CN106441374A - 一种实时半实物仿真全天区星光导航模拟装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种实时半实物仿真全天区星光导航模拟装置，包括准直***、位于准直***焦点处的液晶显示板、提供液晶显示板背光的反光罩、位于反光罩焦点处的光源、位于准直***出瞳位置的星敏感器、航天器飞行控制仿真***以及星图场景生成***，航天器飞行控制仿真***将同步曝光信号分别传输到星敏感器和星图场景生成***，星图场景生成***接收到航天器飞行参数和同步曝光信号后，驱动液晶显示板显示当前航天器状态下的星图场景。由于星敏感器的曝光时间非常短，只有在同步曝光信号的控制下驱动液晶显示板刷新星图，才能保证实时半实物仿真过程中，当星敏感器曝光时，液晶显示板显示的星图场景为稳定输出状态。

Description

一种实时半实物仿真全天区星光导航模拟装置
技术领域
本发明涉及一种星光导航模拟装置。更具体地，涉及一种实时半实物仿真全天区星光导航模拟装置。
背景技术
实时半实物仿真全天区星光导航模拟装置是一种在地面上模拟星空，以便对星敏感器及控制***进行实时半实物仿真装置，主要用于航天器星光导航***中星敏感器的半实物仿真试验。
目前现有的星光导航模拟装置有基于平行光管的星光导航模拟装置、基于光纤的星光导航模拟装置和基于液晶的星光导航模拟装置三种技术途径。基于平行光管的恒星模拟装置和基于光纤的恒星模拟装置具有结构简洁的优点，但是基于平行光管的恒星模拟装置由于光阑的机械加工精度导致分辨率比较低；基于光纤的恒星模拟装置无法进行全天区恒星模拟，只能进行固定天区的恒星模拟。基于液晶的星光导航模拟装置能够提供高分辨率的全天区星图，但是由于星敏感器的测量精度很高，同时测量的数据较多，有大量的数据处理和识别要在有限的时间内完成，留给星敏感器的曝光时间非常短，通常为毫秒级，不能满足星敏感器的曝光要求和半实物仿真的实时需求。
对于目前现有的非实时液晶星光导航模拟装置，由于星敏感器的曝光时间短，同时半实物仿真的实时性要求高，而液晶装置的图像生成、传输和全屏刷新时间比较长，难以满足星敏感器的曝光要求和半实物仿真的实时需求，因此，需要提供一种新的技术方案来解决上述问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够满足星敏感器曝光和半实物仿真实时性的要求、同时具有高分辨率、全天区实时星图特点的星光导航模拟装置。
为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：
一种实时半实物仿真全天区星光导航模拟装置，包括准直***、位于所述准直***焦点处的液晶显示板、提供所述液晶显示板背光的反光罩、位于所述反光罩焦点处的光源、位于所述准直***出瞳位置的星敏感器、航天器飞行控制仿真***以及星图场景生成***，所述航天器飞行控制仿真***通过飞行动力模块计算飞行动力、飞行控制模块控制飞行过程，并通过实时控制通信接口与所述星图场景生成***的星图实时通信接口联接，将航天器飞行参数传输到星图场景生成***，所述航天器飞行控制仿真***的同步曝光信号控制模块分别与所述星敏感器的同步曝光信号接收模块和所述星图场景生成***的星图同步曝光信号接收模块联接，将同步曝光信号分别传输到星敏感器和星图场景生成***，所述星敏感器通过实时通信接口与所述航天器飞行控制仿真***的实时控制通信接口的联接，将导航信息传输到航天器飞行控制仿真***，所述星图场景生成***接收到航天器飞行参数和同步曝光信号后，通过所述星图实时通信接口驱动液晶显示板显示当前航天器状态下的星图场景。由于星敏感器的曝光时间非常短，只有在同步曝光信号的控制下驱动液晶显示板刷新星图，才能保证实时半实物仿真过程中，当星敏感器曝光时，液晶显示板显示的星图场景为稳定输出状态。如果不同步，根本无法满足星敏感器的曝光要求，只能进行静态观测而无法进行实时仿真。
优选地，所述星图场景生成***进一步包括星点坐标计算模块和星点生成模块，所述星点坐标计算模块在星图场景生成***接收到航天器飞行参数和同步曝光信号后，计算星点坐标，所述星点生成模块通过星图实时通信接口将星点坐标传输给液晶显示板，所述液晶显示板根据星点坐标刷新相应的点。本发明的星图场景生成***只在第一帧时生成图像，第一帧以后只计算星点坐标，并且仅向液晶显示板传输星点坐标，液晶显示板根据星点坐标刷新相应的点，而不是全显示板逐点刷新，节约了星图生成时间并减少了星图传输和刷新的时间，提高了本装置的实时性。
优选地，该装置进一步包括设置在所述液晶显示板与光源之间的菲涅尔均光镜和窄带滤光片，所述菲涅尔均光镜将射向液晶显示板的光线进行匀场处理，所述窄带滤光片使与星敏感器光谱对应的光透射到液晶显示板上。菲涅尔均光镜采用二元光学技术可以对光源进行精细修正，不仅提高均匀性而且菲涅尔均光镜的体积、重量均比普通均光镜要小，可以有效减小本发明装置的体积和重量。窄带滤光片的透射光谱是根据星敏感器的敏感波段设计的，这样可以保证与星敏感器光谱对应的光能透过，把不需要的光过滤掉，满足星敏感器的低照度要求。
优选地，该装置进一步包括保证所述光源在低照度情况下可以稳定输出的光源反馈控制***。由于星光导航模拟装置要求的出射光照度非常低，普通光源在低照度情况下输出不稳定，因而在本发明中设置用于保证光源在低照度情况下可以稳定输出的光源反馈控制***。
优选地，该装置进一步包括保证所述星敏感器的入瞳与准直***的出瞳重合的光瞳对接定位装置。该光瞳对接定位装置是用来对接和定位光瞳的，是根据星光导航模拟装置的准直***的视场角、出瞳光瞳位置、出瞳直径和星敏感器的入瞳位置和入瞳直径设计的，在半实物仿真实验准备阶段，星敏感器需要安装在光瞳对接定位装置上，保证星敏感器的入瞳与准直***的出瞳重合，避免发生光学渐晕现象。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本发明的结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种实时半实物仿真全天区星光导航模拟装置，包括：反光罩1、光源2、窄带滤光片3、菲涅尔均光镜4、液晶显示板5、准直***6、光瞳对接定位装置7、光源反馈控制***8、星敏感器10、航天器飞行控制仿真***20和星图场景***30，星敏感器10包括同步曝光信号接收模块11和实时通信接口12，航天器飞行控制仿真***20包括飞行动力模块21、飞行控制模块22、同步曝光信号控制模块23和实时控制通信接口24，星图场景***包括星点坐标计算模块31、星点生成模块32、星图同步曝光信号接收模块33和星图实时通信接口34。
由于液晶显示板5自身不发光，因此需要光源2、反光罩1、窄带滤光片3、菲涅尔均光镜4、光源反馈控制***8等照明装置。光源2安装在反光罩1内，光源2发出的光经过反光罩1反射后，经过窄带滤光片3透射，再经过菲涅尔均光镜4，均匀光强后，投射到液晶显示板5，将液晶显示板5照亮。液晶显示板5安装在准直***6的焦点处，经过准直***6准直为平行光，形成清晰、均匀相当于无限远的全天区动态星图。窄带滤光片3的透射光谱是根据星敏感器10的敏感波段设计的，这样可以保证与星敏感器10光谱对应的光能透过，把不需要的光过滤掉，满足星敏感器10的低照度要求。由于光源2的实际发光部位为灯丝，灯丝的均匀性不好，因此需要菲涅尔均光镜4对光源发出的光进行均强，菲涅尔均光镜4采用二元光学技术可以对光源进行精细修正，不仅提高均匀性而且菲涅尔均光镜4的体积、重量均比普通均光镜要小。由于星光导航模拟装置要求的出射光照度非常低，普通光源在低照度的情况下输出不稳定，因此本发明还包括光源反馈控制***8，保证在低照度情况下光源可以稳定输出。光源反馈控制***8能够保证光源1在低照度情况下稳定输出。光瞳对接定位装置7是用来对接和定位光瞳的，是根据星光导航模拟装置准直***6的视场角、出瞳光瞳位置、出瞳直径和星敏感器10的入瞳位置和入瞳直径设计的，在半实物仿真实验准备阶段，星敏感器10需要安装在光瞳对接定位装置7上，保证星敏感器10的入瞳与准直***6的出瞳重合，避免光学渐晕现象。
因为星敏感器导航***在飞行过程中是安装在航天器上，因此航天器飞行控制仿真***20主要用来模拟和控制飞行过程，并负责与星图场景***30的实时通信，以及与星敏感器10的实时通信，保证半实物仿真严格的实时性。
在实时仿真过程中，航天器飞行控制仿真***20根据航天器半实物仿真的要求，由飞行动力模块21计算飞行动力、飞行控制模块22控制飞行过程。航天器飞行控制仿真***20通过实时控制通信接口24与星图场景***30的星图实时通信接口34联接，将航天器飞行参数输出到星图场景***30。
与此同时，航天器飞行控制仿真***20通过同步曝光信号控制模块23与星敏感器10中的同步曝光信号接收模块11的联接，控制星敏感器10曝光，并通过同步曝光信号控制模块23与星图同步曝光信号接收模块33的联接发送同步曝光信号至星图场景***30。星图场景***30接收到飞行参数和同步曝光信号后，有星点坐标计算模块31计算星点坐标，由星点生成模块32通过星图实时通信接口34驱动液晶显示板5刷新。由于星敏感器10的曝光时间短(通常为毫秒级)，只有在同步曝光信号的控制下，才能保证实时半实物仿真过程中，当星敏感器10曝光时，液晶显示板5显示的星点场景达到稳定输出。进一步的本发明星图场景***30与非实时的液晶图像***的工作方式不同。非实时液晶常用的驱动方式是由图像计算机生成图像、图像计算机传输图像至液晶驱动***、再全屏逐点刷新液晶显示板，这样耗费时间，不满足实时性需求。本发明的星图场景***30不生成图像，只计算和传输星点坐标数据，液晶显示板5再根据星点坐标只刷新相应点，而不是全显示板逐点刷新，这样节约了图像生成时间，减少了图像传输时间和刷新时间，提高了装置的实时性。
航天器飞行控制仿真***再通过实时控制通信接口24与星敏感器10的实时通信接口12的联接，采集星敏感器10曝光后输出的导航信息，并根据该导航信息修正飞行过程，再将飞行参数传输给星图场景***30，等待下一帧同步曝光信号再驱动下一帧的星点场景。
本发明能够实现实时半实物仿真全天区星光导航模拟，可用于星光导航***的测试与半实物仿真，其突出特点是高分辨率、实时性严格、输出稳定、全天区显示。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (5)

1.一种实时半实物仿真全天区星光导航模拟装置，其特征在于：包括准直***、位于所述准直***焦点处的液晶显示板、提供所述液晶显示板背光的反光罩、位于所述反光罩焦点处的光源、位于所述准直***出瞳位置的星敏感器、航天器飞行控制仿真***以及星图场景生成***，所述航天器飞行控制仿真***通过飞行动力模块计算飞行动力、飞行控制模块控制飞行过程，并通过实时控制通信接口与所述星图场景生成***的星图实时通信接口联接，将航天器飞行参数传输到星图场景生成***，所述航天器飞行控制仿真***的同步曝光信号控制模块分别与所述星敏感器的同步曝光信号接收模块和所述星图场景生成***的星图同步曝光信号接收模块联接，将同步曝光信号分别传输到星敏感器和星图场景生成***，所述星敏感器通过实时通信接口与所述航天器飞行控制仿真***的实时控制通信接口的联接，将导航信息传输到航天器飞行控制仿真***，所述星图场景生成***接收到航天器飞行参数和同步曝光信号后，通过所述星图实时通信接口驱动液晶显示板显示当前航天器状态下的星图场景。
2.根据权利要求1所述的实时半实物仿真全天区星光导航模拟装置，其特征在于：所述星图场景生成***进一步包括星点坐标计算模块和星点生成模块，所述星点坐标计算模块在所述星图场景生成***接收到航天器飞行参数和同步曝光信号后，计算星点坐标，所述星点生成模块通过星图实时通信接口将星点坐标传输给液晶显示板，所述液晶显示板根据星点坐标刷新相应的点。
3.根据权利要求1所述的实时半实物仿真全天区星光导航模拟装置，其特征在于：该装置进一步包括设置在所述液晶显示板与光源之间的菲涅尔均光镜和窄带滤光片，所述菲涅尔均光镜将射向液晶显示板的光线进行匀场处理，所述窄带滤光片使与星敏感器光谱对应的光透射到液晶显示板上。
4.根据权利要求1所述的实时半实物仿真全天区星光导航模拟装置，其特征在于：该装置进一步包括保证所述光源在低照度情况下可以稳定输出的光源反馈控制***。
5.根据权利要求1所述的实时半实物仿真全天区星光导航模拟装置，其特征在于：该装置进一步包括保证所述星敏感器的入瞳与准直***的出瞳重合的光瞳对接定位装置。
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