星敏感器遮光系统杂光抑制性能分析

摘要

随着航天事业的发展，星敏感器在空间飞行器姿态确定方面的应用得到世界各国的广泛关注。星敏感器工作在系统视场外有强烈辐射源（如太阳、月亮、地球）的恶劣环境中，主要针对空间弱小运动目标成像，背景杂光严重影响星敏感器的姿态测量精度。因而，针对星敏感器系统在轨应用时的杂光抑制需求，开展系统结构优化设计、杂光抑制性能仿真、验证与评估具有重要的理论研究意义及实际工程应用价值。本文主要围绕以下三个方面开展研究工作：
　　首先，开展星敏感器遮光系统杂光抑制结构设计研究。分析系统杂光产生的机理，提出遮光系统结构设计的原则，根据后端接入的光学系统结构参数完成遮光系统的结构设计，包括遮光罩外形尺寸的设计、挡光环位置的设计，计算获得相应设计参数。同时，基于获得的设计参数在SolidWorks机械设计软件中完成结构模型的构建，并将该结构模型导入Tracepro光学分析软件中，为后续遮光系统的杂光抑制性能分析提供模型输入。
　　其次，开展星敏感器遮光系统杂光抑制性能仿真研究。根据辐射传输理论，，提出基于光学材质散射特征描述函数-双向反射分布函数进行杂光抑制性能仿真的方法。基于设计的遮光系统的结构参数、材质物性参数以及光照条件，利用Tracepro光学分析软件仿真获得遮光罩入口与出口的能量分布。根据杂光抑制的仿真结果，构建合理的杂光抑制性能评估的指标体系，实现遮光系统杂光抑制性能的定量评估。
　　最后，开展星敏感器遮光系统杂光抑制性能实验验证研究。搭建星敏感器遮光系统杂光抑制性能验证的实验平台，测量获得杂光能量分布数据，并完成实验测量的不确定度评定以及稳定性分析，同时，根据实验测量数据的处理结果完成杂光抑制性能评估指标的提取。通过仿真计算与实验测量分别获得的杂光抑制性能评估指标的比对分析，初步验证了星敏感器遮光系统杂光抑制性能分析与评估方法的正确性。
　　总之，星敏感器遮光系统结构设计、杂光抑制仿真、验证与评估方法将为星敏感器产品定型以及未来新型星敏感器的抗杂光性能优化设计提供理论基础与技术方法。

目录

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外在该方向的研究现状及分析

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 主要的研究内容和研究思路

1.3.1研究思路

1.3.2内容安排

第2章 星敏感器遮光系统杂光抑制结构设计

2.1 引言

2.1 杂光抑制机理

2.2 结构设计准则

2.3 结构设计方法

2.3.1 遮光罩结构设计

2.3.2 挡光环位置设计

2.4 结构设计结果

2.4.1 结构参数

2.4.2 结构模型

2.5 本章小结

第3章 星敏感器遮光系统杂光抑制性能仿真

3.1 引言

3.2 杂光抑制材质散射特性分析

3.2.1 BRDF概念

3.2.2 BRDF模型

3.3 杂光抑制性能仿真

3.3.1 性能仿真流程

3.3.2 性能仿真结果

3.4 杂光抑制性能评估

3.4.1 指标体系构建

3.4.2 评估结果分析

3.5 本章小结

第4章 星敏感器遮光系统杂光抑制性能实验验证

4.1 引言

4.2 实验验证方法

4.2.1 测量设备

4.2.2 测量方法

4.2.3 测量结果

4.2.4 不确定度分析

4.2.5 测量稳定性分析

4.3 测试测量结果

4.3.1 数据处理方法

4.3.2 数据处理结果

4.4 仿真结果和实验数据结果的对比分析

4.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢