RU2525652C1 - Angle measurement device - Google Patents

Angle measurement device Download PDF

Info

Publication number
RU2525652C1
RU2525652C1 RU2013108383/28A RU2013108383A RU2525652C1 RU 2525652 C1 RU2525652 C1 RU 2525652C1 RU 2013108383/28 A RU2013108383/28 A RU 2013108383/28A RU 2013108383 A RU2013108383 A RU 2013108383A RU 2525652 C1 RU2525652 C1 RU 2525652C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mirror
faces
lens
angle
monoblock
Prior art date
Application number
RU2013108383/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Янович Гебгарт
Михаил Петрович Колосов
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Геофизика-Космос" (ОАО "НПП "Геофизика-Космос")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Геофизика-Космос" (ОАО "НПП "Геофизика-Космос") filed Critical Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Геофизика-Космос" (ОАО "НПП "Геофизика-Космос")
Priority to RU2013108383/28A priority Critical patent/RU2525652C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2525652C1 publication Critical patent/RU2525652C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: measurement equipment.SUBSTANCE: angle measurement device comprises a lens, a matrix radiation receiver, a calculation unit and a channel of geometric reference, comprising the following components optically coupled with the lens of the lighting unit, having three sources of light arranged at the angle of 120° to each other, a collimator unit including three input and three output point diaphragms, and a mirror-prism unit, forming a monoblock with diaphragms applied on it and rigidly connected to the reference plane of the angle measurement device. The mirror-prism monoblock is made of six side mirror faces and parallel refracting bases that limit them, the larger hexagonal of which with applied outlet point diaphragms faces the lens, besides, its adjacent ribs are arranged at the angle 120° to each other. The monoblock is made with three additional refracting faces, placed between large bases and appropriate side mirror face, making a sharp angle with the large base and placed in front of the output point diaphragm, each additional face is equipped with an input point diaphragm, and angles between the large base and three additional refracting faces and three side mirror faces, arranged in front of three input point diaphragms, are equal to 90°.EFFECT: increased accuracy of a device without complication of its design and increase of weight and dimension characteristics.7 dwg

Description

Изобретение относится к области оптико-электронной техники, а точнее - к оптико-электронным приборам, обеспечивающим измерение угловых координат цели в динамическом режиме, и может быть использовано для автоматического управления ориентацией и навигацией космических аппаратов (КА).The invention relates to the field of optoelectronic technology, and more specifically, to optoelectronic devices that measure the angular coordinates of a target in a dynamic mode, and can be used to automatically control the orientation and navigation of spacecraft (SC).

Широко известны оптико-электронные приборы (астроприборы), определяющие угловое положение КА относительно астрономических источников излучения. Эти приборы на современных КА решают задачи астроориентации и астрокоррекции. Такие углоизмерительные приборы описаны в статье «Нерасстраиваемые оптические системы угломеров с неподвижной линией визирования», авт. А.Я. Гебгарт, М.П. Колосов, Оптический журнал, 2010 г., т.77, №10, 48-53 с. Кроме того, функциональная схема такого прибора также раскрыта в книге «Оптика адаптивных угломеров», авт.М.П. Колосов, Москва: Логос, 2011 г., стр.149-151. К недостаткам этих устройств следует отнести недостаточно высокие точностные характеристики.Optoelectronic devices (astro devices) are widely known that determine the angular position of a spacecraft relative to astronomical radiation sources. These devices on modern spacecraft solve the problems of astro-orientation and astro-correction. Such angle measuring devices are described in the article “Non-tunable optical systems of goniometers with a fixed line of sight”, ed. AND I. Gebgart, M.P. Kolosov, Optical Journal, 2010, v.77, No. 10, 48-53 s. In addition, the functional diagram of such a device is also disclosed in the book “Optics of adaptive goniometers”, auth.M. Kolosov, Moscow: Logos, 2011, pp. 149-151. The disadvantages of these devices include insufficiently high accuracy characteristics.

Аналогичный углоизмерительный прибор описан в патенте на изобретение №2399871, который выбран в качестве прототипа.A similar angle measuring device is described in the patent for invention No. 2399871, which is selected as a prototype.

Прибор содержит канал геометрического эталона (КГЭ), выполненный в виде осветительного блока, коллиматорного блока и зеркально-призменного блока, осуществляющего ввод излучения от осветительного блока в объектив, объектив, фотоприемное устройство и вычислительный блок, при этом осветительный блок выполнен в виде трех источников излучения, установленных перед входными диафрагмами и расположенных под углом 120° друг к другу, коллиматорный блок выполнен в виде трех входных точечных диафрагм и трех выходных точечных диафрагм, расположенных на задней, обращенной к объективу, вне его входного зрачка, грани (основании) зеркально-призменного блока, а зеркально-призменный блок представляет собой единый моноблок, выполненный в виде параллельных меньшей передней и большей задней, обращенной к объективу, шестиугольных граней, соседние ребра которых расположены под углом 120° друг к другу и образуют шесть боковых зеркальных граней между собой, которые наклонены под острым углом к задней грани, при этом зеркально-призменный блок своей задней гранью установлен на опорной плоскости углоизмерительного прибора.The device contains a geometric reference channel (CGE), made in the form of a lighting unit, a collimator unit and a mirror-prism unit, introducing radiation from the lighting unit into the lens, objective, photodetector and computing unit, while the lighting unit is made in the form of three radiation sources installed in front of the input diaphragms and located at an angle of 120 ° to each other, the collimator unit is made in the form of three input point diaphragms and three output point diaphragms, located on the back, facing the lens, outside its entrance pupil, the face (base) of the mirror-prism block, and the mirror-prism block is a single monoblock, made in the form of parallel hexagonal faces, smaller edges in front and the larger back, facing the lens, adjacent edges which are located at an angle of 120 ° to each other and form six lateral mirror faces between themselves, which are inclined at an acute angle to the rear face, while the mirror-prism block with its rear face is mounted on the reference plane oizmeritelnogo device.

В углоизмерительном звездном приборе перед меньшей передней гранью зеркально-призменного блока дополнительно установлена бленда, а шесть боковых зеркальных граней зеркально-призменного блока наклонены, например, под углом 45° к его задней грани. Наклон боковых зеркальных граней зеркально-призменного блока, расположенных напротив выходных диафрагм, выбирается таким образом, чтобы обеспечить на входе объектива необходимое отклонение пучка света от оптической оси прибора для формирования на фотоприемном устройстве опорной системы координат. При этом в устройстве расположение диафрагм выбирается таким образом, чтобы обеспечить на входе объектива необходимое отклонение пучка света от оси прибора для формирования на фотоприемном устройстве опорной системы координат. В углоизмерительном звездном приборе передняя и задняя грани основания представляют собой подобные шестиугольники, образованные из равносторонних треугольников с одинаково усеченными, параллельно сторонам, вершинами, при этом передняя и задняя грани представляют собой подобные шестиугольники.In the angle measuring star device, a hood is additionally installed in front of the smaller front face of the mirror-prism block, and six side mirror faces of the mirror-prism block are inclined, for example, at an angle of 45 ° to its rear face. The inclination of the lateral mirror faces of the mirror-prism block located opposite the output diaphragms is chosen so as to provide the necessary deviation of the light beam from the optical axis of the device at the input of the lens to form a reference coordinate system on the photodetector. In this case, the location of the apertures in the device is selected in such a way as to provide the necessary deviation of the light beam from the axis of the device at the input of the lens to form a reference coordinate system on the photodetector. In a stellar angle instrument, the front and rear faces of the base are similar hexagons formed from equilateral triangles with vertices equally truncated parallel to the sides, while the front and rear faces are similar hexagons.

Известное устройство (прибор) изображено на фиг.1. Оно содержит бленду 1, объектив 2, матричный приемник излучения (МПИ) с вычислительным блоком 3, а также КГЭ, включающий осветитель 4, состоящий из трех источников излучения, зеркально-призменный моноблок 6 с шестью точечными прозрачными диафрагмами 5 и 7, входящие в состав коллиматора. Зеркально-призменный моноблок 6 выполнен в виде единой оптической детали (моноблока) с двумя параллельными преломляющими гранями (основаниями) и с шестью боковыми зеркальными наклонными гранями, диафрагмы 5 и 7 нанесены на заднюю большую поверхность (основание) зеркально-призменного моноблока 6, обращенную к объективу 2, а в качестве осветителей 4 используют, например, светодиоды. МПИ с накоплением фотоэлектронов, связанный с вычислительным блоком 3, может быть выполнено на основе ПЗС-матрицы.A known device (device) is shown in figure 1. It contains a lens hood 1, lens 2, a matrix radiation receiver (MPI) with a computing unit 3, and a CGE, including a illuminator 4, consisting of three radiation sources, a mirror-prismatic monoblock 6 with six point transparent diaphragms 5 and 7, which are part of collimator. The mirror-prismatic monoblock 6 is made in the form of a single optical part (monoblock) with two parallel refracting faces (bases) and with six side mirror inclined faces, the diaphragms 5 and 7 are deposited on the back large surface (base) of the mirror-prismatic monoblock 6, facing lens 2, and as illuminators 4, for example, LEDs are used. MPE with the accumulation of photoelectrons associated with the computing unit 3 can be performed on the basis of a CCD matrix.

Устройство работает следующим образом: излучение от визируемой звезды (фиг.1), пройдя бленду 1, предназначенную для подавления паразитных засветок от боковых световых помех, зеркально-призменный моноблок КГЭ 6, работающий на проход, попадает во входной зрачок объектива 2 и фокусируется на МПИ 3. Излучение от осветителя 4, пройдя точечную прозрачную диафрагму 5, последовательно отразившись от наклонных зеркал зеркально-призменного моноблока КГЭ 6 и пройдя точечную диафрагму 7, выходит из КГЭ. Указанное излучение, пройдя объектив 2, фокусируется на МПИ 3. Затем сигналы с матрицы обрабатываются блоком 14 с последующей выдачей информации о положении и ориентации КА.The device operates as follows: radiation from a sighted star (Fig. 1), passing through hood 1, designed to suppress spurious illumination from lateral light noise, a mirror-prismatic monolithic block KGE 6 operating in the passage enters the entrance pupil of lens 2 and focuses on the MPI 3. The radiation from the illuminator 4, having passed the point transparent diaphragm 5, successively reflected from the inclined mirrors of the mirror-prismatic monoblock KGE 6 and passing the point diaphragm 7, leaves the KGE. The specified radiation, passing through the lens 2, is focused on MPI 3. Then the signals from the matrix are processed by block 14 with the subsequent issuance of information about the position and orientation of the spacecraft.

Соответствующее расположение точечных диафрагм 5 и 7 на задней поверхности на большем основании зеркально-призменного моноблока 6 позволяет обеспечить необходимое угловое отклонение пучка от оси блока.The corresponding location of the point diaphragms 5 and 7 on the rear surface on the larger base of the mirror-prismatic monoblock 6 allows you to provide the necessary angular deviation of the beam from the axis of the block.

Аналогичным образом работают и два остальных идентичных канала, расположенных под углом 120° друг к другу. Таким образом, на выходе КГЭ образуется три пучка лучей, оси которых составляют одинаковый угол α с осью блока, а между собой составляют угол 120°. Угловое положение нормали к опорной плоскости определяется ортоцентром равностороннего треугольника, в вершинах которого расположены оси симметрии трех рабочих пучков.Similarly, the other two identical channels work, located at an angle of 120 ° to each other. Thus, at the output of the CGE three beams of rays are formed, the axes of which make up the same angle α with the axis of the block, and make an angle of 120 ° between them. The angular position of the normal to the reference plane is determined by the orthocenter of an equilateral triangle, at the vertices of which the symmetry axes of the three working beams are located.

Необходимое угловое отклонение осей вышедших пучков реализуется также и за счет изменения углов наклона зеркальных граней, расположенных напротив выходных диафрагм.The necessary angular deviation of the axes of the emerged beams is also realized by changing the angles of inclination of the mirror faces located opposite the output diaphragms.

При эксплуатации пучки вне зоны входного зрачка фокусируются объективом 2 на МПИ 3 в виде изображения трех точек, расположенных в вершинах равностороннего треугольника. Наличие изображения трех точек определяет опорную систему координат прибора на МПИ 3, относительно которой производится измерение положения визируемой звезды (цели). Начало координат находится в ортоцентре указанного треугольника, совпадающего с оптической осью. Все это позволяет производить измерения положения визируемой звезды относительно полученного изображения марок и, следовательно, исключить погрешности определения координат, связанные, например, с микросмещениями МПИ 3 в направлениях, перпендикулярных оптической оси объектива 2. Также исключаются и погрешности определения координат визируемой звезды, связанные с возможным разворотом МПИ 3 относительно оптической оси.During operation, the beams outside the entrance pupil are focused by the lens 2 on the MPI 3 in the form of an image of three points located at the vertices of an equilateral triangle. The presence of the image of three points determines the reference coordinate system of the device on MPI 3, relative to which the position of the sighted star (target) is measured. The origin is in the orthocenter of the specified triangle, coinciding with the optical axis. All this allows us to measure the position of the sighted star relative to the obtained image of the marks and, therefore, to exclude errors in the determination of coordinates associated, for example, with micro displacements of MPI 3 in directions perpendicular to the optical axis of the lens 2. Also, errors in determining the coordinates of the sighted star associated with possible turning MPI 3 relative to the optical axis.

При дефокусировке МПИ 3 вновь образованный треугольник, в вершинах которого расположены изображения марок, сохраняет свое подобие первоначальному, при этом ортоцентр треугольника остается на оптической оси. Следовательно, и в новой плоскости установки определяется практически неизменное положение системы координат на МПИ 3.When defocusing the MPI 3, the newly formed triangle, at the tops of which the images of the stamps are located, retains its similarity to the original, while the orthocenter of the triangle remains on the optical axis. Therefore, in the new installation plane, the almost unchanged position of the coordinate system on MPI 3 is determined.

Выполнение зеркально-призменного моноблока КГЭ 6 в виде единой оптической детали, жестко установленного задней преломляющей гранью на опорной плоскости, обеспечивает высокую стабильность углового положения вышедших из КГЭ пучков относительно опорной плоскости и прошедших КГЭ пучков от визируемой звезды при значительных температурных, вибрационных и ударных воздействиях, что повышает точность прибора. При этом толщина КГЭ вдоль оптической оси объектива может быть предельно малой, что улучшает габаритно-массовые характеристики всего прибора.The implementation of the mirror-prismatic monoblock KGE 6 in the form of a single optical part, rigidly mounted by the rear refracting face on the reference plane, provides high stability of the angular position of the emitted from the CGE beams relative to the reference plane and transmitted by the CGE beams from the sighted star under significant temperature, vibration and shock effects, which increases the accuracy of the device. Moreover, the thickness of the CGE along the optical axis of the lens can be extremely small, which improves the overall mass characteristics of the entire device.

На фиг.2 приведен вид по стрелке А из фиг.1, на котором показано взаимное расположение трех осветителей, трех входных точечных диафрагм 5 и трех выходных точечных диафрагм 7.Figure 2 shows a view along arrow A of figure 1, which shows the relative position of three illuminators, three input point diaphragms 5 and three output point diaphragms 7.

Наличие двух разнесенных по ходу луча точечных диафрагм формирует «нитевидный» пучок лучей с геометрической расходимостью, определяемой выражением:The presence of two point diaphragms spaced along the beam forms a “filiform” beam of rays with a geometric divergence defined by the expression:

2 ω = 2 arcsin { n sin [ ( a r c t g ( D 1 + D 2 ) / L ] } , ( 1 )

Figure 00000001
2 ω = 2 arcsin { n sin [ ( a r c t g ( D one + D 2 ) / L ] } , ( one )
Figure 00000001

где D1, D2 - соответственно диаметры диафрагм 5 и 7,where D1, D2 are respectively the diameters of the diaphragms 5 and 7,

L - оптическая длина развернутого в плоскопараллельную пластину КГЭ,L is the optical length deployed in a plane-parallel plate of the CGE,

n - показатель преломления.n is the refractive index.

Точечная диафрагма 7 играет роль объектива коллиматора и работает как камера обскура. Таким образом, функционально коллиматорный блок, содержащий входные и выходные точечные диафрагмы, можно рассматривать как три коллиматора-обскуры, которые формируют на матрице МПИ три изображения. Эти изображения круглые, а распределение их освещенности обладает осевой симметрией, что весьма благоприятно для обеспечения точности прибора. Однако, как показала практика, для улучшения точности прибора угловой размер (2ω) этих изображений желательно уменьшить. Но, по существу, сделать это невозможно. Действительно уменьшение D1 ограничивается технологическими возможностями по изготовлению точечных отверстий. При уменьшении D2, начиная с некоторого придела, начинают доминировать дифракционные явления, и угловой размер изображения становится больше размера 2ω, определяемого выражением (1). Величину L также невозможно увеличивать, так как она определяется диаметром входного зрачка объектива 2 и описанной выше формой зеркально-призменного моноблока 6. Очевидно, что при увеличении размера L (при увеличении размера зеркально-призменного моноблока 6) излучение КГЭ просто не попадет в объектив 2, диаметр которого определяется, в основном, заданным размером входного зрачка объектива.The pinhole 7 acts as a collimator lens and acts as a pinhole camera. Thus, a functionally collimator block containing input and output pinhole diaphragms can be considered as three pinhole collimators that form three images on the MPI matrix. These images are round, and the distribution of their illumination has axial symmetry, which is very favorable for ensuring the accuracy of the device. However, as practice has shown, it is desirable to reduce the angular size (2ω) of these images to improve the accuracy of the device. But, essentially, this is impossible. Indeed, a decrease in D1 is limited by the technological capabilities for making point holes. With a decrease in D2, starting from a certain aisle, diffraction phenomena begin to dominate, and the angular size of the image becomes larger than the size 2ω defined by expression (1). The L value also cannot be increased, since it is determined by the diameter of the entrance pupil of the lens 2 and the above-described shape of the mirror-prismatic monoblock 6. Obviously, with an increase in the size L (with an increase in the size of the mirror-prismatic monoblock 6), the CGE radiation simply does not get into the lens 2 whose diameter is determined mainly by a given size of the entrance pupil of the lens.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание автоматического прибора ориентации и навигации КА, отвечающего комплексу достаточно сложных технических требований, таких как высокая точность угловых измерений без усложнения его конструкции без увеличения массогабаритных характеристик.The problem to which the claimed invention is directed is to create an automatic instrument for orientation and navigation of a spacecraft that meets a set of rather complex technical requirements, such as high accuracy of angular measurements without complicating its design without increasing weight and size characteristics.

Данная задача решается за счет того, что в заявленном устройстве, содержащем объектив, матричный приемник излучения, вычислительный блок и канал геометрического эталона, состоящий из оптически сопряженных с объективом осветительного блока, имеющего три источника излучения, расположенные под углом 120° друг к другу, коллиматорного блока, включающего три входные и три выходные точечные диафрагмы, и зеркально-призменного блока, образующего с нанесенными на него диафрагмами коллиматора моноблок, жестко связанный с опорной плоскостью углоизмерительного прибора, при этом зеркально-призменный моноблок выполнен из шести боковых зеркальных граней и ограничивающих их параллельных преломляющих оснований, большее шестиугольное из которых с нанесенными на него выходными точечными диафрагмами обращено к объективу, причем его соседние ребра расположены под углом 120° друг другу, при этом зеркально-призменный моноблок выполнен с тремя дополнительными преломляющими гранями, размещенными между большим основанием и соответствующей боковой зеркальной гранью, составляющей с большим основанием острый угол и размещенной перед выходной точечной диафрагмой, при этом каждая дополнительная грань снабжена входной точечной диафрагмой, а углы между большим основанием и тремя дополнительными преломляющими гранями, а также тремя боковыми зеркальными гранями, расположенными перед тремя входными точечными диафрагмами, равны 90°.This problem is solved due to the fact that in the inventive device containing a lens, a matrix radiation detector, a computing unit and a geometric standard channel, consisting of a lighting unit optically paired with the lens, having three radiation sources located at an angle of 120 ° to each other, a collimator a block including three input and three output point apertures, and a mirror-prism block, forming a monoblock with the diaphragms of the collimator deposited on it, rigidly connected to the reference plane measuring device, while the mirror-prismatic monoblock is made of six side mirror faces and parallel refracting bases bounding them, the larger hexagonal of which with the output pinhole diaphragms applied to it faces the lens, and its adjacent ribs are located at an angle of 120 ° to each other, this mirror-prismatic monoblock is made with three additional refracting faces located between the large base and the corresponding lateral mirror face, component with a large Warping acute angle and placed before the output pinhole, wherein each face is provided with an additional input pinhole, and the angles between the large base and three additional refracting faces and three side faces of the mirror arranged in front of three input point diaphragms, are 90 °.

Таким образом, предлагаемое техническое решение представляет собой совокупность существенных признаков, которые в сравнении с прототипом обладают новизной.Thus, the proposed technical solution is a combination of essential features that, in comparison with the prototype, have novelty.

Технический эффект, выраженный в увеличении точности прибора, подтверждается доводами, приведенными ниже.The technical effect, expressed in increasing the accuracy of the device, is confirmed by the arguments below.

Сущность заявленного изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:The essence of the claimed invention is illustrated by drawings, which depict:

На фиг.1, 2 - оптическая схема ближайшего аналога-прототипа.In figure 1, 2 is an optical diagram of the closest analogue of the prototype.

На фиг.3 - оптическая схема предлагаемого устройства.Figure 3 is an optical diagram of the proposed device.

На фиг.4 - сечение КГЭ, в котором показан ход луча в зеркально-призменном моноблоке.Figure 4 is a section of the CGE, which shows the beam path in a mirror-prismatic monoblock.

На фиг.5 - вид по стрелке В из фиг.3.Figure 5 is a view along arrow B of figure 3.

На фиг.6 - изометрический вид зеркально-призменного блока.Figure 6 is an isometric view of the mirror-prism block.

На фиг.7 - сечение КГЭ, на котором показаны обозначения конструктивных параметров зеркально-призменного блока.In Fig.7 is a section of the CGE, which shows the designation of the design parameters of the mirror-prism unit.

Предлагаемое устройство (фиг.3) содержит бленду 1, КГЭ, состоящий из зеркально-призменного моноблока 8, коллиматора, включающего три входных точечных диафрагмы (отверстия) 9 (на чертеже показана одна), и три выходные точечные диафрагмы (отверстия) 10 (на чертеже показана одна), которые нанесены на поверхность моноблока 8, и осветительного блока 11, выполненного в виде трех источников излучения (на чертеже показан один), объектив 12, матрицу пикселей МПИ 13, вычислительный блок 14. На фиг.4 показаны большая (выходная) преломляющая грань (основание) 15, параллельная ей меньшая грань (основание) 16 и дополнительная преломляющая грань 17 (показана одна из трех), боковая зеркальная грань 18 (показана одна из трех), расположенная перед входной точечной диафрагмой 9, которая составляет с большей гранью (основанием) прямой угол, боковая зеркальная грань 19 (показана одна из трех), расположенная по оптическому ходу луча перед выходной точечной диафрагмой 10, ребро 20, образованное пересечением боковых зеркальных граней 19.The proposed device (Fig. 3) contains a hood 1, a CGE, consisting of a mirror-prismatic monoblock 8, a collimator including three input point diaphragms (holes) 9 (one is shown in the drawing), and three output point diaphragms (holes) 10 (on the drawing shows one), which are applied to the surface of the monoblock 8, and the lighting unit 11, made in the form of three radiation sources (one is shown in the drawing), the lens 12, the matrix of pixels MPI 13, the computing unit 14. Figure 4 shows a large (output ) refractive face (base) 15, steam the smaller face (base) 16 that is lallellating to it, and the additional refracting face 17 (one of three is shown), the side mirror face 18 (one of three is shown), located in front of the entrance point diaphragm 9, which makes a right angle with the larger face (base), side a mirror face 19 (one of three is shown) located along the optical path of the beam in front of the output point diaphragm 10, an edge 20 formed by the intersection of the side mirror faces 19.

Следует отметить, что в зеркально-призменном блоке предлагаемого устройства (см. фиг.5, 6) входная грань (основание) имеет форму треугольника, а большая (выходная) грань (основание) шестиугольная, хотя в прототипе обе эти грани шестиугольные. Треугольная форма входной грани определена конструктивным исполнением прибора. При других соотношениях размеров входная грань КГЭ в предлагаемом устройстве может быть и шестиугольной. При этом из одиннадцати граней зеркально-призменного моноблока преломляющая грань (основание) 15 всегда самая большая. Шесть боковых зеркальных граней можно представить в виде двух групп: три грани составляют с большим основанием острый угол, а три других - угол, равный 90°.It should be noted that in the mirror-prism block of the proposed device (see FIGS. 5, 6), the input face (base) has the shape of a triangle, and the large (output) face (base) is hexagonal, although in the prototype both of these faces are hexagonal. The triangular shape of the input face is determined by the design of the device. With other size ratios, the input face of the CGE in the proposed device may be hexagonal. Moreover, of the eleven faces of the mirror-prismatic monoblock, the refracting face (base) 15 is always the largest. Six lateral mirror faces can be represented in the form of two groups: three faces make up an acute angle with a large base, and the other three make an angle of 90 °.

Устройство (фиг.3) работает следующим образом: излучение от визируемой звезды (цели), пройдя бленду 1, предназначенную для подавления паразитных засветок от боковых световых помех, зеркально-призменный блок 8 КГЭ, работающий на проход, попадает во входной зрачок объектива 12 и фокусируется на МПИ 13. При этом грани 16, 15 по отношению к излучению от цели функционально являются соответственно входной и выходной гранями. Излучение от осветителя 11, пройдя входную точечную прозрачную диафрагму 9, последовательно отразившись от боковых зеркальных граней 18, 19 зеркально-призменного моноблока 8 КГЭ и пройдя выходную точечную диафрагму 10, выходит из КГЭ (см. ход луча на фиг.4). Указанное излучение после прохождения объектива 12 фокусируется на МПИ 13, обработанный сигнал с которого поступает на вычислительный блок 14, формирующий информацию об угловом положении КА.The device (Fig. 3) works as follows: radiation from a sighted star (target), passing through a lens hood 1, designed to suppress spurious illumination from lateral light interference, the prism-prismatic block of the CGE, which operates in the passage, enters the entrance pupil of the lens 12 and focuses on MPI 13. In this case, the faces 16, 15 with respect to the radiation from the target are functionally the input and output faces, respectively. The radiation from the illuminator 11, having passed the input point transparent diaphragm 9, successively reflected from the side mirror faces 18, 19 of the mirror-prism monoblock 8 CGE and passing the output point diaphragm 10, leaves the CGE (see the beam path in figure 4). The specified radiation after passing through the lens 12 is focused on the MPI 13, the processed signal from which is fed to the computing unit 14, which generates information about the angular position of the spacecraft.

Конструктивное расположение точечных диафрагм 9, 10 на зеркально-призменном моноблоке 8 и наклон зеркальных граней 19 к большей грани (основанию) 15 (на угол (3, см. фиг.4) обеспечивают такое угловое отклонение пучка излучения от оси симметрии (O-O') моноблока 8, при котором происходит совпадение его с оптической осью объектива 12.The structural arrangement of the point diaphragms 9, 10 on the mirror-prismatic monoblock 8 and the inclination of the mirror faces 19 to the larger face (base) 15 (at an angle (3, see figure 4) provide such an angular deviation of the radiation beam from the axis of symmetry (O-O ') monoblock 8, in which it coincides with the optical axis of the lens 12.

Аналогичным образом работают и два остальных идентичных канала, расположенных под углом 120° друг к другу. Таким образом, на выходе КГЭ образуется три пучка лучей, оси которых составляют одинаковый угол α с осью блока (см. фиг.1), а между собой составляют угол 120°. Указанный угол α должен быть меньше или равным половине углового поля объектива. Угловое положение нормали к опорной плоскости определяется ортоцентром равностороннего треугольника, в вершинах которого расположены оси симметрии трех рабочих пучков.Similarly, the other two identical channels work, located at an angle of 120 ° to each other. Thus, at the output of the CGE, three beams of rays are formed, the axes of which make the same angle α with the axis of the block (see Fig. 1), and make an angle of 120 ° between them. The specified angle α must be less than or equal to half the angular field of the lens. The angular position of the normal to the reference plane is determined by the orthocenter of an equilateral triangle, at the vertices of which the symmetry axes of the three working beams are located.

Далее пучки вне зоны входного зрачка фокусируются объективом 12 на МПИ 13 в виде изображения трех точек, расположенных в вершинах равностороннего треугольника. Наличие изображения трех точек определяет опорную систему координат прибора на МПИ 13, относительно которой производится измерение положения визируемой звезды (цели). Начало координат находится в ортоцентре указанного треугольника, совпадающего с оптической осью объектива 12. Все это позволяет производить измерения положения визируемой звезды относительно полученного изображения марок и, следовательно, исключить погрешности определения координат, связанные, например, с микросмещениями МПИ 13 в направлениях, перпендикулярных оптической оси объектива 12. Также исключаются и погрешности определения координат визируемой звезды, связанные с возможным разворотом МПИ 13 относительно оптической оси.Further, the beams outside the entrance pupil area are focused by the lens 12 on the MPI 13 in the form of an image of three points located at the vertices of an equilateral triangle. The presence of the image of three points determines the reference coordinate system of the device on MPI 13, relative to which the position of the sighted star (target) is measured. The origin of coordinates is located in the orthocenter of the indicated triangle, which coincides with the optical axis of the lens 12. All this makes it possible to measure the position of the sighted star relative to the received image of the marks and, therefore, to exclude errors in the determination of coordinates associated, for example, with micro displacements of the MPI 13 in directions perpendicular to the optical axis lens 12. Also excluded are errors in determining the coordinates of the sighted star associated with the possible rotation of the MPI 13 relative to the optical axis.

При дефокусировке МПИ 13 вновь образованный треугольник, в вершинах которого расположены изображения марок, сохраняет свое подобие первоначальному, при этом ортоцентр треугольника остается на оптической оси. Следовательно, и в новой плоскости установки (плоскости изображения) определяется практически неизменное положение системы координат на МПИ 13.When defocusing the MPI 13, the newly formed triangle, at the vertices of which the images of the marks are located, retains its similarity to the original, while the orthocenter of the triangle remains on the optical axis. Therefore, in the new installation plane (image plane), the almost unchanged position of the coordinate system on the MPI 13 is determined.

Выполнение зеркально-призменного моноблока 8 КГЭ в виде единой оптической детали, жестко связанного с опорной плоскостью прибора, обеспечивает высокую стабильность углового положения вышедших из КГЭ пучков относительно опорной плоскости и прошедших КГЭ пучков от визируемой звезды (цели) при значительных температурных, вибрационных и ударных воздействиях, что повышает точность прибора. При этом толщина КГЭ вдоль оптической оси объектива практически не отличается от толщины КГЭ прототипа, что обеспечивает сохранение массогабаритных характеристик прибора. По сложности конструкции предлагаемое устройство и прототип аналогичны.The implementation of the mirror-prismatic monoblock of 8 CGEs in the form of a single optical part rigidly connected to the reference plane of the device ensures high stability of the angular position of the beams emitted from the CGE relative to the reference plane and transmitted by the CGE beams from the sighted star (target) under significant temperature, vibration and shock effects , which increases the accuracy of the device. In this case, the thickness of the CGE along the optical axis of the lens practically does not differ from the thickness of the CGE of the prototype, which ensures the preservation of the overall dimensions of the device. The complexity of the design of the proposed device and prototype are similar.

Главное положительное качество предлагаемого устройства по сравнению с прототипом заключается в увеличении оптической длины развернутого в плоскопараллельную пластину КГЭ - L примерно в два раза практически без увеличения габаритов зеркально-призменной системы 8, что приводит соответственно к такому же уменьшению геометрической расходимости «нитевидного» пучка лучей - 2ω (см. формулу 1), выходящего из КГЭ. Указанное увеличение оптической длины КГЭ наглядно видно на фиг.4, где показано, что лучи в сечении КГЭ проходят двойной путь, отражаясь от зеркальной грани 18. При этом указанное уменьшение геометрической расходимости «нитевидного» пучка лучей приведет к такому же уменьшению размера изображения входной точечной диафрагмы на матрице пикселей МПИ, повышению крутизны фронтов в распределении освещенности этого изображения, уменьшению шумов в оптико-электронном тракте прибора и соответственному повышению его точности.The main positive quality of the proposed device compared with the prototype is to increase the optical length deployed in a plane-parallel plate KGE - L about two times with almost no increase in the size of the mirror-prism system 8, which leads to the same decrease in the geometric divergence of the "filamentous" beam of rays - 2ω (see formula 1) emerging from the CGE. The indicated increase in the optical length of the CGE is clearly seen in Fig. 4, where it is shown that the rays in the section of the CGE pass a double path, reflected from the mirror face 18. In this case, the indicated decrease in the geometric divergence of the “filamentous” beam of rays will lead to the same decrease in the size of the input point image diaphragms on the matrix of MPI pixels, increasing the steepness of the fronts in the distribution of the illumination of this image, reducing noise in the optoelectronic path of the device and correspondingly increasing its accuracy.

Таким образом, достигается цель изобретения: повышение точности прибора без усложнения его конструкции и увеличения массогабаритных характеристик.Thus, the objective of the invention is achieved: improving the accuracy of the device without complicating its design and increasing weight and size characteristics.

При этом конструктивные параметры углоизмерительного прибора (см. фиг.7 и 4) рассчитаны таким образом, что выполняются следующие соотношения (неравенства):At the same time, the design parameters of the angle measuring device (see Figs. 7 and 4) are calculated in such a way that the following relations (inequalities) are satisfied:

l > d > a > c > b , ( 2 )

Figure 00000002
l > d > a > c > b , ( 2 )
Figure 00000002

где l - расстояние между противоположными ребрами зеркально-призменного блока, образованными его большим основанием и боковыми гранями (высота зеркально-призменного моноблока);where l is the distance between the opposite edges of the mirror-prism block, formed by its large base and side faces (the height of the mirror-prism monoblock);

d - расстояние между входной и большой (выходной) преломляющими гранями зеркально-призменного моноблока (толщина зеркально-призменного моноблока);d is the distance between the input and the large (output) refracting faces of the mirror-prismatic monoblock (thickness of the mirror-prismatic monoblock);

а - расстояние от ребра зеркально-призменного моноблока, расположенного на его большой (выходной) преломляющей грани, до центра выходной точечной диафрагмы;a is the distance from the edge of the mirror-prismatic monoblock located on its large (output) refracting face to the center of the output point aperture;

c - расстояние от ребра зеркально-призменного моноблока, расположенного на его большой (выходной) преломляющей грани, до дополнительной преломляющей грани;c is the distance from the edge of the mirror-prismatic monoblock located on its large (output) refracting face to the additional refracting face;

b - расстояние от ребра зеркально-призменного моноблока, расположенного на его большой (выходной) преломляющей грани, до центра входной точечной диафрагмы.b is the distance from the edge of the mirror-prismatic monoblock located on its large (output) refracting face to the center of the input point diaphragm.

w / n > | π / 2 { [ ( a sin 2 β b ) / ( 2 l c ) ] + 2 β } | , ( 3 )

Figure 00000003
w / n > | | | π / 2 - { [ ( a sin 2 β - b ) / ( 2 l - c ) ] + 2 β } | | | , ( 3 )
Figure 00000003

где w - половина углового поля объектива;where w is half the angular field of the lens;

n - показатель преломления материала зеркально-призменного моноблока;n is the refractive index of the material of the mirror-prismatic monoblock;

π=3,1415.π = 3.1415.

В выражении (3) углы берутся в радианах.In expression (3), the angles are taken in radians.

Входная и большая (выходная) преломляющие грани выполнены с возможностью отражения лучей, созданных осветительным блоком и входными точечными диафрагмами коллиматорного блока.The input and large (output) refracting faces are configured to reflect the rays created by the lighting unit and the input point diaphragms of the collimator unit.

Зеркально-призменный моноблок является защитным стеклом углоизмерительного прибора.The mirror-prism monoblock is a protective glass of the angle measuring device.

Таким образом, при использовании заявленного устройства достигается:Thus, when using the claimed device is achieved:

- высокая точность угловых измерений,- high accuracy of angular measurements,

- устойчивость к воздействию различных помеховых излучений,- resistance to various interfering radiation,

- выполнение различных функций, таких как поиск, обнаружение астроориентиров, слежение за ними, точное измерение угловых координат,- performing various functions, such as searching, detecting astro-targets, tracking them, accurate measurement of angular coordinates,

- функционирование прибора при воздействии различных факторов со стороны КА.- the functioning of the device under the influence of various factors from the spacecraft.

Claims (1)

Углоизмерительный прибор, содержащий объектив, матричный приемник излучения, вычислительный блок и канал геометрического эталона, состоящий из оптически сопряженных с объективом осветительного блока, имеющего три источника света, расположенные под углом 120° друг к другу, коллиматорного блока, включающего три входные и три выходные точечные диафрагмы, и зеркально-призменного блока, образующего с нанесенными на него диафрагмами коллиматора моноблок, жестко связанный с опорной плоскостью углоизмерительного прибора, при этом зеркально-призменный моноблок выполнен из шести боковых зеркальных граней и ограничивающих их параллельных преломляющих оснований, большее шестиугольное из которых с нанесенными на него выходными точечными диафрагмами обращено к объективу, причем его соседние ребра расположены под углом 120° друг другу, отличающийся тем, что зеркально-призменный моноблок выполнен с тремя дополнительными преломляющими гранями, размещенными между большим основанием и соответствующей боковой зеркальной гранью, составляющей с большим основанием острый угол и размещенной перед выходной точечной диафрагмой, при этом каждая дополнительная грань снабжена входной точечной диафрагмой, а углы между большим основанием и тремя дополнительными преломляющими гранями, а также тремя боковыми зеркальными гранями, расположенными перед тремя входными точечными диафрагмами, равны 90°. An angle measuring device containing a lens, a radiation matrix detector, a computing unit and a geometric standard channel, consisting of a lighting unit optically coupled to the lens, having three light sources located at an angle of 120 ° to each other, a collimator unit that includes three input and three output point a diaphragm, and a mirror-prism block, forming with a collimator diaphragm applied on it a monoblock, rigidly connected to the reference plane of the angle measuring device, while the mirror the variable monoblock is made of six lateral mirror faces and parallel refracting bases bounding them, the larger hexagonal of which with the output pinhole diaphragms deposited on it faces the lens, and its neighboring ribs are located at an angle of 120 ° to each other, characterized in that the mirror-prismatic monoblock made with three additional refracting faces located between the large base and the corresponding lateral mirror face, which constitutes, with a large base, an acute angle and size angled between the large base and the three additional refracting faces, as well as the three side mirror faces located in front of the three input point apertures, are equal to 90 °.
RU2013108383/28A 2013-02-27 2013-02-27 Angle measurement device RU2525652C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013108383/28A RU2525652C1 (en) 2013-02-27 2013-02-27 Angle measurement device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013108383/28A RU2525652C1 (en) 2013-02-27 2013-02-27 Angle measurement device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2525652C1 true RU2525652C1 (en) 2014-08-20

Family

ID=51384573

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013108383/28A RU2525652C1 (en) 2013-02-27 2013-02-27 Angle measurement device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2525652C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2577558C1 (en) * 2015-02-04 2016-03-20 Общество с ограниченной ответственностью "Азмерит", ООО "Азмерит" Device for determining orientation of object based on stars

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080079948A1 (en) * 2006-09-29 2008-04-03 Honeywell International Inc. Baseplate for a ring laser gyroscope
RU85226U1 (en) * 2009-04-15 2009-07-27 Оао "Нпп "Геофизика-Космос" CORNER INSTRUMENT
RU98801U1 (en) * 2010-06-09 2010-10-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Геофизика-Космос" CORNER INSTRUMENT
RU2470258C1 (en) * 2011-06-20 2012-12-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Геофизика-Космос" Angle measurement device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080079948A1 (en) * 2006-09-29 2008-04-03 Honeywell International Inc. Baseplate for a ring laser gyroscope
RU85226U1 (en) * 2009-04-15 2009-07-27 Оао "Нпп "Геофизика-Космос" CORNER INSTRUMENT
RU98801U1 (en) * 2010-06-09 2010-10-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Геофизика-Космос" CORNER INSTRUMENT
RU2470258C1 (en) * 2011-06-20 2012-12-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Геофизика-Космос" Angle measurement device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2577558C1 (en) * 2015-02-04 2016-03-20 Общество с ограниченной ответственностью "Азмерит", ООО "Азмерит" Device for determining orientation of object based on stars

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6562647B2 (en) Infrared thermometer and energy zone temperature measurement method
EP1582854A2 (en) System and method for the measurement of optical distortions
CN105300348B (en) A kind of laser ranging system
US20170074650A1 (en) Binocular with integrated laser rangefinder
US3500048A (en) Sighting device and method for determining a line of sight to a target and the position of an object relative to the line of sight
RU98801U1 (en) CORNER INSTRUMENT
KR101589644B1 (en) Optical apparatus for infrared and laser
CN104748720A (en) Space angle measuring device and space angle measuring method
CN111989575B (en) Scattered light signal measuring apparatus and information processing apparatus
TWI649535B (en) Optical element characteristic measuring device
RU2470258C1 (en) Angle measurement device
CN116500587B (en) Adjustable laser ranging system
RU2525652C1 (en) Angle measurement device
CN206019603U (en) A kind of novel photoelectric school axle instrument
RU85226U1 (en) CORNER INSTRUMENT
RU2399871C1 (en) Angle-measuring star-shaped device
US20120018616A1 (en) Optics for multi dimensional imaging
RU2442109C1 (en) Celestial angle measurement device
RU2554599C1 (en) Angle measurement device
RU2682842C1 (en) Angle measurement device
RU2644994C1 (en) Angular-motion transducer
US10070080B2 (en) Multi-directional, multi-spectral star tracker with a common aperture and common camera
RU2548379C1 (en) Device for controlling laser range-finder
RU2335751C1 (en) Laser device control system
RU2304796C1 (en) Two-channel electro-optical autocollimator

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190228