CN102745345B - 一种用于标定紫外导航敏感器的紫外恒星模拟器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于标定紫外导航敏感器的紫外恒星模拟器，包括黑色平板、LED灯、光纤、氘灯、滤光片和调制盘，黑色平板中间安装一个LED灯用于模拟地球，在LED灯周围开有N个透光孔用于模拟恒星，每个透光孔装配一根光纤和一个氘灯，氘灯作为光源输出360nm～200nm的紫外光谱，调制盘设置在光纤入口与氘灯之间，调制盘上安装不同紫外谱段的滤光片，通过马达驱动调制盘转动带带动滤光片转动使光纤辐射出不同谱段的紫外光。本发明采用石英光纤组合模拟恒星紫外光谱辐射，石英光纤以不同的组合方式模拟紫外单恒星、多恒星的紫外光谱辐射模型，本发明结构简单易于实现，解决了紫外导航敏感器紫外星点与星图静态、动态标定问题。

Description

一种用于标定紫外导航敏感器的紫外恒星模拟器
技术领域
本发明涉及一种紫外恒星模拟器，尤其涉及一种用于标定紫外导航敏感器的紫外恒星模拟器。
背景技术
紫外导航敏感器的工作原理源于紫外三轴地球姿态敏感器，美国霍尼韦尔公司申请的专利号为US5837894名称为“WideField of View Sensor with diffrativeOptical Corrector”中公开的一种利用紫外谱段的三轴姿态敏感器，利用一个组合反射式二面镜反射阵列和一个球透镜***，构成了一个具有超大视场角的组合光学***，由于对地观测的是地球边缘的图像，所以可利用中心视场来观测其它天体目标，这样就构成了一个光学***具有两个信息通道同时敏感来自两个信息通道(如恒星、地球)的非常规光学***，紫外地球敏感器通过对提取的目标信息进行处理后，为卫星提供三轴姿态数据和自主导航数据。
专利号为200810057342.1的专利公开了一种紫外导航敏感器光学***，其光学***包括：斜装反射镜、平面反射镜、N面锥反射镜、N个滤光镜、组合球透镜、二元光学器件、光纤组合面板、CCD接收器。该专利可以用来接收恒星和地球的紫外光。
目前高轨道上采用紫外导航敏感器是一种在300nm附近的日盲紫外谱段能够同时观测恒星与地球，且同时成像在CCD的紫外导航敏感器，在紫外导航敏感器研制过程中，需要对紫外导航敏感器进行标定，由于地面无法获知紫外导航感器在空间的真实情况，因此必须建立一种紫外谱段的恒星模拟器用于对紫外导航敏感器进行标定。目前现有的恒星模拟器都是可见光谱段，发光靶面用液晶光阀实现，由软件控制事先安装的星图，可以***示空间星点的分布，由于该种类型的恒星模拟器中的液晶光阀无法透过紫外光，也不能采用液晶光阀模拟星体辐射和星体分布，因此无法作为紫外恒星敏感器的标定装置。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于标定紫外导航敏感器的紫外恒星模拟器，本发明组成简单，能够模拟紫外单恒星、多恒星的紫外光谱，实现了对紫外导航敏感器的标定。
本发明的技术解决方案是：一种用于标定紫外导航敏感器的紫外恒星模拟器，包括黑色平板、LED灯、光纤、氘灯、滤光片和调制盘，黑色平板中间安装一个LED灯用于模拟地球，在LED灯周围开有N个透光孔用于模拟恒星，每个透光孔装配一根光纤和一个氘灯，氘灯作为光源输出360nm～200nm的紫外光谱，调制盘设置在光纤入口与氘灯之间，调制盘上安装不同紫外谱段的滤光片，通过马达驱动调制盘转动带动滤光片转动使光纤辐射出不同谱段的紫外光，其中滤光片的谱段范围为360nm～200nm。
本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明采用石英光纤组合模拟恒星紫外光谱辐射，紫外波段的范围为360nm～200nm，石英光纤以不同的组合方式模拟紫外单恒星、多恒星的紫外光谱辐射模型，本发明结构简单易于实现，解决了紫外导航敏感器紫外星点与星图静态、动态标定问题。
附图说明
图1为本发明的星点分布示意图；
图2为本发明的发光***组成原理图；
图3为利用本发明对紫外导航敏感器进行静态标定的效果图。
具体实施方式
本发明采用石英光纤组合模拟空间的紫外恒星分布与相应的紫外光谱辐射。用一个由LED器件组成的直径为Ф200的均匀发光平面模拟紫外地球，准紫外地球边缘的光谱为395nm。用多束光纤分布在模拟紫外地球周围，每束由多根光纤组成，构成不同数量的模拟紫外恒星，光纤束用紫外光源照明，每束光纤的模拟紫外恒星的闪烁，可对每束光纤进行间隔照明实现，将它们分布在紫外地球的周围。以此模拟紫外单恒星、多恒星的分布和紫外光谱辐射模型。恒星群、单恒星可以作为静态目标，也可作为动态目标，通过对不同恒星群光源的调制，控制各恒星群在不同的时刻分别发出辐射光，以此模拟敏感器对星空扫描的效果。供地面紫外敏感器进行紫外星点与星图静态、动态模拟测试与标定。
如图1、2所示，本发明包括黑色平板、LED灯、光纤、氘灯、滤光片和调制盘，黑色平板作为紫外星模拟器的背景，黑色平板中间安装一个LED灯用于模拟地球，在LED灯周围开有N个透光孔用于模拟恒星，每个透光孔装配一根光纤和一个氘灯，氘灯作为光源输出360nm～200nm的紫外光谱，调制盘设置在光纤入口与氘灯之间，调制盘上安装不同紫外谱段的滤光片，通过马达驱动调制盘使得光纤辐射出不同谱段的紫外光，其中滤光片的谱段范围为360nm～200nm。星点的配置可多星点配置、也可多组混合设置。
本发明选择直径为0.5mm的石英光纤制作了直径0.22mm的星点，单根光纤可模拟单星、多根光纤组合可模拟多星，多星间角距分布可自由组合。
在地球大气层外的空间背景是辐射温度约3.5k的深空冷背景。恒星在黑色背景中闪闪发光，由于恒星的温度不同，因而发出的光谱也不同。＜300nm紫外恒星发出的紫外光谱是不可见的，用于紫外的氘灯辐射光谱几乎包含了整个紫外光谱范围，是紫外光源的最佳选择。光源采用紫外光源氘灯，氘灯是目前最理想的紫外光源，可辐射出190nm～400nm连续光谱，具有良好的辐射强度、稳定性。不同波段的选择，可通过滤光器实现。本发明根据观测对象的辐射光谱特点，氘灯的输出光谱范围选择在360nm～200nm。紫外光源氘灯的型号采用DD2.5。
紫外星模可设计成静态和动态两种测试模式，星点可单星或多星显示，星点的辐射亮度可通过改变光源与光纤输入端的距离实现；可通过更换相应滤光片选择光谱。在对紫外敏感器进行静态标定时，根据敏感器光学***视场角的大小，设置模拟器与敏感器之间的距离；开启模拟紫外地球与紫外恒星光源；开启紫外敏感器电源与控制器电源，如图3所示，这时在显示器上应显示出目标经敏感器光学***成的目标像，即模拟紫外地球与其周围的紫外恒星群。按照显示器上目标像对应的灰度值，可调节光源与光纤间的距离，实现目标像灰度值的增加与减小。若进行动态测试时，各组星点的显示频率，可通过对各组合光纤组输入端进行光的调制实现，可开启调制盘转动，调制器先后扫描几个光纤组，这时对应的光纤组闪烁辐射出相应的波段，调制盘由马达驱动，转速可调。
星点提取算法按照传统方式由恒星阈值确定、星点搜索组成，程中还将根据恒星尺寸等特征去掉伪星，之后进行质心计算、星图识别，这里直接借鉴紫外导航敏感器的星图识别、跟踪以及姿态计算方法，不再详述。
依据紫外导航敏感器的验证数据，地球姿态角在0.02°量级、恒星得到的惯性姿态在27°，因此高轨道紫外敏感器可以获得相近似的导航精度2km。
本发明未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。

Claims (1)

1.一种用于标定紫外导航敏感器的紫外恒星模拟器，其特征在于：包括黑色平板、LED灯、光纤、氘灯、滤光片和调制盘，黑色平板中间安装一个LED灯用于模拟地球，在LED灯周围开有N个透光孔用于模拟恒星，每个透光孔装配一根光纤和一个氘灯，氘灯作为光源输出360nm～200nm的紫外光谱，调制盘设置在光纤入口与氘灯之间，调制盘上安装不同紫外谱段的滤光片，通过马达驱动调制盘转动带动滤光片转动使光纤辐射出不同谱段的紫外光，其中滤光片的谱段范围为360nm～200nm。
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