基于硅基液晶拼接技术的动态星模拟器模拟精度研究

Dynamic star simulator is an important equipment of star sensor on the ground calibration system when the satellite in orbit. While existing dynamic star simulator limited to the star map display device, especially the contradiction between the resolution and pixel size, resulting in failure to achieve the wide field and the high precision star map simulation, which seriously restricting working precision in orbit of star sensors. To solve this bottleneck problem, the project is carried out the research on simulation precision of the dynamic star simulator based on LCOS splicing technology. The research content includes three aspects: (1)Analyze the cause of background stray light, deeply study the influencing factors of the stray light energy, and explore the method of inhibition of stray light so as to solve the problem of the poor contrast and low precision caused by stitching; (2)Put forward a star position correction method that comprehensive take in more areas, integration of the partition in the small range, to solve the traditional correction method that deviation curve fitting precision is poor in low power, and runge phenomenon appeared in high power; (3)Building detection device with CCD-array to star identification for precision testing, it overcome many kinds of error which existing in the traditional detection method by human eye measured, such as sighting errors, deviation of energy center and the center of mass and position deviation on sub-pixel level, break through the key technology of star position detection accuracy, to implement wide field, high precision and dynamic simulation of star map.

动态星模拟器是卫星在轨用星敏感器地面标定系统的重要组成设备。而现有动态星模拟器受星图显示器件限制，尤其是分辨率与像素尺寸之间的矛盾，导致无法实现大视场、高精度星图模拟,严重制约了星敏感器的在轨工作精度。为解决这一瓶颈问题，本项目开展基于硅基液晶拼接技术的动态星模拟器模拟精度研究。研究内容包括三方面：（1）分析产生背景杂散光的原因，深入研究影响杂散光能量的因素，并探索抑制杂散光的方法，从而解决拼接导致的对比度差和精度低等问题；（2）提出多区域综合取点,小范围整合分区的星点位置修正方法，解决传统修正方法取点单一、分区模糊,以及偏差拟合曲线低次幂时拟合精度差、高次幂时出现龙格现象等问题；（3）搭建由面阵CCD实现星点识别的精度检测装置，克服传统检测方法人眼测量引入的瞄准误差、能量中心与质心偏差和亚像素级的位置偏差，突破制约提高星点位置检测精度的关键技术，进而实现大视场、高精度、动态星图的模拟。

星模拟器是星敏感器进行地面性能测试与精度标定试验的主要组成设备，直接决定了星敏感器的在轨工作精度，但受现有星图显示器件图像分辨率低、响应时间长和像素尺寸大等技术限制，导致星模拟器很难实现大视场、高精度、动态恒星星图模拟，进而束缚了星敏感器工作精度的提高。本项目提出了硅基液晶高对比度高精度拼接成像方法，将星模拟器视场扩大1倍的同时抑制了拼接产生的杂散光，并开展了星图模拟的星点采集、分区与修正方法研究、星光出射精度的检测与修正闭环控制方法研究，提高了星敏感器的地面标定精度。.项目开展的研究工作和主要创新，包括以下三个方面。.1、提出了一种基于偏振薄膜特征矩阵的分光棱镜杂散光抑制方法，建立了分光棱镜入射角度与其最佳偏振参数的函数模型，突破了分光棱镜偏振像差平衡技术，解决了杂散光抑制受薄膜偏振参数制约的问题，实现了在保持分光棱镜出射光偏振态恒定条件下的杂散光抑制。.2、分析了星模拟器光学系统的场曲、畸变以及调焦等误差对星点位置偏移的影响，提出了拼接式星模拟器的星点位置修正方法，建立了多区域采点、小范围分区的星点位置修正模型，实现了高精度星图模拟，将星点位置精度提高了5.1倍。.3、搭建了星点位置精度检测装置，分析了星点质心提取算法，采用平方加权质心法进行了星点提取，利用MATLAB进行星点模拟和提取仿真实验，对算法提取误差进行了分析，由算法引起的星点位置误差小于3.6×10-4mm。.发表学术论文6篇，授权国家发明专利3件，培养研究生3名，并利用本项目关键技术，开展了星敏感器动态性能测试技术、星敏感器静态性能测试技术等研究，承担相关科研项目2项，产生经济效益305万元。