特定輻照度下均勻輻射的紅外星模擬器光學系統設計

鄭茹，李長余，高越，李光茜，劉博，孫闊

（1 長春理工大學 光電工程學院，長春 130022）

（2 高精度光電測量產業技術研發中心，長春 130022）

（3 中國中車長春軌道客車股份有限公司，長春 130062）

0 引言

隨著軍事領域和航天領域對導航系統的迫切需求，星光導航系統以其高精度、自主式、全天候的特點，得到了廣泛關注［1-3］。星光定向儀作為星光導航系統的關鍵設備，主要作用是獲取自然星體的準確空間角位置，用于導彈、船載和空間衛星高精度姿態解算和導航定位，其性能在很大程度上決定了星光導航系統的性能［4-6］。星模擬器用來模擬星圖，為星光定向儀進行地面標定，所以研制高精度的星模擬器是研制高性能星光定向儀的重要保障［7］。在可見光波段下，星光定向儀容易受到太陽散射在大氣層中產生的背景輻射影響［8］，依據瑞利散射定律，紅外波段相對可見光波段散射強度小，透過大氣層的輻射能量強［9］，實踐表明，在白天使用近紅外波段實現導航定位比可見光波段效率高得多［10-11］。因此研制高精度的紅外星模擬器，實現紅外星圖模擬，成為提高星光導航效率與星點探測精度的新內容［12］。

傳統的星模擬器主要模擬可見光波段的固定星圖，由于受到大氣層輻射因素影響，使得星點星等（星星明暗程度的一種表示方法）和位置精度降低。同時，輻射均勻的光源可保證星圖均勻出射，提高星光定向儀識別效率。2016年長春理工大學孟遙等［13］研制了基于液晶拼接的星模擬器，在光源后集成復眼透鏡，其設計的光源系統實現了可見光波段且在相對星等（只實現相鄰輻照度間能量像差2.512 倍的關系，對具體照度值不做要求）下不均勻度為7.3%；……