Система для определения положения в пространстве

Изобретение относится к оптической локации и может использоваться для определения положения космических аппаратов. Технический результат состоит в повышении точности определения положения космического аппарата. Для этого инструмент 20 определяет положение космического аппарата в пространстве, на котором он установлен, путем взаимодействия падающего света 11 от солнца с одним или более светорегулирующими элементами 12 и, следовательно, образуя дифракционную картину на фоточувствительном детекторе 13. Распределение интенсивности света по детектору 13 зависит от угла падения света 11. Бортовой компьютер 16 определяет вектор направления к солнцу на основе дифракционной картины света, обнаруженной детектором 13. 2 н. и 25 з.п. ф-лы, 22 ил.

 

Настоящее изобретение относится к системе и способу определения положения в пространстве, а более конкретно, к системе и способу определения положения космического аппарата, такого как спутник, в пространстве.

Для корректной работы, космический аппарат и спутники должны измерять (или определять) свою ориентацию («положение в пространстве») относительно некоторого другого объекта или других объектов. Как правило, это достигается с использованием инструментов, таких как астроориентаторы или датчики солнечного излучения, которые установлены на космическом аппарате или спутнике. Зачастую для обеспечения космическому аппарату или спутнику достаточного поля обзора во всех направления требуется множество инструментов.

Как правило, астроориентаторы используют заданные опорные паттерны или направляющие паттерны звездного поля для обеспечения космическому аппарату или спутнику возможности определения его положения и ориентации. Изображения окружающего звездного поля собирают и сравнивают с одним или более опорными звездными паттернами для обеспечения возможности определения позиций и положения спутника или космического аппарата в пространстве.

Датчики солнечного излучения представляют собой оптоэлектронные устройства, которые используют для обнаружения направления, откуда поступает солнечный свет. В традиционном датчике солнечного излучения используется(ются) светорегулирующий(ие) элемент или элементы (такие как экран, имеющий щель) для ограничения света, падающего на матрицу ячеек фотодетектора. Количество света, падающего на матрицу, и ячеек, на которые падает свет, зависит от направления солнца. Таким образом, за счет измерения того, какое количество света падает и на какие ячейки матрицы, система может определять направление солнца вдоль одной оси.

Как правило, заданный датчик солнечного излучения может определять направление солнца лишь вдоль одной оси, вдоль которой ориентирован датчик солнечного излучения. Таким образом, как правило, имеется необходимость в ориентировании двух таких датчиков солнечного излучения перпендикулярно друг другу для определения параметров x и y вектора положения в пространстве. Кроме того, когда датчики солнечного излучения используются в качестве средств для определения положения в пространстве, общепринятым является наличие отдельных инструментов, которые, соответственно, имеют низкую точность, но широкое поле обзора (грубые датчики солнечного излучения), и высокую точность, но малое поле обзора (точные датчики солнечного излучения).

Считается, что минимальный возможный размер, который может принимать датчик солнечного излучения, ограничен необходимостью в измерении света на матрице фотодетектора без существенной дифракции света из щели или щелей (или другого(их) светорегулирующего(их) элемента(ов)), что может привносить нежелательные искажения в измерение фотодетектором. Например, если щель в экране (или другом светорегулирующем элементе) является слишком малой, то это может привести к существенной дифракции падающего света, что может в результате привести к падению света на «разброс» пикселов в матрице, тем самым привнося искажения в измерения матрицей фотодетектора и, следовательно, приводя к неточному определению положения солнца. Таким образом, датчики солнечного излучения, как правило, выполнены с возможностью минимизации эффектов дифракции настолько, насколько это возможно, например, путем использования щелей/отверстий, имеющих ширину/размеры, которые существенно (например, более чем в 100 раз) больше чем длина волны падающего света, для предотвращения нежелательных искажений при измерениях света, которые используются для определения направления солнца.

Следовательно, следует понимать, что необходимость в поддержании достаточно минимальной степени эффектов дифракции для того чтобы избежать существенного влияния на измерения света в традиционном датчике солнечного излучения существенно ограничивает минимальные размеры, которые может иметь традиционный датчик солнечного излучения. Таким образом, существующие астроориентаторы и датчики солнечного излучения являются относительно крупными (-1000 см³ для одного инструмента) и тяжелыми (сотни грамм для одного инструмента).

Заявители считают, что все еще имеется возможность в преимущественном уменьшении размера и/или массы инструментов, которые используются для определения положения космического аппарата и спутников в пространстве.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, предусмотрен инструмент для определения положения космического аппарата или спутника в пространстве, содержащий:

детектор;

один или более регулирующих элементов, причем указанный один или более регулирующих элементов выполнены с возможностью дифракции электромагнитного излучения от источника электромагнитного излучения на указанный детектор для создания дифракционной картины на детекторе; и

схему обработки, выполненную с возможностью определения положения космического аппарата в пространстве относительно указанного источника электромагнитного излучения на основе дифракционной картины, обнаруженной детектором.

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения, предусмотрен способ определения положения космического аппарата в пространстве, включающий:

обнаружение дифракционной картины, созданного на детекторе электромагнитным излучением от источника электромагнитного излучения, взаимодействующего с одним или более регулирующими элементами; и

определение положения космического аппарата в пространстве относительно указанного источника электромагнитного излучения на основе дифракционной картины, обнаруженной детектором.

Настоящее изобретение относится к инструменту для космического аппарата, который обнаруживает электромагнитное излучение (например, видимый свет) от внешнего источника электромагнитного излучения и использует это электромагнитное излучения для определения ориентации космического аппарата. Однако в отличие от систем уровня техники, настоящее изобретение интенсивно создает и обнаруживает дифракционную картину путем взаимодействия этого падающего электромагнитного излучения с одним или более регулирующими элементами, и использует обнаруженную дифракционную картину для определения направления падающего электромагнитного излучения (и, таким образом, для определения ориентации космического аппарата или спутника относительно источника электромагнитного излучения). В этом заключается отличие от систем уровня техники, которые, как описано выше, не используют дифракционную картину для определения ориентации космического аппарата или спутника относительно источника электромагнитного излучения, а вместо этого направлены на снижение эффектов дифракции настолько, насколько это возможно.

Заявителями было обнаружено, что поскольку компоненты дифракционной картины (такие как, например, положения и интенсивности минимальных и максимальных значений подвергнутого дифракции электромагнитного излучения) могут изменяться в зависимости от угла падения электромагнитного излучения, сами дифракционные картины могут быть использованы в качестве средств для определения направления на источник света (например, солнце) и, следовательно, в качестве средств для определения ориентации или положения космического аппарата или спутника в пространстве.

Таким образом, будет ясно, что принцип работы настоящего изобретения фундаментально отличается от принципа систем предшествующего уровня техники, которые явным образом направлены на удаление или минимизацию эффектов дифракции настолько, насколько это возможно.

Кроме того, в действительности, при попытках использования (и максимизации) эффектов дифракции, а не их уменьшения или устранения, инструмент по настоящему изобретению, преимущественно, может быть изготовлен меньшего размера чем инструменты уровня техники, которые, как описано выше, ограничены в части размера за счет необходимости в поддержании эффектов дифракции достаточно низкими для предотвращения существенного воздействия на их стандартные (т.е. не подвергнутые дифракции) показания света (которые используются для определения направления на источник света).

В результате обеспечения уменьшенного размера (в части физических размеров) настоящее изобретение также, преимущественно, будет обладать уменьшенной массой по сравнению с системами уровня техники. Кроме того, уменьшенный размер настоящего изобретения также означает, что инструмент меньше подвержен перебоям по сравнению с системами уровня техники. Потенциально, это может быть полезно (например) для военных космических аппаратов или спутников.

Кроме того, за счет обнаружения картин подвергнутых дифракции света, а не стандартных (т.е. не подвергнутых дифракции) показаний света, инструмент по настоящему изобретению может иметь большее эффективное поле обзора по сравнению с системами уровня техники. Природа поля дифракции обеспечивает то, что основные компоненты остаются в активной зоне матрицы визуализации (детектора) по мере увеличения угла падения света при любом уменьшении количества уменьшаемых (например, минимизируемых) полезных основных компонентов, поскольку могут быть использованы более высокие порядки поля дифракции.

Инструмент по настоящему изобретению может быть выполнен с возможностью обнаружения дифракционной картины, созданной любым типом электромагнитного излучения любой подходящей длины волны, исходящей из любого подходящего источника, в том числе, например, ультрафиолетовый свет, видимый свет, инфракрасный, микроволны, радиоволны и т.д. Предпочтительно, инструмент выполнен с возможностью обнаружения дифракционной картины, созданной УФ-светом от источника УФ-света (такого как солнце), поскольку более короткая длина волны УФ-света (по сравнению с видимым светом) означает, что существенные эффекты дифракции могут быть выработаны с использованием относительно малого инструмента (с относительно малыми оптическими элементами). Кроме того, за счет выполнения с возможностью обнаружения дифракционной картины, созданной с использованием УФ-света от источника УФ-света, инструмент также, преимущественно, может быть выполнен «ослепленным» относительно постороннего, например, видимого, света.

Однако инструмент также, или вместо этого, может быть выполнен с возможностью обнаружения дифракционной картины, созданной видимым светом из источника видимого света (такого как солнце). С целью обеспечения краткости, в оставшейся части описания мы будем ссылаться лишь на «свет», а не на электромагнитное излучения, при описании признаков настоящего изобретения. Однако следует понимать, что если не указано иное, предполагается, что термин «свет», используемый в настоящем документе, не означает, например, только УФ- или видимый свет, а предполагается, что он охватывает все типы электромагнитного излучения в более общем смысле.

Светорегулирующие элементы по настоящему изобретению могут быть выполнены любым подходящим или желаемым образом.

Предпочтительно, светорегулирующие элементы содержат по меньшей мере один голографический оптический элемент, такой как, например, фазосдвигающий оптический элемент. Предпочтительно, голографический(е) оптический(е) элемент или элементы содержит(ат) подходящий(е) масштабированный(ые) признак(и), картину или картины на подложке. Предпочтительно, голографический оптический элемент выполнен с возможностью добавления фазового отличия для падающего света, проходящего через голографический оптический элемент, так что на детекторе вырабатывается дифракционная картина.

Также, или вместо этого, один или более регулирующих элементов могут содержать один или более оптических экранов или масок. Предпочтительно, экраны или маски (или по меньшей мере часть экранов или масок) являются по меньшей мере частично непрозрачными для падающего света для по меньшей мере частичного ограничения количества падающего света, который достигает детектора.

Регулирующие элементы также могут содержать одно или более отверстий, через которые может проходить падающий свет и через которые выполняется дифракция падающего света на детектор. Отверстия могут быть выполнены, например, между экранами или масками (т.е. экраны или маски имеют такую форму, что они содержат отверстия) или отверстия могут быть выполнены между разными (т.е. отдельными) экранами или масками. Один или более регулирующих элементов могут содержать компонент с периодической структурой, такой как оптическая решетка, с множеством отверстий.

Как будет ясно, может быть возможно получение дифракционной картины на детекторе с использованием лишь одного голографического оптического элемента или отверстия для выполнения дифракции падающего света. Однако в соответствии с предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения, один или более регулирующих элементов содержат множество голографических оптических элементов и/или отверстий. Как будет ясно, в данном предпочтительном варианте реализации дифракционная картина, которая принимается детектором, получена светом, подвергнутого дифракции от каждого из множества голографических оптических элементов и/или отверстий. В некоторых вариантах реализации системе не обязательно знать или определять то, какие компоненты (например, максимумы/минимумы) дифракционной картиной каким из множества голографических оптических элементов и/или отверстий были получены.

Таким образом, в наиболее предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения светорегулирующие элементы содержат один или более голографических оптических элементов и один или более оптических экранов или масок, содержащих по меньшей мере одно отверстие.

Ширина или размер компонентов голографических оптических элементов и/или отверстий может быть однородной (т.е. все являются одинаковыми). В качестве альтернативы, по меньшей мере некоторые из компонентов голографических оптических элементов и/или отверстий могут иметь различную ширину или размер по сравнению с по меньшей мере некоторыми другими компонентами голографических оптических элементов и/или отверстий.

В компоновках, в которых один или более регулирующих элементов содержат множество голографических оптических элементов и/или отверстий, множество голографических оптических элементов и/или отверстий могут иметь размер и находиться на расстоянии так, что дифракционная картина, которая принимается детектором, содержит отдельные дифракционные картины, исходящие от каждого из голографических оптических элементов и/или отверстий, при том, что ни одна отдельная дифракционная картина и не исходит от каждого из голографических оптических элементов и/или отверстий, который по существу перекрывается или пересекается с любой из других отдельных дифракционных картин от любого из других голографических оптических элементов и/или отверстий. Однако в предпочтительных вариантах реализации голографические оптические элементы и/или отверстия находятся на расстоянии и имеют размеры так, что дифракционные картины, которые исходят от разных отдельных голографических оптических элементов и/или отверстий, по меньшей мере частично перекрываются и пересекаются на детекторе.

В этом отношении Заявителями было замечено, что за счет обеспечения множества голографических оптических элементов и/или отверстий, через которые выполняется дифракция света, при перекрывающихся отдельных дифракционных картинах, на детекторе может быть получен более сложная дифракционная картина (с более дифракционными «компонентами»). Эти дополнительные подробности, добавляемые к обнаруженной дифракционной картине, могут быть такими, что дифракционные картины более сильно зависят (т.е. являются более изменчивыми в зависимости от) от угла падающего света. Таким образом, обеспечение более сложных дифракционных картин таким способом может, преимущественно, обеспечить возможность более точного определения направления источника света.

Голографические оптические элементы и/или отверстия светорегулирующих элементов, через которые на детектор выполняется дифракция света, могут быть «пустыми» (например, наполнены воздухом или содержать вакуум). Однако в некоторых вариантах реализации по меньшей мере некоторые отверстия содержат материал, отличающийся от воздуха, через который может проходить свет. Например, отверстия могут содержать стекло, сапфир, пластин и т.д. (Как будет ясно, материал, а также, например, толщина материала, могут быть выбраны для дополнительной регулировки света предпочтительными способами, путем преломления или других оптических эффектов, что также может повлиять на получаемую дифракционную картину).

Как будет ясно, дифракционная картина, принимаемая детектором, будет зависеть от многих параметров, в том числе, например, ширины или размера компонентов светорегулирующих элементов (голографических оптических элементов и/или отверстий), через которые выполняется дифракция света, длины волны падающего света, расстояния от светорегулирующих элементов до детектора и т.д. Значения ширины или размеры голографических оптических элементов и/или отверстий (или их компонентов), предпочтительно, являются достаточно малыми для получения существенной дифракции падающего света. Значения ширины или размеры голографических оптических элементов и/или отверстий (или их компонентов), предпочтительно, выбраны в соответствии с этими другими параметрами для обеспечения дифракционной картины на детекторе, который является подходящим для разрешения и размера детектора (дополнительно описано ниже).

Размеры компонентов светорегулирующих элементов (голографических оптических элементов и/или отверстий) и расстояние до детектора должны быть и, предпочтительно, выбраны (в соответствии с длиной волны обнаруживаемого света) таким образом, что используется область дифракции Фраунгофера. Это способствует обеспечению того, что дифракционная картина надежно определена на плоскости матрицы детектора.

В предпочтительных вариантах реализации значения ширины или размеры компонентов голографических оптических элементов и/или отверстий находятся в пределах от около 10 мкм до около 75 мкм, а расстояние от детектора до регулирующих элементов (оптической маски) составляет около 9 мм.

Представляется возможным расположение одного или более регулирующих элементов вдоль одной оси или направления. Например, представляется возможным выполнение в экране или экранах отверстий, проходящих вдоль только одного направления. Однако в соответствии с предпочтительным вариантом реализации, один или более регулирующих элементов предусмотрены в двухмерной плоскости, предпочтительно, с голографическими оптическими элементами и/или отверстиями, и/или их компоненты проходят в обоих размерах двухмерной плоскости.

В этом отношении Заявителями было замечено, что за счет обеспечения прохождения регулирующих элементов в двухмерной плоскости (например, при прохождении голографических оптических элементов и/или отверстий, и/или их компонентов в обоих размерностях (x и y)), регулирующие элементы могут быть использованы для получения двухмерной дифракционной картины, которая отображается на детекторе, причем компоненты двухмерной дифракционной картины (например, интенсивности и положения минимумов и максимумов и т.д.) зависят от обоих направлений по оси x и по оси y источника света. Ввиду этого, двухмерная дифракционная картина может быть использована для определения обеих составляющих x и y вектора положения в пространстве в направлении источника света.

Таким образом, в данном предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения представляется возможным определение двухмерного вектора положения в пространстве для космического аппарата или спутника с использованием лишь одного инструмента/детектора. В этом заключается отличие и преимущество по сравнению с системами уровня техники, в которых используются два отдельных датчика, расположенные ортогонально друг другу, для определения составляющих x и y вектора положения в пространстве.

Таким образом, в соответствии с предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения, один или более регулирующих элементов содержат голографические оптические элементы и/или отверстия, проходящие, и/или с компонентами, проходящими в направлениях двух осей, например, в каждой из двух (т.е. x и y) размерностей (в ортогональных направлениях оси (например, x и y) плоскости детектора (причем, например, плоскость матрицы детектора считается параллельной плоскости x-y), а дифракционная картина, принимаемая детектором, содержит двухмерную дифракционную картину. Таким образом, в соответствии с предпочтительным вариантом реализации, регулирующие элементы не содержат по существу одномерных «щелей».

В соответствии с предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения, определение ориентации космического аппарата включает определение двухмерного вектора положения в пространстве на основе указанного двухмерной дифракционной картины.

Регулирующие элементы (содержащие голографические оптические элементы и/или отверстия, и/или такие компоненты) могут быть расположены в двухмерной декартовой системе координат. Например, регулирующие элементы могут содержать первый набор голографических оптических элементов и/или отверстий, проходящих (т.е. параллельно) оси x одного или более регулирующих элементов, и второй набор голографических оптических элементов и/или отверстий, и/или таких компонентов, проходящих вдоль оси y одного или более регулирующих элементов. Однако, предпочтительно, регулирующие элементы не расположены в декартовой системе координат. В соответствии с предпочтительным вариантом реализации, регулирующие элементы расположены в виде по существу изогнутой или круговой (т.е. полярной) двухмерной схемы. В одном варианте реализации регулирующие элементы содержат отверстия в концентрических кольцах между кольцевыми сегментами экрана или масок. Однако, безусловно, возможны другие по существу круговые (полярные) схемы расположения. Например, голографические оптические элементы и/или отверстия могут представлять собой точечные отверстия, спирали, кольца, овалы и т.д. Таким образом, голографические или фазорегулирующие оптические элементы и/или отверстия, и/или такие компоненты (или по меньшей мере некоторые из них) могут быть по существу круговыми, кольцевыми, овальными, спиральными и/или иным образом изогнутыми.

При этих по существу круговых (полярных) схемах расположения может быть возможно выполнение регулирующих элементов полностью радиально симметричными. Например, светорегулирующие элементы могут содержать отверстия в концентрических кольцах между кольцевыми сегментами экрана, при этом каждое кольцо (и, следовательно, каждый экран) имеет единый фиксированный диаметр и ширину по своей периферии, и/или является радиально симметричным.

Однако в некоторых вариантах реализации настоящего изобретения регулирующие элементы являются радиально асимметричными. Например, светорегулирующие элементы могут содержать отверстия в концентрических кольцах между кольцевыми сегментами экрана, при этом каждое кольцо (и, следовательно, каждый экран) имеет диаметр и/или ширину, которая варьируется по его периферии. В качестве альтернативы или в дополнение, голографические оптические элементы и/или отверстия, и/или их компоненты, могут иметь по существу спиральную форму, например, голографические оптические элементы и/или отверстия, и/или их компоненты, предусмотрены на разном радиусе от центральной оси регулирующего элемента.

В этом отношении Заявителями было выявлено, что за счет привнесения радиальной асимметрии в светорегулирующие элементы на детекторе может быть обеспечена более сложная дифракционная картина. Таким образом, из получаемой в результате (двухмерной) дифракционной картины может быть получена более подробная информация в отношении направления падающего света.

Таким образом, в соответствии с предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения, один или более регулирующих элементов содержат двухмерный асимметричный экран или маску с отверстиями и/или голографическими компонентами, через которые выполняется дифракция света для образования двухмерной дифракционной картины на детекторе.

Светорегулирующие элементы могут, например, отличаться формой в двух размерностях (например, вдоль двух направлений оси, например, x и y, причем матрица детектора расположена по существу параллельно плоскости x-y), но по существу являться равномерными в третьей размерности (например, направлении оси z). Однако в предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения по меньшей мере один из светорегулирующих элементов отличается в третьей размерности (z). Иными словами, светорегулирующий элемент может представлять собой «трехмерный» светорегулирующий элемент с «высотой», которая меняется по (например, в направлениях оси x и/или y) светорегулирующему элементу, и с голографическими оптическими элементами и/или отверстиями, и/или их компонентами, которые проходят/меняются во всех трех размерностях. Дифракционные компоненты (например, голографические оптические элементы и/или отверстия, и/или их компоненты) могут быть расположены по существу параллельно матрице детектора или, в качестве альтернативы, по существу непараллельно детектору. Трехмерные оптические элементы также могут быть использованы для получения дифракционной картины с профилями интенсивности, которые варьируются вдоль вертикальной (z) оси (а также, например, вдоль осей x и y).

Такой трехмерный светорегулирующий элемент может содержать, например, неинвертированный или инвертированный оптический элемент с резкой впадиной. Трехмерный светорегулирующий элемент может быть изогнут, например, в любой из трех размерностей по желанию. Однако могут быть возможны другие трехмерные геометрические расположения. В этом отношении Заявителями было замечено, что благодаря взаимодействию падающего света с таким трехмерным оптическим элементом (с меняющейся «высотой») на детекторе может быть получена более сложная дифракционная картина (с более дифракционными «компонентами»), который может, например, как описано выше, существенно меняться в зависимости от направления падающего света, и, следовательно, в качестве преимущества обеспечивать возможность более точного определения направления источника света. Кроме того, использование трехмерного оптического элемента может обеспечить возможность регулировки направления падающего света.

Таким образом, в соответствии с предпочтительным вариантом реализации настоящего изобретения, один или более регулирующих элементов содержат один или более трехмерных регулирующих элементов.

В некоторых вариантах реализации светорегулирущие элементы также могут содержать регулирующую линзу для регулировки света для обнаружения детектором. Например, светорегулирующие элементы могут содержать вогнутую стеклянную линзу. В некоторых вариантах реализации (например, когда светорегулирующие элементы содержат голографические оптические элементы) может быть так, что большое количество падающего света передается через светорегулирующие элементы. Если такое большое количество падающего света смогло достигнуть детектора, то это может привести к «омыванию» детектора рассеянным светом и, следовательно, может снизить качество дифракционного света (дифракционных картин), падающего на детектор (и обнаруживаемого им). Регулирующая линза может быть предусмотрена для фокусировки света в плоскости детектора и, таким образом, обеспечивать то, чтобы обнаруживаемые картины дифракционного света были определены надлежащим образом.

Детектор по настоящему изобретению может быть расположен и выполнен так, как необходимо. Предпочтительно, детектор выполнен с возможностью измерения интенсивности света (т.е. интенсивности дифракционной картины) в различных положениях детектора, а также по меньшей мере с возможностью выявления отличия между минимальными и максимальными интенсивностями в картинах дифракционного света.

Предпочтительно, детектор содержит матрицу из отдельных ячеек детектора. В вариантах реализации, в которых двухмерная дифракционная картина и создается с использованием двухмерных светорегулирующих элементов, детектор, предпочтительно, содержит двухмерную матрицу ячеек детектора. В некоторых вариантах реализации детектор содержит трехмерную матрицу ячеек детектора для обнаружения профилей интенсивности вдоль направления z. Предпочтительно, разрешение детектора (и, например, размеры отдельных ячеек детектора) выбирают на основе размеров компонентов различных ожидаемых для получения дифракционной картины. Например, детектор, предпочтительно, имеет разрешение, которое является достаточно точным для выявления отличия между по меньшей мере некоторыми из соседних максимумов и минимумов в дифракционных картинах или картинах, которые ожидаемы для получения. В одном варианте реализации, в котором инструмент выполнен с возможностью дифракции и обнаружения света около 400 нм, детектор имеет разрешение, составляющее 2220 на 3002 пиксела, и размер пиксела, составляющий 3,5 мкм на 3,5 мкм.

Определение ориентации космического аппарата относительно источника света на основе обнаруженной дифракционной картины, предпочтительно, включает определение вектора направления на источник света на основе обнаруженной дифракционной картины. Это может осуществляться любым подходящим и желаемым способом.

В одном варианте реализации система анализирует положения и интенсивности сигнала, записанного детектором (т.е. выхода детектора), для определения различных параметров, относящихся к компонентам дифракционной картины света. Эти параметры могут включать, например, абсолютные и/или относительные положения и/или абсолютные и/или относительные интенсивности конкретных минимумов и/или максимумов в обнаруженной картине, расстояния (т.е. отрезок) между соседними минимумами и/или максимумами в дифракционной картине и т.д. Параметры также могут включать параметры, относящиеся к (например, форму) профилю интенсивности обнаруженной картины света, например, вокруг различных максимумов и/или минимумов (такой как, например, абсолютные и/или относительные интенсивности вокруг различных минимумов/максимумов, абсолютные и/или относительные положения компонентов в дифракционной картине вокруг различных минимумов/максимумов и т.д.). Затем, обнаруженные значения, предпочтительно, используют дл определения (вычисления) вектора направления на источник света.

Как будет ясно, способ определения вектора направления на источник света на основе определенных компонентов дифракционной картины будет зависеть от конкретного геометрического исполнения самого инструмента, в том числе, например, геометрического исполнения и формы светорегулирующих элементов (например, значений ширины и расстояния между различными голографическими оптическими элементами и/или отверстиями, и/или их компонентами, через которые происходит дифракция света), расстояния между светорегулирующим элементом или элементами и детектором и т.д. Однако, зная геометрическое исполнение инструмента (в том числе конкретное геометрическое исполнение светорегулирующих элементов), а также длину волны падающего света, система может определять вектор направления на источник света на основе параметров, относящихся к различным компонентам обнаруженной дифракционной картины.

Таким образом, в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения, этап определения ориентации космического аппарата относительно источника света на основе обнаруженной дифракционной картины включает определение по меньшей мере одного значения параметра обнаруженной дифракционной картины и определение вектора направления на источник света с использованием указанного по меньшей мере одного определенного значения параметра обнаруженной дифракционной картины.

В соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения, по меньшей мере одно значение параметра обнаруженной дифракционной картины содержит по меньшей мере одно из, предпочтительно, множество из: положения (или положений) минимумов и/или максимумов в обнаруженной дифракционной картине, расстояния между соседними минимумами и/или максимумами в обнаруженной дифракционной картине; интенсивности (или интенсивностей) минимумов и/или максимумов в обнаруженной дифракционной картине; и параметра (или параметров), относящемуся к профилю интенсивности вокруг различных минимумов и/или максимумов обнаруженной дифракционной картине.

В качестве альтернативы, в некоторых вариантах реализации вместо использования измеренных параметров, относящихся к различным компонентам обнаруженной дифракционной картины, для определения направления падающего света, вектор направления на источник света определяют путем сравнения измеренной дифракционной картины (т.е. вывода детектора) с набором опорных дифракционных картин, созданных с использованием падающего света в различных известных векторах направления. Предпочтительно, опорные дифракционные картины представляют собой дифракционные картины, которые были записаны с использованием того же инструмента (или эквивалентного инструмента с эквивалентным геометрическим исполнением) при количестве известных векторов направления источника света (т.е. с использованием света под рядом различных (известных) углов падения и т.д.). Предпочтительно, эти опорные дифракционные картины хранятся в памяти, которая доступна схеме обработки, при этом каждый опорная дифракционная картина связан с соответствующим ему опорным вектором направления источника света, который был использован для создания опорной дифракционной картины.

При этих схемах расположения, при попытке определить ориентацию (текущую) космического аппарата или спутника, система, предпочтительно, сравнивает обнаруженную дифракционную картину с каждым из, или по меньшей мере некоторым из, опорных дифракционных картин, например, по очереди, и определяет вектор направления от космического аппарата до источника света на основе результата сравнения.

В одном варианте реализации система определяет то, какая из дифракционных картин является наиболее близкой к обнаруженной картине, и, как только был определен наиболее подобная опорная дифракционная картина, система определяет вектор направления от космического аппарата или спутника до источника света, чтобы он был таким же, как и опорный вектор направления, соответствующий наиболее подобной опорной дифракционной картине.

В другом варианте реализации настоящего изобретения система определяет множество опорных дифракционных картин, которые являются наиболее подобными обнаруженному дифракционной картины. После этого, система использует множество наиболее подобных опорных паттернов (и связанные опорные векторы направления) для интерполяции вектора направления от космического аппарата к источнику света. (Эта интерполяция может осуществляться любым подходящим или желаемым способом. Например, система может определять количество наиболее подобных опорных векторов (от соответствующих наиболее подобных опорных дифракционных картин) и затем взять среднее значение или взвешенное среднее значение каждого из компонентов каждого из этих наиболее подобных опорных векторов для определения вектора направления от космического аппарата к источнику света. Однако, безусловно, возможны другие схемы расположения).

Таким образом, в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения, этап определения ориентации космического аппарата относительно источника света на основе обнаруженной дифракционной картины включает сравнение обнаруженной дифракционной картины с множеством опорных дифракционных картин, причем каждый из множества опорных дифракционных картин соответствует конкретному опорному вектору направления источника света, и определение вектора направления на источник света на основе результата сравнения.

Определение опорной дифракционной картины или опорных дифракционных картин, который(ые) является(ются) наиболее подобным(и) обнаруженной в данный момент времени картине, может осуществляться любым подходящим или желаемым способом. Например, система может сравнить различные выбранные интенсивности измеренной дифракционной картины с соответствующими опорными значениями интенсивности опорных дифракционных картин и вычислить разницу (или квадрат разницы) между двумя значениями. Однако, безусловно, возможны другие схемы расположения.

Как описано выше, инструмент по настоящему изобретению выполнен с возможностью обнаружения дифракционной картины, созданной с использованием света от источника света, и с возможностью последующего использования этой дифракционной картины для определения ориентации спутника или космического аппарата относительно этого источника света. Источник света, который используется в соответствии с этими функциями настоящего изобретения, предпочтительно, представляет собой удаленный источник света. Предпочтительно, свет, принимаемый инструментом, является по существу параллельным (или планарным).

В предпочтительных вариантах реализации источником света является солнце. Однако источником света может быть любой подходящий источник света, от которого может быть принято достаточное количество света с помощью инструмента для получения и записи подходящей дифракционной картины. Таким образом, в альтернативных схемах, настоящее изобретение может быть использовано для дифракции света от (следовательно, определения ориентации спутника или космического аппарата относительно) других источников света в дополнение или вместо солнца, в том числе, например, Земли, других планет или звезд, или источников света на других спутниках или космическом аппарате.

В некоторых вариантах реализации настоящее изобретение выполнено с возможностью дифракции света от (и, следовательно, определения ориентации спутника или космического аппарата относительно) множества различных источников света (например, в одно и то же время). В этих вариантах реализации система, предпочтительно, выполнена с возможностью выявления отличия между светом, принятым от различных источников света путем анализа различных дифракционных картин, являющихся результатом различных длин волн падающего света, принятого от различных источников света. Например, система может получать (и записывать) первую дифракционную картину, являющийся результатом падающего света с первой длиной волны, причем эта первая длина волны соответствует, например, длине волны света, принятого непосредственно от солнца. Система также может получать (и записывать) вторую дифракционную картину, являющуюся результатом падающего света со второй длиной волны, причем эта вторая длина волны соответствует, например, длине волны света, принятого от второго источника света, такого как находящаяся поблизости планета (например, Земля).

Множество дифракционных картин, являющихся результатом различных длин волн на матрице детектора, могут различаться на детекторе на основе самой картины (т.е. расстояний мимумов/максимумов) и/или по цвету (т.е. длины волны фотона) обнаруженного света. Множество дифракций также или вместо этого могут быть отличены путем прямого отличия (например, дисперсии) падающего света на основе длины волны, например, за счет использования трехмерного регулирующего элемента, такого как трехмерный голографический оптический элемент, или любым другим подходящим способом.

Путем записи множества дифракционных картин из множества источников света таким способом, система, предпочтительно, может определять ориентацию космического аппарата или спутника относительно множества различных источников света. За счет обеспечения множества опорных точек таким способом, система, предпочтительно может обеспечивать более подробную информацию о положении космического аппарата или спутника в пространстве. Например, система может снимать измерения со множества различных источников (на матрице одного детектора) и комбинировать их для выдачи сверхопределенного измерения положения в пространстве.

В соответствии с некоторыми вариантами реализации, настоящее изобретение может определять ориентацию космического аппарата относительно источника света на основе (одного) вывода (т.е. одной дифракционной картины, обнаруженной на детекторе, в один момент времени). Однако в некоторых вариантах реализации настоящего изобретения инструмент может динамически определять ориентацию космического аппарата на основе, например, множества дифракционных картин, обнаруженных на детекторе, например, в различные моменты времени. В этих вариантах реализации изменения дифракционные картины, например, по мере передвижения космического аппарата относительно источника света, могут быть использования для более точного определения ориентации космического аппарата относительно источника света. Кроме того, путем использования множества дифракционных картин, обнаруженных во множество различных моментов времени, инструмент может определять динамическое поведение космического аппарата, в том числе, например, угловую скорость крена, направление крена, анализ падения и т.д.

Далее будет описан ряд предпочтительных вариантов реализации настоящего изобретения лишь в качестве примера со ссылкой на сопроводительные фигуры, на которых:

На фиг. 1 схематически изображен космический аппарат, на котором может быть установлен инструмент для определения его положения в пространстве, в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 2 схематически показан вариант реализации инструмента для определения положения космического аппарата в пространстве, в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 3 изображен ряд картин экрана для создания дифракционных картин, в соответствии с различными вариантами реализации настоящего изобретения.

На фиг. 4 изображен ряд графических представлений дифракционных картин первого порядка, созданных с использованием нескольких голографических светорегулирующих элементов, в соответствии с различными вариантами реализации настоящего изобретения.

На фиг. 5 изображено две дифракционные картины, созданные инструментом, в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения, с использованием двух различных углов падения света.

На фиг. 6 изображено две дифракционные картины, созданные инструментом, в соответствии с другим вариантом реализации настоящего изобретения, с использованием двух различных углов падения света.

На фиг. 7 изображен ряд трехмерных светорегулирующих элементов, в соответствии с различными вариантами реализации настоящего изобретения.

На фиг. 8 изображен трехмерный светорегулирующий элемент, в соответствии с другим вариантом реализации настоящего изобретения.

На фиг. 1 изображен космический аппарат 3, такой как спутник, с внутренней системой 2 координат, на котором может быть установлен инструмент для определения его положения в пространстве, в соответствии с настоящим изобретением. Инструмент принимает падающий свет 11 от солнца 1 и определяет вектор направления к солнцу 1 (для определения положения космического аппарата 3 в пространстве относительно солнца 1). (Несмотря на то, что на фиг. 1 показан только падающий свет 11, принимаемый от солнца 1, следует понимать, что падающий свет может быть принят инструментом от нескольких различных источников света одновременно (в том числе, например, Земли 4), и инструмент может быть использован для определения положения космического аппарата в пространстве относительно каждого или любого из этих источников).

На фиг. 2 изображен инструмент 20 для определения положения космического аппарата 3 в пространстве, на котором он установлен, в соответствии с настоящим изобретением. Падающий свет 11 взаимодействует с одним или более светорегулирующими элементами 12 (например, голографическими оптическими элементами и отверстиями) для образования дифракционной картины на фоточувствительном детекторе 13. Распределение интенсивности света по детектору 13 зависит от угла падения падающего света 11. Бортовой компьютер 16 определяет вектор направления на солнце (и, следовательно, положение космического аппарата в пространстве относительно солнца) исходя из вывода фоточувствительного детектора 13.

Детектор 13 имеет размер 7,74 мм на 10,51 мм, а расстояние от светорегулирующих элементов 12 до детектора 13 составляет 8,89 мм. Таким образом, инструмент имеет объем, составляющий около 1000 мм³. Инструмент имеет массу менее 20 г.

На фиг. 3 изображен ряд иллюстративных экранов (или масок), которые могут быть использованы в качестве (или предусмотрены в виде части) светорегулирующих элементов 12, используемых для дифракции падающего света 11, в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 3А изображена маска 30 в виде кольцевого отверстия, содержащая непрозрачную внешнюю часть 32 и непрозрачную внутреннюю часть 33. Эти части блокируют падающий свет 11. Свет пропускается и подвергается дифракции через кольцевое отверстие 31, находящееся между внешней частью 32 и внутренней частью 33. Непрозрачная внутренняя часть 33 имеет диаметр 225 мкм, а отверстие 31 имеет внешний диаметр 300 мкм.

На фиг. 3b изображена другая маска 35 с кольцевым отверстием другого размера (которое, как будет ясно, создает другую дифракционную картину по сравнению с маской 30 по фиг. 3а). Непрозрачная внутренняя часть 33 имеет диаметр 170 мкм, а отверстие 31 имеет внешний диаметр 200 мкм. На фиг. 3с изображена альтернативная маска, содержащая внешнюю часть 38, которая используется для блокирования падающего света, и центральное кольцевое отверстие 39, через которое свет пропускается и подвергается дифракции.

На фиг. 4 изображен ряд графических представлений дифракционных картин первого порядка, созданных с использованием голографических светорегулирующих элементов, в соответствии с различными вариантами реализации настоящего изобретения. Голографические светорегулирующие элементы могут быть использованы в качестве (или предусмотрены в виде части) светорегулирующих элементов 12, используемых для дифракции падающего света 11, в соответствии с настоящим изобретением. Из соображений ясности представлены только дифракционные картины первого порядка.

На фиг. 4а изображена дифракционной картины 41 первого порядка из крестоподобного голографического оптического элемента (не показан).

На фиг. 4b изображена дифракционная картина 42 первого порядка из голографического оптического элемента в виде окружности из точек (не показан). Физические характеристики картины представлены протяженностью первого порядка, a + α, и взаимным разделением, b +β.

На фиг. 4c изображена дифракционная картина 43 первого порядка из концентрического кругового голографического оптического элемента (не показан).

На фиг. 5 изображено две различных дифракционных картины (принятых на матрице детектора 13), которые создаются путем взаимодействия падающего света со светорегулирующими элементами 12 под двумя разными углами падения света, в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения. В данном варианте реализации светорегулирующий элемент 12 состоит из загражденного центрального кольцевого отверстия (например, как показано на фиг. 3а).

На фиг. 5а изображена первая дифракционная картина 51, которая создается тогда, когда падающий свет находится под нормалью к загражденному центральному круговому отверстию (т.е. под углом падения 0°).

На фиг. 5b изображена вторая дифракционная картина 52, которая создается тогда, когда падающий свет находится под углом падения 63° к загражденному центральному круговому отверстию. Как можно увидеть, положения минимумов и максимумов в дифракционной картин и расстояния между соседними минимумами и максимумами в дифракционной картине изменяются в зависимости от угла падения света.

На фиг. 6 изображено две различных дифракционных картины (принятых на матрице детектора 13), которые создаются путем взаимодействия падающего света со светорегулирующими элементами 12 под двумя разными углами падения света, в соответствии с другим вариантом реализации настоящего изобретения. В данном варианте реализации светорегулирующие элементы 12 содержат загражденное центральное кольцевое отверстие (например, как показано на фиг. 3а, и которое используется для создания дифракционных картин, показанных на фиг. 5) в комбинации со спиральной голографической пленкой.

На фиг. 6а изображена первая дифракционная картина 61, которая создается тогда, когда падающий свет находится под нормалью к загражденному центральному круговому отверстию и спиральному голографическому элементу (т.е. под углом падения 0°).

На фиг. 6b изображена вторая дифракционная картина 62, который создается тогда, когда падающий свет находится под углом падения 60° к тому же загражденному центральному круговому отверстию и спиральному голографическому элементу. Как можно увидеть, положения минимумов и максимумов в дифракционной картине и расстояния между соседними минимумами и максимумами в дифракционной картине изменяются в зависимости от угла падения света.

Кроме того, за счет сравнения двух дифракционных картин 61 и 62, показанных на фиг. 6, с дифракционными картинами 51 и 52 на фиг. 5 можно увидеть, что путем взаимодействия падающего света с дополнительным светорегулирующим элементов (таким как голографический спиральный элемент) на детекторе 13 может быть получена более сложная дифракционная картина.

На фиг. 7А изображен вид сверху вниз трехмерного светорегулирующего элемента 70, который может быть использован в качестве (или в виде части) светорегулирующих элементов 12, в соответствии с другим вариантом реализации настоящего изобретения. Светорегулирующий элемент 70 содержит дифракционные компоненты 71 для дифракции падающего света 11 на детектор 13. (Дифракционные компоненты показаны здесь в виде чередующихся непрозрачных/пропускающих компонентов. Однако дифракционные компоненты также, или в качестве альтернативы, могут представлять собой голографические оптические компоненты или любой другой тип дифракционного компонента, как описано выше).

На фиг. 7В изображен профиль сечения выпуклого трехмерного светорегулирующего элемента 70, показанного на фиг. 7А, в соответствии с одним вариантом реализации настоящего изобретения. В данном варианте реализации светорегулирующий элемент содержит трехмерную оптическую подложку 73 под непрозрачным слоем 72. Вытравленная часть 75 (в которой вытравлены дифракционные компоненты 71) обеспечена в виде части непрозрачного слоя 72. Как можно увидеть, светорегулирующий элемент, показанный на фиг. 7В, имеет искривленный профиль.

На фиг. 7С изображен профиль сечения вогнутого трехмерного светорегулирующего элемента 70, показанного на фиг. 7А, в соответствии с другим вариантом реализации настоящего изобретения. Как можно увидеть, светорегулирующий элемент, показанный на фиг. 7С, имеет обратную кривизну по сравнению со светорегулирующим элементом, показанным на фиг. 7В.

На фиг. 7D изображен профиль сечения трехмерного светорегулирующего элемента 70, показанного на фиг. 7А, в соответствии с еще одним другим вариантом реализации настоящего изобретения. Светорегулирующий элемент, показанный на фиг. 7D, имеет S-образную кривизну и, следовательно, является комбинацией вогнутого/выпуклого светорегулирующего элемента.

На фиг. 7E изображен профиль сечения вогнутого трехмерного светорегулирующего элемента 70, показанного на фиг. 7А, в соответствии с еще одним другим вариантом реализации настоящего изобретения. В данном варианте реализации дифракционные компоненты 71 (например, альтернативные непрозрачные/пропускающие компоненты) проходят по всей толщине (z-направление) светорегулирующего элемента в дифракционной части 79. Это обеспечивает возможность создания варьирующихся профилей интенсивности вдоль вертикальной (z) оси, тем самым обеспечивая дополнительные возможности регулировки падающего света.

На фиг. 7F показан профиль сечения выгнутого трехмерного светорегулирующего элемента 70, показанного на фиг. 7А, причем, подобно фиг. 7Е, дифракционные компоненты 71 (например, альтернативные непрозрачные/пропускающие компоненты) проходят по всей толщине (z-направление) светорегулирующего элемента в дифракционной части 79. Как можно увидеть, светорегулирующий элемент, показанный на фиг. 7F, имеет обратную кривизну по сравнению со светорегулирующим элементом, показанным на фиг. 7E.

На фиг. 7G изображен профиль сечения трехмерного светорегулирующего элемента 70, показанного на фиг. 7А, в соответствии с еще одним другим вариантом реализации настоящего изобретения. Светорегулирующий элемент, показанный на фиг. 7D, имеет S-образную кривизну и, следовательно, является комбинацией вогнутого/выпуклого светорегулирующего элемента. Дифракционные компоненты 71 (например, альтернативные непрозрачные/пропускающие компоненты) проходят по всей толщине (z-направление) светорегулирующего элемента в дифракционной части 79. На фиг. 7H и 7I изображены профили сечения трехмерного светорегулирующего элемента 70, показанного на фиг. 7А, в соответствии с еще одними дополнительными вариантами реализации настоящего изобретения. В этих вариантах реализации светорегулирующий элемент имеет плоскую нижнюю поверхность 77.

(В отношении фиг. 7B-I следует отметить, что хотя показан профиль сечения вдол центральной оси x, как к обеим, так и к одной из осей x и y могут быть применены различные профили кривизны (и, например, различные смещения) по мере необходимости для получения сложных трехмерных форм регулирующего элемента 70).

На фиг. 8 изображен другой трехмерный светорегулирующий элемент 80, который может быть использован в качестве (или в виде части) светорегулирующих элементов 12, в соответствии с другим вариантом реализации настоящего изобретения, в котором многоплоскостные оптические элементы расположены непараллельно плоскости детектора. Трехмерный светорегулирующий элемент 80 имеет пирамидальную форму и содержит четыре набора дифракционных компонентов 81 (например, блокирующих/передающих компонентов, голографических оптических элементов и т.д.) на каждой из четырех сторон 82 пирамиды. В соответствии с различными вариантами реализации, пирамида 80 может быть полой или заполненной, и может быть непрозрачной или пропускающей, по мере необходимости.

При использовании, когда свет падает на трехмерный светорегулирующий элемент 80 по конкретным углом, каждый из четырех наборов дифракционных компонентов 81 будет создавать различные дифракционные картины на четырех сторонах 82 пирамиды. Дифференциальный анализ в отношении каждого из этих дифракционных картин (обнаруженных детектором 13) может обеспечивать дополнительные средства для определения вектора направления на источник света (например, солнце).

Возвращаясь теперь к фиг. 2, бортовой компьютер 16 определяет вектор направления к солнцу (и, следовательно, положение космического аппарата в пространстве относительно солнца) на основе вывода фоточувствительного детектора 13 (т.е. обнаруженная дифракционная картина, такая как дифракционные картины, изображенные на фиг. 5 и 6).

В одном варианте реализации бортовой компьютер 16 анализирует положения и интенсивности сигнала, записанного детектором 13 (т.е. выхода детектора), для определения различных параметров, относящихся к компонентам дифракционной картины света. Эти параметры могут включать, например, абсолютные и/или относительные положения и/или абсолютные и/или относительные интенсивности конкретных минимумов и/или максимумов в обнаруженной картине, расстояния (т.е. отрезок) между соседними минимумами и/или максимумами в дифракционной картине и т.д. Параметры также могут включать параметры, относящиеся к (например, форму) профилю интенсивности обнаруженной картине света, например, вокруг различных максимумов и/или минимумов (такой как, например, абсолютные и/или относительные интенсивности вокруг различных минимумов/максимумов, абсолютные и/или относительные положения компонентов в дифракционной картине вокруг различных минимумов/максимумов и т.д.). Бортовой компьютер 16 затем использует определенное значение параметра для определения (или вычисления) вектора направления на источник света (например, солнце). (Как будет ясно, для того чтобы это сделать, бортовому компьютеру 16 будет необходимо использовать значения, относящиеся к геометрии инструмента, например, геометрии и форме светорегулирующих элементов 12 (например, значений ширины и расстояния между различными голографическими оптическими элементами и/или отверстиями, через которые происходит дифракция света), расстоянию между светорегулирующим элементом или элементами 12 и детектором 13 и т.д.), а также длине волны падающего света).

В другом варианте реализации бортовой компьютер 16 определяет вектор направления на солнце путем сравнения измеренной дифракционной картины (т.е. вывода детектора) с набором опорных дифракционных картин, созданных с использованием падающего света, на различных известных векторах направления, причем опорные дифракционные картины представляют собой дифракционные картины, которые были записан с использованием того же инструмента (или эквивалентного инструмента с эквивалентными геометрическими параметрами) в ряде известных векторов направления источника света (т.е. с использованием света под рядом различных (известных) углов падения и т.д.). Эти опорные дифракционные картины хранятся в памяти (не показана), которая доступна бортовому компьютеру 16, при этом каждая опорная дифракционная картина связана с соответствующим ему опорным вектором направления источника света, который был использован для создания опорной дифракционной картины.

В данном варианте реализации при попытке определить ориентацию (текущую) космического аппарата или спутника, бортовой компьютер 16 сравнивает обнаруженную дифракционную картину с каждым из, или по меньшей мере некоторым из, опорных дифракционных картин, по очереди, для определения множества опорных картин, которые являются наиболее близкими к обнаруженной картине. Бортовой компьютер 16 использует множество наиболее подобных опорных картин (и связанные опорные векторы направления) для интерполяции вектора направления от космического аппарата к источнику света (например, солнцу).

Из вышеприведенной информации можно увидеть, что настоящее изобретение обеспечивает инструмент для определения положения космического аппарата в пространстве, который, преимущественно, может быть выполнен намного более меньшего размера по сравнению с инструментами уровня техники, и который может быть выполнен таким образом, чтобы иметь большее эффективное поле обзора по сравнению с инструментами уровня техники.

В предпочтительных вариантах реализации настоящего изобретения это достигается по меньшей мере за счет обнаружения дифракционных картин света, созданных путем взаимодействия падающего света от внешнего источника света со светорегулирующими элементами инструмента, и использования обнаруженной дифракционной картины для определения направления падающего света (и, следовательно, определения ориентации космического аппарата в пространстве относительно источника света).

1. Инструмент для определения положения космического аппарата в пространстве, на котором он установлен, содержащий:

детектор;

один или более регулирующих элементов, выполненных с возможностью обеспечивать дифракцию электромагнитного излучения от источника электромагнитного излучения на детектор для создания дифракционной картины на детекторе; и

схему обработки, выполненную с возможностью определения положения космического аппарата в пространстве относительно указанного источника электромагнитного излучения на основе дифракционной картины, обнаруженной детектором,

причем указанный один или более регулирующих элементов выполнены круглыми, кольцевыми, овальными, спиральными или изогнутыми иным образом.

2. Инструмент по п. 1, в котором указанный один или более регулирующих элементов содержат один или более экранов или масок и/или одно или более отверстий, причем электромагнитное излучение от источника электромагнитного излучения подвергается дифракции через указанное одно или более отверстий на детектор.

3. Инструмент по любому из предыдущих пунктов, в котором указанный один или более регулирующих элементов содержат один или более голографических или фазорегулирующих оптических элементов.

4. Инструмент по п. 2 или 3, в котором отдельные дифракционные картины, исходящие от по меньшей мере некоторых из одного или более отверстий и/или одного или более голографических или фазорегулирующих оптических элементов, перекрываются на детекторе.

5. Инструмент по любому из пп. 2-4, в котором одно или более отверстий и/или один или более голографических или фазорегулирующих оптических элементов проходят в двух размерностях, причем дифракционная картина, обнаруженная на детекторе, содержит двухмерную дифракционную картину.

6. Инструмент по п. 5, в котором одно или более отверстий и/или один или более голографических или фазорегулирующих оптических элементов являются круглыми, кольцевыми, овальными, спиральными или изогнутыми иным образом.

7. Инструмент по п. 5 или 6, в котором одно или более отверстий и/или один или более голографических или фазорегулирующих оптических элементов расположены так, чтобы образовывать радиально асимметричную схему расположения.

8. Инструмент по любому из предыдущих пунктов, в котором указанный один или более регулирующих элементов содержат один или более трехмерных регулирующих элементов.

9. Инструмент по любому из предыдущих пунктов, в котором указанный один или более регулирующих элементов содержат оптическую решетку.

10. Инструмент по любому из предыдущих пунктов, где указанным источником электромагнитного излучения является солнце.

11. Инструмент по любому из предыдущих пунктов, в котором схема обработки выполнена с возможностью определения положения космического аппарата в пространстве относительно указанного источника электромагнитного излучения на основе дифракционной картины, обнаруженной детектором, путем определения вектора направления к источнику электромагнитного излучения на основе дифракционной картины, обнаруженной детектором.

12. Инструмент по п. 11, в котором схема обработки выполнена с возможностью определения по меньшей мере одного значения параметра обнаруженной дифракционной картины и вычисления вектора направления к источнику электромагнитного излучения с использованием указанного по меньшей мере одного определенного значения параметра обнаруженной дифракционной картины.

13. Инструмент по п. 12, в котором по меньшей мере одно значение параметра обнаруженной дифракционной картины содержит по меньшей мере одно из:

положение или положения минимумов и/или максимумов в обнаруженной дифракционной картине,

расстояние между соседними минимумами и/или максимумами в обнаруженной дифракционной картине;

интенсивность или интенсивности минимумов и/или максимумов в обнаруженной дифракционной картине и

параметр или параметры, относящийся или относящиеся к профилю интенсивности вокруг различных минимумов и/или максимумов в обнаруженной дифракционной картине.

14. Способ определения положения космического аппарата в пространстве, включающий:

обнаружение дифракционной картины, созданной на детекторе электромагнитным излучением от источника электромагнитного излучения, взаимодействующего с одним или более регулирующими элементами; и

определение положения космического аппарата в пространстве относительно указанного источника электромагнитного излучения на основе дифракционной картины, обнаруженной детектором,

причем указанный один или более регулирующих элементов выполнены круглыми, кольцевыми, овальными, спиральными или изогнутыми иным образом.

15. Способ по п. 14, в котором указанный один или более регулирующих элементов содержат один или более экранов или масок и/или одно или более отверстий, причем электромагнитное излучение от источника электромагнитного излучения подвергается дифракции через указанное одно или более отверстий на детектор.

16. Способ по п. 14 или 15, в котором указанный один или более регулирующих элементов содержат один или более голографических или фазорегулирующих оптических элементов.

17. Способ по п. 15 или 16, в котором отдельные дифракционные картины, исходящие от по меньшей мере некоторых из одного или более отверстий и/или одного или более голографических или фазорегулирующих оптических элементов, перекрываются на детекторе.

18. Способ по любому из пп. 15-17, в котором одно или более отверстий и/или один или более голографических или фазорегулирующих оптических элементов проходят в двух размерностях, причем дифракционная картина, обнаруженная на детекторе, содержит двухмерную дифракционную картину.

19. Способ по п. 18, в котором одно или более отверстий и/или один или более голографических или фазорегулирующих оптических элементов расположены так, чтобы образовывать радиально асимметричную схему расположения.

20. Способ по любому из пп. 14-19, в котором указанный один или более регулирующих элементов содержат один или более трехмерных регулирующих элементов.

21. Способ по любому из пп. 14-20, в котором указанный один или более регулирующих элементов содержат оптическую решетку.

22. Способ по любому из пп. 14-21, где указанным источником электромагнитного излучения является солнце.

23. Способ по любому из пп. 14-22, в котором этап определения положения космического аппарата в пространстве относительно источника электромагнитного излучения на основе дифракционной картины, обнаруженной детектором, включает определение вектора направления к источнику электромагнитного излучения на основе дифракционной картины, обнаруженной детектором.

24. Способ по п. 23, который дополнительно включает определение по меньшей мере одного значения параметра обнаруженной дифракционной картины и вычисление вектора направления к источнику электромагнитного излучения с использованием указанного по меньшей мере одного определенного значения параметра обнаруженной дифракционной картины.

25. Способ по п. 24, в котором по меньшей мере одно значение параметра обнаруженной дифракционной картины содержит по меньшей мере одно из:

положение или положения минимумов и/или максимумов в обнаруженной дифракционной картине,

расстояние между соседними минимумами и/или максимумами в обнаруженной дифракционной картине;

интенсивность или интенсивности минимумов и/или максимумов в обнаруженной дифракционной картине и

параметр или параметры, относящийся или относящиеся к профилю интенсивности вокруг различных минимумов и/или максимумов в обнаруженной дифракционной картине.

26. Способ по любому из пп. 14-25, дополнительно включающий: обнаружение второй дифракционной картины, созданной на детекторе электромагнитным излучением от второго источника электромагнитного излучения, взаимодействующего с одним или более регулирующими элементами; и

определение положения космического аппарата в пространстве относительно указанного второго источника электромагнитного излучения на основе второй дифракционной картины, обнаруженной детектором.

27. Способ по п. 26, в котором:

электромагнитное излучение от первого источника электромагнитного излучения, которое создает первую дифракционную картину на детекторе, имеет первую длину волны; и

электромагнитное излучение от второго источника электромагнитного излучения, которое создает вторую дифракционную картину на детекторе, имеет вторую длину волны, причем вторая длина волны отличается от первой длины волны.