[发明专利]一种空间望远镜相关跟踪器的仿真系统与方法

说明书

本发明一种空间望远镜相关跟踪器的仿真系统和方法，系统包括系统配置模块、目标与背景模块、探测相机模块、振动模拟模块、摆镜模块、计算控制模块和系统评估模块；采用本发明，可在空间望远镜相关跟踪器的初期设计阶段即评价其性能，从系统层面上优化和平衡各子系统的设计，并权衡和克服各种干扰因素，寻求更有效的提升性能的方法和优化设计方案，为更好地实现物理系统的研制做准备。

技术领域

本发明属于天文技术方法领域，具体地说，它涉及一种空间望远镜相关跟踪器的仿真系统与方法。

技术背景

相关跟踪器(Correlation Tracker)是一种图像运动实时补偿技术，目前是高分辨率地基望远镜和空间望远镜的重要部件，其基本原理是：在探测光路中采集图像，计算图像间的相对偏移量，根据偏移量控制能动摆镜偏转，使经摆镜镜面反射的光线仍然趋向于原来的主光线以达到衰减图像运动的目的。

在相关跟踪技术研究和系统研制过程中，科研工作者发现制约望远镜相关跟踪器性能的因素很多，包括相关算法、控制算法、目标特性变化、系统延时、电子元器件噪声、外部随机扰动、摆镜机械结构特性和探测相机性能等等。应用物理实验研究这些因素对相关跟踪器整体性能的影响效率较低，往往又不能对各因素进行逐一的定量分析；而且各影响因素之间具有耦合关系，采用传统的分立式优化设计方法改进各部件性能并不能使相关跟踪器系统性能达到最优，各部件硬件的改进还将增加系统的研制周期和研制费用。对应用于空间望远镜的相关跟踪器进行空间工作环境影响的物理仿真实验分析也将是一项高费用、实现难的科研工作。

随着系统仿真的理论方法和应用技术研究的深入以及计算机技术的发展，仿真技术已成为天文望远镜和天文仪器的系统性能分析和新系统研制的重要技术之一。相对大型天文望远镜而言，相关跟踪器是一个小型的集光学、机械和电子控制为一体的系统，复杂程度虽不及大型天文望远镜，但仍是一个多性能影响因素相互耦合且具有高精度、实时性要求的复杂系统。影响相关跟踪器系统性能的各因素涉及到光学、机械和电子控制各个系统，提高系统性能进行系统优化设计不仅需要对这些因素进行定性分析，还需要进行定量判断。采用各种参数更换简便、实现容易、速度快的数学仿真技术建立相关跟踪器的仿真系统，通过仿真试验分析已有系统，预测各种算法和组件的性能，掌握影响系统性能的因素，探索设计新系统时的参数设计空间。这将是相关跟踪器系统性能物理实验分析的有效补充，并可以解决物理实验效率低、不能逐一定量分析系统性能影响因素的问题。而且可在新系统初期设计阶段即评价其性能，从系统层面上优化和平衡各子系统的设计，并权衡和克服各种干扰因素，寻求更有效的提升性能的方法和优化设计方案，为更好地实现物理系统的研制做准备。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，为了充分掌握空间望远镜相关跟踪器的各组件参数对其性能影响的规律，掌握和探索设计系统时各主要参数的设计空间，降低设计成本、提高效率，本发明提出了一种空间望远镜相关跟踪器的仿真系统与方法。

本发明的技术方案是：一种空间望远镜相关跟踪器的仿真系统，包括系统配置模块、目标与背景模块、探测相机模块、振动模拟模块、摆镜模块、计算控制模块和系统评估模块，其中：

系统配置模块完成仿真系统的参数配置与初始化，并将目标与背景参数发送给目标与背景模块，将探测相机参数发送给探测相机模块，将振动模拟参数发送给振动模拟模块，将摆镜参数和空间环境参数发送给摆镜模块，将光学系统参数、探测算法参数与伺服控制参数以及仿真参数发送到计算控制模块；

目标与背景模块接收来自系统配置模块的目标与背景参数，模拟生成观测目标，并将观测目标信息发送给探测相机模块；

探测相机模块接收来自系统配置模块的探测相机参数以及目标与背景模块的观测目标信息，模拟观测目标信息在探测相机内的光电转换过程，生成观测目标探测图像，并将该图像发送给计算控制模块；