结构杂散光对飞行器星敏感器影响的建模分析

摘要

星敏感器作为高精度姿态测量设备，极易受到其工作空间中杂散辐射的影响，同时作为暗目标探测仪器，星敏感器对于杂散光较为敏感。在实际工程实践中，除了太阳等近距离星体发出的光线直接进入星敏感器入瞳造成的直射杂散光外，由于飞行器自身或周围飞行器的机械结构引起的结构杂散光也是星敏感器杂散光的重要来源。
　　临近空间飞行器一般工作在大气层边缘，为避免气动热对测量设备的影响以及保持气动外形的需要，星敏感器常安装于飞行器内部，透过舷窗结构进行星图识别。在地面模拟试验中，发现舷窗结构引入了额外的杂散光，造成了星敏感器无法正常工作。本文对此种现象进行仿真复现，分析其成因并研究对其的抑制手段。通过仿真试验结果可知，此部分杂散光主要来源于舷窗玻璃对星敏感器遮光罩内壁及其挡光环向外散射出遮光罩的太阳光的再次向内散射，同时提出了通过降低舷窗玻璃表面散射率和提高遮光罩内壁吸收率的方法实现杂散光抑制的优化方案。
　　对于空间站等大型飞行器其结构体自身也可能成为结构杂散光的来源，产生的结构杂散光亦可能影响其自身及附近飞行器上安装的星敏感器的正常工作。对于此类杂散光同样采用仿真分析的方法进行研究，通过仿真分析获得的结果可以为空间站与追踪飞行器在不同相对运动阶段星敏感器的有效工作距离以及不同区段上有效性的评估提供重要的判断依据。由空间站表面产生的结构杂散光对于星敏感器影响仿真分析研究的结果可知在伴飞、绕飞阶段，空间站表面产生的结构杂散光未对追踪飞行器上的星敏感器造成影响，而在交会对接（RVD）阶段的部分位置（例如20米距离）处杂散光影响是存在的。
　　本文从实际工程问题的需求出发，提出了针对舷窗结构以及大型空间站表面产生的结构杂散光的建模分析方法，研究了主要影响因素并提出了解决方案。此建模分析方法同样可以推广到类似舷窗结构杂散光以及大型结构飞行器结构杂散光对飞行器上星敏感器的影响分析，可为类似问题的研究提供一套可借鉴的行之有效的方法。

目录

第1章 绪 论

1.1课题背景及研究目的与意义

1.2国内外研究发展现状

1.3主要研究内容及结构安排

第2章 结构杂散光仿真计算建模方法

2.1光线传输建模

2.2几何结构建模及其重构策略

2.3结构表面光学特性建模

2.4外界等效光源建模

2.5结构杂散光评价标准建模

2.6结构杂散光追迹仿真建模方法

2.7本章小结

第3章 舷窗结构杂散光对星敏感器影响建模分析

3.1光线追迹仿真计算条件构建

3.2基于表面反射模型的仿真计算结果与分析

3.3基于表面散射模型的仿真结果与优选

3.4本章小结

第4章 空间站结构杂散光对星敏感器建模分析

4.1空间站结构杂散光仿真场景搭建与分析

4.2 RVD阶段星敏感器杂散光影响分析

4.3绕飞阶段星敏感器杂散光影响分析

4.4伴飞阶段星敏感器杂散光影响分析

4.5本章小结

结论

参考文献

声明

致谢