深度学习把航天器姿态估计的精度推得更高了，但合成图像上的误差压得很低。可一旦换成真实相机拍到的画面，性能就会明显下滑。这个sim-to-real差距，是航天器视觉导航落地前的硬障碍。自主在轨操作离不开近距离操作，地面验证要靠真实图像数据集，中间缺的是可控光照。

航天器视觉导航需要真实光照环境，近距离操作、目标捕获、在轨服务，都把航天器视觉导航当核心感知手段。深度学习提升了航天器姿态估计和航天器位置估计的能力，但合成图像与实拍图像之间，光照、阴影和反射都不同，算法就对不上号。
地面验证必须用真实图像。航天器地面测试能不能反映在轨工况，取决于光照可不可控、可不可重复。紫创测控Luminbox太阳光模拟器可以根据测试目标进一步匹配光谱、辐照度、光斑尺寸和准直条件，并可覆盖航天器光伏、光学载荷及相关空间环境模拟需求。

ALMASat 目标的合成渲染图像（左列）与测试台实拍的真实图像（右列）：右列可见太阳光模拟器造成的强镜面反光与硬阴影边界

太阳光模拟器是测试平台的光照基础

自然太阳光没法稳定控制。目标姿态一变，它和光源的相对关系就变了，图像也跟着变。要让实验可重复，光照强度、方向和光谱都得锁住。太阳光模拟器把它们变成可调、可复现的变量。太阳模拟器模拟航天器光照环境的能力，直接决定数据能否跨批次对比。

光谱、准直与辐照度如何影响测试结果

光源光谱直接决定目标表面的反射特征。不同材料在同一光谱下反射特性不同，RGB相机记录的图像和照明条件高度相关。要贴近外层空间的太阳光谱，光谱匹配能力就绕不开。

自然太阳距离极远，到达航天器的光线近似平行。地面的航天器视觉测试如果发散角太大，入射方向就失真，阴影边界也糊掉。太阳的角径约0.53°。准直度做到±0.5°以内，航天器模拟测试的入射方向才贴近真实。

太阳光模拟器用400 W HMI金属卤化物灯，色温6200 K，配抛物面反射器。测试位置辐照度做到1000–1200 W/m²，而大气层外的AM0辐照度约1361 W/m²，相当于在轨条件的七成到九成。航天器地面测试能不能重复，看的是辐照度够不够、时间稳不稳、光斑匀不匀。

真实案例的机器人成航天器视觉测试

博洛尼亚大学为航天器视觉测试搭的7自由度机器人测试台，出自Lotti等人在CEAS-AIDAA 2025上的报告。这套空间机器人测试平台由UR10e机械臂、线性导轨、ALMASat模型、RGB相机和太阳光模拟器组成。暗室4.4×2.0 m，遮光窗帘把环境光压到最低，同时减少二次反射。

博洛尼亚大学机器人测试台实景：暗室与遮光窗帘、直线导轨上的 UR10e 协作机械臂、搭载 ALMASat 工程模型的光学平台，以及左侧的太阳光模拟器

机器人与相机协同获取真实图像

空间机器人平台的主体是UR10e，重复精度±0.05 mm；第七轴是1.8 m线性导轨，精度±0.1 mm。配套的RGB相机用大恒MER-231-41U3C，分辨率1920×1200。测试时先网格化工作空间，每格中心算一个look-at姿态，再叠加随机旋转。MoveIt检查可达性后导出关节值执行。关节容差0.0046°折算到1.3 m臂展末端约0.1 mm，航天器姿态估计和航天器位置估计的标签才立得住。拍完图用PnP重算实际位姿，真实图像数据集的参考值来自这一步。

测试台主要硬件与参数

RViz 中的参考坐标系——相机坐标系、目标本体轴与世界系，以及机器人、光学平台与暗室模型

太阳光模拟器实现光照可重复

光照可重复，看的是输出功率、光束方向和光谱的长期稳定。姿态一变，入射角跟着变。光源漂移一点，同一姿态两次采样就对不上，航天器视觉测试用的真实图像数据集也无从谈起。IEC 60904-9把时间不稳定性单列一项评级，因为它是数据能否跨天比较的前提。

太阳光模拟器在航天HIL测试中的应用

更高准直的场景可选全光谱太阳光模拟器：平行度≤±0.5°，光谱覆盖280–2000 nm，均匀性达IEC 60904-9的Class A。这个量级与太阳0.53°的角径相当。阴影边界不会再因光源糊开，覆盖紫外到近红外的航天器视觉导航和航天器视觉测试里，亮暗分布也会被直接改变。不过它在中小型测试台和商业航天场景里更明显，超大型机构已有真空舱则另议。

机器人测试台后续还会接入OptiTrack外部位姿真值和事件相机。景深与动态范围会改善，参考位姿不再只靠空间机器人的运动学。采集流程本身也能用于教学。

航天器视觉导航测试要落地，靠的是真实可控的测试环境。太阳光模拟器把光照这个变量稳住，sim-to-real差距才有被压缩的空间。近距离操作的算法要在真实光照下验证，航天器模拟测试也一样。搭建这类平台前值得先确认：光源准直度、光谱覆盖和暗室集成能力。这通常比功率更能决定数据质量。

Luminbox 全光谱大面积LED太阳模拟器

Luminbox 全光谱大面积LED太阳模拟器以A+AA+综合性能，实现辐照均匀、光谱精准与运行稳定的三重突破，通过权威认证，为材料测试提供高可靠、标准化的全光谱光照解决方案，推动精密光学实验迈向更高精度与可重复性。 

技术支持: 400-808-6127

l A+级光谱匹配：300-1200 nm全覆盖，误差≤1%（IEC标准）。

l 高均匀辐照：45cm×45cm区域不均匀度仅1.8%（A级）。

l 超稳运行：20分钟波动≤0.5%（A+级）。

l 权威认证：国家计量院校准，国际标准合规。

l 工业级设计：适配光伏、材料、光催化等多场景。

Luminbox凭借对光谱匹配度、辐照均匀性等核心指标的极致追求，已构建起覆盖LED/氙灯/卤素灯全技术路线的产品矩阵，技术持续创新、关键性能指标表现出色，为客户提供了优质的产品和全场景太阳光环境模拟解决方案。

原文参考：A. Lotti, D. Modenini, P. Tortora. Development of a Robotic Testbed and Initial Testing for Machine Learning-Based Spacecraft Pose Estimation[C]. CEAS-AIDAA Conference 2025; Materials Research Proceedings, 2026, 69: 1012–1017. DOI: 10.21741/9781644904251-175. 本文图 1—图 4 依次对应该文图 2、图 1 左、表 1、图 1 右，均为原文图件的原尺寸裁切（400 dpi），未作内容修改。该文按 Creative Commons Attribution 3.0（CC BY 3.0）许可发布，转载须保留作者署名、题名与出处。

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