机载导航白天星敏感器的探测性能及总体设计.docx

第19卷第12期2011年12月

光学精密工程

OpticsandPrecisionEngineering

Vol.19No.12Dec.2011

文章编号1004-924X(2011)12-2900-07

机载导航白天星敏感器的探测性能及总体设计

钟兴*,贾继强，金光，曲宏松，刘国嵩

(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春130033)

摘要：理论分析和试验研究了机载导航白天星敏感器的探测性能，建立了白天观星的信噪比和调制度在噪声影响下的数学模型，对比了焦距一定，不同人瞳直径和入瞳直径一定，不同焦距情况下的计算结果。归纳了光学系统的性能要求及系统参数对探测效果的影响，得出光学系统相对孔径为1/15较为合适的结论。在此基础上提出了用于3等星全天时观测的白天星敏原理样机的光机及电子学处理总体方案。利用相对孔径为1/15的望远物镜进行地面实验，获得了对北极星从日出到正午的持续观测结果。对比不同时刻星点图像的亮度和对比度变化显示，随着太阳高度角增大，星点图像的对比度由上午5:00的1.55下降到正午12:00的1.2左右，据此换算出样机方案的探测性能指标。计算结果表明，采用口径为Φ70mm,相对孔径为1/15的光学系统可满足对3等星的探测最小调制度为0.03的要求。实验表明，本文进行的理论分析正确，方案合理可行，可为小型高精度机载导航星敏感器的研制提供参考。

关键词：星敏感器；白天星敏；探测性能；对比度；信噪比；调制度

中图分类号：V448.22文献标识码：Adoi:10.3788/OPE2900

Detectingperformanceandoveralldesignofairbornedaytimestarsensorfornavigation

ZHONGXing*,JIAOJi-qiang,JINGuang,QUHong-song,LIUGuo-song

(ChangchunInstituteofOptics,FineMechanicsandPhysics,

ChineseAcademyofSciences,Changchun130033,China)

*Correspondingauthor,E-mail:ciomper@163.com

Abstract:Thedetectingperformanceofanairbornedaytimestarsensorfornavigationisanalyzedandadaytimestarsensorprototypeisresearched.MathematicalmodelsofSignaltoNoise-Ratio(SNR)andcontrastofaphotoelectricimagingsystemindaytimeundernoisesareestablished,andcalculatedresultsbydifferentfocallengthsanddifferentaperturesarecomparedtoconcludetheinfluenceofsys-temparametersonthedetectionresultsandtherequirementsofopticalsystem.Theconclusionshowsthattheproperrelativeapertureofopticalsystemis1/15.Adaytimestarsensorprototypefortrack-ingstarsofmagnitude3isdesigned.TrackingimagesofthepolestarfromsunrisetonoonareacquiredbyagroundexperimentusingaF/15objective,andbrightnessesandcontrastsofstarimagesatdif-ferenttimearecompared.Itshowsthatthecontrastofstarimagehasdescend