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干涉星敏感器测角精度影响因素的研究

阮宇翔 董磊

阮宇翔, 董磊. 干涉星敏感器测角精度影响因素的研究[J]. 中国光学(中英文), 2023, 16(6): 1433-1441. doi: 10.37188/CO.2022-0232
引用本文: 阮宇翔, 董磊. 干涉星敏感器测角精度影响因素的研究[J]. 中国光学(中英文), 2023, 16(6): 1433-1441. doi: 10.37188/CO.2022-0232
RUAN Yu-xiang, DONG Lei. Influencing factors of angle measurement accuracy of an interferometer star tracker[J]. Chinese Optics, 2023, 16(6): 1433-1441. doi: 10.37188/CO.2022-0232
Citation: RUAN Yu-xiang, DONG Lei. Influencing factors of angle measurement accuracy of an interferometer star tracker[J]. Chinese Optics, 2023, 16(6): 1433-1441. doi: 10.37188/CO.2022-0232

干涉星敏感器测角精度影响因素的研究

doi: 10.37188/CO.2022-0232
基金项目: 国家自然科学基金(No. 11703024)
详细信息
    作者简介:

    阮宇翔(1997—),男,安徽合肥人,硕士研究生,2020 年于安庆师范大学获得学士学位,主要从事光学干涉成像与探测的研究。E-mail:2937158315@qq.com

    董 磊(1982—),男,山东金乡人,博士,副研究员,2004 年、 2007 年于山东大学分别获得学士和硕士学位,2019 年于中国科学院大学获得博士学位,主要从事光学干涉探测和成像新技术以及合成孔径成像方面的研究。E-mail:nodepression@126.com

  • 中图分类号: O439

Influencing factors of angle measurement accuracy of an interferometer star tracker

Funds: Supported by National Natural Science Foundation of China (No. 11703024)
More Information
  • 摘要:

    为了提高传统星敏感器的姿态测量精度,可将干涉测角技术与传统星敏感器相结合,即在传统星敏感器质心定位技术的基础上,利用星像点的光强信息进一步进行细分,从而突破了质心定位的精度限制,形成具有大视场高精度的干涉星敏感器。本文对制约干涉星敏感器测角精度的因素进行深入研究,重点研究干涉条纹的分割误差对测角精度的影响机理。通过研究分析,得出以下结论:光锲阵列不等分误差不是影响干涉星敏感器测角精度的主要因素;莫尔条纹周期与光楔阵列整体通光尺寸不匹配误差小于1%时,可保证单因素测角误差小于0.01";对于莫尔条纹取向与光楔阵列排布方向不正交误差,条纹旋转角度应当小于0.1°,可保证单因素测角误差小于0.01"。所以,应在实际加工与装调过程中抑制上述两个主要误差,从而使干涉星敏感器的实际测角精度接近高精度理论值。

     

  • 图 1  干涉星敏感器系统的基本结构

    Figure 1.  The basic structure of the interferometer start tacker system

    图 2  单颗星在探测器平面上的光斑强度分布

    Figure 2.  The spot intensity distribution of a single star on the plane of the detector

    图 3  实验测量误差随转台角度的变化

    Figure 3.  Experimental measurement error varying with turnable angle

    图 4  一个周期正弦函数的区间分割

    Figure 4.  Interval segmentation of the sine function in one period

    图 5  一个周期正弦函数的分割方式

    Figure 5.  The segmentation type of the sine function in one period

    图 6  水平条纹的光强分布

    Figure 6.  The light intensity distribution of the horizontal fringe

    图 7  倾斜条纹的光强分布

    Figure 7.  The light intensity distribution of the oblique fringe

    图 8  水平条纹和倾斜条纹在不同位置竖直切面内的光强分布

    Figure 8.  The light intensity distributions of the horizontal and oblique fringes in the vertical section at different positions

    图 9  光楔阵列不等分误差

    Figure 9.  Optical wedge array unequal division error

    图 10  欠分割与过分割误差

    Figure 10.  Under segmentation and over segmentation errors

    图 11  莫尔条纹取向与光楔阵列排布方向不正交误差

    Figure 11.  Nonorthogonal error between the orientation of the Moire fringe and the orientation of the optical wedge array

    图 12  莫尔条纹取向与光楔阵列排布方向不正交误差(细分)

    Figure 12.  Nonorthogonal error between the orientation of the Moire fringe and the orientation of the optical wedge array (subdivision)

  • [1] 朱俊青, 沙巍, 方超, 等. 星敏镜头参数化建模辅助设计[J]. 中国光学,2021,14(3):615-624. doi: 10.37188/CO.2021-0029

    ZHU J Q, SHA W, FANG CH, et al. Parametric modeling aided design for star sensor lens[J]. Chinese Optics, 2021, 14(3): 615-624. (in Chinese) doi: 10.37188/CO.2021-0029
    [2] 王维, 陆琳, 张天一, 等. 10-9量级高灵敏度点源透射比测试设备研究[J]. 中国光学,2021,14(2):390-396. doi: 10.37188/CO.2020-0050

    WANG W, LU L, ZHANG T Y, et al. A 10-9 order point source transmission test facility[J]. Chinese Optics, 2021, 14(2): 390-396. (in Chinese) doi: 10.37188/CO.2020-0050
    [3] 张健, 王健飞, 方新, 等. 航空遥感器平面反射镜系统装调方法[J]. 中国光学,2022,15(3):534-544. doi: 10.37188/CO.2021-0187

    ZHANG J, WANG J F, FANG X, et al. Alignment method of plane reflecting mirror system for aerial remote sensor[J]. Chinese Optics, 2022, 15(3): 534-544. (in Chinese) doi: 10.37188/CO.2021-0187
    [4] 孟庆宇, 秦子长, 任成明, 等. 光学系统降敏设计方法综述[J]. 中国光学,2022,15(5):863-877. doi: 10.37188/CO.2022-0096

    MENG Q Y, QIN Z CH, REN CH M, et al. Review of optical systems’ desensitization design methods[J]. Chinese Optics, 2022, 15(5): 863-877. (in Chinese) doi: 10.37188/CO.2022-0096
    [5] 孙瑾秋, 周军, 张臻, 等. 基于能量累加的空间目标星像质心定位[J]. 光学 精密工程,2011,19(12):3043-3048. doi: 10.3788/OPE.20111912.3043

    SUN J Q, ZHOU J, ZHANG ZH, et al. Centroid location for space targets based on energy accumulation[J]. Optics and Precision Engineering, 2011, 19(12): 3043-3048. (in Chinese) doi: 10.3788/OPE.20111912.3043
    [6] 杨君, 张涛, 宋靖雁, 等. 星点质心亚像元定位的高精度误差补偿法[J]. 光学 精密工程,2010,18(4):1002-1010.

    YANG J, ZHANG T, SONG J Y, et al. High accuracy error compensation algorithm for star image sub-pixel subdivision location[J]. Optics and Precision Engineering, 2010, 18(4): 1002-1010. (in Chinese)
    [7] 许威. 星点快速提取与高精度定位技术研究[D]. 杭州: 浙江大学, 2013.

    XU W. Star fast extraction and high accuracy centroid estimation of star camera[D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2013. (in Chinese)
    [8] 王晓东. 大视场高精度星敏感器技术研究[D]. 长春: 中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所), 2003.

    WANG X D. Study on wild-field-of-view and high-accuracy star sensor technologies[D]. Changchun: University of Chinese Academy of Sciences (Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences), 2003. (in Chinese)
    [9] HUTCHIN R A. Interferometric tracking device: US, 8045178[P]. 2011-10-25.
    [10] DU J, BAI J, WANG L, et al. Optical design and accuracy analysis of interferometric star tracker[J]. Proceedings of SPIE, 2018, 10815: 1081504.
    [11] 张淑芬, 姜珊, 董磊, 等. 基于衍射光栅的高精度干涉星敏感器的理论分析[J]. 中国光学,2021,14(6):1368-1377. doi: 10.37188/CO.2021-0051

    ZHANG SH F, JIANG SH, DONG L, et al. High accuracy interferometric star tracker based on diffraction grating[J]. Chinese Optics, 2021, 14(6): 1368-1377. (in Chinese) doi: 10.37188/CO.2021-0051
    [12] 魏政. 面向近地应用的干涉式全天时星敏感器恒星探测技术研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2021.

    WEI ZH. Research on star detection technology of interferometric daytime star sensor for near-earth application[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2021. (in Chinese)
    [13] 张淑芬. 基于衍射光栅的高精度干涉星敏感器研究[D]. 长春: 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2021.

    ZHANG SH F. Research on high accuracy interferometric star tracker based on diffraction grating[D]. Changchun: University of Chinese Academy of Sciences (Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences), 2021. (in Chinese)
    [14] NAKANO Y, MURATA K. Talbot interferometry for measuring the focal length of a lens[J]. Applied Optics, 1985, 24(19): 3162-3166. doi: 10.1364/AO.24.003162
    [15] WYANT J C. Use of an ac heterodyne lateral shear interferometer with real-time wavefront correction systems[J]. Applied Optics, 1975, 14(11): 2622-2626. doi: 10.1364/AO.14.002622
    [16] HARDY J W, MACGOVERN A J. Shearing interferometry: a flexible technique for wavefront measurement[J]. Proceedings of SPIE, 1987, 816: 180-195. doi: 10.1117/12.941765
    [17] COLAVITA M M. Fringe visibility estimators for the palomar testbed interferometer[J]. Publications of the Astronomical Society of the Pacific, 1999, 111(755): 111-117. doi: 10.1086/316302
    [18] GLINDEMANN A. Principles of Stellar Interferometry[M]. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 2011: 287-292.
    [19] 董磊, 阮宇翔, 王建立, 等. 基于计算干涉测量的远距离目标高精度角度测量技术研究进展[J]. 激光与光电子学进展,2021,58(18):1811016.

    DONG L, RUAN Y X, WANG J L, et al. Progress in high accurate angle measurement technology of long-distance target based on computational interferometry[J]. Laser &Optoelectronics Progress, 2021, 58(18): 1811016. (in Chinese)
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-11-14
  • 修回日期:  2022-12-12
  • 网络出版日期:  2023-04-13

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