RU1779931C - Солнечный датчик - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к космической технике, в частности к датчикам ориентации , устанавливаемым на космических аппаратах . Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  координат Солнца. Указанна  цель достигаетс  за счет того, в солнечном датчике, содержащем последовательно расположенные и оптически сопр женные светофильтр 1, блок 2 формировани  оптического сигнала, фотоприемный блок 3 на основе прибора с зар довой

Description

Изобретение относитс  к космической технике, в частности к датчикам ориентации , устанавливаемым на космических аппаратах .

Известны солнечные датчики, содержащие диафрагму, оптическую систему, фото- приемник и блок обработки сигнала, позвол ющие определить координаты Солнца .

Н е достатком из вести ы х устройств   в л  - етс  низка  надежность вследствие наличи  подвижных элементов и низка  точность.

Известен также солнечный датчик, содержащий диафрагму в виде круглого отвер- сти  на непрозрачном экране, через которую свет от Солнца проектируетс  на элементы фоточувствительного прибора с зар довой св зью. Недостатком известного устройства  вл етс  низка  точность измерени .

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  координат Солнца.

Указанный недостаток устран етс  тем, что в солнечном датчике, содержащем последовательно расположенные и оптически сопр женные светофильтр, блок формировани  оптического сигнала, фотоприемный блок на основе прибора с зар довой св зью, снабженного блоком управлени  счетом элементов и блоком управлени  счетом строк, выход которого соединен с входом блока обработки сигнала, блок обработки сигнала содержит два канала, каждый из которых включает последовательно расположенные и соединенные по первым входам

блок умножени , сумматор, блок делени , блок вычислени  коэффициентов и блок вычислени  соответствующей координаты Солнца, кроме того, блок обработки содержит сумматор и два запоминающих устройства , при этом первые выходы каждого из блоков управлени  соединены с соответствующими входами фоточувствительного прибора с зар довой св зью, вторые входы каждого из блоков управлени  соединены с

входом соответственно первого и второго запоминающих устройства, каждое из которых выходом подключено к второму входу блока вычислени  коэффициентов, выход фотоприемного блока соединен с входами

блоков умножени  и с входом сумматора, выходом подключенного ко вторым входам блоков делени .

Кроме того, блок управлени  счетом элементов и блок управлени  счетом строк

выполнены в виде задающего генератора, счетчика схемы сравнени  и запоминающего устройства, при этом выход задающего генератора  вл етс  выходом блока и соединен с входом счетчика, выход которого

 вл етс  вторым выходом блока и соединен с входом схемы сравнени , второй вход которой подключен к выходу запоминающего устройства, а выход схемы сравнени   вл етс  третьим выходом блока.

При этом блок формировани  оптического сигнала выполнен в виде крестообразной диафрагмы.

А блок формировани  оптического сигнала выполнен в.виде двух цилиндрических линз, одноименные оси которых расположены перпендикул рно друг другу.

Сравнение предложенного технического решени  с прототипом позвол ет сделать вывод о его соответствии критерию новизна .

При сравнении с другими техническими решени ми не было вы влено аналогичных признаков, что позвол ет сделать вывод о соответствии предложенного технического решени  критерию существенные отличи .

На чертеже изображена блок-схема предложенного солнечного датчика, где 1 - светофильтр, 2 - блок формировани  оптического сигнала, 3 - фоточувствительный прибор с зар довой св зью, 4 - первый блок умножени , 5 - первый сумматор, (Г- первый блок делени , 7 - первый блок вычислени  коэффициентов, 8 - первое запоминающее устройство, 9 - блок вычислени  координаты Солнца, 10- второй блок умножени , 11 - второй сумматор, 12 - второй блок делени , 13 - второй блок вычислени  коэффициентов, 14-блок вычислени  координаты Солнца, 15 - третий сумматор, 16 - второе запоминающее устройство, 17 - блок управлени  счетом элементов, 18 - первый задающий генератор, 19 - первый счетчик, 20 - перва  схема сравнени , 21 - третье запоминающее устройство, 22 - блок управлени  счетом строк, 23 - второй задающий генератор, 24 - первый счетчик, 25 - втора  схема сравнени , 26 - четвертое запоминающее устройство.

Солнечный датчик содержит светофильтр 1, установленный перед блоком 2 формировани  оптического сигнала, сопр женным оптически с фоточувствительным прибором с зар довой св зью (ФПЗС) 3, соединенным с двум  каналами блока обработки сигнала, каждый из которых содержит последовательно расположенные блоки 4 и 10 умножени , сумматоры 5 и 11, блоки 6 и 12 делени , блоки 7 и 13 вычислени  коэффициентов и блоки 9 и 14 вычислени  координаты Солнца. Кроме того, блок обработки сигнала содержит сумматор 15, входом соединенный с выходом ФПЗС, а выходом - со вторыми входами блоков 6 и 12 делени , два ЗУ 8 и 16, входом соединенные с выходом блоков 17 и 22 управлени  счетом элементов и счетом строк, а выходом подключенные соответственно к входам блоков 7 и 13 вычислени  коэффициентов. При этом блоки управлени  17 и 22 счетом элементов и счетом строк выполнены идентично и содержат задающие генераторы 18 и 23, выходом соединенные с входами счетчика 19 и 5 ФПЗСЗ. Выходы счетчиков 19 и 24 соединены с входом схем 20 и 25 сравнени , вторые входы которых соединены с выходом запоминающих устройств 21 и 26. Выходы счетчиков 19 и 24 и выходы схем 20 и 25

0 сравнени   вл ютс  выходами соответствующих блоков управлени .

Разбиение на зоны при считывании сигнала с фотоприемника осуществл етс  блоком управлени  счетом элементов, в

5 котором текущее значение опрашиваемого генератора импульсов элемента сравниваетс  в блоке 20 сравнени  с заданным и запомненным в запоминающем устройстве числом, равным половине общего числа эле0 ментов N в строке, и при их равенстве выдает команду в запоминающее устройство 8. Таким образом формируетс  команда дл  работы в каждой из областей разбиени . Аналогичным образом производитс  и

5 разбиение на зоны считывани  и по координате у блоком 22 управлени  счетом строк. Таким образом блоки 17 и 21 управлени  позвол ют при наличии одного канала обработки сигнала по каждой из координат

0 сформировать на выходе вычислителей Ф7 и 13 исходные данные дл  расчета коэффициентов А, В, С дл  уравнений (2) и (4).

По сним сущность обработки сигнала в схеме.

5 Диафрагма в форме крестообразной щели 2 проектирует на поверхности фотоприемника 3 изображение, положение которого зависит от угловых координат Солнца. При анализе сигнала используем метод

0/ средневзвешенного.

Поверхность матричного фотоприемника разбиваетс  на две равные области по каждой из координат,

Дл  текущих значений у:

5

от 1 до М/2 - 1 область

от М/2 до М - 2 область. Дл  текущих значений х:

oi 1 до N/2 от N/2 до N

Дл  каждой области цепочкой из эле- ментов 4, 5, 6 и 10, 11, 12 определ етс  среднее значение х - номера элемента, подсчитываемого счетчиками 19 и соответствующего ему значени  сигнала Ui, и дл  каждой области определ етс  среднее значение х, задава сь посто нным значением

у, и среднее значение у, задава сь посто нным значением х.

Определ ем значени  х и у дл  каждой из двух областей

в вычислител х 9 и 14 в соответствии с выражени ми:

(D

ЈV|

Значени  xi и ха определ ютс  блоком 4 умножени , сумматором 5, сумматором 15 и блоком 6 делени . Посто нные значени  У1 и у2 хран тс  в ЗУ 8 и выдаютс  дл  каждой области в соответствии с приходом сигнала управлени  с блока 17 управлени . Световые сигналы от Солнца образуют на поверхности фотоприемника пр мую линию в направлении, близком к оси у, уравнение которой имеет вид

AIXI + Biyi + Ci 0l

AlX2 + Biy2 +

(2)

где С - коэффициент, завис щий от конструктивных параметров и определ емый на стадии калибровки устройства.

Решаем систему уравнений известным образом относительно неизвестных коэффициентов AI и BL в блоке 7 вычислени  коэффициентов определ ем их.

Дл  текущих значений х поступаем аналогично: анализируем области

от 1 до N/2 от N/2 до N выбираем значени  yiV2

Дл  каждой области определ ютс  средние значени  цепочкой блока 10,11,12:

-$ у4-ЈУ V

О)

Определ ем коэффициенты пр мой, образованной на поверхности фотоприемника второй щелью диафрагмы в направлении, близком к оси х дл  каждой области:

А2ХЗ+ В2УЗ + С2 (Л А2Х4 + В2У4 С2 0.

(4)

Решаем уравнение (4) в вычислителе 13. По полученным коэффициентам определ ем координаты центра солнечного диска

Уо 10

где выражени  в скобках  вл ютс  матрицами , образованными коэффициентами пр мых , образованных на поверхности

фотоприемника изображением Солнца.

Устройство работает следующим образом .

Сигнал от Солнца, прошедший через светофильтр, формируетс  в виде изображени  оптической системой 2 на поверхности фоточувствительного прибора с зар довой св зью ФПЗС 3, с которого электрический сигнал, пропорциональный освещенности фоточувствительной поверхности , поступает на блоки 4 и 10 умножени , где умножаетс  на номер элемента xt и номер строки yi, соответствующие положению изображени  Солнца на поверхности чувствительного элемента ФПЗС 3 и

поступающие на вторые входы блоков 4 и 10 умножени  со счетчиков 19 блоков управлени  7 и 22 ФПЗС.

Последующа  схема в виде трех сумматоров 5,11 и 15, двух блоков 6 и 12 делени 

позвол ет вычислить значени  номера элементов строки х и строк у в соответствии с выражени ми (1) и (3). При этом средневзвешенные значени  х и 9 определ ютс  дл  каждой из областей, на которую разбита

поверхность матричного фотоприемника 3. Счет элементов строк дл  каждой области производитс  блоком управлени  счетом элементов 17 путем подсчета импульсов с задающего генератора 18 в счетчике 19 и

сравнени  их с заданным числом элементов , запомненным запоминающим устройством 21. Формирование областей подсчета строк производитс  аналогичным образом блоком 22 управлени  счетом строк, выполненным аналогично блоку 23 управлени . В запоминающих устройствах 8 и 16 хран тс  пары значений у и х, вычисленные по формулам (1) и (3) и  вл ющиес  посто нными величинами. Считываютс  они в соответствии с сигналом управлени  формируемым блоками 17 и 22 управлени .

Таким образом в вычислителе 7 и 13 коэффициентов через запоминающие устройства 8 и 16 подаютс  посто нные значени  х и у, вычисленные дл  каждой из двух

областей в соответствии с формируемыми блоками 17 и 22 управлени  сигналами. В вычислител х 7 и 13 коэффициентов производитс  вычисление коэффициентов уравнений пр мых в направлении, близком к оси у (2) и к оси х (4), путем решени  системы уравнений из двух неизвестных дл  каждой из них, по которым в соответствии с выражением (5) производитс  вычисление координат центра солнечного диска XQ и у0.

Предложенный солнечный датчик позвол ет повысить точность определени  координат Солнца в 3-5 раз вследствие использовани  более прот женного изображени  Солнца и применени  метода средневзвешенного при его анализе.

Claims (4)

1. Формула изобретени  1. Солнечный датчик, содержащий последовательно расположенные и оптически сопр женные светофильтр, блок формировани  оптического сигнала, фотоприемный блок на основе прибора с зар довой св зью, снабженный блоком управлени  счетом элементов и блоком управлени  счетом строк, выход которого соединен с входом блока обработки сигнала, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени  координат Солнца, блок обработки сигнала содержит два канала, каждый из которых выполнен в виде последовательно расположенных и соединенных по первым входам блока умножени , сумматора, блока делени , блока вычислени  коэффициентов и блока вычислени  соответствующей коор- динаты Солнца, а также сумматора и двух

   запоминающих устройств, при этом первые выходы каждого из блоков управлени  счетом соединены с соответствующими входами фоточувствительного прибора с зар довой св зью, вторые входы каждого из блоков управлени  соединены с входами соответственно первого и второго запоминающих устройств, каждое из которых выходом подключено к второму входу блока вычислени  коэффициентов, выход фотоприемного блока соединен с входами блоков умножени  и входом сумматора, выходом подключенного к вторым входам блоков делени .
2. 2.Датчик по п.1,отличающийс  тем, что блок управлени  счетом элементов и блок управлени  счетом строк выполнены в виде задающего генератора, счетчика, схемы сравнени  и запоминающего устройства , при этом выход задающего генератора  вл етс  выходом блока и соединен с входом счетчика, выход которого  вл етс  вторым выходом блока и соединен с входом схемы сравнени , второй вход которой подключен к выходу запоминающего устройства , а выход схемы сравнени   вл етс  третьим выходом блока.
3. 3.Датчик по п.1, отличающийс  тем, что блок формировани  оптического сигнала выполнен в виде крестообразной диафрагмы.
4. 4.Датчик по п.1, отл ичающийс  тем, что блок формировани  оптического сигнала выполнен в виде двух цилиндрических линз, одноименные оси которых расположены перпендикул рно друг другу.