月面形貌環境綜合模擬試驗場的光照模擬系統的製作方法

2023-05-25 14:53:21

專利名稱：月面形貌環境綜合模擬試驗場的光照模擬系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及模擬技術，具體來說，涉及一種月面形貌環境的綜合模 擬試驗場的光照模擬系統。
背景技術：
前蘇聯在上世紀登月期間，建設環形土壤通道模擬試驗場(長70米、 寬4米)，主要包括環形坑等；還建設有綜合形貌模擬試驗場長50m， 寬50m;包括環形坑、溝壑和巖石等。並且早在1965年，美國為Apollo 計劃在休斯頓詹森空間中心建立了一個空間環境模擬室(SESL)，以提 供Appollo時期所有載人太空飛行器和LRV的地面試驗。LOCKHEED飛彈和 空間公司(LMSC)建立了一個高大的人造倉，來模擬月球庇護所和月球 太空艙外環境。其中的測試床允許確定相互作用效應，包括重力的減少、 合適的阻礙物、與高度有關的壓力的減少，綜合1/6的重力、合適的障礙 物、真空條件等，進行月面巡視探測器所面臨的環境的模擬試驗，從而 降低月球探測任務中操作控制的風險。
除了美國、前蘇聯為其月球車的行走、導航、避障性能考核做了大 量的地面試驗外，日本也為考察月球車的遠程操縱、自主行走和機動性， 建立有綜合試驗場，包括月球車試驗臺，室內設備，仿真系統，沙盤模 型。月球車試驗臺包括遠程操縱試驗臺和自主巡航試驗臺。室內設備是 為月球車試驗臺服務的系統。室外的沙盤模型佔地80mX80m，包括了隕 石坑，山丘和峽谷等月表地貌(可參見文獻T. Adachi， T. Iijima, S. Okamoto:and T. Takan， "An experimental facility for Lunar Rover development", 46th International Astronatutical Congress, Oslo, Norway, 1995)。
目前在國內對月球車的研究主要集中在對月面巡視探測器的研製， 月面巡視探測器的工作模式、各個系統的組成和實現方案。對相關的地 面試驗研究很少，而工程化應用的地面試驗場更是寥寥無幾。綜合以上 可知，國內外的試驗場只單獨實現了對月面土壤、地形地貌的模擬，沒 有包括光照和背景環境的綜合環境模擬。例如通常的巡視探測器試驗場 主要考慮的是模擬月面的地形地貌特徵的構建，對燈光沒有特意的關注。 為了考察月面巡視探測器的自主避障和路徑規劃能力，考慮CCD相機的 成像效果和月面陰影的效果，必須認真選擇合適模擬光源。所以光照的 模擬對於月面形貌模擬試驗場的影響非常重要，因此有必要對月面形貌 模擬試驗場的燈光進行合理的布置，以獲得理想的光照模擬效果。

發明內容
本發明的目的之一是提供一種能獲得理想模擬效果的月面形貌模擬 試驗場的光照模擬系統。
為了實現上述目的，本發明採用如下的技術方案
一種月面形貌環境的綜合模擬試驗場的光照模擬系統，其包括在模 擬區的內部牆體上或頂部設置的模擬日光斜射的鏑燈，其功率不小於
4Kw，優選4Kw，以及散布在模擬區四周牆體或頂部上的多個功率不小 於1.2Kw的鏑燈。
其中，上述模擬區優選為圓形或矩形；上述鏑燈都配裝有掛具，以對 燈的照射方向和高度的調節，並且其色溫可達5600K。
其中，所述模擬日光斜射的鏑燈能實現單燈照射20mX20m的範圍，並優選模擬日光斜射的鏑燈的高、寬、長為530x530x425mm，重量為 24Kg，其相應的鎮流器的高、寬、長為520x420x630mm，重量為82Kg。
其中，上述小功率鏑燈的設置要根據外牆的實際長度和鏑燈的功率 大小，在外牆內牆體的長寬距離上以每隔5m或7m或其它適合長度設置 一盞燈的方式均布。
本發明的光照模擬系統，通過採用鏑燈來完成，其色溫可達5600K， 接近太陽的光譜特性，能獲得比較好的CCD成像效果，而且鏑燈還具有 發光效率高、色溫穩定性高、照度穩定、使用壽命長、發光均勻、照射 距離遠、照射面積大等優點。該設計方案屬於首次利用的鏑燈用於月面 光照的模擬，既能滿足要求，而且比採用太陽模擬器要經濟實用。


圖1為本發明的月面形貌環境的綜合模擬試驗場的光照模擬系統實
施方案之一的布置示意圖。
其中，1、圓形模擬區；2、模擬日光直射的頂燈；3、環繞一周以模 擬月面背景的背景幕布；4、模擬斜射效果的側燈；5、吊車；6、試驗區；
模擬外區7。
圖2為本發明的月面形貌環境的綜合模擬試驗場的光照模擬系統另
一實施方案的布置示意圖。其中ll、外牆；12、內牆；13、模擬區；14、 總控區；15、安裝區；16、門或裝料門；17、大功率鏑燈；18、小功率 鏑燈。
圖3為模擬日光斜射的鏑燈的安裝示意圖。 圖4為多個鏑燈的安裝示意圖。
具體實施例方式以下結合實施例對本發明作詳細的說明 月面形貌環境的綜合模擬試驗場的結構
根據附圖1，圓形模擬區的月面形貌環境的綜合模擬試驗場包括圓形
模擬區l、頂燈2、幕布3、側燈4、試驗區6，模擬外區7;模擬區l內 的地面具有模擬月壤構建的月面形貌，頂部設置有模擬日光直射的頂燈 2，頂燈2的數目沒有特別的限制，其中優選在圓心設置一頂燈，其餘頂 燈繞圓心均布，其離圓心的距離也沒有特別的限制，以模擬無影的月面 光照情況。密閉的模擬外區7的牆壁上可設置側燈4，優選設置在模擬外 區的四個角上，每次可根據需要開啟一個，其光線斜射到圓形模擬區內 以模擬出斜射的效果，且側燈4的高度可進行調節。預先噴繪好的模擬 月面背景的幕布3圍繞圓形模擬區邊緣一周進行設置，其高度也沒有特 別限制，可根據實際需要進行調節。模擬外區7的外部設置試驗區6，試 驗區6的頂部周邊可設置導軌(未示出)，導軌上設置吊車5，以利於搬 用物件，其中，模擬外區的內壁上塗有黑色漆，優選黑色亞光漆，形成 密閉的黑空間。
根據附圖2，矩形的月面形貌環境的綜合模擬試驗場包括密閉外牆 11，其長、寬、高分別為30mx21mxl0m，，試驗場內一側設置有內牆12， 將試驗場成隔成試驗區13、總控區14、安裝區15，相應外牆ll和內牆 12上開有門或裝料門16，供人通行或裝卸料之用，其中，密閉外牆的內 側塗有黑色漆，優選黑色亞光漆，形成密閉的黑空間。
月面光照環境的模擬
由於月球表面沒有大氣，不存在散射，因此，在月面光照都屬於平 行入射，而且入射光線較強。月面對光線的反射基本都屬於漫反射。但 地面光照設備無論是在強度還是在光譜特性上都很難模擬月面的光照情 況，資料表明，月球表面的光照情況可以通過使用大功率的方向性光源在一定程度上進行仿真和再現。因此，進行光照環境模擬主要是獲得月 表的陰影分布情況，用於考査巡視器樣機環境識別和路徑規劃能力，為 相應環境識別方法和路徑規划算法提供試驗條件和設計依據。以矩形模
擬區的試驗場為例來說，該試驗場採用了一盞大功率，例如4kW，和12 盞小功率，例如1.2kW的鏑燈組合進行月表光照模擬，其中單邊牆上安 裝的大功率鏑燈用於模擬日光斜射，能實現單燈照射20mX20m的範圍。 鏑燈的色溫可達5600K，接近太陽的光譜特性，能獲得較好的的CCD成 像效果。同時該燈配裝有掛具，用以對燈的照射方向和高度的調節，圖3 給出了模擬日光斜射的鏑燈的安裝示意圖。為了實現日光直射時無陰影 照明的模擬，同時結合試驗場的具體條件，在試驗場的四周的牆上散布 若干個小功率的鏑燈實現環繞散布照明(長邊牆體上每隔5m設置一盞 燈，短邊牆體上每隔7m設置一燈)，小功率鏑燈的間隔依據其功率大小 進行選擇，這樣就實現了在試驗區的初步均勻分布光照模擬，圖4示出 了多個鏑燈的安裝示意圖。
同樣，圓形模擬區的月面形貌環境的綜合模擬試驗場，通過在圓形 模擬區圓心頂部設置一小功率鏑燈並在圓形內以該中心鏑燈為圓心均布 多個小功率鏑燈，並通過每次只開啟一個模擬外區四個角落的大功率鏑 燈，來模擬日光斜射，從而可以獲得無陰影的月面光照效果。
儘管上文對本發明的實施例進行了詳細的描述和說明，但應該指明的 是，我們可以對上述實施例進行各種改變和修改，但這些都不脫離本發 明的精神和所附的權利要求所記載的範圍。
權利要求
1、一種月面形貌環境的綜合模擬試驗場的光照模擬系統，其包括在所述模擬區的內部牆體上設置的模擬日光斜射的鏑燈，其功率不小於4Kw，以及散布在模擬區四周牆體或頂部上的多個功率不小於1.2Kw的鏑燈，以實現無陰影的效果。
2、 如權利要求1所述的光照模擬系統，其特徵在於，所述模擬區為 圓形。
3、 如權利要求1所述的光照模擬系統，其特徵在於，所述模擬區為 矩形。
4、 如權利要求1-3任一項所述的光照模擬系統，其特徵在於，所述 模擬日光斜射的鏑燈的功率為4Kw。
5、 如權利要求1-3任一項所述的光照模擬系統，其特徵在於，所述 模擬日光斜射的鏑燈色溫可達5600K。
6、 如權利要求1-3任一項所述的光照模擬系統，其特徵在於，所述 鏑燈都配裝有掛具，以對燈的照射方向和高度的調節。
7、 如權利要求1-3任一項所述的光照模擬系統，其特徵在於，所述 模擬日光斜射的鏑燈能實現單燈照射20mX20m的範圍。
8、 如權利要求1-3任一項所述的光照模擬系統，其特徵在於，所述 模擬日光斜射的鏑燈的高、寬、長為530x530x425mm，重量為24Kg， 其相應的鎮流器的高、寬、長為520x420x630mm，重量為82Kg。
9、 如權利要求3任一項所述的光照模擬系統，其特徵在於，所述小 功率鏑燈的設置要根據外牆的實際長度和鏑燈的功率，在外牆內牆體的 長寬距離上以每隔5m或7m或其它適合長度設置一盞燈的方式均布。
全文摘要
本發明公開了一種月面形貌環境的綜合模擬試驗場的光照模擬系統，其包括設置在密閉黑空間內的月面形貌試驗場單邊牆體上來模擬日光斜射的鏑燈，其功率不小於4KW，以及設置在試驗場四周牆體上散布的多個功率不小於1.2KW的鏑燈。本發明的光照模擬系統，通過採用鏑燈來完成，其色溫可達5600K，接近太陽的光譜特性，能獲得比較好的CCD成像效果，而且鏑燈還具有發光效率高、色溫穩定性高、照度穩定、使用壽命長、發光均勻、照射距離遠、照射面積大等優點。
文檔編號B64G7/00GK101450717SQ20071019551
公開日2009年6月10日 申請日期2007年12月4日 優先權日2007年12月4日
發明者馮咬齊, 向樹紅, 濤 李, 樊世超, 申振榮, 陽 賈 申請人:北京衛星環境工程研究所