空间目标可见光散射动态特性测试系统的制作方法
【专利摘要】一种空间目标可见光散射动态特性测试系统，包括测试导轨、姿态模拟系统、太阳模拟器、周视测试车、探测系统和中央控制系统。测试导轨采用立式圆弧板导轨形式；周视测试车安装在测试导轨上；探测系统安装在周视测试车上；姿态模拟系统安装在立式圆弧导轨的圆心位置；太阳模拟器安装在与立式圆弧导轨的圆心以及测试导轨的0°和180°三点连线上；中央控制系统安装在测试系统所在实验室不被太阳模拟器照射位置。本发明解决了在实验室条件下模拟测量空间不同太阳照射方位角和高低角条件下在不同观测方位角和高低角观测目标情况下的可见光散射特性问题，测试结果可以为空间在轨试验任务规划提供合理的建议，为可见光探测敏感器的研制提供依据。
【专利说明】空间目标可见光散射动态特性测试系统
[0001]【技术领域】
本发明涉及空间试验目标在地面进行可见光散射特性测试的设备，具体涉及一种模拟空间太阳光照条件下探测平台在不同角度观测试验目标可见光散射特性的空间目标可见光散射动态特性测试系统。
[0002]
【背景技术】
[0003]利用可见光探测敏感器对空间目标进行成像观测是空间目标探测的重要手段之一，准确的空间目标可见光散射动态特性数据可以为空间在轨试验流程的合理规划、可见光探测敏感器单元的设计与研制以及目标捕获、识别与跟踪算法的研究和修订参数的设定提供可靠的依据，为此，需要对空间观测目标的可见光散射动态特性进行分析，并对观测目标的成像进行仿真。
[0004]仅靠理论建模和仿真分析很难完全模拟试验目标本身的几何结构和表面热控状态以及空间在轨实际运行状态，因此仅利用建模和软件分析或多或少会存在一定的偏差。
[0005]为了获得更为可靠的可见光散射动态特性数据，需要研制试验观测目标的实物模型，构建空间目标可见光散射动态特性测试系统，通过模拟试验目标的空间在轨运行情况来逼近空间真实观测环境，对试验目标的可见光散射动态特性进行模拟与测试，进而与理论分析结果进行比较分析，以便对分析模型进行校验。从而为空间在轨试验任务规划提供更合理的建议，为跟瞄系统的研制提供更可靠的依据。
[0006]由此，业界需要一种新的空间目标可见光散射动态特性测试系统。
[0007]
【发明内容】
[0008]本发明旨解决在实验室条件下模拟测量空间不同太阳照射方位角和高低角条件下在不同观测方位角和高低角观测目标情况下的可见光散射特性问题。
[0009]为解决上述技术问题，本发明提供一种空间目标可见光散射动态特性测试系统。
[0010]本发明所述的空间目标可见光散射动态特性测试系统，通过太阳模拟器、运行在立式圆弧板导轨上的周视测试车(含探测系统)、安装在立式圆弧板导轨圆心的姿态模拟系统三者之间的相对关系模拟空间太阳光、观测目标和探测平台三站之间的相对关系，包括太阳照射方位角和高低角的变化、探测平台观测方位角和高低角的变化。
[0011]所述的太阳模拟器由氙灯和电源、椭球面聚光镜、光学积分器、机箱等组成，用于在实验室环境内模拟空间阳光对目标的照射。
[0012]所述的测试导轨为立式圆弧板导轨，与周视测试车组合，用于模拟探测平台观测方位角的变化。
[0013]所述的姿态模拟系统由底座、下圆弧运动机构、回转机构、上圆弧运动机构及模型支撑杆等组成，与太阳模拟器、测试导轨和周视测试车组合在一起，模拟太阳照射方位角和高低角、探测平台的观测高低角变化。
[0014]所述的周视测试车上有升降、方位、俯仰机构，承载探测系统，可在测试导轨上行走，实现观测方位角的变化。探测系统采用可见光成像采集系统，用于对试验目标进行成像，通过光学定标和处理软件进行试验目标可见光散射动态特性的测试。
[0015]所述的中央控制系统用于控制系统其它各组成部分完成对试验目标的可见光散射动态特性的测试，对测试数据进行处理，将测试结果存储到数据服务器并输出。
[0016]利用本发明的测试导轨、姿态模拟系统、太阳模拟器、周视测试车、探测系统和中央控制系统组合在一起，可以模拟空间试验目标在空间不同太阳照射方位角和高低角条件下，探测平台在不同方位角和高低角观测目标的可见光散射特性，探测系统采集试验目标不同状态下的图像，由中央控制系统进行处理后，获得不同情况下观测目标的可见光散射特性。只要所测试目标的外包络不超过太阳模拟器在立式圆弧板导轨圆心处的光斑范围，可以对不同空间在轨试验任务的试验目标的可见光散射特性进行测试，获得试验目标可靠的可见光散射特性数据，为空间在轨试验任务规划提供合理的建议，为可见光探测敏感器的研制提供可靠的依据。此外，本发明还可以扩展用于视觉导航敏感器对空间试验目标的绕飞观测。
[0017]本发明解决了在实验室条件下模拟测量空间不同太阳照射方位角和高低角条件下在不同观测方位角和高低角观测目标情况下的可见光散射特性问题，测试结果可以为空间在轨试验任务规划提供合理的建议，为可见光探测敏感器的研制提供可靠的依据。
[0018]结合附图，根据下文的通过示例说明本发明主旨的描述可清楚本发明的其他方面和优点。
[0019]【专利附图】
【附图说明】
[0020]通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1为本发明空间目标可见光散射动态特性测试系统示意图；
图2为本发明空间目标可见光散射动态特性测试系统测试轨道及基础截面图；
图3为本发明空间目标可见光散射动态特性测试系统姿态模拟系统示意图；
图4为本发明空间目标可见光散射动态特性测试系统太阳模拟器示意图 图5为本发明空间目标可见光散射动态特性测试系统周视测试车示意图；
图6为本发明空间目标可见光散射动态特性测试系统可见光成像采集系统示意图；
图7为本发明空间目标可见光散射动态特性测试系统中央控制系统组成图。
[0021]
【具体实施方式】
[0022]参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本【技术领域】的技术人员完全了解本发明的范围。这些附图中，为清楚起见，可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。[0023]应理解，本发明的描述/图示为单个单元的部分可存在于两个或两个以上的物理上独立但合作实现所描述/图示之功能的实体。此外，描述/图示为两个或两个以上物理上独立的部分可集成入一个单独的物理上实体以进行所描述/图示的功能。
[0024]现参考附图详细描述根据本发明实施例的空间目标可见光散射动态特性测试系统。
[0025]图1所示为空间目标可见光散射动态特性测试系统示意图，空间目标可见光散射动态特性测试系统包括测试导轨1、姿态模拟系统2、太阳模拟器3、周视测试车4、探测系统5和中央控制系统6。测试导轨I为半径为10.5m的半圆形轨道，周视测试车4安装在测试导轨I上，探测系统5安装在周视测试车4上，姿态模拟系统2安装在半圆形轨道的圆心位置，太阳模拟器3安装在与半圆形轨道圆心、测试导轨I的0°和180°三点连线上距圆心25m处，中央控制系统6安装在测试系统所在实验室不被太阳模拟器照射位置。
[0026]测试导轨1、姿态模拟系统2、太阳模拟器3、周视测试车4、探测系统5和中央控制系统6组合在一起，可以模拟空间试验目标在空间不同太阳照射方位角和高低角条件下，探测平台在不同方位角和高低角观测目标的可见光散射特性，探测系统5采集试验目标不同状态下的图像，由中央控制系统5进行处理，获得不同情况下观测目标的可见光散射特性。
[0027]图2为测试轨道及基础截面图，测试导轨I采用立式圆弧板导轨形式，轨道直径21米，轨道范围大于180°。通过中央控制系统6的控制，周视测试车4、探测系统5、测试导轨I三者模拟空间探测平台对试验目标的观测方位角变化。导轨上平面为周视测试车提供行走面，其余各面为周视测试车提供导向面，轨道上有大直径外齿，用于驱动周视测试车沿轨道行走。导轨置于槽形基础中，沟槽尺寸约:宽650_，深700_。当周视测试车不运行时，可用盖板将轨道基础槽覆盖，恢复试验室地面平整，也可保证轨道基础槽内部清洁及轨道安全。立式圆弧导轨板和焊接在预埋板上的调节垫块通过螺栓连接。
[0028]图3所示姿态模拟系统2由底座、下圆弧运动机构、回转机构、上圆弧运动机构及模型支撑杆等组成，姿态模拟系统2的下圆弧运动机构可以让试验目标绕其质心做俯仰旋转，与探测系统5配合，模拟空间探测平台对试验目标的观测高低角变化。姿态模拟系统2的回转机构和上圆弧运动机构可以让试验目标绕其质心做方位旋转和俯仰旋转，与太阳模拟器3配合，模拟空间太阳对试验目标的照射方位角和高低角变化。
[0029]图4所示太阳模拟器3由灯室、电源控制柜和准直反射镜三大部分组成，灯室内安装了氙灯、椭球聚光镜、平面反射镜、光学积分器、电源触发器以及散热系统。准直反射镜直径I米，镜面与光中心轴线水平偏转8度，它把入射光线准直后出射模拟阳光，光斑均匀区直径在距镜面27.5米处为3200mm，用于对直径3米以下的试验目标在实验室内模拟测试空间阳光照射下的光学散射。
[0030]图5所示周视测试车4安装在半径为10.5m的半圆形测试导轨I上，中央控制系统6控制周视测试车4在半圆形导轨上运动，可以在-90°、0°范围内运动(除去被太阳模拟器照射的位置)。周视测试车4上有升降、方位、俯仰机构，其上承载探测系统5，通过中央控制系统6控制探测系统5对准试验目标质心所在位置。
[0031]图6所示探测系统5采用可见光成像敏感器，用于对试验目标进行成像，通过光学定标和中央管理控制系统6中的处理软件进行处理，获得试验目标在不同太阳照射角和不同观测角度下的可见光散射特性。
[0032]图7所示中央控制系统6由试验数据库、试验控制管理子系统、数据采集子系统、数据处理子系统和监视子系统组成。试验数据库用于存储过程产生的所有数据，其中包括设备库、材料库、目标库、模型库等，可完成数据库的录入、浏览、删除、关联等。试验控制管理子系统由管理软件和相应的硬件平台组成，控制测量设备自动化完成测试过程。数据采集处理子系统包括采集设备和采集控制软件，完成测量信号的采集、记录、处理及结果的实时显示，并对采集图像进行二次编码，叠加试验记录信息。监视子系统采用室内球型摄像机，对试验设备及其运行过程进行实时监视，用于保护设备和异常数据的分析。
[0033]本发明解决了在实验室条件下模拟测量空间不同太阳照射方位角和高低角条件下在不同观测方位角和高低角观测目标情况下的可见光散射特性问题，测试结果可以为空间在轨试验任务规划提供合理的建议，为可见光探测敏感器的研制提供可靠的依据。
[0034]对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此夕卜，显然“包括” 一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
【权利要求】
1.一种空间目标可见光散射动态特性测试系统，其特征在于，包括测试导轨、姿态模拟系统、太阳模拟器、周视测试车、探测系统和中央控制系统，其中 所述测试导轨采用立式圆弧板导轨形式；所述周视测试车安装在测试导轨上；所述探测系统安装在所述周视测试车上；所述姿态模拟系统安装在所述立式圆弧导轨的圆心位置；所述太阳模拟器安装在所述与立式圆弧导轨的圆心以及所述测试导轨的0°和180°三点连线上；所述中央控制系统安装在所述测试系统所在实验室不被太阳模拟器照射位置。
2.根据权利要求1所述的空间目标可见光散射动态特性测试系统，其特征在于，所述测试导轨、所述姿态模拟系统、所述太阳模拟器、所述周视测试车、所述探测系统和所述中央控制系统组合在一起，可以模拟空间试验目标在空间不同太阳照射方位角和高低角条件下，探测平台在不同方位角和高低角观测目标的可见光散射特性，其中，所述探测系统采集试验目标不同状态下的图像，由所述中央控制系进行处理，获得不同情况下观测目标的可见光散射特性。
3.根据权利要求1所述的空间目标可见光散射动态特性测试系统，其特征在于，所述测试导轨的轨道直径为21米，轨道范围大于180°。
4.根据权利要求1所述的空间目标可见光散射动态特性测试系统，其特征在于，所述周视测试车安装在半径为10.5m的所述立式圆弧测试导轨上，所述中央控制系统控制所述周视测试车在所述立式圆弧导轨上运动，可以在-90°~90°范围内运动。
5.根据权利要求4所述的空间目标可见光散射动态特性测试系统，其特征在于，所述周视测试车上有升降、 方位、俯仰机构，其上承载所述探测系统，通过所述中央控制系统控制所述探测系统对准试验目标质心所在位置，其中通过所述中央控制系统的控制，所述周视测试车、所述探测系统、所述测试导轨三者模拟空间探测平台对试验目标的观测方位角变化。
6.根据权利要求1所述的空间目标可见光散射动态特性测试系统，其特征在于，所述姿态模拟系统由底座、下圆弧运动机构、回转机构、上圆弧运动机构及模型支撑杆等组成，所述姿态模拟系统的下圆弧运动机构可以让试验目标绕其质心做俯仰旋转，与所述探测系统配合，模拟空间探测平台对试验目标的观测高低角变化。
7.根据权利要求6所述的空间目标可见光散射动态特性测试系统，其特征在于，所述姿态模拟系统的回转机构和上圆弧运动机构可以让试验目标绕其质心做方位旋转和俯仰旋转，与所述太阳模拟器配合，模拟空间太阳对试验目标的照射方位角和高低角变化。
8.根据权利要求1所述的空间目标可见光散射动态特性测试系统，其特征在于，所述太阳模拟器由灯室、电源控制柜和准直反射镜三大部分组成，灯室内安装了氙灯、椭球聚光镜、平面反射镜、光学积分器、电源触发器以及散热系统，其中所述准直反射镜直径I米，镜面与光中心轴线水平偏转8度，它把入射光线准直后出射模拟阳光，光斑均匀区直径在距镜面27.5米处为3200mm，用于对直径3米以下的试验目标在实验室内模拟测试空间阳光照射下的光学散射。
9.根据权利要求1所述的空间目标可见光散射动态特性测试系统，其特征在于，所述探测系统采用可见光成像敏感器，用于对试验目标进行成像，通过光学定标和所述中央管理控制系统，获得试验目标在不同太阳照射角和不同观测角度下的可见光散射特性。
10.根据权利要求1所述的空间目标可见光散射动态特性测试系统，其特征在于:所述中央控制系统由试验数据库、试验控制管理子系统、数据采集子系统、数据处理子系统和监视子系统组成，其中所述试验数据库用于存储过程产生的所有数据，其中包括设备库、材料库、目标库、模型库等，可完成数据库的录入、浏览、删除、关联等；所述试验控制管理子系统由管理软件和相应的硬件平台组成，控制测量设备自动化完成测试过程；所述数据采集处理子系统包括采集设备和采集控制软件，完成测量信号的采集、记录、处理及结果的实时显示，并对采集图像进行二次编码，叠加试验记录信息；所述监视子系统采用室内球型摄像机，对试验设备及其运行过程进行实时监视，用于保护设备和异常数据的分析。
【文档编号】G01S17/89GK103913737SQ201410139708
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年4月4日 优先权日:2014年4月4日
【发明者】魏祥泉, 黄建明, 颜根廷, 肖余之, 刘鲁江, 姚建, 杨东春, 刘艳 申请人:上海宇航系统工程研究所