CN101165545A - 一种模拟星等的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种模拟星等的方法，该方法包括以下步骤：用闭环反馈控制的高稳恒光源系统生成宽光谱模拟光；对模拟光进行滤色，使之与模拟的恒星具有相同的光谱特性；在五种固定透过率的衰减片中选择四个衰减片进行组合后对模拟光进行不同比率的衰减；将衰减后的模拟光束通过星点板和平星光管调整为平行光束。本发明方法解决了现有技术精度低、成本高的缺点，具有可直接模拟十七个星等、模拟精度高、单星平行度模拟精度达±1″、应用范围宽、成本低的优点。

Description

一种模拟星等的方法
技术领域
本发明涉及一种模拟星等的方法。
背景技术
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1024×768像元，对比度超过1000∶1，模拟星等+2～+6.5等，星等精度±0.3等。虽然液晶光阀相对液晶显示屏来说性能较优越，已有对比度超过1000∶1的报道，但是当模拟-2～+6星等时，-2星等与+6星等照度比达1585∶1，在应用如此高对比度的液晶光阀有一定难度，且模拟星光平行度精度也难以达到±1″的要求。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。
发明内容
本发明目的是提供一种高质量、高逼真、低成本的模拟星等的方法，其解决了现有模拟星等的方法精度低、成本高的缺点。
本发明的技术解决方案是：一种模拟星等的方法，包括以下步骤：
1]用高稳定度的光源生成模拟光束；
2]用多个衰减片进行组合来对模拟光束进行相应比率的衰减；
3]将衰减后的模拟光束准直为平行光束。
上述光源为特定光谱宽度的光源。
上述方法包括对宽光谱光源发出的模拟光束衰减之前先进行滤色的步骤，使之与模拟的恒星具有相同的光谱特性。
上述方法还可包括对宽光谱光源发出的模拟光束衰减之后进行滤色的步骤，使之与模拟的恒星具有相同的光谱特性。
上述用多个衰减片进行组合的方法是在五种固定透过率的衰减片中选择四个衰减片进行组合或者在四种固定透过率的衰减片中选择一个至四个衰减片进行组合。
上述五种固定透过率的衰减片的透过率选择方法是以最高透过率的衰减片为衰减片0，以其透过率为基础，则衰减片1的透过率为衰减片0的
Figure A20061010476700061
衰减片2的透过率为衰减片0的
Figure A20061010476700062
衰减片4的透过率为衰减片0的
Figure A20061010476700063
衰减片8的透过率为衰减片0的
Figure A20061010476700064
所述四种固定透过率的衰减片则为衰减片1、衰减片2、衰减片4和衰减片8。
上述五种固定透过率的衰减片为：透过率为99.8％的衰减片0、透过率为63.00％的衰减片1、透过率为39.73％的衰减片2、透过率为15.82％的衰减片4、透过率为2.51％的衰减片8；所述五种衰减片模拟十七个星等的组合方式为：
-2星等：  衰减片0+衰减片0+衰减片0+衰减片0；
-1.5星等：衰减片1+衰减片0+衰减片0+衰减片0；
-0.5星等：衰减片2+衰减片0+衰减片0+衰减片0；
0星等：   衰减片4+衰减片0+衰减片0+衰减片0；
+0.5星等：衰减片4+衰减片1+衰减片0+衰减片0；
+1星等：  衰减片4+衰减片2+衰减片0+衰减片0；
+1.5星等：衰减片4+衰减片2+衰减片1+衰减片0；
+2星等：  衰减片8+衰减片0+衰减片0+衰减片0；
+2.5星等：衰减片8+衰减片1+衰减片0+衰减片0；
+3星等：  衰减片8+衰减片2+衰减片0+衰减片0；
+3.5星等：衰减片8+衰减片2+衰减片1+衰减片0；
+4星等：  衰减片8+衰减片4+衰减片0+衰减片0；
+4.5星等：衰减片8+衰减片4+衰减片1+衰减片0；
+5星等：  衰减片8+衰减片4+衰减片2+衰减片0；
+5.5星等：衰减片8+衰减片4+衰减片2+衰减片1；
+6星等：  衰减片8+衰减片8+衰减片0+衰减片0。
上述四种固定透过率的衰减片为：透过率为63.00％的衰减片1、透过率为39.73％的衰减片2、透过率为15.82％的衰减片4、透过率为2.51％的衰减片8；
所述四种衰减片模拟十七个星等的组合方式为：
-2星等：  无衰减片；
-1.5星等：衰减片1；
-0.5星等：衰减片2；
0星等：   衰减片4；
+0.5星等：衰减片4+衰减片1；
+1星等：  衰减片4+衰减片2；
+1.5星等：衰减片4+衰减片2+衰减片1；
+2星等：  衰减片8；
+2.5星等：衰减片8+衰减片1；
+3星等：  衰减片8+衰减片2；
+3.5星等：衰减片8+衰减片2+衰减片1；
+4星等：  衰减片8+衰减片4；
+4.5星等：衰减片8+衰减片4+衰减片1；
+5星等：  衰减片8+衰减片4+衰减片2；
+5.5星等：衰减片8+衰减片4+衰减片2+衰减片1；
+6星等：  衰减片8+衰减片8。
上述方法还包括衰减片调整的步骤：根据不同星等所对应的照度，对组合的一个至四个衰减片中的任意一个衰减片进行调整，被调整的衰减片是在同批次透光率的衰减片中选配。
本发明的优点是：
1、可直接模拟星空。摆放在不同的空间方位三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、精度高。通过有意识选择第四片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±0.05等，而且系统具有24×7小时的高稳定性，单星平行度模拟精度达±1″，性能与星图模拟器相比均有较大改善。
3、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。
4、成本低。由于采用本发明方法，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，原来透光率与理想值偏差较大的衰减片也能经调整使用。
具体实施方式
本发明第一种模拟星等的方法，步骤如下：
1]用闭环反馈控制的高稳恒光源系统生成宽光谱模拟光；
2]对模拟光进行滤色，使之与模拟的恒星具有相同的光谱特性。
3]在五种固定透过率的衰减片中选择四个衰减片进行组合后对模拟光进行不同比率的衰减
4]将衰减后的模拟光束通过星点板和平星光管准直为平行光束。
其中，根据不同星等所对应的照度，在选择第四个衰减片时对其透过率进行调整，调整一般是在该批镀膜产品中进行选配。
五种固定透过率的衰减片的透过率选择方法是以基准片为衰减片0，以其透过率为基础，则衰减片1的透过率为衰减片0的
Figure A20061010476700091
衰减片2的透过率为衰减片0的
Figure A20061010476700092
衰减片4的透过率为衰减片0的衰减片8的透过率为衰减片0的
Figure A20061010476700094
具体来说，本发明的五种固定透过率的衰减片为：透过率为99.8％的衰减片0、透过率为62.97％的衰减片1、透过率为39.73％的衰减片2、透过率为15.82％的衰减片4、透过率为2.51％的衰减片8。
本发明第二种模拟星等的方法，步骤如下：
1]用闭环反馈控制的高稳恒光源系统生成宽光谱模拟光；
2]对模拟光进行滤色，使之与模拟的恒星具有相同的光谱特性。
3]在四种固定透过率的衰减片中选择一个至四个衰减片进行组合后对模拟光进行不同比率的衰减；
4]将衰减后的模拟光束通过星点板和平星光管调整为平行光束。
其中，根据不同星等所对应的照度，可选择任意一个衰减片对其透过率进行调整，调整一般是在该批镀膜产品中进行选配。
四种固定透过率的衰减片是衰减片1、衰减片2、衰减片4和衰减片8。具体来说，本发明的四种固定透过率的衰减片为：透过率为62.97％的衰减片1、透过率为39.73％的衰减片2、透过率为15.82％的衰减片4、透过率为2.51％的衰减片8。
本发明原理：
本发明采用平行光管产生无穷远的星点，通过滤光片与衰减片模拟不同光谱、亮度的星等。
星等设计最关键的是模拟星等的衰减片的设计。衰减片的透过率的控制是通过光学镀膜实现的，若对每个星等分别镀膜，模拟十七个星等就需要镀十七次，由于星等模拟精度要求很高，衰减片的镀膜精度相应的要求也很高，庞大的镀膜次数大大增大了研制费用，且对于1585倍的衰减比，一次镀膜精度难以达到。衰减片组由四片衰减片组成，如何由四个衰减片组成17个星等是这种方式的关键，根据天文定义，每6个整数星等的亮度差100倍，所以每2个整数星等差 100 5 = 2.512 倍，每半个星等差 2.512 = 1.5848 倍。以-2等星为基础，其它星等依次按1.5848倍的衰减就可组成不同的星等。本发明首先将衰减片作成表1所示的5种形式，再通过表2或表3的组合，就可构成17个星等所需的衰减片。对于最亮的-2等星，选择四片代号为0的衰减片，衰减百分比：(0.998)4＝0.992；对于相邻的-1.5等星，选择3片代号为0的衰减片和1片代号为1的组合，衰减百分比：(0.998)3×0.6297＝0.6259。两个星等照度比为0.992/0.6259＝1.58倍。
表1衰减片的透过率
  透过率   衰减片代号值   相当于基准片衰减数
  100％   0   0平板不镀膜
  62.97％   1   1基准衰减片
  39.73％   2   2次基准减片
  15.85％   4   4次基准衰减片
  2.51％   8   8次基准衰减片
表2 17个星等的衰减片组合形式一
  序号   星等   衰减百分比  组合方式(表1中衰减片代号值)
  0   -2   99.20％   0+0+0+0
  1   -1.5   62.72％   1+0+0+0
  2   -1   39.57％   2+0+0+0
  3   -0.5   25.02％   1+2+0+0
  4   0   15.75％   4+0+0+0
  5   +0.5   9.96％   4+1+0+0
  6   +1   6.28％   4+2+0+0
  7   +1.5   3.97％   4+2+1+0
  8   +2   2.50％   8+0+0+0
  9   +2.5   1.58％   8+1+0+0
  10   +3   1.00％   8+2+0+0
  11   +3.5   0.63％   8+2+1+0
  12   +4   0.397％   8+4+0+0
  13   +4.5   0.251％   8+4+1+0
  14   +5   0.158％   8+4+2+0
  15   +5.5   0.100％   8+4+2+1
  16   +6   0.063％   8+8+0+0
表3 17个星等的衰减片组合形式二
  序号   星等   衰减百分比  组合方式(表1中衰减片代号值)
  0   -2   99.20％   0+0+0+0
  1   -1.5   62.72％   1+0+0+0
  2   -1   39.65％   1+1+0+0
  3   -0.5   25.02％   2+1+0+0
  4   0   15.79％   2+2+0+0
  5   +0.5   9.98％   2+2+1+0
  6   +1   6.30％   2+2+2+0
  7   +1.5   3.97％   4+2+1+0
  8   +2   2.50％   4+4+0+0
  9   +2.5   1.58％   4+4+1+0
  10   +3   1.00％   4+4+2+0
  11   +3.5   0.63％   8+2+1+0
  12   +4   0.397％   4+4+4+0
  13   +4.5   0.251％   8+4+1+0
  14   +5   0.158％   8+4+2+0
  15   +5.5   0.100％   8+4+2+1
  16   +6   0.063％   4+4+4+4
由上述衰减片组合思路可以看出，镀膜过程只需四次，最多五次。对每一种衰减片来说，一次镀膜过程可同时镀膜多片，在组合17种星等时可以多次使用。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，但组合使用时会出现以下情况：已选择的其中三片衰减片的整体透过率与理想值相比偏大(或偏小)。此时根据不同星等所对应的照度，在选择第四个衰减片时对其透过率进行调整，调整一般是在该批镀膜产品中进行选配，即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。这样进行有意识的选择大大降低了对衰减片的镀膜精度要求，而且原来是次品的衰减片也能在调整时使用。

Claims (10)

1.一种模拟星等的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
1]用高稳定度的光源生成模拟光束；
2]用多个衰减片进行组合来对模拟光束进行相应比率的衰减；
3]将衰减后的模拟光束准直为平行光束。
2.根据权利要求1所述的一种方法模拟星等的方法，其特征在于：所述光源为特定光谱宽度的光源。
3.根据权利要求1所述的一种模拟星等的方法，其特征在于：所述光源为宽光谱光源；所述方法包括对宽光谱光源发出的模拟光束衰减之前先进行滤色的步骤，使之与模拟的恒星具有相同的光谱特性。
4.根据权利要求1所述的一种模拟星等的方法，其特征在于：所述光源为宽光谱的光源；所述方法包括对宽光谱光源发出的模拟光束衰减之后进行滤色的步骤，使之与模拟的恒星具有相同的光谱特性。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种模拟星等的方法，其特征在于：所述方法包括衰减片调整的步骤：根据不同星等所对应的照度，对组合的多个衰减片中的任意一个或多个衰减片进行调整，被调整的衰减片是在同批次透光率的衰减片中选配。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的一种模拟星等的方法，其特征在于：所述用多个衰减片进行组合的方法是在五种固定透过率的衰减片中选择四个衰减片进行组合或者在四种固定透过率的衰减片中选择一个至四个衰减片进行组合。
7.根据权利要求6所述的一种模拟星等的方法，其特征在于：所述五种固定透过率的衰减片的透过率选择方法是以最高透过率的衰减片为衰减片0，以其透过率为基础，则衰减片1的透过率为衰减片0的
Figure A2006101047670002C1
，衰减片2的透过率为衰减片0的
Figure A2006101047670002C2
，衰减片4的透过率为衰减片0的，衰减片8的透过率为衰减片0的；所述四种固定透过率的衰减片则为衰减片1、衰减片2、衰减片4和衰减片8。
8.根据权利要求7所述的一种模拟星等的方法，其特征在于：
所述五种固定透过率的衰减片为：透过率为99.8％的衰减片0、透过率为63.00％的衰减片1、透过率为39.73％的衰减片2、透过率为15.82％的衰减片4、透过率为2.51％的衰减片8；
所述五种衰减片模拟十七个星等的组合方式为：
-2星等：衰减片0+衰减片0+衰减片0+衰减片0；
-1.5星等：衰减片1+衰减片0+衰减片0+衰减片0；
-0.5星等：衰减片2+衰减片0+衰减片0+衰减片0；
0星等：衰减片4+衰减片0+衰减片0+衰减片0；
+0.5星等：衰减片4+衰减片1+衰减片0+衰减片0；
+1星等：衰减片4+衰减片2+衰减片0+衰减片0；
+1.5星等：衰减片4+衰减片2+衰减片1+衰减片0；
+2星等：衰减片8+衰减片0+衰减片0+衰减片0；
+2.5星等：衰减片8+衰减片1+衰减片0+衰减片0；
+3星等：衰减片8+衰减片2+衰减片0+衰减片0；
+3.5星等：衰减片8+衰减片2+衰减片1+衰减片0；
+4星等：衰减片8+衰减片4+衰减片0+衰减片0；
+4.5星等：衰减片8+衰减片4+衰减片1+衰减片0；
+5星等：衰减片8+衰减片4+衰减片2+衰减片0；
+5.5星等：衰减片8+衰减片4+衰减片2+衰减片1；
+6星等：衰减片8+衰减片8+衰减片0+衰减片0。
9.根据权利要求7所述的一种模拟星等的方法，其特征在于：
所述四种固定透过率的衰减片为：透过率为63.00％的衰减片1、透过率为39.73％的衰减片2、透过率为15.82％的衰减片4、透过率为2.51％的衰减片8；
所述四种衰减片模拟十七个星等的组合方式为：
-2星等：无衰减片；
-1.5星等：衰减片1；
-0.5星等：衰减片2；
0星等：衰减片4；
+0.5星等：衰减片4+衰减片1；
+1星等：衰减片4+衰减片2；
+1.5星等：衰减片4+衰减片2+衰减片1；
+2星等：衰减片8；
+2.5星等：衰减片8+衰减片1；
+3星等：衰减片8+衰减片2；
+3.5星等：衰减片8+衰减片2+衰减片1；
+4星等：衰减片8+衰减片4；
+4.5星等：衰减片8+衰减片4+衰减片1；
+5星等：衰减片8+衰减片4+衰减片2；
+5.5星等：衰减片8+衰减片4+衰减片2+衰减片1；
+6星等：衰减片8+衰减片8。
10.根据权利要求7或8或9所述的一种模拟星等的方法，其特征在于：所述方法包括衰减片调整的步骤：根据不同星等所对应的照度，对组合的一个至四个衰减片中的任意一个衰减片进行调整，被调整的衰减片是在同批次透光率的衰减片中选配。
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