[发明专利]一种基于DMD的动态多星星图模拟器及其模拟方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及空间技术，具体说就是一种基于DMD的动态多星星图模拟器及其模拟方法。

(二)背景技术

多星模拟器(动态多星模拟)模拟一定视场的无穷远平行光图像。结合多星模拟软件，主要用于检测星敏感器成像、星图识别、星跟踪、姿态计算等功能指标是否正常，可模拟空间恒星的相对星等和星间角距，构成检测用星图。配备软件可具备动态闭环功能，用于系统半物理模拟试验及装星闭环处理。星模拟器的主要任务是在实验室里建立星敏感器地面标定和系统联试所用的模拟星辐射源。同模拟其它天体一样，使用者总是希望能在实验室内有一台真实反映天体辐射特性的装置。原民德蔡司联合体研制的多光管式星模拟器，这套系统采用4个准直光管，在各自焦面上放置一定大小的针孔，光源照明后可产生16个模拟星像，用以验证敏感器参数稳定性和设计的合理性。星模拟器是固定放置的，采用微调机构达到在每个光管焦面场内小范围移动星点位置的目的。美国伊思曼柯达公司为NASA研制的星模拟器。它是用三根布置成等腰三角形的光纤将色温各异的光引到准直光管焦面上，模拟三个星点像，每个光路中可加各种不同的滤光片，模拟星等为2-8等，三个星点分别具有三种典型色温恒星的光谱分布，三只星点放置在一个用激光干涉仪定位的精密工作台上(精度0.1μm，分辨率0.01μm)。通过移动工作台，改变星点在视场内的位置，可完成部分星场模拟，以对星敏感器进行功能检测。以上两个系统主要对星敏感器进行静态测试，其体积庞大，且不能实时闭环工作。美国休斯公司研制了一种星场模拟器。它采用了先进的液晶光阀技术，由计算机给出的模拟星图实时地送到高分辨率液晶显示屏上，照明系统照亮液晶屏产生模拟星点，再由光管送到星敏感器以完成其上星图位置的比较测量，从而达到校正飞行器姿态的目的。国内从七十年代末开始在星模拟器方面进行探索性研究，在八十年代主要集中于单星模拟器方面的研制，即以像点质量、光谱型、绝对光度等技术参数作为研制对象。在进入九十年代后随着我国星敏感器研究的发展和日益完善，加之图形显示器件产品的发展也日益成熟，开始在星场模拟方面作了大量的工作。“八五”期间，北京控制工程研究所成功研制了采用TFT式便携式计算机液晶显示器作为星图生成器的第一代全天球实时恒星模拟器。该模拟器视场角为6°×6°，单星位置精度在30″以内，实时全轨道星模拟器的识别精度达σ≤10″。由于TFT式有源液晶显示器的显示屏比较大，故第一代恒星模拟器体积大、精度差，使用操作不方便。1995年，北京控制工程研究所和中科院光电所共同完成的动态星模拟器，该模拟器视场角为6.5°×5°，单星位置精度在30″以内，星等范围为2-6.5等星，重量达5公斤，该星模拟器的星图显示器件采用液晶光阀实现了小型化。由于单片液晶光阀的象元数不够，无法达到视场和分辨率要求，故型动态星模拟器设计中通过拼接两片液晶光阀的方法来满足视场及分辨率要求。西南科技大学研制的多星模拟器。采用TFT-LCD液晶光阀板作为星图显示器件，视场大小为16.2°×12.1°，星间角距误差小于40“，重量小于3kg，具有小型轻量化的特点。这些传统的星模拟器的现实方式几乎都采用了液晶光阀，由于液晶光阀存在以下缺点：响应时间比较长，因此在动态图像方面的表现不理想；对比度差，星等显示精度差，模拟星等范围小；显示屏比较脆弱，容易受到损伤，这就提高了星模拟器的使用和维护难度；在工艺上较难做大(主要是大屏幕成品率低)，因而星模拟器价格昂贵。从而不能满足当前星模拟器高精度、星等范围宽、高动态、长寿命等要求。由于航天实验费用昂贵，星敏感器的地面调试、软件算法的最初模拟，不可能都进行实时星空拍摄，因此为了调试和评价星图识别算法，有必要利用计算机在地面上模拟生成星敏感器实时拍摄到的星空图片。星图模拟器的发展趋势是往小型化、高精度、大视场、多参数、高可靠性方向发展。而目前我国特别是在小型化、高精度等方面受到选用星图显示核心器件不够理想的影响。在传统的显示方式中，无论是阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)，还是电致发光(EL)、等离子体显示板(PDP)等，最后的显示输出环节都是以模拟方式进行的。由于在视频显示前都要进行D/A转换，从而给系统增加了噪声，降低了信噪比。而随着星敏感器的发展，信噪比。而随着星敏感器的发展，对星图图像的要求越来越高：单星张角小，星间角距精度高，具有较大动态范围和足够高对比度的光学特性，以及较高的星图刷新频率和响应时间，而且重量轻，体积要求小，这些指标对星图动态显示系统中所采用的星图显示器件提出了较高的要求。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种基于DMD的动态多星星图模拟器及其模拟方法。