空間目標可見光散射動態(tài)特性測試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種空間目標可見光散射動態(tài)特性測試系統(tǒng)，包括測試導軌、姿態(tài)模擬系統(tǒng)、太陽模擬器、周視測試車、探測系統(tǒng)和中央控制系統(tǒng)。測試導軌采用立式圓弧板導軌形式；周視測試車安裝在測試導軌上；探測系統(tǒng)安裝在周視測試車上；姿態(tài)模擬系統(tǒng)安裝在立式圓弧導軌的圓心位置；太陽模擬器安裝在與立式圓弧導軌的圓心以及測試導軌的0°和180°三點連線上；中央控制系統(tǒng)安裝在測試系統(tǒng)所在實驗室不被太陽模擬器照射位置。本發(fā)明解決了在實驗室條件下模擬測量空間不同太陽照射方位角和高低角條件下在不同觀測方位角和高低角觀測目標情況下的可見光散射特性問題，測試結果可以為空間在軌試驗任務規(guī)劃提供合理的建議，為可見光探測敏感器的研制提供依據(jù)。
【專利說明】空間目標可見光散射動態(tài)特性測試系統(tǒng)
[0001]【技術領域】
本發(fā)明涉及空間試驗目標在地面進行可見光散射特性測試的設備，具體涉及一種模擬空間太陽光照條件下探測平臺在不同角度觀測試驗目標可見光散射特性的空間目標可見光散射動態(tài)特性測試系統(tǒng)。
[0002]
【背景技術】
[0003]利用可見光探測敏感器對空間目標進行成像觀測是空間目標探測的重要手段之一，準確的空間目標可見光散射動態(tài)特性數(shù)據(jù)可以為空間在軌試驗流程的合理規(guī)劃、可見光探測敏感器單元的設計與研制以及目標捕獲、識別與跟蹤算法的研究和修訂參數(shù)的設定提供可靠的依據(jù)，為此，需要對空間觀測目標的可見光散射動態(tài)特性進行分析，并對觀測目標的成像進行仿真。
[0004]僅靠理論建模和仿真分析很難完全模擬試驗目標本身的幾何結構和表面熱控狀態(tài)以及空間在軌實際運行狀態(tài)，因此僅利用建模和軟件分析或多或少會存在一定的偏差。
[0005]為了獲得更為可靠的可見光散射動態(tài)特性數(shù)據(jù)，需要研制試驗觀測目標的實物模型，構建空間目標可見光散射動態(tài)特性測試系統(tǒng)，通過模擬試驗目標的空間在軌運行情況來逼近空間真實觀測環(huán)境，對試驗目標的可見光散射動態(tài)特性進行模擬與測試，進而與理論分析結果進行比較分析，以便對分析模型進行校驗。從而為空間在軌試驗任務規(guī)劃提供更合理的建議，為跟瞄系統(tǒng)的研制提供更可靠的依據(jù)。
[0006]由此，業(yè)界需要一種新的空間目標可見光散射動態(tài)特性測試系統(tǒng)。
[0007]
【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明旨解決在實驗室條件下模擬測量空間不同太陽照射方位角和高低角條件下在不同觀測方位角和高低角觀測目標情況下的可見光散射特性問題。
[0009]為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種空間目標可見光散射動態(tài)特性測試系統(tǒng)。
[0010]本發(fā)明所述的空間目標可見光散射動態(tài)特性測試系統(tǒng)，通過太陽模擬器、運行在立式圓弧板導軌上的周視測試車(含探測系統(tǒng))、安裝在立式圓弧板導軌圓心的姿態(tài)模擬系統(tǒng)三者之間的相對關系模擬空間太陽光、觀測目標和探測平臺三站之間的相對關系，包括太陽照射方位角和高低角的變化、探測平臺觀測方位角和高低角的變化。
[0011]所述的太陽模擬器由氙燈和電源、橢球面聚光鏡、光學積分器、機箱等組成，用于在實驗室環(huán)境內模擬空間陽光對目標的照射。
[0012]所述的測試導軌為立式圓弧板導軌，與周視測試車組合，用于模擬探測平臺觀測方位角的變化。
[0013]所述的姿態(tài)模擬系統(tǒng)由底座、下圓弧運動機構、回轉機構、上圓弧運動機構及模型支撐桿等組成，與太陽模擬器、測試導軌和周視測試車組合在一起，模擬太陽照射方位角和高低角、探測平臺的觀測高低角變化。
[0014]所述的周視測試車上有升降、方位、俯仰機構，承載探測系統(tǒng)，可在測試導軌上行走，實現(xiàn)觀測方位角的變化。探測系統(tǒng)采用可見光成像采集系統(tǒng)，用于對試驗目標進行成像，通過光學定標和處理軟件進行試驗目標可見光散射動態(tài)特性的測試。
[0015]所述的中央控制系統(tǒng)用于控制系統(tǒng)其它各組成部分完成對試驗目標的可見光散射動態(tài)特性的測試，對測試數(shù)據(jù)進行處理，將測試結果存儲到數(shù)據(jù)服務器并輸出。
[0016]利用本發(fā)明的測試導軌、姿態(tài)模擬系統(tǒng)、太陽模擬器、周視測試車、探測系統(tǒng)和中央控制系統(tǒng)組合在一起，可以模擬空間試驗目標在空間不同太陽照射方位角和高低角條件下，探測平臺在不同方位角和高低角觀測目標的可見光散射特性，探測系統(tǒng)采集試驗目標不同狀態(tài)下的圖像，由中央控制系統(tǒng)進行處理后，獲得不同情況下觀測目標的可見光散射特性。只要所測試目標的外包絡不超過太陽模擬器在立式圓弧板導軌圓心處的光斑范圍，可以對不同空間在軌試驗任務的試驗目標的可見光散射特性進行測試，獲得試驗目標可靠的可見光散射特性數(shù)據(jù)，為空間在軌試驗任務規(guī)劃提供合理的建議，為可見光探測敏感器的研制提供可靠的依據(jù)。此外，本發(fā)明還可以擴展用于視覺導航敏感器對空間試驗目標的繞飛觀測。
[0017]本發(fā)明解決了在實驗室條件下模擬測量空間不同太陽照射方位角和高低角條件下在不同觀測方位角和高低角觀測目標情況下的可見光散射特性問題，測試結果可以為空間在軌試驗任務規(guī)劃提供合理的建議，為可見光探測敏感器的研制提供可靠的依據(jù)。
[0018]結合附圖，根據(jù)下文的通過示例說明本發(fā)明主旨的描述可清楚本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點。
[0019]【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
圖1為本發(fā)明空間目標可見光散射動態(tài)特性測試系統(tǒng)示意圖；
圖2為本發(fā)明空間目標可見光散射動態(tài)特性測試系統(tǒng)測試軌道及基礎截面圖；
圖3為本發(fā)明空間目標可見光散射動態(tài)特性測試系統(tǒng)姿態(tài)模擬系統(tǒng)示意圖；
圖4為本發(fā)明空間目標可見光散射動態(tài)特性測試系統(tǒng)太陽模擬器示意圖 圖5為本發(fā)明空間目標可見光散射動態(tài)特性測試系統(tǒng)周視測試車示意圖；
圖6為本發(fā)明空間目標可見光散射動態(tài)特性測試系統(tǒng)可見光成像采集系統(tǒng)示意圖；
圖7為本發(fā)明空間目標可見光散射動態(tài)特性測試系統(tǒng)中央控制系統(tǒng)組成圖。
[0021]
【具體實施方式】
[0022]參見示出本發(fā)明實施例的附圖，下文將更詳細地描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以以許多不同形式實現(xiàn)，并且不應解釋為受在此提出之實施例的限制。相反，提出這些實施例是為了達成充分及完整公開，并且使本【技術領域】的技術人員完全了解本發(fā)明的范圍。這些附圖中，為清楚起見，可能放大了層及區(qū)域的尺寸及相對尺寸。[0023]應理解，本發(fā)明的描述/圖示為單個單元的部分可存在于兩個或兩個以上的物理上獨立但合作實現(xiàn)所描述/圖示之功能的實體。此外，描述/圖示為兩個或兩個以上物理上獨立的部分可集成入一個單獨的物理上實體以進行所描述/圖示的功能。
[0024]現(xiàn)參考附圖詳細描述根據(jù)本發(fā)明實施例的空間目標可見光散射動態(tài)特性測試系統(tǒng)。
[0025]圖1所示為空間目標可見光散射動態(tài)特性測試系統(tǒng)示意圖，空間目標可見光散射動態(tài)特性測試系統(tǒng)包括測試導軌1、姿態(tài)模擬系統(tǒng)2、太陽模擬器3、周視測試車4、探測系統(tǒng)5和中央控制系統(tǒng)6。測試導軌I為半徑為10.5m的半圓形軌道，周視測試車4安裝在測試導軌I上，探測系統(tǒng)5安裝在周視測試車4上，姿態(tài)模擬系統(tǒng)2安裝在半圓形軌道的圓心位置，太陽模擬器3安裝在與半圓形軌道圓心、測試導軌I的0°和180°三點連線上距圓心25m處，中央控制系統(tǒng)6安裝在測試系統(tǒng)所在實驗室不被太陽模擬器照射位置。
[0026]測試導軌1、姿態(tài)模擬系統(tǒng)2、太陽模擬器3、周視測試車4、探測系統(tǒng)5和中央控制系統(tǒng)6組合在一起，可以模擬空間試驗目標在空間不同太陽照射方位角和高低角條件下，探測平臺在不同方位角和高低角觀測目標的可見光散射特性，探測系統(tǒng)5采集試驗目標不同狀態(tài)下的圖像，由中央控制系統(tǒng)5進行處理，獲得不同情況下觀測目標的可見光散射特性。
[0027]圖2為測試軌道及基礎截面圖，測試導軌I采用立式圓弧板導軌形式，軌道直徑21米，軌道范圍大于180°。通過中央控制系統(tǒng)6的控制，周視測試車4、探測系統(tǒng)5、測試導軌I三者模擬空間探測平臺對試驗目標的觀測方位角變化。導軌上平面為周視測試車提供行走面，其余各面為周視測試車提供導向面，軌道上有大直徑外齒，用于驅動周視測試車沿軌道行走。導軌置于槽形基礎中，溝槽尺寸約:寬650_，深700_。當周視測試車不運行時，可用蓋板將軌道基礎槽覆蓋，恢復試驗室地面平整，也可保證軌道基礎槽內部清潔及軌道安全。立式圓弧導軌板和焊接在預埋板上的調節(jié)墊塊通過螺栓連接。
[0028]圖3所示姿態(tài)模擬系統(tǒng)2由底座、下圓弧運動機構、回轉機構、上圓弧運動機構及模型支撐桿等組成，姿態(tài)模擬系統(tǒng)2的下圓弧運動機構可以讓試驗目標繞其質心做俯仰旋轉，與探測系統(tǒng)5配合，模擬空間探測平臺對試驗目標的觀測高低角變化。姿態(tài)模擬系統(tǒng)2的回轉機構和上圓弧運動機構可以讓試驗目標繞其質心做方位旋轉和俯仰旋轉，與太陽模擬器3配合，模擬空間太陽對試驗目標的照射方位角和高低角變化。
[0029]圖4所示太陽模擬器3由燈室、電源控制柜和準直反射鏡三大部分組成，燈室內安裝了氙燈、橢球聚光鏡、平面反射鏡、光學積分器、電源觸發(fā)器以及散熱系統(tǒng)。準直反射鏡直徑I米，鏡面與光中心軸線水平偏轉8度，它把入射光線準直后出射模擬陽光，光斑均勻區(qū)直徑在距鏡面27.5米處為3200mm，用于對直徑3米以下的試驗目標在實驗室內模擬測試空間陽光照射下的光學散射。
[0030]圖5所示周視測試車4安裝在半徑為10.5m的半圓形測試導軌I上，中央控制系統(tǒng)6控制周視測試車4在半圓形導軌上運動，可以在-90°、0°范圍內運動(除去被太陽模擬器照射的位置)。周視測試車4上有升降、方位、俯仰機構，其上承載探測系統(tǒng)5，通過中央控制系統(tǒng)6控制探測系統(tǒng)5對準試驗目標質心所在位置。
[0031]圖6所示探測系統(tǒng)5采用可見光成像敏感器，用于對試驗目標進行成像，通過光學定標和中央管理控制系統(tǒng)6中的處理軟件進行處理，獲得試驗目標在不同太陽照射角和不同觀測角度下的可見光散射特性。
[0032]圖7所示中央控制系統(tǒng)6由試驗數(shù)據(jù)庫、試驗控制管理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)和監(jiān)視子系統(tǒng)組成。試驗數(shù)據(jù)庫用于存儲過程產生的所有數(shù)據(jù)，其中包括設備庫、材料庫、目標庫、模型庫等，可完成數(shù)據(jù)庫的錄入、瀏覽、刪除、關聯(lián)等。試驗控制管理子系統(tǒng)由管理軟件和相應的硬件平臺組成，控制測量設備自動化完成測試過程。數(shù)據(jù)采集處理子系統(tǒng)包括采集設備和采集控制軟件，完成測量信號的采集、記錄、處理及結果的實時顯示，并對采集圖像進行二次編碼，疊加試驗記錄信息。監(jiān)視子系統(tǒng)采用室內球型攝像機，對試驗設備及其運行過程進行實時監(jiān)視，用于保護設備和異常數(shù)據(jù)的分析。
[0033]本發(fā)明解決了在實驗室條件下模擬測量空間不同太陽照射方位角和高低角條件下在不同觀測方位角和高低角觀測目標情況下的可見光散射特性問題，測試結果可以為空間在軌試驗任務規(guī)劃提供合理的建議，為可見光探測敏感器的研制提供可靠的依據(jù)。
[0034]對于本領域技術人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化囊括在本發(fā)明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。此夕卜，顯然“包括” 一詞不排除其他單元或步驟，單數(shù)不排除復數(shù)。系統(tǒng)權利要求中陳述的多個單元或裝置也可以由一個單元或裝置通過軟件或者硬件來實現(xiàn)。第一，第二等詞語用來表示名稱，而并不表示任何特定的順序。
【權利要求】
1.一種空間目標可見光散射動態(tài)特性測試系統(tǒng)，其特征在于，包括測試導軌、姿態(tài)模擬系統(tǒng)、太陽模擬器、周視測試車、探測系統(tǒng)和中央控制系統(tǒng)，其中 所述測試導軌采用立式圓弧板導軌形式；所述周視測試車安裝在測試導軌上；所述探測系統(tǒng)安裝在所述周視測試車上；所述姿態(tài)模擬系統(tǒng)安裝在所述立式圓弧導軌的圓心位置；所述太陽模擬器安裝在所述與立式圓弧導軌的圓心以及所述測試導軌的0°和180°三點連線上；所述中央控制系統(tǒng)安裝在所述測試系統(tǒng)所在實驗室不被太陽模擬器照射位置。
2.根據(jù)權利要求1所述的空間目標可見光散射動態(tài)特性測試系統(tǒng)，其特征在于，所述測試導軌、所述姿態(tài)模擬系統(tǒng)、所述太陽模擬器、所述周視測試車、所述探測系統(tǒng)和所述中央控制系統(tǒng)組合在一起，可以模擬空間試驗目標在空間不同太陽照射方位角和高低角條件下，探測平臺在不同方位角和高低角觀測目標的可見光散射特性，其中，所述探測系統(tǒng)采集試驗目標不同狀態(tài)下的圖像，由所述中央控制系進行處理，獲得不同情況下觀測目標的可見光散射特性。
3.根據(jù)權利要求1所述的空間目標可見光散射動態(tài)特性測試系統(tǒng)，其特征在于，所述測試導軌的軌道直徑為21米，軌道范圍大于180°。
4.根據(jù)權利要求1所述的空間目標可見光散射動態(tài)特性測試系統(tǒng)，其特征在于，所述周視測試車安裝在半徑為10.5m的所述立式圓弧測試導軌上，所述中央控制系統(tǒng)控制所述周視測試車在所述立式圓弧導軌上運動，可以在-90°~90°范圍內運動。
5.根據(jù)權利要求4所述的空間目標可見光散射動態(tài)特性測試系統(tǒng)，其特征在于，所述周視測試車上有升降、 方位、俯仰機構，其上承載所述探測系統(tǒng)，通過所述中央控制系統(tǒng)控制所述探測系統(tǒng)對準試驗目標質心所在位置，其中通過所述中央控制系統(tǒng)的控制，所述周視測試車、所述探測系統(tǒng)、所述測試導軌三者模擬空間探測平臺對試驗目標的觀測方位角變化。
6.根據(jù)權利要求1所述的空間目標可見光散射動態(tài)特性測試系統(tǒng)，其特征在于，所述姿態(tài)模擬系統(tǒng)由底座、下圓弧運動機構、回轉機構、上圓弧運動機構及模型支撐桿等組成，所述姿態(tài)模擬系統(tǒng)的下圓弧運動機構可以讓試驗目標繞其質心做俯仰旋轉，與所述探測系統(tǒng)配合，模擬空間探測平臺對試驗目標的觀測高低角變化。
7.根據(jù)權利要求6所述的空間目標可見光散射動態(tài)特性測試系統(tǒng)，其特征在于，所述姿態(tài)模擬系統(tǒng)的回轉機構和上圓弧運動機構可以讓試驗目標繞其質心做方位旋轉和俯仰旋轉，與所述太陽模擬器配合，模擬空間太陽對試驗目標的照射方位角和高低角變化。
8.根據(jù)權利要求1所述的空間目標可見光散射動態(tài)特性測試系統(tǒng)，其特征在于，所述太陽模擬器由燈室、電源控制柜和準直反射鏡三大部分組成，燈室內安裝了氙燈、橢球聚光鏡、平面反射鏡、光學積分器、電源觸發(fā)器以及散熱系統(tǒng)，其中所述準直反射鏡直徑I米，鏡面與光中心軸線水平偏轉8度，它把入射光線準直后出射模擬陽光，光斑均勻區(qū)直徑在距鏡面27.5米處為3200mm，用于對直徑3米以下的試驗目標在實驗室內模擬測試空間陽光照射下的光學散射。
9.根據(jù)權利要求1所述的空間目標可見光散射動態(tài)特性測試系統(tǒng)，其特征在于，所述探測系統(tǒng)采用可見光成像敏感器，用于對試驗目標進行成像，通過光學定標和所述中央管理控制系統(tǒng)，獲得試驗目標在不同太陽照射角和不同觀測角度下的可見光散射特性。
10.根據(jù)權利要求1所述的空間目標可見光散射動態(tài)特性測試系統(tǒng)，其特征在于:所述中央控制系統(tǒng)由試驗數(shù)據(jù)庫、試驗控制管理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)和監(jiān)視子系統(tǒng)組成，其中所述試驗數(shù)據(jù)庫用于存儲過程產生的所有數(shù)據(jù)，其中包括設備庫、材料庫、目標庫、模型庫等，可完成數(shù)據(jù)庫的錄入、瀏覽、刪除、關聯(lián)等；所述試驗控制管理子系統(tǒng)由管理軟件和相應的硬件平臺組成，控制測量設備自動化完成測試過程；所述數(shù)據(jù)采集處理子系統(tǒng)包括采集設備和采集控制軟件，完成測量信號的采集、記錄、處理及結果的實時顯示，并對采集圖像進行二次編碼，疊加試驗記錄信息；所述監(jiān)視子系統(tǒng)采用室內球型攝像機，對試驗設備及其運行過程進行實時監(jiān)視，用于保護設備和異常數(shù)據(jù)的分析。
【文檔編號】G01S17/89GK103913737SQ201410139708
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年4月4日 優(yōu)先權日:2014年4月4日
【發(fā)明者】魏祥泉, 黃建明, 顏根廷, 肖余之, 劉魯江, 姚建, 楊東春, 劉艷 申請人:上海宇航系統(tǒng)工程研究所