RU2128849C1

RU2128849C1 - Radioisotope altimeter

Info

Publication number: RU2128849C1
Application number: RU97120049A
Authority: RU
Inventors: А.Н. Беляев; В.В. Войткун; А.Л. Минков
Priority date: 1997-11-20
Filing date: 1997-11-20
Publication date: 1999-04-10

Abstract

FIELD: radioisotope instrumentation, determination of altitude in navigation systems of flying vehicles. SUBSTANCE: radioisotope altimeter has radiation source, reference radiation source, scintillation detector, photodetector, code-controlled frequency divider, frequency signal converter, signal normalizer, device continuously measuring altitude and speed that incorporates sliding integrators, linearization code converter, subtracter, adder, multiplier and recorder of altitude and speed connected in series, actuator coupled through frequency comparator to output of photodetector which is also coupled to stabilizer and to code-controlled frequency divider connected with input to device compensating for changes of activity and background having connection to inputs of frequency signal converter and incorporating former of initial delay, meter of signal of reference radiation source, computer of compensation signal of change of activity of radiation source, formers of time interval of change of signal of background and of signal of background compensation as well as output former and buffer register. Output of stabilizer is connected to second input of photodetector. EFFECT: increased authenticity of measurements thanks reduction of dynamic error. 6 dwg

Description

Известны устройства для измерения высоты, основанные на использовании радиоактивных источников гамма-излучения [1, 2]. Known devices for measuring height based on the use of radioactive sources of gamma radiation [1, 2].

Устройство, описанное в работе [1], содержит источник и приемник гамма-излучения. В качестве источника гамма-излучения используется передатчик, содержащий радиоактивный изотоп кобальт-60, а приемник содержит последовательно включенные детектор излучения, нормализатор, усилитель и измеритель скорости счета (интенсиметр). The device described in [1] contains a source and receiver of gamma radiation. A transmitter containing a cobalt-60 radioactive isotope is used as a source of gamma radiation, and the receiver contains a radiation detector, a normalizer, an amplifier, and a counting rate meter (intensimeter) in series.

Передатчик излучает поток гамма-квантов в сторону подстилающей поверхности. Отраженный от подстилающей поверхности поток гамма-квантов регистрируется детектором излучения, который преобразует кванты излучения в электрические сигналы. Эти сигналы формируются в нормализаторе по длительности и амплитуде и подаются через усилитель на интенсиметр. Плотность потока отраженных от подстилающей поверхности гамма-квантов служит мерой высоты летательного аппарата (ЛА). The transmitter emits a gamma-ray flux towards the underlying surface. The gamma-ray flux reflected from the underlying surface is recorded by a radiation detector, which converts the radiation quanta into electrical signals. These signals are generated in the normalizer by duration and amplitude and are fed through the amplifier to the intensimeter. The flux density of gamma rays reflected from the underlying surface serves as a measure of the height of the aircraft.

Недостатком описанного устройства является то, что интенсивность излучения радиоактивного изотопа, введенного в состав передатчика высотомера, изменяется с течением времени согласно закона радиоактивного распада, что, в свою очередь, приводит к увеличению погрешности измерения высоты. Это обстоятельство требует дополнительных проверок прибора или его перенастройки. The disadvantage of the described device is that the radiation intensity of the radioactive isotope introduced into the altimeter transmitter changes over time according to the law of radioactive decay, which, in turn, leads to an increase in the error of height measurement. This circumstance requires additional checks of the device or its reconfiguration.

Другим недостатком описанного устройства, в случае использования его в качестве измерителя высоты, устанавливаемого на спускаемых аппаратах (СА) космических кораблей, обеспечивающего формирование исполнительного сигнала на включение двигателей мягкой посадки, является то, что оно не компенсирует дополнительную погрешность в измерении высоты, вызванную изменением фоновой составляющей регистрируемого сигнала. Указанное изменение фона обусловлено тем, что настройка измерителя высоты происходит перед запуском СА, а его реальная работа происходит после прохождения СА при посадке через плотные слои атмосферы, в результате которого происходит обгорание теплоизоляции корпуса, что, в свою очередь, приводит к изменению фонового сигнала, обусловленного гамма-квантами, отраженными от корпуса СА. Другой причиной изменения фона может служить незначительное отслоение теплозащитного покрытия (ТЗП) СА при прохождении его через плотные слои атмосферы, а также несанкционированная загрузка СА с орбитальной станции сторонними радиоактивными источниками или простая перекомпановка приборов в приборном отсеке. Another disadvantage of the described device, in the case of using it as a height meter installed on spacecraft descent vehicles (SA), which provides the formation of an executive signal to turn on soft landing engines, is that it does not compensate for the additional error in height measurement caused by a change in the background component of the recorded signal. The indicated background change is due to the fact that the height meter is set up before the launch of the SA, and its real work occurs after the passage of the SA during landing through dense layers of the atmosphere, as a result of which the heat insulation of the case is burned, which, in turn, leads to a change in the background signal, due to gamma rays reflected from the body of the SA. Another reason for the change in background can be a slight detachment of the thermal protective coating (TZP) of the SA during its passage through the dense layers of the atmosphere, as well as unauthorized loading of the SA from the orbital station by external radioactive sources or a simple re-arrangement of devices in the instrument compartment.

Еще одним недостатком описанного устройства является значительная зависимость показаний прибора от скорости спуска СА, т.е. значительная динамическая погрешность измерения высоты. Another disadvantage of the described device is the significant dependence of the readings on the speed of descent SA, i.e. significant dynamic error of height measurement.

Устройство, приведенное в работе [2], по своему принципу действия аналогично описанному выше и, следовательно, имеет те же недостатки. The device described in [2], by its operating principle, is similar to that described above and, therefore, has the same disadvantages.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является радиоизотопный высотомер, описанный в работе [3], содержащий источник излучения, связанные последовательно реперный источник излучения, сцинтилляционный блок детектирования, регистрирующий гамма-излучение реперного источника излучения и обратно рассеянное от подстилающей поверхности гамма-излучение, фотоприемник, преобразователь частотного сигнала, компенсатор динамической погрешности, а также исполнительное устройство, блок стабилизации, содержащий два компаратора с опорными сигналами SE1, SE2, входы которых соединены с выходом фотоприемника, а выходы - с входами соответствующих диодных интенсиметров с различающимися в два раза коэффициентами преобразования, выходы диодных интенсиметров подключены к входам блока вычитания, выход которого подключен к второму входу фотоприемника, первый вход которого соединен с выходом сцинтилляционного блока детектирования. Of the known devices, the closest in technical essence to the proposed device is a radioisotope altimeter described in [3], containing a radiation source, sequentially linked reference radiation source, a scintillation detection unit that detects gamma radiation of the reference radiation source and backscattered gamma from the underlying surface -radiation, a photodetector, a frequency signal converter, a dynamic error compensator, as well as an actuator, a stabilizer luminaire containing two comparators with reference signals SE1, SE2, the inputs of which are connected to the output of the photodetector, and the outputs are connected to the inputs of the corresponding diode intensimeters with two times different conversion coefficients, the outputs of the diode intensimeters are connected to the inputs of the subtraction unit, the output of which is connected to the second input photodetector, the first input of which is connected to the output of the scintillation detection unit.

Недостатком известного радиоизотопного высотомера является изменение его показаний со временем вследствие радиоактивного распада источника гамма-излучения и изменение фоновой составляющей сигнала до и после орбитального полета СА космического корабля, а также ограниченный диапазон измерения высоты с компенсацией динамической погрешности и связанное с этим ограничением отсутствие возможности непрерывного измерения высоты и скорости спуска СА в требуемом диапазоне высот. A disadvantage of the known radioisotope altimeter is the change in its readings over time due to radioactive decay of the gamma radiation source and a change in the background component of the signal before and after the orbital flight of the spacecraft’s spacecraft, as well as the limited range of altitude measurement with dynamic error compensation and the lack of continuous measurement associated with this limitation heights and speeds of descent SA in the required range of heights.

Цель изобретения - расширение диапазона измерения высоты с компенсацией динамической погрешности и, как следствие, расширение функциональных возможностей радиоизотопного высотомера, связанное с непрерывным измерением скорости спуска СА в измеряемом диапазоне высот. The purpose of the invention is the expansion of the range of height measurement with compensation for dynamic error and, as a result, the expansion of the functionality of the radioisotope altimeter associated with the continuous measurement of the speed of descent of the SA in the measured height range.

Технический результат обеспечивается путем введения устройства компенсации изменения активности источника излучения и фона, а также устройства непрерывного изменения высоты и скорости спуска СА в рабочем диапазоне высот и автоматической компенсацией динамической погрешности с алгоритмом работы, отличным от аналога [3], так как в устройстве, описанном в работе [3], указанная компенсация основана на решении двух нелинейных трансцендентных уравнений (динамической характеристики и кривой коррекции высотомера), которое обеспечивается только в одной точке высоты. The technical result is achieved by introducing a device for compensating for changes in the activity of the radiation source and background, as well as a device for continuously changing the height and speed of descent of the SA in the working range of heights and automatically compensating for the dynamic error with an operation algorithm different from the analogue [3], since in the device described in [3], this compensation is based on the solution of two nonlinear transcendental equations (dynamic characteristics and altimeter correction curve), which is provided only to at one point in height.

Поставленная цель достигается тем, что в радиоизотопный высотомер, содержащий источник излучения, связанные последовательно реперный источник излучения, сцинтилляционный блок детектирования, регистрирующий гамма-излучение реперного источника излучения и обратно рассеянное от подстилающей поверхности гамма-излучение, и фотоприемник, а также преобразователь частотного сигнала, исполнительное устройство, блок стабилизации, содержащий два компаратора с опорными сигналами SE1, SE2, входы которых соединены с выходом фотоприемника, а выходы - с входами соответствующих диодных интенсиметров с различающимися в два раза коэффициентами преобразования, выходы диодных интенсиметров соединены с входами блока вычитания, выход которого подключен к второму входу фотоприемника, первый вход которого соединен с выходом сцинтилляционного блока детектирования, введены устройство компенсации изменения активности источника излучения и фона, состоящее из последовательно соединенных формирователя начальной задержки, измерителя сигнала реперного источника излучения, вычислителя сигнала компенсации изменения активности источника излучения, формирователя интервала времени измерения сигнала фона, формирователя сигнала компенсации фона, выходного формирователя, а также буферного регистра, вход которого соединен с вторым выходом вычислителя сигнала компенсации изменения активности источника излучения, а выход с входом управляемого кодом делителя частоты, второй вход которого соединен с выходом фотоприемника, а выход - с вторым входом формирователя сигнала компенсации фона и с входом преобразователя частотного сигнала, второй вход которого соединен с выходом выходного формирователя, а также нормализатор сигнала, частотный компаратор и устройство непрерывного измерения высоты и скорости спуска СА, включающее в себя два скользящих интегратора с различающимися в m раз временами усреднения, линеаризирующий кодовый преобразователь, вычитатель, сумматор, умножитель и регистратор высоты и скорости; при этом скользящие интеграторы имеют общий вход, подключаемый к выходу нормализатора сигнала, первый вход которого подключен к выходу преобразователя частотного сигнала, а на второй вход подан опорный сигнал; выходы скользящих интеграторов подключены к первому и второму входам линеаризирующего кодового преобразователя, первый выход которого подключен к первым входам вычитателя и сумматора, а второй выход подключен к второму входу вычитателя, выход которого подключен к первому входу умножителя, на второй вход которого подается опорный сигнал, выход подключен к второму входу сумматора, выход которого подключен к первому входу регистратора высоты и скорости, второй вход которого подключен к выходу вычитателя, и к первому входу исполнительного устройства, второй вход которого подключен к выходу частотного компаратора, первый вход которого подключен к выходу фотоприемника, а на второй вход подан опорный сигнал, на третий вход исполнительного устройства подается опорный сигнал. This goal is achieved by the fact that in a radioisotope altimeter containing a radiation source, sequentially linked reference radiation source, a scintillation detection unit that detects gamma radiation from a reference radiation source and gamma radiation backscattered from the underlying surface, and a photodetector, as well as a frequency signal converter, an actuator, a stabilization unit, containing two comparators with reference signals SE1, SE2, the inputs of which are connected to the output of the photodetector, and the outputs - with the inputs of the corresponding diode intensimeters with conversion factors that are two times different, the outputs of the diode intensimeters are connected to the inputs of the subtraction unit, the output of which is connected to the second input of the photodetector, the first input of which is connected to the output of the scintillation detection unit, a device for compensating changes in the activity of the radiation source and background is introduced consisting of a series-connected shaper of the initial delay, a signal meter of a reference radiation source, a signal calculator to compensate for changes in the activity of the radiation source, the shaper of the time interval for measuring the background signal, the shaper of the background compensation signal, the output shaper, and the buffer register, the input of which is connected to the second output of the transmitter of the signal for compensating the changes in the activity of the radiation source, and the output with the input controlled by the frequency divider code, the second input of which is connected to the output of the photodetector, and the output - with the second input of the shaper of the background compensation signal and with the input of the frequency signal converter la, the second input of which is connected to the output of the output driver, as well as a signal normalizer, a frequency comparator, and a device for continuous measurement of the height and descent speed of the SA, including two moving integrators with averaging times that differ by a factor of m, a linearizing code converter, a subtracter, an adder, multiplier and registrar of height and speed; while the sliding integrators have a common input connected to the output of the signal normalizer, the first input of which is connected to the output of the frequency signal converter, and the reference signal is applied to the second input; the outputs of the sliding integrators are connected to the first and second inputs of the linearizing code converter, the first output of which is connected to the first inputs of the subtractor and the adder, and the second output is connected to the second input of the subtractor, the output of which is connected to the first input of the multiplier, the second input of which supplies the reference signal, the output connected to the second input of the adder, the output of which is connected to the first input of the altitude and speed recorder, the second input of which is connected to the output of the subtractor, and to the first input of the executive device, the second input of which is connected to the output of the frequency comparator, a first input of which is connected to the output of the photodetector and fed to a second input the reference signal, the reference signal is supplied to the third input of the actuator.

На фиг. 1 показана структурная схема радиоизотопного высотомера с непрерывным измерением высоты и скорости и автокомпенсацией динамической погрешности. In FIG. 1 shows a block diagram of a radioisotope altimeter with continuous measurement of altitude and speed and automatic compensation of dynamic error.

На фиг. 2 показана статическая характеристика высотомера на входе и выходе нормализатора. In FIG. 2 shows the static characteristic of the altimeter at the input and output of the normalizer.

На фиг. 3 показаны динамические характеристики на входе и выходе нормализатора. In FIG. 3 shows the dynamic characteristics at the input and output of the normalizer.

На фиг. 4 показаны сигналы на входе и выходе интеграторов СИ1 и СИ2. In FIG. 4 shows the signals at the input and output of the integrators SI1 and SI2.

На фиг. 5 показан принцип автоматической компенсации динамической погрешности высотомера с одновременным измерением скорости. In FIG. 5 shows the principle of automatic compensation of the dynamic error of the altimeter with simultaneous measurement of speed.

Радиоизотопный высотомер содержит блок источника излучения 1, сцинтилляционный блок детектирования 2, реперный источник излучения 3, фотоприемник 4, компараторы 5, 6, диодные интенсиметры с различающимися в два раза коэффициентами преобразования 7, 8, блок вычитания 9, формирователь начальной задержки 10, измеритель сигнала реперного источника излучения 11, вычислитель сигнала компенсации изменения активности источника излучения 12, формирователь интервала времени измерения сигнала фона 13, формирователь сигнала компенсации фона 14, выходной формирователь 15, буферный регистр 16, управляемый кодом делитель частоты 17, преобразователь частотного сигнала 18, нормализатор сигнала 19, скользящие интеграторы с различающимися в m раз временами усреднения 20, и 21, линеаризирующий кодовый преобразователь 22, вычитатель 23, умножитель 24, сумматор 25, регистратор высоты и скорости 26, частотный компаратор 27, исполнительное устройство 28. The radioisotope altimeter contains a radiation source unit 1, a scintillation detection unit 2, a reference radiation source 3, a photodetector 4, comparators 5, 6, diode intensimeters with two-times different conversion coefficients 7, 8, a subtraction unit 9, an initial delay former 10, a signal meter a reference radiation source 11, a transmitter for the compensation signal for changes in the activity of the radiation source 12, a shaper of the measurement interval of the background signal 13, a shaper of the background compensation signal 14, the output formulator 15, buffer register 16, code-controlled frequency divider 17, frequency signal converter 18, signal normalizer 19, moving integrators with averaging times 20 different by m times, and 21, linearizing code converter 22, subtractor 23, multiplier 24, adder 25, height and speed recorder 26, frequency comparator 27, actuator 28.

Радиоизотопный высотомер работает следующим образом. Radioisotope altimeter works as follows.

Источник излучения 1, содержащий источник гамма-излучения, например Cs-137, и защитную оболочку из материала с большим удельным весом и атомным номером (например вольфрам, обедненный уран) имеющую коллимирующее выходное отверстие для формирования направленного потока, излучает гамма-кванты через обшивку и теплозащитное покрытие (ТЗП) спускаемого аппарата СА в сторону подстилающей поверхности (грунт, вода). Отраженный от поверхности поток гамма-излучения, проход через ТЗП и обшивку СА, регистрируется сцинтилляционным блоком детектирования 2, содержащим реперный источник гамма-излучения 3, например, на основе радиоактивного изотопа Cs-137. Гамма-кванты, преобразованные сцинтилляционным блоком детектирования 2 в фотоны оптического диапазона, поступают на вход фотоприемника 4, который, в свою очередь, преобразует их в электрические импульсы. Одновременно осуществляется выделение полезного сигнала из собственного шума фотоприемника 4. С целью компенсации изменения характеристик фотоприемника от температуры и со временем используется специальная обработка сигнала в блоке стабилизации. Основными элементами блока стабилизации являются компараторы 5 и 6, диодные интенсиметры 7 и 8 с различающимися в 2 раза коэффициентами преобразования, сигнал с выходов которых поступают на входы 1 и 2 блока вычитания 9 соответственно, на выходе которого вырабатывается сигнал стабилизации, управляющий работой фотоприемника 4 [3]. A radiation source 1, comprising a gamma radiation source, for example Cs-137, and a protective sheath made of a material with a high specific gravity and atomic number (for example tungsten, depleted uranium) having a collimating outlet for the formation of a directed flow, emits gamma rays through the sheath and heat-shielding coating (TZP) of the SA descent vehicle towards the underlying surface (soil, water). The gamma radiation flux reflected from the surface, the passage through the TZP and the SA lining is recorded by a scintillation detection unit 2 containing a reference gamma radiation source 3, for example, based on the radioactive isotope Cs-137. Gamma rays converted by the scintillation detection unit 2 into photons of the optical range are fed to the input of the photodetector 4, which, in turn, converts them into electrical pulses. At the same time, a useful signal is extracted from the intrinsic noise of the photodetector 4. In order to compensate for changes in the characteristics of the photodetector from temperature, special signal processing in the stabilization unit is used over time. The main elements of the stabilization unit are comparators 5 and 6, diode intensimeters 7 and 8 with conversion factors 2 times different, the signal from the outputs of which are fed to the inputs 1 and 2 of the subtraction unit 9, respectively, at the output of which a stabilization signal is generated that controls the operation of photodetector 4 [ 3].

Сигнал с выхода фотоприемника 4 в виде случайной последовательности импульсов n(H, t), математическое ожидание частоты следования которых Mn(H,t) зависит от высоты СА до подстилающей поверхности и описывается статической характеристикой высотомера Mn(H) ≅ f(H) [3], транслируется через управляемый кодом делитель частоты на вход преобразователя частотного сигнала 18. В преобразователе частотного сигнала 18 производится вычитание частоты фона n(H >> Hcp,t) = nф = Ac. The signal from the output of photodetector 4 in the form of a random sequence of pulses n (H, t), the mathematical expectation of the repetition rate of which Mn (H, t) depends on the height of the SA to the underlying surface and is described by the static characteristic of the altimeter Mn (H) ≅ f (H) [ 3], it is transmitted through a code-controlled frequency divider to the input of the frequency signal converter 18. In the frequency signal converter 18, the background frequency n (H >> Hcp, t) = nph = Ac is subtracted.

Для компенсации погрешности измерения высоты, обусловленной радиоактивным распадом источника гамма-излучения и погрешности измерения высоты, обусловленной изменением фона до и после орбитального полета СА, используется устройство компенсации изменения активности источника излучения и фона, содержащее формирователь начальной задержки 10, измеритель сигнала реперного источника излучения 11, вычислитель сигнала компенсации изменения активности источника излучения 12, формирователь интервала времени измерения сигнала фона 13, формирователь сигнала компенсации фона 14, выходной формирователь 15, буферный регистр 16, помещаемое между выходом фотоприемника 4 и первым и вторым входами преобразователя частотного сигнала 18. To compensate for the error in measuring the height due to radioactive decay of the gamma radiation source and the error in measuring the height due to a change in the background before and after the orbital flight of the SA, a device for compensating for changes in the activity of the radiation source and background is used, which contains the initial delay driver 10, the signal meter of the reference radiation source 11 , a calculator of the signal for compensating for changes in the activity of the radiation source 12, a shaper of the time interval for measuring the background signal 13, spruce background compensation signal 14, output driver 15, a buffer register 16 that is placed between the output of the photodetector 4 and the first and second inputs of the frequency of the signal converter 18.

Таким образом, на выходе преобразователя частотного сигнала 18 формируется сигнал с компенсацией погрешности, обусловленной радиоактивным распадом источника гамма-излучения и погрешности, обусловленной изменением фона. Thus, at the output of the frequency signal converter 18, a signal is generated with error compensation due to radioactive decay of the gamma radiation source and error due to a change in background.

С целью обеспечения непрерывного измерения скорости и высоты с компенсацией динамической погрешности в радиоизотопном высотомере используется нормализатор сигнала 19 и устройство непрерывного измерения скорости и высоты с компенсацией динамической погрешности, содержащее два скользящих интегратора 20 и 21 с различающимися в m раз временами усреднения, линеаризирующий кодовый преобразователь 22, вычитатель 23, умножитель 24, сумматор 25, регистратор высоты и скорости 26, вход которого подключен к выходу нормализатора сигнала 19, а выход подключен к первому входу исполнительного устройства 28, на третий вход которого подается опорный сигнал, а для повышения надежности высотомера в нем используется частотный компаратор 27, первый вход которого подключен к выходу фотоприемника 4, на второй вход подан опорный сигнал, а выход подключен к второму входу исполнительного устройства 28. In order to ensure continuous measurement of speed and altitude with dynamic error compensation in a radioisotope altimeter, a signal normalizer 19 and a device for continuous measurement of speed and altitude with dynamic error compensation are used, containing two moving integrators 20 and 21 with averaging times varying by a factor of m, a linearizing code converter 22 , a subtractor 23, a multiplier 24, an adder 25, a height and speed recorder 26, the input of which is connected to the output of the signal normalizer 19, and the output is connected It is connected to the first input of the actuator 28, to the third input of which a reference signal is supplied, and to improve the reliability of the altimeter, it uses a frequency comparator 27, the first input of which is connected to the output of the photodetector 4, the reference signal is applied to the second input, and the output is connected to the second input actuator 28.

Для получения наиболее простого алгоритма работы устройства непрерывного измерения скорости и высоты с компенсацией динамической погрешности необходимо входной сигнал Mn(H) описать аналитическим выражением. Авторы на основании анализа множества полученных экспериментально тарировочных таблиц f(H) предложена аппроксимирующая функция (АФ) статической характеристики радиоизотопного высотомера, описывающая Mn(H) с точностью не хуже 0,5%, имеющая достаточно простой вид и отражающая физические процессы, влияющие на вид статической характеристик. Аппроксимирующая функция АФ имеет следующий вид:
АФ(H) = A[(M - b/H) arg tg (B/H)² + C](1)
Коэффициенты A, M, b, B, C находятся из системы пяти уравнений, получаемых путем подстановки пяти различных значений высот и скорости счета n(H), снятых экспериментально.To obtain the simplest algorithm of operation of the device for continuous measurement of speed and altitude with compensation for dynamic error, it is necessary to describe the input signal Mn (H) with an analytical expression. Based on the analysis of the set of experimentally obtained calibration tables f (H), the authors propose an approximating function (AF) of the static characteristic of the radioisotope altimeter, describing Mn (H) with an accuracy of no worse than 0.5%, having a fairly simple form and reflecting physical processes that affect the form static characteristics. The approximating AF function has the following form:
AF (H) = A [(M - b / H) arg tg (B / H) ² + C] (1)
The coefficients A, M, b, B, C are found from a system of five equations obtained by substituting five different values of heights and counting speed n (H), taken experimentally.

Коэффициента M, b, B определяются геометрическими характеристиками высотомера, неизменными для всех изделий. Из двух других коэффициентов A и C, последний определяет аддитивную (фоновую), а первый - мультипликативную (масштабирующую), определяемую активностью источника и площадью детектора, компоненту статической характеристики. Coefficients M, b, B are determined by the geometric characteristics of the altimeter, unchanged for all products. Of the other two coefficients A and C, the latter determines the additive (background), and the first determines the multiplicative (scaling), determined by the activity of the source and the area of the detector, the component of the static characteristic.

Таким образом, на вход нормализатора 19 поступает сигнал с вычтенной из него фоновой составляющей (C= O) и описываемый аппроксимирующей функцией, имеющей следующий вид:
АФ2(H) = A[(M - b/H) arg tg (B/H)² (2)
На втором входе нормализатора 19 устанавливается опорный сигнал A, равный значению скорости счета на выходе фотоприемника 4, измеренной на определенной высоте при настройке высотомера, например, на высоте 1.0 м.Thus, the input of the normalizer 19 receives a signal with the background component subtracted from it (C = O) and described by the approximating function, which has the following form:
AF2 (H) = A [(M - b / H) arg tg (B / H) ² (2)
At the second input of the normalizer 19, a reference signal A is set equal to the count rate at the output of the photodetector 4, measured at a certain height when adjusting the altimeter, for example, at a height of 1.0 m.

В нормализаторе 19 входной сигнал (2) делится на величину опорного сигнала A, вследствие чего на выходе нормализатора 19 получаем сигнал (см. фиг. 2,3). In the normalizer 19, the input signal (2) is divided by the value of the reference signal A, as a result of which, at the output of the normalizer 19, we obtain a signal (see Fig. 2,3).

n(H) ≅ AФ3(H) = (M-в/H)arctg(B/H)² (3)
Сигнал (3) поступает на входы скользящих интеграторов 20 и 21 устройств непрерывного измерения скорости и высоты с компенсацией динамической погрешности, осуществляющих операцию усреднения входного случайного сигнала с временами усреднения T1 = T и T2 = mT соответственно (см. фиг. 4). С выходов интеграторов отфильтрованные сигналы n1(H,t,T1) и n2(H,t,T2) поступают на первый и второй входы линеаризирующего кодового преобразователя 22, построенного на основе постоянного запоминающего устройства, который осуществляет линеаризацию сигнала с использованием функции АФ3(H). При этом, количество слов в преобразователе 22, определяется требуемой погрешностью определения высоты. Несмотря на то, что в обеих каналах преобразователя 22 записана одна и та же линеаризирующая функция L(n) = АФЗ^-1(H), сигналы на выходе преобразователя 22 будут отличаться друг от друга, как показано на фиг. 5, на величину ΔL(m-1) вследствие различия постоянных интегрирования скользящих интеграторов 20 и 21. Сигналы с первого и второго выхода преобразователя 22 поступают на первый и второй входы вычитателя 23, в котором и определяется величина разности ΔL(m-1), прямо пропорциональна величине динамической ошибки ΔH и несущая информацию о скорости спуска СА V = ∂H/∂t и поступающая на второй вход регистратора высоты и скорости 26, который индицирует значения скорости. Этот же сигнал ΔL(m-1) с выхода вычитателя 23 поступает на первый вход умножителя 24, на второй вход которого подан опорный сигнал коррекции высоты срабатывания от скорости спуска СА K устанавливаемый при настройке высотомера. В умножителе 24 этот опорный сигнал K умножается на сигнал ΔL/(m-1). В результате на выходе умножителя 24 формируется сигнал KΔL/(m-1), несущий информацию о значении высоты ΔHK, на которую должен быть скорректирован сигнал, поступающий с первого выхода двухканального матричного линеаризующая кодового преобразователя.n (H) ≅ AF3 (H) = (M-in / H) arctg (B / H) ² (3)
The signal (3) is supplied to the inputs of the sliding integrators 20 and 21 of the devices for continuous measurement of velocity and altitude with dynamic error compensation, performing the operation of averaging the input random signal with averaging times T1 = T and T2 = mT, respectively (see Fig. 4). From the outputs of the integrators, the filtered signals n1 (H, t, T1) and n2 (H, t, T2) are fed to the first and second inputs of the linearizing code converter 22, constructed on the basis of read-only memory, which linearizes the signal using the AF3 (H ) Moreover, the number of words in the transducer 22 is determined by the required error in determining the height. Despite the fact that the same linearizing function L (n) = AFZ ^-1 (H) is recorded in both channels of converter 22, the signals at the output of converter 22 will differ from each other, as shown in FIG. 5, by the value ΔL (m-1) due to the difference in the integration constants of the sliding integrators 20 and 21. The signals from the first and second outputs of the converter 22 are supplied to the first and second inputs of the subtractor 23, in which the difference ΔL (m-1) is determined, directly proportional to the magnitude of the dynamic error ΔH and carrying information about the speed of descent CA V = ∂H / ∂t and arriving at the second input of the altitude and speed recorder 26, which indicates the speed value. The same signal ΔL (m-1) from the output of the subtractor 23 is fed to the first input of the multiplier 24, the second input of which has a reference signal for correcting the altitude from the descent speed CA K, which is set when setting the altimeter. In the multiplier 24, this reference signal K is multiplied by the signal ΔL / (m-1). As a result, at the output of the multiplier 24, a signal KΔL / (m-1) is generated, which carries information about the value of the height ΔHK, to which the signal coming from the first output of the two-channel matrix linearizing code converter should be adjusted.

В сумматоре 25, сигналы суммируются и на его выходе формируется сигнал пропорциональный истинной текущей высоте СА, скорректированный по скорости спуска СА, который поступает на первый вход исполнительного устройства 28. При достижении величиной этого сигнала значения опорного сигнала S(H_cp), последнее вырабатывает исполнительный сигнал.In adder 25, the signals are summed up and a signal is generated at its output that is proportional to the true current altitude CA, adjusted for the speed of descent CA, which is fed to the first input of the actuator 28. When this signal reaches the value of the reference signal S (H _cp ), the latter generates an executive signal.

Необходимо отметить, что в предлагаемом приборе вследствие большого количества узлов в его составе имеется вероятность ложного срабатывания, которое может произойти в любом из узлов 17 - 24. It should be noted that in the proposed device due to the large number of nodes in its composition there is a probability of a false positive that can occur in any of the nodes 17-24.

В частности, ложное срабатывание может произойти вследствие, например, отказа любой из нескольких тысяч ячеек линеаризирующего кодового преобразователя 22 в результате действия ионизирующего излучения [4]. In particular, a false positive can occur due, for example, to the failure of any of several thousand cells of the linearizing code converter 22 as a result of the action of ionizing radiation [4].

Если такое срабатывание случится на этапе спуска СА на парашюте на высоте нескольких километров, высотомер сформирует исполнительный сигнал на включение двигателей мягкой посадки СА, что может привести к катастрофическим последствиям. В связи с этим, для повышения надежности высотомера за счет снижения влияния ложного срабатывания, в него введен частотный компаратор 27, первый вход которого подключен к выходу фотоприемника 4, а на второй вход подан опорный сигнал, а выход подключен ко второму входу исполнительного устройства 28. Частотный компаратор 27 может быть реализован на основе генератора опорной частоты, управляемого кодом делителя частоты и схемы на основе реверсивного двоичного счетчика [5]. If such an operation occurs during the descent of the SA by parachute at an altitude of several kilometers, the altimeter will generate an executive signal to turn on the soft landing engines of the SA, which can lead to catastrophic consequences. In this regard, to increase the reliability of the altimeter by reducing the influence of false alarms, a frequency comparator 27 is introduced into it, the first input of which is connected to the output of the photodetector 4, and a reference signal is applied to the second input, and the output is connected to the second input of the actuator 28. The frequency comparator 27 can be implemented on the basis of a reference frequency generator controlled by a frequency divider code and a circuit based on a reversible binary counter [5].

Такие компараторы имеют в 3 раза меньшую динамическую погрешность по сравнению с компараторами используемыми в прототипе при равной статистической погрешности [6]. Опорный сигнал, подаваемый на второй вход частотного компаратора 27, должен быть близок по величине к исполнительному сигналу S(H_cp), подаваемому на второй вход исполнительного устройства 28, но меньшее его с учетом максимальной скорости спуска, разницы альбедо (отражения гамма-излучения) поверхности посадки, минимального значения активности источника излучения и т. п. На выходе частотного компаратора сигнал появится при превышении сигналом на его первом входе величины опорного сигнала на высоте близкой к заданной высоте срабатывания, что разрешает прохождение исполнительного сигнала на включение двигателей мягкой посадки. Разрешающий сигнал связан с основным сигналом, поступающим на первый вход исполнительного устройства 28 с выхода сумматора 25 операцией "логическое И" (коньюнкция), следовательно сигнал на выходе исполнительного устройства 28 может появиться только при наличии сигналов на двух его входах. В результате введения параллельного канала на основе частотного компаратора 27, который выдает сигнал на исполнительное устройство 28, отказ типа "ложная тревога в узлах 17 - 25 радиоизотопного высотомера практически исключает его срабатывание на больших высотах, приводя к его срабатыванию на заданной высоте, но с большей погрешностью.Such comparators have 3 times less dynamic error in comparison with the comparators used in the prototype with equal statistical error [6]. The reference signal supplied to the second input of the frequency comparator 27 should be close in magnitude to the executive signal S (H _cp ) supplied to the second input of the actuator 28, but less than that taking into account the maximum descent speed, the difference in albedo (reflection of gamma radiation) landing surface, the minimum value of the activity of the radiation source, etc. At the output of the frequency comparator, the signal will appear when the signal at its first input exceeds the value of the reference signal at a height close to the specified response height, which azreshaet passing an actuation signal to include a soft landing engines. The enable signal is associated with the main signal received at the first input of the actuator 28 from the output of the adder 25 by the operation "logical AND" (conjunction), therefore, the signal at the output of the actuator 28 can appear only if there are signals at its two inputs. As a result of the introduction of a parallel channel based on the frequency comparator 27, which provides a signal to the actuator 28, a false alarm type failure in the nodes 17 - 25 of the radioisotope altimeter virtually eliminates its operation at high altitudes, leading to its operation at a given height, but with a higher an error.

Отметим, что повышение устойчивости к ложным срабатываниям высотомера обусловлено принципом резервирования [7] и боле высокой надежностью частотного компаратора 27 по сравнению с надежностью узлов 17 - 25, за счет значительно меньшего количества элементов. Note that the increase in resistance to false altimeter alarms is due to the principle of redundancy [7] and the higher reliability of the frequency comparator 27 compared to the reliability of the nodes 17 - 25, due to the significantly smaller number of elements.

В результате реализации предлагаемого радиоизотопного высотомера достигается непрерывное измерение скорости и высоты с компенсацией динамической погрешности, значительное упрощение настройки прибора (задание двух коэффициентов - нормирующего A и коррекции - K вместо 8 - 10 в прототипе [3]), повышение его надежности за счет снижения (на один - два порядка) вероятности ложного срабатывания. As a result of the implementation of the proposed radioisotope altimeter, continuous measurement of speed and altitude is achieved with dynamic error compensation, a significant simplification of the instrument setup (setting two coefficients - normalizing A and correction - K instead of 8 - 10 in the prototype [3]), increasing its reliability by reducing ( one to two orders of magnitude) the probability of a false positive.

В предлагаемом радиоизотопном высотомере узлы 1...9 могут быть выполнены так же как в прототипе [3]. Функциональные узлы 10...15 могут быть выполнены на ОЭВМ типа 1830ВЕ31 с ПЗУ на микросхеме типа 1623РТ1, буферный регистр 16 - на микросхеме типа 1533ИР22, при этом начальная задержка, измерение сигнала реперного источника излучения и т.д. выполняются программно. Управляемый кодом делитель частоты 17, преобразователь частотного сигнала 18 и нормализатор 19 могут быть реализованы на микросхемах типа 133ИЕ8, представляющих собой управляемые кодом делители частоты. Скользящие интеграторы 20, 21 представляют собой измерители средней частоты следования импульсов на основе цифрового накопителя типа "скользящее окно" [8] и могут быть реализованы на основе статического оперативного запоминающего устройства [9] или с помощью микропроцессора. Линеаризующий кодовый преобразователь 22 может быть выполнен на микросхеме постоянного запоминающего устройства, в которое при программировании записываются рассчитанные по аппроксимирующей функции коды. Вычитатель 23, умножитель 24 и сумматор 25 могут быть реализованы на основе микросхем сумматоров и умножителей, например 1526ИМ1, 1802ВР4, арифметико-логических устройств, например 1526ИП3, или микропроцессора. Регистратор высоты и скорости 26 может быть выполнен на микросхемах и элементах индикации или телеметрии любого типа. Частотный компаратор 27 может быть выполнен на основе реверсивного счетчика, генератора опорной частоты и управляемого кодом делителя частоты. Исполнительное устройство 28 может быть выполнено на микросхеме цифрового компаратора, например 561ИП2, или по схеме частотного компаратора. Кроме того, многие из узлов 17...28 могут быть реализованы на основе базовых матричных кристаллов, например КН5501ХМ1, в которых необходимые элементы (счетчики, регистры и т.п.) создаются путем выполнения необходимых связей базовых элементов при программировании. Это позволяет повысить надежность высотомера, снизить энергопотребление и уменьшить габариты прибора. In the proposed radioisotope altimeter nodes 1 ... 9 can be performed in the same way as in the prototype [3]. Functional units 10 ... 15 can be performed on an 1830BE31 type computer with ROM on a 1623PT1 type chip, buffer register 16 on a 1533IR22 type chip, with the initial delay, measuring the signal from a reference radiation source, etc. run software. Code-controlled frequency divider 17, frequency signal converter 18 and normalizer 19 can be implemented on type 133IE8 microcircuits, which are code-controlled frequency dividers. The sliding integrators 20, 21 are meters of the average pulse repetition rate based on a “sliding window” digital storage device [8] and can be implemented on the basis of a static random access memory [9] or using a microprocessor. Linearizing code converter 22 can be performed on a read-only memory chip, into which codes calculated by the approximating function are recorded during programming. The subtractor 23, the multiplier 24 and the adder 25 can be implemented on the basis of microchips of adders and multipliers, for example 1526IM1, 1802BP4, arithmetic logic devices, for example 1526IP3, or a microprocessor. The height and speed recorder 26 can be performed on microcircuits and display elements or telemetry of any type. The frequency comparator 27 can be made on the basis of a reversible counter, a reference frequency generator and a code-controlled frequency divider. Actuator 28 can be performed on a digital comparator chip, for example 561IP2, or according to the frequency comparator circuit. In addition, many of the nodes 17 ... 28 can be implemented on the basis of basic matrix crystals, for example, KN5501XM1, in which the necessary elements (counters, registers, etc.) are created by performing the necessary connections of the basic elements during programming. This allows you to increase the reliability of the altimeter, reduce power consumption and reduce the dimensions of the device.

Литература
[1] "Electronics", 1960, 33, N 2, с. 37.Literature
[1] "Electronics", 1960, 33, N 2, p. 37.

[2] "Авиационная промышленность", 1967, N 9, с. 49 - 51. [2] "Aviation Industry", 1967, N 9, p. 49 - 51.

[3] "Фотонный измеритель высоты КАКТУС", Каталог выставки "Высшая школа России и конверсия", М., ГК РФ по высшему образованию, стр. 243, 1993. [3] "CACTUS Photon Height Meter", Exhibition catalog "Higher School of Russia and Conversion", M., Civil Code of the Russian Federation for Higher Education, p. 243, 1993.

[4] Pictl J.C., Blanford JrT. Jr, "CMOS RAM cosmic ray induced error rate analysis", IEEE Trans. On Nucl. Sci., 1981, NS-28, N 6, p. 3962 - 67. [4] Pictl J.C., Blanford JrT. Jr, "CMOS RAM cosmic ray induced error rate analysis", IEEE Trans. On nucl. Sci., 1981, NS-28, N 6, p. 3962 - 67.

[5] Гутников В. С. "Интегральная электроника в измерительных устройствах", Л., Энергоатомиздат, 1988, стр. 178. [5] Gutnikov V. S. "Integrated electronics in measuring devices", L., Energoatomizdat, 1988, p. 178.

[6] Поздников В.И. "Применение метода последовательного анализа при решении релейных задач в радиоизотопном приборостроении", Ядерное приборостроение, 1981, вып. 1. [6] Pozdnikov V.I. "Application of the method of sequential analysis in solving relay problems in radioisotope instrumentation", Nuclear Instrumentation, 1981, no. 1.

[7] Сигорский В. П. Математический аппарат инженера, Киев, "Техника", 1977, стр. 726. [7] Sigorsky V. P. The mathematical apparatus of an engineer, Kiev, "Technique", 1977, p. 726.

[8] Седякин Н. М. Элементы теории случайных импульсных поток. М. Сов. Радио, 1965. [8] Sedyakin N. M. Elements of the theory of random pulsed flow. M. Sov. Radio, 1965.

[9] Горбов А. А. , Демченков В.П., Корбков И.Н. Цифровой накопитель на интегральных оперативных запоминающих устройствах, Приборы и техника эксперимента, N 2, 1986. [9] Gorbov A.A., Demchenkov V.P., Korbkov I.N. Digital Storage on Integrated Random Access Memory, Instruments and Experimental Techniques, N 2, 1986.

Claims

A radioisotope altimeter comprising a radiation source, a sequentially linked reference radiation source, a scintillation detection unit detecting gamma radiation of a reference radiation source and gamma radiation backscattered from the underlying surface, and a photodetector, as well as a frequency signal converter, an actuator, a stabilization unit, comprising two comparators with reference signals SE1, SE2, the inputs of which are connected to the output of the photodetector, and the outputs are connected to the inputs of the corresponding diode inte nsimeters with conversion coefficients that are two times different, the outputs of the diode intensimeters are connected to the inputs of the subtraction unit, the output of which is connected to the second input of the photodetector, the first input of which is connected to the output of the scintillation detection unit, characterized in that a device for compensating for changes in the activity of the radiation source is introduced into it and background, consisting of a series-connected shaper of the initial delay, a signal meter of the reference radiation source, a calculator of the compensation signal and changes in the activity of the radiation source, the shaper of the time interval for measuring the background signal, the shaper of the background compensation signal, the output shaper, and also the buffer register, the input of which is connected to the second output of the transmitter of the signal for compensating changes in the activity of the radiation source, and the output is connected to the input of the frequency divider controlled by the code, the second input of which is connected to the output of the photodetector, and the output - with the second input of the shaper of the background compensation signal and with the input of the frequency signal converter, the second the path of which is connected to the output of the output driver, as well as a signal normalizer, a frequency comparator, and a device for continuous measurement of height and speed, including two moving integrators with averaging times that differ m times, a linearizing code converter, a subtractor, an adder, a multiplier, and a height recorder and speed, while the sliding integrators have a common input connected to the output of the signal normalizer, the first input of which is connected to the output of the frequency signal converter, and at A reference signal is input, the outputs of the sliding integrators are connected to the first and second inputs of the linearizing code converter, the first output of which is connected to the first inputs of the subtractor and the adder, and the second output is connected to the second input of the subtractor, the output of which is connected to the first input of the multiplier, to the second input of which the reference signal is supplied, the output is connected to the second input of the adder, the output of which is connected to the first input of the altitude and speed recorder, the second input of which is connected to the output of the subtractor, and to the first input of the actuator, the second input of which is connected to the output of the frequency comparator, the first input of which is connected to the output of the photodetector, and the reference signal is applied to the second input, and the reference signal is supplied to the third input of the actuator.