CN109541714A - 一种分布动态场景下的光学目标模拟方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分布动态场景下的光学目标模拟方法，该方法包含：(1)通过卫星运行轨道模型数据，计算出空间目标的变化，并在液晶光阀上显示出来，完成对空间目标反射太阳的可见光频段反射特性的模拟；(2)通过卫星运行轨道模型数据，计算出空间目标和背景的变化，实时同步驱动液晶光阀显示，从而完成对空间目标的背景模拟；(3)对步骤(1)的光学目标模拟和步骤(2)的目标背景模拟通过液晶光阀显示后，通过一组光学透镜进行调节，通过光学透镜使面光源输出为平行光，从而使得目标和背景以近似平行的方式被相机探测，实现对于空间远距离目标的模拟。本发明的方法能够高逼真的模拟相机在轨工作的环境，配合相机在地面完成相关试验验证。

Description

一种分布动态场景下的光学目标模拟方法
技术领域
本发明涉及一种光学目标模拟方法，具体涉及一种分布动态场景下的光学目标模拟方法，用于空间相机探测的、分布动态场景下的目标光学特性和背景光学特性的动态变化模拟。
背景技术
由于双星编队、卫星星座、空间攻防等新的需求，促进了星间相对测量技术的发展。微波雷达、光电组合、激光雷达等多种星间相对测量产品不断涌现，并已成功在轨运用。
光电组合对于目标的探测和识别一般是利用空间目标反射阳光的特性，利用可见光频段(一般是波长450nm～900nm范围)的探测器(如电荷耦合器件CCD或互补金属氧化物半导体CMOS)，识别出目标，并且计算目标偏离视场中心的脱靶量，用于实现对目标的跟踪。
简易的目标模拟设备可以利用一个点光源来实现，这是因为一般空间目标(一般是卫星)尺寸在3m×3m左右，而相对距离在几十甚至上百千米级别，目标在相机中成像即是一个点。随着距离变化，当相对距离在千米量级时，目标则由“点”成为“面”。为了验证相机在目标由“点”到“面”动态变化过程中的适应能力，需要改进原点光源的模拟形式。
同时，在相机对于目标识别过程中，视场中还会有恒星、行星、月球等天体，会对目标的识别带来干扰。随着太阳位置相对于相机视线方向的变化，相机看到的背景亮度也会随之有明暗的变化，同样会对目标的识别带来影响。
在地面有限距离内(米级)，模拟空间目标光线的传输，还会有平行光问题。地面使用点光源，在有限的几米范围内，在相机中城乡位置会偏离焦面，造成成像模糊，进而影响目标的识别和探测。
发明内容
本发明的目的是提供一种分布动态场景下的光学目标模拟方法，该方法解决了恒星、行星、月球等天体对目标识别干扰的问题，能够高逼真的模拟相机在轨工作的环境，配合相机在地面完成相关的试验验证。
为了达到上述目的，本发明提供了一种分布动态场景下的光学目标模拟方法，该方法包含：
(1)通过卫星运行轨道模型，实时得到空间目标的大小和亮度数据，计算出空间目标的变化，并在液晶光阀上显示出来，从而完成对空间目标反射太阳的可见光频段反射特性的模拟，且使目标大小可以随目标距离远近的变化而改变，目标亮度可以随目标与太阳角度变化而改变；
(2)通过卫星运行轨道模型，实时得到空间目标的大小和亮度，以及背景天体位置数据，计算出空间目标和背景的变化，实时同步驱动液晶光阀显示，从而完成对空间目标的背景模拟，包括目标背景中的天体在相机视场中的光学特性，同时还要有太阳随时间位置变化带来的目标背景亮度的变化；
(3)对步骤(1)的光学目标模拟和步骤(2)的目标背景模拟通过液晶光阀显示后，通过一组光学透镜进行调节，通过光学透镜使得面光源输出为平行光，从而使得目标和背景以近似平行的方式被相机探测，实现对于空间远距离目标的模拟。
优选地，在步骤(2)中，所述的天体包括：恒星、行星和月球。
优选地，在步骤(2)中，模拟空间目标反射太阳的可见光特性，其在相机中表现的亮度和大小，可以受卫星运行轨道模型计算出的数据驱动而变化。
本发明的分布动态场景下的光学目标模拟方法，解决了恒星、行星、月球等天体对目标识别干扰的问题，具有以下优点：
本发明的方法通过目标大小、亮度动态变化，以及背景星空、背景亮度动态变化，将“目标+背景”平行出射，能够高逼真的模拟相机在轨工作的环境，配合相机在地面完成相关的试验验证；
本发明的方法通过液晶光阀显示和镜头调节后，以平行光形式出射，能够真实的模拟空间动态变化的光学目标。
附图说明
图1为本发明的分布动态场景下的光学目标模拟方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种分布动态场景下的光学目标模拟方法，如图1所示，为本发明的分布动态场景下的光学目标模拟方法的流程示意图，该方法包含：
(1)通过卫星运行轨道模型，实时得到空间目标的大小和亮度数据，计算出空间目标的变化，并在液晶光阀上显示出来，从而完成对空间目标反射太阳的可见光频段反射特性的模拟，且使目标大小可以随目标距离远近的变化而改变，目标亮度可以随目标与太阳角度变化而改变；
(2)通过卫星运行轨道模型，实时得到空间目标的大小和亮度，以及背景天体位置数据，计算出空间目标和背景的变化，实时同步驱动液晶光阀显示，从而完成对空间目标的背景模拟，包括目标背景中的恒星、行星、月球等天体在相机视场中的光学特性，同时还要有太阳随时间位置变化带来的目标背景亮度的变化；
(3)对步骤(1)的光学目标模拟和步骤(2)的目标背景模拟通过液晶光阀显示后，通过一组光学透镜进行调节，如凸透镜，通过光学透镜使得面光源输出为平行光，从而使得目标和背景以近似平行的方式被相机探测，实现对于空间远距离目标的模拟。
在步骤(2)中，模拟空间目标反射太阳的可见光特性，其在相机中表现的亮度和大小，可以受卫星运行轨道模型计算出的数据驱动而变化。
在步骤(3)中，通过光学镜头调节，使光学目标模拟和目标背景模拟的光线平行入射到相机中，模拟空间真实目标。
综上所述，本发明的分布动态场景下的光学目标模拟方法能够高逼真的模拟相机在轨工作的环境，配合相机在地面完成相关的试验验证。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (3)

1.一种分布动态场景下的光学目标模拟方法，其特征在于，该方法包含：
(1)通过卫星运行轨道模型，实时得到空间目标的大小和亮度数据，计算出空间目标的变化，并在液晶光阀上显示出来，从而完成对空间目标反射太阳的可见光频段反射特性的模拟，且使目标大小可以随目标距离远近的变化而改变，目标亮度可以随目标与太阳角度变化而改变；
(2)通过卫星运行轨道模型，实时得到空间目标的大小和亮度，以及背景天体位置数据，计算出空间目标和背景的变化，实时同步驱动液晶光阀显示，从而完成对空间目标的背景模拟，包括目标背景中的天体在相机视场中的光学特性，同时还要有太阳随时间位置变化带来的目标背景亮度的变化；
(3)对步骤(1)的光学目标模拟和步骤(2)的目标背景模拟通过液晶光阀显示后，通过一组光学透镜进行调节，通过光学透镜使得面光源输出为平行光，从而使得目标和背景以近似平行的方式被相机探测，实现对于空间远距离目标的模拟。
2.根据权利要求1所述的分布动态场景下的光学目标模拟方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述的天体包括：恒星、行星和月球。
3.根据权利要求1所述的分布动态场景下的光学目标模拟方法，其特征在于，在步骤(2)中，模拟空间目标反射太阳的可见光特性，其在相机中表现的亮度和大小，可以受卫星运行轨道模型计算出的数据驱动而变化。
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