动态星模拟器星图模拟软件设计

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动态星图显示算法的设计与实现

感器接收Ｈ。这样，实现了对星敏感器进行功能与就
态星模拟器主要用于对星敏感器及姿态识别系统进行功能测试，常和被测星敏感器、通主计算机组成闭
环测试系统，现敏感器观测星空的实时模拟］实。随着星敏感器的发展，星图像的要求越来越对
～
７０等星；样周期控制在毫秒级。基本满足动态星模拟器的大视场、星等范围、采样周期等要求。．采宽短关键词：星模拟器；星敏感器；星图模拟；显示算法
中图分类号：Ｖ４２３４８．５文献标识码：Ａ文章编号：００１２（０８０８９０１０ —３８２０）３０４ —５
星图。
星敏感器计算机接收仿真主计算机给出的卫星当前的姿态和轨道信息，确定光轴指向。然后装载星
表文件，根据星模拟器视场范围确定以光轴为中心的
从显示效果上划分，模拟器分成静态和动态星
两种。静态模拟器通常由点光源和一系列滤光片组成，主要用于测试或标定星敏感器对不同星等的恒
收稿日期：０７０５修回日期：０７１—５２０．６１；２０ —１１基金项目：用光学国家重点实验室开放基金（６３Ｆ０２应０１３Ｑ６）
图１星模拟器系统框图
Ｆｉ１Ｒｅｌｔｍｅｓａｅｄｓｍｕａｏｙｔｍｇ．ａ—ｉｔｒｆｌｉｌｔｒｓｓｅｉ

10.1 高精度LCOS动态星模拟器的光学系统设计_陈启梦

，
ｉｌｉｎｎｉｎｅｅｒｉｎｅｓｅａｒｃｈｅｎｔｅｒｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｎｔｒｏｌｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，ＪＥＲＣｏＰＭ＆ＣＩｇｇｆＣＪｈａｎｃｈｕｎ，ｉｌｉｎ１３００２２ｇ
中国激光
动态星模拟器就是一种对星敏感器进行功能测试的设备，可以实现对星敏感器观测天空的实时模拟。现有的动态星模拟器多采用薄膜晶体管液晶显和数字微镜器件（组件显示星示屏（ＬＦＴＣＤ）ＤＭＤ）Ｔ－：、光能利用率低图，其中ＴＬＦＴＣＤ的对比度为６００１－无法达到多星等的模拟要求，于１星等模拟范围０％，多在２～６等星；而ＤＭＤ的单个微反射镜尺寸为相邻微镜间缝隙为１μ 很难实现星４μ ｍ× １４μ ｍ、１ｍ，点位置的高精度模拟，相关资料表明星间角距精度只
（
２
１
长春理工大学光电工程学院，吉林长春１３００２２
吉林省光电测控仪器工程技术研究中心，吉林长春１３００２２
）
摘要针对高精度星敏感器对其功能测试设备精确模拟星点位置和星等的实际要求，设计了一种硅基液晶（）型高精度动态星模拟器的光学系统。分析星模拟器准直与照明光学系统的任务需求并给出了设计方案。ＬＣＯＳ为提高模拟器的成像精度，提出了Ｌ详细设计了大视场、大相对孔径、大出瞳距离的准直光ＣＯＳ的光学拼接方法，对照明光学系统进行了详学系统并进行了像质评价；为同时满足显示器件的照明条件和－１～７等星的准确模拟，细设计并给出了仿真结果。提出了一种动态星模拟器星点位置修正方法，通过实验测试，动态星模拟器的星间角，距误差优于１精确模拟－１～７等星，满足当前对高精度星敏感器的检测需要。２ ″ 关键词光学设计；星模拟器；硅基液晶；光学拼接；复眼照明：／中图分类号Ｖ２４９．４文献标识码Ａｄｏｉ１０．３７８８ＣＪＬ２０１４４１．０７１６００３

基于OpenGL的动态模拟星空设计

ｔｒｅｄｍｅｓｏａｉｈ — ｎｌｏｒｉａｅＡｎｒａｅｙｅｃｔｒＳｃｏｄｉａｅＡｔｔｅｈｅ－ｉｎｉｎｌｒｇｔａｇｅｃｏｄｎｔ．，ｄｔｅｄｓｌｙｌｓｈｔｒｏｌｅｃｅｔｄｂａｈｓａ ’ ｏｒｎｔ．ｏｈｓｍｅｔｍｅａｃｒｉｇｔｈｏｎｃｉｎｏｅｓａ ’ ｎｍｂｒｔｅｃｎｔｌａｉｎｄｓｌｙｌｓｕｄｂｒａｅＴｅｃｎｒｔａｉ，ｃｏｄｎＯｔｅｃｎｅｔｆｔｔｒｓｕｅ．ｏｈ，ｏｓｅｌｔｏｉｐａｉｔｗｏｌｅｃｅｔｄ．１ｏｃｅｅｈｈ
ＡＩｔａｔｂｓｒｃ：ＢａｅｎＯｐｎｓｄｏｅＧＬｙａｃｓｍｕａｏｓａｅｄｈＦｗａｓｄｔｓａｌｓｈｐｎｄｎｍｉｉｌｔｎｔｒｆｌ．ｔｅＭＣｓｕｅＯｅｔｂｉｈｔｅＯ１ＧＬｆｌｄ＂ｅｉｉｅｉ．ＴｅｈＯｐｎｅＧＬａｓｓａｔａｅｗａａｏｔｄＯｄａｓｉｔｎｂｓｓｄｐｅｔｒｗｔｅｓｌｄｓｈｒｔｔａｓｏｍｔｅｔｒｓｈｒｃｏｄｎｔｉｔｈｏｉｐｅｅＯｒｎｆｒｈｓａ ’ ｐｅｅｏｒｉａｅｎｏＳ
像素格式和绘图界面属性。每个ＯｐｎｅＧＬ支持一种
名为ＰＸＬＯＲＩＥＦＭＡＴＳＩＴＲ的结构表示特ＤＥＣＲＰＯ

小型动态星模拟器总体设计

刍议小型动态星模拟器总体设计摘要：随着航天事业的迅猛发展，天文导航设备日益受到重视，其中，测量精度高且无时间漂移的星敏感器备受青睐。

由于航天实验的特殊性，无法把星敏感器送入太空中进行检测，因此有必要在地面上模拟实时星图以对星敏感器进行测试。

关键词：小型动态星；模拟器；技术本文以小型动态星模拟器为研究对象，分析星模拟器的工作原理与需求，星模拟器的系统组成，小型动态星模拟器主要技术指标。

根据星敏感器的工作原理和工作方式，提出基于数字光处理的小型动态星模拟器总体技术方案，并确定了小型动态星模拟器的主要技术指标。

星模拟器光学系统，包括非成像的照明光学系统和成像的准直物镜系统两部分。

为了达到小型化的星模拟器技术要求，设计基于白光发光二极管的照明光学系统，并对光阀处的光斑均匀性进行优化与仿真分析，照明不均匀度达到 3%；针对星模拟器准直物镜系统的特点，设计了复杂化匹兹万结构的光学系统，并对像差进行了优化分析，最终结果为绝对畸变小于光阀像元尺寸，相对畸变控制在1‰以下，达到星模拟器成像光学系统要求。

一.星模拟器的工作原理与需求分析星模拟器是航天飞行器姿态控制系统测试设备的重要组成部分，用于对星敏感器进行功能与性能上的测试。

因此，需要具体分析星敏感器的功能技术指标，这对星模拟器的研制具有重要的指导意义。

星敏感器是一种具有较高精度的姿态敏感器，以天球上不同位置的恒星为探测目标以确定航天飞行器运行姿态。

其工作原理是：光学系统将恒星成像在光学焦平面上；ccd 探测器置于光学焦平面上，实现光电转换；星点像转变成的输出电信号经过 a/d 转换后，输出数字图像；数字图像传送到数据处理单元进行星点提取、星图识别和姿态计算，确定星敏感器光轴在惯性坐标系下的三轴姿态。

星敏感器的工作原理，要求其测试设备，也就是星模拟器，提供任一时刻、任一惯性坐标系下指向的模拟星图。

星模拟器不仅需要提供精确的星点位置，还要保证星与星之间角距的准确性。

制作逼真的星空和宇宙效果

制作逼真的星空和宇宙效果Blender是一款功能强大的三维建模和渲染软件。

它不仅可以用于制作逼真的场景和动画，还可以通过一些技巧制作出令人惊叹的星空和宇宙效果。

本文将介绍如何利用Blender制作逼真的星空和宇宙效果。

首先，打开Blender并创建一个新的场景。

接下来，我们将从创建一个空的，黑色的背景开始，模拟宇宙中的星空效果。

在场景中，点击鼠标右键选择默认生成的立方体，按键盘上的Del键删除它。

然后，按Shift+A键打开添加菜单，选择“Mesh”->“Suzanne”来添加一个猴子模型。

将它放置在场景的中心。

接下来，我们需要给场景添加一个环境贴图来模拟星空的效果。

点击场景面板右上角的“World”选项卡。

在“Surface”栏位中，点击“Use Nodes”以启用节点编辑器。

然后，点击“Environment Texture”的小图标，选择一个适合的星空贴图。

这些贴图可以从互联网上找到并下载。

将贴图拖动到“Environment Texture”节点上的黄色槽位中。

调整贴图的旋转和缩放等属性来达到理想的效果。

接下来，我们可以为星空添加一些恒星。

在3D视图中，按快捷键Shift+A打开添加菜单，选择“Mesh”->“UV Sphere”来添加一个球体。

将其缩放适当大小来模拟恒星。

然后，将恒星复制并粘贴多次，分布在整个场景中，形成一个逼真的星空。

通过改变恒星的大小和缩放来增加多样性，使星空看起来更加真实。

接下来，我们可以利用光源来增强星空的逼真感。

在3D视图中，按快捷键Shift+A打开添加菜单，选择“Light”->“点光源”。

将其放置在恒星附近，并调整它的亮度和颜色等属性来达到所需的效果。

您还可以添加其他类型的光源，如聚光灯或区域灯，以增加更多的细节和层次感。

接下来，我们可以制作一些行星或星云效果，增加整个场景的视觉吸引力。

您可以使用Blender内置的建模工具来创建自己的行星形状，也可以在互联网上寻找已经制作好的模型来使用。

地面星模拟器设计与实现

误差标定和功能检测，对星敏感器的检测只能采取地面测试。一是地面外场观星测试，即在大气环境相对较好以及杂散光相对较弱的真实地面环境下，进行实地观星测试。此方法受天气影响较大，也无法仿真星敏感器的在轨状态。二是室内动态星模拟器测试Ｊ，即在地面上仿真天空星图，可和被测星敏感器构成闭环测试系统。
的难点和关键。针对以上问题，本文提出由轨道生成器实时提供姿态信息解算视轴指向，实现了星图的动态仿真。同时充分考虑了天球上赤经弧长随纬度增加而逐渐缩短的情况，针对传统的按赤经和赤纬对天球进行分区检索算法时带来的导航星漏选现象，提出了一种新的天球分区检索算法，解决了导航星漏选问题，提高了星图更新频率，且更新频率随着星模拟器视场的降低而加快，更新频率在毫秒级，能达到
１引言
星敏感器是一种高精度姿态敏感器，以恒星为参照物，协助姿态控制系统确定航天器姿态。为测试星敏感器进行
星模拟器通过星图模拟，可以实现对星敏感器星点提取、星图识别、姿态解算等功能的测试，而如何实现星图动态仿真，提高星图更新频率，满足星敏感器检测的实时性要求，以及如何避免传统检索方法引起的导航星漏选问题是设计
２．ＴｈｅＳｅｃｏｎｄＡｒｔｉｌｌｅｒｙＥｎｇｉｎｅｅｒＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｈｙｓｉｃｓＤｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｘｉ’ａｎＳｈａｎｘｉ７１００２５，Ｃｈｉｎａ）

基于UBV星等系统的星模拟器控制系统设计

基于UBV星等系统的星模拟器控制系统设计摘要:采用国际上标准的UBV星等系统,设计了星模拟器的控制装置,包括硬件设计和软件设计。

DSP发出三路PWM脉冲控制卤钨灯的发光亮度,配合三组滤光片构成UBV系统。

用DSP控制步进电机的旋转,电机带动变密度盘的旋转控制,实现衰减的自动控制。

该装置实现星模拟器的光度和光谱仿真。

实验结果表明可以满足设计要求。

关键词:星模拟器光谱光度DSP星敏感器是一种高精度的姿态敏感测量仪器,它通过探测天球上不同位置的恒星来确定卫星姿态,提供航天飞行器相对于惯性坐标系的三轴姿态。

星模拟器是在地面上模拟天空,以便对星敏感器的星图识别算法进行功能测试的检测设备。

这里介绍的星模拟器就是基于UBV星等系统进行设计开发的。

主要用于像星敏感器等空间光测设备的地面标定。

1 星模拟器控制系统组成及工作原理系统组成如图1所示。

工控机发出模拟星等的指令,通过RS232串口发送给DSP控制系统。

DSP发出指令控制卤钨灯的驱动电路,从而控制三个卤钨灯的发光状态。

卤钨灯发出的光经过聚光镜会聚,窄带滤光片组滤光,变密度盘组衰减,再经由光纤耦合系统、大气衰减仿真系统进入到积分球内。

积分球上开四个孔,一个入孔三个出孔。

积分球输出两路相同光束:一路用于照射目标,最后经平行光管系统后出去的光为模拟无穷的星光;一路由光电转换装置接收,构成闭环控制系统。

留有一路光用于微光照度计检测照度值。

控制系统采用三路光源配合三组窄带滤光片组进行滤光,是仿照国际上普遍采用UBV星等系统。

模拟恒星光谱时由电机控制的变密度盘组来分别调节三路光源的照度值[2]。

当光谱一定时,DSP控制三路光源的光功率并配合衰减片组对光信号进行衰减。

进而实现模拟空间目标的光度值和光谱。

2 系统设计系统是由一个开环控制的步进电机系统和一个闭环控制的光源系统组成。

步进电机旋转的位置指令和闭环控制系统的驱动光源的初始数字量由工控机通过串口发送给DSP,闭环控制系统反馈信号由光源探测电路提供。

星模拟器多星等模拟方法研究

星模拟器多星等模拟方法研究张晓娟;张健;杨俊杰;张丽娜;张建良【摘要】根据星模拟器对真实星等模拟的需求,结合星模拟器工作原理,优化设计了一种高成像质量星模拟器光学系统;建立了星等能量计算模型,实现了星等能量的理论计算;提出一种两片线性渐变密度滤光片组合的多星等模拟方案,实现了多星等能量的高精度连续调节;软件仿真结果验证-2~6等星星等模拟误差均小于±10%,满足真实星等的模拟要求,为星模拟器的真实星等模拟提供一种设计思路.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2018(048)009【总页数】6页(P1150-1155)【关键词】星模拟器;准直光学系统;星等模拟;线性渐变密度滤光片【作者】张晓娟;张健;杨俊杰;张丽娜;张建良【作者单位】吉林电子信息职业技术学院,吉林吉林 132000;长春理工大学,吉林长春 130000;长春理工大学,吉林长春 130000;长春理工大学,吉林长春 130000;空军航空大学,吉林长春 130000【正文语种】中文【中图分类】V216.81 引言星敏感器是卫星姿态控制的三大核心器件(太阳敏感器、地球敏感器和星敏感器)之一,其性能的好坏将直接决定卫星变轨的精确程度,是卫星变轨控制的根本保证。

星模拟器作为星敏感器的地面标定设备[1],是航天器地面模拟标定的热点研究方向。

星模拟器根据星点模拟情况的不同分为静态星模拟器和动态星模拟器,其中动态星模拟器能够实现星图实时连续变化,主要用于星敏感器的功能测试[2],静态星模拟器具有较高的模拟精度,但星图显示单一,主要用于星敏感器的精度测试[3]。

常规星模拟器的研究主要集中在对其模拟精度的研究[4-6]。

近年来随着星敏感器技术的发展,星模器技术逐渐过渡至对目标恒星的真实辐射特性即恒星光谱与真实星等的模拟,其中张晓娟[7]等提出了一种基于氙灯和卤钨灯混合光源的星模拟器光谱模拟方案,实现了多种色温光谱的模拟；刘洪兴[8]等设计了一种基于 LED的多色温多星等单星模拟器,实现0等星4000 K和3等星7000 K星光的光谱匹配误差分别为4.87%和7.83%；赵明强[9]等利用滤光片、宽光谱光源和衰减片组设计了一种带闭环控制的单星模拟器,实现了多星等的调节；潘平[10]提出了一种数字式光源星模拟器的设计方法；高兴华[11]等利用基于脉冲宽度调制信号调节的LED可变目标光源实现了0～7等星控制。

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１０１３０２）
Байду номын сангаас
１０２；３０２
３．空军驻长春地区军事代表室，长春
摘
要：星图模拟是星敏感器研制过程的重要组成部分，本文采用ＶｓａＣ＋件进行可视化仿真模拟星图，首先ｉｌ＋软ｕ
根据卫星姿态信息计算视轴的指向，并利用标准的ＳＱＬ语句精确” 索” 检星表中规定视场范围内的星点，对其进行坐标变换和灰度模拟，最后通过对话框与视图间的数据交换将星点显示在屏幕上。利用ＳＱＬ语句” 索” 检速度快，
（１ｅｔ — ｔａｎｉｅｒｎＣｈｎｃｕｉｅｓｔｆｃｅｃｎｅｈｌｇｙ，ａｇｈｎ１０２；．ｃｒＯｐｉｌｇｎｅｉｇ，ａｇｈｎＵｎｖｒｉｏＳｉｎｅａｄＴｃｎｏｏｈＣｈｎｃｕ３０２ＥｌｏｃＥｙ
ｓｅｓｏｔａｓｏｍｅｅｔｌｏｒｉａｅｔｈｏｉｏｔｌｏｒｉａｅｎｔｒｍａｎｔｄｉｌｔｎＡｔｌｓｉｅｃａｇｓｔｐｉｔｎｆｒｃｌｓｉｏｄｎｔｓｉｏｔｅｈｒｚｎａｏｄｎｔｓｄｓｇｉｅｓｒａｃｎｃａａｕｍｕａｉ．ｔｔｘｈｎｅｏａ
ＳｆｗａｅＳｍｕａｉｎｏＤｙａｉｓｌｙＳｓｅｏｔｒＭａｏｔｒｉｌｔｏｆＡｎｍｃＤｉｐａｙｔｍｆｒＳａｐ
ｗＡｉｇｉｏ，ＨＮＧＧｕｙ，ＵＮＧｏｅ，ＨＮＧＲＧｅｇ，ＮＧＹｎｗｅＮＧＹｎｊＺＡｏｕ一ＳａｆｉＺＥｕ，ＡＯＦｎＷＡｏｇｉａ。
Ａｂｓｒｃ：ＳｔｒｐａｔｒｉｕｌｔｏｉｎｍｐｏｔｎｔｒｔｅｌｐｍｅｏｅｓｏｔｒｓｎｓｒＩｈｓｐａｒｔｅｓｆｗａｅｔａｔａｔｅｓｍａｉｎａｉｎｓｒａｔｎｄｖｅｏｐａｉｈｅｎｔｐｒｃｓｆｓａｅｏ．ｎｔｉｐｅ，ｈｏｔｒｏｓａ＋＋ｉｅｏｓｍｕｌｔｈｅｓａａＦｉｓｌａｃｒｉｏｔａｅｌｔｒｔｅｉｆｒａｉｎａｃｌｔｓｔｅｐｉｔｏｆｆＶｉｕｌＣｓｕｓｄｔｉａｅｔｔｒｍｐ．ｒｔｙｃｏｄｎｇｔｈｅｓｔｌｉｅａｄｕｄｎｏｍｔｏｃｌｕａｅｏｎｈ
第３卷第１４期２１年３０１月
长春理工大学学报（自然科学版）
ＪｕａｆｈｎｃｕｉｅｓｙｏｉｃｎｅｈｏｏｙＮａｒｌｃｎｅｄｔｎ）ｏｒｌＣａｇｈｎＵｎｒｔｆｃｅｅａｄｃｎｌｇ（ｔａＳｉｃｉｏｎｏｖｉＳｎＴｕｅＥｉ
ＭｉｉｔｆｕｔｎＣａｇｈｎ１０２３ＡｉＦｒｅＲｅｉｅｔｆｃｔａｇｈｎＲｅｉｎ，ａｇｈｎ１０１ｎｓｙｏＥｄｃｉ，ｈｎｃｕ３０２；．ｒｏｃｒｏｓｎＯｆｅａＣｈｎｃｕｄｉｇｏＣｈｎｃｕ３０２）
ｔｅａｅｅｅｉｌｇｎｅｏｅｔｒｐｎｔｅｃｅｎＢｓｇＳＬｃｎｍａｅｔｅｒｃｓｏａｈｎｈｔｂｔｎｔａｄｗｔｓｗｔｒｅ．ｙｕｉＱａｋｏｅｓｆｅｒｉｇｄａｗｅｈＤｏａＶｉｏｈｈｓｍａｏｈｓａｎｈｐｓｃ
ＶＯｌ３Ｎｏ１＿４．Ｍａ．０ｌｒ２１
动态星模拟器星图模拟软件设计
汪英娇，张国玉，孙高飞，郑茹，高峰。，王永伟
（．１长春理工大学光电工程学院，长春１０２；２光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室，长春３０２．
代码编写简单。
关键词：星图模拟；软件系统；ＶｓａＣｉｌ＋；ＯＣｕＤＢ
中图分类号：Ｖ３１７５．３
文献标识码：Ａ
文章编号：１７ —９７２１）卜００ —０６２８０（０１００５４
２．ｙＬａｏｒｔｙ０ｐｔｌｃｒｎｉｅｕｉ — ＫｅｂａｒｆＯｏｅｅｔＯｃＭａｓｒｎｇＣｏｎｒｌｎｇａｔｏｌｉｎｄＯｐｔｃｌｎｆｒａｉｎＴｒｎｓｉｔｎｃｎｏｌｇｙ，ｉａｏｍｔｏａｍｔｇＴｅｈＩｉｏ
ｑｃｙａｄｃｕｉｋｌｎｏｍｐｉｅｃｄｅｉｐｌ．ｌｏｓｓｍｙＫｅｏｄｓ：ｓａａｅｎｓｍｕｌｔｏｙｗｒｔｒｐｔｒｉａｉｎ；ｓｔｒｙｓｅ；ＶｉｕａｏｆｗａｅｓｔｍｓｌＣ＋＋；ＯＤＢＣ
ｖｓａａｉ，ａｄｓｓａｄｒＱａｅｎａｃａｓｔｉｅｐｃｆｄｅｆｉｅｂｅｆｔｓｈｅｔｉｌｘｓｎｅｓｎａＳＬｓｔｕｕａｔｄｔｍｅｔｏｓｒｈｔｈｔｅｉｅｌｏｖｅｉｔｌｏａ．ｅｘｔｅｓｒｗｉｎｈｓｉｆｄｉｗｎｈｔｓｒＴｎａ