[发明专利]一种动态太阳模拟器及其动态模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种动态太阳模拟器及其动态模拟方法，属于航天器地面测试设备模拟器技术领域。

背景技术

在航天领域，通常会采用太阳敏感器来完成对太阳的捕获，进而获取航天器的姿态信息。因此，太阳模拟器在航天器地面测试阶段，是一种应用非常广泛的模拟测试设备。对于太阳模拟器的研究，现有大部分文献都是基于光学系统的研究，即如何设计合适的光学系统，对太阳光的准直、均匀等特性进行模拟。如《太阳模拟器辐照均匀性分析》、《AAA级太阳模拟器的设计与研制》、《KFTA太阳模拟器研制》、《太阳模拟器及其运转方法》等。这类模拟器都属于静态太阳模拟器，其主要特点对太阳光的模拟，并没有考虑太阳在航天器实际环境中照射方向的模拟。一般用于被测产品的静态性能测试。

近年来，随着航天器地面测试要求的提高，一些动态太阳模拟器的研制在工程应用上受到了重视。其主要方式是利用电机转动机构，带动原来静态模拟器转动。如中科院长春光学精密机械与物理研究所就分别提出了《高度角人工可调的太阳光照模拟装置及方法》、《方位角自动调整的太阳光照模拟装置和方法》。在这些动态太阳模拟器设计中，其目的是为了克服传统手持静态太阳模拟器带来使用不方便问题，其测试目的也仅针对太阳敏感器的功能性能的开环测试，并没有实现太阳光源的真正动态模拟(运动轨迹模拟)。另外，以往传统模拟器在使用前，需利用外界标定设备(经纬仪等)对模拟器安装精度进行标定校准，调节难度、耗费的人力、物力大。

嫦娥三号巡视器GNC太阳敏感器在分系统测试过程中，除对部件的接口进行测试外，还需完成敏感器功能、性能的充分性测试(不同太阳强度、不同角度的光照激励，如视场内、外等)，为此需要将太阳敏感器部件引入闭环测试，真实地将敏感器(包括将光学敏感头部，不止通过敏感器地检接口)引入，现有技术中的太阳模拟器不能满足嫦娥三号巡视器GNC太阳敏感器动态测试的需求。

发明内容

本发明的目的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种动态太阳模拟器及其动态模拟方法。

本发明的技术解决方案是：

一种动态太阳模拟器，该动态太阳模拟器包括控制计算机、转台驱动器、机械台体、安装支架和光学系统；

所述的光学系统包括电源驱动器、冷却系统、短弧氙灯、耦合透镜和导光光纤和出光装置；

所述的出光装置包括匀光准直器、消杂光光阑和光谱滤波器；

所述的机械台体包括双轴转台和基座，双轴转台包括水平电机、垂直电机、第一配重块、第二配重块、转接板、悬臂和安装支架；双轴转台与基座固定连接；

所述的转接板包括一体成型为L型的水平板和竖直板；水平电机固定安装在基座上，水平电机的输出轴与转接板的水平板固定连接，带动转接板水平转动；水平电机的输出轴的中心有通孔；

垂直电机固定安装在转接板的竖直板上，垂直电机的输出轴与悬臂固定连接，垂直电机带动悬臂在垂直方向上转动；

悬臂的一端固定安装有第二配重块，另一端安装光学系统的出光装置；

转接板水平板一端的上面固定安装有第一配重块；

基座上固定安装有一个小圆柱，小圆柱穿过水平电机输出轴的中心孔后与安装支架固定连接，当水平电机的输出轴转动时，小圆柱不转动；安装支架上固定安装被测设备；

所述的电源驱动器驱动短弧氙灯发出光束，光束通过耦合透镜耦合后通过导光光纤输入到出光装置中，光束首先经过出光装置中的匀光准直器进行准直，然后经过消杂光光阑进行消光，最后经过光谱滤波器进行滤波后输出照射到被测设备上；短弧氙灯通过冷却系统进行冷却；

所述的控制计算机发出转台控制信号和光源强度控制信号，控制计算机还采集被测设备的输出信号、水平电机的角度输出信号和垂直电机的角度输出信号，控制计算机根据采集到的信号对机械台体坐标系O_MX_MY_MZ_M与被测设备坐标系O_sX_sY_sZ_s之间的旋转矩阵R；

所述的坐标原点O_M位于水平电机的输出轴顶端中心位置，X_M轴朝上，Y_M轴朝右，Z_M轴朝纸面向里；

所述的坐标原点O_s位于被测设备成像面的中心位置，X_s轴朝向垂直电机的输出轴，Y_s轴朝上，Z_s轴朝向光束出射点；