CN104567928A - 一种基于微米级led发光技术的星模拟器目标标准源 - Google Patents

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Abstract

一种基于微米级LED发光技术的星模拟器目标标准源，属于光学测量仪器技术领域，包括箱体、镜筒、十字分划板、衰减片、滤光片、μ？LED光源、用于μ？LED光源定位的电控移动台、恒温装置以及精微可控电源；其中所述箱体的侧端面上安装有镜筒；所述镜筒内依次安装有十字分划板、衰减片、滤光片；所述箱体的内底面上安装有用于μ？LED光源定位的电控移动台和精微可控电源；所述μ？LED光源安装在用于μ？LED光源定位的电控移动台上；所述恒温装置安装在μ？LED光源的背面。本发明整体构成结构简单，安装方便，可实现5～10等星模拟，星间距精度≤±1μm，且星点实时可控，设备调配和维护便捷。

Description

一种基于微米级LED发光技术的星模拟器目标标准源
技术领域
本发明属于光学测量仪器技术领域，特别是涉及到一种光学导航敏感器的地面检测与标定。
背景技术
光学导航敏感器是为飞行器在太空中提供位置及姿态参数的重要装置，其精度高低将决定着飞行器的精确飞行，因此需对光学导航敏感器的工作参数进行准确的检测与标定，以确保光学导航敏感器精确的运行精度，从而保证飞行器的飞行精度和安全性。目前光学导航敏感器的精度从低到高，依次分为地球敏感器、太阳敏感器和星敏感器。
光学导航敏感器的标定有两种方式：在轨标定和地面标定，在轨标定由于技术难度较大、费用高、标定费时，所以光学导航敏感器的标定基本都采用地面标定的方式。地面标定所用设备根据敏感器的不同，精度由低到高依次分为地球模拟器、太阳模拟器和星模拟器。地面标定的原理是：由模拟器为所标定的光学导航敏感器提供高精度标准发光目标(包括红外地球图像、太阳光斑和星图)，通过计算模拟器所提供的标准发光目标与所标定光学导航敏感器采集到的标准发光目标的图像之间的误差，来确定被标定光学导航敏感器工作参数。目前，航天领域为飞行器多配置为星敏感器，其主要工作参数是恒星间的张角和星点亮度(星等)，所以对星敏感器的标定任务也就是在地面采用星模拟器完成这两个主要工作参数的精度(即星间角距精度和星点亮度(星等)精度)的标定。
星模拟器由标准目标源与准直光学***两部分组成，其工作原理是：位于模拟器准直光学***焦平面处的标准目标源提供发光目标，通过准直光学***将此发光目标投射到被标定敏感器的入瞳处，为所标定的光学导航敏感器输入标定所需的目标图像。而根据星模拟器的标准目标源工作原理的不同，星模拟器可分为静态星模拟器、动态星模拟器，但是从相关资料了解到，目前由于已有的星模拟器的目标标准源在设计中，由于原理误差、发光源性能以及加工工艺等因素，造成了目前用于星敏感器标定的星模拟器精度都相对较低，例如在静态星模拟器设计中，常采用的LED背光板配合加工有圆形通孔的金属目标靶的发光目标模拟方法，在标定过程中只能实现固定位置和固定亮度星图的模拟；而动态星模拟器设计中，常采用的液晶光阀配合液晶显示器的动态模拟方法，星点位置受液晶光阀的动态噪声影响很大，而且亚像素元测量精度时，由于像素形状(矩形形状)限制，无法实现星点圆度的要求。或者即使所研制的装置可以实现星图的对星等和星间张角的精度要求，但是其设计难度和研制的技术要求太高，不适合广泛推广。例如有一种采用OLED面阵光源与光纤传光束配合高精度星点靶标来进行星图模拟装置，其星间角距精度可以达到几μm，可完成5～10等星的模拟，但是其光纤与OLED的耦合精度以及光纤与靶标的装调精度要求非常严格，研制成本和后期维护费用太高，实际应用投入太大。
随着微光电子机械***(MOEMS)技术的出现，μLED作为发光光源开始得到重点研究。而目前，针对基于μLED发光技术的星模拟器目标标准源尚未见报道。因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于微米级LED发光技术的星模拟器目标标准源，整体构成结构简单，安装方便，可实现5～10等星模拟，星间距精度≤±1μm，且星点实时可控，设备调配和维护便捷。
一种基于微米级LED发光技术的星模拟器目标标准源，包括箱体、镜筒、十字分划板、衰减片、滤光片、μLED光源、用于μLED光源定位的电控移动台、恒温装置以及精微可控电源；其中所述箱体的侧端面上安装有镜筒；所述镜筒内依次安装有十字分划板、衰减片、滤光片；所述十字分划板瞄准μLED光源上发光点的位置；所述衰减片用于调整目标标准源最终的整体发光亮度，所述滤光片用于控制μLED光源所发光的波段达到模拟器的输出星图的波长要求；所述箱体的内底面上安装有用于μLED光源定位的电控移动台和精微可控电源；所述μLED光源安装在用于μLED光源定位的电控移动台上；μLED光源为一副具有发光点尺寸≥10μm的、多点的发光面，μLED光源上的各个发光点可单独、实时可控；所述用于μLED光源定位的电控移动台通过电机来控制导轨移动台沿目标标准源的光轴方向移动，调整安装在移动台上面的μLED光源的位置位于星模拟器准直光学***的焦平面处；所述恒温装置安装在μLED光源的背面；恒温装置用于保持μLED光源周围具有稳定的恒温环境，所述精微可控电源用于控制μLED光源上每个点的亮度。
所述镜筒内部依次安装的十字分划板、衰减片、滤光片均与镜筒垂直。
所述μLED光源的安装位置与用于μLED光源定位的电控移动台垂直。
所述μLED光源通过微光电子机械***MOEMS在外延片的基础上加工，μLED光源上发光点位置根据星模拟器的星图确定。
所述衰减片、滤光片的具体参数根据星模拟器所需的目标标准源的亮度与工作波长确定。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：一种基于微米级LED发光技术的星模拟器目标标准源，整体构成结构简单，安装方便，可实现5～10等星模拟，星间距精度≤±1μm，且星点实时可控，设备调配和维护便捷。采用MOEMS加工技术，可保证μLED光源上的各个星点位置、大小精确可控，可实现星点的位置精度≤±1μm，星点间的最小距离≤20μm；通过选择不同发光材料的外延片，通过拼接，可实现一副星图中具有不同发光波长星点的模拟；采用μLED光源可实现所模拟星图中的星点单星亮灭实时可控；通过裁剪或拼接外延片的方式，来满足与各型号星模拟器需不同尺寸星图的要求。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：
图1为本发明一种基于微米级LED发光技术的星模拟器目标标准源整体结构示意图。
其中1-箱体、2-镜筒、3-十字分划板、4-衰减片、5-滤光片、6-μLED光源、7-用于μLED光源定位的电控移动台、8-恒温装置、9-精微可控电源。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行进一步说明。
如图1所示的一种基于微米级LED发光技术的星模拟器目标标准源，包括括箱体1、镜筒2、十字分划板3、衰减片4、滤光片5、μLED光源6、用于μLED光源定位的电控移动台7、恒温装置8以及精微可控电源9。
其中所述箱体1的侧端面上安装有镜筒2；所述镜筒2内依次安装有十字分划板3、衰减片4、滤光片5；所述箱体1的内底面上安装有用于μLED光源定位的电控移动台7和精微可控电源9；所述μLED光源6安装在用于μLED光源定位的电控移动台7上；所述恒温装置8安装在μLED光源6的背面。
所述箱体1用于支撑内部安装有十字分划板3、衰减片4和滤光片5的镜筒2以及μLED光源6和精微可控电源9。
所述镜筒2内部依次安装的十字分划板3、衰减片4、滤光片5均与镜筒2垂直。
所述μLED光源6在安装时，与用于μLED光源定位的电控移动台7垂直。
所述镜筒2用于安装十字分划板3、衰减片4和滤光片5。
所述十字分划板3用于瞄准μLED光源6上发光点的位置。
所述衰减片4用于调整目标标准源最终的整体发光亮度。
所述滤光片5用于对μLED光源6所发光的波段进行控制，已满足模拟器的输出星图的波长要求。
所述μLED光源6是应用MOEMS技术，对外延片进行加工，制成的一副具有发光点尺寸最小可达几十μm的、多点的发光面，其上的各个发光点可实现单独、实时可控。尺寸在μm级别的LED简称为μLED。
所述用于μLED光源定位的电控移动台7通过电机来控制导轨移动台沿目标标准源的光轴方向移动，精确调整安装在移动台上面的μLED光源6位置，从而保证μLED光源6位于星模拟器准直光学***的焦平面处。
所述恒温装置8用于保持μLED光源6周围具有稳定的常温环境，确保μLED光源6上的各个发光点之间的位置精度不受温度变化而发生形变的影响。恒温装置8贴靠在μLED光源6背面。
所述精微可控电源9用于控制μLED光源6上每个点的亮度，保证μLED光源6上面的每个点能够实现单点的实时亮灭和整体亮度的控制。
本发明采用μLED作为星模拟器的目标标准，用于模拟星图，位置精度和星等模拟精度高，稳定性好，操作简单。

Claims (5)

1.一种基于微米级LED发光技术的星模拟器目标标准源，其特征是：包括箱体(1)、镜筒(2)、十字分划板(3)、衰减片(4)、滤光片(5)、μLED光源(6)、用于μLED光源定位的电控移动台(7)、恒温装置(8)以及精微可控电源(9)；其中所述箱体(1)的侧端面上安装有镜筒(2)；所述镜筒(2)内依次安装有十字分划板(3)、衰减片(4)、滤光片(5)；所述十字分划板(3)瞄准μLED光源(6)上发光点的位置；所述衰减片(4)用于调整目标标准源最终的整体发光亮度，所述滤光片(5)用于控制μLED光源(6)所发光的波段达到模拟器的输出星图的波长要求；所述箱体(1)的内底面上安装有用于μLED光源定位的电控移动台(7)和精微可控电源(9)；所述μLED光源(6)安装在用于μLED光源定位的电控移动台(7)上；μLED光源(6)为一副具有发光点尺寸≥10μm的、多点的发光面，μLED光源(6)上的各个发光点可单独、实时可控；所述用于μLED光源定位的电控移动台(7)通过电机来控制导轨移动台沿目标标准源的光轴方向移动，调整安装在移动台上面的μLED光源(6)的位置位于星模拟器准直光学***的焦平面处；所述恒温装置(8)安装在μLED光源(6)的背面；恒温装置(8)用于保持μLED光源(6)周围具有稳定的恒温环境，所述精微可控电源(9)用于控制μLED光源(6)上每个点的亮度。
2.根据权利要求1所述的一种基于微米级LED发光技术的星模拟器目标标准源，其特征是：所述镜筒(2)内部依次安装的十字分划板(3)、衰减片(4)、滤光片(5)均与镜筒(2)垂直。
3.根据权利要求1所述的一种基于微米级LED发光技术的星模拟器目标标准源，其特征是：所述μLED光源(6)的安装位置与用于μLED光源定位的电控移动台(7)垂直。
4.根据权利要求1所述的一种基于微米级LED发光技术的星模拟器目标标准源，其特征是：所述μLED光源(6)通过微光电子机械***MOEMS在外延片的基础上加工，μLED光源(6)上发光点位置根据星模拟器的星图确定。
5.根据权利要求1所述的一种基于微米级LED发光技术的星模拟器目标标准源，其特征是：所述衰减片(4)、滤光片(5)的具体参数根据星模拟器所需的目标标准源的亮度与工作波长确定。
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