空間目標(biāo)可見光散射與激光散射動態(tài)特性一體化測試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種空間目標(biāo)可見光散射與激光散射動態(tài)特性一體化測試系統(tǒng)，包括測試軌道、周視測試平臺、姿態(tài)模擬子系統(tǒng)、太陽模擬器、激光發(fā)射/接收子系統(tǒng)、可見光探測子系統(tǒng)、低反射/散射背景和中央控制子系統(tǒng)。本發(fā)明解決了在實驗室條件下模擬測量空間不同太陽照射方位角和高低角條件下在不同觀測方位角和高低角情況下被測目標(biāo)的可見光散射特性問題，測試結(jié)果可以為可見光探測敏感器的研制提供依據(jù)；同時解決了在實驗室條件下模擬測量空間不同激光照射方位角和高低角條件下被測目標(biāo)的激光散射特性問題，測試結(jié)果可以為激光探測敏感器的研制提供依據(jù)。
【專利說明】
空間目標(biāo)可見光散射與激光散射動態(tài)特性一體化測試系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及空間被測目標(biāo)在地面實驗室內(nèi)進(jìn)行可見光散射與激光散射特性測試的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種空間目標(biāo)可見光散射與激光散射動態(tài)特性一體化測試系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]利用可見光探測敏感器和激光探測敏感器對空間目標(biāo)進(jìn)行觀測是空間目標(biāo)探測的重要手段之一，準(zhǔn)確的空間目標(biāo)可見光散射和激光散射動態(tài)特性數(shù)據(jù)可以為空間在軌試驗流程的合理規(guī)劃、可見光探測敏感器單元和激光探測敏感器單元的設(shè)計與研制以及目標(biāo)捕獲、識別與跟蹤算法的研究和修訂參數(shù)的設(shè)定提供可靠的依據(jù)，為此，需要對空間被測目標(biāo)的可見光散射和激光散射動態(tài)特性進(jìn)行分析，并對被測目標(biāo)的可見光成像進(jìn)行仿真。
[0003]僅靠理論建模和仿真分析很難完全模擬被測目標(biāo)本身的幾何結(jié)構(gòu)和表面熱控狀態(tài)以及空間在軌實際運(yùn)行狀態(tài)，因此僅利用建模和軟件分析或多或少會存在一定的偏差。
[0004]為了獲得更為可靠的可見光散射和激光散射動態(tài)特性數(shù)據(jù)，需要研制試驗被測目標(biāo)的實物模型，構(gòu)建空間目標(biāo)可見光散射與激光散射動態(tài)特性一體化測試系統(tǒng)，通過模擬被測目標(biāo)的空間在軌運(yùn)行情況來逼近空間真實觀測環(huán)境，對被測目標(biāo)的可見光散射和激光散射動態(tài)特性進(jìn)行模擬與測試，進(jìn)而與理論分析結(jié)果進(jìn)行比較分析，以便對分析模型進(jìn)行校驗。從而為空間在軌試驗任務(wù)規(guī)劃提供更合理的建議，為跟瞄系統(tǒng)的研制提供更可靠的依據(jù)。
[0005]由此，業(yè)界需要一種新的空間目標(biāo)可見光散射與激光散射動態(tài)特性一體化測試系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在解決實驗室條件下模擬測量空間不同太陽照射方位角和高低角條件下在不同觀測方位角和高低角被測目標(biāo)情況下的可見光散射特性和激光散射特性問題。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種空間目標(biāo)可見光散射與激光散射動態(tài)特性一體化測試系統(tǒng)。
[0008]—種空間目標(biāo)可見光散射與激光散射動態(tài)特性一體化測試系統(tǒng)，其包括測試軌道、周視測試平臺、姿態(tài)模擬子系統(tǒng)、太陽模擬器、激光發(fā)射/接收子系統(tǒng)、可見光探測子系統(tǒng)、中央控制子系統(tǒng)和低反射/散射背景，其中，
[0009]所述測試軌道采用立式圓弧板導(dǎo)軌；
[0010]所述周視測試平臺安裝在所述測試軌道上，并由所述中央控制子系統(tǒng)控制其沿所述測試軌道移動；
[0011 ]所述可見光探測子系統(tǒng)安裝在所述周視測試平臺上，用于響應(yīng)可見光對被測目標(biāo)進(jìn)行成像，并響應(yīng)所述中央控制子系統(tǒng)的控制，通過所述周視測試平臺的移動來調(diào)整其與所述被測目標(biāo)間的方位變化；
[0012]所述姿態(tài)模擬子系統(tǒng)安裝在所述立式圓弧板導(dǎo)軌的圓心位置，用于承載被測目標(biāo)，并響應(yīng)所述中央控制子系統(tǒng)的控制，調(diào)整所述太陽模擬器照射在被測目標(biāo)上的方位角和高低角，被測目標(biāo)與激光發(fā)射/接收子系統(tǒng)之間的相對方位角和高低角，被測目標(biāo)相對于可見光探測子系統(tǒng)的高低角變化；
[0013]所述低反射/散射背景位于所述測試軌道外側(cè)，所述太陽模擬器安裝在與所述立式圓弧板導(dǎo)軌的圓心及所述測試軌道的0°和180°的三點連線上，確保所述太陽模擬器的光斑中心在所述被測目標(biāo)的中心，所述低反射/散射背景和太陽模擬器相對設(shè)置于所述姿態(tài)模擬子系統(tǒng)的兩側(cè)，所述太陽模擬器用于在實驗室環(huán)境內(nèi)模擬空間太陽光對所述被測目標(biāo)的照射;所述低反射/散射背景用于降低測試過程中光源直接照射背景區(qū)域產(chǎn)生的反射/散射回波；
[0014]所述激光發(fā)射/接收子系統(tǒng)位于所述測試軌道外側(cè)，且與所述太陽模擬器共同位于所述姿態(tài)模擬子系統(tǒng)的同一側(cè)，用于發(fā)射激光形成模擬空間遠(yuǎn)場激光對所述被測目標(biāo)進(jìn)行激光照射和接收所述被測目標(biāo)散射的散射光；
[0015]所述中央控制子系統(tǒng)安裝在測試系統(tǒng)所在實驗室不被所述太陽模擬器照射的位置，用于控制所述周視測試平臺、可見光探測子系統(tǒng)、姿態(tài)模擬子系統(tǒng)、太陽模擬器和激光發(fā)射/接收子系統(tǒng)，通過所述可見光探測子系統(tǒng)采集不同的觀測方位角與高低角變化及不同的太陽照射方位角與高低角變化下的圖像，并對采集到的圖像以及激光發(fā)射/接收子系統(tǒng)接收到的激光信號數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得到所述被測目標(biāo)的可見光散射與激光散射動態(tài)特性，將分析結(jié)果存儲到數(shù)據(jù)服務(wù)器并輸出。
[0016]較佳的，針對所述太陽模擬器模擬的太陽光，所述中央控制子系統(tǒng)對所述可見光探測子系統(tǒng)采集到的圖像進(jìn)行處理，進(jìn)而最終獲得不同的觀測方位角與高低角變化及不同的太陽照射方位角與高低角變化下的所述被測目標(biāo)的可見光散射特性。
[0017]較佳的，針對所述激光發(fā)射/接收子系統(tǒng)發(fā)射的激光，所述中央控制子系統(tǒng)對所述激光發(fā)射/接收子系統(tǒng)收到的激光信號數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)而最終獲得不同的方位角與高低角變化下的所述被測目標(biāo)的激光散射特性。
[0018]較佳的，所述測試軌道的軌道直徑為21米，軌道角度范圍大于180°。
[0019]優(yōu)選的，所述周視測試平臺安裝在直徑為21米的所述立式圓弧板導(dǎo)軌上，所述中央控制子系統(tǒng)控制所述周視測試平臺在所述立式圓弧板導(dǎo)軌上的0°?180°角度范圍內(nèi)運(yùn)動；
[0020]所述周視測試平臺上設(shè)置有升降、方位和俯仰機(jī)構(gòu)，所述升降、方位和俯仰機(jī)構(gòu)集成于一云臺上，所述云臺上承載所述可見光探測子系統(tǒng)，所述中央控制子系統(tǒng)用以通過控制所述周視測試平臺上的升降、方位和俯仰機(jī)構(gòu)使得所述可見光探測子系統(tǒng)對準(zhǔn)被測目標(biāo)質(zhì)心所在位置。
[0021]優(yōu)選的，所述姿態(tài)模擬子系統(tǒng)包括底座、下圓弧運(yùn)動機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、上圓弧運(yùn)動機(jī)構(gòu)及模型支撐桿，其中，
[0022]所述下圓弧運(yùn)動機(jī)構(gòu)設(shè)置于所述底座上，用于使得所述被測目標(biāo)繞其質(zhì)心做俯仰旋轉(zhuǎn)；
[0023]所述回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)置于所述下圓弧運(yùn)動機(jī)構(gòu)上，用于使得所述被測目標(biāo)繞其質(zhì)心做方位旋轉(zhuǎn)；
[0024]所述上圓弧運(yùn)動機(jī)構(gòu)設(shè)置于所述回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，用于使得所述被測目標(biāo)繞其質(zhì)心做俯仰旋轉(zhuǎn)；
[0025]所述模型支撐桿設(shè)于所述上圓弧運(yùn)動機(jī)構(gòu)上，所述被測目標(biāo)設(shè)于所述模型支撐桿上。
[0026]較佳的，所述太陽模擬器包括準(zhǔn)直反射鏡，其中，
[0027]所述準(zhǔn)直反射鏡直徑為I米，焦距為5米，所述準(zhǔn)直反射鏡的鏡面與光中心軸線水平偏轉(zhuǎn)8°，將入射光線準(zhǔn)直后出射模擬太陽光，光斑均勻區(qū)直徑在距鏡面27.5米處為3.2米，用于對直徑3米以下的被測目標(biāo)在實驗室內(nèi)模擬測試空間太陽光照射下的可見光散射。
[0028]較佳的，所述可見光探測子系統(tǒng)采用可見光成像敏感器對被測目標(biāo)進(jìn)行成像。
[0029]較佳的，所述激光發(fā)射/接收子系統(tǒng)包括激光發(fā)射裝置、激光接收裝置、準(zhǔn)直反射鏡、電源及承載裝置，其中，
[0030]所述激光發(fā)射裝置和所述激光接收裝置安裝于所述承載裝置上，并與所述電源及采集控制系統(tǒng)連接；
[0031]所述激光發(fā)射裝置包含激光器和擴(kuò)束鏡，所述激光器用以發(fā)射激光，所述激光經(jīng)所述擴(kuò)束鏡擴(kuò)束后進(jìn)入所述準(zhǔn)直反射鏡，并被所述準(zhǔn)直反射鏡準(zhǔn)直后出射形成所述模擬空間遠(yuǎn)場激光；
[0032]所述準(zhǔn)直反射鏡的光軸與激光光路水平偏轉(zhuǎn)8°，將入射激光準(zhǔn)直后出射形成所述模擬空間遠(yuǎn)場激光，所述被測目標(biāo)設(shè)置在與所述準(zhǔn)直反射鏡鏡面27米處的光路上，所述模擬空間遠(yuǎn)場激光在所述被測目標(biāo)處的光斑均勻區(qū)直徑為3.2米，所述被測目標(biāo)的外包絡(luò)直徑小于3米；
[0033]所述激光接收裝置包含接收鏡頭和激光回波接收機(jī)，所述激光回波接收機(jī)通過所述接收鏡頭接收所述散射光，從而獲得激光信號數(shù)據(jù)，所述激光回波接收機(jī)還用以將所述激光信號數(shù)據(jù)發(fā)送至所述中央控制子系統(tǒng)。
[0034]較佳的，所述低反射/散射背景為黑色吸光布，設(shè)置為至少覆蓋所述太陽模擬器模擬空間太陽光和/或所述激光發(fā)射/接收子系統(tǒng)模擬空間遠(yuǎn)場激光照射所述被測目標(biāo)時直接照射到實驗室墻上所形成的照射光斑。
[0035]較佳的，所述中央控制子系統(tǒng)包括試驗數(shù)據(jù)庫、試驗控制管理模塊、數(shù)據(jù)采集處理模塊和監(jiān)視模塊，其中，
[0036]所述試驗數(shù)據(jù)庫用于存儲測試過程中產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)，包括所述可見光探測子系統(tǒng)采集到的圖像、激光發(fā)射/接收子系統(tǒng)接收到的激光信號數(shù)據(jù)以及處理之后得到的可見光散射特性和激光散射特性的數(shù)據(jù)；
[0037]所述試驗控制管理模塊由管理軟件和相應(yīng)的硬件平臺組成，用于控制測量設(shè)備自動化完成測試過程；
[0038]所述數(shù)據(jù)采集處理模塊包括采集設(shè)備和采集控制軟件，完成測量信號的采集、記錄、處理及結(jié)果的實時顯示，并對采集到的圖像和激光信號數(shù)據(jù)進(jìn)行二次編碼，疊加試驗記錄信息;
[0039]所述監(jiān)視模塊采用室內(nèi)球型攝像機(jī)，對試驗設(shè)備及其運(yùn)行過程進(jìn)行實時監(jiān)視，用于保護(hù)設(shè)備和異常數(shù)據(jù)的分析。
[0040]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0041]本發(fā)明解決了在實驗室條件下模擬測量空間不同陽光照射方位角和高低角條件下在不同觀測方位角和高低角被測目標(biāo)情況下的可見光散射特性問題，在實驗室條件下模擬空間被測目標(biāo)在不同激光照射方位角和高低角條件下被測目標(biāo)的激光散射特性問題，測試結(jié)果可以為空間在軌試驗任務(wù)規(guī)劃提供合理的建議，為可見光探測器與激光探測敏感器的研制提供可靠的依據(jù)。
【附圖說明】
[0042]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0043]圖1為本發(fā)明一種空間目標(biāo)可見光散射與激光散射動態(tài)特性一體化測試系統(tǒng)示意圖；
[0044]圖2為本發(fā)明一種空間目標(biāo)可見光散射與激光散射動態(tài)特性一體化測試系統(tǒng)測試軌道及基礎(chǔ)截面圖；
[0045]圖3為本發(fā)明一種空間目標(biāo)可見光散射與激光散射動態(tài)特性一體化測試系統(tǒng)姿態(tài)模擬子系統(tǒng)示意圖；
[0046]圖4為本發(fā)明一種空間目標(biāo)可見光散射與激光散射動態(tài)特性一體化測試系統(tǒng)太陽模擬器示意圖；
[0047]圖5為可選的一種空間目標(biāo)可見光散射與激光散射動態(tài)特性一體化測試系統(tǒng)激光發(fā)射/接收子系統(tǒng)不意圖；
[0048]圖6為本發(fā)明一種空間目標(biāo)可見光散射與激光散射動態(tài)特性一體化測試系統(tǒng)周視測試平臺示意圖；
[0049]圖7為本發(fā)明一種空間目標(biāo)可見光散射與激光散射動態(tài)特性一體化測試系統(tǒng)可見光成像采集系統(tǒng)示意圖；
[0050]圖8為本發(fā)明一種空間目標(biāo)可見光散射與激光散射動態(tài)特性一體化測試系統(tǒng)中央控制子系統(tǒng)組成圖。
[0051]圖中符號說明:1_測試軌道、2-周視測試平臺、3-姿態(tài)模擬子系統(tǒng)、4-太陽模擬器、5-激光發(fā)射/接收子系統(tǒng)、6-可見光探測子系統(tǒng)、7-中央控制子系統(tǒng)、8-低反射/散射背景、9-被測目標(biāo)、I O-準(zhǔn)直反射鏡、31-底座、32-下圓弧運(yùn)動機(jī)構(gòu)、33-回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、34-上圓弧運(yùn)動機(jī)構(gòu)、35-模型支撐桿、41-燈室、42-電源控制柜、51-激光發(fā)射裝置、52-激光接收裝置、53-電源及采集控制系統(tǒng)、54-承載裝置。
【具體實施方式】
[0052]參見示出本發(fā)明實施例的附圖，下文將更詳細(xì)地描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以以許多不同形式實現(xiàn)，并且不應(yīng)解釋為受在此提出之實施例的限制。相反，提出這些實施例是為了達(dá)成充分及完整公開，并且使本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員完全了解本發(fā)明的范圍。這些附圖中，為清楚起見，可能放大了層及區(qū)域的尺寸及相對尺寸。
[0053]應(yīng)理解，本發(fā)明的描述/圖示為單個單元的部分可存在于兩個或兩個以上的物理上獨立但合作實現(xiàn)所描述/圖示之功能的實體。此外，描述/圖示為兩個或兩個以上物理上獨立的部分可集成入一個單獨的物理上實體以進(jìn)行所描述/圖示的功能。
[0054]下面結(jié)合附圖以具體實施例的方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0055]如圖1所示的實施例中，一種空間目標(biāo)可見光散射與激光散射動態(tài)特性一體化測試系統(tǒng)，包括測試軌道1、周視測試平臺2、姿態(tài)模擬子系統(tǒng)3、太陽模擬器4、激光發(fā)射/接收子系統(tǒng)5、可見光探測子系統(tǒng)6、中央控制子系統(tǒng)7和低反射/散射背景8，其中:
[0056]所述測試軌道I采用立式圓弧板導(dǎo)軌，用于承載所述周視測試平臺2;
[0057]所述周視測試平臺2安裝在所述測試軌道I上，用于承載所述可見光探測子系統(tǒng)6，并由所述中央控制子系統(tǒng)7控制其沿所述測試軌道I移動；
[0058]所述姿態(tài)模擬子系統(tǒng)3安裝在所述測試軌道I的圓心位置，用于承載被測目標(biāo)9，并響應(yīng)所述中央控制子系統(tǒng)7的控制，調(diào)整所述太陽模擬器4照射在被測目標(biāo)9上的方位角和高低角，被測目標(biāo)9與激光發(fā)射/接收子系統(tǒng)5之間的相對方位角和高低角，被測目標(biāo)9相對于可見光探測子系統(tǒng)6的高低角變化；
[0059]所述低反射/散射背景8位于所述測試軌道I外側(cè)，所述太陽模擬器4安裝在與所述立式圓弧板導(dǎo)軌的圓心及所述測試軌道I的0°和180°的三點連線上，確保所述太陽模擬器4的光斑中心在所述被測目標(biāo)9的中心，所述低反射/散射背景8和太陽模擬器4相對設(shè)置于所述姿態(tài)模擬子系統(tǒng)3的兩側(cè)，用于在實驗室環(huán)境內(nèi)模擬空間陽光對所述被測目標(biāo)9的照射。本實施例中，所述太陽模擬器4安裝在與所述測試軌道I的圓心以及測試軌道I的0°和180°三點連線上。
[0060]所述激光發(fā)射/接收子系統(tǒng)5位于所述測試軌道I外側(cè)，且與所述太陽模擬器4共同位于所述姿態(tài)模擬子系統(tǒng)3的同一側(cè)，用于發(fā)射激光形成模擬空間遠(yuǎn)場激光對所述被測目標(biāo)9進(jìn)行激光照射和接收所述被測目標(biāo)9散射的散射光；
[0061]所述低反射/散射背景8用于降低測試過程中光源直接照射背景區(qū)域產(chǎn)生的反射/散射回波；
[0062]所述可見光探測子系統(tǒng)6安裝在所述周視測試平臺2上，用于響應(yīng)可見光對被測目標(biāo)9進(jìn)行成像，并響應(yīng)所述中央控制子系統(tǒng)7的控制，通過所述周視測試平臺2的移動來調(diào)整其與所述被測目標(biāo)9間的方位變化，且可通過光學(xué)定標(biāo)和處理軟件進(jìn)行被測目標(biāo)9可見光散射動態(tài)特性的測試；
[0063]所述中央控制子系統(tǒng)7安裝在測試系統(tǒng)所在實驗室不被所述太陽模擬器4照射的位置，用于控制所述周視測試平臺2、可見光探測子系統(tǒng)6、姿態(tài)模擬子系統(tǒng)3、太陽模擬器4和激光發(fā)射/接收子系統(tǒng)5，通過所述可見光探測子系統(tǒng)6采集不同的觀測方位角與高低角變化及不同的太陽照射方位角與高低角變化下的圖像，并對采集到的圖像以及激光發(fā)射/接收子系統(tǒng)5接收到的激光信號數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得到所述被測目標(biāo)9的可見光散射與激光散射動態(tài)特性，將分析結(jié)果存儲到數(shù)據(jù)服務(wù)器并輸出。
[0064]針對所述太陽模擬器4模擬的太陽光，所述中央控制子系統(tǒng)7對所述可見光探測子系統(tǒng)6采集到的圖像進(jìn)行處理，進(jìn)而最終獲得不同的觀測方位角與高低角變化及不同的太陽照射方位角與高低角變化下的所述被測目標(biāo)9的可見光散射特性。具體的，所述測試軌道
1、所述周視測試平臺2、所述姿態(tài)模擬子系統(tǒng)3、所述太陽模擬器4、所述可見光探測子系統(tǒng)
6、所述中央控制子系統(tǒng)7和所述低反射/散射背景8組合在一起，用以模擬空間被測目標(biāo)9在模擬空間內(nèi)不同太陽照射方位角和高低角條件下，所述可見光探測子系統(tǒng)6在不同方位角和高低角觀測所述被測目標(biāo)9的可見光散射特性，其中，所述可見光探測子系統(tǒng)6采集被測目標(biāo)9不同狀態(tài)下的圖像，由所述中央控制子系統(tǒng)7進(jìn)行處理，獲得不同情況下被測目標(biāo)9的可見光散射特性。
[0065]針對所述激光發(fā)射/接收子系統(tǒng)5發(fā)射的激光，所述中央控制子系統(tǒng)7對所述激光發(fā)射/接收子系統(tǒng)5收到的激光信號數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)而最終獲得不同的方位角與高低角變化下的所述被測目標(biāo)9的激光散射特性。具體的，所述姿態(tài)模擬子系統(tǒng)3、所述激光發(fā)射/接收子系統(tǒng)5、所述中央控制子系統(tǒng)7和所述低反射/散射背景8組合在一起，用以模擬空間被測目標(biāo)9在模擬空間內(nèi)不同激光照射方位角和高低角條件下，激光發(fā)射/接收子系統(tǒng)5(對應(yīng)于空間在軌應(yīng)用中的激光探測平臺)在不同方位角和高低角觀測得到所述被測目標(biāo)9的激光散射特性，所述激光發(fā)射/接收子系統(tǒng)5采集被測目標(biāo)9不同狀態(tài)下的激光信號數(shù)據(jù)，由所述中央控制子系統(tǒng)7進(jìn)行處理，獲得不同情況下被測目標(biāo)9的激光散射特性。
[0066]圖2為測試軌道及基礎(chǔ)截面圖，測試軌道I采用立式圓弧板導(dǎo)軌形式，軌道直徑21米，軌道范圍大于180°。通過所述中央控制子系統(tǒng)7的控制，所述測試軌道1、周視測試平臺
2、可見光探測子系統(tǒng)6三者組合成可見光探測平臺，并模擬所述可見光探測平臺對被測目標(biāo)9的觀測方位的變化。導(dǎo)軌上平面為所述周視測試平臺2提供行走面，其余各面為所述周視測試平臺2提供導(dǎo)向面，軌道上有大直徑外齒，用于驅(qū)動所述周視測試平臺2沿軌道行走。導(dǎo)軌置于槽形基礎(chǔ)中，溝槽尺寸約:寬650mm，深700mm。當(dāng)所述周視測試平臺2不運(yùn)行時，可用蓋板將軌道基礎(chǔ)槽覆蓋，恢復(fù)試驗室地面平整，也可保證軌道基礎(chǔ)槽內(nèi)部清潔及軌道安全。立式圓弧板導(dǎo)軌和焊接在預(yù)埋板上的調(diào)節(jié)墊塊通過螺栓連接。
[0067]圖3所示姿態(tài)模擬子系統(tǒng)3包括底座31、下圓弧運(yùn)動機(jī)構(gòu)32、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)33、上圓弧運(yùn)動機(jī)構(gòu)34及模型支撐桿35，其中，
[0068]所述下圓弧運(yùn)動機(jī)構(gòu)32設(shè)置于所述底座31上，用于使得所述被測目標(biāo)9繞其質(zhì)心做俯仰旋轉(zhuǎn)，與所述可見光探測子系統(tǒng)6配合，模擬空間探測平臺對被測目標(biāo)9的觀測高低角變化。所述回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)33設(shè)置于所述下圓弧運(yùn)動機(jī)構(gòu)32上，用于使得所述被測目標(biāo)9繞其質(zhì)心做方位旋轉(zhuǎn);所述上圓弧運(yùn)動機(jī)構(gòu)34設(shè)置于所述回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)33上，用于使得所述被測目標(biāo)9繞其質(zhì)心做俯仰旋轉(zhuǎn)，所述回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)33和上圓弧運(yùn)動機(jī)構(gòu)34與所述太陽模擬器4配合，模擬空間太陽對被測目標(biāo)9的照射方位角和高低角變化，而與所述激光發(fā)射/接收子系統(tǒng)5配合，模擬空間激光對被測目標(biāo)9的照射方位角和高低角變化。才外，所述模型支撐桿35設(shè)于所述上圓弧運(yùn)動機(jī)構(gòu)34上，所述被測目標(biāo)9設(shè)于所述模型支撐桿35上。
[0069]圖4所示太陽模擬器4包括燈室41、電源控制柜42和準(zhǔn)直反射鏡10三大部分，所述燈室41內(nèi)安裝了氙燈、橢球聚光鏡、平面反射鏡、光學(xué)積分器、電源觸發(fā)器以及散熱系統(tǒng)。所述準(zhǔn)直反射鏡10直徑I米，焦距為5米，鏡面與光中心軸線水平偏轉(zhuǎn)8度，將入射光線準(zhǔn)直后出射模擬陽光，光斑均勻區(qū)直徑在距鏡面27.5米處為3.2米，用于對直徑3米以下的被測目標(biāo)9在實驗室內(nèi)模擬測試空間陽光照射下的光學(xué)散射。
[0070]圖6所示周視測試平臺2安裝在直徑為21m的半圓形測試軌道I上，所述中央控制子系統(tǒng)7控制所述周視測試平臺2在半圓形導(dǎo)軌上運(yùn)動，可以在0°至180°的角度范圍內(nèi)運(yùn)動(除去被太陽模擬器4照射的位置)。所述周視測試平臺2上有升降、方位和俯仰機(jī)構(gòu)，所述升降、方位和俯仰機(jī)構(gòu)集成于一云臺上，所述云臺上承載所述可見光探測子系統(tǒng)6，通過所述中央控制子系統(tǒng)7控制所述可見光探測子系統(tǒng)6對準(zhǔn)被測目標(biāo)9質(zhì)心所在位置。
[0071]圖5所示激光發(fā)射/接收子系統(tǒng)5包括激光發(fā)射裝置51、激光接收裝置52、準(zhǔn)直反射鏡10、電源和采集控制系統(tǒng)53及承載裝置54。所述激光發(fā)射裝置51和激光接收裝置52安裝于所述承載裝置54上，并與所述電源和采集控制系統(tǒng)53連接。所述激光發(fā)射裝置51包含激光器和擴(kuò)束鏡，激光器用以發(fā)射激光，經(jīng)擴(kuò)束鏡擴(kuò)束進(jìn)入準(zhǔn)直反射鏡，被準(zhǔn)直反射鏡準(zhǔn)直后出射形成模擬空間遠(yuǎn)場激光。所述激光接收裝置52包含接收鏡頭和激光回波接收機(jī)，所述激光回波接收機(jī)通過所述接收鏡頭接收激光散射光，從而獲得激光信號數(shù)據(jù)，所述激光回波接收機(jī)還用以將激光信號數(shù)據(jù)發(fā)送至所述中央控制子系統(tǒng)7。
[0072]所述激光發(fā)射/接收子系統(tǒng)5與所述太陽模擬器4共用所述準(zhǔn)直反射鏡10，所述準(zhǔn)直反射鏡10的光軸與激光光路水平偏轉(zhuǎn)8°，把入射激光準(zhǔn)直后出射形成模擬空間遠(yuǎn)場激光，所述被測目標(biāo)9設(shè)置在準(zhǔn)直反射鏡鏡面27米處的光路上，模擬空間遠(yuǎn)場激光在被測目標(biāo)9處的光斑均勻區(qū)直徑為3.2米，被測目標(biāo)9的外包絡(luò)直徑小于3米。通過光學(xué)定標(biāo)和所述中央控制子系統(tǒng)7中的處理軟件進(jìn)行處理，獲得被測目標(biāo)9在不同激光照射角和不同觀測角度下的激光散射特性。(要求所述測試目標(biāo)9的外包絡(luò)不超過照射光源在立式圓弧板導(dǎo)軌圓心處的光斑范圍，即可以對不同空間在軌試驗任務(wù)的被測目標(biāo)9的可見光散射特性與激光散射特性數(shù)據(jù)。)
[0073]圖7所示可見光探測子系統(tǒng)6采用可見光成像敏感器，用于對被測目標(biāo)9進(jìn)行成像，通過光學(xué)定標(biāo)和所述中央控制子系統(tǒng)7中的處理軟件進(jìn)行處理，獲得被測目標(biāo)9在不同太陽光照射角和不同觀測角度下的可見光散射特性。
[0074]圖8所示中央管理控制系統(tǒng)7由試驗數(shù)據(jù)庫、試驗控制管理模塊、數(shù)據(jù)采集處理模塊和監(jiān)視模塊組成，其中所述試驗數(shù)據(jù)庫用于存儲過程產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)，其中包括設(shè)備庫、材料庫、目標(biāo)庫、模型庫等，可完成數(shù)據(jù)庫的錄入、瀏覽、刪除、關(guān)聯(lián)等;具體包括所述可見光探測子系統(tǒng)采集到的圖像、激光發(fā)射/接收子系統(tǒng)接收到的激光信號以及處理之后得到的可見光散射特性和激光散射特性的數(shù)據(jù)，所述試驗控制管理模塊由管理軟件和相應(yīng)的硬件平臺組成，控制測量設(shè)備自動化完成測試過程;所述數(shù)據(jù)采集處理模塊包括采集設(shè)備和采集控制軟件，完成測量信號的采集、記錄、處理及結(jié)果的實時顯示，并對采集到的圖像和激光信號數(shù)據(jù)進(jìn)行二次編碼，疊加試驗記錄信息;所述監(jiān)視模塊采用室內(nèi)球型攝像機(jī)，對試驗設(shè)備及其運(yùn)行過程進(jìn)行實時監(jiān)視，用于保護(hù)設(shè)備和異常數(shù)據(jù)的分析。數(shù)據(jù)采集處理模塊還可以進(jìn)行異常數(shù)據(jù)的分析。
[0075]所述低反射/散射背景8由通過測試與比較選擇的雙層吸光黑布制成，布置區(qū)域覆蓋照射光源直接照射到實驗室墻上形成的照射光斑，至少覆蓋所述太陽模擬器模擬空間太陽光和/或所述激光發(fā)射/接收子系統(tǒng)模擬空間遠(yuǎn)場激光照射時直接照射到實驗室墻上所形成的照射光斑。
[0076]本發(fā)明解決了在實驗室條件下模擬測量空間不同太陽照射方位角和高低角條件下在不同觀測方位角和高低角被測目標(biāo)情況下的可見光散射特性問題，測試結(jié)果可以為可見光探測敏感器的研制提供依據(jù);模擬測量空間不同激光照射方位角和高低角條件下在不同觀測方位角和高低角被測目標(biāo)情況下的激光散射特性問題，測試結(jié)果可以為激光探測敏感器的研制提供可靠的依據(jù)。
[0077]對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。此夕卜，顯然“包括”一詞不排除其他單元或步驟，單數(shù)不排除復(fù)數(shù)。系統(tǒng)權(quán)利要求中陳述的多個單元或裝置也可以由一個單元或裝置通過軟件或者硬件來實現(xiàn)。
[0078]以上對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。
【主權(quán)項】
1.空間目標(biāo)可見光散射與激光散射動態(tài)特性一體化測試系統(tǒng)，其特征在于，包括測試軌道、周視測試平臺、姿態(tài)模擬子系統(tǒng)、太陽模擬器、激光發(fā)射/接收子系統(tǒng)、可見光探測子系統(tǒng)、中央控制子系統(tǒng)和低反射/散射背景，其中， 所述測試軌道采用立式圓弧板導(dǎo)軌； 所述周視測試平臺安裝在所述測試軌道上，并由所述中央控制子系統(tǒng)控制其沿所述測試軌道移動； 所述可見光探測子系統(tǒng)安裝在所述周視測試平臺上，用于響應(yīng)可見光對被測目標(biāo)進(jìn)行成像，并響應(yīng)所述中央控制子系統(tǒng)的控制，通過所述周視測試平臺的移動來調(diào)整其與所述被測目標(biāo)間的方位變化； 所述姿態(tài)模擬子系統(tǒng)安裝在所述立式圓弧板導(dǎo)軌的圓心位置，用于承載被測目標(biāo)，并響應(yīng)所述中央控制子系統(tǒng)的控制，調(diào)整所述太陽模擬器照射在被測目標(biāo)上的方位角和高低角，被測目標(biāo)與激光發(fā)射/接收子系統(tǒng)之間的相對方位角和高低角，被測目標(biāo)相對于可見光探測子系統(tǒng)的高低角變化； 所述低反射/散射背景位于所述測試軌道外側(cè)，所述太陽模擬器安裝在與所述立式圓弧板導(dǎo)軌的圓心及所述測試軌道的0°和180°的三點連線上，確保所述太陽模擬器的光斑中心在所述被測目標(biāo)的中心，所述低反射/散射背景和太陽模擬器相對設(shè)置于所述姿態(tài)模擬子系統(tǒng)的兩側(cè)，所述太陽模擬器用于在實驗室環(huán)境內(nèi)模擬空間太陽光對所述被測目標(biāo)的照射;所述低反射/散射背景用于降低測試過程中光源直接照射背景區(qū)域產(chǎn)生的反射/散射回波； 所述激光發(fā)射/接收子系統(tǒng)位于所述測試軌道外側(cè)，且與所述太陽模擬器共同位于所述姿態(tài)模擬子系統(tǒng)的同一側(cè)，用于發(fā)射激光形成模擬空間遠(yuǎn)場激光對所述被測目標(biāo)進(jìn)行激光照射和接收所述被測目標(biāo)散射的散射光； 所述中央控制子系統(tǒng)安裝在測試系統(tǒng)所在實驗室不被所述太陽模擬器照射的位置，用于控制所述周視測試平臺、可見光探測子系統(tǒng)、姿態(tài)模擬子系統(tǒng)、太陽模擬器和激光發(fā)射/接收子系統(tǒng)，通過所述可見光探測子系統(tǒng)采集不同的觀測方位角與高低角變化及不同的太陽照射方位角與高低角變化下的圖像，并對采集到的圖像以及激光發(fā)射/接收子系統(tǒng)接收到的激光信號數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得到所述被測目標(biāo)的可見光散射與激光散射動態(tài)特性，將分析結(jié)果存儲到數(shù)據(jù)服務(wù)器并輸出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間目標(biāo)可見光散射與激光散射動態(tài)特性一體化測試系統(tǒng)，其特征在于， 針對所述太陽模擬器模擬的太陽光，所述中央控制子系統(tǒng)對所述可見光探測子系統(tǒng)采集到的圖像進(jìn)行處理，進(jìn)而最終獲得不同的觀測方位角與高低角變化及不同的太陽照射方位角與高低角變化下的所述被測目標(biāo)的可見光散射特性。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間目標(biāo)可見光散射與激光散射動態(tài)特性一體化測試系統(tǒng)，其特征在于， 針對所述激光發(fā)射/接收子系統(tǒng)發(fā)射的激光，所述中央控制子系統(tǒng)對所述激光發(fā)射/接收子系統(tǒng)收到的激光信號數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)而最終獲得不同的方位角與高低角變化下的所述被測目標(biāo)的激光散射特性。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間目標(biāo)可見光散射與激光散射動態(tài)特性一體化測試系統(tǒng)，其特征在于，所述測試軌道的軌道直徑為21米，軌道角度范圍大于180°。5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的空間目標(biāo)可見光散射與激光散射動態(tài)特性一體化測試系統(tǒng)，其特征在于，所述周視測試平臺安裝在直徑為21米的所述立式圓弧板導(dǎo)軌上，所述中央控制子系統(tǒng)控制所述周視測試平臺在所述立式圓弧板導(dǎo)軌上的0°?180°角度范圍內(nèi)運(yùn)動； 所述周視測試平臺上設(shè)置有升降、方位和俯仰機(jī)構(gòu)，所述升降、方位和俯仰機(jī)構(gòu)集成于一云臺上，所述云臺上承載所述可見光探測子系統(tǒng)，所述中央控制子系統(tǒng)用以通過控制所述周視測試平臺上的升降、方位和俯仰機(jī)構(gòu)使得所述可見光探測子系統(tǒng)對準(zhǔn)被測目標(biāo)質(zhì)心所在位置。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的空間目標(biāo)可見光散射與激光散射動態(tài)特性一體化測試系統(tǒng)，其特征在于，所述姿態(tài)模擬子系統(tǒng)包括底座、下圓弧運(yùn)動機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、上圓弧運(yùn)動機(jī)構(gòu)及模型支撐桿，其中， 所述下圓弧運(yùn)動機(jī)構(gòu)設(shè)置于所述底座上，用于使得所述被測目標(biāo)繞其質(zhì)心做俯仰旋轉(zhuǎn)； 所述回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)置于所述下圓弧運(yùn)動機(jī)構(gòu)上，用于使得所述被測目標(biāo)繞其質(zhì)心做方位旋轉(zhuǎn)； 所述上圓弧運(yùn)動機(jī)構(gòu)設(shè)置于所述回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，用于使得所述被測目標(biāo)繞其質(zhì)心做俯仰旋轉(zhuǎn)； 所述模型支撐桿設(shè)于所述上圓弧運(yùn)動機(jī)構(gòu)上，所述被測目標(biāo)設(shè)于所述模型支撐桿上。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間目標(biāo)可見光散射與激光散射動態(tài)特性一體化測試系統(tǒng)，其特征在于，所述太陽模擬器包括準(zhǔn)直反射鏡，其中， 所述準(zhǔn)直反射鏡直徑為I米，焦距為5米，所述準(zhǔn)直反射鏡的鏡面與光中心軸線水平偏轉(zhuǎn)8°，將入射光線準(zhǔn)直后出射模擬太陽光，光斑均勻區(qū)直徑在距鏡面27.5米處為3.2米，用于對直徑3米以下的被測目標(biāo)在實驗室內(nèi)模擬測試空間太陽光照射下的可見光散射。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間目標(biāo)可見光散射與激光散射動態(tài)特性一體化測試系統(tǒng)，其特征在于，所述可見光探測子系統(tǒng)采用可見光成像敏感器對被測目標(biāo)進(jìn)行成像。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間目標(biāo)可見光散射與激光散射動態(tài)特性一體化測試系統(tǒng)，其特征在于，所述激光發(fā)射/接收子系統(tǒng)包括激光發(fā)射裝置、激光接收裝置、準(zhǔn)直反射鏡、電源及承載裝置，其中， 所述激光發(fā)射裝置和所述激光接收裝置安裝于所述承載裝置上，并與所述電源及采集控制系統(tǒng)連接； 所述激光發(fā)射裝置包含激光器和擴(kuò)束鏡，所述激光器用以發(fā)射激光，所述激光經(jīng)所述擴(kuò)束鏡擴(kuò)束后進(jìn)入所述準(zhǔn)直反射鏡，并被所述準(zhǔn)直反射鏡準(zhǔn)直后出射形成所述模擬空間遠(yuǎn)場激光； 所述準(zhǔn)直反射鏡的光軸與激光光路水平偏轉(zhuǎn)8°，將入射激光準(zhǔn)直后出射形成所述模擬空間遠(yuǎn)場激光，所述被測目標(biāo)設(shè)置在與所述準(zhǔn)直反射鏡鏡面27.5米處的光路上，所述模擬空間遠(yuǎn)場激光在所述被測目標(biāo)處的光斑均勻區(qū)直徑為3.2米，所述被測目標(biāo)的外包絡(luò)直徑小于3米； 所述激光接收裝置包含接收鏡頭和激光回波接收機(jī)，所述激光回波接收機(jī)通過所述接收鏡頭接收所述散射光，從而獲得激光信號數(shù)據(jù)，所述激光回波接收機(jī)還用以將所述激光信號數(shù)據(jù)發(fā)送至所述中央控制子系統(tǒng)。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間目標(biāo)可見光散射與激光散射動態(tài)特性一體化測試系統(tǒng)，其特征在于，所述低反射/散射背景為黑色吸光布，設(shè)置為至少覆蓋所述太陽模擬器模擬空間太陽光和/或所述激光發(fā)射/接收子系統(tǒng)模擬空間遠(yuǎn)場激光照射所述被測目標(biāo)時直接照射到實驗室墻上所形成的照射光斑。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間目標(biāo)可見光散射與激光散射動態(tài)特性一體化測試系統(tǒng)，其特征在于，所述中央控制子系統(tǒng)包括試驗數(shù)據(jù)庫、試驗控制管理模塊、數(shù)據(jù)采集處理模塊和監(jiān)視模塊，其中， 所述試驗數(shù)據(jù)庫用于存儲測試過程中產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)，包括所述可見光探測子系統(tǒng)采集到的圖像、激光發(fā)射/接收子系統(tǒng)接收到的激光信號數(shù)據(jù)以及處理之后得到的可見光散射特性和激光散射特性的數(shù)據(jù)； 所述試驗控制管理模塊由管理軟件和相應(yīng)的硬件平臺組成，用于控制測量設(shè)備自動化完成測試過程； 所述數(shù)據(jù)采集處理模塊包括采集設(shè)備和采集控制軟件，完成測量信號的采集、記錄、處理及結(jié)果的實時顯示，并對采集到的圖像和激光信號數(shù)據(jù)進(jìn)行二次編碼，疊加試驗記錄信息; 所述監(jiān)視模塊采用室內(nèi)球型攝像機(jī)，對試驗設(shè)備及其運(yùn)行過程進(jìn)行實時監(jiān)視，用于保護(hù)設(shè)備和異常數(shù)據(jù)的分析。
【文檔編號】G01S7/497GK106054160SQ201610498217
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月30日
【發(fā)明人】魏祥泉, 黃建明, 肖余之, 顏根廷, 蘇必達(dá), 范小禮, 姚建, 王盈, 陳鳳, 劉艷, 閆海江
【申請人】上海宇航系統(tǒng)工程研究所