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

Авторы патента:

Ермаков Олег Иванович (RU)

G01C21/24 - приборы для космической навигации

Владельцы патента RU 2509290:

Ермаков Олег Иванович (RU)

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.

Изобретение относится к приборам навигации космических аппаратов, в частности к приборам определения угловых координат направления на Солнце или иной светящийся ориентир.

Известен солнечный датчик [1], содержащий маску с отверстиями, матричный фотоприемник, устройство обработки сигнала и устройство информационного обмена.

Принцип действия датчика основан на определении положения светового пятна, формируемого с помощью отверстия в непрозрачной маске, на поверхности фотоприемника, состоящего из элементарных фотоприемников, расположенных на плоскости в виде матрицы. Две угловые координаты направления на Солнце вычисляются следующим образом:

$α = \arctan \frac{X_{C}}{F}$ $β = \arctan \frac{Y_{C}}{\sqrt{X_{C}^{2} + F^{2}}} (1)$

где Х_С и Y_С - координаты центроида светового пятна на поверхности матричного фотоприемника, F - расстояние от маски с отверстием до поверхности матричного фотоприемника.

Теоретически углы α и β могут принимать значения в диапазоне от -90° до +90° относительно перпендикуляра к поверхности матричного фотоприемника. Однако практически, поскольку светочувствительная поверхность матричного фотоприемника имеет ограниченные размеры, маска с отверстием имеет некоторую толщину и располагается на определенном расстоянии от матричного фотоприемника, диапазон измерения углов меньше. Другими словами поле зрения датчиков, реализующих указанный способ измерения, меньше полусферы и обычно [1], [2] ограничено величинами ±(60…64)°.

Кроме того, принимая во внимание условия эксплуатации датчика, можно отметить, что отверстие в экране является уязвимым местом, так как попадание космической пыли на экран может привести к закрытию отверстия или изменению его размеров и, как следствие, к нарушению работы датчика. Также можно отметить, что потеря работоспособности каких-либо элементарных фотоприемников, составляющих матрицу, приведет к ошибкам в определении угловых координат. Таким образом, надежность подобного датчика в некоторых случаях может оказаться недостаточной.

Известен панорамный датчик угловой координаты светящегося ориентира [2], состоящий из многоэлементного приемника оптического излучения и устройства обработки сигнала. Многоэлементный приемник оптического излучения состоит из элементарных фотоприемников, расположенных с заданным шагом на окружности.

На многоэлементный приемник оптического излучения попадает солнечное излучение, при этом одна часть элементарных фотоприемников оказывается освещенной, а другая часть находится в тени. Угловая координата Солнца определяется по порядковым номерам элементарных фотоприемников, которые начинают и заканчивают группу освещенных фотоприемников, или угловая координата ориентира определяется по отношению величин сигналов любых двух элементарных фотоприемников в группе освещенных. Угловая координата Солнца измеряется в диапазоне углов от 0° до 360°. Однако измеряется только одна угловая координата, что является недостатком этого датчика.

Целью предлагаемого изобретения является расширение поля зрения устройства, реализующего измерение двух угловых координат светящегося ориентира, повышение его надежности.

Указанная цель достигается тем, что для определения угловых координат используется фотоприемник, состоящий из элементарных фотоприемников. Элементарные фотоприемники располагаются с заданным угловым шагом относительно некоторой оси таким образом, чтобы относительно плоскости, перпендикулярной к этой оси, оси их диаграмм направленности были направлены под некоторым углом, отличным от прямого и нулевого (здесь и далее полагается, что ось диаграммы направленности совпадает с направлением на источник излучения, при котором сигнал фоточувствительного элемента имеет максимальную величину).

Приведенным условиям удовлетворяет, например, фотоприемник в виде усеченного конуса или усеченного конического многогранника. Фоточувствительные поверхности элементарных фотоприемников образуют коническую поверхность или поверхность конического многогранника.

Устройство фотоприемника поясняется на Фиг.1. Позициями обозначены: 1 - ось, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники; 2 - плоскость, ортогональная оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники; 3 - ось, относительно которой отсчитывается азимут и порядковые номера элементарных фотоприемников; 4 - n-й элементарный фотоприемник; 5 - (n±1)-й элементарный фотоприемник; 6 - угловой шаг расположения элементарных фотоприемников; 7 - ось диаграммы направленности (n±k)-го элементарного фотоприемника; 8 - угол наклона оси диаграммы направленности к плоскости, ортогональной оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники; 9 - направление на светящийся ориентир; 10 - азимут направления на светящийся ориентир; 11 - угол места направления на светящийся ориентир.

Плоскость, ортогональная оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники, введена для наглядности. Очевидно, что угол места и угол наклона осей диаграмм направленности можно измерять непосредственно относительно оси, вокруг которой располагаются элементарные фотоприемники, принципиально это ничего не меняет.

На Фиг.2. представлен приемник, в котором фоточувствительные поверхности элементарных фотоприемников образуют поверхность конического или конического многогранного отверстия. Позициями обозначены: 1 - n-й элементарный фотоприемник; 2 - (n±1)-й элементарный фотоприемник.

При облучении многоэлементного фотоприемника Солнцем можно выделить группу освещенных элементарных фотоприемников. Количество элементарных фотоприемников в группе освещенных зависит от взаимного положения фотоприемника и Солнца. Величина сигнала n-го элементарного фотоприемника - I{n) в группе освещенных определяется следующим образом:

I(n)=AF(n), F(n)>0

I(n)=0, F(n)≤0 (2)

F(n)=[cos(Ω)cos(Θ)cos(ω)cos(nϑ)+cos(Ω)sin(Θ)cos(ω)sin(ϑ)+sin(Ω)sin(ω)]

где A - максимально возможное значение величины сигнала (имеет место при совпадении оси диаграммы направленности элементарного фотоприемника с направлением на Солнце), Θ - азимут направления на Солнце, Ω - угол места направления на Солнце, ω - угол наклона оси диаграммы направленности элементарного фотоприемника относительно плоскости, перпендикулярной к оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники, угол nϑ - угловая координата n-го элементарного фотоприемника в плоскости, перпендикулярной к оси относительно которой располагаются элементарные фотоприемники, n - порядковый номер элементарного фотоприемника, ϑ - угловой шаг расположения элементарных фотоприемников.

Из выражения (2) следует:

$Θ = \arctan [\frac{\frac{I (n) - I (n + k)}{I (n) - I (n + l)} [\cos (n ϑ) - \cos ((n + l) ϑ)] - [\cos (n ϑ) - \cos ((n + k) ϑ)]}{[\sin (n ϑ) - \sin ((n + k) ϑ)] - \frac{I (n) - I (n + k)}{I (n) - I (n + l)} [\sin (n ϑ) - \sin ((n + l) ϑ)]}] (3)$ $Ω = \arctan [\frac{I (n + k) \cos (Θ - n ϑ) - I (n) \cos (Θ - (n + k) ϑ)}{t g (ω) (I (n) - I (n + k))}] (4)$ где I(n) - величина сигнала n-го элементарного фотоприемника в группе освещенных, I(n+k) - величина сигнала (n+k)-го элементарного фотоприемника в группе освещенных, I(n+l) - величина сигнала (n+l)-го элементарного фотоприемника в группе освещенных.

Выражения (3) и (4) позволяют сделать вывод, что для определения угловых координат направления на Солнце достаточно иметь в группе освещенных всего лишь 3 элементарных фотоприемника. Для полусферического поля зрения это условие выполняется для любых направлений на Солнце, если фотоприемник содержит не менее 7 элементарных фотоприемников. Однако интерес представляет фотоприемник, содержащий большее количество элементарных фотоприемников, например 1000, поскольку в этом случае избыточность можно использовать:

- для повышения точности измерений координат за счет усреднения результатов;

- для повышения надежности и живучести фотоприемника, так как единичные или групповые отказы элементарных фотоприемников не смогут помешать вычислению угловых координат.

Азимут Θ направления на Солнце при этом можно определять посредством нахождения центроида, что позволяет также упростить вычислительную процедуру:

$Θ = ϑ \frac{\sum_{k 1}^{k 2} n I (n)}{\sum_{k 1}^{k 2} I (n)} (5)$

Угол места Ω направления на Солнце вычисляется следующим образом:

$Ω = \arctan [\frac{[\cos (Θ - n ϑ) - \cos (Θ - (n + l) ϑ)] \sum_{k 1}^{k 2} I (n)}{(k 2 - k 1 + 1) \tan (ω) (I (n) - I (n + l))} - \frac{\sum_{k 1}^{k 2} \cos (Θ - n ϑ)}{(k 2 - k 1 + 1) \tan (ω)}] (6)$

где ϑ - угловой шаг расположения фоточувствительных элементов; I(n) и I(n+l) - величины сигналов n-го и (n+l)-го освещенных фоточувствительных элементов соответственно, n и (n+l) выбираются на интервале от k1 до k2; k1 - порядковый номер первого, а k2 - порядковый номер последнего фоточувствительного элемента в группе освещенных, сигналы которых превышают заданный порог.

С целью облегчения адаптации устройства многоэлементного фотоприемника к существующим технологиям выражение (2) можно представить следующим образом:

I(n)=I₁(n)+I₂(n),

I₁(n)=B[cos(Ω)cos(Θ)cos(nϑ)+cos(Ω)sin(Θ)sin(nϑ)],

$I_{2} (n) = C \sin (Ω), (7)$

В=Acos(ω), С=Asin(ω)

Выражение (7) означает, что элементарный фотоприемник состоит условно из двух частей. Одна часть генерирует сигнал I₂(n) и является его проекцией (проекцией фоточувствительной поверхности), например, на основание цилиндра, при этом другая часть генерирует сигнал I₁(n) и является проекцией на цилиндрическую поверхность. С и В - максимально возможные значения величин сигналов этих частей соответственно.

На Фиг.3 показано сечение n-го элементарного фотоприемника. Позициями обозначены: 1 - чувствительная поверхность n-го элементарного фотоприемника; 2 - ось диаграммы направленности n-го элементарного фотоприемника (перпендикулярна к чувствительной поверхности); 3 - угол наклона оси диаграммы направленности n-го элементарного фотоприемника относительно плоскости, перпендикулярной к оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники; 4 - ось, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники; 5 - чувствительная поверхность первой части n-го элементарного фотоприемника (проекция на основание цилиндра); 6 - ось диаграммы направленности первой части элементарного фотоприемника, параллельная оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники; 7 - чувствительная поверхность второй части n-го элементарного фотоприемника (проекция на цилиндрическую поверхность); 8 - ось диаграммы направленности второй части элементарного фотоприемника, перпендикулярная к оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники.

Проекции могут также рассматриваться на основание многогранника и многогранной поверхности соответственно.

Из выражения (7) и Фиг.3 следует, что диаграмма направленности каждого элементарного фотоприемника является суперпозицией диаграмм направленности первой и второй его частей, а угол наклона оси диаграммы направленности определяется отношением максимальных величин сигналов этих частей.

Практическая реализация фотоприемника, основанная на таком делении, показана на Фиг.4. Позициями обозначены: 1 - первая чувствительная поверхность n-го элементарного фотоприемника (проекция на основание цилиндра); 2 - вторая чувствительная поверхность n-го элементарного фотоприемника (проекция на цилиндрическую поверхность).

Другим вариантом является исполнение фотоприемника в соответствии с Фиг.5. Позициями обозначены: 1 - первая чувствительная поверхность n-го элементарного фотоприемника (проекция на основание цилиндра); 2 - вторая чувствительная поверхность n-го элементарного фотоприемника (проекция на цилиндрическую поверхность); 3 и 4 - бленды, которые ограничивают поле зрения цилиндрической и плоской частей соответственно и позволяют получить диаграмму направленности составного элементарного фотоприемника, аналогичную диаграмме направленности элементарного фотоприемника на Фиг.1.

Использование оптических элементов, изменяющих направление хода световых лучей (призмы или зеркала), позволяет расположить обе части элементарного фотоприемника на одной поверхности, в частности на плоскости. Сечение такого элементарного фотоприемника показано на Фиг.6. Позициями обозначены: 1 - n-й элементарный фотоприемник; 2 - первая чувствительная поверхность n-го элементарного фотоприемника, ось диаграммы направленности которого параллельна оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники; 3 - вторая чувствительная поверхность n-го элементарного фотоприемника, ось диаграммы направленности которого перпендикулярна оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники; 4 - ось диаграммы направленности первой чувствительной поверхности; 5 - ось диаграммы направленности второй чувствительной поверхности; 6 - ось, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники; 7 - призма; 8 - непрозрачное покрытие.

Подход, основанный на разложении фоточувствительной поверхности элементарного фотоприемника на ортогональные проекции и суперпозиции их диаграмм направленности, применим и для случая, когда оси диаграмм направленности двух частей элементарного фотоприемника направлены под разными, отличными от прямого и нулевого, углами к оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники. На Фиг.7. показано сечение этого элемента. Позициями обозначены: 1 - n-й элементарный фотоприемник; 2 - первая чувствительная поверхность n-го элементарного фотоприемника; 3 - вторая чувствительная поверхность n-го элементарного фотоприемника; 4 - ось диаграммы направленности первой чувствительной поверхности; 5 - ось диаграммы направленности второй чувствительной поверхности; 6 - ось, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники.

Первая часть может быть представлена в виде двух ортогональных проекций. Аналогичным образом в виде двух ортогональных проекций представляется также и вторая часть. Получаются четыре части, две из которых имеют оси диаграмм направленности параллельные, а две другие имеют оси диаграмм, перпендикулярные оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники. Две части, которые имеют оси диаграмм направленности, параллельные оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники, можно рассматривать, как одну часть, сигнал которой равен сумме сигналов составляющих ее частей. Две части, которые имеют оси диаграмм направленности, перпендикулярные оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники, аналогичным образом можно заменить одной. Получившиеся новые две части являются ортогональными проекциями некоторого элементарного фотоприемника, для которого, как уже отмечалось в пояснении к Фиг.3, угол наклона оси результирующей диаграммы направленности определяется отношением максимальных величин сигналов его ортогональных проекций.

Следовательно, предлагаемый способ определения двух угловых координат светящегося ориентира может быть реализован как с помощью фотоприемника, содержащего элементарные фотоприемники, оси диаграмм направленности которых наклонены под некоторым углом, отличным от прямого и нулевого, к оси, относительно которой они располагаются, так и содержащего элементарные фотоприемники, каждый из которых состоит из двух частей, причем оси диаграмм направленности этих частей наклонены под некоторым углом к оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники.

Из вышеприведенных формул и устройства многоэлементного фотоприемника на Фиг.1 следует, что угловая координата - Θ может быть вычислена в диапазоне от 0° до 360°, а угловая координата - Ω может быть вычислена в диапазоне от +90° до -(90°-ω). Таким образом, предлагаемый фотоприемник в отличие от прототипа [1] позволяет определить две угловые координаты Солнца, находящегося в любой точке сферы относительно ее центра за исключением сферического сегмента, отсекаемого конусом с углом при вершине - ω, ось которого совпадает с осью, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники.

Необходимо также отметить, что в заявляемом многоэлементном фотоприемнике элементарные фотоприемники непосредственно воспринимают солнечное излучение, поэтому какие-либо маски, формирующие и направляющие световой поток, отсутствуют. Как результат, уменьшаются масса и габариты прибора, повышается надежность. Кроме того, вследствие устранения необходимости в задании определенного пространственного положения маски и фотоприемников улучшается технологичность датчиков угловых координат и повышается стабильность их метрологических характеристик.

Устройство заявляемого фотоприемника позволяет изготавливать его в виде интегральной микросхемы. В качестве элементарных фотоприемников можно использовать фотодиоды, которые формируются с применением технологии APS (Active Pixel Sensor), лазерного микрофрезерования и травления. При этом, например, в случае Фиг.5 первой чувствительной поверхности соответствует поверхность кристалла, параллельная р-n переходу, а второй чувствительной поверхности соответствует поверхность, перпендикулярная р-n переходу фотодиода.

Кроме того, поскольку элементарные фотоприемники, например, в соответствии с Фиг.4 и Фиг.5 занимают периферийную часть кристалла, то внутреннюю его часть можно использовать для размещения аналого-цифрового преобразователя, вычислительного устройства, устройства управления и устройства информационного обмена. Таким образом, получается не просто фотоприемник, а законченный датчик угловых координат. Электрическое подключение такого датчика осуществляется через одно или несколько отверстий, получаемых с помощью лазера на внутренней части кристалла.

Источники информации

1. Патент на изобретение США №7552026, МПК G06F 3/00, 2009.

2. The Officine Galileo Digital Sun Sensor, F.Boldrini, E.Monini, IAA-B3-1308P, 3rd IAA Symposium on Small Sattelite for Earth Observation, Berlin, 2001.

3. Патент на изобретение РФ №2327952, МПК G01В 11/26, 2006.

1. Способ определения двух угловых координат светящегося ориентира с помощью многоэлементного фотоприемника, который заключается в том, что элементарные фотоприемники располагаются в потоке излучения светящегося ориентира с заданным угловым шагом относительно некоторой оси, при этом оси диаграмм направленности элементарных фотоприемников наклонены под некоторым углом к оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники, определяются величины сигналов элементарных фотоприемников, обусловленные излучением светящегося ориентира, по величинам сигналов, порядковым номерам, величине углового шага расположения и величине угла наклона осей диаграмм направленности элементарных фотоприемников вычисляются угловые координаты светящегося ориентира.

2. Применение для определения двух угловых координат светящегося ориентира многоэлементного фотоприемника, который состоит не менее чем из семи элементарных фотоприемников, расположенных с заданным угловым шагом относительно некоторой оси, угол наклона к которой осей диаграмм направленности элементарных фотоприемников отличен от прямого и нулевого.

3. Многоэлементный фотоприемник, состоящий из элементарных фотоприемников, расположенных с заданным угловым шагом относительно некоторой оси, отличающийся тем, что количество элементарных фотоприемников не менее семи, оси диаграмм направленности элементарных фотоприемников расположены под некоторым углом, отличным от прямого и нулевого, к оси, относительно которой элементарные фотоприемники располагаются.

4. Многоэлементный фотоприемник, состоящий из элементарных фотоприемников, расположенных с заданным угловым шагом относительно некоторой оси, отличающийся тем, что количество элементарных фотоприемников не менее семи, каждый элементарный фотоприемник состоит из двух частей, оси диаграмм направленности этих частей расположены под некоторыми углами к оси, относительно которой элементарные фотоприемники располагаются.

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.

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 определения навигационных параметров носителя и устройство гибридизации, связанное с банком фильтров калмана // 2510529

Изобретения относятся к вычислительной технике и могут быть использованы для обнаружения неисправностей спутников и корректировки таких неисправностей. Техническим результатом является возможность определения типа неисправности. Способ реализован при помощи устройства гибридизации, содержащего банк фильтров Калмана, каждый из которых формирует гибридное навигационное решение на основе инерциальных измерений, рассчитанных виртуальной платформой, и необработанных измерений сигналов, переданных группой спутников и полученных от системы спутникового позиционирования (GNSS), и включает этапы, на которых определяют для каждого из спутников, по меньшей мере, одно отношение правдоподобия между гипотезой наличия у данного спутника неисправности определенного типа и гипотезой отсутствия у спутника неисправности, констатируют наличие у спутника неисправности определенного типа на основе отношения правдоподобия, соответствующего неисправности определенного типа, и порогового значения, оценивают влияние констатированной неисправности на каждое из гибридных навигационных решений, и корректируют гибридные навигационные решения в соответствии с оценкой влияния констатированной неисправности. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 ил.

Оптический солнечный датчик // 2517979

Изобретение относится к приборам ориентации по солнцу и касается оптического солнечного датчика. Датчик содержит широкопольный входной оптический элемент, кодовую маску, светофильтр, защитный экран и матричное фотоприемное устройство МФПУ. Входной оптический элемент выполнен в виде составного моноблока и имеет форму четырехугольной призмы. Моноблок содержит центральную призму в форме четырехугольной усеченной правильной пирамиды, боковые грани которой имеют поглощающее покрытие и четыре боковые одинаковые призмы в форме четырехугольных неправильных пирамид. Одна из граней каждой боковой призмы имеет зеркальное покрытие и этой гранью соединена с соответствующей поглощающей гранью центральной призмы, Составной моноблок опирается на поверхность кодовой маски, в которой выполнены центральный идентификационный маркер, совмещенный с осью симметрии центральной призмы и четыре идентификационных маркера, симметрично расположенные вокруг центрального маркера. Технический результат заключается в повышении точности определения координат и обеспечении равномерности распределения разрешающей способности датчика по всему полю зрения. 9 з.п. ф-лы, 8 ил.

Активный ультрафиолетовый солнечный датчик для системы ориентации малоразмерного космического аппарата // 2525634

Заявленное изобретение относится к системам ориентации космических аппаратов и может быть использовано в качестве активного ультрафиолетового солнечного датчика. Активный ультрафиолетовый солнечный датчик для системы ориентации малоразмерного космического аппарата содержит фотоприемник на основе природного алмаза, на входное окно которого поступает солнечная энергия, и малошумящий предварительный усилитель. При этом фотоприемник на основе природного алмаза функционально сочетает в себе как оптический ультрафиолетовый фильтр, так и ультрафиолетовый фотоприемник. Селективное выделение ультрафиолетовой области из солнечного спектра и преобразование его в электрический сигнал осуществляется в фотоприемнике на основе природного алмаза, а усиление сигнала осуществляется в малошумящем предварительном усилителе. Технический результат - повышение надежности работы датчика, точное определение направления на Солнце. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Углоизмерительный прибор // 2525652

Изобретение относится к оптико-электронным приборам, обеспечивающим измерение угловых координат цели в динамическом режиме. Углоизмерительный прибор содержит объектив, матричный приемник излучения, вычислительный блок и канал геометрического эталона, состоящий из оптически сопряженных с объективом осветительного блока, имеющего три источника света, расположенные под углом 120° друг к другу, коллиматорного блока, включающего три входные и три выходные точечные диафрагмы, и зеркально-призменного блока, образующий с нанесенными на него диафрагмами коллиматора моноблок, жестко связанный с опорной плоскостью углоизмерительного прибора. Зеркально-призменный моноблок выполнен из шести боковых зеркальных граней и ограничивающих их параллельных преломляющих оснований, большее шестиугольное из которых с нанесенными на него выходными точечными диафрагмами обращено к объективу, причем его соседние ребра расположены под углом 120° друг к другу. Моноблок выполнен с тремя дополнительными преломляющими гранями, размещенными между большим основанием и соответствующей боковой зеркальной гранью, составляющей с большим основанием острый угол и размещенной перед выходной точечной диафрагмой, каждая дополнительная грань снабжена входной точечной диафрагмой, а углы между большим основанием и тремя дополнительными преломляющими гранями и тремя боковыми зеркальными гранями, расположенными перед тремя входными точечными диафрагмами, равны 90°. Технический результат - повышение точности прибора без усложнения его конструкции и увеличения массогабаритных характеристик. 7 ил.

Способ определения задержки электромагнитного сигнала тропосферой при относительных спутниковых измерениях // 2534707

Изобретение относится к области измерений и измерительной техники и может быть использовано в геодезии, навигации, метеорологии. Способ определения задержки электромагнитного сигнала тропосферой при относительных спутниковых измерениях включает спутниковые измерения, измерение метеоэлементов геодезическим градиентометром (патент РФ №2452983), расчет распределения метеоэлементов в направлении распространения электромагнитного сигнала, определение задержки сигнала тропосферой. В нижнем слое атмосферы при моделировании используют измеренные градиенты метеоэлементов, выше - среднестатистические, а для влажности используют график зависимости влажности воздуха от температуры. Измерение метеоэлементов градиентометром позволяет однозначно определить характер изменения градиентов с высотой. Производство метеоизмерений над двумя крайними по физико-химическим свойствам подстилающими поверхностями позволяет учесть горизонтальную изменчивость метеоэлементов. Одновременные спутниковые наблюдения на не менее чем трех станциях позволяют получить избыточные измерения, необходимые для определения оптимального значения высоты замены измеренных градиентов среднестатистическими, которое соответствует наименьшей невязке в приращениях координат. Предложенный способ позволяет повысить точность и производительность относительных спутниковых измерений за счет независимого определения задержки электромагнитного сигнала тропосферой. 1 ил.

Способ и устройство измерения угловых координат звезд // 2535247

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению и может быть использовано в оптико-электронных приборах (ОЭП) ориентации по звездам, содержащих матричный фотоприемник с накоплением заряда. Решение заключается в проецировании на фоточувствительную площадку фотоприемника через объектив изображения участка звездного неба в трех или более спектральных диапазонах и калибрационных меток с изменяемым временем экспозиции, выделении изображений звездных объектов во всех спектральных диапазонах и формировании мультиспектрального изображения звездных объектов путем выбора по каждому звездному объекту изображения того спектрального диапазона, средняя величина амплитуды в котором оказывается наибольшей, измерении линейных координат центров изображений звезд и калибрационных отметок и пересчете линейных координат центров изображений звезд в угловые координаты звезд в базовой приборной системе координат с учетом результатов измерений линейных координат центров изображений калибрационных отметок. Технический результат - увеличение точности измерения угловых координат звезд за счет повышения отношения сигнал/шум путем обработки изображений звезд в раздельных спектральных диапазонах. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Двухканальный космический телескоп для одновременного наблюдения земли и звезд (варианты) // 2541116

Изобретение может использоваться на космических аппаратах дистанционного зондирования Земли при жестких требованиях по координатной привязке получаемых снимков. Телескоп содержит последовательно установленные по ходу луча первого канала главное зеркало, вторичное зеркало, линзовый корректор, регистрирующее устройство, размещенное в фокальной плоскости телескопа, и установленное по ходу луча второго канала главное зеркало, общее для первого и второго каналов, и второе регистрирующее устройство. Каналы телескопа выполнены соосными с противоположным расположением входных зрачков. Главное зеркало выполнено двояковогнутым с образованием двух противоположно направленных рабочих поверхностей и двух фокальных плоскостей телескопа. В первом варианте обе фокальные плоскости телескопа и оба регистрирующих устройства расположены со стороны входного зрачка второго канала. Во втором варианте каждый канал снабжен отдельным вторичным зеркалом, обе фокальные плоскости и оба регистрирующих устройства расположены в центральной зоне главного зеркала, регистрирующие устройства расположены со стороны входных зрачков соответствующих каналов. Технический результат - уменьшение погрешности привязки изображения земной поверхности. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Способ определения координат центра тяжести изображения // 2550523

Изобретение относится к замкнутым телевизионным системам и может быть использовано в контрольно-измерительной технике, в приборах для космической навигации, в устройствах позиционирования, в системах управления космического аппарата в качестве датчика ориентации, где в качестве источника информационного сигнала используются матричные фотоприемники с накоплением заряда. Технический результат - повышение точности измерения положения центра тяжести изображения, полученного фотоприемной матрицей на основе ПЗС. В способе определения координат центра тяжести изображения осуществляют поправку, соответствующую аддитивной составляющей искажений изображения, корректировку обрабатываемых сигналов обратно пропорционально мультипликативной составляющей искажений и формирование групп взвешенных с весами обратными нелинейным искажениям фотоприемной матрицы строчных интегральных сигналов, являющихся основой для определения координат центра тяжести изображения. Таким образом, устраняют влияние искажений изображения, характерных для ПЗС матрицы. 2 ил.

Способ увеличения диапазона углов поворота изделия относительно гиростабилизированной платформы, установленной на изделии в карданновом подвесе // 2552857

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в системах навигации подвижных объектов, например летательных аппаратов. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для этого относительно гиростабилизированной платформы (ГСП), установленной на изделии в кардановом подвесе, обеспечивают увеличение углов поворота вокруг продольной, поперечной и вертикальной осей изделия за счет автоматического перевода трехосного карданова подвеса по сигналам от вычислительного устройства из режима работы с «ракетными» углами в режим работы с «самолетными» углами и обратно на заданное (требуемое) число раз с помощью двигателя механизма разворота (ДМР), установленного на дополнительной наружной раме карданова подвеса ГСП. При этом ось вращения дополнительной рамы относительно летательного аппарата (ЛА) устанавливают коллинеарно вертикальной оси ЛА. 3 ил.

Способ измерения угловых координат солнца и реализующее его устройство // 2555216

Изобретение относится к космической навигации и может быть использовано для оперативного определения направления на Солнце. Согласно способу с помощью оптико-интерференционной системы получают изображения светящегося кольца, центр которого соосен с направлением Солнца из центральной точки этой системы. Изображения кольца проецируют на матричный фотоприемник. Об угловом положении Солнца судят по положению центра спроецированного светового кольца на фотоприемнике. Устройство содержит сферическую оптико-интерференционную систему, включающую тонкий полусферический мениск с нанесенным на его выпуклую поверхность интерференционным светофильтром, рассеиватель излучения на вогнутой поверхности мениска и отсекающий светофильтр. Кроме того, устройство содержит объектив, матричный фотоприемник и блок управления, обработки и расчета. Технический результат - повышение точности определения угловых координат Солнца. 7 н.п. ф-лы, 4 ил.