RU147304U1 - DEVICE FOR CONFIGURING AND CHECKING STATIC WIDER-FIELD CORNER MEASURING INFRARED INSTRUMENTS FOR EARTH ORIENTATION - Google Patents
DEVICE FOR CONFIGURING AND CHECKING STATIC WIDER-FIELD CORNER MEASURING INFRARED INSTRUMENTS FOR EARTH ORIENTATION Download PDFInfo
- Publication number
- RU147304U1 RU147304U1 RU2014128257/28U RU2014128257U RU147304U1 RU 147304 U1 RU147304 U1 RU 147304U1 RU 2014128257/28 U RU2014128257/28 U RU 2014128257/28U RU 2014128257 U RU2014128257 U RU 2014128257U RU 147304 U1 RU147304 U1 RU 147304U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cooled
- earth
- emitters
- heated
- radiator
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
Abstract
1. Устройство для настройки и проверки статических широкопольных углоизмерительных инфракрасных приборов ориентации по Земле, содержащее подогреваемый и охлаждаемый излучатели, расположенные в поле зрения прибора, размещаемого в многоосном подвесе, отличающееся тем, что излучатели выполнены в виде концентрических сферических чаш двухстенной конструкции, полость каждой из которых снабжена терморегулируемой средой, а охлаждаемый излучатель, расположенный по ходу луча за подогреваемым излучателем, вогнутой поверхностью обращенный к многоосном подвесу, имеет центральное отверстие, соответствующее угловому размеру имитируемой Земли.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что подогреваемый и охлаждаемый излучатели выполнены с возможностью их совместного перемещения вдоль оптической оси устройства.3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в полости подогреваемого излучателя размещена перегородка для разделения терморегулируемых сред.4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что охлаждаемый излучатель выполнен в виде набора излучателей, отличающихся друг от друга размером центрального отверстия.5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что за охлаждаемым излучателем по ходу луча расположена коллимирующая линза.6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что многоосный подвес имеет три оси вращения.1. Device for tuning and checking static wide-field angle-measuring infrared orientation devices on the Earth, containing heated and cooled emitters located in the field of view of the device placed in a multi-axis suspension, characterized in that the emitters are made in the form of concentric spherical cups of a double-walled structure, the cavity of each of which is equipped with a temperature-controlled medium, and a cooled radiator located along the beam behind a heated radiator, with a concave surface facing m axial suspension, has a central hole corresponding to the angular size of the simulated Earth. 2. The device according to claim 1, characterized in that the heated and cooled radiators are made with the possibility of their joint movement along the optical axis of the device. The device according to claim 1, characterized in that a partition is arranged in the cavity of the heated radiator for separating the thermally controlled media. The device according to claim 1, characterized in that the radiator to be cooled is made in the form of a set of radiators that differ from each other in the size of the central hole. The device according to claim 1, characterized in that a collimating lens is located behind the cooled emitter along the beam. The device according to claim 1, characterized in that the multi-axis suspension has three rotation axes.
Description
Предлагаемая модель относится к области измерительной техники, а более конкретно к устройствам для настройки и проверки углоизмерительных инфракрасных (ИК) приборов ориентации космических аппаратов (КА) по Земле.The proposed model relates to the field of measurement technology, and more specifically to devices for tuning and checking angle-measuring infrared (IR) instruments for orienting spacecraft (SC) over the Earth.
Известно устройство (аналог) для настройки и проверки углоизмерительных ИК приборов ориентации КА по Земле, содержащее подогреваемые излучатели, имитирующие Землю, охлаждаемые излучатели, имитирующие космос, зеркальный параболический тор с плоским зеркалом, коллимирующий излучение имитируемой границы «Земля-космос», расположенные в поле зрения прибора, размещаемого в двухстепенном подвесе (см. Федосеев В.И., Колосов М.П., «Оптико-электронные приборы ориентации и навигации космических аппаратов»: - М.: Логос, 2007. - 247 с, рис. 6.3, стр. 228).A device (analogue) is known for setting up and checking angle-measuring infrared instruments for orientation of the spacecraft on the Earth, containing heated emitters simulating the Earth, cooled emitters emulating space, a mirror parabolic torus with a flat mirror, collimating the radiation of the simulated Earth-to-space boundary located in the field view of the device placed in a two-stage suspension (see Fedoseev VI, Kolosov MP, “Optoelectronic devices for orienting and navigating spacecraft”: - M .: Logos, 2007. - 247 s, Fig. 6.3, p. 228).
Данное устройство, обеспечивающее имитацию угловых полей и температурный контраст между Землей и космосом, соответствующих геостационарной орбите в спектральном диапазоне Δλ=8 мкм…20 мкм, предназначено для настройки и проверки сканирующих оптико-электронных углоизмерительных ИК приборов ориентации КА по Земле секущего типа с мгновенными полями порядка нескольких градусов.This device, which simulates the angular fields and the temperature contrast between the Earth and space, corresponding to the geostationary orbit in the spectral range Δλ = 8 μm ... 20 μm, is designed to configure and verify scanning optical-electronic angle-measuring infrared measuring instruments for orienting the spacecraft of the secant type with instantaneous fields about several degrees.
Назначение этих приборов - определение угловых координат отклонения оси визирования прибора от местной вертикали (направление на центр Земли).The purpose of these devices is to determine the angular coordinates of the deviation of the axis of sight of the device from the local vertical (direction to the center of the Earth).
В данном устройстве наличие зеркального тора, коллимирующего излучение имитируемой границы «Земля-космос», минимизирует влияние дефокусировки изображения в проверяемых сканирующих приборах, содержащих, как правило, длиннофокусные объективы. Совместное вертикальное перемещение излучателей обеспечивает изменение имитируемого углового размера Земли.In this device, the presence of a mirror torus that collimates the radiation of the simulated Earth-to-space boundary minimizes the effect of image defocusing in the tested scanning devices, which usually contain long-focus lenses. Joint vertical movement of the emitters provides a change in the simulated angular size of the Earth.
Проверка точностных характеристик прибора с помощью известного устройства производится путем наклона прибора, установленного в двухстепенном подвесе на фиксируемый (с помощью датчиков угла поворота) угол и сравнения этого угла с угловой координатой вертикали (направление на центр имитируемой Земли), измеренной непосредственно прибором.The accuracy characteristics of the device are checked using a known device by tilting the device installed in a two-stage suspension to a fixed angle (using angle sensors) and comparing this angle with the vertical angle coordinate (direction to the center of the simulated Earth) measured directly by the device.
Недостатком аналога является сложность его конструкции, включающей в себя несколько подогреваемых и охлаждаемых излучателей, параболический тор, плоское зеркало, механические узлы и их крепления. Такая совокупность признаков обусловлена необходимостью создания устройства для проверки сканирующих приборов секущего типа с длиннофокусными объективами. К тому же устройство усложняет необходимость выравнивания температур подогреваемых и соответственно охлаждаемых излучателей. Очевидно, что создание такого устройства сопряжено с большими технологическим трудностям и стоимостным затратам.The disadvantage of the analogue is the complexity of its design, which includes several heated and cooled radiators, a parabolic torus, a flat mirror, mechanical components and their mounts. This set of features is due to the need to create a device for testing scanning devices secant type with long-focus lenses. In addition, the device complicates the need to equalize the temperatures of heated and respectively cooled emitters. Obviously, the creation of such a device is associated with great technological difficulties and cost.
Другим недостатком этого технического решения является незначительный диапазон изменения имитируемого углового размера Земли - всего ±25′ (для имитации высот полета H=33796 км и H=37796 км). Поскольку изменение углового размера Земли обеспечивается за счет совместного вертикального перемещения излучателей, особенностями работы параболического тора и геометрией устройства в целом, то для имитации другого углового размера Земли, необходимого для проверки приборов, работающих и на более низких высотах, требуется создание нового устройства, которое будет отличаться от существующего параметрами параболического тора, габаритами и размерами излучателей, элементами креплений, что приводит к большим стоимостным затратам. Также следует отметить, что разработка и изготовление параболического тора, обеспечивающего имитацию больших угловых размеров Земли, является сверхсложной технологической задачей.Another disadvantage of this technical solution is the insignificant range of variation of the simulated angular size of the Earth - only ± 25 ′ (for simulating flight heights H = 33796 km and H = 37796 km). Since the change in the angular size of the Earth is ensured by the joint vertical movement of the emitters, the features of the parabolic torus and the geometry of the device as a whole, to simulate another angular size of the Earth, which is necessary for testing instruments operating at lower altitudes, it is necessary to create a new device that will differ from the existing parameters of the parabolic torus, the dimensions and dimensions of the emitters, fasteners, which leads to high cost costs. It should also be noted that the development and manufacture of a parabolic torus that simulates the large angular dimensions of the Earth is an extremely complex technological task.
Кроме того, к недостаткам данного устройства (применительно к проверке статических ИК приборов ориентации КА по Земле на основе болометрической матрицы в качестве приемника излучения) следует отнести и наличие некоторых механических узлов крепления элементов устройства к основанию стенда, например, крепления плоского зеркала. При проверке сканирующего прибора секущего типа с мгновенным полем порядка нескольких градусов данное крепление не препятствует прохождению рабочих пучков. Однако при проверке статических матричных приборов, для которых необходима полная имитация диска Земли и космоса для обеспечения измерений в пределах значительных полей зрения, это крепление будет находиться в поле зрения прибора, снижая точность определения энергетического центра имитируемой Земли и ограничивая угловое поле измерений.In addition, the disadvantages of this device (in relation to the verification of static infrared devices for orientation of the spacecraft on the Earth based on a bolometric matrix as a radiation receiver) include the presence of some mechanical assemblies for attaching the elements of the device to the base of the stand, for example, mounting a flat mirror. When checking a secant type scanning device with an instantaneous field of the order of several degrees, this mount does not impede the passage of working beams. However, when testing static matrix devices, for which a complete simulation of the Earth’s disk and space is required to ensure measurements within significant fields of view, this mount will be in the field of view of the device, reducing the accuracy of determining the energy center of the simulated Earth and limiting the angular field of measurements.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является устройство для настройки и проверки углоизмерительных ИК приборов ориентации КА по Земле, выбранное в качестве прототипа, содержащее установленные по ходу луча плоские охлаждаемый и подогреваемый излучатели, расположенные в поле зрения прибора, размещаемого в двухстепенном подвесе (см. Федосеев В.И., Колосов М.П. Оптико-электронные приборы ориентации и навигации космических аппаратов: - М.: Логос, 2007. - 247 с, рис. 6.5 на стр. 230).The closest in technical essence to the claimed object is a device for tuning and checking angle-measuring infrared instruments for orientation of the spacecraft on the Earth, selected as a prototype, containing flat cooled and heated emitters installed along the beam located in the field of view of the device placed in a two-stage suspension (see Fedoseev VI, Kolosov MP Optoelectronic devices for orientation and navigation of spacecraft: - M .: Logos, 2007. - 247 s, Fig. 6.5 on page 230).
В этом устройстве, приведенном на фиг.1, плоский подогреваемый излучатель 1 имитирует излучение Земли, а плоский охлаждаемый излучатель 2 имитирует излучение космоса.In this device, shown in figure 1, a flat heated
В процессе проверки испытуемый прибор устанавливается в двухстепенном подвесе на конечном расстоянии от излучателей. В фокальной плоскости прибора формируется изображение имитируемой Земли и космоса, по которому производится настройка прибора.During the test, the device under test is installed in a two-stage suspension at a finite distance from the emitters. In the focal plane of the device, an image of the simulated Earth and space is formed, according to which the device is tuned.
Назначение этих приборов - определение угловых координат отклонения оси визирования прибора от местной вертикали (направление на центр Земли).The purpose of these devices is to determine the angular coordinates of the deviation of the axis of sight of the device from the local vertical (direction to the center of the Earth).
Проверка прибора производится таким же образом, как в случае аналога.Checking the device is carried out in the same way as in the case of the analogue.
Имитируемый угловой размер Земли 2ω3емли определяется диаметром подогреваемого излучателя Dизл.1 и его расстоянием L1 до входного зрачка испытуемого прибора. Величины ωЗемли, Dизл.1 и L1 как это следует из фиг. 1, связаны зависимостью tgωЗемли=Dизл.1/2L1.The simulated angular size of the Earth 2ω 3 Earth is determined by the diameter of the heated emitter D Izl. 1 and its distance L 1 to the entrance pupil of the tested device. The magnitude ω of the Earth , D Izl . 1 and L 1 as follows from FIG. 1, are related by the dependence tgω of the Earth = D outl. 1/2 L 1 .
Угловой размер имитируемого космоса 2ωкосмоса должен перекрывать все угловое поле испытуемого прибора, которое всегда больше углового размера Земли, для обеспечения ее захвата, то есть 2ωкосмоса≥2ωприбора. Имитируемый угловой размер космоса 2ωкосмос определяется диаметром охлаждаемого излучателя Dизл.2 и его расстоянием L2 до входного зрачка испытуемого прибора. Величины 2ωземли, Dизл.2 и L2, как это следует из фиг. 1, связаны зависимостью tgωкосмос=Dизл.2/2L2. Для предварительных вычислений можно принять L1=L2и тогда tgωкосмос=Dизл.2/2L1.The angular size of the simulated cosmos 2ω cosmos should cover the entire angular field of the device under test, which is always larger than the angular size of the Earth, to ensure its capture, i.e. 2ω cosmos ≥2ω of the device . The simulated angular size of the cosmos 2ω cosmos is determined by the diameter of the cooled emitter D Izl. 2 and its distance L 2 to the entrance pupil of the tested device. The magnitudes 2ω of the earth , D vl . 2 and L 2 , as follows from FIG. 1, are related by the dependence tgω cosmos = D outl . 2 / 2L 2 . For preliminary calculations, we can take L 1 = L 2 and then tgω space = D Iz. 2 / 2L 1 .
Ввиду расположения излучателей 1, 2 на конечном расстоянии от объектива испытуемого прибора, в фокальной плоскости объектива возникает дефокусировка, которая может снизить качество формируемого изображения имитируемой границы «Земля-космос» и, следовательно, и точностные параметры прибора, которые не будут соответствовать реальным условиям полета. Однако при удалении подогреваемого излучателя от входного зрачка прибора L1 на величину порядка нескольких десятков фокусных расстояний прибора и более (в зависимости от относительного отверстия объектива прибора), изменение качества изображения вследствие дефокусировки будет минимальным.Due to the location of
Такое построение устройства наиболее оптимально для проверки статических ИК приборов на основе болометрических матричных приемников излучения, имеющих маленькие фокусные расстояния объективов порядка нескольких миллиметров и угловые поля порядка нескольких десятков градусов. В этом случае габариты устройства D и L будут достаточно реальными для практической реализации.Such a construction of the device is most optimal for testing static IR devices based on bolometric matrix radiation detectors having small focal lengths of the lenses of the order of several millimeters and angular fields of the order of several tens of degrees. In this case, the dimensions of the device D and L will be quite real for practical implementation.
В данном устройстве, в отличие от аналога, достаточно просто реализуются необходимые имитируемые угловые размеры Земли и космоса малых и средних размеров при достаточно компактных габаритах.In this device, in contrast to the analogue, the required simulated angular dimensions of the Earth and space of small and medium sizes with fairly compact dimensions are quite simply implemented.
Имитация различных угловых размеров Земли (при неизменном угловом размере имитируемого космоса) может быть обеспечена за счет установки подогреваемых излучателей 1 нужного диаметра.Simulation of various angular dimensions of the Earth (with a constant angular size of the simulated space) can be achieved by installing
К недостаткам прототипа следует отнести невозможность имитации больших угловых размеров Земли и космоса из-за нереальных линейных размеров плоских излучателей 1 и 2, что не позволяет обеспечить настройку и проверку широкопольных статических матричных приборов ориентации КА, работающих также и на низких высотах. В качестве примера определим габариты излучателей 1 и 2, необходимых для проверки прибора с угловым полем 2ω=176° для высоты полета 500 км (2ωЗемли=136°, 2ωкосмоса≥176°), имеющего фокусное расстояние объектива f'=4,9 мм и диаметр зрачка ⌀зр=2,45 мм (см., например, Гебгарт А.Я., Шатова А.Я., Медведев В.В., «Оптические типы некоторых типов широкоугольных ИК объективов», Оптический журнал, 2013 г, т. 80, №2, стр. 48 -51).The disadvantages of the prototype include the impossibility of simulating the large angular dimensions of the Earth and space due to the unrealistic linear dimensions of
При L1=189 мм (L\f'=42), диаметры излучателей 1 и 2, как следует из приведенных выше выражений, должны быть Dизл.1=93 5,5 мм, Dизл.2=10824,5 мм, что практически невозможно реализовать.When L 1 = 189 mm (L \ f '= 42), the diameters of the
Также, недостатком устройства является попадание в поле прибора элементов конструкции, необходимых для обеспечения подогрева излучателя 1.Also, the disadvantage of this device is getting into the field of the device structural elements necessary to ensure the heating of the
Кроме того, при использовании плоских излучателей для имитации больших угловых размеров Земли имеет место значительная неравномерность освещенности во входном зрачке испытуемого прибора для разных точек поля, обусловленная разной удаленностью точек излучателя от зрачка, а также разной энергетической яркостью излучателя для различных углов наклона, что приводит к недостоверности настройки и проверки испытуемого прибора.In addition, when using flat emitters to simulate the large angular dimensions of the Earth, there is a significant unevenness of illumination in the entrance pupil of the device under test for different points of the field, due to different distances of the emitter points from the pupil, as well as different energy brightness of the emitter for different tilt angles, which leads to inaccurate settings and verification of the device under test.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является создание устройства (стенда), обеспечивающего настройку и проведение точностных испытаний статических широкопольных углоизмерительных ИК приборов ориентации КА по Земле, обеспечивающего имитацию любого диапазона имитируемых угловых размеров Земли и космоса при высокой равномерности освещенности и без попадания в поле зрения прибора элементов конструкции.The task to which the utility model is directed is to create a device (stand) that provides tuning and precision tests of static wide-field angle-measuring infrared instruments for orientation of the spacecraft over the Earth, providing simulation of any range of simulated angular dimensions of the Earth and space with high uniformity of illumination and without getting into Field of view of the device.
Данная задача решается благодаря тому, что в устройстве для настройки и проверки углоизмерительных ИК приборов ориентации по Земле, содержащем подогреваемый и охлаждаемый излучатели, расположенные в поле зрения прибора, размещаемого в многоосном подвесе, излучатели выполнены в виде концентрических сферических чаш двухстенной конструкции, полость каждой из которых снабжена терморегулируемой средой, а сменный охлаждаемый излучатель, расположенный по ходу луча за подогреваемым излучателем, вогнутой поверхностью обращенный к многоосному подвесу, имеет центральное отверстие, соответствующее угловому размеру имитируемой Земли.This problem is solved due to the fact that in the device for tuning and checking angle-measuring infrared instruments of orientation on the Earth, containing heated and cooled radiators located in the field of view of the device placed in a multiaxial suspension, the radiators are made in the form of concentric spherical cups of a double-walled structure, the cavity of each of which is equipped with a thermo-controlled medium, and a replaceable cooled radiator located along the beam behind the heated radiator, with a concave surface facing multiaxial mu suspension, has a Central hole corresponding to the angular size of the simulated Earth.
При этом следует учесть развитие и уточнение совокупности вышеизложенных признаков полезной модели, а именно:In this case, it is necessary to take into account the development and refinement of the totality of the above features of the utility model, namely:
- установку подогреваемого и охлаждаемого излучателей с возможностью их совместного перемещения вдоль оптической оси устройства;- installation of heated and cooled radiators with the possibility of their joint movement along the optical axis of the device;
- размещение в полости подогреваемого излучателя перегородки для разделения терморегулируемых сред;- placement in the cavity of the heated radiator of the partition to separate the thermally controlled environments;
- выполнение охлаждаемого излучателя в виде набора излучателей, отличающихся друг от друга размером центрального отверстия, соответствующего угловому размеру имитируемой Земли;- the implementation of the cooled emitter in the form of a set of emitters that differ from each other in the size of the Central hole corresponding to the angular size of the simulated Earth;
- размещение за охлаждаемым излучателем по ходу луча коллимирующей линзы;- placement behind a cooled emitter along the beam of a collimating lens;
- выбор многоосного подвеса с тремя осями вращения.- The choice of multi-axis suspension with three axes of rotation.
Данная полезная модель характеризуется совокупностью признаков, выражающихся в наличии новых в сравнении с прототипом конструктивных решений, таких как:This utility model is characterized by a combination of features, expressed in the presence of new ones in comparison with the prototype of structural solutions, such as:
- форма выполнения подогреваемого и охлаждаемого излучателей, имеющих существенно меньшие линейные размеры по сравнению с прототипом за счет своей сферической поверхности, позволяющей имитировать любые угловые размеры Земли и космоса;- the form of the heated and cooled radiators having substantially smaller linear dimensions compared to the prototype due to its spherical surface, which allows to simulate any angular dimensions of the Earth and space;
- выполнение охлаждаемого излучателя с отверстием и расположение его по ходу луча за подогреваемым излучателем, что обеспечивает полную имитацию диска Земли и космоса без попадания элементов конструкции в поле зрения испытуемого прибор;- the implementation of the cooled emitter with a hole and its location along the beam behind the heated emitter, which provides a complete simulation of the Earth’s disk and space without any structural elements falling into the field of view of the device under test;
- сферическая форма концентрических излучателей, центр кривизны которых находится вблизи входного зрачка испытуемого прибора, что обеспечивает распространение осей пучков, входящих в объектив прибора, вдоль нормалей к поверхностям излучателей, и, следовательно, высокую равномерность освещенности в области входного зрачка прибора. Это свойство особенно важно для проверки приборов с объективами, имеющими угловые поля порядка 180° и практически равномерное распределение освещенности по полю.- the spherical shape of concentric emitters, the center of curvature of which is located near the entrance pupil of the device under test, which ensures the propagation of the axes of the beams entering the lens of the device along the normals to the surfaces of the emitters, and, therefore, a high uniformity of illumination in the region of the entrance pupil of the device. This property is especially important for testing devices with lenses having angular fields of the order of 180 ° and an almost uniform distribution of illumination over the field.
Кроме того, указанное развитие и уточнение признаков полезной модели, приведенные в независимых пунктах, касаются:In addition, the indicated development and refinement of the features of the utility model given in the independent paragraphs relate to:
- возможности реализации совместного перемещения излучателей вдоль оптической оси для обеспечения имитации атмосферного слоя и изменения имитируемых угловых размеров в небольших пределах;- the possibility of implementing the joint movement of the emitters along the optical axis to provide simulations of the atmospheric layer and changes in simulated angular dimensions within small limits;
- наличия в полости подогреваемого излучателя перегородки для разделения терморегулируемых сред, что позволяет, при необходимости, создать разную температуру в полостях излучателя и обеспечить разный температурный контраст на противоположных сторонах имитируемой Земли;- the presence in the cavity of the heated emitter of a partition for separating thermally controlled media, which allows, if necessary, to create different temperatures in the cavities of the emitter and provide different temperature contrasts on opposite sides of the simulated Earth;
- установки сферических охлаждаемых излучателей из набора с диаметром центрального отверстия, соответствующего требуемому угловому размеру Земли, для имитации любых других угловых размеров Земли;- installation of spherical cooled emitters from a set with a diameter of the central hole corresponding to the required angular size of the Earth, to simulate any other angular dimensions of the Earth;
- наличия коллимирующей линзы, фокальная плоскость которой совмещается с границей раздела «Земля-космос», обеспечивающей устранение влияния линейных смещений прибора в плоскости, перпендикулярной оптической оси устройства, которые могут вносить дополнительные угловые погрешности определения центра имитируемой Земли. При этом некоторый уход от концентричности поверхностей сферических излучателей практически не влияет на равномерность освещенности в области зрачка;- the presence of a collimating lens, the focal plane of which is aligned with the Earth-space interface, which eliminates the influence of linear displacements of the device in a plane perpendicular to the optical axis of the device, which can introduce additional angular errors in determining the center of the simulated Earth. Moreover, a certain departure from the concentricity of the surfaces of spherical emitters does not practically affect the uniformity of illumination in the pupil;
- наличия третьей оси подвеса, направленной вдоль оси прибора, что позволяет реализовать необходимую при проверках систему координат (сферическую или полярную) и обеспечить определение и компенсацию таких погрешностей, как, например, непараллельность визирной линии прибора и нормали к его посадочной плоскости.- the presence of the third axis of the suspension, directed along the axis of the device, which allows you to implement the coordinate system necessary for inspections (spherical or polar) and to ensure the determination and compensation of such errors, such as, for example, the parallel line of sight of the device and the normal to its landing plane.
Техническим результатом, реализуемым приведенной совокупностью признаков, является обеспечение имитации любых угловых размеров Земли и космоса, повышение равномерности освещенности на входном зрачке испытуемого прибора и исключение попадания в поле зрения испытуемого прибора элементов конструкции, что позволяет производить настройку и проверку точностных характеристик статических широкопольных ИК приборов ориентации КА по Земле, работающих в широком диапазоне высот полета.The technical result implemented by the given set of features is to provide simulations of any angular dimensions of the Earth and space, increase the uniformity of illumination on the entrance pupil of the tested device and prevent the structural elements from getting into the field of view of the tested device, which allows tuning and checking the accuracy characteristics of static wide-field IR orientation devices Spacecraft on Earth operating in a wide range of flight altitudes.
Таким образом, заявленное техническое решение обладает существенными отличиями, позволяющими получить новый положительный эффект.Thus, the claimed technical solution has significant differences, allowing to obtain a new positive effect.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, гдеThe essence of the utility model is illustrated by drawings, where
на фиг. 1 показана оптическая схема ближайшего аналога - прототипа;in FIG. 1 shows the optical scheme of the closest analogue - prototype;
на фиг. 2 изображена оптическая схема предлагаемого устройства;in FIG. 2 shows an optical diagram of the proposed device;
на фиг. 3 приведена оптическая схема предлагаемого устройства с коллимирующей линзой.in FIG. 3 shows an optical diagram of the proposed device with a collimating lens.
Предлагаемое устройство (фиг. 2) содержит: подогреваемый излучатель 1 и охлаждаемый излучатель 2 с центральным отверстием 3, выполненные в виде концентрических сферических чаш двухстенной конструкции, а также трехосный подвес (на чертеже не показан) с осями I, II, III, с установленным на нем проверяемым прибором. Полость каждого из излучателя снабжена терморегулируемой средой. Вогнутые сферические поверхности излучателей 1, 2 обращены к подвесу, при этом центры их кривизны расположены вблизи центра зрачка прибора на пересечении осей вращения I, II, III. Охлаждаемый излучатель 2 снабжен центральным отверстием 3. В полости подогреваемого излучателя может быть размещена перегородка 4 для разделения терморегулируемых сред. Излучатели имеют возможность совместного перемещения вдоль оптической оси. Также в состав стенда входит коллимирующая линза 5 (см. фиг. 3). Данное устройство обеспечивает имитацию угловых полей и температурный контраст между Землей и космосом в спектральном диапазоне Δλ=8 мкм…20 мкм, что позволяет проводить настройку и проверку точности испытуемых приборов.The proposed device (Fig. 2) contains: a
Двухстенная конструкция излучателя может быть изготовлена путем выдавливания двух сферических поверхностей и последующей их сварки друг с другом с зазором для формирования полости, например, из сплава АМг6, имеющего высокий коэффициент теплопроводности. Острая кромка по периметру отверстия 3 в охлаждаемом излучателе (для формирования границы Земля - космос), может быть выполнена в виде отдельной вставки также из сплава АМг6, приваренной к излучателю. Перегородка 4 в подогреваемом излучателе 1 может быть выполнена в виде сварной конструкции. Терморегулируемая среда представляет собой жидкость необходимой температуры, помещаемую в полости излучателей. Указанной жидкостью может служить вода, тосол и т.д. Проток жидкости в замкнутом контуре осуществляется с помощью входного и выходного шлангов, подключаемых к входному и выходному отверстиям полости, а обеспечение заданной температуры - термостатом. Таким образом, предлагаемые примеры реализации подтверждают осуществимость заявленного технического решения.The double-walled design of the emitter can be made by extruding two spherical surfaces and then welding them with each other with a gap to form a cavity, for example, from AMg6 alloy having a high thermal conductivity. A sharp edge around the perimeter of
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Испытуемый прибор устанавливается в трехстепенном подвесе с осями I, II, III на конечном расстоянии от излучателей. Входной зрачок прибора расположен в центре кривизны поверхностей излучателей 1 и 2 на пересечении осей вращения I, II, III. Сферический охлаждаемый излучатель 2 имитирует излучение космоса, а сферический подогреваемый излучатель 1 через центральное отверстие 3 излучателя 2 имитирует излучение Земли. Острая кромка по периметру отверстия 3 в охлаждаемом излучателе 2, формирует имитацию границы Земля - космос. В фокальной плоскости прибора формируется изображение имитируемой Земли, по которому производится настройка прибора. Данное устройство обеспечивает имитацию угловых полей и температурный контраст между Землей и космосом в спектральном диапазоне Δλ≈8 мкм…20 мкм.The device under test is installed in a three-stage suspension with axes I, II, III at a finite distance from the emitters. The entrance pupil of the device is located in the center of curvature of the surfaces of the
Проверка точности прибора, производится также, как и в прототипе, путем наклона прибора в подвесе на фиксируемый (с помощью датчиков угла поворота угол) и сравнения этого угла с угловой координатой вертикали (направление на центр имитируемой Земли), измеренной непосредственно прибором.Checking the accuracy of the device is also carried out, as in the prototype, by tilting the device in a suspension to a fixed angle (using angle sensors) and comparing this angle with the vertical angle coordinate (direction to the center of the simulated Earth), measured directly by the device.
Данное устройство предназначено для настройки и проверки статических широкопольных оптико-электронных ИК приборов ориентации КА по Земле на основе матричных приемников излучения, имеющих маленькие фокусные расстояния объективов порядка нескольких миллиметров. В этом случае габариты устройства D и L будут достаточно реальными для практической реализации:This device is intended for tuning and testing static wide-field optical-electronic infrared devices for spacecraft orientation on the Earth based on matrix radiation detectors having small focal lengths of lenses of the order of several millimeters. In this case, the dimensions of the device D and L will be quite real for practical implementation:
- расстояние от охлаждаемого излучателя 2 до входного зрачка прибора L2 может быть определено из условия минимизации влияния дефокусировки в объективе прибора, возникающей ввиду расположения излучателей на конечном расстоянии от прибора. Указанная дефокусирока снижает качество изображения имитируемой границы Земля - космос а, следовательно, и точностные параметры прибора, которые не будут соответствовать реальным условиям полета. При совпадении центра кривизны излучателей 1 и 2 с центром входного зрачка прибора L2=R2, где R2 - радиус кривизны поверхности охлаждаемого излучателя 2, обращенной к прибору. Указанная дефокусирока снижает качество изображения имитируемой границы Земля - космос а, следовательно, и точностные характеристики прибора, которые не будут соответствовать реальным. Величина дефокусировки в угловой мере (в радианах) определяется известным выражением Δψ≈⌀зр./L2, где ⌀зр. - диаметр зрачка объектива прибора. Для минимизации влияния дефокусировки ее величина должна быть не больше дифракционного кружка рассеяния (кружка Эри) испытуемого объектива, угловая величина которого определяется известным выражением γ=2,44λ/⌀зр, где λ - рабочая длина волны. Тогда из условия Δψ≤γ можно получить выражение для расстояния L2(R2), которое будет иметь вид или L2=R≥(f'/N)2/2,44λ, где N - диафрагменное число. Например, для объектива прибора с фокусным расстоянием f'=4,9 мм, диаметром входного зрачка D=2,45 мм и длиной волны λ=12 мкм, расстояние от подогреваемого излучателя 1 до зрачка прибора и радиус кривизны поверхности охлаждаемого излучателя 2 составят L2=R2≥189 мм;- the distance from the cooled
- имитируемый угловой размер Земли 2ωЗемли определяется диаметром отверстия охлаждаемого излучателя Dотв.изл.2, его расстоянием L2 до входного зрачка испытуемого прибора и радиусом кривизны поверхности охлаждаемого излучателя 2 R2. При совпадении центра кривизны излучателей 1 и 2 с центром входного зрачка прибора L2=R2, а величины ωземли, Dотв.изл.2 и R2, как это следует из фиг. 2, связаны зависимостью sinωЗемли=Dотв.изл.2/2R2. Диаметр Dизл.1 подогреваемого излучателя 1 должен быть всегда больше диаметра отверстия в охлаждаемом излучателя 2;- the simulated angular size of the Earth 2ω of the Earth is determined by the diameter of the hole of the cooled emitter D hole 2 , its distance L 2 to the entrance pupil of the device under test and the radius of curvature of the surface of the cooled emitter 2 R 2 . When the coincidence of the center of curvature of
- имитируемый угловой размер космоса 2ωкосмос определяется диаметром охлаждаемого излучателя Dизл.2, его расстоянием L2 до входного зрачка испытуемого прибора, а также радиусом кривизны поверхности охлаждаемого излучателя 2R. При совпадении центра кривизны излучателей 1 и 2 с центром входного зрачка прибора L2=R2, а величины ωкосмос, Dизл.2 и R2, как это следует из фиг. 2, связаны зависимостью sinωкосмос=Dизл.2/2R2.- the simulated angular size of the cosmos 2ω cosmos is determined by the diameter of the cooled emitter D vl. 2 , its distance L 2 to the entrance pupil of the device under test, as well as the radius of curvature of the surface of the cooled emitter 2R. If the center of curvature of the
Очевидно, что при стремлении угла 2ω→180°, Dизл.→2L2=2Rизл.2 (в отличие от прототипа, имеющего плоскую форму излучателей и у которого при стремлении угла 2ω→180°, Dизл.→∞).Obviously, when the angle tends to 2ω → 180 °, D rad . → 2L 2 = 2R rad . 2 (unlike the prototype, which has a flat shape of emitters and which, when the angle tends to 2ω → 180 °, D rad . → ∞).
В качестве примера можно показать: для проверки прибора для высоты полета 500 км (2ωЗемли=136°, 2ωкосмоса≥176°), имеющего фокусное расстояние объектива f'=4,9 мм, диаметр входного зрачка ⌀зр=2,45 мм и расположенного от охлаждаемого излучателя 2 на расстояние L1=189 мм (для минимизации дефокусировки) диаметры излучателей составят Dотв.изл.2=350,5 мм, Dизл.2=378 мм (полусфера). Dизл.1≥Dотв.изл.2.As an example, we can show: to test the device for a flight altitude of 500 km (2ω of the Earth = 136 °, 2ω of space ≥176 °), having a focal length of the lens f '= 4.9 mm, the diameter of the entrance pupil ⌀ sp = 2.45 mm and located from the cooled
Таким образом, в предлагаемом устройстве обеспечивается возможность имитации любых угловых размеров Земли и космоса при реальных размерах сферических излучателей (в отличие от прототипа, который не обеспечивает имитацию больших угловых полей из-за плоской формы излучателей), что необходимо для настройки и проверки широкопольных статических ИК приборов ориентации КА.Thus, the proposed device provides the ability to simulate any angular dimensions of the Earth and space with real sizes of spherical emitters (in contrast to the prototype, which does not simulate large angular fields due to the flat shape of the emitters), which is necessary to configure and verify wide-field static IR spacecraft orientation instruments.
В предлагаемом устройстве охлаждаемый излучатель 2, расположенный перед испытуемым прибором, перекрывает все поле прибора, благодаря чему все элементы конструкции, в том числе шланги для подводки жидкости в полость излучателей, могут размещаться с внутренней стороны излучателей или по их торцу и не попадают в угловое поле прибора (в отличие от прототипа, где указанные элементы попадают в поле прибора).In the proposed device, the cooled
Сферическая форма концентрических излучателей, центр кривизны которых находится вблизи входного зрачка испытуемого прибора, обеспечивает распространение осей пучков, входящих в объектив прибора вдоль нормалей к поверхностям излучателей, и, следовательно, высокую равномерность освещенности в области входного зрачка прибора (в отличие от прототипа, где из-за плоской формы излучателей возникает неравномерность освещенности по полю). Это свойство особенно важно для проверки приборов с объективами, имеющими угловые поля порядка 180° и практически равномерное распределение освещенности по полю.The spherical shape of concentric emitters, the center of curvature of which is located near the entrance pupil of the device under test, ensures the propagation of the axes of the beams entering the lens of the device along the normals to the surfaces of the emitters, and, therefore, high uniformity of illumination in the region of the entrance pupil of the device (unlike the prototype, where - due to the flat shape of the emitters, irregularity of illumination over the field occurs). This property is especially important for testing devices with lenses having angular fields of the order of 180 ° and an almost uniform distribution of illumination over the field.
Наличие перегородки 4 в подогреваемом излучателе 1 позволяет при необходимости обеспечить разную температуру в его полости и создать разный температурный контраст на противоположных сторонах имитируемой Земли.The presence of the
Имитация различных угловых размеров Земли обеспечивается за счет установки (из набора излучателей), отличных друг от друга сферических охлаждаемых излучателей 2 с диаметром центрального отверстия 3, соответствующими требуемому угловому размеру Земли, а также за счет совместного перемещения излучателей 1 и 2 в небольших пределах.Simulation of various angular dimensions of the Earth is ensured by installing (from a set of emitters), spherical cooled
Имитация атмосферного слоя, толщина которого для низких орбит может достигать величины порядка градуса, может быть обеспечена за счет некоторой дефокусировки изображения границы Земля-космос. Дефокусировка достигается за счет совместного перемещения излучателей 1 и 2 вдоль оптической оси. Очевидно, что при небольших перемещениях излучателей положительные свойства устройства сохраняются.Simulation of the atmospheric layer, the thickness of which for low orbits can reach values of the order of a degree, can be achieved due to some defocusing of the image of the Earth-space boundary. Defocusing is achieved due to the joint movement of the
В ряде случаев, при проведении точностных проверок прибора, возможно использование коллимирующей линзы 5, фокальная плоскость которой совмещается с границей раздела Земля-космос (фиг. 3). В этом случае устраняется влияние линейных смещений прибора в плоскости, перпендикулярной оптической оси устройства, которые могут вносить дополнительные угловые погрешности определения центра имитируемой Земли. Некоторый уход от концентричности поверхностей сферических излучателей практически не влияет на равномерность освещенности в области зрачка.In some cases, when conducting precision checks of the device, it is possible to use a
Наличие трехосного подвеса, у которого одна из осей (ось III) совпадает с осью прибора, позволяет реализовать необходимую при проверках систему координат (сферическую или полярную), и обеспечить определение и компенсацию таких погрешностей, как, например, непараллельность визирной линией прибора и нормали к его посадочной плоскости.The presence of a triaxial suspension, in which one of the axes (axis III) coincides with the axis of the device, allows you to implement the coordinate system (spherical or polar) necessary for testing, and to ensure the determination and compensation of such errors, such as non-parallelism with the sight line of the device and the normal to its landing plane.
Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает настройку и проверку статических широкопольных углоизмерительных ИК приборов ориентации КА по Земле за счет имитации любого диапазона угловых размеров Земли и космоса при высокой равномерности освещенности и без попадания в поле зрения испытуемого прибора элементов конструкции устройства.Thus, the proposed technical solution provides the setting and verification of static wide-field angle-measuring infrared instruments for orientation of the spacecraft on the Earth by simulating any range of angular dimensions of the Earth and space with high uniformity of illumination and without the presence of structural elements of the device in the field of view of the device under test.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014128257/28U RU147304U1 (en) | 2014-07-10 | 2014-07-10 | DEVICE FOR CONFIGURING AND CHECKING STATIC WIDER-FIELD CORNER MEASURING INFRARED INSTRUMENTS FOR EARTH ORIENTATION |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014128257/28U RU147304U1 (en) | 2014-07-10 | 2014-07-10 | DEVICE FOR CONFIGURING AND CHECKING STATIC WIDER-FIELD CORNER MEASURING INFRARED INSTRUMENTS FOR EARTH ORIENTATION |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU147304U1 true RU147304U1 (en) | 2014-11-10 |
Family
ID=53384441
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014128257/28U RU147304U1 (en) | 2014-07-10 | 2014-07-10 | DEVICE FOR CONFIGURING AND CHECKING STATIC WIDER-FIELD CORNER MEASURING INFRARED INSTRUMENTS FOR EARTH ORIENTATION |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU147304U1 (en) |
-
2014
- 2014-07-10 RU RU2014128257/28U patent/RU147304U1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Tallon et al. | Adaptive telescope with laser probe-Isoplanatism and cone effect | |
van Hinsberg et al. | Density measurements using near-field background-oriented schlieren | |
JPH01101432A (en) | Distance simulation optical system | |
CN103868528B (en) | Measuring method for attitude measuring precision of shooting range optical measuring equipment | |
CN104197835A (en) | Spatial position simulation and calibration method | |
Cozzi et al. | Development of a background-oriented schlieren technique with telecentric lenses for supersonic flow | |
Corbard et al. | On the importance of astronomical refraction for modern solar astrometric measurements | |
CN104748945A (en) | System and method for detecting optical axis pointing consistency of corner reflector or corner reflector array | |
RU147304U1 (en) | DEVICE FOR CONFIGURING AND CHECKING STATIC WIDER-FIELD CORNER MEASURING INFRARED INSTRUMENTS FOR EARTH ORIENTATION | |
CN209991994U (en) | Star sensor static simulator device | |
US1639229A (en) | Latitude indicator for aircraft | |
RU166306U1 (en) | DEVICE FOR CHECKING STATIC WIDESCOPE ANGLE MEASURING INFRARED INSTRUMENTS FOR EARTH ORIENTATION | |
RU2293959C2 (en) | Laboratory-scale plant for temperature tests of military optoelectronic instruments | |
RU2626406C1 (en) | Method of thermal testing of radio transparent cowls | |
JP7328209B2 (en) | Geometric and radiometric calibration and test apparatus for electro-optical thermal IR instruments having different angular spread thermal with different geometries and with thermal IR emissions containing different hot-cold transitions Geometric and radiometric calibration and test equipment designed to simulate IR sources | |
Gebgart et al. | Stand for testing static wide-angle infrared Earth orientation devices | |
CN106828988B (en) | Earth simulator for linear array infrared earth sensor orbit-changing polarity measurement | |
CN111707293A (en) | Optical simulation system for earth navigation sensor inspection | |
CN110440715A (en) | Error compensating method of the photoelectric auto-collimator under long range operating condition | |
Ko et al. | Atmospheric characterization on the Kennedy Space Center Shuttle Landing Facility | |
RU211279U1 (en) | AUTOMATED CONTROL SYSTEM SIMULATOR "EARTH-ATMOSPHERE-SPACE" (IZAK ASK) | |
CN106871926A (en) | Measuring device and measuring method for angle measurement precision of large-caliber photoelectric theodolite | |
Zhongming et al. | Flat-field calibration method for large diameter survey mirror aperture splicing | |
Sampler | Optical alignments of the Cosmic Background Explorer observatory | |
Tan et al. | Experimental study of the air-knife thermal control system for a large-aperture primary mirror |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD1K | Correction of name of utility model owner | ||
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20200711 |