空间碎片天基探测相机光学系统设计
佟静波;张宏伟;吴建福
【摘 要】论述了空间碎片探测的方式和特点。通过讨论天基光学探测系统的应用要求，确定了系统的技术指标，实现了对亮度不小于六等星目标的探测，目标定位精度可达3.5\。通过分析，在设计过程中有效控制了视场内强光源形成的杂光影响，实现可同时观测亮暗目标的性能。系统焦距82 mm，入瞳直径70 mm，视场10毅×10毅，在450~900 nm谱段范围，2600~9800 K色温范围内，0.85视场内像点能量质心偏差优于3μm ，各色温之间质心偏差优于1μm ，2×2像元内弥散斑能量集中度不大于75%，3×3像元内弥散斑能量集中度不小于90%。采用遮光罩和镜头结构消除杂光，通过仿真分析表明在太阳抑制角大于50毅时，系统PST不高于10-8量级，可以满足暗目标观测要求。 【期刊名称】《红外与激光工程》 【年(卷),期】2016(045)0z2
【总页数】8页(PS229004-1-S229004-8) 【关键词】光学设计;天基探测;杂光分析 【作 者】佟静波;张宏伟;吴建福
【作者单位】北京空间机电研究所，北京 100190;北京空间机电研究所，北京 100190;北京空间机电研究所，北京 100190 【正文语种】中 文 【中图分类】工业技术
收稿日期:2016-08-24; 修订日期:2016-09-27作者简介:佟静 波 (1982-),男 ,工程 师 ,硕 士 ,主 要 从 事 光 机 系 统 设 计 等 方 面 的 研 究 。
Email:tjbcl@sohu.comS229004-1空间碎片天基探测相机光学系统设计佟静波， 张宏伟， 吴建福(北京空间机电研究所， 北京 100190)摘 要: 论述了空间碎片探测的方式和特点。 通过讨论天基光学探测系统的应用要求， 确定了系统的技术指标， 实现了对亮度不小于六等星目标的探测， 目标定位精度可达 3.5″。 通过分析， 在设计过程中 有效控制了视场内强光源形成的杂光影响， 实现可同时观测亮暗目标的性能。系统焦距 82 mm， 入瞳 直径 70 mm， 视场 10°×10°， 在 450～900 nm 谱段范围， 2 600～9 800 K 色温范围内， 0.85 视场内像点能 量质心偏差优于 3 μm，各色温之间质心偏差优于 1 μm， 2×2 像元内弥散斑能量集中度不大于 75%， 3×3 像元内弥散斑能量集中度不小于 90%。 采用遮光罩和镜头结构消除杂光， 通过仿真分析表明在太 阳抑制角大于 50°时， 系统 PST 不高于 10-8 量级， 可以满足暗目标观测要求。关键词: 光学设计； 天基探测； 杂光分析中图分类号: TH74文献标志码: ADOI: 10.3788/IRLA201645.S229004Optical system design of space-based detection camera of space debrisTong Jingbo, Zhang Hongwei, Wu Jianfu(Beijing Institute of Space Mechanics & Electricity, Beijing 100190, China)Abstract: The way and characteristics of space debris detection was analyzed.Based on the discussion
oftherequirements of space-based optical detection system, the system′ s technical specifications were presented.The detection of brightness higher than sixth-magnitude stars target was achieved, the target positioning precision could reach 3.5″.Through the analysis, the influence of stray light which produced ofstrong light source in the field of view was controlled in the design process, and the performanceof the bright and dark objects
could be observed simultaneously.Technical specifications of optical systemwere：82 mm effective focal length; 70 mm pupil diameter; 10°×10° field of view; under the condition of 450-900 nm wavelength range, 2 600-9 800 K color temperature range, the deviation of energy centre is betterthan 3 μm in the field of view of 0.85, the deviation of energy centre between the varioustemperature color is better than 1 μm, meanwhile, spot diagram energy concentration is greater than 75%in the 2×2 pixel and the spot diagram energy concentration is not less than 90% in the 3×3 pixel.Therequirements of dark targets observation can be met by the sun to suppress the angle is greater than 50°,and the PST is not higher than 10-8 which are indicated by the simulation and analysis with the design ofbaffles and camera lens structures.Keywords: optical design; space-based detection; stray light analysis第 45 卷第 S2 期 红外与激光工程2016 年 12 月Vol.45 No.S2Infrared and Laser EngineeringDec.2016静波(1982-),男,工程师,硕士,主要从事光机系统设计等方面的研究。Email:tjbcl@sohu.com摘要:论述了空间碎片探测的方式和特点。 通过讨论天基光学探测系统的应用要求， 确定了系统的技术指标， 实现了对亮度不小于六等星目标的探测， 目标定位精度可达 3.5″。 通过分析， 在设计过程中有效控制了视场内强光源形成的杂光影响， 实现可同时观测亮暗目标的性能。系统焦距 82 mm， 入瞳直径 70 mm， 视场 10°×10°， 在 450～900 nm 谱段范围， 2 600～9 800 K 色温范围内， 0.85 视场内像点能量质心偏差优于 3 μm，各色温之间质心偏差优于 1 μm， 2×2 像元内弥散斑能量集中度不大于 75%，3×3 像元内弥散斑能量集中度不小于 90%。 采用遮光罩和镜头结构消除杂光， 通过仿真分析表明在太阳抑制角大于 50°时， 系统 PST 不高于 10-8 量级， 可以满足暗目标观测要求。requirements of space-based
空间碎片天基探测相机光学系统设计
