星敏感器光学系统设计与检测研究

发布时间：2017-05-06 14:16

  本文关键词：星敏感器光学系统设计与检测研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：自首个星敏感器问世至今，星敏感器已经发展到第三代产品。高分辨率及超高分辨率遥感卫星、天文观测等任务对星敏感器星点提取精度提出了更高的要求，随着“高分专项”的深入，研究开发甚高精度星敏感器已经越来越紧要。甚高精度星敏感器具有亚角秒精度、高动态范围、小视场等特征，而同期国内的星敏感器与国际同类产品尚有差距，表现之一为星点提取精度依然不高，国际上同类产品星点提取精度已经可到达0.02pixel，可见，提高星点提取精度依然是必须解决的问题。 本文首先围绕星敏感器的PSF建模论述了实现甚高精度星点提取的途径，主要讨论了两类星点提取算法，并且指出两类算法共同存在的问题，即大都是以将高斯分布函数作为PSF为前提的星点提取算法，实际的PSF却是偏正态分布函数。为此分析了造成偏差的各种原因，分类为系统误差和随机偏差，同时讨论了对甚高精度星敏感器PSF进行建模的各种算法。 然后，针对全天时星敏感器的特殊要求，详细分析了实现全天时的技术指标和技术方案，利用同轴三反型式完成了设计任务。 其次，详细分析了甚高精度星敏感器光学系统的像差校正方法，利用了ZEMAX自带的扩展编程优化功能进行了设计，选用了摄远型式完成了抗离焦、环境适应力强的设计任务。 再次，介绍了数理统计中偏离正态分布的离散数据处理理论，使用了偏正态分布来描述星敏感器星像能量分布。为了验证模型的合理性，，设计了仿真实验，然后进行了星像能量分布测量实验，对存在像差的星敏感器镜头的星像分布进行拟合，目标函数分别为高斯分布函数和偏正态分布函数，通过对比分析发现，偏正态分布能够更好的描述星敏感器星像能量分布。 最后，研究了一种测量方法来高精度地测量实际星敏感器的星像能量分布函数，并以实例分析这种分布与高斯分布的相似度，以及这种差异对于算法的影响。根据技术指标，使用了一套高精度星敏感器星像分布测量装置，该装置的星点提取重复性精度优于1″，运用本文提出的算法，也可以高精度的检测甚高精度星敏感器PSF。
【关键词】：甚高精度 全天时 星敏感器 光学设计 光学测量 点扩散函数
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V448.22
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-23
• 1.1 课题研究背景10-14
• 1.1.1 星敏感器应用范围10
• 1.1.2 星敏感器工作原理10-12
• 1.1.3 甚高精度星敏感器关键技术12-14
• 1.2 课题国内外研究现状14-21
• 1.2.1 星点提取误差研究现状14-17
• 1.2.2 PSF 建模技术研究现状17-21
• 1.3 本论文的研究内容21-22
• 1.4 本章小结22-23
• 第二章 全天时反射式星敏感器光学系统设计23-31
• 2.1 星敏感器光学系统设计的环境要求23
• 2.2 设计指标23-24
• 2.3 选型24-25
• 2.4 初始结构计算方法25-26
• 2.5 像差校正和像质评价26-29
• 2.5.1 点列图27
• 2.5.2 衍射包围圆能量27-28
• 2.5.3 畸变像差曲线28-29
• 2.6 公差分析29-30
• 2.7 本章小结30-31
• 第三章 甚高精度星敏感器光学系统设计31-39
• 3.1 甚高精度星敏感器光学系统特点31
• 3.2 设计指标31
• 3.3 选型和初始结构获取31-32
• 3.4 像差优化方法32-34
• 3.5 像质评价34-37
• 3.6 公差分析37-38
• 3.7 本章小结38-39
• 第四章 基于偏正态分布的高精度星敏感器星像能量分布模型39-50
• 4.1 前言39
• 4.2 偏正态分布理论模型39-41
• 4.3 星敏感器星像分布仿真实验41-43
• 4.4 仿真结果分析43-44
• 4.5 星敏感器星像分布测量实验44-49
• 4.6 本章小结49-50
• 第五章 基于扩展 zernike 理论的高精度星敏感器空域 PSF 建模技术50-65
• 5.1 前言50
• 5.2 项目研制指标50
• 5.3 PSF 测试方案论证50-53
• 5.3.1 PSF 概念50-51
• 5.3.2 采用狭缝测量点扩展函数方案51-52
• 5.3.3 采用刀口测量方案52
• 5.3.4 采用光电探测器直接测量方案52-53
• 5.3.5 测量方案优选53
• 5.4 实际测量装置53-57
• 5.4.1 设备组成53-57
• 5.4.2 设备装调57
• 5.5 装置操作步骤57-58
• 5.6 真实星像能量分布数学模型58-60
• 5.7 星像能量分布拟合算法60-62
• 5.8 星点提取重复性验证实验62-63
• 5.9 实验结果分析63-64
• 5.10 本章小结64-65
• 总结与展望65-67
• 本文总结65
• 本文创新点65-66
• 课题展望66-67
• 参考文献67-73
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单73-74
• 致谢74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 杨光普;邬文_";;CCD恒星光度测量方法研究进展[J];天文学进展;2012年04期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 贾辉;高精度星敏感器星点提取与星图识别研究[D];国防科学技术大学;2010年

  本文关键词：星敏感器光学系统设计与检测研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：348565