RU2535247C1 - Method and device to measure angular coordinates of stars - Google Patents

Method and device to measure angular coordinates of stars Download PDF

Info

Publication number
RU2535247C1
RU2535247C1 RU2013128197/28A RU2013128197A RU2535247C1 RU 2535247 C1 RU2535247 C1 RU 2535247C1 RU 2013128197/28 A RU2013128197/28 A RU 2013128197/28A RU 2013128197 A RU2013128197 A RU 2013128197A RU 2535247 C1 RU2535247 C1 RU 2535247C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
stars
output
unit
coordinates
input
Prior art date
Application number
RU2013128197/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013128197A (en
Inventor
Владимир Алексеевич Авдяков
Эдуард Романович Дашкин
Виталий Васильевич Лабец
Виталий Викторович Поляков
Александр Андреевич Шаталов
Валентина Александровна Шаталова
Александр Борисович Ястребков
Original Assignee
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации
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 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации filed Critical Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации
Priority to RU2013128197/28A priority Critical patent/RU2535247C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2535247C1 publication Critical patent/RU2535247C1/en
Publication of RU2013128197A publication Critical patent/RU2013128197A/en

Links

Abstract

FIELD: physics, optics.
SUBSTANCE: invention relates to optic-electronic instrument making and may be used in optic-electronic instruments (OEI) for celestial orientation, comprising a matrix photodetector with charge accumulation. The solution consists in projection of a stellar sky area onto a photosensitive site of a photodetector via an image lens in three or more spectral ranges and calibration marks with varied exposition time, identification of stellar objects images in all spectral ranges and generation of a multispectral image of stellar objects by selection for each stellar object of an image of that spectral range, the average value of amplitude in which is highest, measurement of linear coordinates of star image centres and calibration marks and recount of linear coordinates of star image centres into angular coordinates o stars in a basic instrument system of coordinates with account of results of measurements of linear coordinates of calibration mark image centres.
EFFECT: increased accuracy of measurement of angular coordinates of stars due to increased signal/noise ratio by processing of star images in separate spectral ranges.
5 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области навигации и приборам для космической навигации G01C 21/24 и одновременно к приспособлениям к измерительным устройствам, отличающимся оптическими средствами измерения для измерения углов G01B 11/26. Оно может быть использовано в оптико-электронных приборах (ОЭП) ориентации по звездам, содержащих матричный фотоприемник с накоплением заряда.The invention relates to the field of navigation and instruments for space navigation G01C 21/24 and, at the same time, to devices for measuring devices characterized by optical measuring instruments for measuring angles G01B 11/26. It can be used in optoelectronic devices (OEDs) for orienting in stars containing an array photodetector with charge accumulation.

Известен способ измерения угловых координат звезд оптико-электронным прибором ориентации по звездам путем проецирования на фоточувствительную поверхность приемника изображения участка звездного неба, измерения линейных координат изображений звезд на этой поверхности, проецирования на эту же фоточувствительную поверхность специальных калибрационных отметок, жестко связанных с базовой приборной системой координат и имеющих заранее известные угловые координаты в ней, измерения линейных координат этих отметок и последующего пересчета линейных координат звезд в их угловые координаты с учетом результатов измерений линейных координат калибрационных отметок [1, 2]. При этом базовая приборная система координат реализуется конструктивными элементами прибора, что позволяет исключить влияние микродеформаций недостаточно стабильных элементов конструкции прибора (например, фотоприемника) на точность измерения. Описанный способ имеет следующие недостатки: при проецировании калибрационных отметок на приемник необходимо перекрывать оптический звездный канал с помощью затвора, что увеличивает время измерения, а наличие в приборе электромеханического или оптического затвора ухудшает габаритно-массовые характеристики прибора, снижает надежность. Определяемые сигналом от звезд и уровнем шумов точностные характеристики прибора зависят от спектра излучения звезд и существенно меняются для различных звездных объектов.A known method of measuring the angular coordinates of stars with an optical-electronic device for orienting by stars by projecting on a photosensitive surface of the receiver an image of a portion of the starry sky, measuring the linear coordinates of the images of stars on this surface, projecting on the same photosensitive surface special calibration marks that are rigidly connected to the base instrument coordinate system and having previously known angular coordinates in it, measuring the linear coordinates of these marks and subsequent recounting is the linear coordinates of stars in their angular position taking into account the results of measurements of the calibration markers linear coordinates [1, 2]. In this case, the basic instrument coordinate system is implemented by the structural elements of the instrument, which eliminates the influence of microdeformations of insufficiently stable structural elements of the instrument (for example, a photodetector) on the measurement accuracy. The described method has the following disadvantages: when projecting calibration marks on the receiver, it is necessary to block the optical star channel using the shutter, which increases the measurement time, and the presence of an electromechanical or optical shutter in the device worsens the overall mass characteristics of the device and reduces reliability. The accuracy characteristics of the instrument, determined by the signal from the stars and the noise level, depend on the emission spectrum of stars and vary significantly for different stellar objects.

Другим аналогом изобретения является способ [3], включающий проецирование через объектив звездного канала на фоточувствительную поверхность матричного приемника изображения участка звездного неба, измерение линейных координат изображения звезд на этой поверхности, последующее проецирование на эту же поверхность через объектив звездного канала специальных калибрационных отметок, формируемых коллиматором оптического канала эталона и жестко связанных с базовой приборной системой координат, заранее выполняемое точное измерение угловых координат калибрационных отметок в базовой приборной системе координат, измерение линейных координат этих калибрационных отметок и пересчет линейных координат звезд в угловые координаты базовой системы координат с учетом результатов измерений линейных координат калибрационных отметок. Указанный способ имеет ряд недостатков: при проецировании калибрационных отметок на приемник здесь также необходимо перекрывать оптический звездный канал с помощью затвора, что увеличивает время измерения, а наличие в приборе электромеханического или оптического затвора ухудшает габаритно-массовые характеристики прибора, снижает надежность. Использование амплитудной селекции сигнала калибрационных меток требует расширения динамического диапазона всего фотоэлектронного тракта, что во многих случаях затруднительно ввиду требуемого большого динамического диапазона для рабочих источников - звезд. Определяемые сигналом от звезд и уровнем шумов точностные характеристики прибора зависят от спектра излучения звезд и существенно меняются для различных звездных объектов.Another analogue of the invention is a method [3], which includes projecting through a lens a stellar channel onto a photosensitive surface of a matrix receiver of an image of a portion of the starry sky, measuring the linear coordinates of the image of stars on this surface, then projecting onto the same surface through a stellar channel lens special calibration marks formed by the collimator optical channel of the standard and rigidly connected with the base instrument coordinate system; precise angle measurement performed in advance 's coordinate the calibration markers in the base of the instrument coordinate system the coordinates of the measurement of linear marks and the calibration coordinates conversion of linear into angular coordinates star base coordinate system based on the results of measurements of linear coordinates the calibration marks. This method has several disadvantages: when projecting calibration marks on the receiver, it is also necessary to block the optical star channel using the shutter, which increases the measurement time, and the presence of an electromechanical or optical shutter in the device worsens the overall dimensions of the device and reduces reliability. The use of amplitude selection of the signal of calibration marks requires an extension of the dynamic range of the entire photoelectron path, which in many cases is difficult due to the required large dynamic range for working sources - stars. The accuracy characteristics of the instrument, determined by the signal from the stars and the noise level, depend on the emission spectrum of stars and vary significantly for different stellar objects.

Наиболее близким к изобретению является способ и устройство измерения угловых координат звезд [4]. Способ включает проецирование на фоточувствительную площадку фотоприемника через объектив изображения участка звездного неба и калибрационных меток, измерение линейных координат центров изображений звезд и линейных координат центров изображений калибрационных отметок на фоточувствительной площадке фотоприемника и пересчет линейных координат центров изображений звезд в угловые координаты звезд в базовой приборной системе координат с учетом результатов измерений линейных координат центров изображений калибрационных отметок. При проецировании калибрационных отметок и измерении линейных координат центров их изображений время накопления сигнала в фотоприемнике устанавливают в K раз меньше, чем при работе по звездам. Величина кратности уменьшения времени накопления K и освещенность изображений калибрационных отметок выбираются так, чтобы сигнал на выходе фотоприемника от самой яркой рабочей звезды был меньше сигнала от калибрационных отметок. Дополнительно выполняют амплитудную селекцию сигналов калибрационных отметок по критерию превышения заранее выбранного порогового уровня, устройство измерения угловых координат звезд содержит бленду, канал геометрического эталона (КГЭ), объектив, матричный фотоприемник с накоплением заряда, фоточувствительная площадка которого расположена в фокальной плоскости объектива, блок АЦП, блок формирования изменяемого времени экспозиции, блок управления работой матричного фотоприемника и блок цифровой обработки и управления. Блок цифровой обработки и управления включает амплитудный селектор сигналов, блок выделения полезных сигналов из помех, блок распознавания звезд, блок синхронизации и вычислительное устройство измерения угловых координат звезд с учетом координат калибрационных отметок КГЭ. Рассматриваемые способ и устройство имеют недостаток: точность измерения угловых координат звезд существенно меняется для различных звездных объектов, что приводит к снижению общей точности измерения угловых координат звезд и связанной с ней точности ориентации по звездам.Closest to the invention is a method and apparatus for measuring the angular coordinates of stars [4]. The method includes projecting onto a photosensitive area of the photodetector through the lens an image of a portion of the starry sky and calibration marks, measuring the linear coordinates of the centers of the image of stars and the linear coordinates of the centers of the images of the calibration marks on the photosensitive area of the photodetector, and recalculating the linear coordinates of the centers of the image of the stars in the angular coordinates of the stars in the base instrument coordinate system taking into account the results of measurements of the linear coordinates of the centers of the images of the calibration marks. When projecting calibration marks and measuring the linear coordinates of the centers of their images, the signal accumulation time in the photodetector is set to K times less than when working with stars. The magnitude of the reduction factor for the accumulation time K and the illumination of the images of the calibration marks are chosen so that the signal at the output of the photodetector from the brightest working star is less than the signal from the calibration marks. Additionally, amplitude selection of calibration marks signals is performed according to the criterion for exceeding a pre-selected threshold level, the device for measuring the angular coordinates of stars contains a lens hood, a geometric reference channel (CGE), a lens, a photodetector array with charge accumulation, a photosensitive area of which is located in the focal plane of the lens, an ADC unit, a unit for forming a variable exposure time, a unit for controlling the operation of the matrix photodetector, and a unit for digital processing and control. The digital processing and control unit includes an amplitude signal selector, a unit for extracting useful signals from interference, a star recognition unit, a synchronization unit, and a computing device for measuring the angular coordinates of stars based on the coordinates of the CGE calibration marks. The considered method and device have a drawback: the accuracy of measuring the angular coordinates of stars varies significantly for different stellar objects, which leads to a decrease in the overall accuracy of measuring the angular coordinates of stars and the associated accuracy of orientation with respect to stars.

Цель изобретения - повышение общей точности измерения угловых координат звезд.The purpose of the invention is to increase the overall accuracy of measuring the angular coordinates of stars.

Указанная цель достигается тем, что формирование изображения участка звездного неба на фоточувствительной площадке матричного фотоприемника осуществляется в трех или более (M) спектральных диапазонах с изменением режима экспонирования матричного приемника для каждого диапазона. При этом время экспозиции матричного фотоприемника в спектральных диапазонах изменяется обратно пропорционально полосе этого спектрального диапазона, а измерение линейных координат центров изображений звезд производится в каждом спектральном диапазоне с последующим выбором тех координат, в которых соответствующий звездный объект имеет максимальное среднее значение интенсивности. Такой выбор обеспечивает наилучшие условия измерений среди всех спектральных диапазонов, а следовательно, и повышает общую точность измерения угловых координат звезд и точностные характеристики измерителя в целом.This goal is achieved in that the image formation of a portion of the starry sky on the photosensitive area of the matrix photodetector is carried out in three or more (M) spectral ranges with a change in the exposure mode of the matrix receiver for each range. In this case, the exposure time of the matrix photodetector in the spectral ranges varies inversely with the band of this spectral range, and the linear coordinates of the centers of the images of stars are measured in each spectral range with the subsequent selection of those coordinates in which the corresponding stellar object has a maximum average intensity value. This choice provides the best measurement conditions among all spectral ranges, and therefore increases the overall accuracy of measuring the angular coordinates of stars and the accuracy of the meter as a whole.

Предлагаемый способ измерения угловых координат звезд углоизмерительным звездным прибором, построенным на основе матричного фотоприемника с накоплением заряда, включает:The proposed method for measuring the angular coordinates of stars using an angle measuring star device based on an array photodetector with charge accumulation includes:

- проецирование на фоточувствительную поверхность матричного фотоприемника с накоплением заряда через объектив изображения участка звездного неба;- projection onto the photosensitive surface of the matrix photodetector with the accumulation of charge through the image lens of a portion of the starry sky;

- измерение линейных координат центров изображений звезд на фоточувствительной площадке приемника;- measuring the linear coordinates of the centers of the images of stars on the photosensitive area of the receiver;

- проецирование на фоточувствительную поверхность матричного фотоприемника с накоплением заряда через объектив специальных калибрационных меток, формируемых коллиматором канала геометрического эталона и жестко связанных с базовой приборной системой координат, реализуемой конструктивными элементами прибора, причем при проецировании калибрационных отметок время накопления сигнала в приемнике устанавливают в K раз меньше, чем при работе по звездам, а величина кратности уменьшения времени накопления K и освещенность изображений калибрационных отметок заранее выбираются так, чтобы при этом сигнал на выходе приемника от самой яркой рабочей звезды был меньше сигнала от калибрационных отметок;- projection onto the photosensitive surface of the matrix photodetector with the accumulation of charge through the lens of special calibration marks formed by the collimator of the geometric standard channel and rigidly connected to the base instrument coordinate system implemented by the device’s structural elements, and when projecting calibration marks, the signal accumulation time in the receiver is set to K times less than when working with stars, and the magnitude of the decrease in the accumulation time K and the illumination of images are calib rational marks are pre-selected so that the signal at the output of the receiver from the brightest working star is less than the signal from the calibration marks;

- амплитудную селекцию сигналов калибрационных отметок по критерию превышения заранее выбранного порогового уровня, превышающего сигнал от самой яркой звезды, и измерение линейных координат центров изображений калибрационных отметок на фоточувствительной поверхности матричного фотоприемника с накоплением заряда;- amplitude selection of the signals of the calibration marks by the criterion for exceeding a pre-selected threshold level that exceeds the signal from the brightest star, and measuring the linear coordinates of the centers of the images of the calibration marks on the photosensitive surface of the matrix photodetector with the accumulation of charge;

- пересчет линейных координат центров изображений звезд в угловые координаты звезд в базовой приборной системе координат с учетом результатов измерений линейных координат центров изображений калибрационных отметок при заранее известных их угловых координатах.- recalculation of the linear coordinates of the centers of the image of stars in the angular coordinates of the stars in the base instrument coordinate system, taking into account the results of measurements of the linear coordinates of the centers of the images of the calibration marks at their known angular coordinates.

При этом для повышения общей точности измерения угловых координат звезд:Moreover, to increase the overall accuracy of measuring the angular coordinates of stars:

- изображение участка звездного неба формируется на фоточувствительной площадке матричного фотоприемника с накоплением заряда в трех и более (M) спектральных диапазонах путем предварительной фильтрации светового потока от выбранного участка звездного неба в системе светофильтров, причем время экспозиции в каждом спектральном диапазоне обратно пропорционально относительной ширине этого спектрального диапазона;- an image of a portion of the starry sky is formed on the photosensitive area of the matrix photodetector with the accumulation of charge in three or more (M) spectral ranges by pre-filtering the light flux from the selected portion of the starry sky in the filter system, and the exposure time in each spectral range is inversely proportional to the relative width of this spectral range;

- из полученных диапазонных изображений звездного неба выделяются изображения звездных объектов во всех спектральных диапазонах и из них формируются мультиспектральные изображения звездных объектов путем выбора по каждому звездному объекту изображения того спектрального диапазона, средняя величина амплитуды в котором оказывается наибольшей среди всех диапазонных изображений данной звезды;- from the obtained range images of the starry sky, images of stellar objects in all spectral ranges are extracted and multispectral images of stellar objects are formed from them by selecting for each stellar object images of that spectral range, the average amplitude in which is the largest among all range images of a given star;

- в качестве линейных координат центров изображений звезд выбираются координаты центров мультиспектральных изображений звезд.- as the linear coordinates of the centers of images of stars, the coordinates of the centers of multispectral images of stars are selected.

Предлагаемое устройство измерения угловых координат звезд содержит: бленду, канал геометрического эталона (КГЭ), выполненный в виде коллиматорного блока с осветителем, формирующего изображения калибрационных меток, и элемента ввода, осуществляющего ввод изображения калибрационных меток в объектив, объектив, матричный фотоприемник с накоплением заряда, фоточувствительная площадка которого расположена в фокальной плоскости объектива, блок управления работой матричного фотоприемника с накоплением заряда, выходы которого подключены к управляющим входам матричного фотоприемника с накоплением заряда, блок формирования изменяемого времени экспозиции, выход которого соединен со входом экспозиции матричного фотоприемника с накоплением заряда, блок аналоговой обработки и аналого-цифрового преобразования (АЦП), вход которого подключен к выходу матричного фотоприемника с накоплением заряда, блок цифровой обработки и управления, вход которого подключен к выходу блока аналоговой обработки и аналого-цифрового преобразования, первый выход подключен ко входу коллиматорного блока с осветителем, второй выход соединен со входом блока управления работой матричного фотоприемника с накоплением заряда, третий выход подключен ко входу блока формирования изменяемого времени экспозиции, а четвертый выход является выходом устройства измерения угловых координат звезд, блок цифровой обработки и управления включает последовательно соединенные: амплитудный селектор сигналов, вход которого является входом блока цифровой обработки и управления, блок выделения полезных сигналов из помех и блок распознавания звезд, формирователь команд переключения экспозиции матричного фотоприемника, выход которого является третьим выходом блока цифровой обработки и управления, вычислительное устройство определения угловых координат звезд, выход которого является четвертым выходом блока цифровой обработки и управления, и блок синхронизации, первый и второй выходы которого являются соответственно первым и вторым выходами блока цифровой обработки и управления, его третий выход подключен ко входу формирователя команд переключения экспозиции матричного фотоприемника, а четвертый выход соединен со входом синхронизации вычислительного устройства определения угловых координат звезд. В устройство измерения угловых координат звезд дополнительно введены блок переключаемых светофильтров, включенный между блендой и элементом ввода и образующий в последовательности бленда, блок переключаемых светофильтров, элемент ввода, объектив - тракт прохождения оптического изображения, управитель блока переключаемых светофильтров, выход которого подключен ко входу управления блока переключаемых светофильтров, а в блок цифровой обработки и управления дополнительно введены пятый выход, являющийся третьим выходом блока синхронизации и подключенный ко входу управителя блока переключаемых светофильтров, блок формирования мультиспектрального изображения звезд, вход которого соединен с выходом блока распознавания звезд, выход подключен ко входу вычислительного устройства определения угловых координат звезд, а вход синхронизации соединен с четвертым выходом блока синхронизации.The proposed device for measuring the angular coordinates of stars contains: a hood, a channel of a geometric standard (CGE), made in the form of a collimator unit with a illuminator, forming images of calibration marks, and an input element that implements the image of calibration marks in the lens, objective, photodetector matrix with charge accumulation, a photosensitive pad which is located in the focal plane of the lens, a control unit for the operation of the matrix photodetector with the accumulation of charge, the outputs of which are connected to control inputs of the matrix photodetector with charge accumulation, a unit for forming a variable exposure time, the output of which is connected to the exposure input of the matrix photodetector with charge storage, an analog processing and analog-to-digital conversion (ADC) block, the input of which is connected to the output of the photodetector matrix with charge storage, block digital processing and control, the input of which is connected to the output of the block of analog processing and analog-to-digital conversion, the first output is connected to the input of the collimator unit with a illuminator, the second output is connected to the input of the matrix photodetector operation control unit with charge accumulation, the third output is connected to the input of the variable exposure time generation unit, and the fourth output is the output of the device for measuring the angular coordinates of stars, the digital processing and control unit includes: a signal selector, the input of which is an input of a digital processing and control unit, a block for extracting useful signals from interference, and a star recognition unit, ph the leader of the switching commands for the exposure of the matrix photodetector, the output of which is the third output of the digital processing and control unit, a computing device for determining the angular coordinates of the stars, the output of which is the fourth output of the digital processing and control unit, and the synchronization unit, the first and second outputs of which are the first and second, respectively the outputs of the digital processing and control unit, its third output is connected to the input of the generator of commands for switching the exposure of the matrix photodetector nick, and a fourth output connected to the input of the synchronization of the computing device determining the angular coordinates of the stars. In the device for measuring the angular coordinates of stars, a block of switchable filters is included, included between the hood and the input element and forming in the sequence of the hood, a block of switchable filters, an input element, the lens is an optical image path, the manager of the switchable filter block, the output of which is connected to the control input of the block switchable filters, and a fifth output is added to the digital processing and control unit, which is the third output of the synchronization unit and connected to the input of the manager of the switchable filter block, the multispectral image forming unit of the stars, the input of which is connected to the output of the star recognition unit, the output is connected to the input of the computing device for determining the angular coordinates of stars, and the synchronization input is connected to the fourth output of the synchronization unit.

Предлагаемый способ измерения в целом реализуется следующим образом. При проектировании прибора в его конструкцию закладывается возможность проецирования на фоточувствительную площадку приемника специальных калибрационных отметок, жестко связанных с базовой приборной системой координат и включаемых по мере необходимости. При изготовлении прибора угловые координаты этих отметок в базовой системе координат измеряются с высокой точностью и записываются в память вычислительного устройства прибора. При работе прибора по звездам на фоточувствительную площадку приемника через объектив звездного канала проецируется участок звездного неба в трех или более спектральных диапазонах путем переключения светофильтров и одновременного изменения времени экспозиции обратно пропорционально относительной ширине спектра сигнала, проходящего через этот светофильтр. По каждому изображению звездного объекта принимается решение о выборе спектрального диапазона его представления в формируемом мультиспектральном изображении звезд. Выбор спектрального диапазона представления изображения звезды осуществляется в результате сравнения и выбора максимального из средних значений по элементам изображения звезды в каждом спектральном диапазоне. По результатам такого выбора формируется мультиспектральное изображение звездных объектов. Вычислительное устройство определения угловых координат звезд осуществляет измерение линейных координат изображений звезд на чувствительной площадке матричного приемника по полученному мультиспектральному изображению звездных объектов. Далее включаются калибрационные отметки и их изображение проецируется на ту же фоточувствительную площадку. Одновременно изменяется время экспозиции матричного приемника так, чтобы сигнал калибрационных меток превышал отметки от изображения самых ярких звезд. При обработке сигнала от калибрационных меток в электронном тракте прибора производится их амплитудная селекция по признаку превышения порога, величина которого больше, чем сигнал от ярких звезд. При соблюдении этих условий выполняют измерение линейных координат калибрационных отметок на рабочей площадке матричного приемника. Далее осуществляют пересчет измеренных линейных координат звезд, полученных по мультиспектральному изображению, в угловые координаты в базовой системе координат с учетом результатов измерения линейных координат калибрационных отметок и результатов выполненных заранее измерений угловых координат этих отметок.The proposed measurement method is generally implemented as follows. When designing a device, its construction includes the possibility of projecting special calibration marks that are rigidly connected to the base instrument coordinate system and included as necessary on the photosensitive area of the receiver. In the manufacture of the device, the angular coordinates of these marks in the base coordinate system are measured with high accuracy and are recorded in the memory of the device’s computing device. When the instrument is operated on stars, a portion of the starry sky is projected through the lens of the stellar channel through the lens of the stellar channel in three or more spectral ranges by switching the filters and simultaneously changing the exposure time in inverse proportion to the relative width of the spectrum of the signal passing through this filter. For each image of a stellar object, a decision is made on the choice of the spectral range of its representation in the generated multispectral image of stars. The choice of the spectral range of representation of the image of a star is carried out as a result of comparison and the choice of the maximum of the average values for the image elements of the star in each spectral range. Based on the results of this choice, a multispectral image of stellar objects is formed. The computing device for determining the angular coordinates of the stars measures the linear coordinates of the images of stars on the sensitive area of the matrix receiver from the obtained multispectral image of stellar objects. Next, calibration marks are turned on and their image is projected onto the same photosensitive area. At the same time, the exposure time of the matrix receiver changes so that the signal of the calibration marks exceeds the marks from the image of the brightest stars. When processing the signal from the calibration marks in the electronic path of the device, their amplitude selection is performed based on the threshold being exceeded, the value of which is greater than the signal from bright stars. Subject to these conditions, the linear coordinates of the calibration marks are measured on the working platform of the matrix receiver. Then, the measured linear coordinates of the stars obtained from the multispectral image are recalculated into the angular coordinates in the base coordinate system, taking into account the results of measuring the linear coordinates of the calibration marks and the results of measurements of the angular coordinates of these marks made in advance.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства измерения угловых координат звезд, реализующего предлагаемый способ.Figure 1 presents the structural diagram of a device for measuring the angular coordinates of stars that implements the proposed method.

Устройство измерения угловых координат звезд содержит: бленду 1; управитель блока переключаемых светофильтров 2; блок переключаемых светофильтров 3; объектив 4; канал геометрического эталона (КГЭ), выполненный в виде коллиматорного блока с осветителем 6, формирующего изображения калибрационных отметок, и элемента ввода 5, выполненного, например, в виде зеркально-призменного блока, осуществляющего ввод изображения калибрационных отметок в объектив, технически осветитель коллиматорного блока может быть выполнен в виде, по меньшей мере, одного светодиода; блок формирования изменяемого времени экспозиции 7; матричный фотоприемник с накоплением заряда 8; блок управления работой матричного фотоприемника с накоплением заряда 9; блок аналоговой обработки и аналого-цифрового преобразования 10; блок цифровой обработки и управления 11, включающий формирователь команд переключения экспозиции 12; амплитудный селектор сигналов 13; блок выделения полезных сигналов из помех 14, блок распознавания звезд 15, блок синхронизации 16; блок формирования мультиспектрального изображения звезд 17, вычислительный блок определения угловых координат звезд 18.A device for measuring the angular coordinates of stars contains: a hood 1; the manager of the block of switched light filters 2; block of switched light filters 3; lens 4; a geometric reference channel (CGE), made in the form of a collimator unit with a illuminator 6, forming images of the calibration marks, and an input element 5, made, for example, in the form of a mirror-prism unit, which implements the image of the calibration marks in the lens, technically the illuminator of the collimator unit can be made in the form of at least one LED; unit for forming a variable exposure time 7; array photodetector with charge accumulation 8; the control unit of the operation of the matrix photodetector with the accumulation of charge 9; block analog processing and analog-to-digital conversion 10; a digital processing and control unit 11, including a driver of exposure switching commands 12; amplitude signal selector 13; a unit for extracting useful signals from interference 14, a star recognition unit 15, a synchronization unit 16; block for forming a multispectral image of stars 17, a computing unit for determining the angular coordinates of stars 18.

Технически в блок формирования мультиспектрального изображения звезд 17 и в вычислительный блок определения угловых координат звезд 18 обычно включают запоминающее устройство, реализуемое в том числе в виде энергонезависимой памяти или в виде любого другого типа памяти.Technically, in the multispectral image forming unit of the stars 17 and in the computing unit for determining the angular coordinates of the stars 18, a memory device is usually included, which is also implemented in the form of non-volatile memory or in the form of any other type of memory.

Блок формирования изменяемого времени экспозиции 7 введен специально для формирования одного из М+1 значений времени экспозиции фотоприемника, соответствующих М спектральным диапазонам и экспозиции калибрационных меток по командам соответствующего формирователя команд переключения экспозиции 12 из блока цифровой обработки и управления 11.The variable exposure time generation unit 7 is introduced specifically for generating one of the M + 1 photodetector exposure times corresponding to the M spectral ranges and the exposure of the calibration marks by commands of the corresponding exposure switching command generator 12 from the digital processing and control unit 11.

Устройство измерения угловых координат звезд работает следующим образом. В начале работы на фоточувствительную площадку матричного фотоприемника с накоплением заряда 8 путем последовательного переключения светофильтров в блоке переключаемых светофильтров 3 с помощью объектива 4 проецируется участок звездного неба в различных спектральных диапазонах. Причем одновременно с переключением светофильтров, которое обеспечивается управителем блока переключаемых светофильтров 2 по сигналам с третьего выхода блока синхронизатора 16, изменяется и время экспозиции в матричном фотоприемнике с накоплением заряда 8, которое обеспечивается блоком формирования изменяемого времени экспозиции 7 по командам с формирователя команд переключения экспозиции 12, синхронизированного также третьим выходом блока синхронизации 16.A device for measuring the angular coordinates of stars works as follows. At the beginning of the work, a portion of the starry sky in various spectral ranges is projected onto the photosensitive area of the matrix photodetector with a charge accumulation of 8 by sequentially switching the filters in the block of switched filters 3 using lens 4. Moreover, simultaneously with the switching of the filters, which is provided by the manager of the block of switched filters 2 by signals from the third output of the synchronizer unit 16, the exposure time in the array photodetector with accumulation of charge 8 also changes, which is provided by the unit for generating the variable exposure time 7 by commands from the generator of exposure switching commands 12 synchronized also by the third output of the synchronization unit 16.

Каждое из полученных спектральных изображений через блок аналоговой обработки сигналов фотоприемника и аналого-цифрового преобразования 10 последовательно поступает в блок цифровой обработки и управления 11, где производится их амплитудная селекция от калибрационных меток в амплитудном селекторе сигналов 13, отделение полезных сигналов от мешающих шумов и помех в блоке выделения полезных сигналов из помех 14, распознавание звездных объектов в виде набора элементов изображения, соответствующих отдельной звезде в блоке распознавания звезд 15. В результате по каждому спектральному диапазону формируется набор изображений звездных объектов, полученных на чувствительной площадке матричного фотоприемника, которые записываются в память блока формирования мультиспектрального изображения звезд 17 для дальнейшей обработки. В блоке формирования мультиспектрального изображения звезд 17 для каждого изображения звездного объекта производится оценка среднего значения величины сигнала изображения в каждом спектральном диапазоне и по результатам этих вычислений для каждого звездного объекта принимается решение о спектральном диапазоне его представления для измерения угловых координат. Решение принимается простым выбором максимального значения из всех средних значений величины сигнала изображения по спектральным диапазонам для текущего звездного объекта. Именно эти выбранные изображения звезд и составляют общее мультиспектральное представление звездных объектов, по которому формируются измерения угловых координат звезд. В вычислительном устройстве определения угловых координат звезд 18 производится измерение линейных координат мультиспектральных изображений звезд на чувствительной площадке матричного приемника и их запоминание. Синхронизация работы блока формирования мультиспектрального изображения звезд 17 и вычислительного устройства определения угловых координат звезд 18 осуществляется по четвертому выходу блока синхронизации 16. Затем по сигналу, формируемому на первом выходе блока синхронизации 16, включается осветитель коллиматорного блока с осветителем 6 и изображение калибрационных отметок проецируется на ту же фоточувствительную площадку. Одновременно по сигналу, формируемому на третьем выходе блока синхронизации 16, через формирователь команд переключения экспозиции 12 и блок формирования изменяемого времени экспозиции 7 экспозиция матричного приемника уменьшается в K раз по сравнению с тем, какой она была при работе по звездам. Освещенность на приемнике в изображении калибрационных отметок и величина K заранее выбираются так, чтобы сигнал приемника от калибрационных отметок был больше сигнала от самой яркой звезды. Изображение калибрационных меток снимается с матричного фотоприемника с накоплением заряда 8 и через блок аналоговой обработки и аналого-цифрового преобразования 10 подается на амплитудный селектор сигналов 13. Изображения калибрационных меток выделенные амплитудным селектором сигналов 13 последовательно транзитом проходят блок выделения полезного сигнала из помех 14, блок распознавания звезд 15, блок формирования мультиспектрального изображения звезд 17 и непосредственно подаются на вычислительное устройство определения угловых координат звезд 18, где осуществляют пересчет измеренных линейных координат звезд в их угловые координаты в базовой системе координат с учетом результатов измерения линейных координат калибрационных отметок и результатов выполненных заранее измерений угловых координат этих отметок. Угловые координаты звезд выдаются на выход устройства для измерения угловых координат звезд. Считывается информация об изображениях с матричного фотоприемника. Блок управления работой матричного фотоприемника 9 постоянно синхронизируется сигналом со второго выхода блока синхронизатора 16 из блока цифровой обработки и управления 11.Each of the obtained spectral images through the block of analog signal processing of the photodetector and analog-to-digital conversion 10 is sequentially fed to the block of digital processing and control 11, where they are amplitude-selected from calibration marks in the amplitude signal selector 13, separation of useful signals from interfering noise and interference in a block for extracting useful signals from interference 14, recognition of stellar objects in the form of a set of image elements corresponding to a single star in a block for recognizing stars 15. 15. As a result, for each spectral range, a set of images of stellar objects is obtained, obtained on the sensitive area of the matrix photodetector, which are recorded in the memory of the multispectral image forming unit of stars 17 for further processing. In the block for generating a multispectral image of stars 17 for each image of a stellar object, the average value of the magnitude of the image signal in each spectral range is estimated and the results of these calculations for each stellar object decide on the spectral range of its representation for measuring angular coordinates. The decision is made by simply selecting the maximum value from all the average values of the image signal over the spectral ranges for the current stellar object. It is these selected images of stars that make up the general multispectral representation of stellar objects, from which measurements of the angular coordinates of stars are formed. In the computing device for determining the angular coordinates of the stars 18, the linear coordinates of the multispectral images of stars are measured on a sensitive area of the matrix receiver and stored. The synchronization of the operation of the multispectral image forming unit of the stars 17 and the computing device for determining the angular coordinates of the stars 18 is carried out according to the fourth output of the synchronization unit 16. Then, according to the signal generated at the first output of the synchronization unit 16, the illuminator of the collimator unit with illuminator 6 is turned on and the image of the calibration marks is projected onto that the same photosensitive area. At the same time, according to the signal generated at the third output of the synchronization unit 16, through the exposure command generator 12 and the variable exposure time forming unit 7, the exposure of the matrix receiver decreases K times compared to what it was when working with stars. The illumination at the receiver in the image of the calibration marks and the K value are preselected so that the receiver signal from the calibration marks is greater than the signal from the brightest star. The image of the calibration marks is taken from the matrix photodetector with a charge accumulation of 8 and is fed through the analog processing and analog-to-digital conversion unit 10 to the amplitude signal selector 13. The images of the calibration marks highlighted by the amplitude signal selector 13 sequentially pass through the block for extracting the useful signal from interference 14, the recognition unit stars 15, the multispectral image forming unit of stars 17 and are directly fed to a computing device for determining angular coordinates INAT star 18, wherein counting is performed of the measured linear coordinates star in their angular position in the base coordinate system, taking into account the results of measurement of the linear coordinate marks and the calibration results of measurements performed in advance of the angular coordinates of these marks. The angular coordinates of the stars are output to the device for measuring the angular coordinates of the stars. Reads information about images from a matrix photodetector. The operation control unit of the matrix photodetector 9 is constantly synchronized by a signal from the second output of the synchronizer unit 16 from the digital processing and control unit 11.

Покажем, что веденная в способ и устройство измерения угловых координат звезд совокупность существенных признаков действительно приводит к достижению поставленной цели, а именно к повышению общей точности измерения угловых координат звезд. Точность измерения связана с условиями наблюдения и характеристиками инструмента наблюдения. K первым относятся соотношение между шумовыми характеристиками наблюдения и интенсивностью излучения звездных объектов и характеристики атмосферы (при наблюдении с Земли), основная из которых - турбулентность атмосферы. Вторые обычно связывают с качеством оптики телескопа и характеристиками преобразования свет - электрический сигнал. Все эти факторы, в совокупности приводят к появлению фоновой шумовой составляющей сигнала наблюдения и к размыванию точечного изображения звезды в фокальной плоскости, причем величина и границы этого размывания напрямую связаны со всеми перечисленными факторами. Как известно, решающим фактором при этом является отношение мощности сигнала к мощности шумов [5]. Чем выше это отношение, тем резче граница, определяющая звездный объект на шумовом фоне, и тем меньше дисперсия ошибки оценивания координат объекта. Пусть спектральный диапазон чувствительности матричного фотоприемника с накоплением заряда равен ΔF. Считая, что спектральное распределение шумов в этом диапазоне характеризуется равномерным спектром со спектральной плотностью мощности N0/2 и спектральная чувствительность матричного фотоприемника с накоплением заряда также равномерна. Это означает, что мощность шумов в рассматриваемом спектральном диапазоне равна ΔF N0/2.We show that the set of essential features introduced into the method and device for measuring the angular coordinates of stars really leads to the achievement of the goal, namely, to increase the overall accuracy of measuring the angular coordinates of stars. The accuracy of the measurement is related to the observation conditions and the characteristics of the observation tool. The first are the relationship between the noise characteristics of the observation and the radiation intensity of stellar objects and the characteristics of the atmosphere (when observed from the Earth), the main of which is atmospheric turbulence. The latter are usually associated with the quality of the telescope optics and the characteristics of the conversion of light - electrical signal. All these factors together lead to the appearance of a background noise component of the observation signal and to the erosion of the point image of the star in the focal plane, and the magnitude and boundaries of this erosion are directly related to all these factors. As is known, the decisive factor in this case is the ratio of signal power to noise power [5]. The higher this ratio, the sharper the boundary that defines the stellar object on the noise background, and the less the variance of the error in estimating the coordinates of the object. Let the spectral sensitivity range of the array photodetector with charge accumulation be ΔF. Assuming that the spectral distribution of noise in this range is characterized by a uniform spectrum with a power spectral density of N 0/2 and the spectral sensitivity of the array photodetector with charge accumulation is also uniform. This means that the noise power in this spectral range is equal to ΔF N 0/2.

В то же время излучение звездных объектов является неравномерным по своему спектру [6]. Например [7], основные навигационные звезды сильно различаются по своему спектральному составу (табл.1).At the same time, the emission of stellar objects is uneven in its spectrum [6]. For example [7], the main navigation stars vary greatly in their spectral composition (Table 1).

Мощность излучения от звездного объекта определяется интегралом:The radiation power from a stellar object is determined by the integral:

Pз=∫ΔFS(f)df,P s = ∫ ΔF S (f) df,

где S(f) - спектр излучения звезды по мощности.where S (f) is the power emission spectrum of the star.

Таблица 1Table 1 Навигационная звездаNavigation star Звездн. величинаStars value ЦветColor Сириус (α Б. Пса)Sirius (α B. Dog) -1m,58-1 m , 58 БелыйWhite Капелла (α Возничего)Chapel (α Charioteer) 0m,210 m , 21 ЖелтыйYellow Арктур (α Волопаса)Arcturus (α Bootes) 0m,240 m , 24 ОранжевыйOrange Процион (α М. Пса)Procyon (α M. Dog) 0m,480 m , 48 ЖелтыйYellow Альтаир (α Орла)Altair (α Eagle) 0m,890 m , 89 БелыйWhite Бетельгейзе (α Ориона)Betelgeuse (α Orion) 0m,920 m , 92 КрасныйRed Альдебаран (α Тельца)Aldebaran (α Taurus) 1m,061 m , 06 ОранжевыйOrange Спика (α Девы)Spica (Virgo α) 1m,251 m , 25 Голубовато-белыйBluish white

Поскольку точность измерения координат непосредственно связана с отношением сигнал/шум, определим это отношение в каждой ячейке матричного фотоприемника с накоплением заряда в устройстве-прототипе выражением:Since the accuracy of measuring coordinates is directly related to the signal-to-noise ratio, we define this ratio in each cell of the matrix photodetector with the accumulation of charge in the prototype device by the expression:

( С Ш ) П i j = 2 k i j P з Δ F N 0 = 2 k i j N з N 0

Figure 00000001
( FROM W ) P i j = 2 k i j P s Δ F N 0 = 2 k i j N s N 0
Figure 00000001

Здесь kij - коэффициент, учитывающий распределение энергии излучения по поверхности матричного фотоприемника с накоплением заряда, обусловленный турбулентностью атмосферы и другими факторами, влияющими на пространственную когерентность изображения, Nз - средняя спектральная плотность мощности излучения звезды.Here k ij is the coefficient taking into account the distribution of radiation energy over the surface of the matrix photodetector with charge accumulation due to atmospheric turbulence and other factors affecting the spatial coherence of the image, N s is the average spectral power density of the star radiation.

В предлагаемом способе и устройстве прежде, чем проецировать изображение звездного неба на поверхность матричного фотоприемника с накоплением заряда, осуществляется фильтрация этого изображения в последовательности светофильтров, полностью перекрывающих спектр диапазона ΔF. В результате фильтрации общий спектр излучения разбивается на ряд спектральных областей. За счет изменения времени экспозиции в спектральных диапазонах обратно пропорционально относительной ширине спектра соответствующего диапазона уравнивается шумовая составляющая в выходном сигнале изображения. Это эквивалентно нормировке величины сигнала в каждом диапазоне к его ширине спектра ΔFi, что позволяет выбрать диапазон с максимальной удельной интенсивностью сигнала звезды и использовать его для определения координат звездных объектов. С этой целью производится сравнение средней интенсивности излучения каждого звездного объекта по его изображению во всех спектральных диапазонах. Докажем, что отношение сигнал/шум по каждому звездному объекту при такой обработке оказывается выше, чем в прототипе. Для этого рассмотрим, чему равняется отношение сигнал/шум в ячейке матричного фотоприемника с накоплением заряда в предлагаемом изобретении. В предлагаемом способе и устройстве спектральный диапазон ΔF разбит на M спектральных областей и на первом этапе производится выбор спектральной области с наибольшей спектральной плотностью излучения. Докажем, что в этом случае отношение сигнал/шум в каждой ячейке матричного фотоприемника с накоплением заряда будет наибольшим.In the proposed method and device, before projecting the image of the starry sky onto the surface of the matrix photodetector with the accumulation of charge, this image is filtered in a sequence of filters that completely cover the spectrum of the ΔF range. As a result of filtration, the total radiation spectrum is divided into a number of spectral regions. By changing the exposure time in the spectral ranges, the noise component in the output image signal is equalized inversely with the relative width of the spectrum of the corresponding range. This is equivalent to normalizing the magnitude of the signal in each range to its spectrum width ΔF i , which allows you to select the range with the maximum specific intensity of the star signal and use it to determine the coordinates of stellar objects. For this purpose, the average radiation intensity of each stellar object is compared by its image in all spectral ranges. We prove that the signal-to-noise ratio for each stellar object during such processing is higher than in the prototype. To do this, consider what the signal-to-noise ratio in the cell of the matrix photodetector is with accumulation of charge in the present invention. In the proposed method and device, the spectral range ΔF is divided into M spectral regions, and at the first stage, the spectral region with the highest spectral radiation density is selected. We prove that in this case the signal-to-noise ratio in each cell of the matrix photodetector with charge accumulation will be the largest.

Тогда мощность шумов в одной из M частей (k-й) спектрального диапазона равна ΔFk N0/2. Соответственно, мощность излучения от звездного объекта в k-й части спектрального диапазона равна:Then the power of noise in one of the M parts of (k-th) spectral range is equal to ΔF k N 0/2. Accordingly, the radiation power from a stellar object in the k-th part of the spectral range is equal to:

P з k = Δ F k S ( F ) d t

Figure 00000002
. P s k = Δ F k S ( F ) d t
Figure 00000002
.

Тогда отношение сигнал/шум в каждой ячейке матричного фотоприемника с накоплением заряда в предлагаемом устройстве определяется какThen the signal-to-noise ratio in each cell of the matrix photodetector with the accumulation of charge in the proposed device is defined as

( С Ш ) i j k = 2 k i j P з k Δ F k N 0 = 2 k i j N з k N 0 ,

Figure 00000003
( FROM W ) i j k = 2 k i j P s k Δ F k N 0 = 2 k i j N s k N 0 ,
Figure 00000003

где Nзk - средняя интервальная спектральная плотность мощности излучения звезды.where N zk is the average interval spectral density of the radiation power of the star.

Если предположить, что спектр излучения звезды, так же как и шум, равномерен в полосе ΔF величина Nзk=Nз и, следовательно,If we assume that the emission spectrum of the star, as well as noise, is uniform in the band ΔF, the value of N zk = N z and, therefore,

( С Ш ) i j k = ( С Ш ) П i j

Figure 00000004
( FROM W ) i j k = ( FROM W ) P i j
Figure 00000004

Однако в случае неравномерного распределения интенсивности по спектру излучения, что имеет место на практике и при условии, что в качестве k-й части спектрального диапазона будет выбрана часть с максимальной средней интервальной спектральной плотностью мощности излучения звезды, отношение сигнал/шум в этой части спектра будет больше т.е.However, in the case of an uneven distribution of intensity over the radiation spectrum, which is the case in practice and provided that the part with the maximum average interval spectral power density of star radiation is selected as the kth part of the spectral range, the signal-to-noise ratio in this part of the spectrum will be more i.e.

( С Ш ) i j k max > ( С Ш ) П i j

Figure 00000005
( FROM W ) i j k max > ( FROM W ) P i j
Figure 00000005

Это утверждение очевидно, поскольку распределение шумов в диапазоне ΔF равномерно, а общая мощность излучения ограничена величиной Pз This statement is obvious, since the distribution of noise in the range ΔF is uniform, and the total radiation power is limited to P z

P з = k = 1 M Δ F k S ( f ) d f = k = 1 M P з k

Figure 00000006
P s = k = one M Δ F k S ( f ) d f = k = one M P s k
Figure 00000006

Таким образом, точность определения координат звезды при использовании спектральной области с максимальной средней интервальной спектральной плотностью мощности излучения звезды будет выше. Представление изображения звездных объектов в виде набора диапазонных изображений разных спектральных диапазонов (мультиспектральное изображение) позволяет выбрать наиболее приемлемое для измерения координат спектральное изображение каждого звездного объекта. Это в свою очередь означает, что введенная совокупность отличительных признаков является существенной, т.е. предлагаемые способ и устройство измерения угловых координат звезд отвечают требованиям цели изобретения, заключающейся в повышение точности измерения угловых координат звезд.Thus, the accuracy of determining the coordinates of the star when using the spectral region with the maximum average interval spectral density of the radiation power of the star will be higher. Representation of the image of stellar objects in the form of a set of range images of different spectral ranges (multispectral image) allows you to select the most suitable spectral image of each stellar object for measuring coordinates. This in turn means that the set of distinctive features introduced is essential, i.e. the proposed method and device for measuring the angular coordinates of stars meet the requirements of the purpose of the invention, which is to improve the accuracy of measuring the angular coordinates of stars.

Введенные в способ измерения угловых координат звезд мультиспектральные изображения звездных объектов не использовались ни в одном из известных способов измерения угловых координат звезд. Такая совокупность отличительных признаков отсутствует и в аналогах, и в прототипе, что доказывает соответствие предложенного способа критерию «новизна».The multispectral images of stellar objects introduced into the method for measuring the angular coordinates of stars were not used in any of the known methods for measuring the angular coordinates of stars. Such a set of distinctive features is absent in the analogs and in the prototype, which proves the conformity of the proposed method to the criterion of "novelty."

В свою очередь введенные в устройство измерения угловых координат звезд блок переключаемых светофильтров, включенный в тракт прохождения оптического изображения между блендой и элементом ввода, управитель блока переключаемых светофильтров и блок формирования мультиспектрального изображения звезд с соответствующими связями также отсутствуют и в аналогах, и в прототипе, что доказывает соответствие критерию «новизна» предложенного устройства.In turn, the block of switched light filters inserted into the device for measuring the angular coordinates of stars included in the optical image path between the hood and the input element, the manager of the block of switched light filters and the block for generating a multispectral image of stars with corresponding connections are also absent in the analogs and in the prototype, which proves compliance with the criterion of "novelty" of the proposed device.

Таким образом, при анализе уровня техники не выявлены объекты, имеющие такую же совокупность признаков, как и заявляемое изобретение, а следовательно, оно является новым.Thus, the analysis of the prior art did not reveal objects that have the same set of features as the claimed invention, and therefore, it is new.

Изобретательский уровень предложенного способа и устройства подтверждается тем обстоятельством, что в результате поиска не выявлены способы и устройства, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками данного изобретения. Все прослеживаемые направления совершенствования систем измерения угловых координат звезд, отраженные в научно-технической и патентной литературе, не используют спектральные особенности излучения звезд и не используют результаты объединения нескольких спектральных диапазонов для определения угловых координат звезд в интересах навигационных задач. Это означает, что заявляемое изобретение не вытекает явным образом из известного уровня техники, а значит, имеет изобретательский уровень.The inventive step of the proposed method and device is confirmed by the fact that the search did not reveal methods and devices having features that match the distinguishing features of this invention. All traced directions for improving the systems for measuring the angular coordinates of stars, reflected in the scientific, technical and patent literature, do not use the spectral features of star radiation and do not use the results of combining several spectral ranges to determine the angular coordinates of stars in the interests of navigation problems. This means that the claimed invention does not follow explicitly from the prior art, and therefore has an inventive step.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретенияInformation confirming the possibility of carrying out the invention

Промышленная применимость изобретения определяется возможностью реализации его узлов и блоков на современном уровне техники. Возможность технической реализации элементов устройства, совпадающих по назначению с прототипом, не вызывает сомнений. Для реализации блока переключаемых светофильтров может быть использован вращающийся кассетный блок с электромеханическим управлением, в котором используются выпускаемые промышленностью светофильтры основных спектральных диапазонов излучения звезд: от красного до голубого. Управитель блока переключаемых светофильтров представляет собой обычный формирователь управляющих напряжений для механического исполнительного механизма. Блок формирования мультиспектральных изображений звезд является цифровым устройством со стандартным набором элементов цифровой обработки сигналов, как то ОЗУ, ППЗУ, АЛУ, порты ввода/вывода с соответствующим программным и системным обеспечением. Он может быть реализован по стандартной схеме специализированного цифрового микропроцессорного блока с использованием современных быстродействующих микропроцессорных комплектов известных фирм-разработчиков систем цифровой обработки сигналов типа Analog Devices или Texas Instruments.Industrial applicability of the invention is determined by the possibility of implementing its nodes and blocks at the current level of technology. The possibility of technical implementation of the elements of the device, matching the purpose of the prototype, is not in doubt. To implement a block of switched light filters, a rotating cassette block with electromechanical control can be used, which uses industrial filters of the main spectral ranges of star radiation: from red to blue. The commander of the switchable filter block is a conventional driver of control voltages for a mechanical actuator. The multispectral imaging unit for stars is a digital device with a standard set of elements for digital signal processing, such as RAM, ROM, ALU, input / output ports with appropriate software and system software. It can be implemented according to the standard scheme of a specialized digital microprocessor unit using modern high-speed microprocessor sets of well-known developers of digital signal processing systems such as Analog Devices or Texas Instruments.

Таким образом, заявляемое изобретение является промышленно применимым. Оно может использоваться в системах астроориентации и астронавигации для точного определения угловых положений навигационных светил и обладает преимуществами перед известными, связанными с повышением точности измерений угловых положений звезд, что обуславливает его технико-экономическую эффективность.Thus, the claimed invention is industrially applicable. It can be used in astroorientation and astronavigation systems to accurately determine the angular positions of navigational luminaries and has advantages over the well-known ones associated with increasing the accuracy of measuring the angular positions of stars, which determines its technical and economic efficiency.

ЛитератураLiterature

1. Kuzmin V.S., Fedoseev V.I., Zaeekin V.I. New generation of star sensors. Proc. SPIE, 2739-41, Acquisition, Tracking and Pointing X, 1996, vol.27391. Kuzmin V.S., Fedoseev V.I., Zaeekin V.I. New generation of star sensors. Proc. SPIE, 2739-41, Acquisition, Tracking and Pointing X, 1996, vol. 2739

2. Петрович В.А. Малогабаритный звездный датчик. Оптический журнал, 1996, №7, с.48-49.2. Petrovich V.A. Small star sensor. Optical Journal, 1996, No. 7, pp. 48-49.

3. Федосеев В.И., Колосов М.П. Оптико-электронные приборы ориентации и навигации космических аппаратов. Москва, Логос, 2007, с.156-160.3. Fedoseev V.I., Kolosov M.P. Optoelectronic devices for orientation and navigation of spacecraft. Moscow, Logos, 2007, p. 156-160.

4. Патент RU 2408849 C1, G01C 21/24, G01B 11/26, заявл. 20.05.2009 г.4. Patent RU 2408849 C1, G01C 21/24, G01B 11/26, claimed. 05/20/2009

5. Д. Бартон, Г. Вард. Справочник по радиолокационным измерениям. М.: Советское радио, 1976.5. D. Barton, G. Ward. Handbook of radar measurements. M .: Soviet Radio, 1976.

6. James В. Kaler. Stars and their spectra: an introduction to the spectral sequence. - Cambridge University Press, 1997. - P.62-63. - 300 p.- ISBN 0-521-58570-8, ISBN 978-0-521-58570-5.6. James B. Kaler. Stars and their spectra: an introduction to the spectral sequence. - Cambridge University Press, 1997 .-- P.62-63. - 300 p.- ISBN 0-521-58570-8, ISBN 978-0-521-58570-5.

7. http://astro.uni-altai.ru/files/12ns.html.7.http: //astro.uni-altai.ru/files/12ns.html.

Claims (5)

1. Способ измерения угловых координат звездуглоизмерительным звездным прибором, построенным на основе матричного фотоприемника с накоплением заряда, включающий проецирование на фоточувствительную поверхность матричного фотоприемника с накоплением заряда через объектив изображения участка звездного неба, измерение линейных координат центров изображений звезд на фоточувствительной площадке приемника, проецирование на фоточувствительную поверхность матричного фотоприемника с накоплением заряда через объектив специальных калибрационных меток, формируемых коллиматором канала геометрического эталона и жестко связанных с базовой приборной системой координат, реализуемой конструктивными элементами прибора, причем при проецировании калибрационных отметок время накопления сигнала в приемнике устанавливают в K раз меньше, чем при работе по звездам, а величина кратности уменьшения времени накопления K и освещенность изображений калибрационных отметок заранее выбираются так, чтобы при этом сигнал на выходе приемника от самой яркой рабочей звезды был меньше сигнала от калибрационных отметок, амплитудную селекцию сигналов калибрационных отметок по критерию превышения заранее выбранного порогового уровня, превышающего сигнал от самой яркой звезды, и измерение линейных координат центров изображений калибрационных отметок на фоточувствительной поверхности матричного фотоприемника с накоплением заряда, пересчет линейных координат центров изображений звезд в угловые координаты звезд в базовой приборной системе координат с учетом результатов измерений линейных координат центров изображений калибрационных отметок при заранее известных их угловых координатах, отличающийся тем, что изображение участка звездного неба формируется на фоточувствительной площадке матричного фотоприемника с накоплением заряда в трех и более (M) спектральных диапазонах путем предварительной фильтрации светового потока от выбранного участка звездного неба в системе светофильтров, причем время экспозиции в каждом спектральном диапазоне обратно пропорционально относительной ширине этого спектрального диапазона, из полученных диапазонных изображений звездного неба по всем спектральным диапазонам выделяются изображения объектов и из них формируются мультиспектральные изображения звездных объектов путем выбора по каждому звездному объекту изображения того спектрального диапазона, средняя величина амплитуды в котором оказывается наибольшей среди всех диапазонных изображений данной звезды, в качестве линейных координат центров изображений звезд выбираются координаты центров мультиспектральных изображений звезд.1. A method of measuring the angular coordinates of a star-measuring star device based on an array photodetector with charge accumulation, including projecting onto a photosensitive surface of a matrix photodetector with charge accumulation through an image lens of a portion of the starry sky, measuring the linear coordinates of the centers of the image of stars on a photosensitive area of the receiver, projecting onto a photosensitive surface of the matrix photodetector with the accumulation of charge through a lens of special caliber markers formed by the geometric standard channel collimator and rigidly connected with the base instrument coordinate system implemented by the instrument structural elements; moreover, when projecting calibration marks, the signal accumulation time in the receiver is set to K times less than when working with stars, and the magnitude of the reduction in the accumulation time K and the illumination of the images of the calibration marks are pre-selected so that the signal at the receiver output from the brightest working star is less than the signal t calibration points, the amplitude selection of the signals of the calibration marks according to the criterion for exceeding a pre-selected threshold level exceeding the signal from the brightest star, and measuring the linear coordinates of the centers of the images of the calibration marks on the photosensitive surface of the matrix photodetector with the accumulation of charge, recalculating the linear coordinates of the centers of the images of stars in angular coordinates stars in the base instrument coordinate system taking into account the results of measurements of the linear coordinates of the centers of the image of potassium reference points at their known angular coordinates, characterized in that the image of the starry sky portion is formed on the photosensitive area of the array photodetector with the accumulation of charge in three or more (M) spectral ranges by pre-filtering the light flux from the selected portion of the starry sky in the filter system, moreover exposure time in each spectral range is inversely proportional to the relative width of this spectral range, from the obtained range images images of objects are extracted from the starry sky for all spectral ranges and multispectral images of stellar objects are formed from them by selecting for each stellar object images of that spectral range, the average amplitude in which is the largest among all range images of a given star, the linear coordinates of the centers of image of stars are selected coordinates of the centers of multispectral images of stars. 2. Устройство измерения угловых координат звезд, включающее бленду, канал геометрического эталона (КГЭ), выполненный в виде коллиматорного блока с осветителем, формирующего изображения калибрационных меток, и элемента ввода, осуществляющего ввод изображения калибрационных меток в объектив, объектив, матричный фотоприемник с накоплением заряда, фоточувствительная площадка которого расположена в фокальной плоскости объектива, блок управления работой матричного фотоприемника с накоплением заряда, выходы которого подключены к управляющим входам матричного фотоприемника с накоплением заряда, блок формирования изменяемого времени экспозиции, выход которого соединен со входом экспозиции матричного фотоприемника с накоплением заряда, блок аналоговой обработки и аналого-цифрового преобразования, вход которого подключен к выходу матричного фотоприемника с накоплением заряда, блок цифровой обработки и управления, вход которого подключен к выходу блока аналоговой обработки и аналого-цифрового преобразования, первый выход подключен ко входу коллиматорного блока с осветителем, второй выход соединен со входом блока управления работой матричного фотоприемника с накоплением заряда, третий выход подключен ко входу блока формирования изменяемого времени экспозиции, а четвертый выход является выходом устройства измерения угловых координат звезд, блок цифровой обработки и управления включает последовательно соединенные амплитудный селектор сигналов, вход которого является входом блока цифровой обработки и управления, блок выделения полезных сигналов из помех и блок распознавания звезд, формирователь команд переключения экспозиции матричного фотоприемника, выход которого является третьим выходом блока цифровой обработки и управления, вычислительное устройство определения угловых координат звезд, выход которого является четвертым выходом блока цифровой обработки и управления, и блок синхронизации, первый и второй выходы которого являются соответственно первым и вторым выходами блока цифровой обработки и управления, его третий выход подключен ко входу формирователя команд переключения экспозиции матричного фотоприемника, а четвертый выход соединен со входом синхронизации вычислительного устройства определения угловых координат звезд, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены блок переключаемых светофильтров, включенный между блендой и элементом ввода и образующий в последовательности бленда, блок переключаемых светофильтров, элемент ввода, объектив - тракт прохождения оптического изображения, управитель блока переключаемых светофильтров, выход которого подключен ко входу управления блока переключаемых светофильтров, а в блок цифровой обработки и управления дополнительно введены пятый выход, являющийся третьим выходом блока синхронизации и подключенный ко входу управителя блока переключаемых светофильтров, блок формирования мультиспектрального изображения звезд, вход которого соединен с выходом блока распознавания звезд, выход подключен ко входу вычислительного устройства определения угловых координат звезд, а вход синхронизации соединен с четвертым выходом блока синхронизации.2. A device for measuring the angular coordinates of stars, including a lens hood, a channel of a geometric standard (CGE), made in the form of a collimator unit with a illuminator, forming images of calibration marks, and an input element that implements the image of calibration marks in the lens, lens, and photodetector with accumulation of charge , the photosensitive area of which is located in the focal plane of the lens, the array photodetector control unit with charge accumulation, the outputs of which are connected to the control to them the inputs of the matrix photodetector with charge accumulation, the unit for generating a variable exposure time, the output of which is connected to the input of the exposure of the matrix photodetector with charge storage, the unit for analog processing and analog-to-digital conversion, the input of which is connected to the output of the matrix photodetector with charge storage, the digital processing unit and control, the input of which is connected to the output of the block of analog processing and analog-to-digital conversion, the first output is connected to the input of the collimator unit with lighting by the body, the second output is connected to the input of the matrix photodetector operation control unit with charge accumulation, the third output is connected to the input of the variable exposure time generation unit, and the fourth output is the output of the star angular coordinate measuring device, the digital processing and control unit includes a series-connected amplitude signal selector, the input of which is the input of the digital processing and control unit, the unit for extracting useful signals from interference and the star recognition unit, and switching the exposure of the matrix photodetector, the output of which is the third output of the digital processing and control unit, a computing device for determining the angular coordinates of the stars, the output of which is the fourth output of the digital processing and control unit, and a synchronization unit, the first and second outputs of which are the first and second outputs, respectively of the digital processing and control unit, its third output is connected to the input of the shaper of commands for switching the exposure of the matrix photodetector, and the fourth the output is connected to the synchronization input of the computing device for determining the angular coordinates of the stars, characterized in that the device further includes a switchable filter block included between the hood and the input element and forming a switchable filter block in the hood sequence, the input element, the lens is an optical image path , the manager of the switchable filter unit, the output of which is connected to the control input of the switchable filter unit, and into the digital processing unit The fifth output, which is the third output of the synchronization unit and connected to the input of the manager of the switchable filter block, the multispectral image forming unit of the stars, the input of which is connected to the output of the star recognition unit, the output is connected to the input of the computing device for determining the angular coordinates of the stars, and the input synchronization is connected to the fourth output of the synchronization unit. 3. Устройство измерения угловых координат звезд по п.2, отличающееся тем, что блок переключаемых светофильтров выполнен в виде кассетного блока с механическим управлением.3. The device for measuring the angular coordinates of stars according to claim 2, characterized in that the switchable filter unit is made in the form of a cassette unit with mechanical control. 4. Устройство измерения угловых координат звезд по п.2, отличающееся тем, что блок формирования мультиспектрального изображения звезд и вычислительное устройство определения угловых координат звезд включают запоминающее устройство.4. The device for measuring the angular coordinates of stars according to claim 2, characterized in that the multispectral image forming unit of the stars and the computing device for determining the angular coordinates of the stars include a storage device. 5. Устройство измерения угловых координат звезд по п.4, отличающееся тем, что запоминающее устройство выполнено в виде энергонезависимой памяти или в виде любого другого типа памяти. 5. The device for measuring the angular coordinates of stars according to claim 4, characterized in that the storage device is made in the form of non-volatile memory or in the form of any other type of memory.
RU2013128197/28A 2013-06-19 2013-06-19 Method and device to measure angular coordinates of stars RU2535247C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013128197/28A RU2535247C1 (en) 2013-06-19 2013-06-19 Method and device to measure angular coordinates of stars

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013128197/28A RU2535247C1 (en) 2013-06-19 2013-06-19 Method and device to measure angular coordinates of stars

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2535247C1 true RU2535247C1 (en) 2014-12-10
RU2013128197A RU2013128197A (en) 2014-12-27

Family

ID=53278501

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013128197/28A RU2535247C1 (en) 2013-06-19 2013-06-19 Method and device to measure angular coordinates of stars

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2535247C1 (en)

Cited By (6)

* 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
RU2582309C1 (en) * 2015-03-23 2016-04-20 Акционерное общество "Московский институт электромеханики и автоматики" (АО "МИЭА") Astronomical sighting system
RU2583349C2 (en) * 2014-03-14 2016-05-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный научно-производственный ракетно-космический центр "ЦСКБ-Прогресс" (ФГУП "ГНПРКЦ "ЦСКБ-Прогресс") Star sensor with increased frequency of updating information on orientation
RU2586443C1 (en) * 2015-03-23 2016-06-10 Акционерное общество "Московский институт электромеханики и автоматики" (АО "МИЭА") Astronomical sighting method
RU203392U1 (en) * 2020-08-11 2021-04-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова» (МГУ) DEVICE FOR DETERMINING OBJECT ORIENTATION BY STARS
CN116592850A (en) * 2023-07-18 2023-08-15 中国科学院国家天文台 Method for correcting sky measurement precision by using star view velocity in seamless spectrum observation

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1111402A1 (en) * 1999-12-20 2001-06-27 TRW Inc. Star tracker with CCDs for high radiation environments
US7417210B2 (en) * 2006-06-30 2008-08-26 Northrop Grumman Corporation Multi-spectral sensor system and methods
RU2408849C1 (en) * 2009-05-20 2011-01-10 Оао "Нпп "Геофизика-Космос" Method and device for measuring angular coordinates of stars
RU2492420C2 (en) * 2011-08-18 2013-09-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" Method of determining spatial position of object and apparatus for implementing said method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1111402A1 (en) * 1999-12-20 2001-06-27 TRW Inc. Star tracker with CCDs for high radiation environments
US7417210B2 (en) * 2006-06-30 2008-08-26 Northrop Grumman Corporation Multi-spectral sensor system and methods
RU2408849C1 (en) * 2009-05-20 2011-01-10 Оао "Нпп "Геофизика-Космос" Method and device for measuring angular coordinates of stars
RU2492420C2 (en) * 2011-08-18 2013-09-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" Method of determining spatial position of object and apparatus for implementing said method

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2583349C2 (en) * 2014-03-14 2016-05-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный научно-производственный ракетно-космический центр "ЦСКБ-Прогресс" (ФГУП "ГНПРКЦ "ЦСКБ-Прогресс") Star sensor with increased frequency of updating information on orientation
RU2577558C1 (en) * 2015-02-04 2016-03-20 Общество с ограниченной ответственностью "Азмерит", ООО "Азмерит" Device for determining orientation of object based on stars
RU2582309C1 (en) * 2015-03-23 2016-04-20 Акционерное общество "Московский институт электромеханики и автоматики" (АО "МИЭА") Astronomical sighting system
RU2586443C1 (en) * 2015-03-23 2016-06-10 Акционерное общество "Московский институт электромеханики и автоматики" (АО "МИЭА") Astronomical sighting method
RU203392U1 (en) * 2020-08-11 2021-04-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова» (МГУ) DEVICE FOR DETERMINING OBJECT ORIENTATION BY STARS
CN116592850A (en) * 2023-07-18 2023-08-15 中国科学院国家天文台 Method for correcting sky measurement precision by using star view velocity in seamless spectrum observation
CN116592850B (en) * 2023-07-18 2023-09-19 中国科学院国家天文台 Method for correcting sky measurement precision by using star view velocity in seamless spectrum observation

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013128197A (en) 2014-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2535247C1 (en) Method and device to measure angular coordinates of stars
Huang et al. The Hawaii K-Band Galaxy Survey. II. Bright K-Band Imaging
Salzer et al. The kpno international spectroscopic survey. I. description of the survey
Majewski et al. Detection of the main-sequence turnoff of a newly discovered milky way halo structure in the triangulum-andromeda region
CN106679676B (en) A kind of monoscopic multifunctional optical sensor and implementation method
EP3430353B1 (en) Celestial navigation system
Theureau et al. Kinematics of the local universe-XII. 21-cm line measurements of 586 galaxies with the new Nançay receiver
WO2017040669A1 (en) Pattern detection at low signal-to-noise ratio
DE112012007096B4 (en) Tracker unit and method in a tracker unit
US9354045B1 (en) Image based angle sensor
CN107609547B (en) Method and device for quickly identifying stars and telescope
Andreoni et al. Mary, a pipeline to aid discovery of optical transients
CN108051005A (en) The single PSD detection methods of Target space position and posture
CN109186759A (en) A kind of grating spectrograph image quality measurement method and apparatus
US9998636B2 (en) Method to remove the spectral components of illumination and background from multi-spectral and hyper-spectral images
CN110689571B (en) Star observation method based on error angle self-adaptive adjustment and astronomical telescope
CN108305290B (en) Accurate spectrum measuring method for moving target
Rosa et al. The galactic center in the far-red
RU2408849C1 (en) Method and device for measuring angular coordinates of stars
CN105043544A (en) Image spectrum tracking method and system
Neilsen Signal processing on digitized LADAR waveforms for enhanced resolution on surface edges
CN103792005A (en) Wide-band two-dimension dispersion high-speed imaging spectrometer
Gudmundson Ground based attitude determination using a SWIR star tracker
WO2019140430A1 (en) Pattern detection at low signal-to-noise ratio with multiple data capture regimes
RU86297U1 (en) STAR ANGULAR COORDINATE MEASUREMENT DEVICE

Legal Events

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

Effective date: 20150620