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高精度大视场多星模拟器设计与验证

许洪刚 韩冰 李曼丽 马洪涛 张鹏宇 鞠德晗

许洪刚, 韩冰, 李曼丽, 马洪涛, 张鹏宇, 鞠德晗. 高精度大视场多星模拟器设计与验证[J]. 中国光学(中英文), 2020, 13(6): 1343-1351. doi: 10.37188/CO.2020-0024
引用本文: 许洪刚, 韩冰, 李曼丽, 马洪涛, 张鹏宇, 鞠德晗. 高精度大视场多星模拟器设计与验证[J]. 中国光学(中英文), 2020, 13(6): 1343-1351. doi: 10.37188/CO.2020-0024
XU Hong-gang, HAN Bing, LI Man-li, MA Hong-tao, ZHANG Peng-yu, JU De-han. Design and verification of high-precision multi-star simulator with a wide field of view[J]. Chinese Optics, 2020, 13(6): 1343-1351. doi: 10.37188/CO.2020-0024
Citation: XU Hong-gang, HAN Bing, LI Man-li, MA Hong-tao, ZHANG Peng-yu, JU De-han. Design and verification of high-precision multi-star simulator with a wide field of view[J]. Chinese Optics, 2020, 13(6): 1343-1351. doi: 10.37188/CO.2020-0024

高精度大视场多星模拟器设计与验证

详细信息
    作者简介:

    许洪刚(1991—),男,山东临沂人,硕士,研究实习员,2014年、2018年于东北林业大学分别获得学士、硕士学位,主要从事光电测量技术方面的研究。E-mail:nefuxhg@163.com

    韩 冰(1981—),男,吉林长春人,副研究员,国家光学机械质量监督检验中心副主任。全国光学和光子学标准化委员会委员,中国光学学会光学测试委员会委员,2004年于吉林大学获得学士学位,主要从事光学测试技术研究和检测仪器的开发工作。E-mail:hanbing@ciomp.ac.cn

    通讯作者:

    韩 冰(1981—),男,吉林长春人,副研究员,国家光学机械质量监督检验中心副主任。全国光学和光子学标准化委员会委员,中国光学学会光学测试委员会委员,2004年于吉林大学获得学士学位,主要从事光学测试技术研究和检测仪器的开发工作。E-mail:hanbing@ciomp.ac.cn

  • 中图分类号: V249.4; TH74

Design and verification of high-precision multi-star simulator with a wide field of view

More Information
  • 摘要: 在星敏感器高精度的地面精确标定任务中,为满足其对高精度大视场多星模拟器的需求, 研制了可实现20°×40°视场内65颗恒星位置、星等精确模拟的高精度星模拟器。文章从星模拟器原理出发,基于星模拟器空间坐标系转换设计了模拟星支架,通过分析影响模拟星指向的误差,采用 “主次镜一体式安装”、“全铝式模拟星系统”、“星孔位置补偿”等关键技术,设计高精度模拟星系统;建立各模拟星在o-xyz′坐标系中的空间位置模型,推导出各模拟星俯仰偏摆角度、单星指向及星间角距数学模型,并计算出单星指向理论误差及星角距理论误差,作为装调及试验的理论基础。试验结果显示,所有模拟星单星指向误差均优于1.914″,任意两模拟星角距误差优于4.3″;设计的高精度大视场多星模拟器精度满足要求,解决了新型星敏感器对高精度大视场多星模拟器的需求,可以作为高精度星敏感器地面性能标定的重要设备。

     

  • 图 1  天球坐标系下的角距图

    Figure 1.  The angular distance in celestial coordinate system

    图 2  高精度大视场多星模拟器原理图

    Figure 2.  Schematic diagram of high-precision multi-star simulator with wide field of view

    图 3  模拟星Pi空间模型

    Figure 3.  The space model of Pi simulation star

    图 4  天球坐标系旋转模型

    Figure 4.  The rotation model of celestial coordinate system

    图 5  旋转坐标系对应图

    Figure 5.  Corresponding diagram of rotation coordinate system

    图 6  模拟星系统结构示意图

    Figure 6.  Structure diagram of simulation star system

    图 7  模拟星系统实物图及整机干涉检验图

    Figure 7.  Physical map of simulation star system and its interference diagram

    图 8  模拟星角距空间模型

    Figure 8.  Space model of simulation star angular distance

    图 9  高精度大视场多星模拟器实物图

    Figure 9.  Physical diagram of high-precision multi-star simulator with wide field of view

    表  1  各模拟星在o-xyz′坐标系中的坐标值

    Table  1.   Coordinate values of simulation stars in o-x'y'z' coordinate system(mm)

    序号HIP号xi′坐标yi′ 坐标zi′ 坐标
    1746222.1562488.99274.603
    2259979.7832488.551225.271
    …………………………
    53821025000
    …………………………
    64116418482.8762446.708−174.499
    65116962339.632467.865210.458
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    表  2  各个模拟星相对中心模拟星的理论偏摆和俯仰角度

    Table  2.   The theoretical yaw and pitch angle of each simulation star relative to its center(Unit:(°))

    序号HIP号偏摆角α俯仰角
    17465.1004488.28996
    225991.8362684.83016
    ……………………
    53821090
    ……………………
    6411641811.1642894.00247
    651169627.8358985.17093
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    表  3  各个模拟星实际检测偏摆和俯仰角度

    Table  3.   Practical detection of yaw and pitch angle of each simulation star

    序号HIP号理论偏摆俯仰角(°)测量偏摆俯仰角(°)单星指向误差(″)
    偏摆角α俯仰角β偏摆角α俯仰角β
    17465.1004488.289965.1002288.28973−0.826820841
    225991.8362684.830161.8360684.830380.789502782
    ……………………………………
    538210.0000090.000000.0000090.000000
    64427359.0667587.08662359.0666287.08652−0.359564154
    ……………………………………
    1213268343.506888.18147343.5072688.181981.745461436
    1314328340.6118589.39579340.6124289.396351.894486725
    ……………………………………
    5111167419.7646791.4143819.764191.41381−1.913923243
    ……………………………………
    6411641811.1642894.0024711.1639594.002841.322767965
    651169627.8358985.170937.8356885.171251.132461231
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  • [1] XU B T, LV J H, ZHOU X L, et al. Design and analysis of a star simulator suitable for confined space[J]. IOP Conference Series:Materials Science and Engineering, 2019, 504: 012088. doi: 10.1088/1757-899X/504/1/012088
    [2] 张磊, 何昕, 魏仲慧, 等. 基于千兆网接口的星敏感器图像显示与存储[J]. 液晶与显示,2015,30(1):114-119. doi: 10.3788/YJYXS20153001.0114

    ZHANG L, HE X, WEI ZH H, et al. Image display and storage of star sensor based on Gigabit Ethernet[J]. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays, 2015, 30(1): 114-119. (in Chinese) doi: 10.3788/YJYXS20153001.0114
    [3] 梁斌, 朱海龙, 张涛, 等. 星敏感器技术研究现状及发展趋势[J]. 中国光学,2016,9(1):16-29. doi: 10.3788/co.20160901.0016

    LIANG B, ZHU H L, ZHANG T, et al. Research status and development tendency of star tracker technique[J]. Chinese Optics, 2016, 9(1): 16-29. (in Chinese) doi: 10.3788/co.20160901.0016
    [4] 郝云彩. 空间光学敏感器技术进展与应用[J]. 空间控制技术与应用,2017,43(4):9-18.

    HAO Y C. Technical progress and application of space optical sensor[J]. Aerospace Control and Application, 2017, 43(4): 9-18. (in Chinese)
    [5] DONG SH, GONG R, YE ZH L, et al. The analysis of the impact of star sensor calibration precision about single star simulator pin hole size specification[J]. Proceedings of SPIE, 2018, 10697: 106973J.
    [6] 徐达, 张国玉, 孙高飞. 空间背景光星模拟器系统设计[J]. 空间科学学报,2018,38(4):575-582. doi: 10.11728/cjss2018.04.575

    XU D, ZHANG G Y, SUN G F. Design of star simulator of large- field-view[J]. Chinese Journal of Space Science, 2018, 38(4): 575-582. (in Chinese) doi: 10.11728/cjss2018.04.575
    [7] 刘欢. 大视场单星模拟器关键技术研究[D]. 长春: 长春理工大学, 2018.

    LIU H. Key technology of single star simulator of large-field-view[D]. Changchun: Changchun University of Science and Technology, 2018. (in Chinese).
    [8] 孟遥, 张国玉, 孙高飞, 等. 基于硅基液晶拼接的高对比度动态星模拟器光学系统[J]. 光学 精密工程,2016,24(3):511-520. doi: 10.3788/OPE.20162403.0511

    MENG Y, ZHANG G Y, SUN G F, et al. Optical system of high contrast dynamic star simulator based on LCOS splicing technology[J]. Optics and Precision Engineering, 2016, 24(3): 511-520. (in Chinese) doi: 10.3788/OPE.20162403.0511
    [9] 赵梓朝, 陈启梦, 唐子博, 等. 高精度动态星模拟器的光学系统设计[J]. 计量学报,2018,39(5):641-644. doi: 10.3969/j.issn.1000-1158.2018.05.08

    ZHAO Z CH, CHEN Q M, TANG Z B, et al. Optical system design of high precision dynamic star simulator[J]. Acta Metrologica Sinica, 2018, 39(5): 641-644. (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1000-1158.2018.05.08
    [10] 林子棋. 星模拟器检测技术研究[D]. 长春: 长春理工大学, 2011.

    LIN Z Q. Research on measurement technique of star simulator[D]. Changchun: Changchun University of Science and Technology, 2011. (in Chinese).
    [11] 李晓妮. 光谱可调星模拟器技术研究[D]. 西安: 中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所), 2015.

    LI X N. The research for the star simulation with adjustable spectrum[D]. Xi’an: Xi’an Institute of Optics & Precision Mechanics, Chinese Academy of Science, 2015. (in Chinese).
    [12] 柳红岩, 孙慧婷, 李岩, 等. 漂移扫描CCD星图的smear现象快速消除方法研究[J]. 液晶与显示,2016,31(3):310-316. doi: 10.3788/YJYXS20163103.0310

    LIU H Y, SUN H T, LI Y, et al. Fast smear effect removal algorithm of CCD drift-scan star image[J]. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays, 2016, 31(3): 310-316. (in Chinese) doi: 10.3788/YJYXS20163103.0310
    [13] 陈启梦, 张国玉, 王哲, 等. 标定型星模拟器设计与关键参数测试[J]. 长春理工大学学报(自然科学版),2017,40(4):41-44.

    CHEN Q M, ZHANG G Y, WANG ZH, et al. Design of calibration star simulator and test of key parameters[J]. Journal of Changchun University of Science and Technology (Natural Science Edition), 2017, 40(4): 41-44. (in Chinese)
    [14] 高兴华, 李建永, 王霞. 高精度数字星等模拟器的设计[J]. 激光与光电子学进展,2017,54(2):022202.

    GAO X H, LI J Y, WANG X. Design of high-precision digital star magnitude simulator[J]. Laser &Optoelectronics Progress, 2017, 54(2): 022202. (in Chinese)
    [15] 刘洪兴, 任建伟, 刘则洵, 等. 基于LED的多色温多星等单星模拟器[J]. 光学学报,2015,35(2):0212003. doi: 10.3788/AOS201535.0212003

    LIU H X, REN J W, LIU Z X, et al. LED-based single star simulator with multi-color-temperature and multi-star-magnitude output[J]. Acta Optica Sinica, 2015, 35(2): 0212003. (in Chinese) doi: 10.3788/AOS201535.0212003
    [16] 孙向阳, 付跃刚, 李杰, 等. 基于μLED发光技术的新型星模拟器设计[J]. 红外与激光工程,2016,45(4):0424002. doi: 10.3788/irla201645.0424002

    SUN X Y, FU Y G, LI J, et al. New star simulator design based on μLED luminous technology[J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(4): 0424002. (in Chinese) doi: 10.3788/irla201645.0424002
    [17] 张晓娟, 张健, 杨俊杰, 等. 星模拟器多星等模拟方法研究[J]. 激光与红外,2018,48(9):1150-1155. doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2018.09.016

    ZHANG X J, ZHANG J, YANG J J, et al. Research on multiple star magnitude simulation of star simulator[J]. Laser &Infrared, 2018, 48(9): 1150-1155. (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2018.09.016
    [18] 陈启梦, 张国玉, 王凌云, 等. 高精度星敏感器测试设备的设计[J]. 红外与激光工程,2014,43(7):2234-2239. doi: 10.3969/j.issn.1007-2276.2014.07.036

    CHEN Q M, ZHANG G Y, WANG L Y, et al. Test equipment design of high precision star sensor[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(7): 2234-2239. (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1007-2276.2014.07.036
    [19] 周言敏, 李建芳, 王君. 光学测量技术[M]. 西安;西安电子科技大学出版社, 2013.

    ZHOU Y M, LI J F, WANG J. Optical Measurement Techniques[M]. Xian: Xidian University Press, 2013. (in Chinese)
    [20] 于国栋, 王春阳. 稳健估计下的光学经纬仪多站交会算法[J]. 液晶与显示,2018,33(4):299-305. doi: 10.3788/YJYXS20183304.0299

    YU G D, WANG CH Y. Multi-station intersection algorithm of optical theodolites based on robust estimation[J]. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays, 2018, 33(4): 299-305. (in Chinese) doi: 10.3788/YJYXS20183304.0299
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-02-21
  • 修回日期:  2020-04-07
  • 网络出版日期:  2020-10-14
  • 刊出日期:  2020-12-01

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