RU2319172C1 - Method of determination of spacecraft coordinates - Google Patents
Method of determination of spacecraft coordinates Download PDFInfo
- Publication number
- RU2319172C1 RU2319172C1 RU2006113262/09A RU2006113262A RU2319172C1 RU 2319172 C1 RU2319172 C1 RU 2319172C1 RU 2006113262/09 A RU2006113262/09 A RU 2006113262/09A RU 2006113262 A RU2006113262 A RU 2006113262A RU 2319172 C1 RU2319172 C1 RU 2319172C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coordinate system
- telescope
- coordinates
- optical axis
- space object
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Telescopes (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемый способ относится к области траекторных измерений параметров орбит подвижных космических объектов (КО) на фоне звездного неба с помощью оптико-электронной аппаратуры, установленной на орбитальном измерителе (космическом аппарате-измерителе - КАИ).The proposed method relates to the field of trajectory measurements of the orbits of moving space objects (KOs) against the background of the starry sky using optoelectronic equipment installed on an orbital meter (spacecraft-meter - KAI).
Известны способы и устройства определения координат подвижных объектов (авт. свид. СССР №1019673; патенты РФ №№2081383, 2168753, 2172010, 2191407, 2197070, 2251712; патенты США №№3567163, 3700799, 6122572, 6163372; патент WO №0125722; Грязин Г.Н. Оптико-электронные системы для обзора пространства: Системы телевидения. - Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1988, с.8-9, рис.4 и другие).Known methods and devices for determining the coordinates of moving objects (ed. Certificate of the USSR No. 1019673; RF patents No. 2081383, 2168753, 2172010, 2191407, 2197070, 2251712; US patents No. 3567163, 3700799, 6122572, 6163372; patent WO No. 0125722; Gryazin G.N. Optoelectronic systems for space viewing: Television systems.- L .: Engineering, Leningrad Branch, 1988, pp. 8-9, Fig. 4 and others).
Из известных способов и устройств наиболее близким к предлагаемым являются «Способ определения координат объекта и оптико-электронное устройство для его осуществления» (патент РФ №2.251.712, G01S 13/66, 2003), которые и выбраны в качестве прототипов.Of the known methods and devices closest to the proposed are the "Method for determining the coordinates of the object and the optoelectronic device for its implementation" (RF patent No. 2.251.712, G01S 13/66, 2003), which are selected as prototypes.
Известный способ заключается в определении угловой координаты изображения объекта вместе с изменяющими образ элементами в поле зрения и последующем пересчете полученной величины в стабилизированную систему координат, определении величины и направления линейной скорости объекта в стабилизированной системе координат, формировании величины углового смещения в стабилизированной картинной плоскости, исходя из полученной величины и координат, характеризующих линейное смещение изменяющих образ элементов относительно собственной системы координат объекта, корректировке угловой координаты изображения объекта вместе с искажающими образ элементами в стабилизированной системе координат на величину углового смещения.The known method consists in determining the angular coordinate of the image of the object together with the image-changing elements in the field of view and then recalculating the obtained value into a stabilized coordinate system, determining the magnitude and direction of the linear velocity of the object in a stabilized coordinate system, generating the angular displacement in the stabilized picture plane based on of the obtained value and coordinates characterizing the linear displacement of the image-changing elements relative to their own system we coordinates of the object, adjusting the angular coordinates of the object image together with the image distorting elements in a stabilized coordinate system by an amount of angular displacement.
Оптико-электронное устройство содержит последовательно соединенные оптико-электронный пеленгатор и преобразователь из измерительной в стабилизированную систему координат, последовательно соединенные блок определения линейной скорости объекта, блок формирования величины углового смещения и сумматор, второй вход которого соединен с выходом преобразователя из измерительной в стабилизированную систему координат.The optoelectronic device contains a serially connected optoelectronic direction finder and a transducer from a measuring to a stabilized coordinate system, a unit for determining the linear velocity of an object, a unit for generating an angular displacement value, and an adder, the second input of which is connected to the output of the transducer from the measuring to a stabilized coordinate system.
Однако известные способ и устройство не обеспечивают точного определения координат движущегося космического объекта на фоне звездного неба с помощью оптико-электронной аппаратуры, установленной на орбитальном измерителе.However, the known method and device do not provide accurate determination of the coordinates of a moving space object against the background of the starry sky using optoelectronic equipment mounted on an orbital meter.
Технической задачей изобретения является повышение точности определения координат движущегося космического объекта на фоне звездного неба с помощью оптико-электронной аппаратуры, установленной на орбитальном измерителе, путем привязки космического объекта к каталожным звездам, координаты которых с высокой точностью известны во второй экваториальной системе координат.An object of the invention is to increase the accuracy of determining the coordinates of a moving space object against the background of the starry sky using optical-electronic equipment mounted on an orbital meter, by linking the space object to catalog stars, the coordinates of which are known with high accuracy in the second equatorial coordinate system.
Поставленная задача решается тем, что способ определения координат космического объекта, в соответствии с ближайшим аналогом, заключающийся в определении угловой координаты изображения космического объекта вместе с изменяющими образ элементами в поле зрения и последующем пересчете полученной величины в стабилизированную систему координат, отличается от ближайшего аналога тем, что в качестве стабилизированной системы координат используют вторую экваториальную систему координат, дополнительно определяют линейные координаты xρ, yρ изображения космического объекта в приборной системе координат, жестко связанной с ПЗС-матрицей телескопа, плоскость которой устанавливают на расстоянии fп от фокуса телескопа перпендикулярно его оптической оси, прямое восхождение αо и склонение δо оптической оси телескопа во второй экваториальной системе координат и угол разворота φр между плоскостью круга склонения оптической оси телескопа и вертикальной плоскостью приборной системы координат, а затем переносят плоскость ПЗС-матрицы вдоль оптической оси на расстояние fп от фокуса телескопа, линейные координаты xρ, yρ пересчитывают в углы отклонения γρ, βρ проекции изображения космического объекта на оси xпр, yпр приборной системы координат от оптической оси телескопа, определяют отклонения направления вектора на космический объект от направления оптической оси телескопа, дальнейшие расчеты проводят на сфере единичного радиуса, используя формулы сферической тригонометрии для расчета элементов сферических треугольников, образуемых пересечением дуг больших кругов на поверхности сферы единичного радиуса, и определяют прямое восхождение αρ и склонение δρ вектора во второй экваториальной системе координат.The problem is solved in that the method for determining the coordinates of a space object, in accordance with the closest analogue, which consists in determining the angular coordinate of the image of the space object together with image-changing elements in the field of view and subsequent conversion of the obtained value into a stabilized coordinate system, differs from the closest analogue in that that as a stabilized coordinate system using the second equatorial coordinate system, additionally determine the linear coordinates x ρ , y ρ images of a space object in the instrumental coordinate system, rigidly connected with the CCD matrix of the telescope, the plane of which is set at a distance f p from the telescope focus perpendicular to its optical axis, right ascension α о and declination δ about the optical axis of the telescope in the second equatorial coordinate system and the rotation angle φ p between the plane of the circle declination optical axis and the vertical plane of the instrument coordinate system, and then transferred to the CCD plane along the optical axis at a distance f n of Fok a telescope linear coordinates ρ x, y ρ converted into deviation angles γ ρ, β ρ projection image space object on the axis x ave, y ave instrument coordinate system on the optical axis of the telescope is determined deflection direction vector on a space object from the direction of the optical axis of the telescope, further calculations are carried out on the sphere of unit radius using the formulas of spherical trigonometry to calculate the elements of spherical triangles formed by the intersection of the arcs of large circles on the surface of the sphere of unit radius, and determine the right ascension α ρ and declination δ ρ of the vector in the second equatorial coordinate system.
Поставленная задача решается тем, что оптико-электронное устройство, в соответствии с ближайшим аналогом, содержащее последовательно соединенные оптико-электронный пеленгатор и преобразователь из измерительной в стабилизированную систему координат, отличается тем, что в качестве оптико-электронного пеленгатора выбран телескоп, который установлен на борту орбитального измерителя, в качестве измерительной системы координат выбрана приборная система координат, жестко связанная с ПЗС-матрицей, плоскость которой установлена на расстоянии fп от фокуса телескопа перпендикулярно его оптической оси, в качестве стабилизированной системы координат выбрана вторая экваториальная система координат, а преобразователь из приборной во вторую экваториальную систему координат выполнен в виде последовательно подключенных к первому выходу ПЗС-матрицы телескопа первого квадратора, сумматора, второй вход которого через второй квадратор соединен со вторым выходом ПЗС-матрицы, блока извлечения квадратного корня, первого блока деления, первого блока вычисления арктангенса и блока вычисления элементов сферического треугольника, два выхода которого являются выходами преобразователя из приборной во вторую экваториальную систему координат, последовательно подключенных к первому выходу ПЗС-матрицы телескопа второго блока деления и второго блока вычисления арктангенса, выход которого соединен со вторым входом блока вычисления элементов сферического треугольника, последовательно подключенных к второму выходу ПЗС-матрицы телескопа третьего блока деления и третьего блока вычисления арктангенса, выход которого соединен с третьим входом блока вычисления элементов сферического треугольника, причем вторые входы блоков деления соединены с выходом блока определения расстояния fп ПЗС-матрицы от фокуса телескопа, четвертый, пятый и шестой входы блока вычисления элементов сферического треугольника соединенная с выходами блока определения угла разворота φρ между плоскостью круга склонения оптической оси телескопа и вертикальной плоскостью приборной системы координат и блока определения прямого восхождения αо и склонения δо оптической оси телескопа во второй экваториальной системе координат.The problem is solved in that the optoelectronic device, in accordance with the closest analogue, containing a serially connected optoelectronic direction finder and a transducer from measuring to a stabilized coordinate system, differs in that a telescope mounted on board is selected as the optoelectronic direction finder orbital meter, the instrument coordinate system is selected as the measuring coordinate system, rigidly connected with the CCD matrix, the plane of which is set at a distance If f p is from the focus of the telescope perpendicular to its optical axis, the second equatorial coordinate system is selected as the stabilized coordinate system, and the converter from the instrument to the second equatorial coordinate system is made in the form of a first quadrator, adder connected to the first output of the telescope CCD matrix, the second input which through the second quadrator is connected to the second output of the CCD matrix, the square root extraction unit, the first division unit, the first arctangent calculation unit and the block in calculating the elements of a spherical triangle, the two outputs of which are the outputs of the converter from the instrument to the second equatorial coordinate system, connected in series to the first output of the CCD matrix of the telescope of the second division unit and the second arctangent calculation unit, the output of which is connected to the second input of the spherical triangle element calculation unit connected to the second output of the CCD matrix of the telescope of the third division unit and the third arctangent calculation unit, the output of which is Inonii to a third input of the computation of the spherical triangle members, wherein the second inputs of dividing blocks connected to the output of the determining the distance f n of the CCD of the telescope focus, fourth, fifth and sixth inputs calculation unit elements spherical triangle connected to the output determination unit angle of rotation φ ρ between the plane of the circle declination optical axis and the vertical plane of the instrument coordinate system and detection unit of the right ascension and declination α δ of the optical axis of the telescope second equatorial coordinate system.
Связь между приборной и экваториальной системами координат показаны на фиг.1 и 2. Структурная схема оптико-электронного устройства, реализующего предлагаемый способ определения координат космического объекта, представлена на фиг.3.The relationship between the instrument and the equatorial coordinate systems are shown in FIGS. 1 and 2. A block diagram of an optical-electronic device that implements the proposed method for determining the coordinates of a space object is shown in FIG. 3.
Оптико-электронное устройство содержит последовательно соединенные оптико-электронный пеленгатор 1 и преобразователь 2 из измерительной в стабилизированную систему координат, выполненный в виде последовательно подключенных к первому выходу пеленгатора 1 (ПЗС-матрицы) первого квадратора 3, сумматора 5, второй вход которого через второй квадратор 4 соединен со вторым выходом телескопа 1 (ПЗС-матрицы), блока 6 извлечения квадратного корня, первого блока 7 деления, первого блока 10 вычисления элементов сферического треугольника, два выхода которого являются выходами преобразователя 2 из приборной во вторую экваториальную систему координат, последовательно подключенных к первому выходу ПЗС-матрицы телескопа второго блока 8 деления и второго блока 11 вычисления арктангенса, выход которого соединен со вторым входом блока 13 вычисления элементов сферического треугольника, последовательно подключенных ко второму выходу ПЗС-матрицы третьего блока 9 деления и третьего блока 12 вычисления арктангенса, выход которого соединен с третьим входом блока 13 вычисления элементов сферического треугольника. Причем вторые входы блоков 7, 8 и 9 деления соединены с выходом блока 14 определения расстояния fп ПЗС-матрицы от фокуса телескопа 1, четвертый, пятый и шестой входы блока 13 вычисления элементов сферического треугольника соединены с выходами блока 15 определения прямого восхождения αо и склонения δо оптической оси телескопа 1 во второй экваториальной системе координат и блока 16 определения угла разворота φρ между плоскостью круга склонения оптической оси телескопа 1 и вертикальной плоскостью приборной системы координат.The optoelectronic device contains a serially connected optoelectronic direction finder 1 and a
Предлагаемый способ реализуют следующим образом.The proposed method is implemented as follows.
В моменты проведения измерений космический объект ρ фиксируется на фотоприемнике (ПЗС-матрице) в виде точки, линейные координаты которого (xρ, уρ) определяются в приборной системе координат OпXхр, Yпрdпр (фиг.1), жестко связанной с ПЗС-матрицей, плоскость которой устанавливается на расстоянии fп от фокуса телескопа перпендикулярно его оптической оси. Вместе с космическим объектом в моменты проведения измерений на ПЗС-матрице фиксируются изображения звезд (S1, S2, S3), в том числе и каталожных, координаты которых записаны в звездном каталоге (например, «FK-5», «Hipparcos») в виде прямого восхождения αs и склонения δs звезды с точностью долей угловых секунд во второй экваториальной системе координат х, у, z (фиг.1,2). Последняя используется в качестве стабилизированной системы координат.At the moments of measurements, the space object ρ is fixed on the photodetector (CCD matrix) in the form of a point, the linear coordinates of which (x ρ , y ρ ) are determined in the instrument coordinate system O p X xp , Y pr d pr (Fig. 1), rigidly associated with a CCD matrix, the plane of which is installed at a distance f p from the focus of the telescope perpendicular to its optical axis. Together with the space object, at the moment of measurements, images of stars (S 1 , S 2 , S 3 ) are recorded on the CCD matrix, including catalogs, the coordinates of which are recorded in the star catalog (for example, “FK-5”, “Hipparcos” ) in the form of a right ascension α s and declination δ s of a star with an accuracy of fractions of angular seconds in the second equatorial coordinate system x, y, z (Fig. 1,2). The latter is used as a stabilized coordinate system.
Для того чтобы привязать подвижный космический объект ρ к каталожным звездам, необходимо получить его координаты также во второй экваториальной системе координат, т.е. получить прямое восхождение αρ и склонение δρ вектора , направленного на измеряемый объект ρ (фиг.1).In order to attach a moving space object ρ to catalog stars, it is necessary to obtain its coordinates also in the second equatorial coordinate system, i.e. get right ascension α ρ and declination δ ρ of the vector aimed at the measured object ρ (figure 1).
Поскольку направление оптической оси телескопа (оси dпр приборной системы координат) задается двумя установочными углами αуст, ηуст относительно осей орбитальной подвижной системы координат τ, ε, n, а положение осей хпр, упр определяется углом разворота φр относительно круга склонения оптической оси телескопа, то пересчет линейных координат подвижного космического объекта (xρ, yρ) и звезд (xsj, ysj) во вторую экваториальную систему координат производится путем последовательного перемножения матриц перехода между осями приборной и подвижной орбитальной систем координат, затем между осями подвижной орбитальной (τ, b, n) и абсолютной геоцентрической (х, у, z) системами координат в соответствии с правилами преобразования координат в пространстве (п. 2.6.5.2.3 «Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗов», авторы И.Н.Бронштейн. К.А.Семендяев, М.: Наука, 1980. - С.312-314).Since the direction of the telescope's optical axis (axis d ave instrument coordinate system) is defined by two mounting angles α mouth, η mouth relative to the axis of the orbital motion system τ coordinates, ε, n, and the position of the axes x ave, y ave is determined turn angle φ r with respect to the declination circle optical axis of the telescope, then the linear coordinates of the moving space object (x ρ , y ρ ) and stars (x sj , y sj ) are recalculated into the second equatorial coordinate system by sequentially multiplying the transition matrices between the instrument and moving orbital coordinate systems, then between the axes of the moving orbital (τ, b, n) and absolute geocentric (x, y, z) coordinate systems in accordance with the rules for transforming coordinates in space (Section 2.6.5.2.3, “Mathematics Reference for engineers and students of technical schools, authors I.N. Bronstein. K.A.Semendyaev, M .: Nauka, 1980. - S.312-314).
Взаимное положение осей координат приборной (xпр, yпр, dпр), подвижной орбитальной (τ, b, n) и абсолютной геоцентрической (х, у, z) систем координат показано на фиг.2, а матрицы перехода между осями этих систем координат приведены в работе «Основы теории полета космических аппаратов». Под ред. Г.С.Нариманова. - М.: Машиностроение, 1972. - 608 с.The relative position of the coordinate axes of the instrument (x pr , y pr , d pr ), mobile orbital (τ, b, n) and absolute geocentric (x, y, z) coordinate systems is shown in figure 2, and the transition matrix between the axes of these systems coordinates are given in the work "Fundamentals of the theory of spacecraft flight". Ed. G.S. Narimanova. - M.: Mechanical Engineering, 1972. - 608 p.
Пересчитав координаты объекта ρ из приборной в абсолютную геоцентрическую систему координат (АГЭСК) xρ, yρ, zρ, можно получить угловые координаты вектора во второй экваториальной системе координат по формулам:By recalculating the coordinates of the object ρ from the instrument to the absolute geocentric coordinate system (AGESC) x ρ , y ρ , z ρ , we can obtain the angular coordinates of the vector in the second equatorial coordinate system according to the formulas:
которые позволяют получить значения угла αρ в диапазоне [0, 2π], а угла δρ в пределах [-π/2, π/2].which make it possible to obtain values of the angle α ρ in the range [0, 2π], and the angle δ ρ in the range [-π / 2, π / 2].
Однако предложенный выше пересчет углов связан с большим количеством вычислений и большим риском получения ошибочных значений углов αρ, δρ, что связано, прежде всего, с допущением случайной ошибки в направляющих косинусах между осями систем координат или в результатах перемножения матриц перехода.However, the recalculation of angles proposed above is associated with a large number of calculations and a high risk of obtaining erroneous values of the angles α ρ , δ ρ , which is primarily associated with the assumption of a random error in the direction cosines between the axes of the coordinate systems or in the results of multiplying the transition matrices.
Предлагаемый способ пересчета линейных координат (xρ, yρ) в угловые координаты (αρ, δρ) лишен указанных выше недостатков и может использоваться в бортовой ЭВМ орбитального измерителя при условии, что известно направление оптической оси телескопа (углы αo, δo) во второй экваториальной системе координат и угол разворота φр вертикальной плоскости приборной системы координат, в которой лежат оси dпр, упр, относительно плоскости круга склонения оптической оси телескопа (дуга L1ρ на фиг.1).The proposed method of converting linear coordinates (x ρ , y ρ ) into angular coordinates (α ρ , δ ρ ) is devoid of the above disadvantages and can be used in the on-board computer of the orbital meter, provided that the direction of the optical axis of the telescope (angles α o , δ o ) in the second equatorial coordinate system and the rotation angle φ p of the vertical plane of the instrument coordinate system, in which the axes d pr , y pr , lie relative to the plane of the declination circle of the optical axis of the telescope (arc L 1 ρ in figure 1).
Определение углов αо, δо и φр производится по разработанным алгоритмам прогноза и уточняется на момент проведения измерений путем привязки их к каталожным звездам.The determination of the angles α о , δ о and φ р is carried out according to the developed forecasting algorithms and is refined at the time of measurement by linking them to catalog stars.
Таким образом, в момент определения положения подвижного космического объекта ρ измеряются или считываются известными прямое восхождение αо и склонение δо оптической оси телескопа во второй оптической системе координат, угол разворота φр между плоскостью круга склонения оптической оси телескопа и вертикальной плоскостью приборной системы координат (осью упр), линейные координаты xρ, уρ изображения (проекции) объекта ρ на плоскость ПЗС-матрицы (точка ρ' на фиг.1) и расстояние fп вдоль оптической оси между фокусом телескопа (точка Оз на фиг.1) и плоскость ПЗС-матрицы (fп равно длине отрезка ОзОп).Thus, at the moment the position of the moving space object ρ is determined, the right ascension α о and the declination δ about the telescope optical axis in the second optical coordinate system, the pivot angle φ p between the plane of the declination circle of the optical axis of the telescope and the vertical plane of the instrumental coordinate system are measured or known to be known ( y-axis straight) linear coordinates x ρ, ρ y image (projection) of the object on the plane ρ CCD (point ρ 'in Figure 1) and a distance f n along the optical axis between telescope focal point (point O of n 1) and the plane of the CCD (f n is the length of the segment O O n).
Для определения угловых координат (αρ, δρ) вектора во второй экваториальной системе координат перенесем плоскость ПЗС-матрицы вдоль оптической оси на расстояние fп от фокуса телескопа, в результате чего плоскость ПЗС-матрицы в точке Оп будет касаться сферы радиусом fп с центром в точке фокуса телескопа Оз, который лежит в плоскости экватора Земли.To determine the angular coordinates (α ρ , δ ρ ) of the vector in the second equatorial coordinate system, we transfer the plane of the CCD matrix along the optical axis to a distance f p from the telescope focus, as a result of which the plane of the CCD matrix at the point O p will touch a sphere of radius f p centered at the focal point of the telescope O z that lies in Earth equator planes.
Поскольку оптическая ось телескопа перпендикулярна плоскости ПЗС-матрицы, то линейные координат xρ, yρ можно пересчитать в углы отклонения проекции точки ρ' на оси xпр, yпр (точки К и М на фиг.1) от оптической оси телескопаBecause the telescope optical axis is perpendicular to the plane of the CCD, the linear coordinate ρ x, y ρ can be counted in terms of the projection angle of deviation ρ 'on a straight axis x, y ave (point K and M in Figure 1) from the optical axis of the telescope
а отклонение направления вектора , проходящего через точку ρ', от направления оптической оси телескопа равноand the deviation of the direction of the vector passing through the point ρ 'from the direction of the optical axis of the telescope is
Переведя линейные координаты (xρ, yρ) в угловые значения γρ, βρ, Θρ, дальнейшие расчеты можно производить на сфере единичного радиуса, используя формулы сферической тригонометрии для расчета элементов сферических треугольников, образуемых пересечением дуг больших кругов на поверхности сферы единичного радиуса. Для этого проведем дуги больших кругов , в котором лежит вертикальная плоскость приборной системы координат (оси dпр, yпр), , в котором лежит горизонтальная плоскость приборной системы координат (оси dпр, xпр), , в котором лежат векторы и .By translating the linear coordinates (x ρ , y ρ ) into the angular values γ ρ , β ρ , Θ ρ , further calculations can be performed on the sphere of unit radius using the formulas of spherical trigonometry to calculate the elements of spherical triangles formed by the intersection of the arcs of large circles on the surface of the unit sphere radius. To do this, draw arcs of large circles , in which lies the vertical plane of the instrument coordinate system (axis d pr , y pr ), , in which lies the horizontal plane of the instrument coordinate system (axis d pr , x pr ), in which the vectors lie and .
Проекция точки ρ на дугу большого круга обозначена буковой ρ", а точки М и К спроецируются на дуги и в виде точек М', К' (на фиг.1 не показаны). Точка Оп лежит на дуге . Соединив точку ρ" с точками Оп и М' дугами больших кругов, получим прямоугольный сферический треугольник ОпМ'р", в котором известными элементами являются три стороны (Опρ"=Θρ,ОпМ'=βρ, ρ"М'=γρ) и угол ОпМρ"=π/2.The projection of the point ρ onto the arc the large circle is marked with beechen ρ ", and the points M and K are projected onto arcs and in the form of points M ', K' (not shown in FIG. 1). Point O p lies on an arc . Connecting the point ρ "with the points O n and M 'by arcs of large circles, we obtain a right-angled spherical triangle O n M'r" in which the known elements are three sides (O n ρ "= Θ ρ , O n M' = β ρ , ρ "M '= γ ρ ) and the angle O p M ρ " = π / 2.
По теореме синусов в прямоугольном сферическом треугольнике OпM'ρ" имеемBy the sine theorem in a right-angled spherical triangle O n M'ρ "we have
а по теореме косинусов сторонand by the cosine theorem of the parties
что позволяет определить угол разворота дуги ОпМρ" относительно вертикальной плоскости приборной системы координат (дуги 1,2) xρ в диапазоне [0,2π].which allows you to determine the angle of rotation of the arc O p Mρ "relative to the vertical plane of the instrument coordinate system (arc 1,2) x ρ in the range [0,2π].
Из сферического треугольника ОпРρ", в котором известны две стороны (РОп=π/2-δо; Опρ"=Θρ) и угол (φρ+xρ), по теореме косинусов сторон имеемFrom the spherical triangle О п Рρ ", in which two sides are known (РО п = π / 2-δ о ; О п ρ" = Θ ρ ) and the angle (φ ρ + x ρ ), by the cosine theorem of the sides we have
или or
sin δρ=sinδocosΘρ+cosδosinΘρ·cos(fp+xυ),sin δ ρ = sinδ o cosΘ ρ + cosδ o sinΘ ρ · cos (f p + x υ ),
откуда склонение вектора во второй экваториальной системе координат определяется по формулеwhere is the declination of the vector in the second equatorial coordinate system is determined by the formula
По теореме синусов в том же сферическом треугольнике получимBy the sine theorem in the same spherical triangle, we obtain
откуда where from
Из геометрических соотношений на фиг.1 следует, что прямое восхождение вектора во второй экваториальной системе координат равноFrom the geometric relationships in figure 1 it follows that the right ascension of the vector in the second equatorial coordinate system is equal
Таким образом, осуществлен прямой пересчет линейных координат (xρ, уρ) из приборной системы координат в угловые координаты (αρ, δρ) второй экваториальной системы координат.Thus, a direct recalculation of the linear coordinates (x ρ , y ρ ) from the instrument coordinate system to the angular coordinates (α ρ , δ ρ ) of the second equatorial coordinate system was performed.
Оптико-электронное устройство работает следующим образом.Optoelectronic device operates as follows.
В момент проведения измерений космический объект ρ фиксируется на фотоприемнике (ПЗС-матрицы) в виде точки, линейные координаты (xρ, yρ) определяются в приборной системе координат Опxпрyпрdпр (фиг.1), жестко связанной с ПЗС-матрицей, плоскость которой устанавливается на расстоянии fп от фокуса телескопа 1 перпендикулярно его оптической оси. Вместе с КО в моменты проведения измерений на ПЗС-матрице фиксируются звезды (S1, S2, S3, фиг.1), в том числе и каталожные, координаты которых известны.At the time of measurements, the space object ρ is fixed on the photodetector (CCD matrix) in the form of a point, the linear coordinates (x ρ , y ρ ) are determined in the instrument coordinate system О п x пр y пр d пр (Fig. 1), which is rigidly connected with A CCD, the plane of which is set at a distance f p from the focus of the telescope 1, is perpendicular to its optical axis. Together with KO, at the moment of measurements, stars (S 1 , S 2 , S 3 , Fig. 1) are recorded on the CCD matrix, including catalogs whose coordinates are known.
Линейные координаты xρ, уρ КО с двух выходов телескопа 1 (ПЗС-матрицы) поступают на входы квадраторов 3 и 4, на первые входы блоков 8 и 9 деления соответственно. Сигналы, пропорциональные xρ 2 и yρ 2, с выхода квадраторов 3 и 4 поступают на два входа сумматора 5. Выходной сигнал последнего, пропорциональный xρ 2+yρ 2, поступает на вход блока 6 извлечения квадратного корня, выходной сигнал которого подается на вход блока 7 деления. На вторые входы блоков 7, 8 и 9 деления поступает сигнал, пропорциональный fп, с выхода блока 14. На выходе блоков 7, 8 и 9 деления образуются сигналы пропорциональныеThe linear coordinates x ρ , at ρ KO from the two outputs of the telescope 1 (CCD matrix) are fed to the inputs of the
; ; , ; ; ,
соответственно, которые поступают на вход блоков 10, 11 и 12 вычисления арктангенса. На выходе последних образуются сигналы, пропорциональныеrespectively, which are input to the
соответственно. Эти сигналы поступают на входы блока 13 определения элементов сферического треугольника, на другие входы которого подаются сигналы, пропорциональные αo, δo и φρ, с выходов соответствующих блоков 15 и 16.respectively. These signals are fed to the inputs of the
В блоке 13 определяются угловые координаты КО во второй экваториальной системе координат:In
Все используемые для реализации заявленного оптико-электронного устройства блоки являются известными либо могут быть реализованы на базе известных блоков известными методами.All blocks used to implement the claimed optoelectronic device are known or can be implemented on the basis of known blocks by known methods.
Таким образом, предлагаемые способ и устройство по сравнению с прототипами и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивают повышение точности определения координат движущегося космического объекта на фоне звездного неба с помощью оптико-электронной аппаратуры, установленной на орбитальном измерителе. Это достигается путем привязки космического объекта к каталожным звездам, координаты которых с высокой точностью известны во второй экваториальной системе координат.Thus, the proposed method and device in comparison with prototypes and other technical solutions of a similar purpose provide an increase in the accuracy of determining the coordinates of a moving space object against a starry sky using optoelectronic equipment installed on an orbital meter. This is achieved by linking the space object to catalog stars, the coordinates of which are known with high accuracy in the second equatorial coordinate system.
При этом для указанной привязки предложен метод прямого пересчета линейных координат, полученных в измерительной системе оптико-электронного прибора, в угловые координаты второй экваториальной системы координат.At the same time, for the indicated binding, a method is proposed for directly converting the linear coordinates obtained in the measuring system of the optoelectronic device into the angular coordinates of the second equatorial coordinate system.
Предлагаемый прямой метод пересчета линейных координат в угловые координаты по сравнению с классическим методом пересчета, основанным на последовательном перемножении матриц перехода в соответствии с правилами преобразования координат в пространстве, свободен от большого количества вычислений и большого риска получения ошибочных значений угловых координат в процессе перемножения матриц перехода.The proposed direct method for converting linear coordinates to angular coordinates compared to the classical method of conversion based on successive multiplication of transition matrices in accordance with the rules for transforming coordinates in space is free of a large number of calculations and a high risk of obtaining erroneous values of angular coordinates in the process of multiplying transition matrices.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006113262/09A RU2319172C1 (en) | 2006-04-19 | 2006-04-19 | Method of determination of spacecraft coordinates |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006113262/09A RU2319172C1 (en) | 2006-04-19 | 2006-04-19 | Method of determination of spacecraft coordinates |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2319172C1 true RU2319172C1 (en) | 2008-03-10 |
Family
ID=39281051
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006113262/09A RU2319172C1 (en) | 2006-04-19 | 2006-04-19 | Method of determination of spacecraft coordinates |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2319172C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2461016C1 (en) * | 2011-04-04 | 2012-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш) | Method of displaying ballistic state of orbit group of spacecraft |
-
2006
- 2006-04-19 RU RU2006113262/09A patent/RU2319172C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2461016C1 (en) * | 2011-04-04 | 2012-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш) | Method of displaying ballistic state of orbit group of spacecraft |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106289246B (en) | A kind of flexible link arm measure method based on position and orientation measurement system | |
Grodecki | IKONOS stereo feature extraction-RPC approach | |
Burner et al. | Videogrammetric model deformation measurement technique | |
CN104406607B (en) | The caliberating device of a kind of many visual fields complex optics sensor and method | |
Huang et al. | Accurate 3-D position and orientation method for indoor mobile robot navigation based on photoelectric scanning | |
CN101825475A (en) | Image motion compensation method for space optical remote sensor | |
CN108759798A (en) | A kind of implementation method of high-precision spacecraft precision measure | |
CN106468544B (en) | Satellite high-precision angle-measuring method based on photoelectric auto-collimator | |
CN110146093A (en) | Binary asteroid detection independently cooperates with optical navigation method | |
CN105444778B (en) | A kind of star sensor based on imaging geometry inverting is in-orbit to determine appearance error acquisition methods | |
Gou et al. | INS/CNS integrated navigation based on corrected infrared earth measurement | |
CN105403731B (en) | A kind of femtosecond laser Doppler's three-dimensional flow method for sensing of high-accuracy wide-range | |
Henry et al. | Absolute triangulation algorithms for space exploration | |
Akyol et al. | Low-cost laser scanning system design | |
CN116123998A (en) | Method for measuring overhead explosion points in real time based on video acquisition at multiple stations | |
CN102279001A (en) | Phase shift compensation method of space-borne camera | |
CN103344958A (en) | Method for estimating spaceborne SAR high order Doppler parameter based on ephemeris data | |
Goldsmith et al. | An inertial-optical tracking system for portable, quantitative, 3D ultrasound | |
CN112683307B (en) | Star sensor star point centroid position precision measurement method | |
RU2319172C1 (en) | Method of determination of spacecraft coordinates | |
CN110686593B (en) | Method for measuring relative position relation of image sensors in spliced focal plane | |
RU2723199C1 (en) | Method and system for determining orientation of spacecraft in space with autonomous correction of light aberration effect | |
CN102607563A (en) | System for performing relative navigation on spacecraft based on background astronomical information | |
CN114088019B (en) | Portable device and method for measuring two-dimensional deflection angle of axis | |
CN102519471A (en) | Imaging type earth sensor earth oblateness compensation method based on trigonometric function fitting |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080420 |