專利名稱：航天光學遙感器實時調整偏流閉環(huán)仿真測試系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明屬于工業(yè)自動化領域，涉及對光學遙感器實時調整偏流系統(tǒng)的仿真檢測系 統(tǒng)及檢測方法。
背景技術：
航天光學遙感器是航天飛行器有效載荷系統(tǒng)的核心設備，根據(jù)地面遙控指揮中心 向航天光學遙感器發(fā)布命令和參數(shù)，控制光學成像系統(tǒng)完成對地面景物的攝像任務。光學 成像系統(tǒng)質量的好壞直接影響光學遙感器獲取圖像的效果。光學遙感器在軌攝像期間，由 于高速運行、姿態(tài)機動、成像目標隨地球自轉等因素，使得光學遙感器的運動方向和相機實 際成像方向并不相同，兩者之間的夾角即為偏流角。偏流角會導致相機在成像過程中產生 圖像像移，成像扭曲，影響相機的成像質量。為了提高遙感圖像的質量，需要對偏流角通過適當?shù)难a償技術進行修正，使得實 時調偏流功能成為高性能航天光學遙感器不可缺少的重要組成部分。航天光學遙感器通過 實時接收飛行器的姿態(tài)信息，根據(jù)自定的策略實時計算出當前需要調整的機構參數(shù)，進而 控制調偏流機構進行實時的補償，以便不影響成像質量的效果。航天光學遙感器調偏流功能的地面檢測，通常采用相對運動的辦法，使用動態(tài)目 標輸入加人工測量完成。但隨著航天領域的不斷發(fā)展，開發(fā)周期的不斷縮短，對檢測儀器在 功能上和時效性上的要求不斷提高。以前那些繁瑣的測試方法已不能滿足要求。開發(fā)操作 簡單、功能強大、測試速度快、具有長時間檢測、監(jiān)測和事后分析能力的專用航天測試儀器 已成為必然的趨勢。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種航天光學遙感器實時調整偏流閉環(huán)仿真測試系統(tǒng)及方 法，該系統(tǒng)能夠模擬光學遙感器飛行載體有偏航角的拍攝條件，實現(xiàn)閉環(huán)、實時、連續(xù)的調 偏流功能的測試，有利于驗證航天光學遙感器調偏流策略正確性和偏流機構實際運行的可靠性。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下航天光學遙感器實時調整偏流閉環(huán)仿真測試系統(tǒng)，包括目標模擬器、目標模擬器遠程控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)、平行光管、光學遙感器仿星系統(tǒng)和圖像快視系統(tǒng)，所述目標 模擬器與目標模擬器遠程控制系統(tǒng)連接，用于實時產生光學遙感器需要的偏流測試目標； 所述目標模擬器遠程控制系統(tǒng)分別與網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)、光學遙感器仿星系統(tǒng)連接，用于發(fā)出 控制命令給目標模擬器，以及實時接收目標模擬器反饋回來的偏流電機即時角度信息，通 過以太網(wǎng)以TCP/IP協(xié)議方式傳送給光學遙感器仿星系統(tǒng)和網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)；所述網(wǎng)絡存儲 系統(tǒng)分別與光學遙感器仿星系統(tǒng)、圖像快視系統(tǒng)連接，用于集中存儲測試系統(tǒng)產生的數(shù)據(jù) 與圖像，以供后期數(shù)據(jù)的判讀和分析；所述平行光管分別與目標模擬器、光學遙感器連接， 用于將目標模擬器發(fā)出的目標光線轉換為平行光線入射到光學遙感器成像；光學遙感器仿星系統(tǒng)與光學遙感器連接，用于完成對光學遙感器的拍攝命令控制及飛行器模擬姿態(tài)參數(shù)的廣播；圖像快視系統(tǒng)與光學遙感器連接，用于接收光學遙感器拍攝下行的圖像，實現(xiàn)顯示 并轉發(fā)給網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)進行存儲。航天光學遙感器實時調整偏流閉環(huán)仿真測試方法，包括如下步驟a、測試環(huán)境準備將目標模擬器、目標模擬器遠程控制系統(tǒng)、光學遙感器仿星系 統(tǒng)、圖像快視系統(tǒng)和航天光學遙感器進行有效的連接，通電后開始工作；調整目標模擬器、 平行光管、光學遙感器CCD焦平面三者相對位置，使目標模擬器的目標光軸調整后通過平 行光管的焦點，經(jīng)平行光管作用后變?yōu)槠叫泄馊肷溥M光學遙感器；b、目標模擬器的運動參數(shù)設置及機構調整在目標模擬器遠程控制系統(tǒng)上設置目 標模擬器的目標旋轉速度和目標偏轉速度，通過數(shù)據(jù)總線將參數(shù)值送給目標模擬器；目標 模擬器收到參數(shù)和命令后，按給定運動參數(shù)控制旋轉和偏轉電機轉動，進而帶動內部的條 紋靶標圍繞中心開始周期運動，運動目標通過光譜濾光片作用后以某種譜段的光線發(fā)射；C、目標偏流角值的獲得目標模擬器遠程控制系統(tǒng)實時接收目標模擬器反饋來的 偏流角參數(shù)，通過以太網(wǎng)絡轉發(fā)給光學遙感器仿星系統(tǒng)使用，同時存儲到網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)完 成存儲；d、光學遙感器仿星系統(tǒng)的控制與信息傳遞光學遙感器仿星系統(tǒng)仿真飛行器的功 能，控制光學遙感器的工作模式，使光學遙感器完成拍攝、調焦、調偏流操作；同時模擬飛行 器的姿態(tài)信息并周期性廣播給光學遙感器，完成對飛行器經(jīng)度、緯度、速度、偏航角和高度 等姿態(tài)信息的通知；光學遙感器周期性地將自身的狀態(tài)、信息反饋給光學遙感器仿星系統(tǒng)， 仿星系統(tǒng)接收到目標模擬器遠程控制系統(tǒng)的目標偏流信息后，通過線性變換，將目標的偏 流角信息反演為飛行器運行的偏航角信息，周期性的廣播給光學遙感器；e、狀態(tài)、數(shù)據(jù)和參數(shù)的實時存儲光學遙感器仿星系統(tǒng)及光學遙感器傳輸所產生 的所有控制命令、廣播消息、工程數(shù)據(jù)和各種反饋信息被送至網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)完成存儲；f、光學遙感器偏流機構的調整當光學遙感器收到仿星系統(tǒng)的飛行器姿態(tài)參數(shù) 后，通過偏航角大小計算出自身偏流機構調整值，控制偏流機構運動，實時補償目標偏流的 影響；在偏流機構調整的同時，光學遙感器控制成像電路對目標實時拍攝，通過高速總線將 圖像下傳至圖像快視系統(tǒng)；g、圖像的判讀圖像快視系統(tǒng)實時接收光學遙感器下傳的圖像，并送至網(wǎng)絡存儲 系統(tǒng)存儲，通過比對網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)中偏流調整前后的圖像變化判斷調偏流的效果，判定光 學遙感器實時調整偏流機構的實時性、目標清晰度、傳遞函數(shù)和目標條紋傾斜等性能；h、重復步驟b g，設置不同的目標運動參數(shù)，構成對光學遙感器偏流調整機構和 相關控制系統(tǒng)的動態(tài)閉環(huán)連續(xù)測試。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明針對航天光學遙感器實時調偏流功能測試問題，結 合目標模擬器、目標模擬器遠程控制系統(tǒng)、光學遙感器仿星系統(tǒng)、網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)、圖像快視 系統(tǒng)等五個系統(tǒng)，模擬光學遙感器飛行載體有偏航角的拍攝條件，實現(xiàn)了閉環(huán)、實時、連續(xù) 的調偏流功能測試，有利于驗證航天光學遙感器調偏流策略正確性和偏流機構實際運行的
可靠性。


圖1是本發(fā)明航天光學遙感器實時調整偏流閉環(huán)仿真測試系統(tǒng)框圖。圖中1、目標模擬器，2、目標模擬器遠程控制系統(tǒng)，3、網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)，4、平行光管， 5、光學遙感器仿星系統(tǒng)，6、圖像快視系統(tǒng)，7、RS-422總線，8、動態(tài)目標模擬器出射的目標光 線，9、局域以太網(wǎng)，10、經(jīng)平行光管作用的目標平行光線，11、1553B總線，12、光纖鏈路，13、 光學遙感器。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細地說明。 如圖1所示，本發(fā)明應用運動目標模擬系統(tǒng)(簡稱目標模擬器1)、目標模擬器遠程 控制系統(tǒng)2、網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)3、平行光管4、光學遙感器仿星系統(tǒng)5、圖像快視系統(tǒng)6構成航天 光學遙感器實時調整偏流閉環(huán)仿真測試系統(tǒng)，這些系統(tǒng)和設備，分別通過光學和電子學鏈 路連接到航天光學遙感器的入射光路、控制電路和成像電路上。應用這些系統(tǒng)，檢驗航天光 學遙感器在有偏流角漂移和姿態(tài)變化時處理策略的正確性、控制系統(tǒng)響應的實時性和偏流 機構調整的可靠性。目標模擬器1由測試靶標、運動機構、控制電機、微處理器dspic30f6014A、絕對式 編碼器RE2-37以及RS-422串行通信口組成，用于實時產生光學遙感器需要的偏流測試目 標。目標模擬器遠程控制系統(tǒng)2采用工控計算機加串口通信卡(如MOXA卡)構成，采 用RS-422總線與目標模擬器進行通信，一方面發(fā)出控制命令，如設置目標像移方向、偏流 方向的電機轉速，另一方面實時接收目標模擬器反饋回來的偏流電機即時角度信息，通過 以太網(wǎng)以TCP/IP協(xié)議方式傳送給光學遙感器仿星系統(tǒng)5和網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)3。網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)3集中存儲測試系統(tǒng)產生的數(shù)據(jù)與圖像，以供后期數(shù)據(jù)的判讀和分析。平行光管4根據(jù)測試的光學遙感器焦距長度選擇合適長度的平行光管，一般光管 長度應在被測光學遙感器焦距長度的3 5倍以上。光學遙感器仿星系統(tǒng)5采用工控計算機實現(xiàn)，與光學遙感器13之間采用1553B總 線協(xié)議通信，仿星系統(tǒng)計算機上安插一塊DDC公司的1553B通信板卡，設置該板卡工作模式 為總線控制器模式(BC模式)，完成對光學遙感器13的拍攝命令控制及飛行器模擬姿態(tài)參 數(shù)的廣播。圖像快視系統(tǒng)6采用高性能的計算機加高速采集卡完成，以光纖方式接收光學遙 感器拍攝下行的圖像，實現(xiàn)顯示并轉發(fā)給網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)3存儲。航天光學遙感器13為被測試對象。上述航天光學遙感器實時調整偏流閉環(huán)仿真測試系統(tǒng)的測試過程為a.閉環(huán)連續(xù)測試航天光學遙感器偏流角的測試環(huán)境準備目標模擬器1、目標模 擬器遠程控制系統(tǒng)2、光學遙感器仿星控制系統(tǒng)5、圖像快視系統(tǒng)6和航天光學遙感器13進 行有效的連接，通電后開始工作。調整目標模擬器1、平行光管4、光學遙感器C⑶焦平面三 者相對位置，使得目標模擬器1的目標光軸調整后通過平行光管4的焦點，經(jīng)平行光管4作 用后變?yōu)榻茻o窮遠的平行光入射進光學遙感器13。b.目標模擬器1的運動參數(shù)設置及機構調整在目標模擬器遠程控制系統(tǒng)2上設置目標模擬器1的目標旋轉速度以模擬相對空間飛行器的地面像移，并設置目標偏轉速度 以模擬飛行器偏航的變化，通過RS422總線將參數(shù)值送給目標模擬器1。目標模擬器1收到 參數(shù)和命令后，按給定運動參數(shù)控制旋轉和偏轉電機轉動，進而帶動內部的條紋靶標圍繞 中心開始周期運動，運動目標通過光譜濾光片作用后以某種譜段的光線發(fā)射。c.目標偏流角值的獲得目標模擬器遠程控制系統(tǒng)2實時接收目標模擬器2反饋 來的偏流角參數(shù)，通過以太網(wǎng)絡轉發(fā)給光學遙感器仿星控制系統(tǒng)5使用，同時存儲到網(wǎng)絡 存儲系統(tǒng)3完成存儲。d.仿星系統(tǒng)5的控制與信息傳遞仿星系統(tǒng)5通過1553B總線控制光學遙感器13 的工作模式，使得光學遙感器13完成拍攝、調焦、調偏流操作。同時仿星系統(tǒng)5模擬飛行器 的姿態(tài)信息并周期性廣播給光學遙感器13，完成對飛行器經(jīng)度、緯度、速度、偏航角和高度 等姿態(tài)信息的通知。光學遙感器13也周期性地將自身的狀態(tài)、信息(含偏流機構的當前 位置)反饋給仿星系統(tǒng)5。仿星系統(tǒng)5接收到目標模擬器遠程控制系統(tǒng)2的目標偏流信息 后，通過線性變換，將目標的偏流角信息反演為飛行器運行的偏航角信息，周期性的廣播給 光學遙感器13。e.狀態(tài)、數(shù)據(jù)和參數(shù)的實時存儲飛行器及光學遙感器傳輸所產生的所有控制命 令、廣播消息、工程數(shù)據(jù)和各種反饋信息被送至網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)3完成存儲。f.光學遙感器偏流機構調整當光學遙感器13收到仿星系統(tǒng)5的飛行器姿態(tài)參 數(shù)后，通過偏航角大小計算出偏流機構調整值，控制偏流機構運動，實時補償目標偏流的影 響。在偏流機構調整的同時，光學遙感器13控制成像電路對目標實時拍攝，通過光纖將圖 像下傳至圖像快視系統(tǒng)6。g.圖像的判讀圖像快視系統(tǒng)6實時接收光學遙感器13下傳的圖像，并送至網(wǎng)絡 存儲系統(tǒng)3存儲。通過比對網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)3中偏流調整前后的圖像變化判斷調偏流的效 果，當光學遙感器偏流調整機構能夠實時補償目標的偏流角時，成像后目標始終保持清晰， 傳遞函數(shù)不降低，豎直的目標條紋無傾斜。通過比對網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)3中目標偏流角變化和 光學遙感器偏流機構的變化趨勢，分析光學遙感器機構調整的響應速度，當能夠實時彌補 偏流變化時，偏流機構調整將緊跟目標偏流角的變化。h.重復步驟b g，設置不同的目標運動參數(shù)，構成對光學遙感器偏流調整機構和相關的控制系統(tǒng)的動態(tài)閉環(huán)連續(xù)測試。
權利要求
航天光學遙感器實時調整偏流閉環(huán)仿真測試系統(tǒng)，包括目標模擬器(1)、目標模擬器遠程控制系統(tǒng)(2)、網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)(3)、平行光管(4)、光學遙感器仿星系統(tǒng)(5)和圖像快視系統(tǒng)(6)，其特征在于，所述目標模擬器(1)與目標模擬器遠程控制系統(tǒng)(2)連接，用于實時產生光學遙感器(13)需要的偏流測試目標；所述目標模擬器遠程控制系統(tǒng)(2)分別與網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)(3)、光學遙感器仿星系統(tǒng)(5)連接，用于發(fā)出控制命令給目標模擬器(1)，以及實時接收目標模擬器(1)反饋回來的偏流電機即時角度信息，通過以太網(wǎng)以TCP/IP協(xié)議方式傳送給光學遙感器仿星系統(tǒng)(5)和網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)(3)；所述網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)(3)分別與光學遙感器仿星系統(tǒng)(5)、圖像快視系統(tǒng)(6)連接，用于集中存儲測試系統(tǒng)產生的數(shù)據(jù)與圖像，以供后期數(shù)據(jù)的判讀和分析；所述平行光管(4)分別與目標模擬器(1)、光學遙感器(13)連接，用于將目標模擬器(1)發(fā)出的目標光線轉換為平行光線入射到光學遙感器(13)成像；光學遙感器仿星系統(tǒng)(5)與光學遙感器(13)連接，用于完成對光學遙感器(13)的拍攝命令控制及飛行器模擬姿態(tài)參數(shù)的廣播；圖像快視系統(tǒng)(6)與光學遙感器(13)連接，用于接收光學遙感器(13)拍攝下行的圖像，實現(xiàn)顯示并轉發(fā)給網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)(3)進行存儲。
2.應用權利要求1所述的航天光學遙感器實時調整偏流閉環(huán)仿真測試系統(tǒng)的測試方 法，其特征在于，該測試方法包括如下步驟a、測試環(huán)境準備將目標模擬器(1)、目標模擬器遠程控制系統(tǒng)(2)、光學遙感器仿星 系統(tǒng)(5)、圖像快視系統(tǒng)(6)和航天光學遙感器(13)進行有效的連接，通電后開始工作；調 整目標模擬器(1)、平行光管(4)、光學遙感器(13)CCD焦平面三者相對位置，使目標模擬器 (1)的目標光軸調整后通過平行光管(4)的焦點，經(jīng)平行光管(4)作用后變?yōu)槠叫泄馊肷溥M 光學遙感器(13)；b、目標模擬器(1)的運動參數(shù)設置及機構調整在目標模擬器遠程控制系統(tǒng)(2)上設 置目標模擬器(1)的目標旋轉速度和目標偏轉速度，通過數(shù)據(jù)總線將參數(shù)值送給目標模擬 器(1)；目標模擬器(1)收到參數(shù)和命令后，按給定運動參數(shù)控制旋轉和偏轉電機轉動，進 而帶動內部的條紋靶標圍繞中心開始周期運動，運動目標通過光譜濾光片作用后以某種譜 段的光線發(fā)射；c、目標偏流角值的獲得目標模擬器遠程控制系統(tǒng)(2)實時接收目標模擬器(1)反饋 來的偏流角參數(shù)，通過以太網(wǎng)絡轉發(fā)給光學遙感器仿星系統(tǒng)(5)使用，同時存儲到網(wǎng)絡存 儲系統(tǒng)(3)完成存儲；d、光學遙感器仿星系統(tǒng)(5)的控制與信息傳遞光學遙感器仿星系統(tǒng)(5)仿真飛行器 的功能，控制光學遙感器(13)的工作模式，使光學遙感器(13)完成拍攝、調焦、調偏流操 作；同時模擬飛行器的姿態(tài)信息并周期性廣播給光學遙感器(13)，完成對飛行器經(jīng)度、緯 度、速度、偏航角和高度等姿態(tài)信息的通知；光學遙感器(13)周期性地將自身的狀態(tài)、信息 反饋給光學遙感器仿星系統(tǒng)(5)，仿星系統(tǒng)(5)接收到目標模擬器遠程控制系統(tǒng)(2)的目標 偏流信息后，通過線性變換，將目標的偏流角信息反演為飛行器運行的偏航角信息，周期性 的廣播給光學遙感器(13)；e、狀態(tài)、數(shù)據(jù)和參數(shù)的實時存儲光學遙感器仿星系統(tǒng)(5)及光學遙感器(13)傳輸所 產生的所有控制命令、廣播消息、工程數(shù)據(jù)和各種反饋信息被送至網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)(3)完成 存儲；f、光學遙感器偏流機構的調整當光學遙感器(13)收到仿星系統(tǒng)(5)的飛行器姿態(tài)參數(shù)后，通過偏航角大小計算出自身偏流機構調整值，控制偏流機構運動，實時補償目標偏流的影響；在偏流機構調整的同時，光學遙感器(13)控制成像電路對目標實時拍攝，通過高 速總線將圖像下傳至圖像快視系統(tǒng)(6)；g、圖像的判讀圖像快視系統(tǒng)(6)實時接收光學遙感器(13)下傳的圖像，并送至網(wǎng)絡 存儲系統(tǒng)(3)存儲，通過比對網(wǎng)絡存儲系統(tǒng)(3)中偏流調整前后的圖像變化判斷調偏流的 效果，判定光學遙感器實時調整偏流機構的實時性、目標清晰度、傳遞函數(shù)和目標條紋傾斜 等性能；h、重復步驟b g，設置不同的目標運動參數(shù)，構成對光學遙感器偏流調整機構和相關 控制系統(tǒng)的動態(tài)閉環(huán)連續(xù)測試。
全文摘要
本發(fā)明航天光學遙感器實時調整偏流閉環(huán)仿真測試系統(tǒng)及方法屬于工業(yè)自動化領域，該系統(tǒng)由目標模擬器、目標模擬器遠程控制系統(tǒng)、光學遙感器仿星系統(tǒng)、平行光管、圖像快視系統(tǒng)和網(wǎng)絡存儲庫構成，首先利用目標模擬器遠程控制系統(tǒng)控制目標模擬器產生已知速度的動態(tài)偏流測試圖像，經(jīng)平行光管作用以平行光入射光學遙感器成像，同時將目標模擬器的偏流角實時轉發(fā)給光學遙感器仿星系統(tǒng)，仿星系統(tǒng)將目標的偏流角變換為飛行器偏航角廣播給光學遙感器，仿真飛行器有偏流的情況，最終通過光學遙感器下行的偏流機構調整后的圖像，驗證光學遙感器實時調偏流的功能與性能。本發(fā)明有利于驗證航天光學遙感器調偏流策略正確性和偏流機構實際運行的可靠性。
文檔編號G01S7/497GK101839977SQ201010156789
公開日2010年9月22日 申請日期2010年4月27日 優(yōu)先權日2010年4月27日
發(fā)明者吳偉平, 徐抒巖, 曹小濤, 王棟, 胡君 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所