RU2631834C2 - Method and device for correcting characteristic nonlinearity of photoelectric direction-finder of electromagnetic energy distant source within reviewed straight angle - Google Patents
Method and device for correcting characteristic nonlinearity of photoelectric direction-finder of electromagnetic energy distant source within reviewed straight angle Download PDFInfo
- Publication number
- RU2631834C2 RU2631834C2 RU2016130170A RU2016130170A RU2631834C2 RU 2631834 C2 RU2631834 C2 RU 2631834C2 RU 2016130170 A RU2016130170 A RU 2016130170A RU 2016130170 A RU2016130170 A RU 2016130170A RU 2631834 C2 RU2631834 C2 RU 2631834C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- analog
- sensitive surface
- radiation
- photoelectric
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области аэрокосмического приборостроения и касается пути совершенствования измерительного средства дистанционного зондирования позиций источников лучистого потока - статического фотоэлектрического пеленгатора (СФП) источника электромагнитной энергии, участвующего в решении задач навигации, ориентации, стабилизации и контроля положения мобильных аэрокосмических объектов по энергетическому центру Солнца или другого отдаленного источника электромагнитной энергии, слежения за ориентиром с земной поверхности.The invention relates to the field of aerospace instrumentation and relates to a way to improve the measuring tool for remote sensing positions of radiant flux sources - a static photoelectric direction finder (electromagnetic direction finder) of an electromagnetic energy source involved in solving problems of navigation, orientation, stabilization and position control of mobile aerospace objects in the solar energy center or other remote source of electromagnetic energy, tracking a landmark from the earth's surface and.
Тенденция совершенствования СФП как служебного измерительного устройства мобильного аэрокосмического объекта сегодня заключается в поиске путей уменьшения массы, объема и энергопотребления при сохранении или улучшении метрологических параметров, что разрешает увеличить вес и объем научной или специализированной аппаратуры, размещаемой на аэрокосмическом аппарате. В этом отношении рационально найти способ коррекции нелинейности относительной пеленгационной характеристики устройства, запатентованного как RU 2526218 C1, 27.03.2013 и опубликованного 20.08.2014. Другие показатели соответствуют уровню развития техники для измерительных средств дистанционного зондирования позиций источников электромагнитной энергии в околоземном пространстве, слежения за ними с земли.The tendency to improve TFP as a service measuring device of a mobile aerospace object today is to find ways to reduce the mass, volume and energy consumption while maintaining or improving metrological parameters, which allows you to increase the weight and volume of scientific or specialized equipment placed on an aerospace vehicle. In this regard, it is rational to find a method for correcting the non-linearity of the relative direction-finding characteristic of a device patented as RU 2526218 C1, 03/27/2013 and published on 08/20/2014. Other indicators correspond to the level of technological development for measuring instruments for remote sensing of positions of electromagnetic energy sources in near-Earth space, for tracking them from the ground.
Преимущества патентуемого изобретения RU 2526218 С1, 27.03.2013 - устройства определения угловой позиции источника электромагнитной энергии и способа работы пеленгатора - заключается в изобретательском подходе построения СФП относительно уровня развития техники, в новых приемах и действиях с детектирующими элементами измерительного прибора и их взаимосвязи между собой, что позволило на этой основе улучшать лимитирующие параметры средств дистанционного зондирования позиции источников электромагнитной энергии в оптическом диапазоне длин волн.The advantages of the patented invention RU 2526218 C1, 03/27/2013 — a device for determining the angular position of an electromagnetic energy source and a direction finder operation method — consists in an inventive approach to constructing an SFP with respect to the level of technology development, in new methods and actions with detecting elements of a measuring device and their interconnection, which made it possible on this basis to improve the limiting parameters of remote sensing means of the position of electromagnetic energy sources in the optical wavelength range .
Напомним, что сущность способа построения патентуемого устройства RU 2526218, 27.03.2013 заключена в использовании детекторов излучения с полуцилиндрической чувствительной поверхностью при противоположной их ориентации для определения позиции лучистого потока и рациональном сочетании работы двух взаимосвязанных преобразующих электронных звеньев: функционального и линейного. Фотоэлектронная составляющая функционального звена устройства включает три действующих детектора излучения с полуцилиндрическими чувствительными поверхностями, из которых один противоположно ориентирован по отношению к двум другим, а электронное звено состоит из минимального набора локальных электронных линейных элементов - два преобразователя «ток напряжение», один преобразователь «аналог - цифра», которые необходимы устройству для получения результатов углового положения отдаленного источника электромагнитной энергии в цифровой форме. В этом варианте построения устройства «абсолютная» и «относительная» пеленгационные характеристики в измерительном средстве аналогичны, так как «номинальный масштабный фактор» не вносит искажений при определении отношения.Recall that the essence of the method of constructing the patented device RU 2526218, 03/27/2013 is to use radiation detectors with a semi-cylindrical sensitive surface with their opposite orientation to determine the position of the radiant flux and a rational combination of the work of two interconnected converting electronic links: functional and linear. The photoelectronic component of the device’s functional link includes three active radiation detectors with semi-cylindrical sensitive surfaces, one of which is oppositely oriented with respect to the other two, and the electronic link consists of a minimal set of local electronic linear elements - two current-voltage converters, one analog-to- figure ", which are necessary for the device to obtain the results of the angular position of a remote source of electromagnetic energy in figures howl form. In this embodiment, the construction of the device “absolute” and “relative” direction-finding characteristics in the measuring tool are similar, since the “nominal scale factor” does not introduce distortions in determining the ratio.
Подход и действия в запатентованном устройстве RU 2526218, 27.03.2013 сводятся к тому, что пассивный одиночный детектор излучения с полуцилиндрической чувствительной поверхностью, который ориентирован своей оптической осью вдоль угловой оси прямоугольной системы координат устройства, задает нечетно-симметричную «абсолютную» пеленгационную характеристику, соответствующую закону синуса в пределах плюс/минус 90°, смещенную по оси ординат - оптическая ось СФП, когда амплитудная энергетическая ось детектора излучения делит характеристику датчика по угловой оси пополам: правая часть - положительное направление и левая часть - отрицательное направление. При этом обзорная «относительная» пеленгационная характеристика СФП отвечает закону синуса только в пределах углового обзорного сектора плюс/минус 90°, если устройство жестко фиксировано на фундаментальной посадочной плоскости аэрокосмического аппарата при площади на порядок большей, чем основание устройства.The approach and actions in the patented device RU 2526218, 03/27/2013 are reduced to the fact that a passive single radiation detector with a semi-cylindrical sensitive surface, which is oriented with its optical axis along the angular axis of the rectangular coordinate system of the device, sets an odd-symmetric "absolute" direction-finding characteristic corresponding to sine law within plus / minus 90 °, shifted along the ordinate axis - the optical axis of the TFP, when the amplitude energy axis of the radiation detector divides the characteristic of the sensor along the angular axis in half: the right side is the positive direction and the left side is the negative direction. Moreover, the overview “relative” direction-finding characteristic of the TFP corresponds to the sine law only within the angular survey sector plus / minus 90 °, if the device is rigidly fixed on the fundamental landing plane of the aerospace vehicle with an area an order of magnitude larger than the base of the device.
Однако устройство и способ, взятые за исходную основу в патентуемом ниже изобретении, характеризуется малым секторным окном - плюс/минус 45° линейной части пеленгационной характеристики СФП в рамках относительной угловой погрешности плюс/минус 2%. Это недостаток, так как ограничивает потенциально-возможную сферу использования измерительного средства на аэрокосмическом аппарате, но он преодолим, если откорректировать пеленгационную характеристику СФП в пределах обзорного развернутого угла.However, the device and method, taken as the starting point in the invention patented below, is characterized by a small sector window - plus / minus 45 ° of the linear part of the direction-finding characteristic of the TFP within the relative angular error of plus /
Дело в том, что исходя из принципа «задача/решение» устройство состоит из базовых функциональных элементов, которые необходимы при коррекции нелинейности относительной пеленгационной характеристики, но они задействованы не в полной мере, выполняя только нейтральную линейную операцию - перевод «абсолютных» в «относительные» измерения позиции лучистого источника. Без использования дополнительных элементов невозможно корректирующие воздействия на исходную характеристику, которая определяется в СФП одиночным детектирующим элементом с полуцилиндрической чувствительной поверхностью.The fact is that, based on the “task / solution” principle, the device consists of basic functional elements that are necessary for correcting the non-linearity of the relative direction-finding characteristic, but they are not fully involved, performing only a neutral linear operation - converting “absolute” to “relative” »Measuring the position of the radiant source. Without the use of additional elements, it is impossible to correct the effects on the initial characteristic, which is determined in TFP by a single detecting element with a semi-cylindrical sensitive surface.
Патентуемый «Способ и устройство коррекции нелинейности характеристики фотоэлектрического пеленгатора отдаленного источника электромагнитной энергии в пределах обзорного развернутого угла» (далее - «Способ коррекции…», «Устройство коррекции…») разрешают за счет компонентной избыточности по отношению к базовой структуре прототипа решить помимо задачи пеленгации ориентира, вопрос коррекции исходной нелинейности обзорной характеристики пеленгатора, расширив сферу применения СФП как измерительного углового инструмента.Patented “Method and device for non-linearity correction of the characteristics of the photoelectric direction finder of a remote source of electromagnetic energy within the sweep angle” (hereinafter - “Correction method ...”, “Correction device ...”) are allowed to solve besides the direction finding problem due to component redundancy with respect to the basic structure of the prototype reference point, the question of correcting the initial non-linearity of the overview characteristic of the direction finder, expanding the scope of the TFP as a measuring angular tool.
Технический результат достигается тем, что дополнив исходное устройство типовыми электронными компонентами: двумя «пассивными» и двумя «активными» элементами, на той же базовой структуре СФП разрешается проблема создания измерительного инструмента, определяющего положение отдаленного источника электромагнитной энергии в пределах обзорного развернутого угла, работающего в конкретных зонах оптического диапазона длин волн, которые определяются спектральными характеристиками детекторов излучения, при относительной погрешности измерения угловой позиции источника плюс/минус 2-3%.The technical result is achieved by supplementing the original device with typical electronic components: two “passive” and two “active” elements, on the same basic structure of the TFP, the problem of creating a measuring instrument that determines the position of a distant source of electromagnetic energy within a sweep of an unfolded angle working in specific zones of the optical wavelength range, which are determined by the spectral characteristics of radiation detectors, with a relative error of rhenium angular source position plus / minus 2.3%.
Сущность «Способа коррекции…» заключена в формировании относительной пеленгационной характеристики СФП преобразователем «аналог - цифра» (АЦП) с внешним «опорой», на входы которого подаются два сигнала - «позиционное» напряжение, текущие амплитуды которого соответствуют функциональной зависимости фототока пассивного детектора излучения, генерируемого при падении на чувствительную поверхность лучевого потока отдаленного источника, и «нелинейного масштабного фактора» - суммы сигналов, получаемых тремя разноориентированными детекторами излучения в пределах обзорного развернутого угла пеленгатора лучистого ориентира.The essence of the “Correction Method ...” lies in the formation of the relative direction-finding characteristic of the TFP with an analog-to-digital converter (ADC) with an external “support”, the inputs of which are supplied with two signals — a “positional” voltage whose current amplitudes correspond to the functional dependence of the photocurrent of a passive radiation detector generated when a distant source is incident on the radiant flux and the “non-linear scale factor” - the sum of the signals received by three differently oriented detectors radiation targets within the surveyed unfolded angle of the direction finder.
Чтобы осознать преимущества и обосновать качественно изобретательский уровень патентуемого изобретения, рассмотрим визуализированные ниже схему электрическую функциональную построения устройства коррекции, апертурные и пеленгационные характеристики СФП, приведем некоторые пояснения и комментарии к ним.In order to realize the advantages and substantiate the qualitatively inventive step of the patented invention, we will consider the electrical functional construction of the correction device visualized below, the aperture and direction-finding characteristics of the TFP, we will provide some explanations and comments on them.
На фиг. 1 представлена схема электрическая функциональная СФП, реализующая способ коррекции нелинейности пеленгационной характеристики.In FIG. 1 is a diagram of an electrical functional TFP that implements a method for correcting non-linearity of a direction-finding characteristic.
Фиг. 2 демонстрирует «двухмерные» апертурные и пеленгационные характеристики в точках, указанных на схеме электрической функциональной СФП.FIG. 2 shows the “two-dimensional” aperture and direction-finding characteristics at the points indicated on the electric functional TFP diagram.
На фиг. 3 визуализирована 3D-пеленгационная характеристика одного канала СФП, в котором реализована коррекция нелинейности пеленгационной характеристики в пределах обзорного развернутого угла устройства.In FIG. 3, the 3D direction finding characteristic of one TFP channel is visualized, in which the correction of the nonlinearity of the direction finding characteristic is implemented within the overview developed angle of the device.
Фиг 4 показывает взаимное расположение двух каналов СФП в «трехмерном» представлении, один из которых «зеркальный».Fig. 4 shows the relative position of two TFP channels in a “three-dimensional” representation, one of which is “mirror”.
Фиг. 5 демонстрирует общий вид дизайна «двухосного» СФП.FIG. 5 shows a general view of the design of a “biaxial” TFP.
На фиг. 6 представлены пеленгационные характеристики СФП, которые он имеет по каждой из двух осей в прямоугольной системе координат мобильного аэрокосмического аппарата.In FIG. 6 shows the bearing characteristics of the TFP, which it has along each of the two axes in a rectangular coordinate system of a mobile aerospace vehicle.
Общее выражение для фототоков детекторов излучения, используемых в СФП, определяется как:The general expression for the photocurrents of radiation detectors used in TFPs is defined as:
где Ее - облученность, Вт/м;where E e - irradiation, W / m;
А - параметрический множитель детектора, который равен - J*S*L*D*m;A is the parametric factor of the detector, which is equal to - J * S * L * D * m;
J - квантовая эффективность детектора;J is the quantum efficiency of the detector;
S - значение крутизны детектора излучения при нормальном падении на него лучистого потока отделенного источника, А/Вт;S is the value of the steepness of the radiation detector with a normal incidence of the radiant flux of the separated source, A / W;
L - длина чувствительной поверхности детектора излучения, м;L is the length of the sensitive surface of the radiation detector, m;
D - ширина чувствительной поверхности детектора излучения, м;D is the width of the sensitive surface of the radiation detector, m;
m - коэффициент эквивалентности формы чувствительной поверхности детектора излучения по отношению к планарному варианту, взятой за единицу;m is the coefficient of equivalence of the shape of the sensitive surface of the radiation detector with respect to the planar version taken per unit;
ƒn(α) и ƒn(β) - функции интенсивностей излучений по угловым координатам азимута и места;ƒ n (α) and ƒ n (β) are functions of radiation intensities in the angular coordinates of azimuth and location;
n - номер детектора излучения на фиг. 1;n is the radiation detector number in FIG. one;
* - знак произведения.* - sign of the work.
При этом отметим следующие моменты.We note the following points.
Оси строительной (метрической) прямоугольной системы координат СФП коллинеарны угловым осям прямоугольной системы координат мобильного аэрокосмического аппарата. Длина детектора параллельна оси азимута, а ширина - оси места в прямоугольной системе угловых координат мобильного аэрокосмического объекта, где для планарного детектора излучения ƒ(α) - cos(α) и ƒ(β) - cos(β), а у детектора с полуцилиндрической чувствительной поверхностью m=0,637, ƒ(α)-[1-sin(α)] и ƒ(β) - cos(β). Для дизайна СФП предпочтительно, чтобы L=D.The axes of the construction (metric) rectangular coordinate system of the TFP are collinear to the angular axes of the rectangular coordinate system of the mobile aerospace vehicle. The length of the detector is parallel to the azimuth axis, and the width is the axis of the place in the rectangular angular coordinate system of the mobile aerospace object, where for the planar radiation detector ƒ (α) is cos (α) and ƒ (β) is cos (β), and for the detector with a semi-cylindrical sensitive surface m = 0.637, ƒ (α) - [1-sin (α)] and ƒ (β) - cos (β). For TFP design, it is preferable that L = D.
До 2013 года определение углового положения источника излучения на основе пеленгационной характеристики в одной плоскости измерении получали способом «ДЕЛЬТА/СИГМА» (RU 2399063 С1, 16.12.2008), когда путем синтезирования (объединения) в числителе определялась разность, а в знаменателе отношения, формировалась сумма сигналов двумя фотодетекторами с планарными чувствительными поверхностями, ориентированными в противоположные стороны на фиксированный угол (пеленгационная характеристика) относительно оптической оси СФП. Недостаток способа - секторное окно, при отсутствии взаимного затенения чувствительных поверхностей детекторов излучения, составляет плюс/минус 45°, а относительная погрешность окна пеленгационной характеристики СФП - плюс/минус 2%.Until 2013, the determination of the angular position of the radiation source based on the direction-finding characteristic in one measurement plane was obtained by the DELTA / SIGMA method (RU 2399063 C1, December 16, 2008), when the difference was determined in the numerator by synthesizing (combining) and the ratio was formed in the denominator the sum of the signals by two photodetectors with planar sensitive surfaces oriented in opposite directions to a fixed angle (direction-finding characteristic) relative to the optical axis of the TFP. The disadvantage of this method is the sector window, in the absence of mutual shading of the sensitive surfaces of the radiation detectors, is plus / minus 45 °, and the relative error of the window of the direction-finding characteristic of the TFP is plus /
Способ «ДЕЛЬТА/СИГМА» в RU 2526218 С1, 27.03.2013 показал такую же погрешность результатов измерения в окне плюс/минус 45°, где в СФП использовались детекторы излучения с полуцилиндрическими чувствительными поверхностями, но сектор обзора измерительного средства составил плюс/минус 90°, а относительная погрешность обзорного развернутого угла укладывалась в пределах плюс/минус 11%. Указанный недостаток устраним, если скорректировать нелинейность характеристики обзорного развернутого угла СФП.The “DELTA / SIGMA” method in RU 2526218 C1, 03/27/2013 showed the same error in the measurement results in the plus / minus 45 ° window, where radiation detectors with semi-cylindrical sensitive surfaces were used in the TFP, but the measuring sector had a plus / minus 90 ° , and the relative error of the sweep angle was within plus /
Главный отличительный признак СФП (RU 2526218 С1, 27.03.2013) - сумма сигналов в знаменателе отношения, получаемых в результате объединения фототоков двух детекторов излучения с полуцилиндрическими чувствительными поверхностями, всегда соответствует постоянному номинальному значению в пределах обзорного развернутого угла СФП. Отсюда становится ясным, как скорректировать нелинейность обзорной пеленгационной характеристики устройства без изменения базовой структуры СФП.The main distinguishing feature of the TFP (RU 2526218 C1, 03/27/2013) is the sum of the signals in the ratio denominator obtained by combining the photocurrents of two radiation detectors with semi-cylindrical sensitive surfaces, always corresponds to a constant nominal value within the panoramic sweep of the TFP. From here it becomes clear how to correct the nonlinearity of the overview direction-finding characteristic of the device without changing the basic structure of the TFP.
Условие для коррекции в этом случае очевидно - надо чтобы амплитудное значение сигнала знаменателя отношения в однозначных точках обзорного развернутого угла СФП было больше, чем амплитуда сигнала в числителе на момент регистрации фототоков детекторов излучения. Оно на практике выполнимо в рамках базовой структуры, если в СФП добавить еще один детектор излучения с планарной чувствительной поверхностью. Тогда, чтобы операция объединения фототоков детекторов излучения отвечала линейной закономерности суммирования, предпочтительна ортогональная ориентация планарного детектора излучения по отношению к оптическим осям детекторов излучения с полуцилиндрическими чувствительными поверхностями.The condition for correction in this case is obvious - it is necessary that the amplitude value of the signal of the ratio denominator at the unambiguous points of the unfolded viewing angle of the TFP be greater than the amplitude of the signal in the numerator at the time of registration of the photocurrents of the radiation detectors. In practice, it is feasible within the framework of the basic structure if one more radiation detector with a planar sensitive surface is added to the TFP. Then, so that the operation of combining the photocurrents of the radiation detectors corresponds to the linear regularity of summation, the orthogonal orientation of the planar radiation detector with respect to the optical axes of the radiation detectors with semi-cylindrical sensitive surfaces is preferable.
Итог проведенного анализа - патентуется новый способ коррекции нелинейности пеленгационной характеристики СФП, который через отношение амплитудных значений величин сигналов «абсолютной» пеленгационной характеристики фототока одного «позиционного» детектора излучения и синтезированной апертурной характеристики фототоков трех детекторов излучения, где один с планарной чувствительной поверхностью, а два других детектора излучения, как в патенте RU 2526218 С1, 27.03.2013 с полуцилиндрическими чувствительными поверхностями, разрешает улучшить метрологические характеристики измерительного средства в пределах обзорного развернутого угла.The result of the analysis - a new method for correcting the nonlinearity of the direction-finding characteristic of the TFP is patented, which through the ratio of the amplitude values of the signal magnitudes of the “absolute” direction-finding characteristic of the photocurrent of one “positional” radiation detector and the synthesized aperture characteristic of the photocurrents of three radiation detectors, where one has a planar sensitive surface and two other radiation detectors, as in patent RU 2526218 C1, 03/27/2013 with semi-cylindrical sensitive surfaces, allows improving metrological characteristics measuring means within the surveillance straight angle.
Схема электрическая функциональная такого СФП обрисована на фиг. 1.The electrical functional diagram of such a TFP is depicted in FIG. one.
Работа СФП с устройством, корректирующим нелинейность обзорного развернутого угла, в патентуемом изобретении описывается следующим образом.The work of the TFP with a device that corrects the nonlinearity of the survey sweep angle, in the patented invention is described as follows.
При падающем на СФП лучистом потоке отдаленного источника на выходе «позиционного» детектора излучения 1 (фиг. 1), имеющего полуцилиндрическую чувствительную поверхность, оптическая ось которого ориентирована вдоль одной из осей прямоугольной системы координат мобильного аэрокосмического аппарата, и функционирующего в режиме «короткого замыкания, порождается фототок.When the radiant flux of a distant source incident on the TFP at the output of the “positional” radiation detector 1 (Fig. 1) has a semi-cylindrical sensitive surface, the optical axis of which is oriented along one of the axes of the rectangular coordinate system of the mobile aerospace vehicle, and operates in the “short circuit, a photocurrent is generated.
Линейная угловая характеристика обзорного развернутого угла СФП представлена на фиг. 2 как ƒ 0, а «двумерная» апертурная характеристика «позиционного» детектора излучения 1 на фиг. 1 визуализирована на фиг. 2 как ƒ 1.The linear angular characteristic of the unfolded overview angle of the TFP is shown in FIG. 2 as ƒ 0, and the “two-dimensional” aperture characteristic of the “positional”
После преобразования фототока детектора излучения 1 (фиг. 1) в напряжение с помощью линейного преобразователя «ток - напряжение» 4 последний поступает на «позиционный» вход (9) линейного преобразователя «аналог - цифра» 7 с «внешней опорой».After converting the photocurrent of the radiation detector 1 (Fig. 1) to voltage using a current-voltage
Устройство коррекции - гибридное объединение в СФП. Оно, исходя из фиг. 1, содержит:Correction device - a hybrid association in the TFP. Based on FIG. 1 contains:
- три пассивных фотоэлектрических детектирующих элемента 1-3, которые при одновременном облучении потоком отдаленного источника генерируют фототоки в пределах развернутого угла пеленгатора;- three passive photoelectric detecting elements 1-3, which, while irradiating with a flux of a distant source, generate photocurrents within the developed angle of the direction finder;
- преобразователи «ток - напряжение» 4, 5, 6 - линейные элементы, предназначенные для сопряжения фототоков детекторов излучения с АЦП;- “current-voltage”
- два резистивных делителя напряжения R4, R5, R6, R7 - пассивные элементы, определяющие величину коррекции нелинейности на участках характеристики обзорного развернутого угла СФП;- two resistive voltage dividers R4, R5, R6, R7 - passive elements that determine the magnitude of the correction of nonlinearity in the characteristic sections of the unfolded viewing angle of the TFP;
- один линейный сумматор 8, предназначенный для формирования функционального сигнала - «нелинейный масштабный фактор» 12, необходимый для функционирования преобразователя «аналог - цифра» 7 с внешней опорой, который выступает в СФП одновременно как измеритель отношений двух функциональных сигналов 9, 12 и делитель напряжения с цифровым выходом 13, что разрешает корректировать зависимость величины выходного сигнала при рассогласовании оптической оси датчика с энергетическим центром отдаленного источника излучения на момент измерения датчиком частей лучистого потока ориентира.- one
Характерно, что чувствительная поверхность детектора излучения 2 иная - планарная. В этом первое отличие фото детектора 2 перед детекторами излучения 1, 3, а второе - ориентация оптической оси детектора, которая ортогональна, по отношению к ним вдоль угловой оси α в прямоугольной координатной системе мобильного аэрокосмического аппарата. Кроме того, детекторы излучения 1, 3 полуцилиндрическими поверхностями смотрят в противоположные стороны вдоль оси α. Апертурная характеристика детектора излучения 2 показана на фиг. 2 как ƒ 2, а детектора излучения 3 - ƒ 3.It is characteristic that the sensitive surface of the
Исходя из формулы (1), выражения для фототоков детекторов излучения 1-3, изображенных на фиг. 1, представим как:Based on the formula (1), the expressions for the photocurrents of radiation detectors 1-3, shown in FIG. 1, imagine how:
Руководствуясь тем, что преобразователи «ток-напряжение» 4-6, пассивные делители напряжения R4-R7, сумматор 8 и АЦП - 7 линейные электронные компоненты СФП, выразим сигнал - «нелинейный масштабный фактор» - в точке 12 на фиг. 1 через синтезированный (объединенный) ток IΣ(α,β):Guided by the fact that the current-voltage converters 4-6, passive voltage dividers R4-R7, the
IΣ(α,β)=I1(α,β)*k1+I2(α,β)*k2+I3(α,β)*k3=0,637*Ee*A*cos(β)*{[1-sin(α)]+1,57*cos(α)*k2+[1-sin(-α)]*k3},I Σ (α, β) = I 1 (α, β) * k 1 + I 2 (α, β) * k 2 + I 3 (α, β) * k 3 = 0.637 * E e * A * cos ( β) * {[1-sin (α)] + 1.57 * cos (α) * k 2 + [1-sin (-α)] * k 3 },
где Where
В этом случае выражение для скорректированной пеленгационной характеристики обзорного развернутого угла СФП выглядит как:In this case, the expression for the corrected direction-finding characteristic of the panoramic unfolded angle of the TFP looks like:
На фиг. 2 представлена «двухмерная» нормированная кривая сигнала - «нелинейный масштабный фактор» ƒ 12, построенная при k2=0,41 и k3=0,18.In FIG. Figure 2 shows the “two-dimensional” normalized signal curve — the “nonlinear scale factor”
Фиг. 3 визуализирует 3D-изображение скорректированной обзорной пеленгационной характеристики СФП на выходе АЦП в точке 13, показанной относительно плоскости на уровне 0,5 (соответствует старшему разряду) и построенной при k2=0,41 и k3=0,18. Она демонстрирует, что вариации лучистого потока по оси β в пределах обзорного развернутого угла приводятся АЦП к номинальному значению и не влияют на результаты измерении вдоль угловой оси α в рамках прямоугольной системы координат мобильного аэрокосмического аппарата.FIG. 3 visualizes a 3D image of the adjusted overview direction-finding characteristic of the TFP at the ADC output at
Отметим, что для малых мобильных аэрокосмических аппаратов предпочтительно модифицированное построение СФП - вариант с зеркальными каналами и корректированными обзорными пеленгационными характеристиками.It should be noted that for small mobile aerospace vehicles, preferably a modified construction of the TFP is an option with mirror channels and corrected panoramic direction-finding characteristics.
На фиг. 4 показано в «трехмерном» измерении взаимное расположение пеленгационных характеристик двух каналов СФП, которые зеркальны по отношению друг к другу. Пополнив элементный состав еще одним преобразователем «ток - напряжение» и АЦП, получим результаты изменений о позиции лучистого источника (ориентира) одноосным СФП по двум каналам. Такой элементный набор СФП реализует одновременно результаты измерений, которые по угловым значениям противоположны, относительно старших разрядов двух АЦП, участвующих в пеленгационном процессе.In FIG. 4 shows in a “three-dimensional” measurement the relative position of the direction-finding characteristics of two TFP channels, which are mirrored with respect to each other. Replenishing the elemental composition with another current-voltage converter and ADC, we obtain the results of changes in the position of the radiant source (landmark) by uniaxial TFP over two channels. Such an elementary set of TFP realizes simultaneously the measurement results, which are opposite in angular values, relative to the senior bits of the two ADCs involved in the direction finding process.
Горячее резервирование результатов измерений, удвоенное угловое разрешение в пределах обзорного развернутого угла устройства, определение боковой помехи (засветки) - отличительные признаки двухканального варианта построения одноосного СФП.Hot redundancy of measurement results, doubled angular resolution within the sweep angle of the device, determination of lateral interference (flare) are the hallmarks of the two-channel version of the construction of a uniaxial TFP.
Выражение для скорректированной пеленгационной характеристики обзорного развернутого угла СФП с «зеркальным» каналом выглядит при этом как:The expression for the corrected direction-finding characteristic of the surveyed unfolded angle of the TFP with the “mirror” channel looks like this:
Схема электрическая функциональная формирования СФП с «зеркальным» каналом аналогична одноканальному одноосному варианту, за исключением того, что напряжения сигналов детекторов излучения 1 и 3 на выходах преобразователей «ток-напряжение» поступают на «зеркальный» канал так, как это указано в скобках (3) и (1) на фиг. 1.The functional electric circuit of the formation of the TFP with the “mirror” channel is similar to the single-channel uniaxial version, except that the voltage of the signals of the
Добавив два пассивных детектора излучения с полуцилиндрическими чувствительными поверхностями, которые ортогонально ориентированы по отношению к двум базовым детекторам, имея в составе СФП четыре корректирующих звена, определяющих нелинейности обзорных развернутых ортогонально ориентированных углов, получаем пассивное измерительное средство дистанционного зондирования позиции источника электромагнитной энергии с рабочим окном 180°×180°.Adding two passive radiation detectors with semi-cylindrical sensitive surfaces, which are orthogonally oriented with respect to two basic detectors, having four corrective links in the TFP, which determine the non-linearities of the unfolded orthogonally oriented angles, we obtain a passive measuring tool for remote sensing of the position of the electromagnetic energy source with a working window 180 ° × 180 °.
Дизайн моноблочного варианта построения «двухосного» СФП с четырьмя выходными цифровыми каналами представлен на фиг. 5, где 14-17 - боковые детекторы излучения с полуцилиндрическими поверхностями, имеющими радиус R, 18 - детектор излучения с планарной чувствительной поверхностью, размеры которой L и Н. Ориентация чувствительных поверхностей детекторов излучения СФП относительно осей α и β в прямоугольной системе координат мобильного аэрокосмического аппарата видна из фиг. 5 и пояснения не требует. Габаритные размеры моноблочного «двухосного» СФП определяются L и Н чувствительной поверхности планарного детектора излучения. Ортогональные пеленгационные характеристики СФП по осям α - ƒ 13 и β - ƒ 15 визуализированы на фиг. 6.The design of a monoblock version of building a “biaxial” TFP with four output digital channels is presented in FIG. 5, where 14-17 are lateral radiation detectors with semi-cylindrical surfaces having a radius R, 18 is a radiation detector with a planar sensitive surface, the dimensions of which are L and N. The orientation of the sensitive surfaces of the TFP radiation detectors relative to the α and β axes in a rectangular coordinate system of a mobile aerospace the apparatus is visible from FIG. 5 and does not require explanation. The overall dimensions of the monoblock “biaxial” TFP are determined by the L and H sensitive surfaces of the planar radiation detector. The orthogonal direction-finding characteristics of the TFP along the axes α -
Технические преимущества, достигаемые с помощью патентуемого «Способа коррекции…» и «Устройство коррекции…», характеризуются следующими предпочтительными признаками, которые обосновывают качество - изобретательский уровень - нового измерительного средства.The technical advantages achieved with the patented “Correction Method ...” and “Correction Device ...” are characterized by the following preferred features that justify the quality - inventive step - of a new measuring tool.
1. В части «Способа коррекции…»:1. In the part "Method of correction ...":
- использование в СФП дополнительного детектирующего элемента с планарной чувствительной поверхностью, необходимого для формирования сигналов апертурной характеристики - «нелинейный масштабный фактор»;- the use in TFP of an additional detecting element with a planar sensitive surface, necessary for the formation of aperture characteristic signals - “non-linear scale factor”;
- ориентация и фиксация чувствительной поверхности дополнительного детектирующего элемента в СФП перпендикулярно его оптической оси и ортогонально оптическим осям детекторов излучения с полуцилиндрической чувствительной поверхностью;- orientation and fixation of the sensitive surface of the additional detecting element in the TFP perpendicular to its optical axis and orthogonal to the optical axes of the radiation detectors with a semi-cylindrical sensitive surface;
- синтезирование (объединение) с помощью сумматора корректирующего сигнала - «нелинейный масштабный фактор» - из трех составляющих: двух напряжений, получаемых детекторами излучений с полуцилиндрическими чувствительными поверхностями, и одного напряжения детектирующего элемента с планарной чувствительной поверхностью.- synthesizing (combining) using the correcting signal adder - “non-linear scale factor” - of three components: two voltages received by radiation detectors with semi-cylindrical sensitive surfaces, and one voltage of the detecting element with a planar sensitive surface.
В части «Устройство коррекции…»:In the part “Correction device ...”:
- дополнительный детектирующий элемент;- additional detecting element;
- по меньшей мере два резистивных делителя напряжения;- at least two resistive voltage dividers;
- по меньшей мере один сумматор, синтезирующий корректирующий сигнал - «нелинейный масштабный фактор».- at least one adder synthesizing the correction signal is a “nonlinear scale factor”.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016130170A RU2631834C2 (en) | 2016-07-25 | 2016-07-25 | Method and device for correcting characteristic nonlinearity of photoelectric direction-finder of electromagnetic energy distant source within reviewed straight angle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016130170A RU2631834C2 (en) | 2016-07-25 | 2016-07-25 | Method and device for correcting characteristic nonlinearity of photoelectric direction-finder of electromagnetic energy distant source within reviewed straight angle |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016130170A RU2016130170A (en) | 2016-11-27 |
RU2631834C2 true RU2631834C2 (en) | 2017-09-27 |
Family
ID=57758908
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016130170A RU2631834C2 (en) | 2016-07-25 | 2016-07-25 | Method and device for correcting characteristic nonlinearity of photoelectric direction-finder of electromagnetic energy distant source within reviewed straight angle |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2631834C2 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000346923A (en) * | 1999-06-03 | 2000-12-15 | Fujitsu Ltd | Apparatus and method for infrared target detection |
RU2174218C2 (en) * | 1999-12-28 | 2001-09-27 | Мокрышев Владимир Вячеславович | Instrument measuring physical quantities |
US6868044B1 (en) * | 2003-01-29 | 2005-03-15 | Lockheed Martin Corporation | Data adaptive interference suppression |
GB2418482A (en) * | 2004-09-23 | 2006-03-29 | Wayne Howell | Method for locating luminaires using optical feedback |
RU2399063C1 (en) * | 2008-12-16 | 2010-09-10 | Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд." | Optical source angular position sensor |
RU2526218C1 (en) * | 2013-03-27 | 2014-08-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН) | Glazkov apparatus for determining angular position of light source and glazkov method for operation thereof |
-
2016
- 2016-07-25 RU RU2016130170A patent/RU2631834C2/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000346923A (en) * | 1999-06-03 | 2000-12-15 | Fujitsu Ltd | Apparatus and method for infrared target detection |
RU2174218C2 (en) * | 1999-12-28 | 2001-09-27 | Мокрышев Владимир Вячеславович | Instrument measuring physical quantities |
US6868044B1 (en) * | 2003-01-29 | 2005-03-15 | Lockheed Martin Corporation | Data adaptive interference suppression |
GB2418482A (en) * | 2004-09-23 | 2006-03-29 | Wayne Howell | Method for locating luminaires using optical feedback |
RU2399063C1 (en) * | 2008-12-16 | 2010-09-10 | Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд." | Optical source angular position sensor |
RU2526218C1 (en) * | 2013-03-27 | 2014-08-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН) | Glazkov apparatus for determining angular position of light source and glazkov method for operation thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2016130170A (en) | 2016-11-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107830792B (en) | Method for determining the position of a position indicator of a position measuring system | |
KR20180113462A (en) | Redundant fault detection device and method | |
CN106643702B (en) | VLBI measurement method and system based on X-rays and ground verification device | |
CN102980585B (en) | Analog-type sun sensor and method | |
Post et al. | A low-cost photodiode sun sensor for CubeSat and planetary microrover | |
CN110398208A (en) | Big data deformation monitoring method based on photographic measuring apparatus system | |
Matthewson et al. | The flat sky approximation to galaxy number counts | |
US20200400463A1 (en) | Rotation angle sensor, angle signal calculation method and non-transitory computer readable medium | |
Yandayan et al. | Application of advanced shearing techniques to the calibration of autocollimators with small angle generators and investigation of error sources | |
Su et al. | Subdivision error analysis and compensation for photoelectric angle encoder in a telescope control system | |
RU2631834C2 (en) | Method and device for correcting characteristic nonlinearity of photoelectric direction-finder of electromagnetic energy distant source within reviewed straight angle | |
Dong | A regression model for analysing the non-linearity of laser triangulation probes | |
US6340908B1 (en) | Phase adjusting circuit, scaling signal generation circuit using phase adjusting circuit, and position measuring apparatus using scaling signal generation circuit | |
RU2526218C1 (en) | Glazkov apparatus for determining angular position of light source and glazkov method for operation thereof | |
Hirt et al. | Expected accuracy of tilt measurements on a novel hexapod-based digital zenith camera system: a Monte-Carlo simulation study | |
Zheng et al. | Application of CORDIC in capacitive rotary encoder signal demodulation | |
Kim et al. | Design improvement of the three-beam detector towards a precise long-range 6-degree of freedom motion sensor system | |
Liebe et al. | Design, qualification, calibration and alignment of position sensing detector for the NuSTAR space mission | |
CN104457633A (en) | Detecting method for improving measuring accuracy of ultrasonic displacement | |
JP4944636B2 (en) | Linear array antenna near-radiation electric field measurement apparatus and method | |
JP5930623B2 (en) | Displacement measuring device and offset correction method | |
RU2610135C2 (en) | Method for synthesis of fixed relative direction-finding characteristic of static amplitude sensor of faceted type of remote radiant flux source and device therefor | |
Panou | A study on geodetic boundary value problems in ellipsoidal geometry | |
RU2602399C1 (en) | Method and device for formation of remote radiation source angular position sensor aperture characteristics | |
CN111722177B (en) | Method for determining the orientation error of a radiation source |