專利名稱：月面形貌環(huán)境綜合模擬試驗場的光照模擬系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及模擬技術(shù)，具體來說，涉及一種月面形貌環(huán)境的綜合模 擬試驗場的光照模擬系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
前蘇聯(lián)在上世紀(jì)登月期間，建設(shè)環(huán)形土壤通道模擬試驗場(長70米、 寬4米)，主要包括環(huán)形坑等；還建設(shè)有綜合形貌模擬試驗場長50m， 寬50m;包括環(huán)形坑、溝壑和巖石等。并且早在1965年，美國為Apollo 計劃在休斯頓約翰遜空間中心建立了一個空間環(huán)境模擬室(SESL)，以提 供Appollo時期所有載人航天器和LRV的地面試驗。LOCKHEED導(dǎo)彈和 空間公司(LMSC)建立了一個高大的人造倉，來模擬月球庇護(hù)所和月球 太空艙外環(huán)境。其中的測試床允許確定相互作用效應(yīng)，包括重力的減少、 合適的阻礙物、與高度有關(guān)的壓力的減少，綜合1/6的重力、合適的障礙 物、真空條件等，進(jìn)行月面巡視探測器所面臨的環(huán)境的模擬試驗，從而 降低月球探測任務(wù)中操作控制的風(fēng)險。
除了美國、前蘇聯(lián)為其月球車的行走、導(dǎo)航、避障性能考核做了大 量的地面試驗外，日本也為考察月球車的遠(yuǎn)程操縱、自主行走和機(jī)動性， 建立有綜合試驗場，包括月球車試驗臺，室內(nèi)設(shè)備，仿真系統(tǒng)，沙盤模 型。月球車試驗臺包括遠(yuǎn)程操縱試驗臺和自主巡航試驗臺。室內(nèi)設(shè)備是 為月球車試驗臺服務(wù)的系統(tǒng)。室外的沙盤模型占地80mX80m，包括了隕 石坑，山丘和峽谷等月表地貌(可參見文獻(xiàn)T. Adachi， T. Iijima, S. Okamoto:and T. Takan， "An experimental facility for Lunar Rover development", 46th International Astronatutical Congress, Oslo, Norway, 1995)。
目前在國內(nèi)對月球車的研究主要集中在對月面巡視探測器的研制， 月面巡視探測器的工作模式、各個系統(tǒng)的組成和實現(xiàn)方案。對相關(guān)的地 面試驗研究很少，而工程化應(yīng)用的地面試驗場更是寥寥無幾。綜合以上 可知，國內(nèi)外的試驗場只單獨實現(xiàn)了對月面土壤、地形地貌的模擬，沒 有包括光照和背景環(huán)境的綜合環(huán)境模擬。例如通常的巡視探測器試驗場 主要考慮的是模擬月面的地形地貌特征的構(gòu)建，對燈光沒有特意的關(guān)注。 為了考察月面巡視探測器的自主避障和路徑規(guī)劃能力，考慮CCD相機(jī)的 成像效果和月面陰影的效果，必須認(rèn)真選擇合適模擬光源。所以光照的 模擬對于月面形貌模擬試驗場的影響非常重要，因此有必要對月面形貌 模擬試驗場的燈光進(jìn)行合理的布置，以獲得理想的光照模擬效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種能獲得理想模擬效果的月面形貌模擬 試驗場的光照模擬系統(tǒng)。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案
一種月面形貌環(huán)境的綜合模擬試驗場的光照模擬系統(tǒng)，其包括在模 擬區(qū)的內(nèi)部墻體上或頂部設(shè)置的模擬日光斜射的鏑燈，其功率不小于
4Kw，優(yōu)選4Kw，以及散布在模擬區(qū)四周墻體或頂部上的多個功率不小 于1.2Kw的鏑燈。
其中，上述模擬區(qū)優(yōu)選為圓形或矩形；上述鏑燈都配裝有掛具，以對 燈的照射方向和高度的調(diào)節(jié)，并且其色溫可達(dá)5600K。
其中，所述模擬日光斜射的鏑燈能實現(xiàn)單燈照射20mX20m的范圍，并優(yōu)選模擬日光斜射的鏑燈的高、寬、長為530x530x425mm，重量為 24Kg，其相應(yīng)的鎮(zhèn)流器的高、寬、長為520x420x630mm，重量為82Kg。
其中，上述小功率鏑燈的設(shè)置要根據(jù)外墻的實際長度和鏑燈的功率 大小，在外墻內(nèi)墻體的長寬距離上以每隔5m或7m或其它適合長度設(shè)置 一盞燈的方式均布。
本發(fā)明的光照模擬系統(tǒng)，通過采用鏑燈來完成，其色溫可達(dá)5600K， 接近太陽的光譜特性，能獲得比較好的CCD成像效果，而且鏑燈還具有 發(fā)光效率高、色溫穩(wěn)定性高、照度穩(wěn)定、使用壽命長、發(fā)光均勻、照射 距離遠(yuǎn)、照射面積大等優(yōu)點。該設(shè)計方案屬于首次利用的鏑燈用于月面 光照的模擬，既能滿足要求，而且比采用太陽模擬器要經(jīng)濟(jì)實用。


圖1為本發(fā)明的月面形貌環(huán)境的綜合模擬試驗場的光照模擬系統(tǒng)實
施方案之一的布置示意圖。
其中，1、圓形模擬區(qū)；2、模擬日光直射的頂燈；3、環(huán)繞一周以模 擬月面背景的背景幕布；4、模擬斜射效果的側(cè)燈；5、吊車；6、試驗區(qū)；
模擬外區(qū)7。
圖2為本發(fā)明的月面形貌環(huán)境的綜合模擬試驗場的光照模擬系統(tǒng)另
一實施方案的布置示意圖。其中l(wèi)l、外墻；12、內(nèi)墻；13、模擬區(qū)；14、 總控區(qū)；15、安裝區(qū)；16、門或裝料門；17、大功率鏑燈；18、小功率 鏑燈。
圖3為模擬日光斜射的鏑燈的安裝示意圖。 圖4為多個鏑燈的安裝示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作詳細(xì)的說明 月面形貌環(huán)境的綜合模擬試驗場的結(jié)構(gòu)
根據(jù)附圖1，圓形模擬區(qū)的月面形貌環(huán)境的綜合模擬試驗場包括圓形
模擬區(qū)l、頂燈2、幕布3、側(cè)燈4、試驗區(qū)6，模擬外區(qū)7;模擬區(qū)l內(nèi) 的地面具有模擬月壤構(gòu)建的月面形貌，頂部設(shè)置有模擬日光直射的頂燈 2，頂燈2的數(shù)目沒有特別的限制，其中優(yōu)選在圓心設(shè)置一頂燈，其余頂 燈繞圓心均布，其離圓心的距離也沒有特別的限制，以模擬無影的月面 光照情況。密閉的模擬外區(qū)7的墻壁上可設(shè)置側(cè)燈4，優(yōu)選設(shè)置在模擬外 區(qū)的四個角上，每次可根據(jù)需要開啟一個，其光線斜射到圓形模擬區(qū)內(nèi) 以模擬出斜射的效果，且側(cè)燈4的高度可進(jìn)行調(diào)節(jié)。預(yù)先噴繪好的模擬 月面背景的幕布3圍繞圓形模擬區(qū)邊緣一周進(jìn)行設(shè)置，其高度也沒有特 別限制，可根據(jù)實際需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。模擬外區(qū)7的外部設(shè)置試驗區(qū)6，試 驗區(qū)6的頂部周邊可設(shè)置導(dǎo)軌(未示出)，導(dǎo)軌上設(shè)置吊車5，以利于搬 用物件，其中，模擬外區(qū)的內(nèi)壁上涂有黑色漆，優(yōu)選黑色亞光漆，形成 密閉的黑空間。
根據(jù)附圖2，矩形的月面形貌環(huán)境的綜合模擬試驗場包括密閉外墻 11，其長、寬、高分別為30mx21mxl0m，，試驗場內(nèi)一側(cè)設(shè)置有內(nèi)墻12， 將試驗場成隔成試驗區(qū)13、總控區(qū)14、安裝區(qū)15，相應(yīng)外墻ll和內(nèi)墻 12上開有門或裝料門16，供人通行或裝卸料之用，其中，密閉外墻的內(nèi) 側(cè)涂有黑色漆，優(yōu)選黑色亞光漆，形成密閉的黑空間。
月面光照環(huán)境的模擬
由于月球表面沒有大氣，不存在散射，因此，在月面光照都屬于平 行入射，而且入射光線較強(qiáng)。月面對光線的反射基本都屬于漫反射。但 地面光照設(shè)備無論是在強(qiáng)度還是在光譜特性上都很難模擬月面的光照情 況，資料表明，月球表面的光照情況可以通過使用大功率的方向性光源在一定程度上進(jìn)行仿真和再現(xiàn)。因此，進(jìn)行光照環(huán)境模擬主要是獲得月 表的陰影分布情況，用于考査巡視器樣機(jī)環(huán)境識別和路徑規(guī)劃能力，為 相應(yīng)環(huán)境識別方法和路徑規(guī)劃算法提供試驗條件和設(shè)計依據(jù)。以矩形模
擬區(qū)的試驗場為例來說，該試驗場采用了一盞大功率，例如4kW，和12 盞小功率，例如1.2kW的鏑燈組合進(jìn)行月表光照模擬，其中單邊墻上安 裝的大功率鏑燈用于模擬日光斜射，能實現(xiàn)單燈照射20mX20m的范圍。 鏑燈的色溫可達(dá)5600K，接近太陽的光譜特性，能獲得較好的的CCD成 像效果。同時該燈配裝有掛具，用以對燈的照射方向和高度的調(diào)節(jié)，圖3 給出了模擬日光斜射的鏑燈的安裝示意圖。為了實現(xiàn)日光直射時無陰影 照明的模擬，同時結(jié)合試驗場的具體條件，在試驗場的四周的墻上散布 若干個小功率的鏑燈實現(xiàn)環(huán)繞散布照明(長邊墻體上每隔5m設(shè)置一盞 燈，短邊墻體上每隔7m設(shè)置一燈)，小功率鏑燈的間隔依據(jù)其功率大小 進(jìn)行選擇，這樣就實現(xiàn)了在試驗區(qū)的初步均勻分布光照模擬，圖4示出 了多個鏑燈的安裝示意圖。
同樣，圓形模擬區(qū)的月面形貌環(huán)境的綜合模擬試驗場，通過在圓形 模擬區(qū)圓心頂部設(shè)置一小功率鏑燈并在圓形內(nèi)以該中心鏑燈為圓心均布 多個小功率鏑燈，并通過每次只開啟一個模擬外區(qū)四個角落的大功率鏑 燈，來模擬日光斜射，從而可以獲得無陰影的月面光照效果。
盡管上文對本發(fā)明的實施例進(jìn)行了詳細(xì)的描述和說明，但應(yīng)該指明的 是，我們可以對上述實施例進(jìn)行各種改變和修改，但這些都不脫離本發(fā) 明的精神和所附的權(quán)利要求所記載的范圍。
權(quán)利要求
1、一種月面形貌環(huán)境的綜合模擬試驗場的光照模擬系統(tǒng)，其包括在所述模擬區(qū)的內(nèi)部墻體上設(shè)置的模擬日光斜射的鏑燈，其功率不小于4Kw，以及散布在模擬區(qū)四周墻體或頂部上的多個功率不小于1.2Kw的鏑燈，以實現(xiàn)無陰影的效果。
2、 如權(quán)利要求1所述的光照模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述模擬區(qū)為 圓形。
3、 如權(quán)利要求1所述的光照模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述模擬區(qū)為 矩形。
4、 如權(quán)利要求1-3任一項所述的光照模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述 模擬日光斜射的鏑燈的功率為4Kw。
5、 如權(quán)利要求1-3任一項所述的光照模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述 模擬日光斜射的鏑燈色溫可達(dá)5600K。
6、 如權(quán)利要求1-3任一項所述的光照模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述 鏑燈都配裝有掛具，以對燈的照射方向和高度的調(diào)節(jié)。
7、 如權(quán)利要求1-3任一項所述的光照模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述 模擬日光斜射的鏑燈能實現(xiàn)單燈照射20mX20m的范圍。
8、 如權(quán)利要求1-3任一項所述的光照模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述 模擬日光斜射的鏑燈的高、寬、長為530x530x425mm，重量為24Kg， 其相應(yīng)的鎮(zhèn)流器的高、寬、長為520x420x630mm，重量為82Kg。
9、 如權(quán)利要求3任一項所述的光照模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述小 功率鏑燈的設(shè)置要根據(jù)外墻的實際長度和鏑燈的功率，在外墻內(nèi)墻體的 長寬距離上以每隔5m或7m或其它適合長度設(shè)置一盞燈的方式均布。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種月面形貌環(huán)境的綜合模擬試驗場的光照模擬系統(tǒng)，其包括設(shè)置在密閉黑空間內(nèi)的月面形貌試驗場單邊墻體上來模擬日光斜射的鏑燈，其功率不小于4KW，以及設(shè)置在試驗場四周墻體上散布的多個功率不小于1.2KW的鏑燈。本發(fā)明的光照模擬系統(tǒng)，通過采用鏑燈來完成，其色溫可達(dá)5600K，接近太陽的光譜特性，能獲得比較好的CCD成像效果，而且鏑燈還具有發(fā)光效率高、色溫穩(wěn)定性高、照度穩(wěn)定、使用壽命長、發(fā)光均勻、照射距離遠(yuǎn)、照射面積大等優(yōu)點。
文檔編號B64G7/00GK101450717SQ20071019551
公開日2009年6月10日 申請日期2007年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月4日
發(fā)明者馮咬齊, 向樹紅, 濤 李, 樊世超, 申振榮, 陽 賈 申請人:北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所