专利名称：月面形貌环境综合模拟试验场的光照模拟系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及模拟技术，具体来说，涉及一种月面形貌环境的综合模 拟试验场的光照模拟系统。
背景技术：
前苏联在上世纪登月期间，建设环形土壤通道模拟试验场(长70米、 宽4米)，主要包括环形坑等；还建设有综合形貌模拟试验场长50m， 宽50m;包括环形坑、沟壑和岩石等。并且早在1965年，美国为Apollo 计划在休斯顿约翰逊空间中心建立了一个空间环境模拟室(SESL)，以提 供Appollo时期所有载人航天器和LRV的地面试验。LOCKHEED导弹和 空间公司(LMSC)建立了一个高大的人造仓，来模拟月球庇护所和月球 太空舱外环境。其中的测试床允许确定相互作用效应，包括重力的减少、 合适的阻碍物、与高度有关的压力的减少，综合1/6的重力、合适的障碍 物、真空条件等，进行月面巡视探测器所面临的环境的模拟试验，从而 降低月球探测任务中操作控制的风险。
除了美国、前苏联为其月球车的行走、导航、避障性能考核做了大 量的地面试验外，日本也为考察月球车的远程操纵、自主行走和机动性， 建立有综合试验场，包括月球车试验台，室内设备，仿真系统，沙盘模 型。月球车试验台包括远程操纵试验台和自主巡航试验台。室内设备是 为月球车试验台服务的系统。室外的沙盘模型占地80mX80m，包括了陨 石坑，山丘和峡谷等月表地貌(可参见文献T. Adachi， T. Iijima, S. Okamoto:and T. Takan， "An experimental facility for Lunar Rover development", 46th International Astronatutical Congress, Oslo, Norway, 1995)。
目前在国内对月球车的研究主要集中在对月面巡视探测器的研制， 月面巡视探测器的工作模式、各个系统的组成和实现方案。对相关的地 面试验研究很少，而工程化应用的地面试验场更是寥寥无几。综合以上 可知，国内外的试验场只单独实现了对月面土壤、地形地貌的模拟，没 有包括光照和背景环境的综合环境模拟。例如通常的巡视探测器试验场 主要考虑的是模拟月面的地形地貌特征的构建，对灯光没有特意的关注。 为了考察月面巡视探测器的自主避障和路径规划能力，考虑CCD相机的 成像效果和月面阴影的效果，必须认真选择合适模拟光源。所以光照的 模拟对于月面形貌模拟试验场的影响非常重要，因此有必要对月面形貌 模拟试验场的灯光进行合理的布置，以获得理想的光照模拟效果。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种能获得理想模拟效果的月面形貌模拟 试验场的光照模拟系统。
为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案
一种月面形貌环境的综合模拟试验场的光照模拟系统，其包括在模 拟区的内部墙体上或顶部设置的模拟日光斜射的镝灯，其功率不小于
4Kw，优选4Kw，以及散布在模拟区四周墙体或顶部上的多个功率不小 于1.2Kw的镝灯。
其中，上述模拟区优选为圆形或矩形；上述镝灯都配装有挂具，以对 灯的照射方向和高度的调节，并且其色温可达5600K。
其中，所述模拟日光斜射的镝灯能实现单灯照射20mX20m的范围，并优选模拟日光斜射的镝灯的高、宽、长为530x530x425mm，重量为 24Kg，其相应的镇流器的高、宽、长为520x420x630mm，重量为82Kg。
其中，上述小功率镝灯的设置要根据外墙的实际长度和镝灯的功率 大小，在外墙内墙体的长宽距离上以每隔5m或7m或其它适合长度设置 一盏灯的方式均布。
本发明的光照模拟系统，通过采用镝灯来完成，其色温可达5600K， 接近太阳的光谱特性，能获得比较好的CCD成像效果，而且镝灯还具有 发光效率高、色温稳定性高、照度稳定、使用寿命长、发光均匀、照射 距离远、照射面积大等优点。该设计方案属于首次利用的镝灯用于月面 光照的模拟，既能满足要求，而且比采用太阳模拟器要经济实用。
图1为本发明的月面形貌环境的综合模拟试验场的光照模拟系统实
施方案之一的布置示意图。
其中，1、圆形模拟区；2、模拟日光直射的顶灯；3、环绕一周以模 拟月面背景的背景幕布；4、模拟斜射效果的侧灯；5、吊车；6、试验区；
模拟外区7。
图2为本发明的月面形貌环境的综合模拟试验场的光照模拟系统另
一实施方案的布置示意图。其中ll、外墙；12、内墙；13、模拟区；14、 总控区；15、安装区；16、门或装料门；17、大功率镝灯；18、小功率 镝灯。
图3为模拟日光斜射的镝灯的安装示意图。 图4为多个镝灯的安装示意图。
具体实施例方式以下结合实施例对本发明作详细的说明 月面形貌环境的综合模拟试验场的结构
根据附图1，圆形模拟区的月面形貌环境的综合模拟试验场包括圆形
模拟区l、顶灯2、幕布3、侧灯4、试验区6，模拟外区7;模拟区l内 的地面具有模拟月壤构建的月面形貌，顶部设置有模拟日光直射的顶灯 2，顶灯2的数目没有特别的限制，其中优选在圆心设置一顶灯，其余顶 灯绕圆心均布，其离圆心的距离也没有特别的限制，以模拟无影的月面 光照情况。密闭的模拟外区7的墙壁上可设置侧灯4，优选设置在模拟外 区的四个角上，每次可根据需要开启一个，其光线斜射到圆形模拟区内 以模拟出斜射的效果，且侧灯4的高度可进行调节。预先喷绘好的模拟 月面背景的幕布3围绕圆形模拟区边缘一周进行设置，其高度也没有特 别限制，可根据实际需要进行调节。模拟外区7的外部设置试验区6，试 验区6的顶部周边可设置导轨(未示出)，导轨上设置吊车5，以利于搬 用物件，其中，模拟外区的内壁上涂有黑色漆，优选黑色亚光漆，形成 密闭的黑空间。
根据附图2，矩形的月面形貌环境的综合模拟试验场包括密闭外墙 11，其长、宽、高分别为30mx21mxl0m，，试验场内一侧设置有内墙12， 将试验场成隔成试验区13、总控区14、安装区15，相应外墙ll和内墙 12上开有门或装料门16，供人通行或装卸料之用，其中，密闭外墙的内 侧涂有黑色漆，优选黑色亚光漆，形成密闭的黑空间。
月面光照环境的模拟
由于月球表面没有大气，不存在散射，因此，在月面光照都属于平 行入射，而且入射光线较强。月面对光线的反射基本都属于漫反射。但 地面光照设备无论是在强度还是在光谱特性上都很难模拟月面的光照情 况，资料表明，月球表面的光照情况可以通过使用大功率的方向性光源在一定程度上进行仿真和再现。因此，进行光照环境模拟主要是获得月 表的阴影分布情况，用于考査巡视器样机环境识别和路径规划能力，为 相应环境识别方法和路径规划算法提供试验条件和设计依据。以矩形模
拟区的试验场为例来说，该试验场采用了一盏大功率，例如4kW，和12 盏小功率，例如1.2kW的镝灯组合进行月表光照模拟，其中单边墙上安 装的大功率镝灯用于模拟日光斜射，能实现单灯照射20mX20m的范围。 镝灯的色温可达5600K，接近太阳的光谱特性，能获得较好的的CCD成 像效果。同时该灯配装有挂具，用以对灯的照射方向和高度的调节，图3 给出了模拟日光斜射的镝灯的安装示意图。为了实现日光直射时无阴影 照明的模拟，同时结合试验场的具体条件，在试验场的四周的墙上散布 若干个小功率的镝灯实现环绕散布照明(长边墙体上每隔5m设置一盏 灯，短边墙体上每隔7m设置一灯)，小功率镝灯的间隔依据其功率大小 进行选择，这样就实现了在试验区的初步均匀分布光照模拟，图4示出 了多个镝灯的安装示意图。
同样，圆形模拟区的月面形貌环境的综合模拟试验场，通过在圆形 模拟区圆心顶部设置一小功率镝灯并在圆形内以该中心镝灯为圆心均布 多个小功率镝灯，并通过每次只开启一个模拟外区四个角落的大功率镝 灯，来模拟日光斜射，从而可以获得无阴影的月面光照效果。
尽管上文对本发明的实施例进行了详细的描述和说明，但应该指明的 是，我们可以对上述实施例进行各种改变和修改，但这些都不脱离本发 明的精神和所附的权利要求所记载的范围。
权利要求
1、一种月面形貌环境的综合模拟试验场的光照模拟系统，其包括在所述模拟区的内部墙体上设置的模拟日光斜射的镝灯，其功率不小于4Kw，以及散布在模拟区四周墙体或顶部上的多个功率不小于1.2Kw的镝灯，以实现无阴影的效果。
2、 如权利要求1所述的光照模拟系统，其特征在于，所述模拟区为 圆形。
3、 如权利要求1所述的光照模拟系统，其特征在于，所述模拟区为 矩形。
4、 如权利要求1-3任一项所述的光照模拟系统，其特征在于，所述 模拟日光斜射的镝灯的功率为4Kw。
5、 如权利要求1-3任一项所述的光照模拟系统，其特征在于，所述 模拟日光斜射的镝灯色温可达5600K。
6、 如权利要求1-3任一项所述的光照模拟系统，其特征在于，所述 镝灯都配装有挂具，以对灯的照射方向和高度的调节。
7、 如权利要求1-3任一项所述的光照模拟系统，其特征在于，所述 模拟日光斜射的镝灯能实现单灯照射20mX20m的范围。
8、 如权利要求1-3任一项所述的光照模拟系统，其特征在于，所述 模拟日光斜射的镝灯的高、宽、长为530x530x425mm，重量为24Kg， 其相应的镇流器的高、宽、长为520x420x630mm，重量为82Kg。
9、 如权利要求3任一项所述的光照模拟系统，其特征在于，所述小 功率镝灯的设置要根据外墙的实际长度和镝灯的功率，在外墙内墙体的 长宽距离上以每隔5m或7m或其它适合长度设置一盏灯的方式均布。
全文摘要
本发明公开了一种月面形貌环境的综合模拟试验场的光照模拟系统，其包括设置在密闭黑空间内的月面形貌试验场单边墙体上来模拟日光斜射的镝灯，其功率不小于4KW，以及设置在试验场四周墙体上散布的多个功率不小于1.2KW的镝灯。本发明的光照模拟系统，通过采用镝灯来完成，其色温可达5600K，接近太阳的光谱特性，能获得比较好的CCD成像效果，而且镝灯还具有发光效率高、色温稳定性高、照度稳定、使用寿命长、发光均匀、照射距离远、照射面积大等优点。
文档编号B64G7/00GK101450717SQ20071019551
公开日2009年6月10日 申请日期2007年12月4日 优先权日2007年12月4日
发明者冯咬齐, 向树红, 涛 李, 樊世超, 申振荣, 阳 贾 申请人:北京卫星环境工程研究所