动态星模拟器星图模拟软件设计

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。

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。

第27卷第5期光电工程V o l127,　N o.5　2000年10月Op to2E lectron ic Engineering O ct,2000　文章编号:1003-501X(2000)05-0011-04小型星模拟器中星图动态显示系统的设计张文明,林　玲,郝永杰,唐　敏(中国科学院光电技术研究所,四川成都610209)摘要:阐述了星图动态显示系统的工作原理和系统要求,讨论了T FT2L CD在星图动态显示系统中的应用方法,提出了T FT2L CD的电路实现方案,对星图动态主要软件的设计进行了分析和研究。

关键词:星模拟器;星图;液晶显示系统;软件设计中图分类号:P11 文献标识码:AD esign of a D ynam ic D isplay System for StarM ap i n S ma ll-Sized Star Si m ula torZHANGW en-m i ng,L IN L i ng,HAO Y ong-j ie,TANG M i n(Institu te of Op tics and E lectron ics,Ch inese A cad e m yof S ciences,Cheng d u610209,Ch ina)Abstract:T he op erating p rinci p le and the system requ irem en ts of a dynam ic disp lay system fo r star m ap is described in the p ap er.T he app licati on m ethod of T FT2L CD in the dynam ic disp lay system fo r star m ap is discu ssed and T FT2L CD circu it schem e is p ropo sed.Som e analysis and research fo r the design of the m ain softw are u sed in dynam ic star m ap are carried ou t.Key words:Star si m u lato rs;Star m ap;L iqu id crystal disp lay system s;Softw are designCLC nu m ber:P11引　言星模拟器是一种在地面上模拟星空,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,而星图动态显示系统则是星模拟器中实现星体数据库快速查询、检索、坐标变换、数据传送和星图显示刷新控制的核心部件之一,也是星模拟器实现小型化、动态化的关键部件之一。

长春理工大学学报（自然科学版）Journal of Changchun University of Science and Technology （Natural Science Edition ）Vol.41No.5Oct.2018第41卷第5期2018年10月收稿日期：2018-05-21作者简介：孙铭坤（1994-），男，硕士研究生，E-mail ：1192176826@ 通讯作者：张宁（1979-）女，博士，副教授，E-mail ：custzn@动态目标模拟器星图显示系统设计孙铭坤1，2，张宁1，2（1.长春理工大学光电工程学院，长春130022；2.长春理工大学光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室，长春130022）摘要：动态目标模拟器是在地面模拟星空，对星敏感器的星图识别算法进行功能测试，可实时给出星图的检测设备。

设计了动态目标模拟器的星图显示系统。

首先阐述了动态目标模拟器的工作原理，其次推导了系统涉及的核心算法，然后进行了系统的硬件及软件设计，并得出仿真结果。

该系统在22°视场内可模拟2-6等星，单星张角小于42"。

对相关领域的研究具有参考价值。

关键词：目标模拟器；星图显示；硬件设计；控制软件设计中图分类号：V249文献标识码：A文章编号：1672-9870（2018）05-0020-05Design of Dynamic Target Simulator Star Map Display SystemSUN Mingkun 1，2，ZHANG Ning 1，2（1.School of Optoelectronic Engineering ，Changchun University of Science and Technology ，Changchun 130022；2.Key Laboratory of Optoelectrics Measurement &Control and Optical Information Transfer Technology under Ministry of Education ，Changchun University of Science and Technology ，Changchun 130022）Abstract ：The starry sky on the ground can be simulated by the dynamic target simulator to perform functional tests on the star map recognition algorithm of the star sensor ，which the star map detection equipment can be provided in real time.In this paper ，a star map display system of dynamic target simulator is designed.Firstly ，the working princi-ple of the dynamic target simulator is described.Then the core algorithms involved in the system are deduced.Then the system software and hardware are designed and the simulation results are obtained.The system can simulate 2-6equal-magnitude stars in a 22°field of view ，and the single-angle opening angle is less than 42".It has reference val-ue for research in related fields.Key words ：targetsimulator ；star map display ；hardware design ；control software design近年来，中国的航空航天事业在政府的大力支持下不断发展，在航天器领域的相关研究达到了相当规模和水平。

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【期刊名称】《长春理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(034)001【摘要】Star pattern simulation is an important part in the development process of star sensor. In this paper, the software of Visual C ++ is used to simulate the star map. Firstly according to the satellite attitude information calculates the point of visual axis, and uses a standard SQL statement to search stars within the specified field of view in the table of stars.The next step is to transform celestial coordinates into the horizontal coordinates and star magnitude simulation.At last it exchanges the data between the Dialog and View to show the star map on the screen. By using SQL can make the process of searching quickly and compile codes simply.%星图模拟是星敏感器研制过程的重要组成部分,本文采用Visual C++软件进行可视化仿真模拟星图,首先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"检索"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"检索"速度快,代码编写简单.【总页数】4页(P5-8)【作者】汪英娇;张国玉;孙高飞;郑茹;高峰;王永伟【作者单位】长春理工大学,光电工程学院,长春,130022;长春理工大学,光电工程学院,长春,130022;光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室,长春,130022;长春理工大学,光电工程学院,长春,130022;长春理工大学,光电工程学院,长春,130022;空军驻长春地区军事代表室,长春,130012;空军驻长春地区军事代表室,长春,130012【正文语种】中文【中图分类】V351.37【相关文献】1.甚高精度星模拟器星图显示与控制系统研究 [J], 孙高飞;张国玉;王凌云;高玉军;王向东2.动态飞行模拟器运动控制系统软件设计 [J], 胡荣华;舒杨;刘仕钊3.小型星模拟器中星图动态显示系统的设计 [J], 张文明;林玲;郝永杰;唐敏4.动态目标模拟器星图显示系统设计 [J], 孙铭坤;张宁5.基于导星电子星图模拟器的卫星控制系统半物理试验方法 [J], 李津淞;刘爽;李东;秦根健;王磊因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

面向空间目标监视的星图模拟器设计与实现
王兆魁;张育林
【期刊名称】《系统仿真学报》
【年(卷),期】2006(18)5
【摘要】提出并实现了一种应用于光学空间目标监视地面仿真实验的目标模拟器系统。

目标模拟器系统以高性能图形工作站和液晶显示器为硬件,通过软件方法,动态表现恒星、日、月、地球等自然天体对敏感器的光学特征,并通过建立球面光反射模型,模拟出自然环境中的空间目标航天器。

系统可作为空间目标监视敏感器的地面仿真实验的目标模拟器,亦可以应用于星敏感器的地面实验。

【总页数】5页(P1195-1198)
【关键词】空间监视;星模拟器;仿真软件;星敏感器
【作者】王兆魁;张育林
【作者单位】国防科技大学航天与材料工程学院;清华大学宇航中心
【正文语种】中文
【中图分类】P111
【相关文献】
1.面向天基光学监视的空间目标TLE拟合与跟踪方法 [J], 李骏;吴京;安玮;周一宇
2.面向空间监视应用的空间目标数据库的建立 [J], 计科峰;全备;胡卫东;郁文贤
3.动态目标模拟器星图显示系统设计 [J], 孙铭坤;张宁
4.空间目标监视仿真系统的设计与实现 [J], 杨雅琦;
5.面向敏捷硬件设计的符号模拟器设计与实现 [J], 邹鸿基;李暾;罗丹;方雨德因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。