一种4Π全天球空间目标显示及跟踪观测模拟装置，涉及空间光学跟踪与测量技术领域。解决传统动态空间目标模拟器的视场不足、精度较低、动态性能差等问题，本发明专利技术在测试时，全天球目标显示装置上模拟生成4Π全天球星空场景和空间动态目标，模拟光学监视卫星在轨时主动发现空间目标并跟踪观测的过程。星载光学载荷对全天球空间目标显示器上的星空场景进行成像，通过图像处理对空间目标进行探测与角度测量，并根据空间目标的运动轨迹调整待测光学载荷的运动姿态，实现对空间目标的监视和跟踪。本发明专利技术通过对在轨光学监视卫星从发现空间目标到持续跟踪的全过程进行仿真，分析并评估光学载荷的目标跟踪性能。载荷的目标跟踪性能。载荷的目标跟踪性能。
【技术实现步骤摘要】
一种4
Π
全天球空间目标显示及跟踪观测模拟装置
[0001]本专利技术涉及空间光学跟踪与测量
，具体涉及一种4Π全天球空间目标显示及跟踪观测模拟装置。
技术介绍
[0002]空间目标模拟装置是一种用于测试空间目标光学监视系统功能的装置，通常与被测光学载荷和主计算机一起组成闭环测试系统，能够实时模拟星空场景和空间目标。它的工作原理是：根据仿真计算机给出的星体姿态角和轨道位置，通过坐标变换计算出光学载荷光轴的方向，模拟生成视场内的星图场景和空间目标。由于待观测的空间目标可能位于在轨光学监视卫星的任何方位，即全天球4Π立体角的方位上，因此需要构建出一种可以模拟显示4Π全天球上空间目标的仿真系统，对在轨光学监视卫星从发现空间目标到持续跟踪的全过程进行仿真实验。此外，由于高动态目标(如卫星、飞船、空间碎片)在视场中的运动速度极快，会很快离开观测视场，因此需要卫星平台主动进行姿态调整，完成对空间目标的观察测量与跟踪瞄准。综合以上需求，在空间目标光学监视技术研究中，需要一种大视场、高精度、高动态的全天球空间目标显示及跟踪观测模拟装置。
[0003]目前的空间目标模拟器主要通过准直系统将显示器件投影至光学载荷入瞳来模拟空间目标，由于受到准直光学系统视场角的限制，最大视场角只有40
°
左右，因此难以模拟高速运动的空间目标。此外，现有空间目标模拟器的模拟精度受到显示器件的分辨率限制，难以实现对空间目标的高精度模拟。准直光学系统也会引入畸变、场曲等光学像差，进一步降低了空间目标的模拟精度。以上存在的问题越来越无法满足全天球实时模拟空间目标的要求。近年来，国内外的研究工作主要集中在提高模拟器视场角和空间目标模拟精度等方面，空间目标模拟器仅见于星敏感器的研究中，缺乏专门针对4Π全天球空间目标的模拟装置和实验环境，无法为空间目标光学监视技术的研究提供有效指导。
技术实现思路
[0004]本专利技术为解决传统动态空间目标模拟器的视场不足、精度较低、动态性能差等问题，提供了一种4Π全天球空间目标显示及跟踪观测模拟装置。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案具体如下：
[0006]一种4Π全天球空间目标显示及跟踪观测模拟装置，包括：全天球空间目标显示器、视频信号处理器，网络控制交换机、三轴气浮高精度旋转台、待测试光学载荷、星空模拟计算机、图像处理计算机和动力学仿真计算机；
[0007]所述天球空间目标显示器由球面拼接的LED显示面板组成；
[0008]所述待测光学载荷固定在三轴气浮高精度旋转台上，
[0009]通过所述全天球空间目标显示器生成星空场景和空间动态目标，所述待测光学载荷对所述全天球空间目标显示器生成的星空场景和空间动态目标进行成像后传送至图像处理计算机；
[0010]所述图像处理计算机对接收的图像通过空间动态目标的识别与跟踪算法，提取出空间动态目标的运动参数，通过计算分析获得空间动态目标的方位信息，并传送至动力学仿真计算机；
[0011]所述动力学仿真计算机根据空间动态目标相对角度变化量，采取相应的控制策略，并且将控制指令传送至三轴气浮高精度旋转台和星空模拟计算机；
[0012]所述三轴气浮高精度旋转台接收到控制指令后，通过控制三轴气浮高精度旋转台改变待测光学载荷的姿态角，使所述待测光学载荷始终对准全天球空间目标显示器上的空间运动目标，完成待测光学载荷对空间动态目标的跟踪观测；
[0013]所述星空模拟计算机接收所述动力学仿真计算机传送的卫星位置、速度和姿态信息，然后根据预定的参数，模拟生成待测光学载荷所视区域的空间动态目标和实时星空场景并传送至视频信号处理器；
[0014]所述视频信号处理器对接收的空间动态目标和实时星空场景图像进行融合处理，生成全天球视频影像，并将所述全天球视频影像传送至网络控制交换机；
[0015]所述网络控制交换机将所述全天球视频影像进行分解后传送至天球空间目标显示器的每个LED显示面板，所述每个LED显示面板按相同的刷新率同步进行场景刷新。
[0016]本专利技术的有益效果：
[0017]本专利技术所述的4Π全天球空间目标显示及跟踪观测模拟装置。测试时，全天球目标显示装置上模拟生成4Π全天球星空场景和空间动态目标，模拟光学监视卫星在轨时主动发现空间目标并跟踪观测的过程。星载光学载荷对全天球空间目标显示器上的星空场景进行成像，通过图像处理对空间目标进行探测与角度测量，并根据空间目标的运动轨迹调整待测光学载荷的运动姿态，实现对空间目标的监视和跟踪。
[0018]本专利技术中，使用球面拼接LED显示面板实现全天球空间目标及星空场景仿真，模拟卫星真实在轨场景下对空间动态目标的监视和跟踪过程。最后通过计算机处理，具体分析评估待测试光学载荷的目标跟踪算法性能。本实验装置对于空间目标光学监视技术研究具有非常重要的指导意义。
附图说明
[0019]图1为本专利技术的一种4Π全天球空间目标显示及跟踪观测模拟装置的示意图；
[0020]图2为本专利技术的一种4Π全天球空间目标显示及跟踪观测模拟装置的工作流程图；
[0021]图3为全天球空间目标显示及星空场景模拟数据流程图；
[0022]图4为视频信号处理器生成的星空场景及空间动态目标模拟图；
[0023]图5为视景变换投影关系示意图；
[0024]图6为本专利技术的一种4Π全天球空间目标显示及跟踪观测模拟装置的结构示意图；
[0025]图中：1、全天球空间目标显示器，2、视频信号处理器，3、网络控制交换机，4、三轴气浮高精度旋转台安装支撑架，5、待测试光学载荷，6、星空模拟计算机，7、图像处理计算机，8、动力学仿真计算机。
具体实施方式
[0026]以下结合附图给出的实施例，对本专利技术的模拟装置作进一步详细描述。
[0027]如图1所示，一种4Π全天球空间目标显示及跟踪观测模拟装置的示意图。一种4Π全天球空间目标显示及跟踪观测模拟装置，包括：全天球空间目标显示器1、视频信号处理器2，网络控制交换机3、三轴气浮高精度旋转台、转台安装支撑架4、待测试光学载荷5、星空模拟计算机6、图像处理计算机7和动力学仿真计算机8。
[0028]在水平平台上安装外部铝合金转台支撑架；
[0029]通过动力学仿真计算机8发送姿态调整指令给三轴气浮高精度旋转台；
[0030]待测光学载荷5固定在三轴气浮高精度旋转台上，根据相应姿态调整指令改变姿态，模拟在轨卫星飞行时的姿态调整过程。
[0031]待测光学载荷5将模拟的动态光学目标成像在相机的焦平面上，通过感光元件接收后，将视频信号传输给图像处理计算机7。
[0032]图像处理计算机7用于处理待测光学载荷采集的图像，通过对空间动态目标进行识别与跟踪，提取出空间动态目标的运动参数，通过计算分析得出目标的准确方位，发送给动力学仿真计算机。
[0033]星空模拟计算机6负责接收动力学仿真计算机传递的卫星位置本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种4Π全天球空间目标显示及跟踪观测模拟装置，该模拟装置包括全天球空间目标显示器、视频信号处理器，网络控制交换机、三轴气浮高精度旋转台、待测试光学载荷、星空模拟计算机、图像处理计算机和动力学仿真计算机；其特征是：所述天球空间目标显示器由球面拼接的LED显示面板组成；所述待测光学载荷固定在三轴气浮高精度旋转台上，通过所述全天球空间目标显示器生成星空场景和空间动态目标，所述待测光学载荷对所述全天球空间目标显示器生成的星空场景和空间动态目标进行成像后传送至图像处理计算机；所述图像处理计算机对接收的图像通过空间动态目标的识别与跟踪算法，提取出空间动态目标的运动参数，通过计算分析获得空间动态目标的方位信息，并传送至动力学仿真计算机；所述动力学仿真计算机根据空间动态目标相对角度变化量，采取相应的控制策略，并且将控制指令传送至三轴气浮高精度旋转台和星空模拟计算机；所述三轴气浮高精度旋转台接收到控制指令后，通过控制三轴气浮高精度旋转台改变待测光学载荷的姿态角，使所述待测光学载荷始终对准全天球空间目标显示器上的空间运动目标，完成待测光学载荷对空间动态目标的跟踪观测；所述星空模拟计算机接收所述动力学仿真计算机传送的卫星位置、速度和姿态信息，然后根据预定的参数，模拟生成待测光学载荷所视区域的空间动态目标和实时星空场景并传送至视频信号处理器；所述视频信号处理器对接收的空间动态目标和实时星空场景图像进行融合处理，生成全天球视频影像，并将所述全天球视频影像传送至网络控制交换机；所述网络控制交换机将所述全天球视频影像进行分解后传送至天球空间目标显示器的每个LED显示面板，所述每个LED显示面板按相同的刷新率同步进行场景刷新。2.根据权利要求1所述的一种4Π全天球空间目标显示及跟踪观测模拟装置，其特征在于：所述视频信号处理器根据接收的空间动态目标和实时星空场景图像，进行星空场景中空间动态目标的位置运算，包括卫星在轨位置的计算、空间目标位置的计算以及日月位置的计算；视频信号处理器处理完星空模拟计算机发送的数据...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨秀彬，闫安东，常琳，汤兴宇，王绍恩，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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