Способ определения отклонения координат солнца относительно базовой системы координат
Изобретение относится к навигационной технике и, в частности, может быть использовано в системах ориентации космических аппаратов при определении из ориентации относительно Солнца, а также на наземных солнечных электростанциях Технический эффект достигается за счет того, что по предложенному способу разделение светового потока производится таким образом, что сумма всех электрических сигналов светочувствительных элементов равна величине электрического сигнала одного полностью освещенного светочувствительного элемента 5 ил.
(ю) ÊRÖ (и) 200 (51) 5 001 1 20
01 21 24
OIIHCAHHK ИЗОБРЕТЕНИ
К ПАТЕНТУ
Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4953407/24 (22) 20.05.91 (4б) 30.10.93 Бюл Na 39-40 (71) Институт космических исследований AH СССР (72) Барбараш Б.0„ Мерсов ГА; Новиков Б.С. (73) Институт космических исследований PAH (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОТКЛОНЕНИЯ
КООРДИНАТ СОЛНЦА ОТНОСИТЕЛЬНО БАЗОВОЙ СИСТЕ МЫ КООРДИНАТ (57) Изобретение относится к навигационной технике и, в частности, может быть использовано в системах ориентации космических аппаратов при определении из ориентации относительно Солнца, а также на наземных солнечных электростанциях
Технический эффект достигается за счет того, что по предложенному способу разделение светового потока производится таким образом, что сумма всех электрических сигналов светочувствительных элементов равна величине электрического сигнала одного полностью освещенного светочувствительного элемента 5 ил.
2002214 падания точек ai u ct на эти элементы. Kax ° следует из построения тени экрана (фиг, 4), координаты точек bi в системе координат
0ХУ равны
В 1„=(Ь+д) — " Ь; х, В2х — (b+ ) 5
10
Взх=-(Ь+д)- S" h;
Sх
7.а
В4х=(Ь+д) — "Ь;
В 1„=(Ь+д) —
20 в 2у =(ь+д) - 5Ь;
В зу — - -(Ь+д) - Ь;
В 4y =-(Ь+д) — S Ь;
l где Sz>0, так как датчик чувствителен в полусфере (y<90 ).
Координаты точек ai u ci в системе OXY равны
40 (2) Условия попадания точек bi на элементы Di с учетом выражений (1) можно записать в виде системы неравенств
2 Ь+д Ь1„)д;
2Ь+д > — b2x +
2Ь+д> — Ь з д; (3) 55
2 Ь+д >Ь4„
2 Ь + д > Ь 1у > д; .
2 b+8 Z — Ь2у д, Изобретение относится к навигационной технике и, в частности, может быть использовано в системах ориентации космических аппаратов при определении их ориентации относительно Солнца. а также на наземных солнечных электростанциях.
Известен способ определения отклонения координат Солнца относительно базовой системы координат, основанный на разделении светового потока Солнца двумя взаимно перпендикулярными светонепроницаемыми экранами, заключающийся в том, что преобразуют все части светового потока Солнца в электрические сигналы четырех светочувствительных элементов, лежащих в базовой плоскости, перпендикулярной обоим светонепроницаемым .экранам, сравнивают значение электрических сигналов в каждой соответствующей паре светочувствительных элементов и по мере рассогласования опредеЛяют отклонение координат
Солнца, На фиг. 1 изображен солнечный датчик в аксонометрии; на фиг. 2 — он же, вид сверху; на фиг. 3 — позиционная характеристика; на фиг. 4 показаны базовая система координат, в которой определяются координаты
Солнца. и положение тени от крестообразного светонепроницаемого экрана; на фиг.
5 — структурная схема устройства, реализу- 30 ющего заявленный способ.
Солнечный датчик содержит основание
1, светонепроницаемый экран 2, с крестообразной крышкой 3, светочувствительные элементы 4 — 7.
Устройство. реализующее заявленный способ, содержит солнечный датчик 8. ЭВМ
9 и исполнительный блок 10.
OXYZ — система координат солнечного датчика; S — единичный вектор направления на Солнце с проекциями Sx, Sy, Si на оси Х, Y и Е; у- угол между направлением на Солнце и нормалью к плоскости OXY; h — высота светоэкранирующего экрана; 01, D2, 0з, 04
-- светочувствительные элементы квадратной формы со стороной 2хЬ, расположенные в квадрантах системы координат OXY на расстоянии д от осей системы; А1, В1, с1, ..., A4 В4, С4 — экран крестообразной формы: а1, Ь1, с1 ....84, Ь4, c4 — проекция крестообразного экрана на плоскость OXY в направлении -з(т,е; тень экрана от Солнца), Допустимый диапазон изменения направления на источник света s (т.е. диапазон, в пределах которого однозначно определяется вектор s) устанавливается из условия попадания точек Ь| на соответствующие элементы Di и одновременного непо81х
С1х=
82х
С2х= азх= сзх=
84х=
С4х=
Ь1х+ Ь+ г; 81y= b1y, Ь1х с1у= b1y+ Ь+ Г;
Ь2х, 82y= Ь2у+ Ь+ Г, Ь2х Ь-Г С2у= Ь2у, b3x b-r; a3y= Ьзу
Ьэх сзу= Ьзу b-Г;
Ь4х, а4у= Ь4уь-r;
Ь4х+ Ь+ Г; с4у= Ь4у.
2002214
2Ь+д > — Ьзу >д:
2 Ь+д Ь4у д;
10 (4) с 1у >2 Ь +д; (5) (9) 30 ry:—
rx—
Ь > — — h >0;
Sx
Sz где! =— I1+ 1г+ Ig+ I4.,Ь> — h>0;
Sx
40
Ь > — — h >О:
Sx
Ь > — — h >О
Sx
Sz (10) или с>!—
Sz с= I l (6) где с — = Ь/h. (12 ) Гу (<1
Условия непопадания точек а и ci на элементы Di определяют в виде системы
m) >2 b +д; сг„< — (2 Ь+д); аз„ вЂ” (2 Ь+д);
c4„>2 ь+д; агу >2 Ь+д; сэу — (2 Ь+д): а 4у — (2 Ь +д).
Как следует из выражения (1) и (2), система (4) является следствием системы (3) при условии r > Ь. Выбирая и подставляя выражения (1) в систему (3), получают систему неравенств
При выполнении условий (5) и (6) освещенные части элементов Di являются по форме прямоугольниками с площадями Fi:
S.
1 =(Ь+ $ h)(b+ h) г =(Ь вЂ” — h)(b+- — у-Ь);
Sx S
z 7
Fi=(Ь- — S" h)(b -Ь); (7) Sz . Sz
F4 =(b+ S h)(Ь - Sh).
2 7
Toêè li, генерируемые светочувстви15 тельными элементами Di пропорциональны их освещенной площади Fi.
I1= G(S)Fi, l- 1, 2, 3, 4, (8) где G(S) — коэффициент, зависящий от направления на источник.
Конкретный вид зависимости G(S) не существенен для предлагаемого метода. важно только, чтобы зависимость G(S) была
25 одинакова для всех элементов D .
Величины Ii являются измеряемыми.
Используя И вычисляют
Учитывая выражения (7) и (8), иэ уравнений (9) получают
S» . Sx
ry- .: гх=—
cSz cSz или отсюда с
Sx= сSzrx, Sy- с$ гу
Подставив уравнения (10) в равенство
S =1 и разрешив его относительно Sz с уче50 TQM условия Sz>0 r1on a от
$z =(1 +С (Гх.+Гу )) г . (11 ) Таким образом, в соответствии с выра55 жениями (6)-(8) вектор $ определяется однозначно по величине rx, ry (9) в случае (гх 1
2002214 — = 0,25
25 сриг. 3 с помощью выражений (10) и (11). Допустимые направления S, определяемые условием (12) или эквивалентной ему системой (3), образуют четырехгранный угол, две грани которого проходят через ось ОХ, а две грани — через ось OY. Все грани отклонены от оси
OZ на угол Q Magog = Bfctg с .
При прохождении Солнца в плоскости
OYZ позиционные характеристики имеют вид, приведенный на фиг. 4. При Солнце в зените выходные сигналы всех светочувствительных элементов равны между собой где i© — величина сигнала светочувствительного элемента с активной площадью 2bx2b при p = 0 и при полном освещении его Солнцем (без светоэкранирующего экрана);
l текущее значение выходногосигнала светочувствительного элемента.
Ф ормула изобретения
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОТКЛОНЕНИЯ КООРДИНАТ СОЛНЦА ОТНОСИТЕЛЬНО БАЗОВОЙ СИСТЕМЫ
КООРДИНАТ, заключающийся в разделе- нии светового потока Солнца светонепроницаемым экраном на четыре части, преобразовании всех частей разделенного светового потока Солнца в электрические сигналы четырех светочувствительных элеУстройство, реализующее заявленный . способ, работает следующим образом. При освещении солнечного датчика 8 Солнцем или другим источником его выходные сигна5 лы пропорциональны освещенной площади светочувствительных элементов 4 — 7 с учетом угла наклона световых лучей к базовой плоскости OXY. Выходные сигналы солнечного датчика 8 поступают на входы аналого10 цифрового преобразователя, входящего в состав 3ВМ 9. По полученным сигналам
ЭВМ вычисляет координаты единичного вектора направления на Солнце по формулам (10), (11). Вычисленное направление на.
15 Солнце индицируется или отрабатывается исполнительным блоком 10.
Достоинством предлагаемого способа является высокая точность определения отклонения координат Солнца относительно
20 базовой плоскости. (56) Катыс Г. П. Оптико-электронная обработка информации. М.: Машиностроение, 1973, с. 372. ментов, лежащих в базовой плоскости, перпендикулярно светонепроницаемому экрану, и вычислении координаты единичного вектора направления на Солнце, от30 личающийся тем, что световой поток
Солнца разделяют так, что сумма всех электрических сигналов светочувствительных элементов равна величине электрического сигнала одного полностью
35 освещенного светочувствительного элемента.
2002214
2002214
fl $%%ki5 +%
2002214 вериг. 5
Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101
Редактор Т.Юрчикова
Заказ 3169
Составитель Б.Барбаш
Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н,Милюкова
Тираж Подписное
НПО "Поиск" Роспатента
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
