系统的优化设计的目的。然后针对设计指标为焦距户43.56mm，入瞳直径D=27.3 mm，全视场角为20°的APS星敏感器光学系统，采用该方案优化设计。得到的星敏感器光学系统，所有光学面都是球面，材料都选用普通玻璃，具有像方远心的特点，系统成像质量满足星图识别要求。仿真表明，运用ZEMAX扩展外部编程优化设计星敏感器光学系统的方案快速有效。