Датчик горизонта

 

Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано в системе управления космического аппарата для определения его угловых отклонений от направления на центр Земли. Данное изобретение заключается в том, что в известном датчике горизонта, содержащем закрепленные в корпусе оптически сопряженные входную плоско-выпуклую линзу и матричный приемник излучения, на плоской выходной поверхности входной плоско-выпуклой линзы установлена апертурная диафрагма, введена линза Микаэляна, оптически сопряженная с апертурной диафрагмой, а на выходной поверхности линзы Микаэляна закреплен плоский матричный приемник излучения. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системе управления космического аппарата для определения его угловых отклонений от направления на центр Земли.

Известен датчик горизонта, содержащий оптическую систему и приемник излучения, работа которого основана на проецировании широкоугольной линзой изображения Земли на приемник излучения, содержащий четыре болометра. Недостатками такого устройства являются низкая точность и невозможность непосредственного сопряжения с цифровой вычислительной машиной.

Известен датчик горизонта, содержащий оптическую систему и приемник излучения, работа которого основана на проецировании оптической системой изображения Земли на группу приемников излучения. Недостатками такого устройства являются низкая точность и невозможность непосредственного сопряжения с цифровой вычислительной машиной.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является датчик горизонта фирмы "Barnes Engineering", содержащий оптическую систему и матричный приемник излучения. Работа устройства основана на проецировании изображения Земли посредством кремниевой линзы на мозаику термоэлементов. Недостатком такого устройства является низкая точность, обусловленная наличием подвижных элементов следящих систем по измеряемым осям.

Цель изобретения - повышение точности за счет исключения подвижных элементов следящих систем по измеряемым осям и за чет устранения искажения изображения Земли на поверхности приемника излучения.

Этот результат достигается тем, что в известном датчике горизонта, содержащем закрепленные в корпусе оптически сопряженные входную плоско-выпуклую линзу и матричный приемник излучения, на плоской выходной поверхности входной плоско-выпуклой линзы установлена апертурная диафрагма, введена линза Микаэляна, оптически сопряженная с апертурной диафрагмой, а на входной поверхности линзы Микаэляна закреплен матричный приемник излучения.

На чертеже изображена схема датчика горизонта.

Датчик горизонта содержит оптически сопряженные входную плоско-выпуклую линзу 1, линзу Микаэляна 2 и размещенную между ними апертурную диафрагму 3. На выходной поверхности линзы Микаэляна размещена матрица 4 приемников излучения. Вся оптическая система закреплена в корпусе 5.

Описываемый датчик работает следующим образом.

Оптическое излучение Земли собирается входной плоско-выпуклой линзой 1, проходит через апертурную диафрагму 3 и проецируется линзой Микаэляна 2 на поверхность матричного приемника 4 излучения. Отклонение оси визирования прибора от направления местной вертикали вызывает смещение изображения на поверхности приемника излучения. По информации о величине и направлении смещения определяют величину и направление отклонения оси визирования прибора.

Сущность изобретения заключается в следующем. Совокупность входной плоско-выпуклой линзы, апертурной диафрагмы и плоской нелинейной линзы (линзы Микаэляна) с закрепленным на ее внешней стороне матричным приемником излучения представляет собой широкоугольный объектив, позволяющий расширить угловой диапазон работы прибора до 180^о. Использование плоской нелинейной линзы - линзы Микаэляна дает возможность получать изображение Земли на плоском матричном приемнике излучения (например, матрице приборов с зарядовой связью) с минимальными искажениями. Отклонение оси визирования от направления на центр Земли вызывает смещение изображения на матричном приемнике излучения, по величине и направлению которого определяют величину и направление отклонения оси визирования. Такое выполнение оптической системы дает возможность исключить подвижные элементы следящих систем по измерительным осям, а следовательно, и ликвидировать ошибки (обусловленные трением и люфтом в звеньях карданного подвеса, неточным съемом информации с датчиков углов и т.д.), вносимые этими элементами в работу прибора.

Линза Микаэляна является нелинейным оптическим элементом - элементом, обладающим цилиндрической симметрией и имеющим плоские входную и выходную поверхности. Она обладает переменным коэффициентом преломления, который уменьшается в радиальном направлении по закону обратного гиперболического косинуса. При удалении от центра линзы интенсивность поля уменьшается по тому же закону, что и показатель преломления. Данный элемент свободен от сферической аберрации. Поскольку линза Микаэляна имеет плоскую выходную поверхность, это позволяет использовать плоский матричный приемник излучения при одновременном сохранении высокого качества изображения.

В качестве матричного приемника излучения может быть использована матрица приборов с зарядовой связью.

Закрепление матричного приемника излучения на выходной поверхности линзы Микаэляна необходимо в целях ликвидации воздушного зазора и повышения помехоустойчивости от посторонних боковых засветок, особенно при работе в инфракрасном диапазоне.

Формула изобретения

ДАТЧИК ГОРИЗОНТА, содержащий закрепленные в корпусе оптически сопряженные входную плосковыпуклую линзу и матричный приемник излучения, отличающийся тем, что на плоской выходной поверхности входной плосковыпуклой линзы установлена апертурная диафрагма, введена линза Микаэляна, оптически сопряженная с апертурной диафрагмой, а на выходной поверхности линзы Микаэляна закреплен плоский матричный приемник излучения.

РИСУНКИ

Рисунок 1