EA026970B1 - Method of improving accuracy of determining celestial orientation and prolonged maintenance of high accuracy of determining orientation and apparatus therefor - Google Patents
Method of improving accuracy of determining celestial orientation and prolonged maintenance of high accuracy of determining orientation and apparatus therefor Download PDFInfo
- Publication number
- EA026970B1 EA026970B1 EA201401149A EA201401149A EA026970B1 EA 026970 B1 EA026970 B1 EA 026970B1 EA 201401149 A EA201401149 A EA 201401149A EA 201401149 A EA201401149 A EA 201401149A EA 026970 B1 EA026970 B1 EA 026970B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- pixels
- stars
- matrix radiation
- radiation detector
- shutter
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
- G01C21/24—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for cosmonautical navigation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
- B64G1/24—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
- B64G1/36—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control using sensors, e.g. sun-sensors, horizon sensors
- B64G1/361—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control using sensors, e.g. sun-sensors, horizon sensors using star sensors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Astronomy & Astrophysics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Navigation (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
Description
(57) Изобретение относится к космической навигации и может быть использовано для оперативного точного определения ориентации космического аппарата относительно инерциальной системы координат. Способ повышения точности определения ориентации по звездам заключается в проецировании изображения звезд через оптическую систему на матричный приемник излучения, занимающий область 2><2 пикселя, и определении положения взвешенного центра изображения звезд с учетом индивидуальных характеристик пикселей в области, занятой изображением, при помощи вычислительного устройства, включающего объем постоянной памяти, содержащей бортовой каталог навигационных звезд, а также дополнительный объем постоянной памяти для хранения индивидуальных характеристик пикселей матричного приемника излучения. Данные о характеристиках индивидуальных пикселей матричного приемника излучения время от времени обновляют с помощью самого датчика путем проведения калибровки, при которой свет от оптической системы перекрывается светонепроницаемым затвором при помощи устройства управления затвором, а также в условиях, при которых матричный приемник излучения однородно освещается калибровочным осветителем. Причем полученные характеристики индивидуальных пикселей запоминаются в дополнительном объеме постоянной памяти. Светонепроницаемый затвор, установленный между оптической системой и матричным приемником излучения, состоит из качалки в виде экранирующего апертуру лепестка с заделанными в качалку по меньшей мере одним магнитом и по меньшей мере одного исполнительного соленоида. Изобретение позволяет повысить точность определения ориентации и поддерживать эту точность в течение длительного времени в процессе функционирования датчика.(57) The invention relates to space navigation and can be used for prompt accurate determination of the orientation of the spacecraft relative to the inertial coordinate system. A way to increase the accuracy of determining the orientation by stars is to project the image of stars through an optical system onto a matrix radiation detector occupying a region of 2> <2 pixels and determine the position of the weighted center of the image of stars taking into account individual characteristics of pixels in the region occupied by the image using a computing device , including the amount of permanent memory containing the on-board catalog of navigation stars, as well as an additional amount of permanent memory for individual storage x characteristics of the pixels of the matrix radiation receiver. The data on the characteristics of the individual pixels of the matrix radiation detector are updated from time to time using the sensor itself by performing a calibration in which the light from the optical system is blocked by an opaque shutter using a shutter control device, as well as under conditions in which the matrix radiation detector is uniformly illuminated by a calibration illuminator. Moreover, the obtained characteristics of individual pixels are stored in an additional amount of read-only memory. The light-tight shutter installed between the optical system and the radiation matrix detector consists of a rocker in the form of an aperture-shielding lobe with at least one magnet embedded in the rocker and at least one actuating solenoid. The invention improves the accuracy of determining the orientation and maintain this accuracy for a long time in the process of functioning of the sensor.
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к космической навигации и может быть использовано для оперативного точного определения ориентации космического аппарата относительно инерциальной системы координат.The invention relates to space navigation and can be used for operational accurate determination of the orientation of the spacecraft relative to the inertial coordinate system.
Уровень техникиState of the art
В астрономии отработаны и используются способы обработки научных астрономических изображений, полученных с использованием матричных приемников излучения [1] (см. Но\\е11 δ.Β. НаибЬоок оГ ССИ а81гоиоту/2-пб еОСатЬпбде оЬкегушд ЬаибЬоокк Гог текеатсй аДгопотсп,. Уо1. 5 СатЬпбдс. ИК: СатЬпбдс ийуегкйу Рге88, 20 06 ΙδΒΝ 0521852153). В этих способах учитывается попиксельная неоднородность темновых (тепловых) токов и попиксельная неоднородность чувствительности матричного приемника излучения.In astronomy, methods for processing scientific astronomical images obtained using matrix radiation detectors have been worked out and are used [1] (see But \\ e11 δ.Β. Naibook oG SSI a81goiot / 2-pb eOSatbpbde okegushd Laibookk Gog teektsy Arpotsp. Satbpds. IR: Satbbds iyuegyu Rg88, 20 06 ΙδΒΝ 0521852153). These methods take into account the pixel-by-pixel inhomogeneity of the dark (thermal) currents and the pixel-by-pixel inhomogeneity of the sensitivity of the radiation matrix detector.
В астрометрии (раздел астрономии, занимающийся определением координат астрономических источников на небесной сфере) отработаны способы определения координат точечных источников излучения (звезд), полученных на матричных приемниках излучения, с погрешностью много меньше размера пикселя матричного приемника излучения [2] (см. Моие! Ο.Ό. 1п1гобисйоп 1о ССИ а51готе1гу//ЛЗР СоиГегепсе Зепе^ V. 23, Р. 221-233, 1992), [3] (Ковалевский Жан. Современная астрометрия: пер. с англ.// Фрязино: т. 2, 2004 - 478 с).In astrometry (the section of astronomy that deals with determining the coordinates of astronomical sources in the celestial sphere), methods have been worked out for determining the coordinates of point radiation sources (stars) obtained from matrix radiation detectors with an error much smaller than the pixel size of a matrix radiation detector [2] (see My! Ο .Ό. 1p1gobisyop 1o SSI a51gote1gu // LZR SoiGepese Zepe ^ V. 23, P. 221-233, 1992), [3] (Kovalevsky Jean. Modern astrometry: transl. From English. - 478 s).
Необходимые параметры матричного приемника излучения определяются путем проведения его лабораторного исследования или путем получения специальных изображений (кадров) перед началом выполнения научных наблюдений, причем коррекция изображения не требуется, т.к. с погрешностью, порядка пикселя или несколько меньше, положение звезды определяется и по не скорректированному изображению участка неба.The necessary parameters of the matrix radiation detector are determined by conducting its laboratory research or by obtaining special images (frames) before starting scientific observations, and image correction is not required, because with an error of the order of a pixel or slightly less, the position of the star is also determined by the uncorrected image of the sky.
Применение высокоточного способа определения положений изображений ([1]-[3]) на нескорректированном изображении приведет к появлению существенных систематических ошибок в этих положениях (т.е. смещению измеренного изображения звезды от истинного). В конечном счете, эти ошибки снижают точность определения ориентации.The use of a high-precision method for determining the positions of images ([1] - [3]) on an unadjusted image will lead to the appearance of significant systematic errors in these positions (i.e., the shift of the measured image of the star from the true one). Ultimately, these errors reduce the accuracy of determining the orientation.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ измерения угловых координат звезд [4] (см. патент КН 2408849, МПК С01С 21/24, опубл. 10.01.2011), включающий проецирование на матричный фотоприемник через объектив изображения участка звездного неба, измерение линейных координат центров изображений звезд на площадке фотоприемника, проецирование на матричный фотоприемник калибрационных отметок, формируемых коллиматором канала геометрического эталона и жестко связанных с базовой приборной системой координат, измерение линейных координат центров изображений калибрационных отметок на поверхности фотоприемника и пересчет линейных координат центров изображений звезд в угловые координаты. Способ реализован устройством измерения угловых координат, содержащем бленду, объектив, матричный фотоприемник и вычислительный блок.The closest analogue of the claimed invention is a method of measuring the angular coordinates of stars [4] (see patent KN 2408849, IPC С01С 21/24, published January 10, 2011), which includes projecting onto a matrix photodetector through an image lens a portion of the starry sky, measuring the linear coordinates of the centers images of stars on the site of the photodetector, projection of calibration marks formed by the collimator of the channel of the geometric standard and rigidly connected to the base instrument coordinate system onto the matrix photodetector, measurement of linear coordinates the center of the image of the calibration marks on the surface of the photodetector and the recalculation of the linear coordinates of the centers of the images of stars in angular coordinates. The method is implemented by a device for measuring angular coordinates, comprising a lens hood, a lens, an array photodetector, and a computing unit.
Недостатком перечисленных приборов является низкая точность определения ориентации, вызываемая, в первую очередь, неоднородностью характеристик пикселей матричного приемника излучения, а также субпиксельными размерами изображений звезд, причем коррекция изображения и высокоточное определение центров изображений звезд здесь не применяются.The disadvantage of these devices is the low accuracy of determining the orientation, caused primarily by the heterogeneity of the characteristics of the pixels of the matrix radiation detector, as well as by the subpixel sizes of the images of stars, moreover, image correction and high-precision determination of the centers of image of stars are not used here.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Задачей, решаемой заявленным изобретением, является повышение точности определение параметров ориентации звездными датчиками ориентации и поддержания повышенной точности при уменьшении параметров оптической системы и матричного приемника излучения звездного датчика.The problem solved by the claimed invention is to increase the accuracy of determining the orientation parameters by stellar orientation sensors and maintaining improved accuracy while reducing the parameters of the optical system and the matrix radiation detector of the star sensor.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении точности определения ориентации и поддержания этой точности в течении длительного времени в процессе функционирования датчика.The technical result of the invention is to increase the accuracy of determining the orientation and maintaining this accuracy for a long time in the process of functioning of the sensor.
Указанный технический результат достигается за счет построения на фокальной плоскости изображений звезд, занимающих несколько пикселей матричного приемника изображения. Такие изображения могут быть получены за счет конструкции оптической системы (объектива) датчика или за счет расфокусирования изображений звезд. Для поддержания точности в процессе функционирования датчика проводятся летные калибровки. Способ повышения точности определения ориентации по звездам, заключается в определении координат центров изображений группы звезд на фокальной плоскости, сопоставлении этих звезд с навигационными звездами из бортового каталога и вычислении параметров ориентации приборной системы координат датчика относительно инерциальной системы координат на основе небесных координат звезд из каталога и координат изображений на фокальной плоскости для изображений звезд, отождествленных со звездами в каталоге, при этом на матричном приемнике излучения, расположенном в фокальной плоскости оптической системы датчика, создаются изображения звезд, занимающие область не менее 2x2 пикселей, и определении положения взвешенного центра изображения звезды с учетом индивидуальных характеристик пикселей в области матричного приемника излучения занятой изображением, которые определяют предварительно и сохраняют в дополнительном объеме постоянной памяти датчика звездной ориентации.The specified technical result is achieved by constructing on the focal plane images of stars occupying several pixels of the matrix image receiver. Such images can be obtained due to the design of the optical system (lens) of the sensor or by defocusing the images of stars. To maintain accuracy during the operation of the sensor, flight calibrations are performed. A way to improve the accuracy of determining the orientation by stars is to determine the coordinates of the centers of images of a group of stars on the focal plane, compare these stars with navigation stars from the on-board catalog and calculate the orientation parameters of the instrument coordinate system of the sensor relative to the inertial coordinate system based on the celestial coordinates of the stars from the catalog and coordinates images on the focal plane for images of stars identified with stars in the catalog, while on the matrix receiver images located in the focal plane of the optical system of the sensor, images of stars are created, occupying an area of at least 2x2 pixels, and determining the position of the weighted center of the image of the star, taking into account the individual characteristics of the pixels in the region of the matrix receiver of radiation occupied by the image, which are pre-determined and stored in an additional volume constant star sensor orientation.
При этом способ длительного поддержания повышенной точности определения ориентации поMoreover, the method of long-term maintenance of increased accuracy of determining the orientation by
- 1 026970 звездам в эксплуатационном полете, заключается в регулярном определении индивидуальных характеристик пикселей матричного приемника излучения и сохранении их в дополнительном объеме постоянной памяти датчика звездной ориентации, при этом данные о характеристиках индивидуальных пикселей матричного приемника излучения, время от времени обновляют с помощью самого датчика путем проведения измерений в режимах, при которых свет от оптической системы перекрывают светонепроницаемым затвором при помощи устройства управления затвором, а также в условиях при которых матричный приемник излучения однородно освещается калибровочным осветителем (источником света), при этом полученные характеристики индивидуальных пикселей матричного приемника излучения запоминаются в дополнительном объеме постоянной памяти датчика. Индивидуальные характеристики пикселей представляют собой чувствительность, темновой ток в пикселях, коэффициент усиления, шум считывания и др.- 1,026,970 stars in the operational flight, consists in regularly determining the individual characteristics of the pixels of the matrix radiation receiver and storing them in an additional amount of permanent memory of the stellar orientation sensor, while the data on the characteristics of the individual pixels of the matrix radiation receiver are updated from time to time using the sensor itself taking measurements in modes in which the light from the optical system is blocked by an opaque shutter using a shutter control device m, as well as under conditions in which the matrix radiation detector is uniformly illuminated by a calibration illuminator (light source), while the obtained characteristics of the individual pixels of the radiation matrix detector are stored in an additional volume of the sensor’s permanent memory. The individual characteristics of the pixels are sensitivity, dark current in pixels, gain, read noise, etc.
Предлагаемое устройство определения ориентации по звездам, реализующее вышеприведенные способы, содержит оптическую систему, матричный приемник излучения и блок управления, при этом блок управления снабжен вычислительным устройством (микропроцессором), объем постоянной памяти, содержащей бортовой каталог навигационных звезд, а также дополнительный объем постоянной памяти для хранения индивидуальных характеристик пикселей матричного приемника излучения; устройства управления светонепроницаемым затвором и калибровочным осветителем. Положения изображений звезд на матричном приемнике излучения определены как взвешенные центры изображений звезд с учетом индивидуальных характеристик пикселей матричного приемника излучения, которые хранятся в дополнительном объеме постоянной памяти блока управления устройства, при этом между оптической системой и матричным приемником излучения установлен светонепроницаемый затвор для проведения калибровок в режимах, при которых свет от объектива перекрыт светонепроницаемым затвором при помощи устройства управления затвором, перед матричным приемником излучения установлен калибровочный осветитель для проведения измерений в режимах освещения матричного приемника излучения калибровочным осветителем.The proposed device for determining the orientation by stars, which implements the above methods, contains an optical system, a matrix radiation receiver and a control unit, while the control unit is equipped with a computing device (microprocessor), the amount of read-only memory containing the on-board catalog of navigation stars, as well as an additional amount of read-only memory for storing individual characteristics of the pixels of the matrix radiation receiver; control devices for an opaque shutter and a calibration illuminator. The positions of the images of stars on the matrix radiation detector are defined as the weighted centers of the images of stars taking into account the individual characteristics of the pixels of the matrix radiation detector, which are stored in an additional amount of permanent memory of the device control unit, and an opaque shutter is installed between the optical system and the radiation matrix receiver for calibrations in the modes in which the light from the lens is blocked by an opaque shutter using a shutter control device, p Ed matrix radiation receiver installed calibration illuminator for illumination of a measurement modes matrix radiation receiver gauge illuminator.
С целью проведения калибровки используется затвор, состоящий из качалки, установленной на оси, в виде экранирующего апертуру лепестка с заделанным в качалку, по меньшей мере, одним постоянным магнитом и, по меньшей мере, одного исполнительного соленоида, взаимодействующего с, по меньшей мере, одним постоянным магнитом качалки таким образом, чтобы при подаче напряжения на соленоид его полярность была противоположна полярности постоянного магнита, магнит отталкивался от соленоида и затвор перекрывал апертуру, а при не запитанном соленоиде магнит притягивался к сердечнику соленоида и затвор все время оставался в открытом положении.For the purpose of calibration, a shutter is used, consisting of a rocker mounted on the axis, in the form of an aperture-shielding lobe with at least one permanent magnet embedded in the rocker and at least one actuating solenoid interacting with at least one a permanent rocking magnet so that when the voltage is applied to the solenoid, its polarity is opposite to the polarity of the permanent magnet, the magnet is repelled from the solenoid and the shutter overlaps the aperture, and when the solenoid is not energized magnet is attracted to the solenoid valve core and all remained in the open position.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Фиг. 1 - схема датчика звездной ориентации.FIG. 1 is a diagram of a stellar orientation sensor.
Фиг. 2 - изображение темнового тока в пикселях в КМОП-матрице.FIG. 2 - image of the dark current in pixels in the CMOS matrix.
Фиг. 3 - вид затвора со стороны оптической системы.FIG. 3 is a shutter view from the side of the optical system.
Фиг. 4 - вид затвора со стороны матричного приемника излучения.FIG. 4 is a view of the shutter from the side of the matrix radiation receiver.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Позиции указанные на чертежах:Items shown in the drawings:
- излучение от звезд (свет от звезд);- radiation from stars (light from stars);
- оптическая система (объектив);- optical system (lens);
- матричный приемник излучения;- matrix radiation receiver;
- вычислительное устройство (микропроцессор);- computing device (microprocessor);
- объем постоянной памяти, содержащей бортовой каталог навигационных звезд;- the amount of permanent memory containing the on-board catalog of navigation stars;
- дополнительный объем постоянной памяти, содержащей характеристики индивидуальных пикселей матричного приемника излучения;- an additional amount of permanent memory containing the characteristics of the individual pixels of the matrix radiation receiver;
- светонепроницаемый затвор (шторка);- lightproof shutter (curtain);
- устройство управления светонепроницаемым затвором;- control device opaque shutter;
- встроенный калибровочный осветитель (источник света);- built-in calibration illuminator (light source);
- соленоид;- solenoid;
- пиксель на матричном приемнике излучения;- pixel on a matrix radiation receiver;
- качалка;- rocking chair;
- магнит.- a magnet.
В данном изобретении применяется методика коррекции изображений, полученных на матричном приемнике излучения при проецировании изображения звезд через оптическую систему. Для этого размер изображения точечного источника излучения (звезды) на матричном приемнике излучения должен превышать размер пикселя (11). Оптимальной является ситуация, когда значимый сигнал от точечного источника содержится в нескольких пикселях фрагмента матричного приемника размером 2x2 или 3x3 пикселей. Положения взвешенного центра изображения звезд определяют с учетом индивидуальных характеристик пикселей в области матричного приемника излучения занятой изображением, которые определяют предварительно и сохраняют в дополнительном объеме постоянной памяти датчика звездной ориентации.In this invention, a technique is used for correcting images obtained on a matrix radiation detector when projecting an image of stars through an optical system. For this, the image size of a point radiation source (star) on the radiation matrix detector should exceed the pixel size (11). The optimal situation is when a significant signal from a point source is contained in several pixels of a fragment of a matrix receiver with a size of 2x2 or 3x3 pixels. The positions of the weighted center of the image of the stars are determined taking into account the individual characteristics of the pixels in the region of the matrix radiation detector of the occupied image, which are previously determined and stored in an additional permanent memory of the stellar orientation sensor.
При настройке звездного датчика ориентации на земле и использовании его в космосе за счет воз- 2 026970 действия потока высокоэнергичных заряженных частиц (ионизирующего излучения) в матричном приемнике излучения (3) меняются индивидуальные характеристики пикселей (11), т.е. происходит раскалибровка датчика, что приводит к снижению точности показаний. Темновой ток возрастает примерно в 100 раз за 1/2 года нахождения датчика в радиационном поясе. При этом карта темновых токов полностью меняется под воздействием радиации. Чувствительность пикселей также изменяется, но более слабо. В длительном полете для сохранения точности определения ориентации необходимо периодически обновлять карту параметров пикселей матричного приемника излучения (3).When tuning a stellar orientation sensor on the earth and using it in space due to the action of a stream of high-energy charged particles (ionizing radiation) in the matrix radiation detector (3), individual pixel characteristics (11) change, i.e. the sensor is calibrated, which reduces the accuracy of the readings. The dark current increases approximately 100 times in 1/2 year of the sensor being in the radiation belt. In this case, the map of dark currents completely changes under the influence of radiation. The sensitivity of the pixels also changes, but more weakly. In a long flight, in order to maintain the accuracy of determining the orientation, it is necessary to periodically update the map of the parameters of the pixels of the matrix radiation detector (3).
Данный недостаток устранен в заявленном изобретении за счет проведения калибровки датчика в полете, причем полученные в результате калибровки новые характеристики пикселей матричного приемника излучения (3) сохраняются в дополнительном объеме памяти (6).This disadvantage is eliminated in the claimed invention due to the calibration of the sensor in flight, and the new pixel characteristics of the matrix radiation receiver (3) obtained as a result of the calibration are stored in an additional memory (6).
Общий рост темнового тока и связанных с ним шумов может быть уменьшен путем охлаждения матричного приемника излучения, т.к. темновые токи уменьшаются примерно в 2 раза при снижении температуры на 5°С [5] (ССЭ47-20 Васк 111иш1па1ей Ηί§1ι РегТогшаисе ΑΙΜΟ Васк ШшшпаЮА ССЭ 8еи8ог, е2у 1ес11по1още5 1ис., Α1Α-100041 Ι88. 6, 2006). Охлаждение матричного приемника излучения может осуществляться, например, с помощью термоэлектрического холодильника (элемента Пельтье), установленного снизу на матричном приемнике.The total increase in the dark current and related noise can be reduced by cooling the matrix radiation detector, since dark currents decrease by about 2 times with a decrease in temperature by 5 ° C [5] (SSE47-20 Vask 111sh1pa1ey Ηί§1ι RegTogshaise ΑΙΜΟ Vask ShshshpaUA SSE 8ey8og, e2u 1ess11pooshche5 1is., Α1Α-100041 Ι88. 6, 2006). The matrix radiation receiver can be cooled, for example, using a thermoelectric refrigerator (Peltier element) mounted on the matrix receiver from below.
При проведении калибровки в полете используется светонепроницаемый затвор (7), который перекрывает поток излучения (1) от объектива (оптической системы) (2), падающий на матричный приемник излучения (3), на время проведения калибровочных измерений.During flight calibration, a light-tight shutter (7) is used, which blocks the radiation flux (1) from the lens (optical system) (2), incident on the radiation matrix detector (3), for the duration of the calibration measurements.
Проведение калибровок при открытом объективе невозможно из-за влияния излучения от звезд чуть слабее порога наблюдения. Поэтому для калибровки в звездном датчике предусмотрен светонепроницаемый затвор (7).Performing calibrations with the lens open is impossible due to the influence of radiation from stars slightly weaker than the observation threshold. Therefore, a light-tight shutter (7) is provided in the star sensor for calibration.
Для измерения коэффициентов чувствительности пикселей матричный приемник излучения (3) освещается однородным потоком излучения от внутреннего калибровочного источника света (калибровочного осветителя) (9). Для получения однородного потока излучения может использоваться его рассеяние на внутренней поверхности закрытого затвора.To measure the sensitivity coefficients of pixels, the matrix radiation detector (3) is illuminated by a uniform radiation flux from an internal calibration light source (calibration illuminator) (9). To obtain a uniform radiation flux, its scattering on the inner surface of the closed gate can be used.
Для калибровки использован затвор, состоящий из качалки (12) на оси в виде экранирующего апертуру лепестка с заделанным в качалку по меньшей мере одним постоянным магнитом (13) и по меньшей мере одного исполнительного соленоида (10), взаимодействующих с постоянным магнитом качалки таким образом, чтобы при подаче напряжения на соленоид его полярность была противоположна полярности постоянного магнита, магнит отталкивался от соленоида и затвор перекрывал апертуру, а при не запитанном соленоиде магнит притягивался к сердечнику соленоида и затвор все время оставался нормально открытым.For calibration, a shutter was used, consisting of a rocker (12) on the axis in the form of an aperture-shielding lobe with at least one permanent magnet (13) embedded in the rocker and at least one actuating solenoid (10) interacting with the permanent magnet of the rocker in this way so that when the voltage is applied to the solenoid, its polarity is opposite to the polarity of the permanent magnet, the magnet repels from the solenoid and the shutter overlaps the aperture, and when the solenoid is not energized, the magnet is attracted to the core of the solenoid and then the thief remained normally open all the time.
Важным дополнительным требованием к затвору является возврат его в открытое положение при сбоях в функционировании датчика (например, при выключении питания). Датчик с открытым, но не работающим затвором будет продолжать функционировать, хотя через некоторое время его точность снизится из-за невозможности проведения летных калибровок. При закрытом затворе датчик функционировать не может.An important additional requirement for the shutter is to return it to the open position if the sensor malfunctions (for example, when the power is turned off). The sensor with an open but not working shutter will continue to function, although after a while its accuracy will decrease due to the inability to conduct flight calibrations. With the shutter closed, the sensor cannot function.
В современных звездных датчиках описанные способы коррекции изображения и высокоточного определения центров изображений звезд не применяются.In modern stellar sensors, the described methods for image correction and high-precision determination of the centers of image of stars are not applied.
В блок электроники датчика включаются дополнительные объемы памяти (6) для хранения попиксельных характеристик конкретного экземпляра матричного приемника излучения звездного датчика. К этим характеристикам относятся темновые (тепловые) токи пикселей и отношение светочувствительности пикселя к среднему (номинальному) значению.An additional memory unit (6) is included in the sensor electronics unit for storing the pixel-by-pixel characteristics of a particular instance of a stellar sensor radiation detector array. These characteristics include dark (thermal) pixel currents and the ratio of the photosensitivity of the pixel to the average (nominal) value.
Эти данные используются для коррекции изображения, полученного в матричном приемнике излучения звездного датчика, за счет вычитания из сырого изображения среднего уровня темновых сигналов для каждого пикселя, приведенных к текущей температуре матричного приемника излучения. После этого производится учет индивидуальной чувствительности пикселей путем умножения на коэффициенты из карты, содержащей неоднородности чувствительности. Данные о темновых токах и световой чувствительности индивидуальных пикселей (карты темнового тока и коэффициентов неоднородности чувствительности) хранятся в дополнительной памяти звездного датчика.These data are used to correct the image obtained in the matrix radiation detector of the star sensor by subtracting from the raw image the average level of dark signals for each pixel reduced to the current temperature of the matrix radiation detector. After that, the individual pixel sensitivity is taken into account by multiplying by the coefficients from a map containing sensitivity inhomogeneities. Data on dark currents and light sensitivity of individual pixels (dark current map and sensitivity inhomogeneity coefficients) are stored in additional memory of the star sensor.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Звездный датчик ориентации функционирует следующим образом.The stellar orientation sensor operates as follows.
На площадку матричного приемника излучения (3) проецируются изображения звезд через оптическую систему (2). По полученным изображениям блок управления вычисляет параметры ориентации космического аппарата. Блок управления состоит из вычислительного устройства (микропроцессора) (4); объема постоянной памяти (5), содержащей бортовой каталог навигационных звезд и дополнительного объема постоянной памяти (6) для хранения индивидуальных характеристик пикселей матричного приемника излучения. Для определения параметров ориентации космического аппарата микропроцессор определяет координаты центров изображений группы звезд на фокальной плоскости, сопоставляет эти звезды с навигационными звездами из бортового каталога и вычисляет параметры ориентации приборной системы координат датчика относительно инерциальной системы координат на основе небесныхThe images of stars are projected onto the site of the matrix radiation detector (3) through the optical system (2). Based on the images obtained, the control unit calculates the orientation parameters of the spacecraft. The control unit consists of a computing device (microprocessor) (4); the amount of permanent memory (5) containing the on-board catalog of navigation stars and an additional volume of permanent memory (6) for storing individual characteristics of the pixels of the matrix radiation receiver. To determine the orientation parameters of the spacecraft, the microprocessor determines the coordinates of the centers of the images of a group of stars on the focal plane, compares these stars with the navigation stars from the on-board catalog and calculates the orientation parameters of the instrument coordinate system of the sensor relative to the inertial coordinate system based on celestial
- 3 026970 координат из каталога и координат изображений на фокальной плоскости для изображений звезд, отождествленных со звездами в каталоге. При проецировании изображения звезд на матричный приемник излучения создают изображения звезд, занимающие область не менее 2x2 пикселей (т.е. создают расфокусированное изображение).- 3,026,970 coordinates from the catalog and coordinates of images on the focal plane for images of stars identified with stars in the catalog. When projecting images of stars on a radiation matrix detector, images of stars are created that occupy an area of at least 2x2 pixels (i.e., they create a defocused image).
Положение центров изображения звезд определяют с учетом индивидуальных характеристик пикселей (чувствительность, темновой ток в пикселях, коэффициент усиления, шум считывания), которые время от времени обновляют с помощью самого датчика, причем полученные данные сохраняют в дополнительном объеме постоянной памяти при проведении калибровки.The position of the centers of the image of stars is determined taking into account the individual characteristics of the pixels (sensitivity, dark current in pixels, gain, read noise), which are updated from time to time using the sensor itself, and the data obtained is stored in an additional amount of read-only memory during calibration.
Калибровка включает проведение измерений в режимах, при которых свет от оптической системы (2) перекрыт светонепроницаемым затвором (7) при помощи устройства управления затвором (8). При этом матричный приемник излучения однородно освещается калибровочным осветителем (9).Calibration includes taking measurements in modes in which the light from the optical system (2) is blocked by an opaque shutter (7) using a shutter control device (8). In this case, the matrix radiation detector is uniformly illuminated by a calibration illuminator (9).
Калибровочный осветитель состоит из качалки (12) в виде экранирующего апертуру лепестка с заделанным в качалку по меньшей мере одним постоянным магнитом (13) и по меньшей мере одного исполнительного соленоида (10). При подаче напряжения на соленоид его полярность противоположна полярности постоянного магнита, магнит отталкивается от соленоида и затвор перекрывает апертуру, а при не запитанном соленоиде магнит притягивается к сердечнику соленоида и затвор все время остается открытым, за счет чего датчик остается в рабочем состоянии даже с неработающим соленоидом, но без возможности калибровки.The calibration illuminator consists of a rocker (12) in the form of an aperture-shielding lobe with at least one permanent magnet (13) embedded in the rocker and at least one actuating solenoid (10). When voltage is applied to the solenoid, its polarity is opposite to the polarity of the permanent magnet, the magnet repels from the solenoid and the shutter closes the aperture, and when the solenoid is not energized, the magnet is attracted to the core of the solenoid and the shutter remains open all the time, due to which the sensor remains in working condition even with the idle solenoid but without calibration.
Claims (10)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014145773/28A RU2585179C1 (en) | 2014-11-14 | 2014-11-14 | Method of improving accuracy of determining celestial orientation and prolonged maintenance of high accuracy of determining orientation and apparatus therefor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA201401149A1 EA201401149A1 (en) | 2016-05-31 |
EA026970B1 true EA026970B1 (en) | 2017-06-30 |
Family
ID=55954706
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EA201401149A EA026970B1 (en) | 2014-11-14 | 2014-11-18 | Method of improving accuracy of determining celestial orientation and prolonged maintenance of high accuracy of determining orientation and apparatus therefor |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE112014007166T5 (en) |
EA (1) | EA026970B1 (en) |
RU (1) | RU2585179C1 (en) |
WO (1) | WO2016076748A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2767449C1 (en) * | 2021-01-12 | 2022-03-17 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ | Method for astronomical correction of aircraft navigation parameters |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU180698U1 (en) * | 2018-01-22 | 2018-06-21 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") | A device for recording electromagnetic radiation from astronomical objects |
RU2690055C1 (en) * | 2018-05-17 | 2019-05-30 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МО РФ | Device orientation of the spacecraft by stars |
CN110531318B (en) * | 2019-09-03 | 2021-04-30 | 北京理工大学 | Method for indoor positioning extension of light-emitting unit ID (identity) in visible light imaging |
CN110702097B (en) * | 2019-10-14 | 2023-01-03 | 中国科学院新疆理化技术研究所 | Star sensor radiation damage assessment method based on extreme detection star isosensitivity |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2033949C1 (en) * | 1993-02-09 | 1995-04-30 | Севастиян Дмитриевич Гнатюк | Self-contained on-board control system for space vehicle |
EP1111402A1 (en) * | 1999-12-20 | 2001-06-27 | TRW Inc. | Star tracker with CCDs for high radiation environments |
CN101676687A (en) * | 2008-09-17 | 2010-03-24 | 北京航空航天大学 | Ultra-high accuracy star sensor |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2408849C1 (en) * | 2009-05-20 | 2011-01-10 | Оао "Нпп "Геофизика-Космос" | Method and device for measuring angular coordinates of stars |
-
2014
- 2014-11-14 RU RU2014145773/28A patent/RU2585179C1/en active
- 2014-11-18 EA EA201401149A patent/EA026970B1/en not_active IP Right Cessation
- 2014-11-18 WO PCT/RU2014/000877 patent/WO2016076748A1/en active Application Filing
- 2014-11-18 DE DE112014007166.8T patent/DE112014007166T5/en not_active Withdrawn
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2033949C1 (en) * | 1993-02-09 | 1995-04-30 | Севастиян Дмитриевич Гнатюк | Self-contained on-board control system for space vehicle |
EP1111402A1 (en) * | 1999-12-20 | 2001-06-27 | TRW Inc. | Star tracker with CCDs for high radiation environments |
CN101676687A (en) * | 2008-09-17 | 2010-03-24 | 北京航空航天大学 | Ultra-high accuracy star sensor |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
ЛИПАТОВ А.Н. и др. Звездный датчик для наноспутника. Вестник СибГАУ, №3(49), 2013 * |
ПРОХОРОВ М.Е. и др. Современные датчики звездной ориентации. Физика космоса: труды 38-й международной студенческой научной конференции, 2-6 февраля 2009 г., с. 170-186 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2767449C1 (en) * | 2021-01-12 | 2022-03-17 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ | Method for astronomical correction of aircraft navigation parameters |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE112014007166T5 (en) | 2017-10-12 |
RU2585179C1 (en) | 2016-05-27 |
EA201401149A1 (en) | 2016-05-31 |
WO2016076748A1 (en) | 2016-05-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2585179C1 (en) | Method of improving accuracy of determining celestial orientation and prolonged maintenance of high accuracy of determining orientation and apparatus therefor | |
Lenhard et al. | Independent laboratory characterization of NEO HySpex imaging spectrometers VNIR-1600 and SWIR-320m-e | |
WO2008045014A3 (en) | Daytime stellar imager | |
US20160165152A1 (en) | Drift Correction Method for Infrared Imaging Device | |
Torres et al. | Measurements on pointing error and field of view of Cimel-318 Sun photometers in the scope of AERONET | |
US20180091749A1 (en) | Drift correction method for infrared imaging device | |
RU2561231C1 (en) | Method for flight calibration of multispectral space-based equipment | |
Barsi et al. | Radiometric calibration status of Landsat-7 and Landsat-5 | |
RU154706U1 (en) | STAR ORIENTATION SENSOR | |
US10863125B2 (en) | High-precision system for time-stamping the passage of an object, in particular a satellite | |
US8416404B2 (en) | Method and system for measurement and correction of thermally induced changes of boresight, effective focal length, and focus | |
CA2775621A1 (en) | Scanning multispectral telescope comprising wavefront analysis means | |
RU132887U1 (en) | EARTH ORIENTATION DEVICE ON THE BASIS OF MICROBOLOMETRIC MATRIX | |
WO2016151574A1 (en) | Celestial compass and methods of use and calibration | |
Gillessen et al. | Arcsecond level pointing of the HESS telescopes | |
ES2292980T3 (en) | APPLIANCE AND CALIBRATION METHOD OF A FOCAL PLANE DETECTOR. | |
Bruns et al. | Measuring Starlight Deflection during the 2017 Eclipse: Repeating the Experiment that made Einstein Famous | |
ES2822583T3 (en) | Optical Wavefront Analyzer | |
Shields et al. | Calibrated fisheye imaging systems for determination of cloud-top radiances from a UAV | |
Kulijanishvili et al. | Polarization and physical properties of the August 11, 1999 white-light corona | |
RU180698U1 (en) | A device for recording electromagnetic radiation from astronomical objects | |
WO2011108956A1 (en) | Method for installing measuring equipment in a working position and device for implementing same | |
Kolosov et al. | Analysis of the optical system of a test bench for certifying a nonmisadjustable turning-angle sensor | |
Li et al. | Method for Reticon signal processing in the lower latitude meridian circle (LLMC) | |
Magnier | Calibration of the Pan-STARRS 3pi Survey |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ KG TJ TM |