Система астроориентации и слежения

 

О Л И С А Н И Е (11) 4282ll

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистическии

Республик (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 15.11.71 (21) 1714079/18-10 с присоединением заявки № (32) Приоритет

Опубликовано 15.05.74. Бюллетень № 18

Дата опубликования описания 5.11.74 (51) М. Кл. G Olc 21/24

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытии (53) УДК 622.61.523..82 (088.8) (72) Авторы изобретения

P П. Николаев, Ю. Л. Стрелков, Э. П. Майоров, Л. 3. Дулькин и Б. Н. Мотенко (71) Заявитель (54) СИСТЕМА АСТРООРИЕНТАЦИИ И СЛЕЖЕНИЯ

Изобретение относится к оптико-электронным приборам астроориентации и наведения и может быть использовано для ориентации различных летательных аппаратов по небесным светилам и для наведения бортового астрофизического прибора на исследуемое небесное тело или участок неба.

Известные системы астроориентации и слежения за астрономическим спутником, содержащие несколько астровизиров, дающих направление на выбранные звезды, запоминающее устройство и вычислительное устройство, выдающее сигналы на органы управления положением телескопа, обладают большой инерционностью и низкой точностью.

Для повышения быстродействия ориентации и точности слежения в предлагаемой системе один из астровизиров выполнен двухкоординатным, а второй — однокоординатным, причем астровизиры кинематически связаны друг с другом так, что наружная ось двустепенного подвеса однокоординатного астровизира, параллельна оптической оси двухкоординатног астровизира, наружная ось подвеса которого, в свою очередь, соосна с внутренней осью поворота двустепенного телескопа астрофизического прибора.

На фиг. 1 изображена кинематическая схема описываемой системы, содержащей телескоп 1, двухкоординатный астровизир 2, однокоординатный астровизир 3, внешнюю полураму 4 подвески астровизиров, среднюю раму 5, внутреннюю раму 6. Система установлена на летательном аппарате 7 с органами управле5 ния 8 последним. Х,Y,Z, — система координат, связанная с осями подвески телескопа, а

X„Y„Z„ — инерциальная система координат.

На фиг. 2 показана структурная схема системы, где АВ1 — первый астровизир, двухко10 ординатный, визирующий опорную звезду Si по координатам Р и а, 9 — усилительные устройства, ИМ,, ИМо — исполнительные механизмы астровизира АВь

15 10 — запоминающее устройство, хранящее координаты искомой звезды и опорных звезд, 11 — счетно-решающее устройство, вычисляющее сигналы управления телескопом.

ИМ,, Ӣ— исполнительные механизмы

20 автовизира АВо.

ИМ... ИМ, — исполнительные механизмы телескопа, А — второй астровизир, однокоординат25 ный, следящий за звездой S> на координате у.

ДП вЂ” встроенные в исполнительные механизмы датчики поворотов вокруг соответствующих осей.

На борту летательного аппарата, предвари30 тельно соориентированного в нужном направ428211 ленни в трех плоскостях, находится телескоп

1, поворот которого осуществляется при помощи исполнительных механизмов ИМ, и ИМ...

На внутренней оси 2, телескопа 1 кинематически установлена подвеска двухкоординатного астровизира 2 и однокоординатного астровизира 3, состоящая из внешней полурамы 4 с приводом поворота ИМ вокруг оси Z„ средней рамы 5 с приводом поворота относительно оси Y и внутренней полурамы 6 с приводом ИМ, поворота ее вокруг оси, параллельной оптической оси астровизира 2. Астровизир 3, кроме того, имеет привод поворота

ИМ вокруг оси У для изменения относительного положения оптических осей обоих астровизиров.

На фиг. 3, а точками S S обозначены две опорных звезды и точкой S> — искомая;

Т. А. — первоначальное положение оптических осей летательного аппарата, телескопа и двух астровизиров; а,,р — углы поворота и слежения первого астровизира 2; cp — угол выставки второ о астровизира относительно первого; у — угол поворота рамки 5 вокруг направле,: ния на первую звезду.

1 На-;фиг. 3, б отрезки Х„, Y Z изображают

;проекции единичного вектора OS> на оси инерциальной системы координат Х„, Y„, Z„„, в свою очередь, Х„У„Z, — проекции того же вектора на оси системы координат Х„Y„Z, телескопа.

Согласно структурной схеме, показанной на фиг. 2, выходные сигналы двухкоординатного астровизира АВь пропорциональные угловым рассогласованиям звезды $< относительно его оптической оси, проходя через усилители, поступают на исполнительные механизмы ИМ, ИМ„обработки углов рассогласования.

Выходной сигнал астровизира АВ, проходя через усилитель также поступает на свой исполнительный механизм ИМ,, обрабатывающий угол Л рассогласования звезды S> относительно оптической оси астровизира АВ .

Далее сигналы sin P, cos P с датчика поворота

ДПя вокруг оси Е„сигналы sin а, cos а с датчика поворота ДП., сигналы sin у, cosy c датчика поворота ДП„ поступают на вход счетно-решающего устройства 11. На входы устройства 11 одновременно поступают из устройства 10 координаты Х„, YH, Z„„aaea Ii S>.

Выходные сигналы р, и а„проходя через усилители мощности, поступают на исполнительные механизмы ИМЯ,, ИМ., поворота телескопа для наведения на звезду $з. Смена координат объектов излучения на выходе запоминающего устройства происходит по командам программно-командного устройства 12. В устройстве 10 кроме координат искомого объекта также хранятся величины установок Ро, ао, (pp, уо астровизиров для различных пар опорных звезд.

Работает система следующим образом. На фиг. 3, а точкой А на небесной сфере обозначен след от оптической оси телескопа 1, совпадающей в начальный момент с одной из осей грубо стабилизированного в этом положении летательного аппарата. По команде программного устройства производится разво5 рот первого астровизира 2 по двум осям на заданные из запоминающего устройства углы ро и ао в район опорной звезды $ь Затем узкоканальным астровизиром 2 по программе производится сканирование области звезды S>

10 до ее захвата, после чего с датчиков поворота ДП и ДП. будут поступать текущие значения углов Р и а в режиме слежения. Астровизир АВ заранее выставляется под углом о относительно астровизира АВь После захвата

15 звезды S включается поиск звезды S поворотом второго астровизира относительно линии визирования OSi на угол с последующим захватом звезды $д. После перехода на слежение за звездой Sq в счетно-решающем уст20 ройстве производится обработка текущих углов n, P и у относительно телескопа и координат Х„, YÄÄ, Z„„èç запоминающего устройства с целью выработки сигналов р, и а, для совмещения оптической оси телескопа с на25 правлением на искомую звезду S>.

Перед выведением навигационных уравнений рассмотрим применяемые системы координат. На фиг. 3 изображены выбранные системы координат, при этом приняты следую30 щие допущения.

Все звезды бесконечно удалены от Земли и расположены на небесной сфере.

Земля и движущийся в ее районе летательный аппарат находятся в центре небесной

35 сферы.

Оптические оси телескопа, астровизиров

АВ и АВ, нулевые точки систем координат совмещены в центре небесной сферы.

40 Направление на искомой невидимый объект задается единичным вектором OS>, имеющим три проекции по осям инерциальной системы координат Х„, У„, Z„„.

Одна из плоскостей инерциональной систе45 мы координат Х„ОЛ„обязательно проходит через пару опорных звезд и центр неоесной сферы так, чтобы ось Х„проходила через заранее определенную первую опорную звезду $<

50 Построение осей координат на борту происходит так.

Первоначально все оптические оси астровизиров и телескопа параллельны между собой и совмещены с одной из осей летательного аппарата, соориентированного грубо в направлении искомой звезды S . В этом состоянии мы имеем систему координат Х„У„Л„связанную с осями телескопа. Поиск и захват звезды $ производится поворотом карданно60 го подвеса на углы р и а. После захвата звезды St имеем вторую систему координат Х„, У,, Z„, при этом считаем, что ось Хд(Х„) (оптическая ось астровизира АВ ) проходит через звезду $< с точностью слежения.

65 Захват звезды $ обеспечивает построение

428211 (т

i. = агс з1п (= — arc sin (A sin r + (Z„cos y + Y„sjn y) сов т1

1 а !

X „co sjar»+ (У вЂ” Z, sjar>) — (Z «s;+ и sj ) sj"" 1 " т

-- arcsin = arctg т Х сов cos, — (Г cosy — уи sjn ) sjп т — (Уи «sg+Уи sjn>) sjn T«s"ò

Предмет изобретения осей У„(ось рамки 5) и Л„(показание датчика поворота ДП» ).

Нетрудно проследить вывод навигационных уравнений:

,= (Х,У,,Z 8,,) .,=-f(A„, Уи Z@s,.> j) Система астроориентации и слежения бортовым астрофизическим прибором за небесными объектами, содержащая астроблок с двумя следящими астровизирами, один из которых — двухкоординатный, установленный на двухстепенных подвесах, двухстепенный телескоп астрофизического прибора, вычислительное и запоминающее устройства, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения получаемых путем приведения проекций

Y„, У„и вектора направления звезды S> из системы координат Х„, У„, Z в Х„У„Z„rtyтем последовательных поворотов на углы у, 5 аир быстродействия ориентации и точности слежения, второй из упомянутых астровизиров выполнен однокоординатным и кинематически связан с первым, двухкоординатным, так что наружная ось его подвеса параллельна оптической оси двухкоординатного астровизира, наружная ось подвеса которого, в свою очередь, соосна с внутренней осью поворота двухстепенного телескопа астрофизического прибора.