基于STM32的多色温多星等输出的单星模拟器系统设计
0 引言
随着近年来我国空间科学技术的快速发展，卫星、载人飞船等航天器需要更高的控制精度、可靠性和更长的寿命。星敏感器在各种航天器上大量应用，其性能指标直接影响到测量结果的可信度。单星模拟器是星敏感器的主要地面标定设备之一，所要实现的功能是在实验室内提供与单颗真实恒星在光度特性、光谱特性等方面趋于一致的模拟恒星[1-2]。传统单星模拟器大多体积大，精度低，稳定性不够好，可调节色温单一，实现星等范围小[3]。本项目采用模块化设计，将多束不同窄带光谱、不同强度的光线混合，并控制总体输出光强，最终实现不同等效黑体色温和不同星等。
1 结构设计
如图1 所示，单星模拟器系统总体结构由电源、光源、波段光强控制器、积分球、星等控制器、工控箱、PC 机7 部分组成。
1.1 光源
常见电光源有氙灯、钠灯、卤钨灯、汞灯等。氙灯辐射光谱能量分布与日光相接近,色温约6000K。连续光谱部分的光谱分布几乎与灯输入功率变化无关，在寿命期内光谱能量分布也几乎不变。氙灯具有发光谱线宽度相对较宽、光谱稳定性高、辐射功率单位时间变化小等优点，所以选择氙灯[4-5]。
光源部分包括150W 氙灯、电源及控制器、反光罩、传光光纤输出耦合器等。
1.2 波段光强控制器
波段光强控制器，由光源经光纤输入光线扩束准直后通过由步进电机控制的可变光阑，再经过10%反射镜后汇聚输出。10%反射镜反射光线由光电池测量光强，通过控制板反馈控制步进电机。要将光源分成不同波长的光束，目前常见产生方式主要有发光二极管直接产生、电光源通过窄带滤波片产生等方式，由于现有发光二管存在输出光谱宽度窄(10~25 nm 半波长宽度)、某些特定中心波长不容易实现等原因，本设计中采用电光源通过窄带滤波片产生。
由于需控制的窄带光源数量较多，且各部分结构基本相同，拟采用模块式设计，即设计13 路相同的“波段光强控制器”，如图2 所示，每一路都可实现对光的滤波、光强调整、使系统结构简化，减小故障率，便于测试与维修。每路为独立易拆换单元结构，由支架、窄带滤光片、分光镜、光电池、可变光阑、步进电机、步进电机驱动器、传光光纤输入输出耦合器、电信号处理模块(实现电机驱动控制、码盘及光电池信号处理和上位控制系统的RS-485 通信等功能)等部分组成，实现对各路色光光功率的控制，形成等效色温。由于峰值光谱范围中有部分到达外区，需要部分控制器中光学元件采用石英材料，其中3 路紫外，10 路可见光或红外。光源与波段光强控制器之间由一进多出(其中石英3 路，玻璃10 路)传光光纤连接，波段光强控制器与六棱镜之间由多进(其中石英3 路，玻璃10 路)一出传光光纤连接。所有“波段光强控制器”与光源、六棱镜、星等控制器、电
源模块等安装于同一平台，通过RS485 的串行方式既可与控制电箱通信，也可与工控机通信。星等控制器的结构与波段光强控制器结构大体相同，主要区别是：增加由另一步进电机控制的衰减
片阵列，实现大星等范围的调节。通过对输出光强的控制实现不同星等，需调整范围为~+6.5MI，采用可变光阑加衰减片阵列方式来实现，衰减片阵列实现固定的大比例衰减，实现误差在一个星等范围内，可变光阑实现一个星等范围内调节，可实现1%的控制[6]。
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