本發(fā)明涉及一種星光導(dǎo)航模擬裝置。更具體地，涉及一種實(shí)時(shí)半實(shí)物仿真全天區(qū)星光導(dǎo)航模擬裝置。

背景技術(shù)：

實(shí)時(shí)半實(shí)物仿真全天區(qū)星光導(dǎo)航模擬裝置是一種在地面上模擬星空，以便對(duì)星敏感器及控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)半實(shí)物仿真裝置，主要用于航天器星光導(dǎo)航系統(tǒng)中星敏感器的半實(shí)物仿真試驗(yàn)。

目前現(xiàn)有的星光導(dǎo)航模擬裝置有基于平行光管的星光導(dǎo)航模擬裝置、基于光纖的星光導(dǎo)航模擬裝置和基于液晶的星光導(dǎo)航模擬裝置三種技術(shù)途徑?；谄叫泄夤艿暮阈悄M裝置和基于光纖的恒星模擬裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔的優(yōu)點(diǎn)，但是基于平行光管的恒星模擬裝置由于光闌的機(jī)械加工精度導(dǎo)致分辨率比較低；基于光纖的恒星模擬裝置無(wú)法進(jìn)行全天區(qū)恒星模擬，只能進(jìn)行固定天區(qū)的恒星模擬。基于液晶的星光導(dǎo)航模擬裝置能夠提供高分辨率的全天區(qū)星圖，但是由于星敏感器的測(cè)量精度很高，同時(shí)測(cè)量的數(shù)據(jù)較多，有大量的數(shù)據(jù)處理和識(shí)別要在有限的時(shí)間內(nèi)完成，留給星敏感器的曝光時(shí)間非常短，通常為毫秒級(jí)，不能滿足星敏感器的曝光要求和半實(shí)物仿真的實(shí)時(shí)需求。

對(duì)于目前現(xiàn)有的非實(shí)時(shí)液晶星光導(dǎo)航模擬裝置，由于星敏感器的曝光時(shí)間短，同時(shí)半實(shí)物仿真的實(shí)時(shí)性要求高，而液晶裝置的圖像生成、傳輸和全屏刷新時(shí)間比較長(zhǎng)，難以滿足星敏感器的曝光要求和半實(shí)物仿真的實(shí)時(shí)需求，因此，需要提供一種新的技術(shù)方案來(lái)解決上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠滿足星敏感器曝光和半實(shí)物仿真實(shí)時(shí)性的要求、同時(shí)具有高分辨率、全天區(qū)實(shí)時(shí)星圖特點(diǎn)的星光導(dǎo)航模擬裝置。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種實(shí)時(shí)半實(shí)物仿真全天區(qū)星光導(dǎo)航模擬裝置，包括準(zhǔn)直系統(tǒng)、位于所述準(zhǔn)直系統(tǒng)焦點(diǎn)處的液晶顯示板、提供所述液晶顯示板背光的反光罩、位于所述反光罩焦點(diǎn)處的光源、位于所述準(zhǔn)直系統(tǒng)出瞳位置的星敏感器、航天器飛行控制仿真系統(tǒng)以及星圖場(chǎng)景生成系統(tǒng)，所述航天器飛行控制仿真系統(tǒng)通過(guò)飛行動(dòng)力模塊計(jì)算飛行動(dòng)力、飛行控制模塊控制飛行過(guò)程，并通過(guò)實(shí)時(shí)控制通信接口與所述星圖場(chǎng)景生成系統(tǒng)的星圖實(shí)時(shí)通信接口聯(lián)接，將航天器飛行參數(shù)傳輸?shù)叫菆D場(chǎng)景生成系統(tǒng)，所述航天器飛行控制仿真系統(tǒng)的同步曝光信號(hào)控制模塊分別與所述星敏感器的同步曝光信號(hào)接收模塊和所述星圖場(chǎng)景生成系統(tǒng)的星圖同步曝光信號(hào)接收模塊聯(lián)接，將同步曝光信號(hào)分別傳輸?shù)叫敲舾衅骱托菆D場(chǎng)景生成系統(tǒng)，所述星敏感器通過(guò)實(shí)時(shí)通信接口與所述航天器飛行控制仿真系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制通信接口的聯(lián)接，將導(dǎo)航信息傳輸?shù)胶教炱黠w行控制仿真系統(tǒng)，所述星圖場(chǎng)景生成系統(tǒng)接收到航天器飛行參數(shù)和同步曝光信號(hào)后，通過(guò)所述星圖實(shí)時(shí)通信接口驅(qū)動(dòng)液晶顯示板顯示當(dāng)前航天器狀態(tài)下的星圖場(chǎng)景。由于星敏感器的曝光時(shí)間非常短，只有在同步曝光信號(hào)的控制下驅(qū)動(dòng)液晶顯示板刷新星圖，才能保證實(shí)時(shí)半實(shí)物仿真過(guò)程中，當(dāng)星敏感器曝光時(shí)，液晶顯示板顯示的星圖場(chǎng)景為穩(wěn)定輸出狀態(tài)。如果不同步，根本無(wú)法滿足星敏感器的曝光要求，只能進(jìn)行靜態(tài)觀測(cè)而無(wú)法進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真。

優(yōu)選地，所述星圖場(chǎng)景生成系統(tǒng)進(jìn)一步包括星點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算模塊和星點(diǎn)生成模塊，所述星點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算模塊在星圖場(chǎng)景生成系統(tǒng)接收到航天器飛行參數(shù)和同步曝光信號(hào)后，計(jì)算星點(diǎn)坐標(biāo)，所述星點(diǎn)生成模塊通過(guò)星圖實(shí)時(shí)通信接口將星點(diǎn)坐標(biāo)傳輸給液晶顯示板，所述液晶顯示板根據(jù)星點(diǎn)坐標(biāo)刷新相應(yīng)的點(diǎn)。本發(fā)明的星圖場(chǎng)景生成系統(tǒng)只在第一幀時(shí)生成圖像，第一幀以后只計(jì)算星點(diǎn)坐標(biāo)，并且僅向液晶顯示板傳輸星點(diǎn)坐標(biāo)，液晶顯示板根據(jù)星點(diǎn)坐標(biāo)刷新相應(yīng)的點(diǎn)，而不是全顯示板逐點(diǎn)刷新，節(jié)約了星圖生成時(shí)間并減少了星圖傳輸和刷新的時(shí)間，提高了本裝置的實(shí)時(shí)性。

優(yōu)選地，該裝置進(jìn)一步包括設(shè)置在所述液晶顯示板與光源之間的菲涅爾均光鏡和窄帶濾光片，所述菲涅爾均光鏡將射向液晶顯示板的光線進(jìn)行勻場(chǎng)處理，所述窄帶濾光片使與星敏感器光譜對(duì)應(yīng)的光透射到液晶顯示板上。菲涅爾均光鏡采用二元光學(xué)技術(shù)可以對(duì)光源進(jìn)行精細(xì)修正，不僅提高均勻性而且菲涅爾均光鏡的體積、重量均比普通均光鏡要小，可以有效減小本發(fā)明裝置的體積和重量。窄帶濾光片的透射光譜是根據(jù)星敏感器的敏感波段設(shè)計(jì)的，這樣可以保證與星敏感器光譜對(duì)應(yīng)的光能透過(guò)，把不需要的光過(guò)濾掉，滿足星敏感器的低照度要求。

優(yōu)選地，該裝置進(jìn)一步包括保證所述光源在低照度情況下可以穩(wěn)定輸出的光源反饋控制系統(tǒng)。由于星光導(dǎo)航模擬裝置要求的出射光照度非常低，普通光源在低照度情況下輸出不穩(wěn)定，因而在本發(fā)明中設(shè)置用于保證光源在低照度情況下可以穩(wěn)定輸出的光源反饋控制系統(tǒng)。

優(yōu)選地，該裝置進(jìn)一步包括保證所述星敏感器的入瞳與準(zhǔn)直系統(tǒng)的出瞳重合的光瞳對(duì)接定位裝置。該光瞳對(duì)接定位裝置是用來(lái)對(duì)接和定位光瞳的，是根據(jù)星光導(dǎo)航模擬裝置的準(zhǔn)直系統(tǒng)的視場(chǎng)角、出瞳光瞳位置、出瞳直徑和星敏感器的入瞳位置和入瞳直徑設(shè)計(jì)的，在半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段，星敏感器需要安裝在光瞳對(duì)接定位裝置上，保證星敏感器的入瞳與準(zhǔn)直系統(tǒng)的出瞳重合，避免發(fā)生光學(xué)漸暈現(xiàn)象。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

圖1示出本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。附圖中相似的部件以相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說(shuō)明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，一種實(shí)時(shí)半實(shí)物仿真全天區(qū)星光導(dǎo)航模擬裝置，包括：反光罩1、光源2、窄帶濾光片3、菲涅爾均光鏡4、液晶顯示板5、準(zhǔn)直系統(tǒng)6、光瞳對(duì)接定位裝置7、光源反饋控制系統(tǒng)8、星敏感器10、航天器飛行控制仿真系統(tǒng)20和星圖場(chǎng)景系統(tǒng)30，星敏感器10包括同步曝光信號(hào)接收模塊11和實(shí)時(shí)通信接口12，航天器飛行控制仿真系統(tǒng)20包括飛行動(dòng)力模塊21、飛行控制模塊22、同步曝光信號(hào)控制模塊23和實(shí)時(shí)控制通信接口24，星圖場(chǎng)景系統(tǒng)包括星點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算模塊31、星點(diǎn)生成模塊32、星圖同步曝光信號(hào)接收模塊33和星圖實(shí)時(shí)通信接口34。

由于液晶顯示板5自身不發(fā)光，因此需要光源2、反光罩1、窄帶濾光片3、菲涅爾均光鏡4、光源反饋控制系統(tǒng)8等照明裝置。光源2安裝在反光罩1內(nèi)，光源2發(fā)出的光經(jīng)過(guò)反光罩1反射后，經(jīng)過(guò)窄帶濾光片3透射，再經(jīng)過(guò)菲涅爾均光鏡4，均勻光強(qiáng)后，投射到液晶顯示板5，將液晶顯示板5照亮。液晶顯示板5安裝在準(zhǔn)直系統(tǒng)6的焦點(diǎn)處，經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直系統(tǒng)6準(zhǔn)直為平行光，形成清晰、均勻相當(dāng)于無(wú)限遠(yuǎn)的全天區(qū)動(dòng)態(tài)星圖。窄帶濾光片3的透射光譜是根據(jù)星敏感器10的敏感波段設(shè)計(jì)的，這樣可以保證與星敏感器10光譜對(duì)應(yīng)的光能透過(guò)，把不需要的光過(guò)濾掉，滿足星敏感器10的低照度要求。由于光源2的實(shí)際發(fā)光部位為燈絲，燈絲的均勻性不好，因此需要菲涅爾均光鏡4對(duì)光源發(fā)出的光進(jìn)行均強(qiáng)，菲涅爾均光鏡4采用二元光學(xué)技術(shù)可以對(duì)光源進(jìn)行精細(xì)修正，不僅提高均勻性而且菲涅爾均光鏡4的體積、重量均比普通均光鏡要小。由于星光導(dǎo)航模擬裝置要求的出射光照度非常低，普通光源在低照度的情況下輸出不穩(wěn)定，因此本發(fā)明還包括光源反饋控制系統(tǒng)8，保證在低照度情況下光源可以穩(wěn)定輸出。光源反饋控制系統(tǒng)8能夠保證光源1在低照度情況下穩(wěn)定輸出。光瞳對(duì)接定位裝置7是用來(lái)對(duì)接和定位光瞳的，是根據(jù)星光導(dǎo)航模擬裝置準(zhǔn)直系統(tǒng)6的視場(chǎng)角、出瞳光瞳位置、出瞳直徑和星敏感器10的入瞳位置和入瞳直徑設(shè)計(jì)的，在半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段，星敏感器10需要安裝在光瞳對(duì)接定位裝置7上，保證星敏感器10的入瞳與準(zhǔn)直系統(tǒng)6的出瞳重合，避免光學(xué)漸暈現(xiàn)象。

因?yàn)樾敲舾衅鲗?dǎo)航系統(tǒng)在飛行過(guò)程中是安裝在航天器上，因此航天器飛行控制仿真系統(tǒng)20主要用來(lái)模擬和控制飛行過(guò)程，并負(fù)責(zé)與星圖場(chǎng)景系統(tǒng)30的實(shí)時(shí)通信，以及與星敏感器10的實(shí)時(shí)通信，保證半實(shí)物仿真嚴(yán)格的實(shí)時(shí)性。

在實(shí)時(shí)仿真過(guò)程中，航天器飛行控制仿真系統(tǒng)20根據(jù)航天器半實(shí)物仿真的要求，由飛行動(dòng)力模塊21計(jì)算飛行動(dòng)力、飛行控制模塊22控制飛行過(guò)程。航天器飛行控制仿真系統(tǒng)20通過(guò)實(shí)時(shí)控制通信接口24與星圖場(chǎng)景系統(tǒng)30的星圖實(shí)時(shí)通信接口34聯(lián)接，將航天器飛行參數(shù)輸出到星圖場(chǎng)景系統(tǒng)30。

與此同時(shí)，航天器飛行控制仿真系統(tǒng)20通過(guò)同步曝光信號(hào)控制模塊23與星敏感器10中的同步曝光信號(hào)接收模塊11的聯(lián)接，控制星敏感器10曝光，并通過(guò)同步曝光信號(hào)控制模塊23與星圖同步曝光信號(hào)接收模塊33的聯(lián)接發(fā)送同步曝光信號(hào)至星圖場(chǎng)景系統(tǒng)30。星圖場(chǎng)景系統(tǒng)30接收到飛行參數(shù)和同步曝光信號(hào)后，有星點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算模塊31計(jì)算星點(diǎn)坐標(biāo)，由星點(diǎn)生成模塊32通過(guò)星圖實(shí)時(shí)通信接口34驅(qū)動(dòng)液晶顯示板5刷新。由于星敏感器10的曝光時(shí)間短(通常為毫秒級(jí))，只有在同步曝光信號(hào)的控制下，才能保證實(shí)時(shí)半實(shí)物仿真過(guò)程中，當(dāng)星敏感器10曝光時(shí)，液晶顯示板5顯示的星點(diǎn)場(chǎng)景達(dá)到穩(wěn)定輸出。進(jìn)一步的本發(fā)明星圖場(chǎng)景系統(tǒng)30與非實(shí)時(shí)的液晶圖像系統(tǒng)的工作方式不同。非實(shí)時(shí)液晶常用的驅(qū)動(dòng)方式是由圖像計(jì)算機(jī)生成圖像、圖像計(jì)算機(jī)傳輸圖像至液晶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、再全屏逐點(diǎn)刷新液晶顯示板，這樣耗費(fèi)時(shí)間，不滿足實(shí)時(shí)性需求。本發(fā)明的星圖場(chǎng)景系統(tǒng)30不生成圖像，只計(jì)算和傳輸星點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，液晶顯示板5再根據(jù)星點(diǎn)坐標(biāo)只刷新相應(yīng)點(diǎn)，而不是全顯示板逐點(diǎn)刷新，這樣節(jié)約了圖像生成時(shí)間，減少了圖像傳輸時(shí)間和刷新時(shí)間，提高了裝置的實(shí)時(shí)性。

航天器飛行控制仿真系統(tǒng)再通過(guò)實(shí)時(shí)控制通信接口24與星敏感器10的實(shí)時(shí)通信接口12的聯(lián)接，采集星敏感器10曝光后輸出的導(dǎo)航信息，并根據(jù)該導(dǎo)航信息修正飛行過(guò)程，再將飛行參數(shù)傳輸給星圖場(chǎng)景系統(tǒng)30，等待下一幀同步曝光信號(hào)再驅(qū)動(dòng)下一幀的星點(diǎn)場(chǎng)景。

本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)半實(shí)物仿真全天區(qū)星光導(dǎo)航模擬，可用于星光導(dǎo)航系統(tǒng)的測(cè)試與半實(shí)物仿真，其突出特點(diǎn)是高分辨率、實(shí)時(shí)性嚴(yán)格、輸出穩(wěn)定、全天區(qū)顯示。

顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定，對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)，這里無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。