一种高精度星模拟器制造技术

本发明专利技术涉及一种高精度星模拟器，包括光源和依次设置在光路上的红外反射镜、毛玻璃、聚光镜Ａ、胶合棱镜、衰减片组、滤光片、聚光镜Ｂ、星点板和平行光管；为了使光源稳定，本发明专利技术还可包括光源亮度控制电路、设置在聚光镜Ａ之后的胶合棱镜以及设置胶合棱镜透射光路上的光电二极管。本发明专利技术解决了现有星模拟器精度低、成本高的缺点，具有可直接模拟十七个星等、模拟精度可达±０．０５等、单星平行度模拟精度高达±１″、成本低、系统稳定性高、操作方便等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种星模拟器。
技术介绍
随着我国空间技术的发展，卫星、载人飞船等航天器需要更长的寿命、更 高的控制精度和可靠性。在航天器姿态控制系统中，恒星敏感器(以下简称星敏 感器)是测量精度最高的姿态敏感器，它本身无机械活动部件，有利于长寿命和 小型化，因此是航天器中最有前途和精度最高的姿态敏感器之一。星敏感器确 定姿态的参照物是恒星，对其进行地面检测时主要使用恒星模拟器(以下简称星 模拟器)。星模拟器的功能主要是对无穷远恒星的光谱、照度、平行性以及色温 等特性进行模拟。因此星模拟器模拟星光的质量至关重要，其性能直接决定星 敏感器测量结果的可信程度。星模拟器的技术方案之一是采用天穹式光导纤维方案，将星敏感器固定在 天穹下的转台上进行测试。这种方案十分逼真，但是成本很高。星模拟器的技 术方案之二是利用计算机作为星图发生器，在液晶显示屏上生成天空星图，再 用广角物镜将显示屏中星体发出的球面光波变为平行光，以模拟无穷远的星体。 但是其精度较差。星模拟器的技术方案之三是利用液晶光阀代替液晶显示屏生成天空星图，现在的液晶光阀是1024 x 768像元，对比度超过1000: 1，模拟星 等+2 +6.5等，星等精度士0.3等。但是目前液晶光阀还不能满足星等覆盖-2 +6星等的需要，星光平行度等指标也不能满足要求。为此，必须寻找第一种方 案的替代方案来高质量、高逼真地模拟天穹。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种高质量、高逼真、低成本的星模拟器，其解决了现 有星模拟器精度低、成本高的缺点。本专利技术的技术解决方案是 一种高精度星模拟器，包括光源1和平行光管12,其特殊之处是，所述星模拟器还包括设置在光源1和平行光管12之间的聚 光镜系统、衰减片组7和星点板10。上述聚光镜系统包括聚光镜A4和聚光镜B9;所述衰减片组7设置在聚光镜 A4和聚光镜B9之间，所述星点板10设置在聚光镜B9之后。上述星模拟器还包括滤光片8;所述滤光片8设置在衰减片组7之前或之后。上述聚光镜系统包括聚光镜A4和聚光镜B9;所述衰减片组7和滤光片8设 置在聚光镜A4和聚光镜B9之间，所述星点板10设置在聚光镜B9之后。上述星模拟器还包括光源亮度控制电路、设置在聚光镜A4之后的胶合棱镜 5以及设置胶合棱镜5透射光路上的光电二极管6;所述光源亮度控制电路包括 依次连接在光电二极管6输出端之后的第一功率放大器15、低通滤波器16、模 数转换器17、单片机18、数模转换器19和第二功率放大器20;所述衰减片组 7和聚光镜B9设置在胶合棱镜5反射光路上；所述第二功率放大器20的输出端 与光源l的电源端相连。上述衰减片组7是在以下五种固定透过率的衰减片中选择四个衰减片进行 组合透过率为99.8%的0号衰减片、透过率为63.00%的1号衰减片、透过率 为39. 73%的2号衰减片、透过率为15. 82%的4号衰减片、透过率为2. 51%的8 号衰减片。上述衰减片组7是在以下四种固定透过率的衰减片中进行组合透过率为 63. 00%的1号衰减片、透过率为39. 73%的2号衰减片、透过率为15. 82%的4号 衰减片、透过率为2.51%的8号衰减片。上述星模拟器还包括设置在光源1和聚光镜系统之间的毛玻璃3和红外反射镜2。上述星点板10的小孔直径为8—20um。 本专利技术的优点是1、可直接模拟星空。摆放在不同的空间方位多台不同高度的星模拟器，每 台星模拟器自身允许方位、俯仰角度的精密调节，每台星模拟器均可以模拟 500nm 650nm， 600nm 750nm和650nm 850nm三个光谱段的-2，-1. 5,-1,-0. 5, 0， +0.5， +1， +1.5， +2， +2.5, +3， +3.5， +4， +4.5， +5， +5.5， +6十七个星 等。2、 模拟精度高。通过有意识选择任意一个衰减片进行精度调整，因此大大 降低了衰减片镀膜成本和镀膜精度的苛刻要求；通过衰减片选配，反而能够达 到高精度的透过率要求；模拟精度可以达士0.05等，性能与星图模拟器相比均有较大改善。3、 单星平行度模拟精度高。由于本专利技术采用了全新的设计思路，用星点板 直径为20um的小孔模拟无限远处的恒星光源，相对于光纤或液晶光阀100um左右的发光点直径，本专利技术的单星平行度模拟精度可高达士r 。4、 应用范围宽。可模拟500nm 650nm， 600nm 750nm和650nm 850nm三 个光谱段的-2， -1.5， -1， -0.5， 0, +0.5， +1， +1.5， +2， +2.5， +3， +3.5， +4， +4.5， +5， +5.5， +6十七个星等。5、 成本低。本专利技术星模拟器所用衰减片的镀膜只需五次，每一种衰减片在 组合17种星等时有多次使用，这样大大降低了衰减片的镀膜精度要求。因为虽 然每一次镀膜的衰减片的透过率会在理想值附近上下摆动，但有可能出现这种 情况已选择的三片衰减片的整体透过率与理想值相比偏大(或偏小)，在选择 第四片衰减片的时候就有意识地选择与理想值偏小(或偏大)的衰减片。这样， 与理想值相比，原来与理论衰减率偏差较大的衰减片也能调整使用。6、 系统具有24小时X7天的高稳定性。本专利技术通过在光路中设置胶合棱镜 将光束分束，利用光电二极管取样，通过光源亮度控制电路，以闭环控制的方 式对光源的稳定度进行自动控制。7、 操作方便。本专利技术中的滤光片和衰减片组都是可以根据需要进行即时更 换，更换时只需将相应的滤光片或衰减片组插入相应的部位即可。附图说明图l是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术的最佳光学结构示意图；图3是光电二极管和光源亮度控制电路的连接关系示意图；其中1-光源，2-红外反射镜，3-毛玻璃，4-聚光镜A, 5-胶合棱镜，6-光电二极管，7-衰减片组，8-滤光片，9-聚光镜B， 10-星点板，11-平行光管物 镜，12-平行光管，13-二维调整机构，14-底座，15-第一功率放大器，16-低通 滤波器，17-模数转换器，18-单片机，19-数模转换器，20-第二功率放大器。具体实施方式本专利技术的一种具体的实施方式见图2，包括光源和依次设置在光路上的红外 反射镜、毛玻璃、聚光镜A、胶合棱镜、衰减片组、滤光片、聚光镜B、星点板 和平行光管；光源采用组合式卤钨灯泡，其参数为电压12V，功率35W，发光 强度5000cd，平均寿命1000h;组合式卤钨灯泡发光含有大量的红外线，为了 降低星点附近的温度，采用红外反射镜使灯泡发出的红外线反射回来并散热； 因为灯泡汇聚在毛玻璃的光能量大部分在直径8mm以内，聚光系统将该范围内 具有相同角度的光会聚在星点板上的一个点上，即星点板上光斑的每一点都是 毛玻璃8ram范围的光线共同作用的结果，所以毛玻璃的作用是使最终到达星点 板小孔处的光点分布更加均匀；聚光镜系统是聚光镜A与聚光镜B组成，聚光 镜A与聚光镜B的放大倍率为0.4，其中聚光镜A设置在胶合棱镜之前，聚光镜 B设置在胶合棱镜反射光路上；每个光谱段的衰减片组有17种，满足17个星等 亮度的要求；滤光片有三种，分别透过500nm 650nm, 600nm 750nm和650nm 850nm的光线；衰减片组与滤光片直接插在光路中，便于更换；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度星模拟器，包括光源（１）和平行光管（１２），其特征在于：所述星模拟器还包括设置在光源（１）和平行光管（１２）之间的聚光镜系统、衰减片组（７）和星点板（１０）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何俊华，谢廷毅，董晓娜，闫亚东，白秋菊，仓玉萍，郑承栋，朱彩霞，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]