一种基于LED三个天区切换的静态星模拟器及其制作方法技术

本发明专利技术涉及一种基于LED三个天区切换的静态星模拟器及其制作方法，该星模拟器由光学系统结构和控制电路两个部分组成，光学系统采用透射式光学结构，将光源的LED驱动电路安装在平行光管的密闭光室中，星间板和光源板与LED驱动板一一对应，固定在LED电路板前，星间板放置在平行光管的焦平面上，通过螺钉调节放置在驱动电路前面的LED光源与其距离，LED光源发出的光经过准直光学系统后形成平行光，到达星敏感器，实现来自无穷远处星图的模拟。本发明专利技术星模拟器具有大视场，精度高、小型化和低成本等优点，能够完成星敏感器地面标定，功能性检测。功能性检测。功能性检测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于LED三个天区切换的静态星模拟器及其制作方法


[0001]本专利技术涉及一种基于LED三个天区切换的静态星模拟器及其制作方法，用于星敏感器星图匹配功能性验证和极性验证，还可推广于其他更多天区切换的静态星模拟器设计。

技术介绍

[0002]姿态确定是所有航天器的一个非常重要的方面，尤其是要求精确定位的航天器，航天器的姿态被定义为航天器的本体坐标系相对于特定坐标系的空间位置关系。姿态问题可以通过机载探测器的矢量观测来解决，空间姿态敏感器有很多种，例如星敏感器、太阳敏感器、地球敏感器和磁力计等其他姿态测量设备，其中测量精度最高的是星敏感器，能够实现自主导航，抗干扰能力也比较强。
[0003]星敏感器在上天之前需要进行检测和标定，最有效的方法是采取地面测试、星点模拟的方法。因此研制星模拟器对星敏感器进行地面标定有重要意义。
[0004]星模拟器按照星图显示方法的不同可以将其分为静态星模拟器和动态星模拟器。静态星模拟器结构和功能相对简单，其模拟星图实时不变，因此又被称之为标定型星模拟器，为了模拟不同天区的星图，需要更换不同的星点板。动态星模拟器结构和功能相对复杂，其模拟星图实时可变，因此又被称之为功能型星模拟器。由星图模拟计算机和星敏感器测试系统组成闭环测试系统。星图的模拟主要是通过动态星模拟器星图模拟计算机接收姿态与轨道动力学仿真计算机提供的四元数或欧拉角，从而确定星敏感器在该时刻下的光轴指向，然后在星表中对导航星进行检索，将与光轴指向夹角小于半视场角的导航星提取出来，经过坐标转换以及灰度转换，在星图模拟计算机和星图显示器件上显示出来。
[0005]动态星模拟器能够实时切换星图，有良好的模拟精度，适合完成星敏感器三个天区功能性验证，但其成本较高、体积较大，无法随时随地移动对星敏感器进行验证，静态星模拟器价格与体积较合适，但是其只能模拟一副星图，不满足三个天区匹配要求。从目前公开发表的文献和专利来看，尚无在低成本、小型化和复杂度低上制作天区切换的星模拟器制作方法。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的技术解决问题是：提供一种基于LED三个天区切换的静态星模拟器制作方法。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0008]一种基于LED三个天区切换的静态星模拟器的制作方法，步骤如下：
[0009]步骤(1)：通过天球到星敏感器坐标的转换，从SAO星库选择星点进行旋转，得到三个天区星点平面坐标。通过平面坐标生成三个天区22个星点的星图，每个天区选择7颗星，根据主星对匹配算法，将最亮的星置于原点形成星点板。
[0010]步骤(2)：星间板星点孔的大小由所模拟星点的单星张角决定，根据经验及使用要
求确定本系统焦距、中央星点刻划直径和其他星点刻划直径，计算得到星模拟器的单星张角。
[0011]步骤(3)：LED拥有体积小、质量轻，能抗冲击震动的特点，其使用寿命可达近10万小时，并且发热量低，发光稳定，节能环保，选用LED对驱动板进行设计。
[0012]步骤(4)：将LED驱动板进行分组设计，分成三组，与星间板形成一一对应，这样可以防止各个天区光源的干扰。
[0013]步骤(5)：通过单片机IO口实现对LED灯控制，首先点亮第一个天区，5s后光源切换点亮下一个天区，采用15s一个周期进行三个天区循环点亮，采用PWM(多路脉宽调制)调控技术改变调控的脉冲宽度，实现从2等星到6等星的控制。
[0014]步骤(6)：将光学系统、光源和驱动电路等设计为一整体，对星模拟器本体结构外形设计结构尺寸进行设计。
[0015]步骤(7)：根据光学系统使用条件和性能要求，制定合理的技术参数，确定初始结构，根据技术指标的要求结合所选初始结构，利用ZEMAX软件进一步优化设计并给出评价结果。
[0016]步骤(2)中根据制作星点板的经验，实际星点刻划直径不圆度误差3δ≤
±
1μm＝
±
0.001mm，由此而产生的星点位置误差通常可考虑为3δ≤
±
0.5μm＝
±
0.0005mm，计算星点分划板上因星点刻划直径不圆度带来星点位置误差为10
″
，确定符合要求。
[0017]步骤(5)中所述的实现星等控制硬件如下：利用LED作为光源，可产生高亮且亮度均匀的光，其亮度根据星等值产生相应幅值的电流信号来控制在0～15mA的设计范围内，LED发光亮度与电流信号成良好的线性关系，外部电阻阻值决定了最亮亮度。
[0018]上述基于LED三个天区切换的静态星模拟器的制作方法制作得到的基于LED三个天区切换的静态星模拟器。
[0019]一种基于LED三个天区切换的静态星模拟器，该星模拟器由光学系统结构和控制电路两个部分组成，光学系统采用透射式光学结构，将光源的LED驱动电路安装在平行光管的密闭光室中，星间板和光源板与LED驱动板一一对应，固定在LED电路板前，星间板放置在平行光管的焦平面上，通过螺钉调节放置在驱动电路前面的LED光源与其距离，LED光源发出的光经过准直光学系统后形成平行光，到达星敏感器，实现来自无穷远处星图的模拟。可控照明系统在星图模拟计算机控制系统的控制下进行仿真测试，通过固件烧写实现单片机IO口对LED灯组控制，首先点亮第一个天区，5s后光源切换点亮下一个天区，采用15s一个周期进行三个天区循环点亮，采用多路脉宽调制技术改变调控的脉冲宽度，实现从2等星到6等星的控制，经星图靶标入射板照射到靶标的刻划星点上，形成亮度均匀的星图，由开关电源为系统提供直流电源，通过对灯组控制来实现天区切换完成动态星图模拟。
[0020]本专利技术和现有技术相比所具有的优点在于：本专利技术设计了一种基于LED三个天区切换的静态星模拟器，可调节亮度，可设置天区切换时间，该方法简单实用，且成本低、体积小，可以保障星敏感器功能和极性测试顺利完成。同时，本专利技术还可以推广到其他星敏感器验证测试，进而设计相应的验证天区星图切换。该方法已经应用于星敏感器功能性验证，为星敏感器性能验证提供技术支持。
附图说明
[0021]图1是本专利技术一种基于LED三个天区切换的静态星模拟器的软件控制步骤图；
[0022]图2是本专利技术一种基于LED三个天区切换的静态星模拟器的结构示意图。
[0023]图中：1为遮光罩，2为光学镜头，3为连接筒，4为星点板外层筒，5为星点板调焦隔圈，6为星点板装配筒，7为星点板，8为锁紧块，9为压簧，10为锁紧旋钮，11为内六角圆柱头M3x12螺钉，12为灯源隔板，13为针孔对接板，14为LED光源驱动板，15为M2顶丝，16为灯源隔板压圈，17为开关面板，18为卡环，19为内六角圆柱头M3x10螺钉，20为连接支架。
具体实施方式
[0024]下面结合附图及具体实施例对本专利技术再作进一步详细的说明。
[0025]一种基于LED三个天区切换的静态星模拟器的制作方法，步骤如下：
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于LED三个天区切换的静态星模拟器的制作方法，其特征在于，步骤如下：步骤(1)：通过天球到星敏感器坐标的转换，从SAO星库选择星点进行旋转，得到三个天区星点平面坐标，通过平面坐标生成三个天区22个星点的星图，每个天区选择7颗星，根据主星对匹配算法，将最亮的星置于原点形成星点板；步骤(2)：星间板星点孔的大小由所模拟星点的单星张角决定，确定本系统焦距、中央星点刻划直径和其他星点刻划直径，计算得到星模拟器的单星张角；步骤(3)：选用LED对驱动板进行设计；步骤(4)：将LED驱动板进行分组设计，分成三组，与星间板和光源板形成一一对应，这样可以防止各个天区光源的干扰；步骤(5)：通过单片机IO口实现对LED灯控制，首先点亮第一个天区，5s后光源切换点亮下一个天区，采用15s一个周期进行三个天区循环点亮，采用PWM(多路脉宽调制)调控技术改变调控的脉冲宽度，实现从2等星到6等星的控制；步骤(6)：将光学系统、光源和驱动电路设计为一整体，对星模拟器本体结构外形设计结构尺寸进行设计；步骤(7)：根据光学系统使用条件和性能要求，确定初始结构，并利用ZEMAX软件进一步优化设计并给出评价结果。2.根据权利要求1所述的一种基于LED三个天区切换的静态星模拟器的制作方法，其特征在于：步骤(2)中根据制作星点板的经验，实际星点刻划直径不圆度误差3δ≤
±
1μm＝
±
0.001mm，由此而产生的星点位置误差通常可考虑为3δ≤
±
0.5μm＝
±
0.0005mm，计算星点分划板上因星点刻划直径不圆度带来星点...

【专利技术属性】
技术研发人员：李江操，魏宏刚，魏红艳，谭述亮，林琳，程欣，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：