CN114633906B - 一种紫外动态地球模拟器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种紫外动态地球模拟器，包括模拟器头部、控制计算机、紫外地球模拟显示软件、导轨及调整机构。模拟器头部由准直光学***、紫外显示器、驱动电路、紫外光源、准直镜筒及机壳组成。紫外地球模拟显示软件安装在控制计算机中，该软件可实时生成动态的地球紫外圆盘和天空背景图像，模拟图像经模拟器头部的驱动电路显示在紫外显示器上，紫外显示器发出的光线经准直光学***汇聚后形成平行光，可在室内有限距离上模拟对真实地球边缘紫外辐射亮度随季相变化和日变化的地球表面辐亮度空间分布的观测效果，实现对紫外地球敏感器性能、极性和角度的模拟测试。本发明结构简单，体积小，重量轻，操作便捷，可灵活输出静态或动态地球模拟图像。
Description
技术领域
本发明涉及紫外地球模拟器的技术领域，特别涉及一种紫外动态地球模拟器。
背景技术
紫外地球模拟器是卫星控制分***测试设备的组成部分，用于卫星控制分***对紫外地球敏感器的功能和性能的测试。
先前的紫外地球模拟器通常由紫外光源、紫外滤光片、地球分划板或地球光阑、紫外准直光学***和紫外准直镜筒组成。为了实现相对于紫外地球敏感器光轴不同地球图像的模拟，需要更换不同的地球分划板或地球光阑。这类紫外地球模拟器通常用于静态地球图像的模拟。还有些紫外地球模拟器，采用空心发光椭球体来模拟地球，***占用空间大，操作复杂。
现今有些紫外地球模拟器要求为紫外地球敏感器提供任意时刻地球圆盘紫外信号和天空背景冷信号。不仅要给出不同时刻的地球表面辐亮度的空间分布特征，且要能够模拟地球边缘紫外辐射亮度随季相变化和日变化的特征，能够模拟地球边缘辐射亮度随切点高度的垂直变化规律。显然先前的地球图像模拟方法已不足以满足当前的工程需求。
发明内容
本发明的目的在于针对先前紫外地球图像模拟方法的局限性及实际的工程需求，提供了一种紫外动态地球模拟器，该模拟器体积小，重量轻，可灵活支持动态或静态地球图像的模拟且操作简单。
本发明采用的技术方案为：一种紫外动态地球模拟器，包括紫外地球模拟器头部、控制计算机、紫外地球模拟显示软件、导轨及调整机构。紫外地球模拟器头部由准直光学***、紫外显示器、驱动电路、紫外光源、准直镜筒及机壳组成。准直光学***位于准直镜筒内，驱动电路、紫外光源位于机壳内，紫外显示器位于准直光学***焦点附近最佳像面处，紫外光源发出覆盖工作波段的紫外光，充满前方的紫外显示器，通过准直光学***以平行光出射出紫外地球模拟器头部，为紫外地球敏感器提供一无穷远处的图像目标；紫外地球模拟显示软件安装在控制计算机中，该软件可根据网络接收到的紫外地球敏感器某一时刻的历元信息或本地设置的历元信息，由地球边缘紫外辐射亮度数据库生成当前时刻紫外地球敏感器所能观测到的地球紫外圆盘和天空背景图像数据，再通过驱动电路在紫外显示器上产生地球紫外圆盘和天空背景图像。由模拟图像发出的光线经准直光学***汇聚后形成平行光，可在室内有限距离上模拟对真实地球边缘紫外辐射亮度随季相变化和日变化的地球表面辐亮度空间分布的观测效果。实现对紫外地球敏感器性能、极性和角度的模拟测试。
进一步地，所述的控制计算机通过外部接口与地测主控计算机进行通信，安装在控制计算机中的紫外地球模拟显示软件实时接收地测主控计算机发出的历元时刻信息，并将该信息作为有外部历元驱动模式的输入，在地球边缘紫外辐射亮度数据库中选择与历元时刻相同的数据文件，计算并灵活输出静态或动态紫外地球模拟图像。
进一步地，所述的紫外地球模拟显示软件支持有外部历元驱动和无外部历元驱动两种工作模式，且在这两种工作模式下均可实现单点、单天或全年地球紫外模拟图像的循环显示输出。
进一步地，所述的地球边缘紫外辐射亮度全年数据库由许多不同季节不同时段采集到的地球紫外光谱特性数据文件组成。每个数据文件选取相对于观测点上下左右4个位置的临边点以及星下点、临边点和星下点间的中间点等重要观测点位，在紫外地球敏感器观测的球面区域共有17个观测点位。
进一步地，所述的紫外显示器利用多晶硅技术，在基板上内置驱动电路。具有小型化、重量轻、可靠性高等特点。地球亮度可通过紫外光源和调节光源的发光亮度来模拟，也可通过软件显示的地球灰度值来改变。
进一步地，所述的驱动电路用于紫外地球模拟器控制计算机与紫外显示器之间的地球边缘紫外辐射亮度数据传递，完成对显示器的地球图像显示及刷新功能。
进一步地，所述的紫外地球模拟器通过水平方向的支架、导轨及调整机构保证紫外地球敏感器与紫外地球模拟器的相对位置精度。
进一步地，紫外地球模拟图像主要生成流程如下：
(1)根据地球紫外光谱特性数据建立数据库；
(2)将数据库中每个数据文件17个位置的相关信息转换为平面显示的图像位置及亮度信息；
(3)通过已有17个位置点的位置及亮度信息，拟合出整个圆形区域内所有像素位置的亮度数据并存为图像文件；
(4)根据需求在图像文件中添加背景星图；
(5)显示输出静态地球模拟图像或动态地球模拟图像。
进一步地，输出不同静态或动态地球模拟图像无需更换***的任何组件。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明提供的紫外地球模拟器，结构简单，操作便捷，可靠性高。在无需更换设备组件的情况下，通过设置紫外地球模拟显示软件的工作模式，管理地球边缘紫外辐射亮度数据库及相关计算，便可实现紫外地球图像的灵活模拟，输出或环或圆或弧的紫外地球图像，满足当前的工程需求。
附图说明
图1为本发明的紫外地球模拟器***结构示意图。
图2为本发明的紫外地球模拟器头部结构示意图，其中，21为准直光学***，22为准直镜筒，23为紫外显示器，24为紫外光源，25为驱动电路，26为机壳。
图3为本发明的地球表面观测点位分布示意图(投影后)。
图4为本发明的模拟输出的部分紫外地球显示效果图，其中，图4(a)为模拟输出的部分紫外地球显示效果图一，图4(b)为模拟输出的部分紫外地球显示效果图二。
具体实施方式
为使本技术领域人员更好地理解本发明方案，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，实际实施中，可调整部件的规格、型号或数量，如：紫外显示器的型号及数量等，且其组件的布局也可能更加复杂。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的一种紫外动态地球模拟器，包括：紫外地球模拟器头部、控制计算机、紫外地球模拟显示软件、导轨及调整机构。紫外地球模拟器头部由准直光学***21、紫外显示器23、驱动电路25、紫外光源24、准直镜筒22及机壳26组成，准直光学***21位于准直镜筒22内，驱动电路25、紫外光源24位于机壳26内，紫外显示器23位于准直光学***21焦点附近最佳像面处，紫外光源24发出覆盖工作波段的紫外光，充满前方的紫外显示器23，通过准直光学***21以平行光出射出紫外地球模拟器头部，为紫外地球敏感器提供一无穷远处的图像目标。
如图1所示，在进行***半物理仿真实验时，首先通过水平方向的支架、导轨及调整机构保证紫外地球敏感器与紫外动态地球模拟器的相对位置精度。
卫星设定为地球同步静止卫星，紫外地球敏感器与地球表面的距离设定为36000km，卫星沿着赤道运行，卫星位置已知。
在有外部历元驱动工作模式下，紫外动态地球模拟器控制计算机中的紫外地球模拟显示软件可通过网络接口实时接收地测主控计算机输入的历元时刻信息，并根据该历元时刻在地球边缘紫外辐射亮度数据库中查询到相应的数据文件，将数据文件中的数据信息转换计算生成紫外地球模拟图像，模拟图像显示在模拟器头部的紫外显示器上，经准直光学***汇聚后形成平行光供紫外地球敏感器接收使用。
在无外部历元驱动工作模式下，通过紫外动态地球模拟器控制计算机中的紫外地球模拟显示软件可直接在地球边缘紫外辐射亮度数据库中选择所需的数据文件，计算生成相应的紫外地球模拟图像，模拟图像同样显示在模拟器头部的紫外显示器上，经准直光学***汇聚后形成平行光供紫外地球敏感器接收使用。
在有外部历元驱动和无外部历元驱动两种工作模式下，均可进行单点图像循环输出、单天图像循环输出、全年图像循环输出三种细分工作模式。
地球边缘紫外辐射亮度全年数据库由许多不同季节不同时段采集到的地球紫外光谱特性数据文件组成。每个数据文件中含有相对于观测点上下左右4个位置的临边点以及星下点、临边点和星下点间的中间点等重要观测点位，在紫外地球敏感器观测的球面区域共有17个观测点位，其位置布局见图3。
紫外显示器分辨率为1920×1080，像元尺寸为8μm×8μm。
紫外动态地球模拟器的工作波长范围为330nm～360nm。
紫外地球模拟图像主要生成流程：
(1)根据地球紫外光谱特性数据建立数据库；
(2)将数据库中每个数据文件17个位置的相关信息转换为平面显示的图像位置及亮度信息；
(3)通过已有17个位置点的位置及亮度信息，拟合出整个圆形区域内所有像素位置的亮度数据并存为图像文件；
(4)根据需求在图像文件中添加背景星图；
(5)显示输出静态地球模拟图像或动态地球模拟图像。
Claims (2)
1.一种紫外动态地球模拟器，其特征在于：包括紫外地球模拟器头部、控制计算机、紫外地球模拟显示软件、导轨及调整机构，其中，紫外地球模拟器头部由准直光学***（21）、紫外显示器（23）、驱动电路（25）、紫外光源（24）、准直镜筒（22）及机壳（26）组成，准直光学***（21）位于准直镜筒（22）内，驱动电路（25）、紫外光源（24）位于机壳（26）内，紫外显示器（23）位于准直光学***（21）焦点附近最佳像面处，紫外光源（24）发出覆盖工作波段的紫外光，充满前方的紫外显示器（23），通过准直光学***（21）以平行光出射出紫外地球模拟器头部，为紫外地球敏感器提供一无穷远处的图像目标；紫外地球模拟显示软件安装在控制计算机中，该软件可根据网络接收到的紫外敏感器某一时刻的历元信息或本地设置的历元信息，由地球边缘紫外辐射亮度数据库生成当前时刻紫外敏感器所能观测到的地球紫外圆盘和天空背景图像数据，再通过驱动电路在紫外显示器上产生地球紫外圆盘和天空背景图像，由模拟图像发出的光线经准直光学***汇聚后形成平行光，可在室内有限距离上模拟对真实地球边缘紫外辐射亮度随季相变化和日变化的地球表面辐亮度空间分布的观测效果，实现对紫外地球敏感器性能、极性和角度的模拟测试；
紫外动态地球模拟器的工作波长范围为330nm～360nm；
所述的紫外显示器利用多晶硅技术，在基板上内置驱动电路；地球亮度通过紫外光源和调节光源的发光亮度来模拟，或通过软件显示的地球灰度值来改变；
通过水平方向的支架、导轨及调整机构保证紫外地球敏感器与紫外地球模拟器的相对位置精度。
2.如权利要求1所述的紫外动态地球模拟器，其特征在于：所述的控制计算机通过外部接口与地测主控计算机进行通信；安装在控制计算机中的紫外地球模拟显示软件实时接收地测主控计算机发出的历元时刻信息，并将该信息作为有外部历元驱动模式的输入，在地球边缘紫外辐射亮度数据库中选择与历元时刻相同的数据文件，计算并灵活输出静态或动态紫外地球模拟图像；
所述的紫外地球模拟显示软件支持有外部历元驱动和无外部历元驱动两种工作模式，且在这两种工作模式下均可实现单点、单天或全年地球紫外模拟图像的循环显示输出；
地球边缘紫外辐射亮度全年数据库由许多不同季节不同时段采集到的地球紫外光谱特性数据文件组成；每个数据文件选取相对于观测点上下左右4个位置的临边点以及星下点、临边点和星下点间的中间点重要观测点位，在紫外地球敏感器观测的球面区域共有17个观测点位；
卫星设定为地球同步静止卫星，紫外地球敏感器与地球表面的距离设定为36000km，卫星沿着赤道运行，卫星位置已知；
紫外显示器分辨率为1920×1080，像元尺寸为8μm×8μm；
紫外地球模拟图像主要生成流程如下：
（1）根据地球紫外光谱特性数据建立数据库；
（2）将数据库中每个数据文件17个位置的相关信息转换为平面显示的图像位置及亮度信息；
（3）通过已有17个位置点的位置及亮度信息，拟合出整个圆形区域内所有像素位置的亮度数据并存为图像文件；
（4）根据需求在图像文件中添加背景星图；
（5）显示输出静态地球模拟图像或动态地球模拟图像；
紫外动态地球模拟器在无需更换设备组件的情况下，通过设置紫外地球模拟显示软件的工作模式，管理地球边缘紫外辐射亮度数据库及相关计算，便可实现紫外地球图像的灵活模拟，输出或环或圆或弧的紫外地球图像。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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