空间场景模拟器的光源系统设计

　　空间场景模拟器模拟光源有两个基本功能，一是模拟恒星的可见光光谱特征，二是模拟恒星的亮度等级——星等[1]。本文的工作主要是对实现这两个功能提出了一种实现恒星模拟的方法。该方法通过对比恒星的光谱特性，采用一组卤钨灯作为模拟光源，并通过窄带滤光片组合技术得到与恒星可见光波段光谱一致的模拟光谱带。然后再采用变密度盘和减光片、基于DSP的调压原理多级衰减技术调节模拟光源的输出光强，从而得到所需模拟星等。

　　1 光谱的组合窄带滤波技术

　　1.1 黑体辐射定律

　　天体辐射源的光谱是连续谱，其辐射强度是随频率 缓慢变化的函数，而对于吸收谱或发射谱，其强度只在很窄的谱间隔内有很强的化[2]，如图 1所示。黑体辐射的性质：黑体辐射的辐射强度 仅依赖于温度 ，其强度以普朗克函数表示[3-5]。

　　根据维恩位移定律， 处于峰值时所对应的最大波长为：

　　恒星的光谱类型取决于恒星的有效温度，但是由于每一颗恒星的所含元素的丰度不同，所以通常在其连续的光谱上还有很多吸收线和发射线，如图1 的织女星的光谱所示，这些吸收线和发射线也影响着恒星的发射强度。我们再给出与织女星有效温度相同的黑体辐射的光谱，两者比较可以发现，其差别仅仅在于有无吸收线，两者的辐射强度的差别也是由吸收线的影响造成的，但是由吸收线(或发射线)在整个光谱中所占的比例是可以忽略的，所以在我们星体光谱模拟中可以将恒星的光谱近似地用黑体辐射的光谱来代替，这样我们只要选择相应的黑体辐射特性的光源就可以得到恒星的模拟光源。

　　1.2 组合子通道滤光技术

　　采用组合子通道滤光技术实现恒星光谱的模拟。用数个窄带滤光片将灯源的光谱曲线进行分段窄带滤光，然后进行合成输出成某星的光谱。如图2 所示。假设恒星的光谱为 ，而由卤钨灯模拟得到的光谱为 ，那么光谱的辐出度差为

　　模拟得到的光谱与实际光谱存在着辐出度差 M，这是由于卤钨灯的光谱曲线与被模拟的恒星光谱曲线不一致产生的。由图 2 可知，滤光子通道数的增加可以降低这种辐出度差 M，达到所需的光谱精度。

　　2 DSP 的数字电压调节多级组合衰减技术

　　2.1 衰减轮衰减

　　在粗调阶段，需要根据所模拟的星等等级，调节每个光波段内的光强。在每个光谱段使用了一组中性变密度盘和减光片组合衰减。圆形步进中性变密度盘的膜层材料为NiCrFe，变密度范围是 0-2，图3 表明了变密度盘的转角与光密度的关系[6]。减光片安装在滤光轮上，每个滤光轮可以安装 6 个滤光片，使用两组滤光轮进行组合衰减，以便得到充分多的衰减等级。显而易见，这种变密度盘和减光片的组合可以给出足够数量的衰减等级。