计算机模拟星敏感器星场的成像系统和成像方法

摘要

本发明涉及一种计算机模拟星敏感器星场的成像系统，包括：观测星数据库；在ZEMAX光学设计软件中建立的用户输入端，其适于设定ZEMAX光学设计软件中的光学模块的光轴指向，像面探测器的像元数和尺寸；适于所述ZEMAX光学设计软件调用的扩展模块，包括：提取观测星模块、计算视场位置模块、计算像元灰度模块；ZEMAX光学设计软件，还包括光线追迹模块，所述计算像元灰度模块根据设定的所述像面探测器的像元数、尺寸和接收到的能量值输出数字星图；本发明中可获得与探测器匹配的星图数据，根据用户输入的像元大小和数目，所述计算像元灰度模块对像面数据采样和量化，计算每个像元的亮度，输出与探测器匹配的数字星图。

主权项

一种计算机模拟星敏感器星场的成像方法，包括：(1)根据星敏感器的极限星等从原始星表中筛选出的观测星以构成观测星数据库,即：仅保留双星等效星等不高于极限星等的双星、及星等不高于极限星等双星以外的恒星；(2)在ZEMAX光学设计软件中建立用户输入端，用于设定ZEMAX光学设计软件中光学模块的光轴指向；(3)利用提取观测星模块提取视场中的观测星，即根据所述光学模块中的像面探测器对应的视场角在所述数据库中提取所述光轴指向视场范围内的观测星；并利用计算视场位置模块将视场中的观测星的位置从惯性坐标系转换到本体坐标系，利用所述本体坐标系计算出该观测星的视场角；并将所述观测星的视场角作为物面信息传递给所述光学模块；计算观测星的视场角的具体方法如下：首先，对于选定的光轴指向(α_c、δ_c)，挑选出所述观测星数据库中的惯性坐标(α,δ)满足|δ‑δ_c|≤w_m              (2)的星，其中w_m表示所述像面探测器对角线对应的视场角；接着，将观测星的位置从惯性坐标系转换到本体坐标系；设观测星S在惯性坐标系和本体坐标系中的方向余弦矢量分别为V_i、V_b，那么观测星在本体坐标系中的方向余弦矢量V_b为$0\begin{array}{c}\left[\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{bx}}\\ V_{\mathrm{by}}\\ b_{\mathrm{bz}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}\cos \phi & \sin \phi & 0\\ -\sin \phi & \cos \phi & 0\\ 0& 0& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}\cos (90-{\delta }_c)& 0& -\sin (90-{\delta }_c)\\ 0& 1& 0\\ \sin (90-{\delta }_c)& 0& \cos (90-{\delta }_c)\end{array}\right]\times \\ \left[\begin{array}{ccc}\cos {\alpha }_c& \sin {\alpha }_c& 0\\ -\sin {\alpha }_c& \cos {\alpha }_c& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\cos \alpha \cos \delta \\ \sin \alpha \cos \delta \\ \sin \delta \end{array}\right]\end{array}---\left(4\right);$最后，计算观测星的视场角，并确定当前观测星是否出现在视场中；观测星在X_b，Y_b方向上的视场角XFLD、YFLD为$\mathrm{XFLD}=-t{g}^{-1}\left(\frac{V_{\mathrm{bx}}}{V_{\mathrm{bz}}}\right),\mathrm{YFLD}=-t{g}^{-1}\left(\frac{V_{\mathrm{by}}}{V_{\mathrm{bz}}}\right)---\left(5\right)$若光学系统在X_b，Y_b方向上的最大视场角为w_A和w_B，只有满足|XFLD|≤w_A/2、|YFLD|≤w_B/2        (6)的恒星才能被观测到；通过式(6)筛选得到当前视场中的观测星，同时也得到它们这时的视场角XFLD、YFLD；(4)当所述光学模块得到所述物面信息后，对于所述视场中的观测星，利用ZEMAX光学设计软件中的光线追迹模块完成星场成像，对于当前视场中每颗观测星，在光谱范围内作光线追迹，得到它们经光学系统所成的像；每根光线代表了一份能量，光线应均匀分布，将入瞳按正方形网格划分，选取经过入瞳中心和入瞳内网格点的光线参与成像；并把所述视场中的观测星的光线到达像面的位置坐标以及能量值传递给所述用户输入端中的计算像元灰度模块；(5)所述计算像元灰度模块根据设定的所述像面探测器的像元数、尺寸和接收到的能量值输出数字星图。