基于LightTools的大口径月球模拟器设计与准确度分析.pdf

第 4 4 卷第 9 期 2 0 1 5年 9月 光子学报 ACTA PH0T0NI CA S I NI CA Vo 1 4 4 No 9 Se p t e mbe r 2 015 d o i 1 0 3 7 8 8 g z x b 2 0 1 5 4 4 0 9 0 9 2 2 0 0 2 基 于 L i g h t To o l s的大 口径月球模 拟器 设计 与准确度分析 刘石1 2 张 国玉 孙 高飞 王凌云 高玉军 1长春理工大学 光 电工程学 院 长春 1 3 0 0 2 2 2吉林省光电测控仪器工程技术研究中心 长春 1 3 0 0 2 2 3中国科学院长春光学精密机械与物理研 究所 长春 1 3 0 0 2 2 摘 要 为 了 满足 月球敏 感 器 和 导航 敏 感 器 对 月球 目标 的 观 测 需 要 设 计 了 大 口径 高 辐 亮度 月 球 模 拟 器 其有效辐照面积为 2 0 0 0 mm 利 用照 明分析软件 L i g h t To o l s 通 过建模 与追迹方 法对模拟 器的月 相 辐亮度和均 匀度进行设计 仿 真和分析 设计 月相 目标与 月球 亮度控制 系统 对 1 4种 典型 月相及 其 辐亮度进行 实时控制 提 出 L E D灯阵的辐亮度修 正方 法提 高系统 均 匀度 测试 结果表 明 经过修 正后 模 拟 器的 辐 亮 度 均 匀度 优 于 1 5 7 该模 拟 器 可作 为 月球 观 测 目标 供 敏 感 器识 别 关键词 月球 模拟器 均 匀度 辐亮度 准确度分析 L i g h t To o l s 中图分类号 V5 2 4 7 TH7 4 文献标识码 A 文章编 号 1 0 0 4 4 2 1 3 2 0 1 5 0 9 0 9 2 2 0 0 2 5 De s i g n o f t he M o o n S i m u l a t o r wi t h La r g e Di a m e t e r Ba s e d o n Li g ht To o l s a n d Pr e c i s i o n Ana l y s i s LI U S h i Z HANG Gu o y u S UN Ga o f e i WANG Li n g y u n GA0 Yu j u n 1 Co l l e ge o f Op t o e l e c t r o n i c En gi n e e r i n g Ch a n g c h u n Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y Chan gc hu n 1 30 02 2 Chi na 2 Opt i c a l Me a s u r e me n t a n d C o n t r o l I n s t r u me n t a t i o n J i l i n Pr o v i n c e En gi n e e r i n g Re s e a r c h Ce n t e r C h a n g c h u n 1 3 0 0 2 2 C i n a 3 C h a n g c h u n I n s t i t u t e o f O p t i c s Fi n e Ma c h i n e s a n d P h y s i c s C h i n e s e Ac a d e my o f S c i e n c e s C h a n g c h u n 1 3 0 0 3 3 C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o me e t t h e r e q u i r e me n t s o f o bs e r v a t i o n s o f t h e mo o n a s i t s t a r g e t b y n a v i g a t i o n s e n s o r s a n d r e n d e z v o u s a n d d o c k i n g s e n s o r t he mo o n s i mu l a t o r wi t h l a r g e d i a me t e r a n d hi g h i r r a d i a t i o n u ni f o r mi t y wa s d e s i g ne d t he e f f e c t i v e i r r a d i a t i o n a r e a i s P 2 0 0 0 mm Us i n g Li g h t To o l s s o f t wa r e t h e p h a s e s r a d i a nc e a n d u n i f o r mi t y o f t h e mo o n s i mu l a t o r we r e d e s i g n e d s i m u l a t e d a n d a n a l y z e d by mo d e l i ng a n d t r a c i n g me t h o d Th e p h a s e s o f t h e mo o n a n d r a d i a nc e c o n t r o l s y s t e m wa s d e s i g n e d t o c o n t r ol t h e 1 4 t y pi c a l p ha s e s a n d r a d i a n c e o f t h e mo o n i n r e a l t i me Th e r a d i a n c e c o r r e c t i o n me t h o d o f t h e LED a r r a y wa s p u t f o r wa r d t o i mp r o v e t he u n i f o r mi t y o f t h e s i mu l a t o r Th e t e s t r e s u l t s s h o w t h a t t h e i r r a d i a t i o n u n i f o r mi t y o f t h e s i mu l a t o r i S b e t t e r t h a n 1 5 7 a f t e r c o r r e c t i o n I t i n d i c a t e d t h a t t h e s i mu l a t o r c a n b e u s e d a s t he t a r g e t f o r s e n s o r i d e n t i f i c a t i o n Ke y wo r d s M o o n s i mu l a t o r I r r a d i a t i o n u n i f o r mi t y Ra d i a t i o n l u mi n a n c e Pr e c i s i o n a n a l y s i s Li g h t To o l s oCI S Co d e s 2 2 0 48 3 0 2 2 0 2 9 4 5 2 2 0 4 8 4 0 基 金项 目 吉林省科技发展计划项 目 N o 2 0 1 5 0 5 2 0 0 9 3 J H 资助 第一作者 刘石 1 9 8 6 一 男 讲师 博 士 主要研究方 向为航天地面测试设备 E ma i l 2 8 1 1 7 9 2 6 4 2 q q c o rn 通讯作者 孙高飞 1 9 8 5 一 女 讲 师 博士 主要研究方 向为航天地面测试设 备 E ma i l 5 1 5 7 9 4 2 8 q q c o rn 收 稿 日期 2 0 1 5 0 4 1 6 录 用 日期 2 0 1 5 0 7 0 3 O92 20 02 1 h t t p f W W W p h o t o n a c c n 刘石 等 基于 L i g h t T o o l s的大 口径月球模拟器设计与准确度分析 标要求 4 结 论 本文从月 球敏 感器 和 导航 敏感 器 的观测 需 求 出 发 设计 了一种有效辐照面积 为 2 0 0 0 1 T i m 且均匀度 优于 1 5 7 的月球 模 拟器 首先 利用 照 明分析 软 件 L i g h t To o l s 通过建模 与 追迹 的方 法对 模 拟器 的月 相 辐亮度和均匀度 进行设 计 仿真 和分析 然后 设 计 月 相 目标 与月球 亮度控 制系统 对 1 4种典 型月相及其辐 亮度进行实时控制 最后 提 出 LE D灯 阵的辐亮 度修 正方法提高系统均匀性 测试结果表 明 该 模拟器 的均 匀度优于 1 5 7 可 以作 为月球观测 目标供 敏感器识 别 参 考 文 献 1 3 CHE N J u n y o n g Z HANG C h u a n y i n D ANG Y a min Lu n a r s p a t i a l e x p l o r a t i o n s u r v e y i n g a n d ma p p i n g J Ac t a Ge o d a e t i c a e t Ca r t o g r a ph i c a Si n i c a 2 0 0 5 3 4 3 1 8 9 1 9 5 陈俊 勇 章传银 党亚民 月球航天探测和月球测绘E J 测绘 学报 2 0 0 5 3 4 3 1 8 9 1 9 5 E 2 3 s u S h i AN Z h i y o n g Z HANG Gu o y u e t a t Th e r e s e a r c h o f t he mo o n s i m u l a t o r f o r a u t o n o mo u s n a v i g a t i o n e x p e r i me nt C 2 0 0 9 C h i n a I n s t r u me n t a n d C o n t r o l T e c h n o l o g y Co n f e r e n c e P r o c e e d i n g s 2 0 0 9 6 0 0 6 0 4 苏拾 安志勇 张 国玉 等 自主导航试验 用月亮模拟器研 究 c 2 0 0 9中国仪器仪表与测控技术大 会论文集 2 0 0 9 6 0 0 6 0 4 3 HUANG X i n YE P e i j i a n Z HANG We n rui n g e t a 1 A S ma l l Mo o n UV S i mu l a t o r r P Ch i n a C N1 0 1 2 3 1 1 6 8 2 0 0 8 07 3 O 黄欣 叶培建 张文明 等 一种小型紫外月球模拟器 P 中 国 CN1 0 1 2 3 1 1 6 8 2 0 0 8 07 3 0 E 4 YU S h u a n g Z HANG Gu o y u Th e o p t i c a l d e s i g n o f t h e mo o n s i mu l a t o r J Eq u i p me n t Ma n u f a c t u r i n g T e c h n o l o g y 2 0 1 0 3 5 1 5 2 于爽 张国玉 红外 月球模拟器光 学系统设 计 J 装备制 造 技术 2 0 1 0 3 5 1 5 2 C 5 L I u Qi n L I U Qi n e n g P o we r f u n c t i o n f i t t i n g me t h o d s o f l i g h t s p o t d i v e r g e n c e c h a r a c t e r i s t i c s o f l e d s q u a r e a r r a y J Ac t a Pho t o ni c a Si n i c a 2 01 5 4 4 4 0 4 2 2 0 0 4 刘 沁 刘启能 方 形 L E D 阵列 光斑 发 散特 性 的幂 函数 拟 合 g J 光子学报 2 0 1 5 4 4 4 0 4 2 2 0 0 4 6 L UO Yo n g j u n MOU T o n g s h e n g De s i g n o f a we i g h t e d r a d i a n c e o f t h e L E D me a s u r i n g s y s t e m J Ac t a P h o t o n i c a S i n i c a 2 0 1 3 4 2 1 2 1 4 9 6 1 5 0 0 罗勇军 牟同升 基于成像方法 L E D有效辐亮 度测量 系统 设 计E J 光子学报 2 0 1 3 4 2 1 2 1 4 9 6 1 5 0 0 7 YANG L i n DONG Xi a o p e n g HONG L o n g l o n g M e a s u r e m e n t a n d r e s e a r c h o n t h e l u m i n e s c e nc e c h a r a c t e r i s t i c s o f AC L E D E J E l e c t r o n i c Me a s u r e me n t T e c h n o l o g y 2 0 1 2 3 5 1 1 1 08 1 1 1 杨玲 董小鹏 洪 龙龙 交流 L E D 发 光 特性 的测 量 与研 究 E J 电子测量技术 2 0 1 2 3 5 1 1 1 0 8 1 1 1 E 8 MEN G Xi a n g x i a n g L I U we i q i F E NG R u i e t a 1 D e s i g n o f LED c o l l i ma t or f o r u n i f o r m i l l u mi na t i o n wi t h d o u b l e f r e e f o r m s u r f a c e s J Ac t a P h o t o n i c a S i n i c a 2 0 1 4 4 3 0 8 2 2 0 0 3 孟祥翔 刘伟奇 冯睿 等 双 自由曲面 L E D均匀照 明准直透 镜设计 J 光子学报 2 0 1 4 4 3 0 8 2 2 0 0 3 9 张以谟 应 用光 学 M 北 京 电子工 业 出版社 2 0 0 8 1 3 1 1 3 2 1 0 F ANG J i n g l u NI U P i n g j u a n TI AN Hu i j u a n T h e i n f l u e n c e o n c h a r a c t e r i 5 t i c s p a r a me t e r s f o r wh i t e LED wi t h c u r r e n t E J T r a n s a c t i o n s o f C h i n a E l e c t r o t e c h n i c a l S o c i e t y 2 O 1 3 2 8 s 2 2 3 4 2 3 8 方 晶璐 牛萍娟 田会娟 电流 对 L E D特 性参 量 的影 响 J 3 电工技术学报 2 0 1 3 2 8 s 2 2 3 4 2 3 8 1 1 J I ANG Tia n t a n D e v e l o p me n t t r e n d s o f L E D c h a r a c t e r is t i c a n d L E D d r i v e r p o we r J C h i n a I l l u mi n a t i n g E n g i n e e r i n g Jo u r n a l 2 0 1 1 2 2 3 5 8 6 O 蒋天堂 L E D的特性及驱动电源的发展趋 势 照明工程学报 2 O1 1 2 2 3 5 8 6 O r 1 2 W U Re n g ma o TU Da we i HUA Zh i h u a e t a1 I l l u mi n a t i v e u n i f o r mi t y d e s i g n o f a LED i l l u mi n a t i o n s y s t e m E J O p t i c a l Te c h n i q u e 2 0 0 9 3 5 1 7 4 7 6 吴仍茂 屠大维 黄志华 等 L E D照明系统的光 照均匀性设 计 J 光学技术 2 0 0 9 3 5 1 7 4 7 6 1 3 3 S CHNAB L E J G M G RO CH0WS KI P J wI L HEL M L Po r t a b l e LED Ar r a y VI S NI R s p e c t r o ph o t o me t e r n e p h e l o me t e r J Fi e l d An a l y t i c a l C h r mi s t r y a n d Te c hn o l o g y 1 9 9 8 2 1 2 1 2 8 r 1 4 M AL I NEN J