專利名稱:紫外到紅外動(dòng)態(tài)場(chǎng)景模擬器的制作方法
紫外到紅外動(dòng)態(tài)場(chǎng)景模擬器技術(shù)領(lǐng)域:
[0001]本發(fā)明屬于動(dòng)態(tài)場(chǎng)景仿真技術(shù)領(lǐng)域:
,涉及一種動(dòng)態(tài)場(chǎng)景模擬器,尤其涉及一種適用于室內(nèi)模擬紫外到紅外波段真實(shí)目標(biāo)和背景的動(dòng)態(tài)場(chǎng)景模擬器。
背景技術(shù):
[0002]隨著光電測(cè)試設(shè)備的發(fā)展和應(yīng)用,越來(lái)越多的光電設(shè)備需要進(jìn)行測(cè)試評(píng)估,特別是工作在紫外和紅外波段的像增強(qiáng)器、制導(dǎo)武器系統(tǒng)、紅外熱成像系統(tǒng)等,迫切需要一種在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下能夠模擬真實(shí)環(huán)境中目標(biāo)和背景的半實(shí)物仿真測(cè)試系統(tǒng),通過(guò)模擬各種靜態(tài)靶標(biāo)和動(dòng)態(tài)場(chǎng)景,對(duì)武器光電設(shè)備性能進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試評(píng)估。因此要求場(chǎng)景模擬器能夠提供高幀頻、高分辨率、較寬輸出波段的動(dòng)態(tài)場(chǎng)景,并能夠與測(cè)試光電設(shè)備同步完成測(cè)試,保證獲得的圖像穩(wěn)定清晰,便于下一步分析處理。[0003]紫外到紅外動(dòng)態(tài)場(chǎng)景模擬器是一種將動(dòng)態(tài)場(chǎng)景視頻轉(zhuǎn)換成紫外到紅外寬光譜范圍場(chǎng)景的光電系統(tǒng)。《紅外與激光工程》Vol. 37No. 5發(fā)表了一篇“數(shù)字微鏡陣列紅外動(dòng)態(tài)景象模擬器的研制”的論文,文章中論述的動(dòng)態(tài)紅外圖像生成系統(tǒng)采用黑體作為輻射源,工作在紅外中波3 5 μ m,像元數(shù)為800 X 600,最高幀頻為60Hz,具有同步功能。其他期刊中發(fā)表的類似論文論述的系統(tǒng)在工作波段上可擴(kuò)展到8 12μπι,像元數(shù)可達(dá)到10ΜΧ768,幀頻可達(dá)到85Hz,其他指標(biāo)無(wú)提高。在這些論文中,系統(tǒng)的工作波段均只在紅外波段,最高像元分辨率只達(dá)到10MX768,沒(méi)有明確論述空間調(diào)制器DMD的窗口透過(guò)波段和外同步控制的工作原理和實(shí)現(xiàn)途徑,同步幀頻不可調(diào),不利于建立實(shí)際的動(dòng)態(tài)場(chǎng)景投射系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容
[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是,針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足,為各類光電設(shè)備提供一種高分辨率、高幀頻、具有同步功能、能夠靈活模擬真實(shí)動(dòng)態(tài)目標(biāo)和背景的紫外到紅外波段的動(dòng)態(tài)場(chǎng)景模擬器。[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明提供的動(dòng)態(tài)場(chǎng)景模擬器包括數(shù)字微反射鏡陣列、外同步控制器、視頻轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電路、復(fù)合式寬波段輻射源、積分球、平面反射鏡和拋物面反射鏡;所述復(fù)合式寬波段輻射源為圓形或方形且包括紅外輻射源、多個(gè)可見(jiàn)光光源和多個(gè)紫外波段輻射源,紅外輻射源位于中心,可見(jiàn)光輻射源和紫外輻射源相間均布在紅外輻射源的周圍;所述數(shù)字微反射鏡陣列的光學(xué)窗口選用透紅外寬波段的BaF2光學(xué)玻璃制作,透射波段0. 2 12 μ m,其中0. 3 11 μ m波段光譜的透過(guò)率大于80% ;所述外同步控制器含有微控制器、顯示器和同步信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路,微控制器為內(nèi)置有控制軟件包和具備多個(gè)外源驅(qū)動(dòng)端口的單片機(jī),所述控制軟件包按功能劃分為菜單界面模塊、計(jì)算模塊、驅(qū)動(dòng)模塊和顯示模塊菜單界面模塊包括倍頻數(shù)、延時(shí)時(shí)間、內(nèi)部信號(hào)源和外部信號(hào)源選項(xiàng),倍頻數(shù)選項(xiàng)用于設(shè)置同步驅(qū)動(dòng)信號(hào)的倍頻數(shù),延遲時(shí)間選項(xiàng)用于設(shè)置同步驅(qū)動(dòng)信號(hào)相對(duì)于源驅(qū)動(dòng)信號(hào)的延遲時(shí)間,內(nèi)部信號(hào)源選項(xiàng)用于設(shè)置內(nèi)部信號(hào)源的頻率參數(shù),一旦確認(rèn)某一頻率值則形成內(nèi)源驅(qū)動(dòng)信號(hào)并送給計(jì)算模塊,外部信號(hào)源選項(xiàng)用于查詢單片機(jī)的外源驅(qū)動(dòng)端口是否有外源驅(qū)動(dòng)信號(hào),若為否,則在顯示器上顯示“無(wú)外部信號(hào)源”,若有信號(hào)則采集外源驅(qū)動(dòng)信號(hào)送給計(jì)算模塊;計(jì)算模塊根據(jù)以下公式計(jì)算內(nèi)源驅(qū)動(dòng)信號(hào)或外源驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率和占空比[0006]Tl = aXT(y s), T2 = bXT(y s) (1)[0007]F,= 1/(T1+T2)(2)[0008]Γ = Τ1/Τ2(3)式中,Tl為源驅(qū)動(dòng)信號(hào)的高電平持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)度,T2為源驅(qū)動(dòng)信號(hào)的低電平持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)度,T為單片機(jī)的時(shí)鐘周期,a為第一計(jì)數(shù)器的計(jì)時(shí)長(zhǎng)度,b為第二計(jì)數(shù)器的計(jì)時(shí)長(zhǎng)度,F(xiàn)’為源驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率,Γ為源驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比;同步驅(qū)動(dòng)模塊根據(jù)選擇的倍頻數(shù)、延遲時(shí)間以及源驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率及占空比合成同步驅(qū)動(dòng)信號(hào),并將同步驅(qū)動(dòng)信號(hào)送入同步信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路;顯示模塊的功能是將菜單界面模塊選擇的信號(hào)源和計(jì)算模塊獲得的源驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率顯示在顯示器上;所述同步信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路對(duì)微控制器輸出的同步驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行功率放大,并將放大信號(hào)送入視頻轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電路的輸入端;所述視頻轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電路接收來(lái)自仿真計(jì)算機(jī)的動(dòng)態(tài)場(chǎng)景視頻信號(hào)和來(lái)自外同步控制器的同步驅(qū)動(dòng)信號(hào),根據(jù)動(dòng)態(tài)場(chǎng)景視頻信號(hào)中的光譜信息和強(qiáng)度信息向數(shù)字微反射鏡陣列提供驅(qū)動(dòng)信號(hào);所述復(fù)合式寬波段輻射源的輻射面與積分球的入口對(duì)接,積分球的出口面法線與數(shù)字微反射陣列的法線夾角是微反射鏡偏轉(zhuǎn)角的2倍;復(fù)合式寬波段輻射源4發(fā)出的寬波段輻射通過(guò)積分球后均勻照射到數(shù)字微反射鏡陣列,由數(shù)字微反射鏡陣列出射的寬波段場(chǎng)景圖像依次經(jīng)平面反射鏡和拋物面反射鏡反射后,以平行輻射的形式投射到被測(cè)光電設(shè)備的入瞳處。[0009]在本發(fā)明中,所述單片機(jī)帶有第一、第二、第三外源驅(qū)動(dòng)端口,第一驅(qū)動(dòng)端口通過(guò)視頻場(chǎng)同步分離電路接收被測(cè)光電設(shè)備提供的視頻信號(hào),第二驅(qū)動(dòng)端口通過(guò)RS422轉(zhuǎn)換電路接收被測(cè)光電設(shè)備提供的RS422信號(hào),第三驅(qū)動(dòng)端口直接接收被測(cè)光電設(shè)備提供的外同步脈沖信號(hào)。[0010]在本發(fā)明中,所述紅外輻射源采用波段2 μ m 12 μ m的黑體;所述可見(jiàn)光輻射源采用波段0. 38 μ m 2 μ m的鹵素光源;所述紫外輻射源采用波段為0. 2 μ m 0. 4 μ m的紫外二極管。[0011]本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。[0012](一 )本發(fā)明紫外到紅外動(dòng)態(tài)場(chǎng)景模擬器采用含有寬波段透射窗口的數(shù)字微反射鏡陣列、紫外到紅外波段的復(fù)合式寬波段輻射源以及全反射式投射光學(xué)系統(tǒng),因此產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)場(chǎng)景具有很寬的波段范圍,可為被測(cè)試光電設(shè)備提供高達(dá)1KX1K以上的測(cè)試分辨率。 該動(dòng)態(tài)場(chǎng)景模擬器能夠在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)建立半實(shí)物寬波段仿真系統(tǒng),通過(guò)輸入目標(biāo)和背景的靜態(tài)圖像或視頻圖像源,能夠模擬產(chǎn)生多種類型的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試圖標(biāo)和戰(zhàn)場(chǎng)條件下的各種真實(shí)場(chǎng)景,給出目標(biāo)和背景的近紫外、可見(jiàn)光和紅外輻射特征,對(duì)武器系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試評(píng)估,特別是能夠完成對(duì)跟蹤和制導(dǎo)等復(fù)雜系統(tǒng)的測(cè)試,滿足近紫外、可見(jiàn)光至近紅外CCD、紅外成像導(dǎo)引頭、紅外成像跟蹤與火控系統(tǒng)半實(shí)物仿真的需要。[0013](二)本發(fā)明不僅適用于多種外部信號(hào)驅(qū)動(dòng)源,而且還提供了不同的內(nèi)部信號(hào)驅(qū)動(dòng)源供試驗(yàn)選擇,因而,對(duì)提供視頻輸出信號(hào)或脈沖信號(hào)或RS422信號(hào)的被測(cè)光電設(shè)備以及無(wú)法提供外部驅(qū)動(dòng)信號(hào)的光電設(shè)備都能夠進(jìn)行測(cè)試,因此具有很強(qiáng)的適應(yīng)性和廣泛的應(yīng)用前景。[0014](三)本發(fā)明可根據(jù)試驗(yàn)需要設(shè)置不同的倍頻數(shù)和延遲時(shí)間,據(jù)此生成用于驅(qū)動(dòng)5DMD各種同步驅(qū)動(dòng)信號(hào),從而可以保證動(dòng)態(tài)場(chǎng)景模擬器生成的圖像幀頻大于等于被測(cè)光電探測(cè)器的成像頻率,并與被測(cè)光電探測(cè)器積分時(shí)間保持一致,從而保證獲得的圖像質(zhì)量穩(wěn)定無(wú)頻閃,有利于后續(xù)目標(biāo)和背景的計(jì)算提取。
[0015]圖1是本發(fā)明紫外到紅外動(dòng)態(tài)場(chǎng)景模擬器的組成示意圖。[0016]圖2是圖1中所示的寬波段輻射源的組成形式示意圖。[0017]圖3是本發(fā)明中XGA格式DMD的窗口外型圖。[0018]圖4是本發(fā)明中1080p格式DMD的窗口外型圖。[0019]圖5是圖1中所示的外同步控制器的組成示意圖。[0020]圖6是圖4中所示的微控制器的操作流程圖。
具體實(shí)施方式
[0021]下面結(jié)合附圖及優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳述。[0022]正如圖1所示,本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例提供的紫外到紅外動(dòng)態(tài)場(chǎng)景模擬器包含數(shù)字微反射鏡陣列(DMD) 1、外同步控制器2、視頻轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電路3、復(fù)合式寬波段輻射源4、積分球 5、平面反射鏡6、拋物面反射鏡7和直流電源及風(fēng)扇。電源選用12V直流供電,在分電路板上有各自的降壓電路。風(fēng)扇主要用于DMD1、寬波段輻射源4和各電路板的散熱。[0023]根據(jù)圖2所示,復(fù)合式寬波段輻射源4為圓形或方形且包括紅外輻射源4-1、多個(gè)可見(jiàn)光輻射源4-2和多個(gè)紫外輻射源4-3三種輻射源,其中紅外輻射源4-1位于中心,可見(jiàn)光輻射源4-2和紫外輻射源4-3相間均布在紅外輻射源4-1的周圍,紅外輻射源4-1、可見(jiàn)光輻射源4-2和紫外輻射源4-3的輻射面位于同一平面。紅外輻射源4-1采用波段2 μ m 12 μ m的高溫黑體,可見(jiàn)光輻射源4-2采用波段0. 38 μ m 2 μ m的鹵素光源,紫外輻射源 4-3采用波段0. 2 μ m 0. 4 μ m的紫外高功率二極管。[0024]根據(jù)圖3所示,DMDl具有透射紫外到紅外波段光譜的光學(xué)窗口,復(fù)合式寬波段輻射源4的輻射投射到DMDl上,微反射鏡陣列根據(jù)各自的驅(qū)動(dòng)信號(hào)獨(dú)立改變其偏轉(zhuǎn)角,實(shí)現(xiàn)輸出光束的調(diào)制。在優(yōu)選實(shí)施例中,DMDl選用XGA格式,分辨率10MX768,其光學(xué)窗口選用透紅外寬波段的BaF2光學(xué)玻璃制作,透射波段0. 2 12 μ m,其中0. 3 11 μ m波段光譜的透過(guò)率達(dá)80%以上,厚度2mm 3mm,長(zhǎng)、寬尺寸分別為32. 8mm、25mm。光學(xué)窗口中心區(qū)域 A即透射區(qū)的尺寸為16mmX13mm,光圈數(shù)N= 2,局部光圈ΔΝ = 0. 5 ;在圍繞窗口中心區(qū)域 A的環(huán)帶(圖中斜線部分)內(nèi)表面鍍銀或鋁,環(huán)帶的長(zhǎng)、寬尺寸分別為32mm、24mm。本發(fā)明還可選用1080p格式且分辨率為1920 X 1080的DMD,其窗口由合金框架和BaF2光學(xué)玻璃構(gòu)成(參見(jiàn)圖4),合金框架的四周帶突沿,其外型尺寸為36. 4mmX 36. 4mm ;光學(xué)玻璃鑲嵌在合金框架的中心,光學(xué)玻璃為BaF2,尺寸為21. 5mmX 12mm,光學(xué)玻璃的面形指標(biāo)與圖3中透射區(qū)的相同。[0025]根據(jù)圖5所示,外同步控制器2含有微控制器、操作鍵盤(pán)、顯示器和同步信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路。顯示器選用66X164點(diǎn)陣真空熒光顯示屏。操作鍵盤(pán)選用通用4鍵鍵盤(pán),其4個(gè)按鍵為確認(rèn)鍵、取消鍵、上移鍵和下移鍵,其功能是根據(jù)顯示器顯示出的菜單界面,選擇相應(yīng)的試驗(yàn)參數(shù)。[0026]微控制器為內(nèi)置有控制軟件包的單片機(jī),本優(yōu)選實(shí)施例選用ATmegal6L-8PI單片機(jī)。單片機(jī)上設(shè)有三個(gè)外源驅(qū)動(dòng)端口,其第一驅(qū)動(dòng)端口接視頻場(chǎng)同步分離電路、第二驅(qū)動(dòng)端口接RS422轉(zhuǎn)換電路,如果被測(cè)光電設(shè)備提供的外部驅(qū)動(dòng)信號(hào)為PAL制(逐行倒相制式)或 NTSC制(全國(guó)電視系統(tǒng)委員會(huì)制式)視頻信號(hào)時(shí),則視頻場(chǎng)同步分離電路分離該信號(hào)中的場(chǎng)脈沖信號(hào),并將場(chǎng)脈沖信號(hào)送到第一驅(qū)動(dòng)端口。如果被測(cè)光電設(shè)備提供的外部驅(qū)動(dòng)信號(hào)為RS422,則RS422轉(zhuǎn)換電路分離該信號(hào)中的幀脈沖信號(hào),并將場(chǎng)脈沖信號(hào)送到第二驅(qū)動(dòng)端口。如果被測(cè)光電設(shè)備提供的外部驅(qū)動(dòng)信號(hào)為外同步脈沖信號(hào),則直接接入第三驅(qū)動(dòng)端口。 視頻場(chǎng)同步分離電路選用LM1881N型視頻同步分離集成電路。RS422轉(zhuǎn)換電路由SN75176 型集成電路和光電耦合器TLP521構(gòu)成。[0027]控制軟件包按功能劃分為菜單界面模塊、計(jì)算模塊、驅(qū)動(dòng)模塊和顯示模塊并根據(jù)圖6所示的流程完成相關(guān)操作。[0028]菜單界面模塊包括倍頻數(shù)、延時(shí)時(shí)間、內(nèi)部信號(hào)源和外部信號(hào)源選項(xiàng)。倍頻數(shù)選項(xiàng)用于設(shè)置同步驅(qū)動(dòng)信號(hào)的倍頻數(shù),包括0. 5倍、1倍、2倍、3倍和4倍五種參數(shù),其默認(rèn)值為前次試驗(yàn)的最后選定值。延遲時(shí)間選項(xiàng)用于設(shè)置同步驅(qū)動(dòng)信號(hào)相對(duì)于源驅(qū)動(dòng)信號(hào)的延遲時(shí)間,每按一次上移鍵則延遲時(shí)間增加1 μ s,每按一次下移鍵擇延遲時(shí)間減少1 μ S。延遲時(shí)間欄的起始值為0,默認(rèn)值為前次試驗(yàn)的最后選定值。內(nèi)部信號(hào)源選項(xiàng)用于設(shè)置內(nèi)部信號(hào)源的頻率參數(shù),其選擇值為40Ηζ、50Ηζ和60Hz,一旦確認(rèn)某一頻率值則形成內(nèi)部源驅(qū)動(dòng)信號(hào)送給計(jì)算模塊。外部信號(hào)源選項(xiàng)用于查詢微控制器的各外部驅(qū)動(dòng)信號(hào)端口是否有外部驅(qū)動(dòng)信號(hào),若沒(méi)有,則在顯示器上顯示“無(wú)外部信號(hào)源”,若有信號(hào)則采集外部源驅(qū)動(dòng)信號(hào)送給計(jì)算模塊。當(dāng)被測(cè)光電設(shè)備無(wú)法提供外部驅(qū)動(dòng)源時(shí),試驗(yàn)中才會(huì)采用內(nèi)部信號(hào)源。[0029]計(jì)算模塊計(jì)算內(nèi)部源驅(qū)動(dòng)信號(hào)或外部源驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率和占空比,計(jì)算步驟為 當(dāng)源驅(qū)動(dòng)信號(hào)的高電平到來(lái)時(shí),第一計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)直至低電平到來(lái)停止,當(dāng)源驅(qū)動(dòng)信號(hào)的低電平到來(lái)時(shí),第二計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)直至下一個(gè)周期的高電平到來(lái)停止,并根據(jù)以下公式計(jì)算[0030]Tl = aXT(y s), T2 = bXT(y s) (1)[0031]F,= 1/(T1+T2)(2)[0032]Γ = Τ1/Τ2(3)[0033]式中,Tl為源驅(qū)動(dòng)信號(hào)的高電平持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)度,T2為源驅(qū)動(dòng)信號(hào)的低電平持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)度,T為單片機(jī)的時(shí)鐘周期,a為第一計(jì)數(shù)器的計(jì)時(shí)長(zhǎng)度,b為第二計(jì)數(shù)器的計(jì)時(shí)長(zhǎng)度,F(xiàn)’為源驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率,Γ為源驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比。[0034]同步驅(qū)動(dòng)模塊根據(jù)選擇的倍頻數(shù)、延遲時(shí)間以及源驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率及占空比合成同步驅(qū)動(dòng)信號(hào),并將同步驅(qū)動(dòng)信號(hào)送入同步信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路。該同步信號(hào)的周期為(Τ1+Τ2)/ m且m為設(shè)定的倍頻數(shù),占空比與源驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比相同。[0035]顯示模塊的功能是將菜單界面模塊選擇的信號(hào)源和計(jì)算模塊獲得的源驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率顯示在顯示器上,顯示源驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率的目的是幫助試驗(yàn)人員驗(yàn)證內(nèi)部源信號(hào)或外部源信號(hào)是否正確。[0036]顯示完成后如果操作鍵盤(pán)有新的輸入值,則根據(jù)輸入選擇倍頻數(shù)、延時(shí)時(shí)間、內(nèi)部信號(hào)源和外部信號(hào)源,進(jìn)入下一輪計(jì)算;如果操作鍵盤(pán)沒(méi)有輸入,則始終采集當(dāng)前的信號(hào)源進(jìn)行計(jì)算,循環(huán)輸出同步驅(qū)動(dòng)信號(hào)。[0037]同步信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路由PNP型三極管和NPN型三極管級(jí)聯(lián)構(gòu)成,其功能是對(duì)微控制器輸出的同步驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行功率放大,并將放大信號(hào)送入視頻轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電路3的輸入端。[0038]視頻轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電路3根據(jù)同步驅(qū)動(dòng)信號(hào)和仿真計(jì)算機(jī)送來(lái)的動(dòng)態(tài)場(chǎng)景視頻信號(hào), 控制DMDl按照動(dòng)態(tài)場(chǎng)景對(duì)應(yīng)的灰度等級(jí),以脈沖寬度調(diào)制方式(PWM)對(duì)寬波段入射光束進(jìn)行調(diào)制,調(diào)制后的反射光束由準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)投射到被測(cè)光電設(shè)備的入瞳,得到與真實(shí)目標(biāo)背景空間分布一致的圖像。其中視頻轉(zhuǎn)換電路采用AD9882KST-140型視頻專用處理電路, 處理視頻中的R、G、B顏色分量灰度數(shù)據(jù),采用DDP2000型大規(guī)模邏輯器件完成數(shù)據(jù)重組和排列,采用SECK4R271669F型內(nèi)存芯片作為數(shù)據(jù)的緩存,采用DAD1000型驅(qū)動(dòng)芯片完成對(duì) DMD 1的電平驅(qū)動(dòng)。[0039]再參見(jiàn)圖1,復(fù)合式寬波段輻射源4和積分球5用以給DMD 1提供均勻照明,其中積分球5的入口與復(fù)合式寬波段輻射源4的輻射出射面對(duì)接,積分球5的出口面法線與 DMDl的法線呈2倍于微反射鏡偏轉(zhuǎn)角度關(guān)系。拋物面反射鏡7的焦距f’為650mm,圓錐曲線常數(shù)k為-1,離軸量為90,外徑Φ為122mm,通光口徑Φ為120mm。平面反射鏡6將DMD 出射的場(chǎng)景圖像反射到拋物面反射鏡7上,再經(jīng)拋物面反射鏡7的反射后以平行輻射的形式投射到被測(cè)光電設(shè)備的入瞳處。該平行輻射中含有相應(yīng)的光譜和強(qiáng)度信息。
權(quán)利要求
1.一種紫外到紅外動(dòng)態(tài)場(chǎng)景模擬器,包括數(shù)字微反射鏡陣列(1)、視頻轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電路 (3)、平面反射鏡(6)和拋物面反射鏡(7),其特征在于還包括外同步控制器O)、復(fù)合式寬波段輻射源(4)和積分球(5);所述復(fù)合式寬波段輻射源(4)為圓形或方形且包括紅外輻射源G-1)、多個(gè)可見(jiàn)光光源(4- 和多個(gè)紫外波段輻射源G-3),紅外輻射源(4-1)位于中心,可見(jiàn)光輻射源(4- 和紫外輻射源(4- 相間均布在紅外輻射源G-1)的周圍; 所述數(shù)字微反射鏡陣列(1)的光學(xué)窗口選用透紅外寬波段的BaF2光學(xué)玻璃制作,透射波段 0.2 12 μ m,其中0.3 11 μ m波段光譜的透過(guò)率大于80%;所述外同步控制器(2)含有微控制器、顯示器和同步信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路,微控制器為內(nèi)置有控制軟件包和具備多個(gè)外源驅(qū)動(dòng)端口的單片機(jī),所述控制軟件包按功能劃分為菜單界面模塊、計(jì)算模塊、驅(qū)動(dòng)模塊和顯示模塊菜單界面模塊包括倍頻數(shù)、延時(shí)時(shí)間、內(nèi)部信號(hào)源和外部信號(hào)源選項(xiàng),倍頻數(shù)選項(xiàng)用于設(shè)置同步驅(qū)動(dòng)信號(hào)的倍頻數(shù),延遲時(shí)間選項(xiàng)用于設(shè)置同步驅(qū)動(dòng)信號(hào)相對(duì)于源驅(qū)動(dòng)信號(hào)的延遲時(shí)間,內(nèi)部信號(hào)源選項(xiàng)用于設(shè)置內(nèi)部信號(hào)源的頻率參數(shù),一旦確認(rèn)某一頻率值則形成內(nèi)源驅(qū)動(dòng)信號(hào)并送給計(jì)算模塊,外部信號(hào)源選項(xiàng)用于查詢單片機(jī)的外源驅(qū)動(dòng)端口是否有外源驅(qū)動(dòng)信號(hào),若為否,則在顯示器上顯示“無(wú)外部信號(hào)源”,若有信號(hào)則采集外源驅(qū)動(dòng)信號(hào)送給計(jì)算模塊;計(jì)算模塊根據(jù)以下公式計(jì)算內(nèi)源驅(qū)動(dòng)信號(hào)或外源驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率和占空比Tl = aXT(y s), T2 = bXT(y s) (1)F,= 1/(T1+T2)(2)Γ = Τ1/Τ2(3)式中,Tl為源驅(qū)動(dòng)信號(hào)的高電平持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)度,T2為源驅(qū)動(dòng)信號(hào)的低電平持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)度,T為單片機(jī)的時(shí)鐘周期,a為第一計(jì)數(shù)器的計(jì)時(shí)長(zhǎng)度,b為第二計(jì)數(shù)器的計(jì)時(shí)長(zhǎng)度, F’為源驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率,Γ為源驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比;同步驅(qū)動(dòng)模塊根據(jù)選擇的倍頻數(shù)、延遲時(shí)間以及源驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率及占空比合成同步驅(qū)動(dòng)信號(hào),并將同步驅(qū)動(dòng)信號(hào)送入同步信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路;顯示模塊的功能是將菜單界面模塊選擇的信號(hào)源和計(jì)算模塊獲得的源驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率顯示在顯示器上;所述同步信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路對(duì)微控制器輸出的同步驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行功率放大,并將放大信號(hào)送入視頻轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電路C3)的輸入端;所述視頻轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電路C3)接收來(lái)自仿真計(jì)算機(jī)的動(dòng)態(tài)場(chǎng)景視頻信號(hào)和來(lái)自外同步控制器O)的同步驅(qū)動(dòng)信號(hào),按照動(dòng)態(tài)場(chǎng)景對(duì)應(yīng)的灰度等級(jí),以脈沖寬度調(diào)制方式對(duì)寬波段入射光束進(jìn)行調(diào)制;所述復(fù)合式寬波段輻射源的輻射面與積分球(5)的入口對(duì)接,積分球(5)的出口面法線與數(shù)字微反射陣列(1)的法線夾角是微反射鏡偏轉(zhuǎn)角的2倍;復(fù)合式寬波段輻射源(4)發(fā)出的寬波段輻射通過(guò)積分球(5)后均勻照射到數(shù)字微反射鏡陣列(1),由數(shù)字微反射鏡陣列(1)出射的調(diào)制寬波段場(chǎng)景光束依次經(jīng)平面反射鏡(6)和拋物面反射鏡(7)反射后,以平行光的形式投射到被測(cè)光電設(shè)備的入瞳處。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的紫外到紅外動(dòng)態(tài)場(chǎng)景模擬器,其特征在于所述單片機(jī)帶有第一、第二、第三外源驅(qū)動(dòng)端口,第一驅(qū)動(dòng)端口通過(guò)視頻場(chǎng)同步分離電路接收被測(cè)光電設(shè)備提供的視頻信號(hào),第二驅(qū)動(dòng)端口通過(guò)RS422轉(zhuǎn)換電路接收被測(cè)光電設(shè)備提供的RS422信號(hào), 第三驅(qū)動(dòng)端口直接接收被測(cè)光電設(shè)備提供的外同步脈沖信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的紫外到紅外動(dòng)態(tài)場(chǎng)景模擬器,其特征在于所述紅外輻射源 (4-1)采用波段2 μ m 12 μ m的黑體;所述可見(jiàn)光輻射源(4_2)采用波段0. 38 μ m 2 μ m 的鹵素光源;所述紫外輻射源(4-3)采用波段為0.2μπι 0.4μπι的紫外二極管。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的紫外到紅外動(dòng)態(tài)場(chǎng)景模擬器,其特征在于所述數(shù)字微反射鏡陣列⑴選用XGA格式,分辨率10MX768,所述光學(xué)窗口在圍繞其透射區(qū)㈧的環(huán)帶內(nèi)表面鍍銀或鋁,透射區(qū)㈧的光圈數(shù)N = 2,局部光圈ΔΝ = 0.5。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的紫外到紅外動(dòng)態(tài)場(chǎng)景模擬器,其特征在于所述數(shù)字微反射鏡陣列⑴選用IOSOp格式,分辨率1920X1080,所述光學(xué)窗口在圍繞其透射區(qū)㈧的環(huán)帶包鑲合金框架,透射區(qū)㈧的光圈數(shù)N =2,局部光圈ΔΝ = 0.5。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的紫外到紅外動(dòng)態(tài)場(chǎng)景模擬器,其特征在于所述內(nèi)部信號(hào)源含有三個(gè)頻率選則值,即40Ηζ、50Ηζ和60Hz。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的紫外到紅外動(dòng)態(tài)場(chǎng)景模擬器,其特征在于所述倍頻數(shù)選項(xiàng)包括0. 5倍、1倍、2倍、3倍和4倍五種選擇值,其默認(rèn)值為前次試驗(yàn)的最后選定值。延遲時(shí)間選項(xiàng)用于設(shè)置同步驅(qū)動(dòng)信號(hào)的延遲時(shí)間,每按一次上移鍵則延遲時(shí)間增加1 μ s,每按一次下移鍵擇延遲時(shí)間減少ι μ S。延遲時(shí)間欄的其起始值為0,默認(rèn)值為前次試驗(yàn)的最后選定值。
專利摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種紫外到紅外動(dòng)態(tài)場(chǎng)景模擬器,屬于動(dòng)態(tài)場(chǎng)景仿真技術(shù)領(lǐng)域:
。該模擬器將被測(cè)光電設(shè)備提供的外源驅(qū)動(dòng)信號(hào)或者選擇的內(nèi)源驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)外同步控制器按照試驗(yàn)要求合成一個(gè)同步驅(qū)動(dòng)信號(hào),復(fù)合式寬波段輻射源發(fā)射出的寬波段輻射通過(guò)積分球均勻照射到帶寬波段透射窗口的DMD上,視頻轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)同步驅(qū)動(dòng)信號(hào)和仿真計(jì)算機(jī)送來(lái)的動(dòng)態(tài)場(chǎng)景視頻信號(hào),控制DMD按照動(dòng)態(tài)場(chǎng)景對(duì)應(yīng)的灰度等級(jí),以脈沖寬度調(diào)制方式對(duì)寬波段入射光束進(jìn)行調(diào)制,調(diào)制后的反射光束由準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)投射到被測(cè)光電設(shè)備的入瞳。本發(fā)明能夠完成對(duì)跟蹤和制導(dǎo)等復(fù)雜系統(tǒng)的測(cè)試,滿足近紫外、可見(jiàn)光至近紅外CCD、紅外成像導(dǎo)引頭、紅外成像跟蹤與火控系統(tǒng)半實(shí)物仿真的需要。
文檔編號(hào)F41G3/32GKCN102519307SQ201110430534
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月20日
發(fā)明者孫科鋒, 王軍, 王吉龍, 胡煜, 解俊虎, 趙宇潔, 鄭雅衛(wèi), 高教波 申請(qǐng)人:中國(guó)兵器工業(yè)第二0五研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan