動(dòng)態(tài)lcos拼接式星模擬器及星敏感器地面標(biāo)定裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種動(dòng)態(tài)LCOS拼接式星模擬器及星敏感器地面標(biāo)定裝置，包括星圖顯示系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和光學(xué)系統(tǒng)。星圖顯示系統(tǒng)包括LCOSⅠ和LCOSⅡ，LCOSⅠ和LCOSⅡ采用像面拼接的方式作為動(dòng)態(tài)星模擬器的顯示器件。本發(fā)明提供的星敏感器地面標(biāo)定裝置，憑借LCOS具有像素尺寸小、動(dòng)態(tài)性好、分辨力高、對比度高、開口率高、成本低的優(yōu)勢，采用兩片LCOS拼接技術(shù)以擴(kuò)大像面，不但提高了星圖模擬的分辨率，而且提高了星圖模擬的精度。
【專利說明】動(dòng)態(tài)LCOS拼接式星模擬器及星敏感器地面標(biāo)定裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航天器地面標(biāo)定技術(shù)，尤其涉及一種動(dòng)態(tài)LCOS拼接式星模擬器及星敏感器地面標(biāo)定裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著航天科技的發(fā)展，空間飛行器已經(jīng)越來越趨向于采用空間光學(xué)姿態(tài)敏感器進(jìn)行實(shí)時(shí)姿態(tài)的捕捉與測量，而采用星光制導(dǎo)來代替慣導(dǎo)，用星圖實(shí)時(shí)校正、穩(wěn)定飛行器姿態(tài)來代替單軸或三軸陀螺穩(wěn)定態(tài)的星敏感器，目前已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，飛行器可以根據(jù)其實(shí)時(shí)提供的飛行位置偏差和姿態(tài)偏差，隨時(shí)啟動(dòng)伺服系統(tǒng)以校正這些偏差。
[0003]星模擬器作為星敏感器地面標(biāo)定設(shè)備的重要組成部分，用于模擬天空中星的位置、亮度以及光譜特性等。星模擬器按照工作方式的不同可以分為靜態(tài)星模擬器和動(dòng)態(tài)星模擬器。靜態(tài)星模擬器實(shí)質(zhì)是一個(gè)平行光管，在焦面位置放置星點(diǎn)板，經(jīng)光源照射后，星點(diǎn)板就可以通過平行光管成像到無窮遠(yuǎn)來模擬星圖，這種星模擬器的結(jié)構(gòu)簡單，沒有實(shí)時(shí)性要求，可以實(shí)現(xiàn)單星張角、星點(diǎn)位置和星等的高精度模擬，但只能模擬單一的星圖，靈活性不高。動(dòng)態(tài)星模擬器則通常以液晶光閥等作為星圖顯示器件，通過計(jì)算機(jī)軟件對各個(gè)像素點(diǎn)的控制，實(shí)現(xiàn)對星圖的動(dòng)態(tài)模擬和星點(diǎn)的星等控制。這種星模擬器結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，對星圖刷新率要求高，而且由于在模擬星點(diǎn)時(shí)受到像素尺寸和圖像分辨率的制約，往往模擬精度不如靜態(tài)星模擬器高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種動(dòng)態(tài)LCOS拼接式星模擬器及星敏感器地面標(biāo)定設(shè)備，利用LCOS作為星圖顯示器件，憑借LCOS具有像素尺寸小的優(yōu)勢，提出兩片LCOS拼接技術(shù)擴(kuò)大像面，以提高星圖模擬的精度和靈活性。
[0005]所述LCOS, Liquid Crystal on Silicon,即液晶附娃,也叫娃基液晶，是一種基于反射模式，尺寸非常小的矩陣液晶顯示裝置。
[0006]本發(fā)明提供一種動(dòng)態(tài)LCOS拼接式星模擬器，包括:
星圖顯示系統(tǒng)，包括星圖修正模塊、星圖控制模塊、LCOS I和LCOS II。
[0007]所述星圖修正模塊用于根據(jù)恒星理論星間角距(國家天文臺野外觀星后給出理論星間角距)修正所述LCOS I和所述LCOS II顯示的星點(diǎn)位置，擬合星點(diǎn)位置修正方程，將所述星點(diǎn)位置修正至符合所述理論星間角距模擬精度，并將所述星點(diǎn)位置修正方程寫入所述星圖控制模塊；
所述星圖控制模塊用于根據(jù)星敏感器輸出的用于指示當(dāng)前時(shí)刻星點(diǎn)位置的星位指示信號、用于指示當(dāng)前時(shí)刻星點(diǎn)亮度的星等指示信號和所述星圖修正模塊寫入所述星圖控制模塊的所述星點(diǎn)位置修正方程，產(chǎn)生當(dāng)前時(shí)刻的星位控制信號和星等模擬信號，并輸出；所述LCOS I和所述LCOS II與所述星圖控制模塊相連，所述LCOS I和所述LCOS II接收所述星圖控制模塊產(chǎn)生的當(dāng)前時(shí)刻的所述星位控制信號和所述星等模擬信號，產(chǎn)生模擬星圖，包括當(dāng)前時(shí)刻的星點(diǎn)位置和星等亮度，并輸出；
所述星圖控制模塊同時(shí)控制所述LCOS I和所述LCOS II ；
照明系統(tǒng)，包括模擬開關(guān)模塊、發(fā)光模塊、準(zhǔn)直光模塊和PBS棱鏡；
所述模擬開關(guān)模塊包括模擬開關(guān)和模擬通路，所述模擬開關(guān)用于控制所述模擬開關(guān)模塊的工作狀態(tài)，所述模擬通路與所述星圖控制模塊連接，用于接收所述星圖控制模塊發(fā)送的當(dāng)前時(shí)刻的所述星等模擬信號，并輸出；
所述發(fā)光模塊包括放大及電流驅(qū)動(dòng)電路和LED，所述放大及電流驅(qū)動(dòng)電路與所述LED相連，所述放大及電流驅(qū)動(dòng)電路與所述模擬開關(guān)模塊相接，所述放大及電流驅(qū)動(dòng)電路用于將接收到的所述星等模擬信號進(jìn)行放大和電壓一電流變換處理，產(chǎn)生電流輸出信號，以驅(qū)動(dòng)所述LED發(fā)光；
所述準(zhǔn)直光模塊包括橢球反射鏡、第一正透鏡和第一負(fù)透鏡，所述橢球反射鏡具有第一焦點(diǎn)和第二焦點(diǎn)，所述第一焦點(diǎn)上放置所述LED，所述LED經(jīng)過所述橢球反射鏡后，光線會(huì)聚于所述橢球反射鏡的第二焦點(diǎn)上，所述第二焦點(diǎn)與所述第一正透鏡和所述第一負(fù)透鏡形成的組合光學(xué)系統(tǒng)的焦點(diǎn)重合，所述LED發(fā)出的經(jīng)過所述橢球反射鏡第一焦點(diǎn)會(huì)聚于所述橢球鏡第二焦點(diǎn)的所述光線，經(jīng)過所述第一正透鏡和所述第一負(fù)透鏡后，輸出平行光，所述平行光經(jīng)過所述PBS棱鏡，照亮所述LCOS I和所述LCOS II ；
所述PBS,Polarized Beam Splitter,即偏振分光棱鏡,將入射的非偏振光分為兩束垂直的線偏光，所述PBS棱鏡具有分光面，所述分光面用來將所述LED發(fā)出的經(jīng)過所述準(zhǔn)直光模塊的所述平行光調(diào)制為P偏振光I和S偏振光I ;
所述P偏振光I被所述分光面透過，點(diǎn)亮所述LCOS I，所述LCOS I接收所述P偏振光I，改變所述P偏振光I的偏振態(tài)，將所述P偏振光I變?yōu)镾偏振光II，所述S偏振光II被所述PBS棱鏡的所述分光面反射后出射；
所述S偏振光I被所述分光面反射，點(diǎn)亮所述LCOS II，所述LCOS II接收所述S偏振光I，改變S偏振光I的偏振態(tài)，將所述S偏振光I變?yōu)镻偏振光II，所述P偏振光II被所述PBS棱鏡的所述分光面透射后出射；
光學(xué)系統(tǒng)，包括第二正透鏡、第三正透鏡、第二負(fù)透鏡、第三負(fù)透鏡、第四正透鏡、第四負(fù)透鏡、第五正透鏡和第六正透鏡，所述第二正透鏡、所述第三正透鏡、所述第二負(fù)透鏡、所述第三負(fù)透鏡、所述第四正透鏡、所述第四負(fù)透鏡、所述第五正透鏡和所述第六正透鏡依次設(shè)置在同一水平光路的光軸上，所述照明系統(tǒng)發(fā)出的光經(jīng)過所述第二正透鏡、所述第三正透鏡、所述第二負(fù)透鏡、所述第三負(fù)透鏡、所述第四正透鏡、所述第四負(fù)透鏡、所述第五正透鏡和所述第六正透鏡后平行出射；
本發(fā)明提供一種LCOS拼接方法，包括所述LCOS 1、所述LCOS I1、所述PBS棱鏡、所述準(zhǔn)直光模塊和所述LED。
[0008]所述LCOS 1、所述LCOS II和所述準(zhǔn)直光模塊各自位于所述PBS的工作面處； 所述PBS棱鏡的所述工作面包括工作面1、工作面I1、工作面III和工作面IV ；
所述準(zhǔn)直光模塊位于所述工作面I上，所述LED位于準(zhǔn)直光模塊后；
所述LED發(fā)出的經(jīng)過所述準(zhǔn)直光模塊的所述平行光，經(jīng)過所述PBS棱鏡的所述分光面后，所述平行光被調(diào)制為P偏振光I和S偏振光I ;
所述P偏振光I透過所述PBS棱鏡的所述分光面，點(diǎn)亮位于所述PBS棱鏡的所述工作面II的所述LCOS I ；
所述LCOS I被點(diǎn)亮后，經(jīng)過所述PBS的所述分光面后，成像至所述PBS的所述工作面IV上；
所述S偏振光I被所述PBS棱鏡的所述分光面反射，點(diǎn)亮位于所述PBS棱鏡的所述工作面III的所述LCOS II ；
所述LCOS II被點(diǎn)亮后，經(jīng)過所述PBS棱鏡的所述分光面后，成像至所述PBS的所述工作面IV上；
所述PBS的所述工作面IV完成所述LCOS I和所述LCOS II的圖像拼接，所述拼接圖像位于所述光學(xué)系統(tǒng)的焦面位置；
本發(fā)明提供一種星敏感器地面標(biāo)定設(shè)備，包括臥式調(diào)整機(jī)構(gòu)，還包括如本發(fā)明提供的動(dòng)態(tài)LCOS拼接式星模擬器，所述動(dòng)態(tài)LCOS拼接式星模擬器設(shè)置在臥式調(diào)整機(jī)構(gòu)上。
[0009]由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明提供的動(dòng)態(tài)LCOS拼接式星模擬器及星敏感器地面標(biāo)定設(shè)備，利用LCOS作為星圖顯示器件，LCOS器件是在傳統(tǒng)的液晶光閥芯片結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的一種改進(jìn)，提高了光的利用率、像素的開口率、圖像亮度和芯片的物理分辨力，克服了液晶光閥分子呈水平排列，常態(tài)為“亮態(tài)”，受導(dǎo)向膜的影響，“暗態(tài)”不夠黑的缺點(diǎn)，LCOS自身低功耗且壽命長。同時(shí)，憑借LCOS具有像素尺寸小的優(yōu)勢，提出兩片LCOS拼接技術(shù)擴(kuò)大像面，以提高星圖模擬的精度和靈活性。而且，光學(xué)系統(tǒng)為分離式光學(xué)系統(tǒng)，可以避免膠合鏡片的膠合面對成像的影響，進(jìn)一步提高了成像精度，且所使用的光學(xué)零件少，結(jié)構(gòu)簡單，有利于加工和裝配。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的動(dòng)態(tài)LCOS拼接式星模擬器結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為圖1中星圖顯不系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不意圖；
圖3為圖1中照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明實(shí)施例二提供的動(dòng)態(tài)星模擬器的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為本發(fā)明實(shí)施例三提供的動(dòng)態(tài)星模擬器的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為本發(fā)明實(shí)施例四提供的動(dòng)態(tài)LCOS拼接式星模擬器的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7為本發(fā)明實(shí)施例五提供的星敏感器地面標(biāo)定裝置。
[0011]

【具體實(shí)施方式】
[0012]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。需要說明的是，在附圖或說明書中，相似或相同的元件皆使用相同的附圖標(biāo)記。
[0013]實(shí)施例一
圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的動(dòng)態(tài)LCOS拼接式星模擬器結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為圖1中星圖顯示系統(tǒng)82的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為圖1中照明系統(tǒng)81的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1、圖2和圖3所示，本實(shí)施里提供的動(dòng)態(tài)LCOS拼接式星模擬器具體可以應(yīng)用于對星敏感器的地面標(biāo)定，本實(shí)施例提供的動(dòng)態(tài)LCOS拼接式星模擬器具體包括星圖顯示系統(tǒng)82、照明系統(tǒng)81和光學(xué)系統(tǒng)83。
[0014]星圖顯示系統(tǒng)82包括LCOS I 22、LCOS II 23、星圖控制模塊24和星圖修正模塊25。LCOS I 22和LCOS II 23用于星模擬器的星圖顯示器件，LCOS I 22和LCOS II 23分別與星圖控制模塊24相連，LCOS I 22和LCOS II 23分別接收星圖顯示模塊發(fā)出的用以指示當(dāng)前時(shí)刻星點(diǎn)位置的星位指示信號和用以指示當(dāng)前時(shí)刻星點(diǎn)亮度的星等指示信號產(chǎn)生星位控制信號和星等模擬信號，并輸出。星圖修正模塊25用于根據(jù)恒星理論星間角距值修正LCOS I 22和LCOS II 23顯示的當(dāng)前時(shí)刻的模擬星圖，通過計(jì)算并擬合星點(diǎn)位置修正方程改變LCOS I 22和LCOS II 23顯示的各星點(diǎn)的像素坐標(biāo)位置，從而將模擬星圖中各星點(diǎn)的星間角距修正至符合真實(shí)星空中恒星間的理論星間角距，并將星點(diǎn)位置修正方程寫入星圖控制模塊24。星圖控制模塊24用于根據(jù)星敏感器發(fā)出的星點(diǎn)位置信息和星等模擬信息，以及星圖修正模塊25寫入的星點(diǎn)位置修正方程，發(fā)出用于指示星模擬器當(dāng)前時(shí)刻的星點(diǎn)位置的星位控制信號和用以指示當(dāng)前時(shí)刻的星點(diǎn)亮度的星等模擬信號，LCOS I 22和LCOS II 23接收星圖顯示模塊發(fā)出的星位控制信號和星等模擬信號，顯示修正后的當(dāng)前時(shí)刻的模擬星圖。
[0015]照明系統(tǒng)81包括模擬開關(guān)11、模擬通路12、放大及電流驅(qū)動(dòng)電路13、LED14、準(zhǔn)直光模塊15和PBS棱鏡16。模擬開關(guān)11用于控制模擬通路12的工作狀態(tài)，模擬通路12與星圖控制模塊24連接，用于接收星圖控制模塊24當(dāng)前時(shí)刻的星等模擬信號。放大及電流驅(qū)動(dòng)電路13與LED14相連，放大及電流驅(qū)動(dòng)電路13與模擬通路12相連，放大及電流驅(qū)動(dòng)電路13用于將接收到的星等模擬信號進(jìn)行放大和電壓一電流變換處理，產(chǎn)生電流輸出信號，以驅(qū)動(dòng)LED14發(fā)光。LED14用于動(dòng)態(tài)LCOS拼接式星模擬器的光源，接收放大及電流驅(qū)動(dòng)電路13的控制信號，發(fā)出不同亮度的發(fā)散光線。準(zhǔn)直光模塊15包括橢球反射鏡151、第一正透鏡152和第一負(fù)透鏡153，準(zhǔn)直光模塊15用于將LED14發(fā)出的發(fā)散光線準(zhǔn)直，LED14位于橢球反射鏡151的第一焦點(diǎn)，LED14經(jīng)過橢球反射鏡151后，LED14發(fā)出的發(fā)散光線會(huì)聚在橢球反射鏡151的第二焦點(diǎn)，橢球反射鏡151的第二焦點(diǎn)與第一正透鏡152和第一負(fù)透鏡153組成光學(xué)系統(tǒng)83的焦點(diǎn)重合，LED14經(jīng)過第一正透鏡152和第一負(fù)透鏡153后，LED14發(fā)出的光被調(diào)制為準(zhǔn)直光。PBS棱鏡16用于改變LED14發(fā)出的準(zhǔn)直光的偏振態(tài)，PBS棱鏡16具有分光面，分光面將準(zhǔn)直光調(diào)制為P偏振光和S偏振光，PBS棱鏡16的分光面透射P偏振光反射S偏振光，經(jīng)過PBS調(diào)制的偏振光點(diǎn)亮LCOS I 22和LCOS II 23。
[0016]光學(xué)系統(tǒng)83包括第二正透鏡31、第三正透鏡32、第二負(fù)透鏡33、第三負(fù)透鏡34、第四正透鏡35、第四負(fù)透鏡36、第五正透鏡37和第六正透鏡38，第二正透鏡31、第三正透鏡32、第二負(fù)透鏡33、第三負(fù)透鏡34、第四正透鏡35、第四負(fù)透鏡36、第五正透鏡37和第六正透鏡38依次設(shè)置在同一水平光路的光軸上，照明系統(tǒng)81發(fā)出的光線點(diǎn)亮LCOS I 22和LCOS II 23顯示的當(dāng)前時(shí)刻的模擬星圖，星圖經(jīng)過第二正透鏡31、第三正透鏡32、第二負(fù)透鏡33、第三負(fù)透鏡34、第四正透鏡35、第四負(fù)透鏡36、第五正透鏡37和第六正透鏡38后平行出射，實(shí)現(xiàn)了來自無窮遠(yuǎn)的恒星星圖模擬。
[0017]具體的，星圖修正模塊25輸出給星圖控制模塊24的星點(diǎn)位置修正方程，是利用經(jīng)緯儀測試LCOS I 22和LCOS II 23拼接像面的星圖顯示區(qū)域內(nèi)的特征點(diǎn)，通過MATLAB擬合星點(diǎn)位置修正方程。LCOS I 22和LCOS II 23拼接后的星圖顯示區(qū)域由1920X 1920個(gè)像素組成，每個(gè)像素尺寸為8 μ mX 8 μ m，具體的將1920X1920個(gè)像素分為10X10的網(wǎng)格，取測試網(wǎng)格交叉點(diǎn)作為特征點(diǎn)，實(shí)測其像素位置信息，根據(jù)像素位置信息計(jì)算星間角距，與恒星理論星間角距進(jìn)行比較，算出當(dāng)前時(shí)刻下，1X 10各特征點(diǎn)的星點(diǎn)位置修正信息，根據(jù)星點(diǎn)修正位置信息擬合星點(diǎn)位置修正方程。
[0018]具體的，第二正透鏡31、第三正透鏡32、第二負(fù)透鏡33、第三負(fù)透鏡34、第四正透鏡35、第四負(fù)透鏡36、第五正透鏡37和第六正透鏡38的光心都位于同一光軸上，可以通過隔圈、壓圈和鏡筒將各透鏡固定。第二正透鏡31材料具體可以為H-ZLAF78玻璃，屬于重鑭火石玻璃。第三正透鏡32材料具體可以為H-ZLAF56A玻璃，屬于重鑭火石玻璃。第二負(fù)透鏡33材料具體可以為TF3玻璃，屬于特種火石玻璃。第三負(fù)透鏡34材料具體可以為H-ZF72A玻璃，屬于重火石玻璃。第四正透鏡35材料具體可以為H-ZLAF68玻璃，屬于重鑭火石玻璃。第四負(fù)透鏡36材料具體可以為H-ZF72A玻璃，屬于重火石玻璃。第五正透鏡37材料具體可以為H-LAK2玻璃，屬于鑭冕玻璃。第六正透鏡38材料具體可以為H-ZLAF68玻璃，屬于重鑭火石玻璃。各透鏡也可是采用其他具有低色散高折射率的材料，不以本實(shí)施例為限。第二正透鏡31、第三正透鏡32、第二負(fù)透鏡33、第四正透鏡35、第五正透鏡37、第三負(fù)透鏡34、第六正透鏡38和第七正透鏡的焦距具體可以為40mm，照明系統(tǒng)81發(fā)出的光經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)83的各透鏡的處理后形成平行光，將星圖成像到無窮遠(yuǎn)，以模擬星敏感器在軌觀測到的星圖圖像。
[0019]本實(shí)施例提供的動(dòng)態(tài)LCOS拼接式星模擬器，星圖顯示系統(tǒng)82能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)接收星敏感器發(fā)出的當(dāng)前時(shí)刻的星圖位置信息，配合星圖修正模塊25寫入星圖控制模塊24的星點(diǎn)位置修正方程，實(shí)時(shí)控制當(dāng)前時(shí)刻LCOS I 22和LCOS II 23顯示的星點(diǎn)位置，保證LCOS I 22和LCOS II 23顯示的星點(diǎn)位置滿足理論星間角距的精度要求，提高了星圖模擬的動(dòng)態(tài)性和星圖模擬精度。照明系統(tǒng)81能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)星等模擬信號控制LED14發(fā)光，通過準(zhǔn)直光模塊15，將LED14發(fā)出的發(fā)散光線調(diào)制為準(zhǔn)直光，再經(jīng)過PBS棱鏡16改變準(zhǔn)直光的偏振態(tài)以點(diǎn)亮LCOS I 22和LCOS II 23。LED14發(fā)光的亮度可以根據(jù)星等模擬信號產(chǎn)生相應(yīng)幅值的電流信號來控制，以模擬星點(diǎn)的亮度。LED14為可以產(chǎn)生高亮的元件，亮度的可調(diào)范圍大，且經(jīng)過準(zhǔn)直光模塊15調(diào)制后亮度均勻，由此提高了星圖模擬的分辨率和對比度，提高了星圖模擬的精度。而且，光學(xué)系統(tǒng)83為分離式光學(xué)系統(tǒng)83，可以避免膠合鏡片的膠合面對成像的影響，進(jìn)一步提高了成像精度，且所使用的光學(xué)零件少，結(jié)構(gòu)簡單，有利于加工和裝配。
[0020]實(shí)施例二
圖4為本發(fā)明實(shí)施例二提供的動(dòng)態(tài)星模擬器的光學(xué)系統(tǒng)83結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示，在實(shí)施例中，星圖顯示系統(tǒng)82中的顯示器件可以是LCOS I 22，LCOS I 22位于光學(xué)系統(tǒng)83的焦面位置，且與照明系統(tǒng)81相對，照明系統(tǒng)81發(fā)出的準(zhǔn)直光，經(jīng)過PBS棱鏡16分光面調(diào)制后，點(diǎn)亮LCOS I 22的光線是被PBS透射的P偏振光I，LCOS I 22被點(diǎn)亮后，將投射來的P偏振光I調(diào)制為S偏振光II，形成模擬星圖，根據(jù)反射定律，S偏振光II形成的模擬星圖原路返回，再經(jīng)過PBS棱鏡16時(shí)，被PBS棱鏡16分光面反射，S偏振光II形成的模擬星圖進(jìn)入星模擬器的光學(xué)系統(tǒng)83。經(jīng)過第二正透鏡31、第三正透鏡32、第二負(fù)透鏡33、第三負(fù)透鏡34、第四正透鏡35、第四負(fù)透鏡36、第五正透鏡37和第六正透鏡38后平行出射，實(shí)現(xiàn)了來自無窮遠(yuǎn)的恒星星圖模擬。
[0021]實(shí)施例三圖5為本發(fā)明實(shí)施例二提供的動(dòng)態(tài)星模擬器的光學(xué)系統(tǒng)83結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示，本實(shí)施例提供的動(dòng)態(tài)星模擬器的光學(xué)系統(tǒng)83與實(shí)施例二的區(qū)別在于，還可以改變顯示器件的工作位置。在實(shí)施例中，星圖顯示系統(tǒng)82中的顯示器件可以是LCOS II 23,LCOS II 23位于光學(xué)系統(tǒng)83的焦面位置，且與照明系統(tǒng)81互為90°，照明系統(tǒng)81發(fā)出的準(zhǔn)直光，經(jīng)過PBS棱鏡16分光面調(diào)制后，點(diǎn)亮LCOS II 23的光線是被PBS棱鏡16反射的S偏振光I，LCOS II 23被點(diǎn)亮后，將投射來的S偏振光I調(diào)制為P偏振光II，形成模擬星圖，根據(jù)反射定律，P偏振光II形成的模擬星圖原路返回，再經(jīng)過PBS棱鏡16時(shí)，被PBS棱鏡16分光面透射，P偏振光II形成的模擬星圖進(jìn)入星模擬器的光學(xué)系統(tǒng)83。經(jīng)過第二正透鏡31、第三正透鏡32、第二負(fù)透鏡33、第三負(fù)透鏡34、第四正透鏡35、第四負(fù)透鏡36、第五正透鏡37和第六正透鏡38后平行出射，實(shí)現(xiàn)了來自無窮遠(yuǎn)的恒星星圖模擬。
[0022]實(shí)施例四
圖6為本發(fā)明實(shí)施例四提供的動(dòng)態(tài)LCOS拼接式星模擬器的光學(xué)系統(tǒng)83結(jié)構(gòu)示意圖。如圖6所示，本實(shí)施例提供的動(dòng)態(tài)LCOS拼接式星模擬器的光學(xué)系統(tǒng)83結(jié)構(gòu)與實(shí)施例二和實(shí)施例三的區(qū)別在于LCOS的個(gè)數(shù)。在實(shí)施例中，使用LCOS I 22和LCOS II 23同時(shí)作為顯示器件，LCOS I 22位于光學(xué)系統(tǒng)83的焦面位置，與照明系統(tǒng)81相對，LCOS II 23位于光學(xué)系統(tǒng)83的焦面位置，與照明系統(tǒng)81互為90°，其中LCOS I 22的分辨率為1920X 1080，LCOS II 23的分辨率為1920X1080，且每個(gè)像素的尺寸均為8 μ mX8 μ m。使用LCOS I 22的1920X1080像素區(qū)域，使用LCOS II 23的1920X840像素區(qū)域，利用PBS棱鏡16實(shí)現(xiàn)LCOS I 22和LCOS II 23的像面拼接，拼接后像面的星圖顯示區(qū)域?yàn)?920X1920。
[0023]具體的，照明系統(tǒng)81發(fā)出的準(zhǔn)直光，經(jīng)過PBS棱鏡16分光面調(diào)制后，形成一束P偏振光I和一束S偏振光I。PBS棱鏡16透射P偏振光I，P偏振光I點(diǎn)亮LCOS I 22，被點(diǎn)亮的LCOS I 22將投射來的P偏振光I調(diào)制為S偏振光II，形成顯示區(qū)域范圍為1920X1080的模擬星圖1 ABS棱鏡16反射S偏振光I，S偏振光I點(diǎn)亮LCOS II 23，被點(diǎn)亮的LCOS II 23將投射來的S偏振光I調(diào)制為P偏振光II，形成顯示區(qū)域范圍為1920X1080的模擬星圖1I。根據(jù)反射定律，S偏振光II形成的模擬星圖1和P偏振光II形成的模擬星圖1I原路返回，再經(jīng)過PBS棱鏡16時(shí)，S偏振光II被PBS的分光面反射，P偏振光II被PBS的分光面透射，拼接形成顯示區(qū)域?yàn)?920X 1920的模擬星圖進(jìn)入星模擬器的光學(xué)系統(tǒng)83。經(jīng)過第二正透鏡31、第三正透鏡32、第二負(fù)透鏡33、第三負(fù)透鏡34、第四正透鏡35、第四負(fù)透鏡36、第五正透鏡37和第六正透鏡38后平行出射，實(shí)現(xiàn)了來自無窮遠(yuǎn)的恒星星圖模擬。
[0024]實(shí)施例五
圖7為實(shí)施例五提供的星敏感器地面標(biāo)定設(shè)備。如圖7所示，星敏感器地面標(biāo)定裝置具體為星敏感器地面標(biāo)定設(shè)備，其包括，臥式調(diào)整機(jī)構(gòu)，設(shè)置于臥式調(diào)整結(jié)構(gòu)上的LCOS I 22和LCOS II 23，設(shè)置于LCOS I 22和LCOS II 23后為其提供星點(diǎn)位置信號和星等模擬信號的星圖控制模塊24，設(shè)置于星圖控制模塊24后為其提供星點(diǎn)位置修正方程的星圖修正模塊25，設(shè)置于LCOS II 23和LCOS II 23前為其提供偏振光的PBS棱鏡16，設(shè)置于PBS棱鏡16下為其提供準(zhǔn)直光線的準(zhǔn)直光模塊15，設(shè)置于準(zhǔn)直光模塊15下為其提供會(huì)聚光學(xué)的橢球反射鏡151，且準(zhǔn)直光模塊15的光學(xué)系統(tǒng)83焦面與橢球反射鏡151的第二焦點(diǎn)重合，設(shè)置于橢球反射鏡151第一焦點(diǎn)處的LED14，設(shè)置于PBS棱鏡16前用于模擬光譜范圍的濾光片30，設(shè)置于濾光片30前用于將LCOS I 22和LCOS II 23模擬的星圖成像到無窮遠(yuǎn)的光學(xué)系統(tǒng)83。
[0025]具體的，星圖修正模塊25用于根據(jù)實(shí)測星點(diǎn)位置的星間角距與恒星理論星間角距，計(jì)算星點(diǎn)位置信息，利用MATLAB擬合星點(diǎn)位置修正方程，并將星點(diǎn)位置修正方程寫入星圖控制軟件。星圖控制軟件接收星敏感器提供的當(dāng)前時(shí)刻星圖的星點(diǎn)位置信號和星等模擬信號，配合星圖修正模塊25寫入的星點(diǎn)修正方程，控制LCOS I 22和LCOS II 23顯示當(dāng)前時(shí)刻下的模擬星圖，星圖模擬精度優(yōu)于18"，星圖模擬視場為22°，星等模擬范圍為-2Mf+6Mv ；LED14用于為星敏感器地面標(biāo)定設(shè)備提供光源，可實(shí)現(xiàn)亮度可變且均勻的要求；橢球反射鏡151用于將LED14發(fā)出的發(fā)散光線會(huì)聚，要求LED14置于橢球反射鏡151的第一焦點(diǎn)，則LED14發(fā)出的光線將會(huì)聚在橢球反射鏡151的第二焦點(diǎn)；準(zhǔn)直光模塊15用于產(chǎn)生滿足LCOS I 22和LCOS II 23點(diǎn)亮條件的準(zhǔn)直光線，要求準(zhǔn)直光模塊15光學(xué)系統(tǒng)83的焦點(diǎn)與橢球反射鏡151第二焦點(diǎn)重合，故由LED14發(fā)出的會(huì)聚在橢球反射鏡151第二焦點(diǎn)的光線，經(jīng)過準(zhǔn)直光模塊15的光學(xué)系統(tǒng)83后，成為亮度均勻且準(zhǔn)直的光線，再經(jīng)過PBS棱鏡16后即可點(diǎn)亮LCOS I 22和LCOS II 23 ;濾光片30用于實(shí)現(xiàn)星敏感器要求的0.5Mm?0.8Mm光譜范圍；光學(xué)系統(tǒng)83是一種由八片透鏡組成的小畸變、波像差和倍率色差小、彌散斑均勻的高成像質(zhì)量投影光學(xué)系統(tǒng)83，完成對LCOS I 22和LCOS II 23模擬的星圖的高質(zhì)量無窮遠(yuǎn)成像。
[0026]利用本發(fā)明的星敏感器地面標(biāo)定裝置進(jìn)行星圖模擬的工作過程如下:將LCOS I 22和LCOS II 23安裝在光學(xué)系統(tǒng)83的焦面上，由LED14作為LCOS I 22和LCOS II 23的光源，LED14發(fā)出的光線經(jīng)過準(zhǔn)直光模塊15后以均勻的準(zhǔn)直光線形式出射，經(jīng)過PBS棱鏡16后，準(zhǔn)直光線被調(diào)制成P偏振光和S偏振光，P偏振光和S偏振光分別點(diǎn)亮LCOS I 22和LCOS II 23，LCOS I 22像面和LCOS II 23像面再通過PBS分光面實(shí)現(xiàn)像面拼接，由星圖顯示系統(tǒng)82控制LCOS I 22和LCOS II 23上顯示的當(dāng)前時(shí)刻下的星位控制信號和星圖模擬信號，且具有星位控制信號和星圖模擬信號實(shí)時(shí)可變功能。LCOS I 22和LCOS II 23顯示的當(dāng)前時(shí)刻的模擬星圖經(jīng)過濾光片30和光學(xué)系統(tǒng)83后，實(shí)現(xiàn)了光譜范圍和星間角距模擬精度符合星敏感器要求的來自于無窮遠(yuǎn)的模擬星圖。
[0027]最后應(yīng)說明的是:以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對前述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種動(dòng)態(tài)1X03拼接式星模擬器，其特征在于，包括: 星圖顯示系統(tǒng)，包括星圖修正模塊、星圖控制模塊、1X03 I和1X03 II (同樣)； 所述星圖修正模塊用于根據(jù)恒星理論星間角距修正所述1X03 I和所述1X03 II顯示的星點(diǎn)位置，擬合星點(diǎn)位置修正方程，將所述星點(diǎn)位置修正至符合所述理論星間角距模擬精度，并將所述星點(diǎn)位置修正方程寫入所述星圖控制模塊； 所述星圖控制模塊用于根據(jù)星敏感器輸出的用于指示當(dāng)前時(shí)刻星點(diǎn)位置的星位指示信號、用于指示當(dāng)前時(shí)刻星點(diǎn)亮度的星等指示信號和所述星圖修正模塊寫入所述星圖控制模塊的所述星點(diǎn)位置修正方程，產(chǎn)生當(dāng)前時(shí)刻的星位控制信號和星等模擬信號，并輸出；所述1X03 I和所述1X03 II與所述星圖控制模塊相連，所述1X03 I和所述1X03 II接收所述星圖控制模塊產(chǎn)生的當(dāng)前時(shí)刻的所述星位控制信號和所述星等模擬信號，產(chǎn)生模擬星圖，包括當(dāng)前時(shí)刻的星點(diǎn)位置和星等亮度，并輸出； 所述星圖控制模塊同時(shí)控制所述1X03II ； 照明系統(tǒng)，包括模擬開關(guān)模塊、發(fā)光模塊、準(zhǔn)直光模塊和棱鏡； 所述模擬開關(guān)模塊包括模擬開關(guān)和模擬通路，所述模擬開關(guān)用于控制所述模擬開關(guān)模塊的工作狀態(tài)，所述模擬通路與所述星圖控制模塊連接，用于接收所述星圖控制模塊發(fā)送的當(dāng)前時(shí)刻的所述星等模擬信號，并輸出； 所述發(fā)光模塊包括放大及電流驅(qū)動(dòng)電路和1^0，所述放大及電流驅(qū)動(dòng)電路與所述120相連，所述放大及電流驅(qū)動(dòng)電路與所述模擬開關(guān)模塊相接，所述放大及電流驅(qū)動(dòng)電路用于將接收到的所述星等模擬信號進(jìn)行放大和電壓一電流變換處理，產(chǎn)生電流輸出信號，以驅(qū)動(dòng)所述120發(fā)光； 所述準(zhǔn)直光模塊包括橢球反射鏡、第一正透鏡和第一負(fù)透鏡，所述橢球反射鏡具有第一焦點(diǎn)和第二焦點(diǎn)，所述第一焦點(diǎn)上放置所述1^0，所述[￡0經(jīng)過所述橢球反射鏡后，光線會(huì)聚于所述橢球反射鏡的第二焦點(diǎn)上，所述第二焦點(diǎn)與所述第一正透鏡和所述第一負(fù)透鏡形成的組合光學(xué)系統(tǒng)的焦點(diǎn)重合，所述[￡0發(fā)出的經(jīng)過所述橢球反射鏡第一焦點(diǎn)會(huì)聚于所述橢球鏡第二焦點(diǎn)的所述光線，經(jīng)過所述第一正透鏡和所述第一負(fù)透鏡后，輸出平行光，所述平行光經(jīng)過所述？83棱鏡，照亮所述1X03 I和所述1X03 II ； 所述棱鏡具有分光面，所述分光面用來將所述[￡0發(fā)出的經(jīng)過所述準(zhǔn)直光模塊的所述平行光調(diào)制為？偏振光I和3偏振光I ； 所述？偏振光I被所述分光面透過，點(diǎn)亮所述1X03 I，所述1X03 I被點(diǎn)亮的同時(shí)將？偏振光I調(diào)制為3偏振光II，并輸出； 所述3偏振光I被所述分光面反射，點(diǎn)亮所述1X03 II，所述1X03 II被點(diǎn)亮的同時(shí)將3偏振光I調(diào)制為？偏振光II，并輸出； 光學(xué)系統(tǒng)，包括第二正透鏡、第三正透鏡、第二負(fù)透鏡、第三負(fù)透鏡、第四正透鏡、第四負(fù)透鏡、第五正透鏡和第六正透鏡，所述第二正透鏡、所述第三正透鏡、所述第二負(fù)透鏡、所述第三負(fù)透鏡、所述第四正透鏡、所述第四負(fù)透鏡、所述第五正透鏡和所述第六正透鏡依次設(shè)置在同一水平光路的光軸上，所述照明系統(tǒng)發(fā)出的光經(jīng)過所述第二正透鏡、所述第三正透鏡、所述第二負(fù)透鏡、所述第三負(fù)透鏡、所述第四正透鏡、所述第四負(fù)透鏡、所述第五正透鏡和所述第六正透鏡后平行射出。
2.權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)1X03拼接式星模擬器，其特征在于: 所述星點(diǎn)位置修正方程根據(jù)所述1X03 I和所述1X03 II顯示的所述模擬星圖的所述星點(diǎn)位置計(jì)算得出； 所述星點(diǎn)位置信息通過(不要寫具體型號，直接寫經(jīng)緯儀即可)經(jīng)緯儀實(shí)際測量，測量值包括所述星點(diǎn)位置的方位角度和俯仰角度。
3.權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)1X03拼接式星模擬器，其特征在于，還包括: 濾光片，設(shè)置在所述星圖顯示系統(tǒng)和所述光學(xué)系統(tǒng)之間，用于將從所述濾光片射出的光線進(jìn)行濾光處理。
4.權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)1X03拼接式星模擬器，其特征在于: 所述1X03 I和所述1X03 II采用像面拼接技術(shù)，利用？83棱鏡的分光面擴(kuò)大所述動(dòng)態(tài)1008拼接式星模擬器的像面； 所述棱鏡具有分光面，所述分光面用來將所述[￡0發(fā)出的經(jīng)過所述準(zhǔn)直光模塊的所述平行光分為？偏振光I和3偏振光I ； 所述？83的所述工作面包括工作面1、工作面I1、工作面III和工作面IV ； 所述準(zhǔn)直光模塊位于所述？83棱鏡的所述工作面I，所述1^0位于所述準(zhǔn)直光模塊后； 所述1X03 I位于所述？83棱鏡的所述工作面II ； 所述1X03 II位于所述？83棱鏡的所述工作面III ； 所述照明系統(tǒng)的所述120發(fā)出的，經(jīng)過所述準(zhǔn)直光模塊的所述平行光，經(jīng)過所述？83棱鏡的所述分光面，被調(diào)制為？偏振光I和3偏振光I ； 所述？偏振光I被所述棱鏡的所述分光面透過，點(diǎn)亮位于所述？83棱鏡的所述工作面II的所述1X03 I ； 所述3偏振光I被所述？83棱鏡的所述分光面反射，點(diǎn)亮位于所述？83棱鏡的所述工作面III的所述1X03 II ； 所述？偏振光I點(diǎn)亮的所述1X03 I，經(jīng)過所述？83棱鏡的所述分光面后，成像至所述 棱鏡的所述工作面⑶上； 所述3偏振光I點(diǎn)亮的所述1X03 II，經(jīng)過所述？83棱鏡的所述分光面后，成像至所述 棱鏡的所述工作面⑶上； 所述？83棱鏡的所述工作面⑶完成所述1X03 I和所述1X03 II的圖像拼接； 所述拼接圖像位于所述光學(xué)系統(tǒng)的焦面位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的動(dòng)態(tài)1X03拼接式星模擬器，其特征在于，所述星圖控制模塊包括: 控制器，用于根據(jù)接收到的用于指示星點(diǎn)位置的星位指示信號和用于指示星點(diǎn)亮度的所述星等指示信號產(chǎn)生星等數(shù)字信號和控制信號，并輸出； 數(shù)模轉(zhuǎn)換器，與所述控制器相連，用于將所述星等數(shù)字信號經(jīng)過模擬轉(zhuǎn)換為所述星等模擬信號，并輸出。
6.一種星敏感器地面標(biāo)定裝置，包括臥式調(diào)整機(jī)構(gòu)，還包括如權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的動(dòng)態(tài)1X03拼接式星模擬器，所述動(dòng)態(tài)1X03拼接式星模擬器設(shè)置在臥式調(diào)整機(jī)構(gòu)上。
【文檔編號】G01C25/00GK104457785SQ201410369099
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月30日
【發(fā)明者】劉石, 孫高飛, 張國玉, 王凌云, 蘇拾, 鄭茹, 王浩君, 何洋 申請人:長春理工大學(xué)