大视场低畸变的星敏感器光学系统设计*

王 循，谢运强，刘春雨，解 鹏，刘 帅

（1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春 130033；2.中国科学院大学，北京 100049）

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近年来，随着科学技术在各个领域的发展，推进了航天事业的不断进步。微纳卫星作为一种创新型空间航天技术研究产物，其本身拥有体积小，重量轻且灵活性强等优势，可满足空间遥感、定位、图像识别等多种需求，是未来空间航天技术领域的重要发展方向[1－3]。星敏感器通过光学遥感技术，探测宇宙天体中恒星发出的微弱信号，通过图像处理等技术进而推测出微纳卫星的飞行姿态信息，是微纳卫星的重要组成部分[4－5]。

目前，星敏感器的重要研究方向在于增大相对孔径和降低畸变。增大相对孔径可使星敏感器中探测器获得更多能量以探测到更多的导航星，降低畸变可提升星敏感器的成像质量，进而提高星敏感器的探测精度[6－7]。此外，由于微纳卫星动辄批量化的需求，故星敏感器向低周期、低成本的方向发展[8]。目前在航天领域广泛应用的星敏感器光学系统相对孔径在1/1.6以上[9]。王虎等[10]设计的一种星敏感器，光学系统相对孔径较大，为1/1.1，但该光学系统成像质量较差，无法满足星敏感器要求。孟祥月等[11]设计的星敏感器光学系统具有较大的相对孔径，为1/1.25，但该种光学系统畸变较大达到了0.05%，导致成像质量有所降低。杜康等[12]设计的星敏感器光学系统相对孔径为1/1.3，畸变较小，为0.013%，具有很好的探测精度，但其采用了非球面设计，加工周期和成本成倍提高，无法满足微纳卫星快速生产及低成本的需求。……