天空光环境模拟系统的制作方法

1.本发明涉及一种天空光环境模拟系统，用于在地面上人工模拟飞行器在飞行中遇到的日、夜全天候的天空光环境，为飞行器的驾驶舱的光学集成设计、视觉工效设计、验证试验、人因工程研究等提供多功能、可复现的光学验证条件。


背景技术：

2.在飞行员驾驶诸如民用飞机之类的飞行器的飞行过程中，会遇到诸如强日光直射、夕阳、阴天、夜间飞行等复杂多变的天空光环境，不同的天空光环境对于飞行员的工作效率、对于仪器仪表的可视性、可读性均会产生影响。
3.在现有技术中，通常采用反射式透光或不连续灯阵来实现天空光环境模拟，另外，现有技术对天空光模拟算法和测控技术研究稍多，然而对于实现综合性天空光环境模拟系统的技术研究较少。
4.天空光环境模拟系统在世界航空器发展领域来看，属于高度综合性的集成技术，在世界范围内少有案例。天空光环境模拟系统/装置要求能够给予被试飞行员近于真实的光环境视觉效果，因此光环境模拟的逼真度即为首要技术要求。
5.因此，本发明需要解决的技术问题可以包括但不限于：提供一种天空光环境模拟系统，该天空光环境模拟系统能够实现在地面模拟天空光环境的典型特征及其变化特性，使得能够实现在地面复现天空光环境，从而用于在地面开展驾驶舱光学集成设计、视觉工效分析等研究，进而将相应研究结果反馈于驾驶舱集成光学设计和仪器仪表设计。
6.另外，为了实现光环境模拟的近似还原，要求天空光环境模拟系统能够达到高亮度以匹配真实的天空及太阳的高亮度、要求天空光环境模拟系统能够达到色温连续变化以匹配真实的天空色温连续变化、要求天空光环境模拟系统能够及时响应场景变化以模拟飞行器姿态变化带来的光环境变化、并且要求能够支承多系统实时协同运行。


技术实现要素：

7.因此，本发明的目的是通过设计一种天空光环境模拟系统，实现在地面快速、准确地进行天空光环境模拟，确保系统可用于试验研究及相关天空光环境模拟应用。
8.根据本发明的一个方面，提供了一种天空光环境模拟系统，该天空光环境模拟系统可以包括：
9.基础结构，基础结构可以为天空光环境模拟系统提供封闭的物理结构；
10.光学系统，光学系统可以设置在基础结构上，并且提供天空光模拟；
11.机械系统，机械系统可以附连到基础结构，并且支承光学系统的至少一部分并使光学系统的至少一部分移动；
12.控制系统，控制系统可以控制天空光环境模拟系统的各部分的状态，以模拟不同的天空光环境；以及
13.电气系统，电气系统可以为天空光环境模拟系统的各系统提供电力接口和信号输
入输出接口。
14.本发明在天空光环境模拟系统中集成了基础结构、光学系统、机械系统、控制系统、电气系统等复杂系统，实现了大尺度全封闭空间的光环境模拟，能够充分满足机头样机或各类型飞机模拟舱段等大体积实验对象的光学实验需求。能够实现在地面快速、准确地进行天空光环境模拟，确保系统可用于试验研究及相关天空光环境模拟应用。
15.根据本发明的上述方面，较佳地，基础结构可以封围用于容纳被试对象的中空空间，并且包括主体支承结构、结构化地坪和门区结构，其中，门区结构能够打开和闭合，以用于被试对象进出天空光环境模拟系统。
16.这样，基础结构能够为天空光环境模拟系统的各个子系统提供可靠的承载和容纳功能，并且能够允许进行模块化设计和组装，降低了可能出现的各个子系统的物理干涉等问题。
17.根据本发明的上述方面，较佳地，主体支承结构可以具有拼接式的网状结构，包括半球形的上部部分和具有直壁段的下部部分，并且包括支承柱和设置在支承柱之间的短横梁，其中，主体支承结构外侧覆盖有蒙皮。
18.这样，能够快速且可靠地完成基础结构的组装，并且主体支承结构的网格划分可以与光学系统中的天空光模拟灯板系统及漫反射板相匹配，能够进一步解决多系统集成控制、协同运行等技术问题，确保不出现系统间物理干涉及控制逻辑冲突。
19.根据本发明的上述方面，较佳地，门区结构可以独立于主体支承结构，并且与主体支承结构接合，以共同构成天空光环境模拟系统的封闭外层结构。
20.根据本发明的上述方面，较佳地，光学系统可以包括：
21.天空光模拟灯板系统，天空光模拟灯板系统用于模拟天空光亮度及色温分布；以及
22.辅助光学表面，辅助光学表面包括漫反射表面，并且设置在光学系统的主动发光的部分之外。
23.通过天空光模拟灯板系统和辅助光学表面配合，基本上能够解决天空光环境模拟中光学近似性的问题，使得天空光环境模拟系统能够模拟大部分可能出现的天空光环境。
24.根据本发明的上述方面，较佳地，辅助光学表面可以包括：
25.漫反射板，漫反射板安装在主体支承结构内部的除天空光模拟灯板系统外的区域；
26.漫反射帷幕，漫反射帷幕安装于门区结构内侧，以及
27.漫反射地面，漫反射地面包括设置在结构化地坪上的漫反射光学面。
28.通过这些漫反射光学部件，能够形成大尺度的、全封闭空间的光环境，其中，与天空光模拟灯板系统相配合能够实现在地面模拟天空光环境的典型特征及其变化特性，从而满足民航驾驶员在夜间飞行、黄昏时段飞行、昼夜光环境转换等光照条件下的验证试验。
29.根据本发明的上述方面，较佳地，光学系统还可以包括：日月模拟系统，日月模拟系统用于提供日光模拟、低照度日光模拟、月光模拟以及月相模拟中的至少一种。
30.这样，根据本发明的天空光环境模拟系统能够更好地解决天空光环境模拟中光学近似性问题，包括：太阳光的超高亮度模拟、天空光亮度分布模拟、天空光色温变化模拟等。使得在地面模拟的天空光环境能够更真实地逼近实际的天空光环境。
31.根据本发明的上述方面，较佳地，日月模拟系统可以包括：
32.太阳模拟器，太阳模拟器用于提供日光模拟；
33.低照度太阳模拟器，低照度太阳模拟器用于提供朝阳、夕阳的低照度日光模拟；以及
34.月亮模拟器，月亮模拟器用于提供月光及月相模拟。
35.这样，在根据本发明的天空光环境模拟系统中，多类型、多参数范围光源选配组合使用，从而能够实现丰富的天空光环境模拟类型，尤其是能够进行超高亮度光环境模拟。另外，使得本发明的天空光环境模拟系统还能够用于模拟月亮视觉效果、月相、低照度太阳视觉效果等，从而能够在更逼真的环境中进行天空光环境模拟试验。
36.根据本发明的上述方面，较佳地，机械系统可以包括：
37.日月模拟系统运动结构，日月模拟系统运动结构承载日月模拟系统并改变日月模拟系统在天空光环境模拟系统内的位置和取向，以及
38.被试对象升降转台，被试对象升降转台用于改变被试对象在天空光环境模拟系统内的位置和取向。
39.日月模拟系统运动结构和被试对象升降转台例如可以支承或安装在结构化地坪上。机械系统在控制系统的控制下，能够及时响应场景变化以模拟飞行器姿态变化带来的光环境变化、并且能够支承多系统实时协同运行，保障系统运行的实时性及可用性。
40.根据本发明的上述方面，较佳地，日月模拟系统运动结构可以包括：
41.旋转运动轨道，旋转运动轨道安装于结构化地坪并且包括周向轨道，以实现周向旋转；
42.支承臂，支承臂固定到旋转运动轨道并且与主体支承结构的内部轮廓相匹配地从结构化地坪延伸到至主体支承结构的顶部；以及
43.移动云台，移动云台安装于支承臂并且能沿支承臂移动。
44.这样，日月模拟系统运动结构在控制系统的控制下，能够将日月模拟系统根据需要在天空光环境模拟系统内可靠且快捷地移动到预定位置，从而实现期望的太阳光或月亮光模拟。
45.根据本发明的上述方面，较佳地，被试对象升降转台可以包括圆形的承载平台，并且能进行水平旋转和竖直升降。这样，被试对象升降转台能够用于携带被试对象改变其在天空光环境模拟系统装置中的位置和取向，从而改变被试对象相对天空光环境的姿态，从而获得期望的试验姿态。
46.根据本发明的上述方面，较佳地，控制系统还可以设有一定的拓展接口，以匹配天空光环境模拟及验证试验所需的辅助系统。
47.本发明的有益的技术效果可以包括但不限于：
48.根据本发明的天空光环境模拟系统能够实现多系统集成的大尺度、全封闭空间光学实验环境，使得能够满足大体积被试对象试验要求。
49.根据本发明的天空光环境模拟系统能通过机械系统辅助方式参与光环境模拟调控，从而能够实现以更为丰富的自由度模拟被试对象在光环境中的各种姿态。
50.另外，根据本发明的天空光环境模拟系统也可以应用于汽车照明设计、建筑照明设计等技术领域。
51.由此，通过本发明的天空光环境模拟系统能够满足预定的试验要求，克服了现有技术的缺点并且实现了预定的目的。
附图说明
52.为了进一步清楚地描述根据本发明的天空光环境模拟系统，下面将结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明，在附图中：
53.图1是根据本发明的非限制性实施例的天空光环境模拟系统的整体架构的示意图；
54.图2是根据本发明的非限制性实施例的天空光环境模拟系统的基础结构的示意图；
55.图3是根据本发明的非限制性实施例的天空光环境模拟系统的主体支承结构的示意图；
56.图4是根据本发明的非限制性实施例的天空光环境模拟系统的结构化地坪的示意图；
57.图5是根据本发明的非限制性实施例的天空光环境模拟系统的门区结构的示意图；
58.图6是根据本发明的非限制性实施例的天空光环境模拟系统的光学系统的示意图；
59.图7是根据本发明的非限制性实施例的天空光环境模拟系统的天空光模拟灯板系统的示意图；
60.图8是根据本发明的非限制性实施例的天空光环境模拟系统的辅助光学表面的示意图；
61.图9是根据本发明的非限制性实施例的天空光环境模拟系统的太阳模拟器的示意图；
62.图10是根据本发明的非限制性实施例的天空光环境模拟系统的低照度太阳模拟器的示意图；
63.图11是根据本发明的非限制性实施例的天空光环境模拟系统的月亮模拟器的示意图；
64.图12是根据本发明的非限制性实施例的天空光环境模拟系统的机械系统的示意性俯视图；
65.图13是根据本发明的非限制性实施例的天空光环境模拟系统的机械系统的另一示意图；
66.图14是根据本发明的非限制性实施例的天空光环境模拟系统的日月模拟系统运动结构的示意图；
67.图15是根据本发明的非限制性实施例的天空光环境模拟系统的被试对象升降转台的示意图；
68.图16是根据本发明的非限制性实施例的天空光环境模拟系统的控制系统的示意图；以及
69.图17是根据本发明的非限制性实施例的天空光环境模拟系统的电气系统的示意
图。
70.上述附图仅仅是示意性的，未严格按照比例绘制。
71.图中的附图标记在附图和实施例中的列表：
72.100-天空光环境模拟系统，包括：
73.10-基础结构，包括：
74.11-主体支承结构，包括：
75.11a一上部部分；
76.11b-下部部分；
77.11c-支承柱；
78.11d-短横梁；
79.12-结构化地坪；
80.13-门区结构，包括：
81.131-第一门；
82.132-门导轨；
83.133-第二门；
84.20-光学系统；
85.21-天空光模拟灯板系统，包括：
86.211-天空光模拟灯板；
87.22-辅助光学表面，包括：
88.221-漫反射板；
89.222-漫反射帷幕；
90.223-漫反射地面；
91.23-日月模拟系统，包括：
92.231-太阳模拟器；
93.232-低照度太阳模拟器；
94.233-月亮模拟器；
95.30-机械系统，包括：
96.31-日月模拟系统运动结构，包括：
97.311-旋转运动轨道；
98.312-支承臂；
99.313-移动云台；
100.32-被试对象升降转台；
101.40-控制系统，包括：
102.41-控制系统内部接口；
103.42-控制系统外部接口；
104.50-电气系统，包括：
105.51-强电系统；
106.52-弱电系统。
具体实施方式
107.应当理解，除非明确地指出相反，否则本发明可以采用各种替代的取向和步骤顺序。还应当理解，附图中所示及说明书中的具体装置仅是本文公开和限定的发明构思的示例性实施例。因而，除非另有明确的声明，否则所公开的各种实施例涉及的具体取向、方向或其它物理特征不应被视为限制。
108.在实现相同模拟效果的条件下，根据本发明的天空光环境模拟系统的结构高度集成，控制系统功能定义明确，具备工业实用性，可以视为行业内和世界范围内具备前瞻性和突破性的设计成果。
109.根据本发明的天空光环境模拟系统的基本设计思路是，在基础结构空间中(例如，在近似半球状的钢结构空间中)，集成光学系统、机械系统、控制系统、电气系统等多个子系统，能够实现复杂的各个子系统间的接口匹配、协同控制、统一操控，为天空光环境模拟提供基础模拟能力。下面结合附图详细描述根据本发明的非限制性实施例。
110.图1是根据本发明的非限制性实施例的天空光环境模拟系统100的整体架构的示意图。
111.如图所示，天空光环境模拟系统100可以包括基础结构10、光学系统20、机械系统30、控制系统40和电气系统50。这些子系统具有模块化的设计，并且能够彼此匹配，以实现期望的天空环境模拟功能。
112.图2是根据本发明的非限制性实施例的天空光环境模拟系统100的基础结构10的示意图。
113.基础结构10可以为天空光环境模拟系统100提供封闭的物理结构，提供了主体支承结构，使得各系统集成后形成了相对封闭、完整、独立的试验空间。
114.如图2所示并且作为非限制性实施例，基础结构10可以包括主体支承结构11、结构化地坪12和门区结构13。主体支承结构11、结构化地坪12和门区结构13能够配合在一起，以封围用于容纳被试对象的中空空间，而门区结构13能够打开和闭合，以用于被试对象(例如飞行器的驾驶舱结构等)进出天空光环境模拟系统100。
115.图3是根据本发明的非限制性实施例的天空光环境模拟系统100的主体支承结构11的示意图。
116.如图所示，主体支承结构11可以具有拼接式的网状结构，例如半球形的网状钢结构，包括半球形的上部部分11a和具有直壁段的下部部分11b，并且包括支承柱和设置在支承柱11c之间的短横梁11d。
117.较佳地，主体支承结构11可以由一体成型的支承柱11c及在支承柱11c之间的短横梁11d拼接而成。
118.在该实施例中，主体支承结构11由钢材制成，然而主体支承结构11也可以由各种金属或非金属材料制成，例如可以包括各种型材结构，只要其强度能够满足预定的刚度要求即可。
119.通常，主体支承结构11可以外侧覆盖有蒙皮，蒙皮可以设置在由支承柱11c与短横梁11d围成的网格单元中。蒙皮可以包括各种片状材料，例如各种复合材料片、金属片材等。
120.如下文更详细的描述的，主体支承结构11的网格划分可以与光学系统20中的天空光模拟灯板系统21及漫反射板221相匹配。
121.作为非限制性实施例，主体支承结构11的上半部分11a可以为半球体，例如，该半球体的直径可以具有设计尺寸15m，下部部分11b可以为从上半部分11a的半球体的下部延伸的直壁段(例如从地板或地坪处起)，下部部分11b的直径可以与上半部分11a一致，下部部分11b的直壁高度可以具有设计尺寸3m，内部总体高度(地板或地坪到穹顶内壁最高点)设计尺寸可以为10.5m。当然，根据受试对象的尺寸，本领域技术人员可以等比例缩放或者按其他方式改变主体支承结构11的尺寸，而不脱离本发明的范围。
122.图4是根据本发明的非限制性实施例的天空光环境模拟系统100的结构化地坪12的示意图。
123.如图所示，结构化地坪12可以是平整处理后的试验装置地坪。结构化地坪12中可以预留机械系统30中的日月模拟系统运动结构31和被试对象升降转台32的安装位置，并且可以预留电气系统50相关接口。地坪表面上的其他区域可以处理成为光学系统20中的漫反射地面223，如下文中参照图8和12中所详细描述的。
124.图5是根据本发明的非限制性实施例的天空光环境模拟系统100的门区结构13的示意图。
125.如图所示，门区结构13可以包括相对于彼此移动以打开或闭合的第一门131，例如2个第一门131。第一门131例如可以悬挂于设置在主体支承结构11的门导轨132上，以被相应的作动装置驱动沿着门导轨132滑动，以用作被试对象进出天空光环境模拟系统100的进出通道。
126.门区结构13的开口例如可以不小于9m(宽)
×
8m(高)，较佳地，门区可以采用双层结构，其中外层采用双扇滑道式移门。
127.较佳地，门区结构13还可以包括第二门133，第二门133例如可以设置在第一门131中的任一个上，以用作较小的物体或者试验人员进出天空光环境模拟系统100的进出通道。
128.门区结构13可以独立于主体支承结构11，并且与主体支承结构11接合，使得门区结构13和主体支承结构11共同构成天空光环境模拟系统100的封闭的外层结构。
129.应当理解，以上结合图5示出的门区结构13仅是示意性的，本领域技术人员可以设想其余的结构形式和尺寸。
130.图6是根据本发明的非限制性实施例的天空光环境模拟系统100的光学系统20的示意图。
131.如图所示，光学系统20可以设置在基础结构10上，例如在相应的位置附连到主体支承结构11或支承在结构化地坪12上，并且能够相对于这些结构移动。光学系统20是天空光环境模拟系统100的核心系统，并且可提供天空光模拟、日光模拟、低照度日光模拟、月光模拟以及月相模拟中的至少一种。
132.作为非限制性实施例，光学系统20可以包括：天空光模拟灯板系统21、辅助光学表面22和可选的日月模拟系统23。
133.图7是根据本发明的非限制性实施例的天空光环境模拟系统100的天空光模拟灯板系统21的示意图。
134.如图所示，天空光模拟灯板系统21可以包括一个或多个天空光模拟灯板211，用于模拟天空光亮度及色温分布，因此天空光灯板系统21的亮度可调，并且色温也可调。
135.较佳地，天空光模拟灯板211可以是具有不同形状的模块，其模块形状可以与主体
支承结构11的网格相匹配。天空光模拟灯板211可以安装于主体支承结构11上，天空光模拟灯板211的模块之间紧密安装，从而形成天空光模拟整体发光面。天空光模拟灯板例如可以紧密拼合形成天空光模拟灯板系统，每块天空光模拟灯板均可独立控制亮度及色温变化。
136.作为非限制性实施例，天空光模拟灯板系统21可以包括高亮led灯具，以用于高反射眩光模拟，以及低亮度led灯具，以用于均匀光模拟。
137.在附图示出的实施例中，可以包括多块灯板，例如100-600块灯板，并且较佳地，根据附图中示出的主体支承结构11的网格结构，包括496块灯板。led灯具组件的分区划分可以与主体支承结构11的分区划分保持一致。
138.较佳地，高亮led灯具的亮度范围为0～35000cd/m2，区域覆盖范围为被试样机眼位水平方位角
±
120
°
，俯仰角为-15
°
～+20
°
区域。各led模块色温调节范围3000k～6500k可调。
139.较佳地，低亮led灯具的亮度范围为0～15000cd/m2，区域覆盖范围为被试样机眼位水平方位角
±
120
°
，垂直区域自底部到顶部除高亮led以外的全部区域。各led模块色温调节范围3000k～6500k可调。
140.天空光模拟灯板系统21可以由控制系统40控制，并且可以由电气系统50供电以及提供控制信号，如图1中示意性示出的。
141.图8是根据本发明的非限制性实施例的天空光环境模拟系统100的辅助光学表面22的示意图。
142.辅助光学表面22可以包括漫反射表面，并且设置在光学系统20的主动发光的部分之外。辅助光学表面22可以用于覆盖天空光环境模拟系统100内部除天空光模拟灯板系统21外的其他区域，使得除主动发光的灯板区域外全部为漫反射区，从而使天空光环境模拟系统100的内部形成封闭的光学实验环境。
143.如图8所示，辅助光学表面22可以包括漫反射板221、漫反射帷幕222和漫反射地面223等。
144.漫反射板221可以安装在主体支承结构11内部的区域中，例如除了天空光模拟灯板211外的区域。
145.较佳地，漫反射板221可以是漫反射铝板，并且可以包括喷涂朗伯反射漆的若干铝板模块。漫反射板221的模块可以与主体支承结构11相匹配，用于使主体支承结构11内部除天空光模拟灯板211外的其他区域形成漫反射光学面。
146.漫反射帷幕222可以包括内侧表面喷射朗伯反射漆的垂地帷幕，例如可以将其安装于门区结构13内侧，用于在门区结构13内侧形成漫反射光学面。较佳地，门区内层可以采用电动帷幕遮挡。例如，帷幕内表面为哑光白色反射涂层，反射率不低于80％。
147.漫反射地面223可以是结构化地坪12上喷涂漫反射漆形成的漫反射光学面。
148.作为非限制性实施例，光学系统20中的天空光模拟灯板211和辅助光学表面22可以共同构成了近于完全封闭的三维光学环境。换言之，光学系统20中的天空光模拟灯板211、漫反射铝板221、漫反射帷幕222和漫反射地面223可以共同构成了近于完全封闭的三维光学环境。
149.作为非限制性实施例，可以在天空光环境模拟系统100的穹顶内壁上前方安装天空光模拟灯板211。例如，天空光模拟灯板211模块可以是led模块，除led模块外的部分，可
以采用白色的漫反射模块。
150.例如，漫反射模块的表面为反射率大于85％的朗伯反射。结构化地坪12的表面采用高漫反射率的纳米涂层材料处理，使得反射率大于85％(朗伯反射)，并防眩光及防滑。
151.通过调节通电的led模块的位置、数量和/或亮度，能够实现不同的天空光环境，例如清晨、中午、傍晚、夜间、阴天等多变的复杂的天空光环境。
152.根据本发明，光学系统20还可以包括日月模拟系统23，可以用于日光模拟、低照度日光模拟、月光模拟以及月相模拟。
153.例如，日月模拟系统23可以包括太阳模拟器231、低照度太阳模拟器232和月亮模拟器233等。
154.图9-图11分别是根据本发明的非限制性实施例的天空光环境模拟系统100的太阳模拟器231、低照度太阳模拟器232和月亮模拟器233的示意图。
155.太阳模拟器231可以用于提供一般日光模拟，亮度可调。
156.作为非限制性实施例，太阳模拟器231的光源可以采用高功率金卤灯，色温在4000k～6500k区间范围内，在穹顶中心区域的最大照度不低于150,000lx，并在45,000lx～150,000lx范围内连续可调。
157.低照度太阳模拟器232可以用于提供模拟朝阳、夕阳的低照度日光模拟，亮度可调。
158.作为非限制性实施例，低照度太阳模拟器232的照度在穹顶中心处3000～100001x可调，色温在2700～4000k范围内可调。
159.月亮模拟器233可以用于提供月光及月相模拟，亮度可调，月相可更换。
160.作为非限制性实施例，月亮模拟器233可以具备多种月相模拟能力，包括满月、3/4月、半月、1/4月等，色温在4000～6000k范围内可调，在穹顶中心范围照度0.011x～101x可调。
161.应当理解，虽然以上给出了所需要的太阳模拟器231、低照度太阳模拟器232和月亮模拟器233的主要参数需求，然而，取决于具体的试验要求，本领域技术人员可以选择其余的参数。另外，虽然结合图9-图11示出了太阳模拟器231、低照度太阳模拟器232和月亮模拟器233的具体结构，然而，这些结构仅是示意性的，能够满足以上参数要求的其他类型的太阳模拟器231、低照度太阳模拟器232和月亮模拟器233也在本发明的范围内。
162.图12和图13分别是根据本发明的非限制性实施例的天空光环境模拟系统100的机械系统30的示意图。
163.机械系统30是天空光环境模拟系统100的重要辅助系统，用于各类设备的辅助移动，机械系统30可以安装于天空光环境模拟系统100内部。机械系统30可以由控制系统40控制，并可以由电气系统50供电及提供控制信号。
164.如图所示，机械系统30可以附连到基础结构10，并且支承光学系统20的至少一部分并使光学系统20的至少一部分移动。
165.作为非限制性实施例，机械系统30可以包括日月模拟系统运动结构31和被试对象升降转台32。
166.日月模拟系统运动结构31可以承载日月模拟系统22并改变日月模拟系统22在天空光环境模拟系统100内的位置和取向。
167.图14是根据本发明的非限制性实施例的天空光环境模拟系统100的日月模拟系统运动结构31的示意图。
168.作为非限制性实施例，日月模拟系统运动结构31可以包括旋转运动轨道311、支承臂312和移动云台313。
169.旋转运动轨道311可以安装于结构化地坪12并且包括周向轨道结构，以实现周向旋转，例如该周向旋转的位置是连续可变的，以沿着周向轨道结构定位在周向方向上的任意位置。作为较佳实施例，周向轨道结构可以是圆形的圆周轨道，以实现位置连续可变的圆周旋转。
170.支承臂312可以固定到旋转运动轨道311并且与主体支承结构11相匹配(例如以相同的弧度或弯曲形状)地从结构化地坪12延伸到至主体支承结构11的顶部，例如延伸到顶部的中心，并且经由相应的杆或附连结构固定到顶部的中心，如图14中详细示出的。支承臂312的基部可以沿着旋转运动轨道311运动(例如，沿着旋转运动轨道311围绕旋转中心旋转)，从而在天空光模拟系统100中移动，以改变其位置。
171.移动云台313可以安装于支承臂312并且能沿支承臂312移动，例如沿着支承臂312上下移动。较佳地，移动云台313的朝向相对于天空光环境模拟系统100的中心可调节。这样，移动云台313与旋转运动轨道311和支承臂312配合，可以使日月模拟系统23在天空光环境模拟系统100内移动至任意位置。
172.作为非限制实施例，日月模拟系统23可以安装于日月模拟系统运动结构31的移动云台313上，随日月模拟系统运动结构31移动而在天空光环境模拟系统100内移动位置，同时可以改变照射方向。日月模拟系统23与日月模拟系统运动结构31可以设置有通用的配合接口，使得能够根据使用需要选配安装太阳模拟器231、低照度太阳模拟器232和月亮模拟器233。日月模拟系统23可以由控制系统40控制，并且可以由电气系统50供电及提供控制信号。
173.较佳地，太阳模拟器231、低照度太阳模拟器232和月亮模拟器233中的至少一个可以根据需要安装在日月模拟系统运动结构31的移动云台313上。
174.例如，移动云台313可以在苍穹内部可沿水平、垂直方向运动，使得能够模拟太阳、月亮在不同时间段的高度角。移动云台313的水平方向移动范围不小于0
°
～270
°
，垂直方向移动范围不小于-20
°
～90
°
，并且移动云台313的俯仰角可以在0～90
°
的范围内调节。
175.图15是根据本发明的非限制性实施例的天空光环境模拟系统100的被试对象升降转台32的示意图。
176.被试对象升降转台32可以用于改变被试对象在天空光环境模拟系统100内的位置和取向。
177.如图所示，被试对象升降转台32可以包括圆形的可移动的承载平台，并且能进行水平旋转和竖直升降，该旋转或升降的位置都是连续可变的，即，被试对象升降转台32可以沿着其运动轨迹定位在水平和竖直方向上的任一位置。作为非限制性示例，被试对象升降转台32可以包括设置在底部的旋转作动器和竖直作动器。旋转作动器例如可以是电动机等，而竖直作动器例如可以是液压、气动或者电动作动器等。
178.被试对象升降转台32可以用于承载被试对象，以改变其在天空光环境模拟系统100中的位置和取向，从而改变被试对象相对天空光环境的姿态。
179.作为非限制性实施例，被试对象升降转台32可以设置在天空光模拟系统100的中心处，例如设置在结构化地坪12的中心处。
180.例如，被试对象升降转台32的直径可以不小于6m；最大可升降高度不低于3m；旋转角度不小于270
°
；转台升降/转动时可承受的最大荷载不低于5吨；转台最大可承接静态荷载不低于10吨。
181.图16是根据本发明的非限制性实施例的天空光环境模拟系统100的控制系统40的示意图。
182.如图所示，控制系统40可以包括控制终端及服务器，以便总体上控制天空光环境模拟系统中的各系统的状态监控、供电通断、状态参数变化等，以及提供天空光环境模拟系统100的软硬件拓展应用接口。控制系统40内置的程序及数据库可以提供基本控制功能和逻辑。
183.作为非限制性实施例，控制终端例如可以包括各种作动器，例如电动机、气动缸或者液压缸等作动机构，以便控制基础结构10、光学系统20、和/或机械系统30的操作。
184.例如，用于使门区结构13相对于主体支承结构11移动的电动机，用于使移动云台313沿支承臂312上下移动的作动器等。
185.如图16所示，控制系统40可以包括控制系统内部接口41和控制系统外部接口42。
186.控制系统内部接口41例如可以包括对天空光模拟灯板系统21的接口、对日月模拟系统23的接口、对机械系统30的接口、对电气系统50的接口等，以用于将相应的控制执行发送到相应的子系统，并且可以从相应的子系统接收相应的参数，例如位置、温度等。
187.控制系统外部接口42例如可以包括cie标准天空模型输入接口、照度分布数据采集输入接口、眩光测量数据采集输入接口、人机工效测量数据采集输入接口、云雾及闪电模拟系统状态输入及控制输出接口、转运车系统状态输入及控制输出接口、远程监控状态数据输出接口。另外，控制系统40也可以预留其余的内部接口或外部接口。
188.图17是根据本发明的非限制性实施例的天空光环境模拟系统100的电气系统50的示意图。
189.如图所示，电气系统50可以包括强电系统51和弱电系统52。强电系统51可以包括变电系统和输电线缆，它们为天空光环境模拟系统100的各系统提供电力接口，并预留拓展应用系统电力接口。弱电系统52可以包括各种信号线缆，以便为天空光环境模拟系统100的各系统提供输入输出接口，例如各种信号输入输出接口，并且为天空光环境模拟系统100的拓展应用系统提供预留的(信号)输入输出接口。
190.作为非限制性实施例，对于电气系统50，强电系统51和弱电系统52(高低压配电)的配电容量可以按天空光环境模拟系统100的全部用电负载及空调暖通的配电容量进行计算，并可以预留一定的预留，例如可以10％的余量，并采用了室外箱变方式部署。
191.低压配电可以采用放射式与树干相结合的方式。例如，对于单台容量较大负荷或重要负荷采用放射式供电；对于一般的配电则采用树干与放射式相结合的方式。
192.如本文所用的表示方位或取向的术语“上部”、“下部”以及用于表示顺序的用语“第一”、“第二”等仅仅是为了使本领域普通技术人员更好地理解以较佳实施例形式示出的本发明的构思，而非用于限制本发明。除非另有说明，否则所有顺序、方位或取向仅用于区分一个元件/部件/结构与另一个元件/部件/结构的目的，并且除非另有说明，否则不表示
任何特定顺序、操作顺序、方向或取向。
193.综上所述，根据本发明的实施例的天空光环境模拟系统100克服了现有技术中的缺点，实现了预期的发明目的。
194.虽然以上结合了较佳实施例对本发明的天空光环境模拟系统进行了说明，但是本技术领域的普通技术人员应当认识到，上述示例仅是用来说明的，而不能作为对本发明的限制。因此，可以在权利要求书的实质精神范围内对本发明进行各种修改和变型，这些修改和变型都将落在本发明的权利要求书所要求的范围之内。