Двухканальный космический телескоп для одновременного наблюдения земли и звезд со спектральным разведением изображения

Авторы патента:

G02B23/10 - с отражением в поле зрения дополнительных изображений, например от коллиматоров (коллиматоры вообще G02B 27/30; сетки G02B 27/34)

G01C21/24 - приборы для космической навигации

Владельцы патента RU 2505843:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" (RU)

Изобретение может использоваться на космических аппаратах (КА) дистанционного зондирования Земли, снимки с которых должны удовлетворять жестким требованиям по координатной привязке, и в качестве средства определения ориентации КА. Телескоп содержит в первом канале главное зеркало, вторичное зеркало, линзовый корректор, регистрирующее устройство, размещенное в фокальной плоскости телескопа, и во втором канале - плоское наклонное эллиптическое зеркало для наблюдения звезд, размещенное в плоскости пересечения первого и второго каналов. Центральная часть обращенной в сторону вторичного зеркала поверхности главного зеркала, на которую попадает свет от Земли, закрыта зеленым отражающим светофильтром. В центральной зоне поперечного сечения второго канала установлена круглая диафрагма, препятствующая попаданию в первый канал той части света от звезд, которая не попадает на плоское наклонное эллиптическое зеркало. Часть обращенной в сторону линзового корректора поверхности регистрирующего устройства закрыта красным пропускающим светофильтром. Технический результат - возможность регистрации достаточного количества звезд одновременно с получением изображения земной поверхности для уменьшения погрешности координатной привязки этого изображения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к космической области, в частности к аппаратурам дистанционного зондирования Земли, и может найти применение на космических аппаратах (КА) дистанционного зондирования Земли, снимки с которых должны удовлетворять жестким требованиям по координатной привязке получаемых с них снимков. Также данная аппаратура может быть использована на КА дистанционного зондирования Земли в качестве вспомогательного средства определения ориентации КА во время космического полета.

В настоящее время широкое распространение получило использование снимков с космических аппаратов (КА) дистанционного зондирования Земли для решения целого ряда задач. Для успешного решения этих задач космические снимки должны быть привязаны к земной поверхности.

На погрешность географической привязки наиболее сильное влияние оказывает погрешность знания ориентации осей визирной системы координат космического телескопа.

Одним из способов уменьшения погрешности знания ориентации осей визирной системы координат является регистрация изображения звездного неба самим космическим телескопом.

Для того чтобы обеспечить достаточное количество звезд, наблюдаемых в поле одновременно с изображением Земли, необходимо разделить яркое изображение Земли и слабые изображения звезд. При этом желательно обеспечить для света звезд и Земли прохождение через одинаковые оптические элементы. Этого можно достигнуть за счет разделения изображений с помощью отражающих и пропускающих интерференционных светофильтров в разные спектральные диапазоны.

Известен космический телескоп Т-170М космического аппарата «Спектр-УФ» (под ред. К.М.Пичхадзе, Космический полет НПО им. С.А.Лавочкина, М., Изд. МАИ-ПРИНТ, 2010, с.94-96).

Космический телескоп Т-170М выполнен по схеме Ричи-Кретьена без линзового корректора и имеет один входной зрачок. Телескоп адаптирован для получения изображения звезд и регистрации их научными спектрометрическими приборами.

Недостатком этого телескопа можно считать невозможность построения и регистрации качественного изображения земной поверхности в виду того, что телескоп адаптирован для регистрации изображения звезд и фокальная поверхность этого телескопа имеет сферическую форму, а также отсутствуют приемники изображения для регистрации изображения земной поверхности.

Известен космический телескоп «Виктория» космического аппарата «Аркон-1» (под ред. К.М.Пичхадзе, Космический полет НПО им. С.А.Лавочкина, М, Изд. МАИ-ПРИНТ, 2010, с.133-139).

В отличие от телескопа Т-170М Космический телескоп «Виктория» адаптирован для получения качественного изображения земной поверхности. Он выполнен по классической схеме для космических телескопов для дистанционного зондирования Земли - схеме Ричи-Кретьена с исправленной фокальной поверхностью и имеет один входной зрачок.

Недостатком этого телескопа можно считать невозможность одновременной регистрации изображения звезд и изображения земной поверхности. Изображение звезд может быть зарегистрировано этим телескопом отдельно от изображения Земли при условии переориентации телескопа с Земли на звездное небо.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является космический телескоп космического аппарата «Ломоносов» (под ред. В. В. Нестерова и др., Космический астрометрический эксперимент «Ломоносов»: Сб. научных трудов/ МГУ им. М.В.Ломоносова, Гос. астрон. ин-т им. П.К.Штернберга; М., Изд. МГУ, 1992, с.191).

Этот телескоп выполнен по оригинальной оптической схеме на основе схемы Кассегрена и имеет два входных зрачка. Он предназначен для выполнения астрометрических экспериментов, и оба его канала предназначены для построения изображения звезд. Телескоп не предназначен для регистрации изображения Земли, однако, теоретически изображение земной поверхности может быть зарегистрировано данным телескопом (каналом для измеряемой звезды) одновременно с изображением звезд (каналом для опорной звезды).

Недостатком космического телескопа «Ломоносов» является отсутствие возможности разведения изображения Земли и звезд. Это приводит к тому, что если производить одновременное наблюдение земной поверхности и звездного неба (каналами с разными входными зрачками), яркое изображение Земли и слабые изображения звезд будут регистрироваться одновременно на приемнике изображения (ПЗС-матрице), что в свою очередь, приведет к уменьшению количества звезд, наблюдаемых в поле одновременно с изображением Земли, что, соответственно, приведет к росту погрешности определения ориентации визирной системы координат телескопа и к увеличению погрешности координатной привязки получаемого телескопом изображения Земли.

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является возможность регистрации телескопом достаточного количества звезд одновременно с получением изображения земной поверхности для обеспечения уменьшения погрешности координатной привязки этого изображения.

Указанная задача обеспечивается тем, что в известном двухканальном космическом телескопе для дистанционного зондирования Земли, содержащем последовательно установленные по ходу оптического луча первого канала главное зеркало, вторичное зеркало, линзовый корректор, регистрирующее устройство, размещенное в фокальной плоскости телескопа, и установленное во втором канале плоское наклонное эллиптическое зеркало для наблюдения звезд, размещенное в плоскости пересечения первого и второго оптического канала, новым является то, что центральная часть обращенной в сторону вторичного зеркала поверхности главного зеркала, на которую попадает свет от Земли, закрыта зеленым отражающим светофильтром, а в центральной зоне поперечного сечения второго канала установлена круглая диафрагма, препятствующая попаданию в первый канал той части света от звезд, которая не попадает на плоское наклонное эллиптическое зеркало, при этом часть обращенной в сторону линзового корректора поверхности регистрирующего устройства закрыта красным пропускающим светофильтром.

Кроме того, в двухканальном космическом телескопе регистрирующее устройство выполнено в виде ПЗС-матрицы.

Благодаря тому, что центральная часть обращенной в сторону вторичного зеркала поверхности главного зеркала, на которую попадает свет от Земли, закрыта зеленым отражающим светофильтром, а в центральной зоне поперечного сечения второго канала установлена круглая диафрагма, препятствующая попаданию в первый канал той части света от звезд, которая не попадает на плоское наклонное эллиптическое зеркало, при том, что часть обращенной в сторону линзового корректора поверхности регистрирующего устройства закрыта красным пропускающим светофильтром, увеличивается количество наблюдаемых звезд и тем самым уменьшается погрешность координатной привязки сделанных телескопом снимков земной поверхности, что приводит к улучшению качества и к увеличению области применения получаемой телескопом информации.

При этом выполнение регистрирующего устройства в виде ПЗС-матрицы, разделенной на две части, одна из которых закрыта красным пропускающим светофильтром, позволяет производить регистрацию изображений земной поверхности и звезд с помощью одного регистрирующего устройства без смешения указанных изображений.

Предлагаемый космический телескоп со спектральным разведением изображения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена принципиальная схема телескопа.

Космический телескоп (фиг.1), выполненный, например, по схеме Кассегрена, содержит главное зеркало 1, частично покрытое зеленым отражающим светофильтром в той части, куда попадает свет от Земли, вторичное зеркало 2, линзовый корректор 3, ПЗС-матрицу для наблюдения Земли и звезд 4, круглую диафрагму 5, плоское наклонное эллиптическое зеркало для наблюдения звезд 6, красный пропускающий светофильтр 7.

На фиг.1 обозначено: I - входной зрачок канала для наблюдения Земли; II - входной зрачок канала для наблюдения звездного неба.

Перед началом работы телескоп ориентируется следующим образом: визирная ось канала для наблюдения Земли (входной зрачок I) направлена на снимаемый объект на поверхности Земли, одновременно с этим в поле зрения канала для наблюдения звезд (входной зрачок II) должна попадать область звездного неба, содержащая звезды.

Свет от снимаемого объекта на поверхности Земли попадает во входной зрачок I, затем на главное зеркало 1 (причем свет от снимаемого объекта на поверхности Земли попадает только на ту часть главного зеркала, которая закрыта зеленым отражающим светофильтром), далее свет отражается от главного зеркала на вторичное зеркало 2, а от него, пройдя линзовый корректор 3, попадает в фокальную плоскость, в которой установлена ПЗС-матрица 4, одна часть которой закрыта красным пропускающим светофильтром 7. Изображение от снимаемого объекта на Земле регистрируется только той частью ПЗС-матрицы, которая не покрыта светофильтром, т.к. комбинация отражающего светофильтра главного зеркала и пропускающего светофильтра ПЗС-матрицы дает уровень сигнала ниже чувствительности ПЗС-матрицы.

Свет от звезд попадает во входной зрачок II, при этом круглая диафрагма 5 отсекает свет, который не попадает на плоское наклонное эллиптическое зеркало 6, уменьшая тем самым уровень рассеянного света внутри телескопа. Плоское наклонное эллиптическое зеркало отражает свет от звезд на главное зеркало (на ту часть главного зеркала, которая не покрыта зеленым отражающим светофильтром), далее отразившись от главного и вторичного зеркала, свет от звезд проходит через линзовый корректор в фокальную плоскость, где регистрируется обеими частями ПЗС-матрицы.

Таким образом, изображение, зарегистрированное той частью ПЗС-матрицы, которая закрыта красным пропускающим светофильтром, содержит только изображение звездного неба, а изображение, зарегистрированное частью ПЗС-матрицы без фильтра, содержит изображение земной поверхности и изображение некоторого количества наиболее ярких звезд.

Предлагаемая конструкция космического телескопа позволит увеличить количество наблюдаемых звезд и тем самым уменьшить погрешность координатной привязки сделанных телескопом снимков земной поверхности, что приводит к улучшению качества и к увеличению области применения получаемой телескопом информации.

1. Двухканальный космический телескоп для дистанционного зондирования Земли, содержащий последовательно установленные по ходу оптического луча первого канала главное зеркало, вторичное зеркало, линзовый корректор, регистрирующее устройство, размещенное в фокальной плоскости телескопа, и установленное во втором канале плоское наклонное эллиптическое зеркало для наблюдения звезд, размещенное в плоскости пересечения первого и второго оптического канала, отличающийся тем, что центральная часть обращенной в сторону вторичного зеркала поверхности главного зеркала, на которую попадает свет от Земли, закрыта зеленым отражающим светофильтром, а в центральной зоне поперечного сечения второго канала установлена круглая диафрагма, препятствующая попаданию в первый канал той части света от звезд, которая не попадает на плоское наклонное эллиптическое зеркало, при этом часть обращенной в сторону линзового корректора поверхности регистрирующего устройства закрыта красным пропускающим светофильтром.

2. Двухканальный космический телескоп по п.1, отличающийся тем, что регистрирующее устройство выполнено в виде ПЗС-матрицы.

Прицел содержит объектив, коллектив, плоскопараллельную пластинку с прицельной маркой и шкалами, оборачивающую систему, полевую диафрагму и окуляр. В объективе корригируют аберрации в пределах углового поля, равного сумме наибольшей величины углового поля прицела и наибольшей величины изменения направления визирной оси.

Прицел панкратический оптический // 2501050

Прицел содержит последовательно установленные по ходу лучей трехлинзовый объектив, прицельную сетку, двухкомпонентную панкратическую систему, окуляр, состоящий из плосковогнутой линзы, одиночного положительного мениска и склейки из отрицательного мениска и двояковыпуклой линзы, механизм перемещения сетки, обеспечивающий раздельный ввод поправок по высоте и боковому направлению.

Прицел, предназначенный для работы с двумя открытыми глазами // 2487377

Оптический прицел (варианты) // 2484508

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к оптическим прицелам, используемым для ведения стрельбы из стрелкового оружия. .

Способ визирования // 2481603

Изобретение относится к способам повышения эффективности управления, а более конкретно к способам визирования. .

Оптический прицел // 2478997

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно - к оптическим прицелам, используемым для ведения стрельбы из стрелкового оружия. .

Визир-дальномер // 2444701

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к устройствам наблюдения с измерением дальности до объекта. .

Способ выверки параллельности визирных осей мультиспектральных комплексов // 2443988

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к многоканальным мультиспектральным оптико-электронным приборным комплексам с лазерными дальномерами (далее комплексы), и может найти применение при создании всесуточных систем обнаружения, наблюдения и сопровождения объектов.

Устройство отображения визуальной информации на лобовом стекле транспортного средства // 2424541

Изобретение относится к оптической технике и может быть использовано на транспортных средствах, в частности, автомобилях для отображения путевой, навигационной информации, а также информации о состоянии транспортного средства в поле прямого зрения водителя.

Прицел с переменным увеличением // 2364900

Изобретение относится к оптическому приборостроению. .

Способ определения параметров модели погрешностей измерений акселерометров ведомой инерциальной навигационной системы по измерениям эталонной инерциальной навигационной системы // 2505785

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в инерциальных систем управления для определения навигационных параметров управляемых подвижных объектов.

Способ определения параметров модели погрешностей измерений акселерометров инерциальной навигационной системы по измерениям спутниковой навигации // 2504734

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в инерциальных навигационных системах (ИНС) управления для определения навигационных параметров управляемых подвижных объектов.

Бортовая аппаратура межспутниковых измерений (бами) // 2504079

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к космической межспутниковой связи, и может быть использовано в космической спутниковой навигационной группировке ГЛОНАСС.

Способ фотонной локации воздушного объекта // 2497079

Изобретение относится к области обнаружения воздушных объектов (ВО), а также к областям автоматизированных систем управления и обработки, оптики, спутниковой навигации и вычислительной техники, и может быть использовано для автоматизированного обнаружения и сопровождения ВО. Способ фотонной локации воздушного объекта (ВО), характеризующийся обнаружением ультрафиолетовым приемником (УФП) фотонного излучения ВО, обработкой принятого сигнала в УФП, а затем в вычислителе, и определением координат нахождения этого ВО в пространстве в соответствующий момент системы единого времени (СЕВ), при этом привязку к единой системе координат и к СЕВ осуществляют с помощью локальной контрольно-корректирующей станции (ЛККС), принимающей кроме фотонного излучения ВО с помощью УФП еще от навигационных спутников (НС) действующих глобальных навигационных систем периодические радиопосылки, содержащие коды текущих значений СЕВ на момент излучения радиопосылок соответствующими НС, а также данные для точного расчета координат дислокации ЛККС и входящего в нее УФП, которые обрабатываются группой спутниковых приемников и вычислителем ЛККС, отличающийся тем, что обнаружение фотонного излучения ВО, источниками которого являются области ионизации газов возле носовой части и сопла движущегося ВО, осуществляют с помощью первой и второй групп УФП, размещенных соответственно на первой и второй вертикальных синхронно и синфазно механически вращающихся вокруг своих осей в азимутальной плоскости мачтах, разнесенных друг от друга на базовое расстояние, причем с помощью каждой из групп УФП обнаружение фотонного излучения ВО в каждый данный момент времени осуществляют со всех направлений 90-градусной угломестной плоскости за счет равномерного распределения оптических осей УФП каждой группы на этих 90 градусах при узкой диаграмме направленности УФП в азимутальной плоскости, а за счет вращения мачт на каждом 360-градусном обзоре - последовательно со всех направлений 180-градусной угломестной плоскости, принимаемые каждой группой УФП излучения ВО при их наличии преобразуют в каждом УФП в цифровой код, а затем регистрируют в памяти вычислителя раздельно для каждой мачты упорядоченно для каждого обнаруженного излучения с фиксацией полученных азимутального угла и угла места, причем азимутальный угол по каждой мачте вычисляют по середине сектора непрерывно принимаемого излучения, формируемого в результате поворота мачт, а угол места по каждой мачте вычисляют по середине сектора непрерывно принимаемого излучения соответствующей совокупностью смежных УФП, одновременно с полученными углами азимута и места по каждому излучению для каждой мачты в памяти вычислителя регистрируют соответствующие данные отсчета СЕВ и рассчитанные по полученным углам значения дальности и высоты, после чего для текущего обзора отождествляют раздельно полученные отсчеты по каждой мачте по их общим признакам углов, дальности и высоты в конкретные координаты конкретных обнаруженных ВО, которые уточняются на очередном и последующих обзорах по признакам уточненных углов, дальности и высоты ВО, а также - по появляющимся дополнительным общим признакам скорости, маневра и направления движения ВО. Техническим результатом заявляемого изобретения является обеспечение пассивной локации ВО, не имеющих на их борту ультрафиолетовых передатчиков, путем приема и обработки слабых фотонных излучений от носовых и хвостовых частей движущихся ВО с помощью разнесенных друг от друга двух синхронно сканирующих пространство групп УФП.

Способ определения неисправностей гироскопического измерителя вектора угловой скорости космического аппарата и устройство для его реализации // 2495379

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к контролю исправности гироскопических измерителей вектора угловой скорости космического аппарата. Отличием предложенного технического решения является то, что способ формируют пять пороговых сигналов, сигналы норм гирокватернионов, сигналы норм базисов, сигнал нормы астрокватерниона, определяют скорости изменения выходных сигналов каждого из гироскопов и при превышении ими первого порогового сигнала формируют второй сигнал неисправности, определяют сигналы разностей сигналов гирокватернионов базисов и при превышении ими второго порогового сигнала формируют третий сигнал неисправности, после получения хотя бы одного сигнала неисправности определяют сигнал разности между сигналом нормы гирокватерниона рабочего базиса и сигналом нормы астрокватерниона и при превышении ею третьего порогового сигнала формируют четвертый сигнал неисправности, эпизодически на интервале времени в пять минут определяют сигналы разности сигналов гирокватернионов сигналов базисов и сигнала астрокватерниона и при превышении ею четвертого порогового сигнала формируют пятый сигнал неисправности, эпизодически в течение четырех секунд после получения третьего сигнала неисправности размыкают контур управления космическим аппаратом, подают на вход исполнительного устройства тестовый пробный сигнал, измеряют выходные сигналы гироскопов и при превышении ими пятого порогового сигнала формируют шестой сигнал неисправности.

Устройство для выбора астрономических объектов наблюдения с орбитального космического аппарата // 2495378

Устройство для выбора астрономических объектов наблюдения с орбитального космического аппарата (КА) относится к космической технике. Устройство для выбора астрономических объектов наблюдения с орбитального КА включает глобус с нанесенной на него картой звездного неба, два охватывающих глобус кольца, центры которых совмещены с центром глобуса, элемент с круговым контуром, проекция которого на поверхность глобуса образует окружность, ограничивающую сегмент поверхности глобуса с углом полураствора, отсчитываемым от направления из центра глобуса на центр упомянутого сегмента поверхности глобуса, равным углу полураствора видимого с КА диска расположенной в центре околокруговой орбиты КА планеты, и дуговой элемент, соединенный с упомянутым элементом с круговым контуром.

Устройство для выбора астрономических объектов наблюдения с орбитального космического аппарата // 2488077

Планшет для выбора объектов наблюдения с орбитального космического аппарата // 2482451

Изобретение относится к области космической техники и может быть использовано для определения и выбора объектов наблюдения с борта орбитального космического аппарата (КА), движущегося по околокруговой орбите.

Способ эфемеридного обеспечения процесса управления космическими аппаратами глобальной навигационной спутниковой системы // 2477836

Изобретение относится к спутниковой навигации и может использоваться для эфемеридного обеспечения процесса управления космическими аппаратами глобальной навигационной спутниковой системы (КА ГНСС).

Способ контроля целостности навигационного поля глобальной навигационной спутниковой системы // 2477835

Изобретение относится к спутниковой навигации и может использоваться для оперативного контроля целостности навигационного поля глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС).

Способ определения двух угловых координат светящегося ориентира и многоэлементный фотоприемник для его реализации // 2509290

Изобретение относится к приборам навигации космических аппаратов по Солнцу или иным светящимся ориентирам. Целью изобретения является расширение поля зрения и повышение надежности устройства, измеряющего две угловые координаты светящегося ориентира. Указанная цель достигается за счет расположения определенным образом в пространстве элементарных фоточувствительных элементов, образующих многоэлементный фотоприемник, и извлечения из величин их сигналов, порядковых номеров, величины углового шага и угла наклона осей диаграмм направленности информации о двух угловых координатах светящегося ориентира. Устройство многоэлементного приемника, обуславливаемое методом определения угловых координат, позволяет реализовать датчик угловых координат в виде полупроводниковой интегральной микросхемы, добавив к нему аналого-цифровой преобразователь, вычислительное устройство, устройство управления и устройство информационного обмена. 4 н.п. ф-лы, 7 ил.