空间光学探测几何场景多角度动态模拟试验方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种空间光学探测几何场景多角度动态模拟试验方法及系统，所述方法包括：通过安装在球形容器内部的三维运动模拟器承载目标并模拟目标俯仰、偏航和自旋姿态运动；通过安装在球形容器顶部的光辐射源模拟目标所在空间环境光辐射；通过安装在球形容器子午面上的测量设备获取目标多角度的光学特性数据，所述测量设备安装于球形容器子午面的全向测试轨道上且沿经线方向运动。本发明专利技术通过安装在球形容器顶部的光辐射源、三维运动模拟器和安装在球形容器子午面上的测量设备获取目标多角度的光学特性数据，实现空间光学探测几何场景多角度动态模拟。

Multi-angle Dynamic Simulation Test Method and System for Geometric Scene of Space Optical Detection

The present invention relates to a multi-angle dynamic simulation test method and system for space optical detection geometric scene. The method includes: carrying the target through a three-dimensional motion simulator mounted inside a spherical container and simulating the pitch, yaw and spin motion of the target; simulating the light radiation of the space environment where the target is located by a light source mounted on the top of the spherical container; and simulating the light radiation of the space environment by installing a spherical container; and A measuring device on the meridian plane of a spherical container obtains multi-angle optical characteristic data of a target. The measuring device is mounted on an omnidirectional testing track on the meridian plane of a spherical container and moves along the meridian direction. The method realizes multi-angle dynamic simulation of space optical detection geometric scene by acquiring multi-angle optical characteristic data of the target through light radiation source installed on the top of the spherical container, three-dimensional motion simulator and measuring equipment installed on the meridian plane of the spherical container.

【技术实现步骤摘要】
空间光学探测几何场景多角度动态模拟试验方法及系统
本专利技术涉及空间目标模拟试验技术，尤其涉及一种空间光学探测几何场景多角度动态模拟试验方法及系统。
技术介绍
空间目标在轨观察实验中，目标在光学测量设备上形成的图像与空间光辐射源、目标和测量设备的相对位置及辐射有密切关系，该图像中目标的形状和亮度分布对目标的观察有很大的影响。因此，亟待提供一种空间光学探测几何场景多角度动态模拟试验系统及方法，实现在地面模拟在轨目标的几何场景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术中的至少一部分技术问题，提供了一种空间光学探测几何场景多角度动态模拟试验方法及系统。为了解决上述技术问题，本专利技术第一方面，提供了一种空间光学探测几何场景多角度动态模拟试验方法，所述方法包括：通过安装在球形容器内部的三维运动模拟器承载目标并模拟目标俯仰、偏航和自旋姿态运动；通过安装在球形容器顶部的光辐射源模拟目标所在空间环境光辐射；通过安装在球形容器子午面上的测量设备获取目标多角度的光学特性数据，所述测量设备安装于球形容器子午面的全向测试轨道上且沿经线方向运动。在根据本专利技术所述的空间光学探测几何场景多角度动态模拟试验方法中，优选地，所述方法还包括：通过位于球形容器赤道面不同方位上的多个光学特性观测窗口以及每个光学特性观测窗口中设置的测量设备获取目标多角度的光学特性数据。在根据本专利技术所述的空间光学探测几何场景多角度动态模拟试验方法中，优选地，所述三维运动模拟器包括：自旋运动机构、俯仰运动机构和偏航运动机构；所述偏航运动机构包括安装基座、弧形轨道支柱、圆弧齿轮传动机构、以及偏航电机；所述偏航电机通过所述圆弧齿轮传动机构带动弧形轨道支柱以重心轴Z为转轴进行转动；所述俯仰运动机构包括：弧形轨道、俯仰运动小车、俯仰电机和齿轮齿条传动机构；所述弧形轨道安装在所述弧形轨道支柱上，所述俯仰运动小车安装在所述弧形轨道上，所述俯仰电机通过齿轮与固定在弧形轨道中间的齿条实现俯仰运动小车沿弧形轨道的上下运动，以与目标自身纵向对称轴X和弧形轨道所构成平面相垂直的Y轴为转轴进行转动；所述自旋运动机构包括：自旋机构底座、目标安装花盘、齿轮传动组合以及自旋电机；所述自旋机构底座固定安装在所述俯仰运动小车上，与俯仰运动机构实现连接，目标安装花盘安装在自旋机构底座上，目标固定于所述自旋运动机构的目标安装花盘上，由所述自旋电机通过所述齿轮传动组合带动，以目标自身纵向对称轴X为轴心而转动。在根据本专利技术所述的空间光学探测几何场景多角度动态模拟试验方法中，优选地，所述三维旋转模拟器还包括：液氮冷却系统；所述液氮冷却系统包括位于弧形轨道外侧表面的冷板，以及贴附于所述冷板的液氮管道；所述液氮管道包括相互连通的进液管道和出液管道。在根据本专利技术所述的空间光学探测几何场景多角度动态模拟试验方法中，优选地，所述方法还包括：根据预设的光辐射源与观测方位俯仰角进行坐标转换处理，获得三维运动模拟器的转台旋转角发送给所述三维运动模拟器控制其模拟目标俯仰、偏航和自旋姿态运动。在根据本专利技术所述的空间光学探测几何场景多角度动态模拟试验方法中，优选地，所述方法中的坐标转换处理包括：定义两个坐标系为：固定坐标系Ot-XtYtZt，转台坐标系OZ-XzYzZz，XtOtYt平面与XzOZYz平面平行，Ot在球形容器中心，Oz在三维旋转模拟器中心；所述固定坐标系下能获得所述测量设备和光辐射源的俯仰角和方位角；所述转台坐标系下能获得所述三维旋转模拟器的转台旋转角；设测量设备在固定坐标系中的坐标为Ot0、在转台坐标系中的坐标为Oz0，坐标中包含有俯仰角和方位角，根据转台旋转方式得到Oz0，进一步求解出测量设备在转台坐标系中的方位角和俯仰角，再进一步将转台坐标系中的方位角和俯仰角转换为三维旋转模拟器的转台旋转角。本专利技术还提供了一种空间光学探测几何场景多角度动态模拟试验系统，所述系统包括：球形容器；置于所述球形容器顶部的光辐射源，用于模拟目标所在空间环境光辐射；置于所述球形容器内部的三维运动模拟器，用于承载目标并模拟目标俯仰、偏航和自旋姿态运动；位于球形容器子午面上的全向测试轨道，以及安装在所述全向测试轨道上用于沿经线方向运动的测量设备。在根据本专利技术所述的空间光学探测几何场景多角度动态模拟试验系统中，优选地，所述系统还包括：位于球形容器赤道面不同方位上的多个光学特性观测窗口，其中每个光学特性观测窗口中设置有至少一个测量设备。在根据本专利技术所述的空间光学探测几何场景多角度动态模拟试验系统中，优选地，所述三维运动模拟器包括：自旋运动机构、俯仰运动机构和偏航运动机构；所述偏航运动机构包括安装基座、弧形轨道支柱、圆弧齿轮传动机构、以及偏航电机；所述偏航电机通过所述圆弧齿轮传动机构带动弧形轨道支柱以重心轴Z为转轴进行转动；所述俯仰运动机构包括：弧形轨道、俯仰运动小车、俯仰电机和齿轮齿条传动机构；所述弧形轨道安装在所述弧形轨道支柱上，所述俯仰运动小车安装在所述弧形轨道上，所述俯仰电机通过齿轮与固定在弧形轨道中间的齿条实现俯仰运动小车沿弧形轨道的上下运动，以与目标自身纵向对称轴X和弧形轨道所构成平面相垂直的Y轴为转轴进行转动；所述自旋运动机构包括：自旋机构底座、目标安装花盘、齿轮传动组合以及自旋电机；所述自旋机构底座固定安装在所述俯仰运动小车上，与俯仰运动机构实现连接，目标安装花盘安装在自旋机构底座上，目标固定于所述自旋运动机构的目标安装花盘上，由所述自旋电机通过所述齿轮传动组合带动，以目标自身纵向对称轴X为轴心而转动。在根据本专利技术所述的空间光学探测几何场景多角度动态模拟试验系统中，优选地，所述系统还包括：控制装置，与所述三维运动模拟器和测量设备相连，用于根据预设的观测与光辐射源方位俯仰角进行坐标转换处理，获得三维运动模拟器的转台旋转角发送给所述三维运动模拟器控制其运转。实施本专利技术的空间光学探测几何场景多角度动态模拟试验方法和系统，具有以下有益效果：1、本专利技术通过安装在球形容器顶部的光辐射源模拟目标所在空间环境光辐射，通过三维运动模拟器承载目标并模拟目标俯仰、偏航和自旋姿态运动，并由安装在球形容器子午面上的测量设备获取目标多角度的光学特性数据，实现空间光学探测几何场景多角度动态模拟。2、本专利技术通过将在轨目标、测量设备及光辐射源的空间位置，通过转换算法为转换为实验装置的角度关系，最终实现了在地面模拟在轨目标的相对角度关系，获得了与飞行过程中测量设备所看到的相同图像，角度模拟误差小于0.3°，辐射亮度分布相同。3、本专利技术中通过位于球形容器赤道面和子午面上的多个测量设备分别测量目标多角度的光学特性数据。4、本专利技术的三维运动模拟器，通过设计的自旋运动机构、俯仰运动机构和偏航运动机构串联方式，实现了空间目标自旋、俯仰及偏航三个维度姿态运动的模拟，并且通过弧形轨道俯仰机构的设计使被测试目标有效避免了顶部模拟太阳光被运动模拟机构遮挡，确保了模拟目标在阳光照射下的真实性。5、本专利技术的采用了液氮冷却系统，遮挡了运动电机保温带来的热辐射干扰，能够满足在具有模拟光辐射源的高真空低温环境下三维复合运动目标的红外辐射特性测量需求。通过本装置的采用，将有效避免红外测试中俯仰运动小车及其中电机对空间目标真实红外特性的干扰，提升空间目标辐射测量结果的准确性。附图说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空间光学探测几何场景多角度动态模拟试验方法，其特征在于，所述方法包括：通过安装在球形容器内部的三维运动模拟器承载目标并模拟目标俯仰、偏航和自旋姿态运动；通过安装在球形容器顶部的光辐射源模拟目标所在空间环境光辐射；通过安装在球形容器子午面上的测量设备获取目标多角度的光学特性数据，所述测量设备安装于球形容器子午面的全向测试轨道上且沿经线方向运动。

【技术特征摘要】
1.一种空间光学探测几何场景多角度动态模拟试验方法，其特征在于，所述方法包括：通过安装在球形容器内部的三维运动模拟器承载目标并模拟目标俯仰、偏航和自旋姿态运动；通过安装在球形容器顶部的光辐射源模拟目标所在空间环境光辐射；通过安装在球形容器子午面上的测量设备获取目标多角度的光学特性数据，所述测量设备安装于球形容器子午面的全向测试轨道上且沿经线方向运动。2.根据权利要求1所述的空间光学探测几何场景多角度动态模拟试验方法，其特征在于，所述方法还包括：通过位于球形容器赤道面不同方位上的多个光学特性观测窗口以及每个光学特性观测窗口中设置的测量设备获取目标多角度的光学特性数据。3.根据权利要求1所述的空间光学探测几何场景多角度动态模拟试验方法，其特征在于，所述三维运动模拟器包括：自旋运动机构、俯仰运动机构和偏航运动机构；所述偏航运动机构包括安装基座、弧形轨道支柱、圆弧齿轮传动机构、以及偏航电机；所述偏航电机通过所述圆弧齿轮传动机构带动弧形轨道支柱以重心轴Z为转轴进行转动；所述俯仰运动机构包括：弧形轨道、俯仰运动小车、俯仰电机和齿轮齿条传动机构；所述弧形轨道安装在所述弧形轨道支柱上，所述俯仰运动小车安装在所述弧形轨道上，所述俯仰电机通过齿轮与固定在弧形轨道中间的齿条实现俯仰运动小车沿弧形轨道的上下运动，以与目标自身纵向对称轴X和弧形轨道所构成平面相垂直的Y轴为转轴进行转动；所述自旋运动机构包括：自旋机构底座、目标安装花盘、齿轮传动组合以及自旋电机；所述自旋机构底座固定安装在所述俯仰运动小车上，与俯仰运动机构实现连接，目标安装花盘安装在自旋机构底座上，目标固定于所述自旋运动机构的目标安装花盘上，由所述自旋电机通过所述齿轮传动组合带动，以目标自身纵向对称轴X为轴心而转动。4.根据权利要求3所述的空间光学探测几何场景多角度动态模拟试验方法，其特征在于，所述三维旋转模拟器还包括：液氮冷却系统；所述液氮冷却系统包括位于弧形轨道外侧表面的冷板，以及贴附于所述冷板的液氮管道；所述液氮管道包括相互连通的进液管道和出液管道。5.根据权利要求4所述的空间光学探测几何场景多角度动态模拟试验方法，其特征在于，所述方法还包括：根据预设的光辐射源与观测方位俯仰角进行坐标转换处理，获得三维运动模拟器的转台旋转角发送给所述三维运动模拟器控制其模拟目标俯仰、偏航和自旋姿态运动。6.根据权利要求5所述的空间光学探测几何场景多角度动态模拟试验方法，其特征在于，所述方法中的坐标转换处理包括：设所述测量设备的方位角为θx、俯仰角为θy时,则方向矢量表示为：假定所述球形容器的半径为R，转台中心在固定坐标系中的坐标表示为假定测量设备在转台坐标系下的入射方位角、俯仰角为(α1，β1)，则测量设备在固定坐标系中的坐标St0、在转台坐标系中的坐标Sz0分别为：假定测量设备在固定坐标系中的方位角、俯仰角为θ4、θ5，在转台坐标系下方位角、俯仰角为(α2，β2)，则观测位置在固定坐标系中的坐标Ot0，在转台坐标系中的坐标Oz0为：其中，设转台的方位角为θ1、俯仰角为θ2、自转角为θ3，根据转台旋转方式可知：令式中，ci＝...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟刚，南华，薛莲，周岩，李亚男，范小礼，白振东，水涌涛，陈福泰，刘洪艳，
申请(专利权)人：北京航天长征飞行器研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11