RU2746041C1

RU2746041C1 - Space telescope for simultaneous observation of earth and stars

Info

Publication number: RU2746041C1
Application number: RU2020122672A
Authority: RU
Inventors: Михаил Евгеньевич Прохоров; Александр Олегович Жуков; Дмитрий Владимирович Макаров; Анатолий Иванович Гладышев; Александр Александрович ЗАВЕРЗАЕВ; Андрей Игоревич Захаров; Тимур Валерьевич КАЛИНИН; Федор Флоренцевич ДЕДУС
Priority date: 2020-07-08
Filing date: 2020-07-08
Publication date: 2021-04-06

Abstract

FIELD: telescopic equipment.

SUBSTANCE: invention can be used for remote sensing of the Earth, mapping, photographing objects on the surface of the Earth and other celestial bodies. The telescope contains the first channel if for Earth observation, in which the first light filter, the optical system and the photodetector are installed, part of which is covered by the second light filter; the second channel is for observing stars, in which the first flat inclined mirror is installed, located in the plane of intersection of the first and second channels with the possibility of directing light from the stars to a part of the entrance aperture of the optical system of the telescope, bypassing the first light filter, the third channel is for observing stars, in which a second flat inclined mirror is installed, located in the plane of intersection of the first and third channels with the possibility of directing light from the stars of another part of the celestial sphere to a part of the entrance aperture of the optical system of the telescope, bypassing the first light filter. The passbands of the first and second light filters do not intersect.

EFFECT: technical result is a more accurate determination of the coordinates of objects in the image of the Earth due to its referencing to the coordinate system with high accuracy, the same in all directions.

5 cl, 6 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates

Изобретение относится к космической области, в частности, к аппаратуре для дистанционного зондирования Земли, картографирования, фотосъемки объектов на поверхности Земли, а также фотографирования поверхностей других небесных тел, например, Луны. Изобретение может быть использовано на космических аппаратах, в т.ч. спутниках.The invention relates to the space field, in particular, to equipment for remote sensing of the Earth, mapping, photographing objects on the Earth's surface, as well as photographing the surfaces of other celestial bodies, for example, the Moon. The invention can be used on spacecraft, incl. satellites.

Уровень техникиState of the art

Изображения, передаваемые спутниками дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), находят применение во многих отраслях - сельском хозяйстве, геологических и гидрологических исследованиях, лесоводстве, охране окружающей среды, планировке территорий, планировании и контроле логистики, образовательных, разведывательных и военных целях. Космические системы ДЗЗ позволяют за короткое время получить необходимые данные с больших площадей (в том числе труднодоступных и опасных участков) либо с малых площадей, но при высокой или очень высокой детализации. Важным моментом использования подобных изображения является их привязка к глобальной координатной системе: географическим координатам, координатным системам спутниковых глобальных систем позиционирования (GPS, ГЛОНАСС, Бэйдоу и др.). Если система ДЗЗ получает только изображение поверхности Земли, то его координатная привязка производится путем отождествления характерных и уникальных деталей изображения с ранее полученными изображениями поверхности Земли и построенными на их основе картами. Это не очень точная и крайне трудоемкая процедура. Более точное изображение участка поверхности Земли при ДЗЗ с координатной привязкой может быть реализовано с помощью аппаратных средств, размещаемых на борту космического аппарата, проводящего ДЗЗ, а именно, космических телескопов, обеспечивающих одновременную регистрацию изображений Земли и звезд.Images transmitted by Earth remote sensing (ERS) satellites are used in many industries - agriculture, geological and hydrological research, forestry, environmental protection, land planning, planning and control of logistics, educational, reconnaissance and military purposes. ERS space systems make it possible to obtain the necessary data in a short time from large areas (including hard-to-reach and dangerous areas) or from small areas, but with high or very high detail. An important point of using such images is their binding to the global coordinate system: geographic coordinates, coordinate systems of satellite global positioning systems (GPS, GLONASS, Beidou, etc.). If the remote sensing system receives only an image of the Earth's surface, then its coordinate referencing is made by identifying the characteristic and unique details of the image with previously obtained images of the Earth's surface and maps built on their basis. This is not a very accurate and extremely time-consuming procedure. A more accurate image of a portion of the Earth's surface with remote sensing with a coordinate reference can be realized using hardware located on board a spacecraft conducting remote sensing, namely, space telescopes that provide simultaneous registration of images of the Earth and stars.

Из уровня техники известно устройство, предназначенное для построения изображения звёзд, принцип работы которого основан на использовании зеркала, совмещающего изображения нескольких областей неба или нескольких небесных объектов в одном поле зрения [Германов А.В. и др. Концепция и вопросы технической реализации космического астрометрического проекта «Ломоносов» // сборнике Космический астрономический эксперимент «Ломоносов»: сб. статей / Под. ред. Нестерова В.В., Черепащука А.М., Шеффера Е.К. - М.: МГУ, 1992. - ISBN 5-211-02858-9. - С. 7-27]. Устройство представляет собой космический телескоп для высокоточного измерения углов между звездами, содержащий оптическую систему типа Ричи-Кретьена - двухзеркальная оптическая система с гиперболическим вогнутым главным (первичным) зеркалом и гиперболическим выпуклым вторичным зеркалом, в фокальной плоскости которой установлен матричный приемник излучения, а перед входной апертурой под углом к оси визирования оптической системы установлено подвижно плоское зеркало, перекрывающее около половины площади входной апертуры. При проведении наблюдений оптическая система наводят на опорный участок небесной сферы, а плоское зеркало устанавливают таким образом, чтобы в оптическую систему направлялись лучи от вторичного участка небесной сферы, расположенного в нескольких десятках градусах от базового. В результате в фокальной плоскости создаются наложенные друг на друга изображения звездных узоров, наблюдаемых базового и вторичного участков небесной сферы. Абсолютная погрешность измерения угловых расстояний между любой парой звезд в таком кадре одинакова и определяется техническими характеристиками телескопа, а относительная ошибка измерений в десятки раз меньше для пар, в которых одна из звезд пары расположена в базовом, а вторая - во вторичном наблюдаемом участках. При этом точность определения углового положения подвижного плоского зеркала должна быть не хуже точности измерения угловых расстояний между звездами. From the prior art, a device is known for constructing images of stars, the principle of operation of which is based on the use of a mirror combining images of several regions of the sky or several celestial objects in one field of view [Germanov A.V. and others. Concept and issues of technical implementation of the space astrometric project "Lomonosov" // collection of Space astronomical experiment "Lomonosov": collection of articles. articles / Under. ed. Nesterova V.V., Cherepashchuk A.M., Sheffer E.K. - M .: Moscow State University, 1992 .-- ISBN 5-211-02858-9. - S. 7-27]. The device is a space telescope for high-precision measurement of angles between stars, containing an optical system of the Ritchie-Chretien type - a two-mirror optical system with a hyperbolic concave main (primary) mirror and a hyperbolic convex secondary mirror, in the focal plane of which a matrix radiation detector is installed, and in front of the entrance aperture at an angle to the axis of sight of the optical system, a movable flat mirror is installed, covering about half of the area of the entrance aperture. When carrying out observations, the optical system is aimed at the reference section of the celestial sphere, and the flat mirror is installed so that rays from the secondary section of the celestial sphere, located several tens of degrees from the base one, are directed into the optical system. As a result, in the focal plane, superimposed images of star patterns are created, the observed base and secondary regions of the celestial sphere. The absolute error in measuring the angular distances between any pair of stars in such a frame is the same and is determined by the technical characteristics of the telescope, and the relative measurement error is tens of times less for pairs in which one of the stars of the pair is located in the base, and the second, in the secondary observed areas. In this case, the accuracy of determining the angular position of a movable flat mirror should be no worse than the accuracy of measuring the angular distances between stars.

Однако в данном решении совмещаются однотипные изображения - два участка небесной сферы с одинаковой структурой (яркие точечные звезды на темном фоне) и близкими динамическими диапазонами яркости. Использование такого телескопа для получения совмещенных изображений Земли и участка звездного неба невозможно без внесения изменений в его конструкцию, т.к. достаточно тусклые изображения звезд будут плохо видны или вообще не видны на фоне яркого изображения Земли.However, this solution combines images of the same type - two sections of the celestial sphere with the same structure (bright point stars on a dark background) and close dynamic ranges of brightness. The use of such a telescope for obtaining combined images of the Earth and a section of the starry sky is impossible without making changes to its design, since sufficiently dim images of stars will be poorly visible or not visible at all against the background of a bright image of the Earth.

Наиболее близким к заявляемому решению (прототипом) является двухканальный космический телескоп для одновременного наблюдения земли и звезд со спектральным разведением изображения [RU 2505843], содержащий канал наблюдения Земли, имеющий главное зеркало, на часть которого, перекрытую зеленым светофильтром, попадает свет от Земли, второе зеркало, линзовый корректор и установленная в фокальной плоскости матрица, одна часть которой покрыта красным пропускающим светофильтром, канал для наблюдения звезд, имеющий плоское наклонное зеркало, отражающее свет от звезд на ту часть главного зеркала, которая не покрыта зеленым отражающим светофильтром, и регистрирующий изображения звезд на той же матрице, что и изображение Земли. Принцип работы данного известного устройства основан на использовании оптической системы (телескопа) с регистрирующим устройством, выполненным в виде светочувствительной матрицы, в поле зрения которой с помощью плоского зеркала совмещаются изображения Земли и участка звездного неба, а разделение изображений на приемнике изображения осуществляется спектральным способом. Телескоп включает оптическую систему 1, светочувствительную матрицу 2, расположенную в фокальной плоскости оптической системы, зеленый пропускающий светофильтр 3, закрывающий часть входной апертуры оптической системы, красный пропускающий светофильтр 4, закрывающий часть светочувствительной матрицы; плоское наклонное зеркало для наблюдения звёзд 5 (см. фиг 1 - 3). Полосы пропускания зеленого и красного светофильтров выбраны таким образом, чтобы при последовательном прохождении обоих светофильтров поглощалось практически все излучение. Такой выбор характеристики светофильтров обеспечивает спектральное разделение изображений Земли и звезд в фокальной плоскости. Та часть оптической системы 1, в которую свет попадает, минуя плоское зеркало 5, образует канал наблюдения Земли (канал I). Ось визирования этого канала наблюдения совпадает с осью визирования оптической системы 10. Все лучи света 13 в пределах поля зрения оптической системы 1, падающие на входной зрачок канала наблюдения Земли (входной зрачок I) проходят через зеленый светофильтр 3. Оптическая система формирует изображение Земли 16 (см. фиг. 3) в фокальной плоскости оптической системы, где расположена светочувствительная матрица 2. Изображение Земли 16 формируется на всей светочувствительной матрице 2, но фиксируется только на той части матрицы, которая не покрыта красным светофильтром 4. Излучение от Земли 16, попадающее на ту часть светочувствительной матрицы 2, которая покрыта красным светофильтром 4, практически полностью блокируется, поскольку это излучение последовательно проходит сначала зеленый фильтр 3, а затем красный фильтр 4. Наклонное плоское зеркало 5 направляет излучение в оптическую систему, образуя канал наблюдения звезд (канал II). Ось визирования этого канала 11 отклонена от оси визирования оптической системы 10 на достаточно большой угол, чтобы в поле зрения этого канала не попадала Земля, а попадало звездное небо. Все лучи света в пределах поля зрения канала наблюдения звезд 14, падающие на входной зрачок канала наблюдения звезд (входной зрачок II) падают на ту часть входной апертуры оптической системы, которая не покрыта зеленым светофильтром 3 (т.е. не проходят через зеленый светофильтр). Оптическая система формирует изображение участка звездного неба 17 и 18 в фокальной плоскости оптической системы 1, где расположена светочувствительная матрица 2. Изображение звезд 17 и 18 формируются на всей светочувствительной матрице 2, как на ее части, покрытой красным светофильтром 4 - изображения 17, так и на части не покрытой этим светофильтром - изображения 18.The closest to the claimed solution (prototype) is a two-channel space telescope for simultaneous observation of the earth and stars with spectral separation of the image [RU 2505843], containing an Earth observation channel having a main mirror, part of which, covered by a green filter, receives light from the Earth, the second a mirror, a lens corrector and a matrix installed in the focal plane, one part of which is covered with a red transmission filter, a channel for observing stars with a flat oblique mirror that reflects light from stars on that part of the main mirror that is not covered with a green reflective filter and records images of stars on the same matrix as the image of the Earth. The principle of operation of this known device is based on the use of an optical system (telescope) with a recording device made in the form of a photosensitive matrix, in the field of view of which, using a flat mirror, images of the Earth and a section of the starry sky are combined, and the separation of images on the image receiver is carried out in a spectral manner. The telescope includes an optical system 1, a light-sensitive matrix 2 located in the focal plane of the optical system, a green transmission light filter 3 covering part of the entrance aperture of the optical system, a red transmission light filter 4 covering a part of the light-sensitive matrix; a flat oblique mirror for observing stars 5 (see Figs 1 - 3). The passbands of the green and red filters are chosen in such a way that practically all radiation is absorbed when both filters are successively passed through. This choice of filter characteristics provides spectral separation of images of the Earth and stars in the focal plane. That part of the optical system 1, into which the light enters, bypassing the flat mirror 5, forms the channel for observing the Earth (channel I). The sighting axis of this observation channel coincides with the sighting axis of the optical system 10. All light rays 13 within the field of view of the optical system 1 incident on the entrance pupil of the Earth observation channel (entrance pupil I) pass through the green light filter 3. The optical system forms an image of the Earth 16 ( see Fig. 3) in the focal plane of the optical system, where the light-sensitive matrix 2 is located. The image of the Earth 16 is formed on the entire light-sensitive matrix 2, but is fixed only on that part of the matrix that is not covered with a red light filter 4. Radiation from the Earth 16 falling on that part of the photosensitive matrix 2, which is covered with a red filter 4, is almost completely blocked, since this radiation sequentially passes first the green filter 3 and then the red filter 4. An inclined flat mirror 5 directs the radiation into the optical system, forming a channel for observing stars (channel II) ... The axis of sight of this channel 11 is deviated from the axis of sight of the optical system 10 at a sufficiently large angle so that the Earth does not fall into the field of view of this channel, but the starry sky. All light rays within the field of view of the star observation channel 14 incident on the entrance pupil of the star observation channel (entrance pupil II) fall on that part of the entrance aperture of the optical system that is not covered by the green light filter 3 (i.e., do not pass through the green light filter) ... The optical system forms an image of a section of the starry sky 17 and 18 in the focal plane of the optical system 1, where the light-sensitive matrix 2 is located. The images of the stars 17 and 18 are formed on the entire light-sensitive matrix 2, both on its part covered with a red filter 4 - images 17, and on the part not covered with this filter - image 18.

В результате на светочувствительной матрице 2 одновременно создаются два изображения. На части матрицы, не покрытой красным светофильтром, формируются изображение Земли 16 по каналу наблюдения Земли и изображение участка звездного неба 17 и 18 по каналу наблюдения звезд. Но изображение Земли яркое и на его фоне будут видны только отдельные самые яркие звезды 18, а, возможно, звезды не будут наблюдаться вообще. На части матрицы покрытой красным светофильтром, формируется только изображение участка звездного неба 17 по каналу наблюдения звезд. Изображения Земли и звезд (участка звездного неба) 17, 18 на светочувствительной матрице жестко привязаны друг к другу - эта привязка обеспечивается механической жесткостью конструкции описанной системы (устройства). Изображение Земли 16 используется для решения целевых задач, а канал наблюдения звезд играет роль звездного датчика ориентации. Точки на изображении Земли, в которые попадают наиболее яркие звезды 18, известны, что может учитываться при обработке изображения Земли (см. фиг. 3).As a result, two images are simultaneously created on the photosensitive matrix 2. On the part of the matrix not covered with a red filter, an image of the Earth 16 is formed through the Earth observation channel and an image of a section of the starry sky 17 and 18 through the star observation channel. But the image of the Earth is bright and against its background only some of the brightest stars 18 will be visible, and perhaps the stars will not be observed at all. On the part of the matrix covered with a red light filter, only the image of a section of the starry sky 17 is formed through the channel for observing the stars. The images of the Earth and the stars (part of the starry sky) 17, 18 on the photosensitive matrix are rigidly tied to each other - this tie is provided by the mechanical rigidity of the structure of the described system (device). Image of Earth 16 is used for targeting purposes, and the star observation channel plays the role of a star orientation sensor. The points on the Earth image, where the brightest stars 18 fall, are known, which can be taken into account when processing the Earth image (see Fig. 3).

Недостатком описанного устройства является известное общее свойство оптических приборов, осуществляющих определение ориентации в пространстве по наблюдению звезд - разная погрешность по разным осям. Функцию звездного датчика в известном устройстве выполняет канал наблюдения звезд. Погрешность σ_XY, с которой определяются углы поворотов телескопа относительно осей, перпендикулярных оси визирования канала наблюдения звезд, пропорциональна отношению размера пикселя светочувствительной матрицы p к фокусному расстоянию его оптической системы F: σ_XY=p/F. А погрешность разворота телескопа вокруг оси визирования σ_Z пропорциональна отношению размера пикселя светочувствительной матрицы к размеру (диаметру) светочувствительной матрицы D, который равен произведению ширины поля зрения W на фокусное расстояние оптической системы: σ_Z=p/D=p/WF=σ_XY/W, т.е. существенно больше. Поскольку для наблюдения Земли из космоса чаще всего используются длиннофокусные оптические системы с шириной поля зрения не более 1°-2°, то отношение погрешностей по разным осям составляет σ_Z≈50-100σ_XY.The disadvantage of the described device is the well-known general property of optical instruments that determine the orientation in space by observing stars - a different error along different axes. The star sensor function in the known device is performed by the star observation channel. Uncertainty σ_XY, with which the angles of rotation of the telescope relative to the axes perpendicular to the axis of sight of the channel of observation of stars are determined, is proportional to the ratio of the pixel size of the photosensitive matrixp to the focal length of its optical systemF: σ_XY=p/F... And the error in turning the telescope around the sighting axis σ_Z proportional to the ratio of the pixel size of the photosensitive matrix to the size (diameter) of the photosensitive matrixD, which is equal to the product of the width of the field of viewW at the focal length of the optical system: σ_Z=p/D=p/Wf= σ_XY/W, i.e. much more. Since long-focus optical systems with a field of view of no more than 1 ° -2 ° are most often used for observing the Earth from space, the ratio of errors along different axes is σ_Z≈50-100σ_XY...

Поскольку ось визирования канала наблюдения звезд 11 направлена под углом к оси оптической системы 10, то погрешность определения положений звезд 17, 18 и точность их привязки к изображению Земли 16 в направлении вдоль проекции оси визирования канала наблюдения звезд 11 на фокальную плоскость (на светочувствительную матрицу) 2 будет минимальной, порядка σ_XY. В направлении перпендикулярном проекции оси визирования канала наблюдения звезд 11 на фокальную плоскость 2 погрешность будет составлять σ_Z, т.е. будет в 50-100 раз больше, что может быть неприемлемо для выполнения отдельных задач, например, для высокоточной оперативной регистрации положений объектов транспорта (автомобилей, поездов, самолетов, морских и черных кораблей).Since the axis of sight of the channel for observing stars 11 is directed at an angle to the axis of the optical system 10, the error in determining the positions of stars 17, 18 and the accuracy of their binding to the image of the Earth 16 in the direction along the projection of the axis of sight of the channel for observing stars 11 on the focal plane (on the light-sensitive matrix) 2 will be minimal, of the order of σ _XY . In the direction perpendicular to the projection of the sighting axis of the observation channel of stars 11 on the focal plane 2, the error will be σ _Z , i.e. will be 50-100 times larger, which may be unacceptable for performing certain tasks, for example, for high-precision operational registration of the positions of transport objects (cars, trains, airplanes, sea and black ships).

Технической проблемой является устранение недостатков, перечисленных выше, а именно, устранение существенной зависимости погрешности координатной привязки объектов на изображении Земли, полученном на регистрирующем устройстве в процессе дистанционного зондирования Земли, от направления на изображении (с достижением минимального значения величины этой погрешности).A technical problem is the elimination of the disadvantages listed above, namely, the elimination of a significant dependence of the error in the coordinates of objects in the image of the Earth, obtained on the recording device in the process of remote sensing of the Earth, on the direction in the image (with the achievement of the minimum value of the magnitude of this error).

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Техническим результатом изобретения является более точное определение координат объектов на изображении Земли, полученном на регистрирующем устройстве в процессе дистанционного зондирования Земли, за счет обеспечения привязки изображения поверхности Земли к системе координат с высокой точностью, одинаковой во всех направлениях.The technical result of the invention is a more accurate determination of the coordinates of objects on the image of the Earth, obtained on the recording device in the process of remote sensing of the Earth, by ensuring the binding of the image of the Earth's surface to the coordinate system with high accuracy, the same in all directions.

Технический результат достигается при использовании космического телескопа для одновременного наблюдения звезд и Земли, содержащего первый канал - наблюдения Земли, в котором последовательно установлены по ходу оптического луча первый (например, зеленый) светофильтр, оптическая система, и размещенный в фокальной плоскости оптической системы матричный фотоприемник (регистрирующее матричное устройство / светочувствительная матрица), часть которого закрыта вторым (например, красным) светофильтром; второй канал - для наблюдения звезд, в котором установлено первое плоское наклонное зеркало для наблюдения звезд с участка небесной сферы (звездного неба), размещенное в плоскости пересечения первого и второго каналов с возможностью направления света от звезд участка небесной сферы на часть входной апертуры оптической системы телескопа, которая не покрыта зеленым светофильтром (минуя зеленый светофильтр), и создания изображения звезд на матричном фотоприемнике; третий канал - для наблюдения звезд, в котором установлено второе плоское наклонное зеркало для наблюдения звезд с другого участка звездного неба, размещенное в плоскости пересечения первого и третьего каналов с возможностью направления света от звезд другого участка небесной сферы, удаленного от первого участка небесной сферы на угол 45°-135°, на часть входной апертуры оптической системы телескопа, которая не покрыта зеленым светофильтром (минуя зеленый светофильтр), и создания изображения звезд на матричном фотоприемнике. The technical result is achieved when using a space telescope for the simultaneous observation of stars and the Earth, containing the first channel - observation of the Earth, in which the first (for example, green) light filter, an optical system, and a matrix photodetector ( recording matrix device / photosensitive matrix), part of which is covered by a second (for example, red) light filter; the second channel is for observing stars, in which the first flat oblique mirror is installed for observing stars from a section of the celestial sphere (starry sky), located in the plane of intersection of the first and second channels with the possibility of directing light from the stars of the section of the celestial sphere to a part of the entrance aperture of the optical system of the telescope , which is not covered with a green light filter (bypassing the green light filter), and creating an image of stars on a matrix photodetector; the third channel is for observing stars, in which a second flat oblique mirror is installed for observing stars from another section of the starry sky, located in the plane of intersection of the first and third channels with the possibility of directing light from the stars of another section of the celestial sphere, remote from the first section of the celestial sphere by an angle 45 ° -135 °, to the part of the entrance aperture of the optical system of the telescope, which is not covered with a green filter (bypassing the green filter), and creating an image of the stars on a matrix photodetector.

В одном из вариантов реализации изобретения перед плоскими наклонными зеркалами установлена фигурная диафрагма (заслонка) для исключения попадания в первый канал той части света от Земли, которая не прошла через зеленый светофильтр. In one of the embodiments of the invention, a curly diaphragm (shutter) is installed in front of the flat inclined mirrors to exclude the part of the light from the Earth from entering the first channel that did not pass through the green filter.

Зеленый светофильтр может быть выполнен с возможностью перекрытия половины (или части) входной апертуры канала наблюдения Земли, а наклонные зеркала установлены с возможностью направления излучения звезд в оставшуюся часть апертуры. The green filter can be configured to overlap half (or part) of the input aperture of the Earth observation channel, and the inclined mirrors are installed to direct the radiation of the stars into the remaining part of the aperture.

Оптическая система может быть зеркальной или зеркально-линзовой, при этом зеленый светофильтр может быть нанесен непосредственно на часть поверхности главного (первичного) зеркала оптической системы.The optical system can be mirrored or mirror-lens, while the green filter can be applied directly to a part of the surface of the main (primary) mirror of the optical system.

Таким образом, технический результат достигается за счет создания еще одного канала наблюдения звезд 12 (далее - канал наблюдения звезд III), ось визирования которого направлена под достаточно большим углом (45°-135°) как к оси визирования телескопа 10 (канала наблюдения Земли I), так и к оси визирования канала наблюдения звезд 11 (далее - канал наблюдения звезд II). Для создания канала наблюдения звезд III в конструкции телескопа использовано еще одно плоское наклонное зеркало 6, которое направляет излучение в оптическую систему 1, образуя канал наблюдения звезд III. Все лучи света 15 в пределах поля зрения канала наблюдения звезд III, падающие на входной зрачок канала наблюдения звезд III (входной зрачок III), попадают на ту часть входной апертуры оптической системы 1, которая не покрыта зеленым светофильтром 3 (т.е. не проходят через зеленый светофильтр).Thus, the technical result is achieved by creating another channel for observing stars 12 (hereinafter referred to as channel for observing stars III), the sighting axis of which is directed at a sufficiently large angle (45 ° -135 °) as to the sighting axis of telescope 10 (Earth observation channel I ) and to the line of sight of the channel of observation of stars 11 (hereinafter referred to as channel of observation of stars II). To create a channel for observing stars III, another flat oblique mirror 6 was used in the design of the telescope, which directs radiation into the optical system 1, forming a channel for observing stars III. All light rays 15 within the field of view of the channel for observing stars III, incident on the entrance pupil of the channel for observing stars III (entrance pupil III), fall on that part of the entrance aperture of the optical system 1, which is not covered by the green light filter 3 (i.e., do not pass through through a green filter).

Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 и 2 представлена схема телескопа по патенту RU 2505843 (прототип), виды сбоку и сверху, соответственно; на фиг. 3 представлены наложенные изображения Земли и звезд в фокальной плоскости прототипа устройства; на фиг. 4 и 5 представлена конструкция предлагаемого устройства, виды сбоку и сверху, соответственно; на фиг. 6 представлены наложенные изображения Земли и звезд в фокальной плоскости предлагаемого устройства. The invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 and 2 show a diagram of a telescope according to patent RU 2505843 (prototype), side and top views, respectively; in fig. 3 shows superimposed images of the Earth and stars in the focal plane of a prototype device; in fig. 4 and 5 show the design of the proposed device, side and top views, respectively; in fig. 6 shows superimposed images of the Earth and stars in the focal plane of the proposed device.

Позициями на чертежах обозначены: 1 - оптическая система (на фигурах отмечены ее основные части - главное и вторичное зеркала); 2 - матричный фотоприемник, расположенный в фокальной плоскости оптической системы 1; 3 - зеленый светофильтр, перекрывающий часть входной апертуры оптической системы 1; 4 - красный светофильтр, закрывающий часть матричного фотоприемника 2; 5 - плоское наклонное зеркало для наблюдения звёзд по каналу II; 6 - плоское наклонное зеркало для наблюдения звёзд по каналу III; 7 - фигурная диафрагма (заслонка); 8 - корпус телескопа, 9 - граница входной апертуры телескопа; 10 - ось визирования канала наблюдения Земли I; 11 - ось визирования канала наблюдения звезд II; 12 - ось визирования канала наблюдения звезд III; 13 - лучи света, приходящие от Земли, и создающие изображение Земли в фокальной плоскости (канал наблюдения Земли); 14 - лучи света, приходящие от звездного неба через канал наблюдения звезд II и создающие изображения звезд в фокальной плоскости (канал наблюдения звезд II); 15 - лучи света, приходящие через канал наблюдения звезд III; 16 - зеленое (прошедшее через зеленый светофильтр) изображение Земли, регистрируемое той частью матричного фотоприемника 2, которая не закрыта красным светофильтром 4; 17 - изображения звезд, наблюдаемые через канал наблюдения звезд II, на покрытой красным светофильтром 4 части матричного фотоприемника 2; 18 - изображения наиболее ярких звезд, наблюдаемые через канал наблюдения звезд II на фоне изображения Земли 16; 19 - изображения звезд, наблюдаемые через канал наблюдения звезд III, на покрытой красным светофильтром 4 части матричного фотоприемника 2; 20 - изображения наиболее ярких звезд, наблюдаемые через канал наблюдения звезд III, на фоне изображения Земли 16. Positions in the drawings indicate: 1 - optical system (the figures indicate its main parts - the main and secondary mirrors); 2 - matrix photodetector located in the focal plane of the optical system 1; 3 - green light filter overlapping part of the input aperture of the optical system 1; 4 - red light filter covering part of the matrix photodetector 2; 5 - flat oblique mirror for observing stars through channel II; 6 - flat oblique mirror for observing stars through channel III; 7 - figured diaphragm (damper); 8 - telescope body, 9 - telescope entrance aperture boundary; 10 - axis of sight of the Earth observation channel I; 11 - axis of sight of the channel of observation of stars II; 12 - axis of sight of the channel of observation of stars III; 13 - rays of light coming from the Earth and creating an image of the Earth in the focal plane (Earth observation channel); 14 - rays of light coming from the starry sky through the channel of observation of stars II and creating images of stars in the focal plane (channel of observation of stars II); 15 - rays of light coming through the channel of observation of stars III; 16 - green (passed through the green filter) image of the Earth, recorded by that part of the matrix photodetector 2, which is not covered by the red filter 4; 17 - images of stars observed through the channel of observation of stars II, covered with a red filter 4 part of the matrix photodetector 2; 18 - images of the brightest stars observed through the channel of observation of stars II against the background of the image of the Earth 16; 19 - images of stars observed through the channel of observation of stars III, on the part of the matrix photodetector 2 covered with a red filter 4; 20 - images of the brightest stars observed through the channel of observation of stars III, against the background of the image of the Earth 16.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Предлагаемое устройство (см. фиг. 4, 5) содержит оптическую систему (для телескопа) 1; светочувствительную матрицу 2, расположенную в фокальной плоскости оптической системы 1; зеленый пропускающий светофильтр 3, закрывающий часть входной апертуры оптической системы 1; красный пропускающий светофильтр 4, закрывающий часть светочувствительной матрицы (2); плоское наклонное зеркало 5 для создания канала наблюдения звёзд II; плоское наклонное зеркало 6 для создания канала наблюдения звёзд III; фигурную диафрагму (заслонку) 7 (не обязательный элемент конструкции). The proposed device (see Fig. 4, 5) contains an optical system (for a telescope) 1; a photosensitive matrix 2 located in the focal plane of the optical system 1; green transmission light filter 3, covering part of the entrance aperture of the optical system 1; red transmitting light filter 4, covering part of the photosensitive matrix (2); a flat oblique mirror 5 for creating a channel for observing stars II; flat oblique mirror 6 for creating a channel for observing stars III; curly diaphragm (shutter) 7 (optional structural element).

В одном из вариантов осуществления изобретения зеленый светофильтр может закрывать примерно половину площади входной апертуры оптической системы 9, а наклонные зеркала установлены рядом с зеленым светофильтром с возможностью направления излучения звезд в оставшуюся часть апертуры оптической системы. Красный светофильтр может закрывать примерно половину площади матрицы 2, при этом площади, закрываемые данными светофильтрами, могут варьироваться в широких пределах.In one embodiment of the invention, the green filter can cover about half of the area of the entrance aperture of the optical system 9, and tilted mirrors are installed next to the green filter with the possibility of directing the radiation of the stars into the rest of the aperture of the optical system. The red filter can cover approximately half of the area of the matrix 2, while the areas covered by these filters can vary over a wide range.

В другом варианте осуществления изобретения зеленый светофильтр может быть установлен в первом канале с перекрытием всей входной апертуры оптической системы, а наклонные зеркала размещены между зеленым светофильтром и входной апертурой оптической системы с возможностью направления лучей от звезд в оптическую систему, минуя зеленый светофильтр.In another embodiment of the invention, a green light filter can be installed in the first channel overlapping the entire entrance aperture of the optical system, and tilted mirrors are placed between the green light filter and the entrance aperture of the optical system with the possibility of directing rays from the stars into the optical system, bypassing the green light filter.

Оптическая система может быть выполнена зеркальной или зеркально-линзовой, а первый (зеленый) светофильтр нанесен непосредственно на часть поверхности главного зеркала оптической системы.The optical system can be made as a mirror or mirror-lens, and the first (green) light filter is applied directly to a part of the surface of the main mirror of the optical system.

Также как в прототипе, полосы пропускания зеленого (3) и красного (4) светофильтров выбраны таким образом, чтобы при последовательном прохождении обоих светофильтров поглощалось практически все излучение.Just as in the prototype, the passbands of the green (3) and red (4) light filters are chosen in such a way that practically all the radiation is absorbed during the successive passage of both light filters.

Перед началом работы устройство ориентируют так, чтобы визирная ость (10) канала наблюдения Земли (входной зрачок I) была направлена на снимаемый объект на поверхности Земли, одновременно с этим в поля зрения каналов наблюдения звёзд II и III (входные зрачки II и III) должны попадать две области звездного неба, расположенные на достаточно большом угловом расстоянии друг от друга (45°-135°).Before starting work, the device is oriented so that the sighting spine (10) of the Earth observation channel (entrance pupil I) is directed to the object being filmed on the Earth's surface, while simultaneously in the field of view of the observation channels of stars II and III (entrance pupils II and III) hit two areas of the starry sky located at a sufficiently large angular distance from each other (45 ° -135 °).

Лучи света 13 от снимаемого участка поверхности Земли попадают во входной зрачок I, проходят сквозь зеленый светофильтр 3, затем через оптическую систему 1, которая строит изображение Земли 16 в фокальной плоскости оптической системы, в которой располагается светочувствительная матрица 2. Изображение Земли 16 регистрируется только той частью светочувствительной матрицы 2, которая не покрыта красным светофильтром 4. На оставшейся части матрицы 2 излучение от Земли не регистрируется, оно практически полностью поглощается красным светофильтром 4, так как до этого оно прошло сквозь зеленый светофильтр 3.Light rays 13 from the captured area of the Earth's surface fall into the entrance pupil I, pass through the green filter 3, then through the optical system 1, which builds an image of the Earth 16 in the focal plane of the optical system, in which the light-sensitive matrix is located 2. The image of the Earth 16 is recorded only by that part of the photosensitive matrix 2, which is not covered with a red light filter 4. On the remaining part of the matrix 2, the radiation from the Earth is not recorded, it is almost completely absorbed by the red light filter 4, since before that it had passed through the green light filter 3.

Лучи света от звёзд из двух наблюдаемых участков неба 14, 15 попадают во входные зрачки II и III, плоские зеркала 5 и 6 направляют их в оптическую систему 1, образуя каналы наблюдения звезд II и III, соответственно. Плоские наклонные зеркала 5 и 6 установлены так, чтобы оси визирования этих каналов 11, 12 были отклонены от оси визирования оптической системы 10 на достаточно большой угол (45°-135°), чтобы в поля зрения каналов наблюдения звезд попадала не Земля, а звездное небо. Помимо этого, оси визирования 11 и 12 каналов наблюдения звезд II и III должны быть направлены под достаточным углом друг к другу (45°-135°), чтобы обеспечить регистрацию звезд из достаточно удаленных участков неба. Зеркала 5 и 6 направляют лучи света 14 и 15 от регистрируемых в каналах II и III звезд на два неперекрывающиеся участка входной апертуры оптической системы 1 не покрытых зеленым светофильтром 3. Оптическая система 1 формирует изображения обоих участков звездного неба в фокальной плоскости оптической системы 1, где расположена светочувствительная матрица 2. Изображения обоих участков звездного неба, 17, 18 и 19, 20, формируются на всей светочувствительной матрице 2 и перекрывают друг друга. На участке светочувствительной матрицы 2 покрытом красным светофильтром 4 будут регистрироваться только изображения звезд 17, 19, наблюдаемых через входные зрачки II и III. Изображение Земли 16, создаваемое на этом участке светочувствительной матрицы 2, не регистрируется, так излучение от нее последовательно проходит зеленый 3 и красный 4 светофильтры. На остальной части светочувствительной матрицы 2 не покрытой красным светофильтром 4, регистрируются как изображения звезд (обоих участков) 18, 20, так и изображение Земли 16. Поскольку изображение Земли 16 очень яркое, на его фоне будут видны только самые яркие звезды 18, 20.Light rays from stars from two observed sky regions 14, 15 fall into entrance pupils II and III, flat mirrors 5 and 6 direct them to optical system 1, forming observation channels for stars II and III, respectively. Plane oblique mirrors 5 and 6 are installed so that the sighting axes of these channels 11, 12 are deflected from the sighting axis of the optical system 10 at a sufficiently large angle (45 ° -135 °) so that not the Earth, but the stellar sky. In addition, the sighting axes of channels 11 and 12 for observing stars II and III should be directed at a sufficient angle to each other (45 ° -135 °) to ensure the registration of stars from sufficiently distant sky regions. Mirrors 5 and 6 direct light beams 14 and 15 from the stars recorded in channels II and III onto two non-overlapping sections of the input aperture of the optical system 1 not covered with a green light filter 3. Optical system 1 forms images of both sections of the starry sky in the focal plane of the optical system 1, where a photosensitive matrix 2 is located. Images of both parts of the starry sky, 17, 18 and 19, 20, are formed on the entire photosensitive matrix 2 and overlap each other. In the area of the photosensitive matrix 2, covered with a red filter 4, only images of stars 17, 19, observed through the entrance pupils II and III, will be recorded. The image of the Earth 16, created in this area of the photosensitive matrix 2, is not registered, so the radiation from it successively passes the green 3 and red 4 light filters. On the rest of the photosensitive matrix 2 not covered with a red filter 4, both images of stars (both regions) 18, 20 and the image of Earth 16 are recorded. Since the image of Earth 16 is very bright, only the brightest stars 18, 20 will be visible against its background.

Фигурная диафрагма (заслонка) 7 предназначена для того, чтобы не пропускать лучи света от Земли 13 на части входной апертуры оптической системы 1 не перекрытые зеленым светофильтром 3, например, в зазоры между наклонными зеркалами 5 и 6. В случае появления таких лучей изображение Земли будет регистрироваться на всей матрице фотоприемника (т.е. не будет подавлено на части, закрытой красным светофильтром), что может препятствовать регистрации звезд на этой части матрицы. Соответственно, форма, размеры, материалы заслонки зависят от конкретной конструкции телескопа. Возможен вариант реализации конструкции телескопа, в которой светофильтры, зеркала и элементы их крепления полностью перекрывают возможность попадания лучей света от Земли на фотоприемник минуя зеленый светофильтр, в этом случае конструкция телескопа может быть реализована без заслонки. Телескоп может быть реализован без заслонки, если наклонные зеркала 5 и 6 полностью закрывают от света Земли не покрытую зеленым светофильтром 3 часть входной апертуры оптической системы 1, что исключает попадание в телескоп прямых лучей света от Земли, не прошедших через зеленый светофильтр.Shaped diaphragm (shutter) 7 is designed to prevent light rays from the Earth 13 from passing through the part of the input aperture of the optical system 1 not covered by a green filter 3, for example, into the gaps between inclined mirrors 5 and 6. In the event of the appearance of such rays, the image of the Earth will be to be registered on the entire matrix of the photodetector (i.e., it will not be suppressed on the part covered by the red light filter), which can prevent the registration of stars on this part of the matrix. Accordingly, the shape, dimensions, materials of the shutter depend on the specific design of the telescope. A variant of the telescope design is possible, in which the light filters, mirrors and their mounting elements completely block the possibility of light rays from the Earth entering the photodetector bypassing the green light filter; in this case, the telescope design can be implemented without a shutter. The telescope can be realized without a shutter if inclined mirrors 5 and 6 completely cover from the light of the Earth the part of the entrance aperture of the optical system 1 not covered by the green filter 3, which excludes direct light rays from the Earth that have not passed through the green filter from entering the telescope.

Погрешность положений звезд, построенных в канале наблюдения звезд II, минимальна вдоль проекции оси визирования 11 канала наблюдения звезд II на фокальную плоскость и минимальна в направлении поперек этой линии. Аналогично, погрешность положений звезд, построенных в канале наблюдения звезд III, минимальна вдоль проекции оси визирования 12 канала наблюдения звезд III на фокальную плоскость и минимальна в поперечном направлении. Если угол между проекциями осей визирования каналов наблюдения звезд II и III на фокальную плоскость достаточно велик, то совместная обработка изображений звезд регистрируемых в этих каналах позволяет достичь погрешности близкой к минимальной (σ_XY) в любом направлении [Бирюков А.В., Прохоров М.Е., Тучин М.С. Байесовский подход к совместной обработке данных в звездном датчике с несколькими оптическими головками // Шестая Всероссийская научно-техническая конференция «Современные проблемы ориентации и навигации космических аппаратов»: сб. трудов / серия «Механика, управление и информатика» - М.:ИКИ РАН, 2019. - с. 172-185.]. Оптимальным для достижения минимальной погрешности является случай, когда проекции осей 11 и 12 на матричный фотоприемник 2, расположенный в фокальной плоскости оптической системы 1, перпендикулярны друг другу, но приемлемым можно считать конструкцию устройства, в котором угол между осями 11 и 12 лежит в пределах от 45° до 135°. На фиг. 5 представлен один из вариантов получаемого изображения при реализации изобретения, где плоскость фигуры 5 совпадает с плоскостью матричного фотоприемника (вид на телескоп «сверху»), а угол между проекциями осей составляет 90°, т.е. лежит в указанном интервале.The error in the positions of stars plotted in the observation channel II of stars is minimal along the projection of the sighting axis 11 of the observation channel of II stars onto the focal plane and is minimal in the direction across this line. Similarly, the error in the positions of stars plotted in the channel III for observing stars is minimal along the projection of the sighting axis 12 of the channel for observing stars III on the focal plane and is minimal in the transverse direction. If the angle between the projections of the sighting axes of the observation channels of stars II and III on the focal plane is large enough, then the joint processing of images of stars recorded in these channels allows achieving an error close to the minimum (σ _XY ) in any direction [Biryukov A.V., Prokhorov M. E., Tuchin M.S. Bayesian approach to joint data processing in a star sensor with several optical heads // Sixth All-Russian Scientific and Technical Conference "Modern Problems of Orientation and Navigation of Spacecraft": Collection of articles. works / series "Mechanics, Control and Informatics" - M.: IKI RAN, 2019. - p. 172-185.]. Optimal to achieve the minimum error is the case when the projections of the axes 11 and 12 on the array photodetector 2, located in the focal plane of the optical system 1, are perpendicular to each other, but the design of the device in which the angle between the axes 11 and 12 lies in the range from 45 ° to 135 °. FIG. 5 shows one of the variants of the resulting image during the implementation of the invention, where the plane of figure 5 coincides with the plane of the matrix photodetector (top view of the telescope), and the angle between the projections of the axes is 90 °, i.e. lies in the specified interval.

Для совместной обработки наложенных друг на друга изображений участков звездного неба, наблюдаемых по каналам наблюдения звезд II и III, необходимо знать: к какому участку неба относится каждое зарегистрированное на матричном фотоприемнике изображение звезды 17-20. Такой метод разделения наложенных изображений звездного неба известен, он использовался при обработке данных наблюдений в космическом эксперименте Hipparcos [The Hipparcos and Tycho catalogues. Astrometric and photometric star catalogues derived from the ESA Hipparcos Space Astrometry Mission // Noordwijk, Netherlands: ESA Publications Division, SP-1200, 1997. - ISBN: 9290923997]. Для этого используется каталог ярких (навигационных) звезд, подобный каталогам, используемым в звездных датчиках ориентации [Федосеев В.И., Колосов М.П. Оптико-электронные приборы ориентации и навигации космических аппаратов - М.: Логос, 2007. - 248 c.].To jointly process the superimposed images of the sky regions observed through the observation channels of stars II and III, it is necessary to know: to which sky region each image of the star 17-20 recorded on the matrix photodetector belongs. This method of separating superimposed images of the starry sky is known; it was used in processing observational data in the space experiment Hipparcos [The Hipparcos and Tycho catalogs. Astrometric and photometric star catalogs derived from the ESA Hipparcos Space Astrometry Mission // Noordwijk, Netherlands: ESA Publications Division, SP-1200, 1997. - ISBN: 9290923997]. For this, a catalog of bright (navigation) stars is used, similar to the catalogs used in stellar orientation sensors [Fedoseev V.I., Kolosov M.P. Optoelectronic devices for orientation and navigation of spacecraft - M .: Logos, 2007. - 248 p.].

Следует отметить, что в конструкции прототипа по патенту RU 2505843 использована конкретная конструкция телескопа (оптической системы): зеркально линзовый телескоп с вогнутым главным зеркалом, выпуклым вторичным зеркалом и линзовым корректором вблизи фокальной плоскости. Эта схема похожа на широко распространенные в астрономии системы телескопов Кассегрена и Риччи-Кретьена [Максутов Д.Д. Астрономическая оптика. - М.-Л.: Наука, 1979. - 395 c.]. В иллюстрации к конструкции предлагаемого устройства (фиг. 4) также изображен подобный двухзеркальный телескоп. Однако в предлагаемом устройстве может использоваться оптическая система любого типа: зеркальная, линзовая или катадиоптрическая, с любым числом зеркал и/или линз, выполненная по любой оптической схеме [Максутов Д. Д. Астрономическая оптика. - М.-Л.: Наука, 1979. - 395 c.].It should be noted that in the design of the prototype according to patent RU 2505843, a specific design of the telescope (optical system) is used: a mirror-lens telescope with a concave main mirror, a convex secondary mirror and a lens corrector near the focal plane. This scheme is similar to the systems of telescopes of Cassegrain and Ricci-Chretien, widely used in astronomy [Maksutov D.D. Astronomical optics. - M.-L .: Nauka, 1979. - 395 p.]. The illustration to the design of the proposed device (Fig. 4) also shows a similar two-mirror telescope. However, the proposed device can use any type of optical system: mirror, lens or catadioptric, with any number of mirrors and / or lenses, made according to any optical scheme [Maksutov D. D. Astronomical optics. - M.-L .: Nauka, 1979. - 395 p.].

Кроме того, в конкретном варианте осуществления заявляемого устройства использованы красный и зеленый светофильтры. Однако может быть использована иная комбинация светофильтров при соблюдении следующего: условия: полосы пропускания этих светофильтров должны быть выбраны таким образом, чтобы при последовательном прохождении обоих светофильтров поглощалось практически все излучение. Такой выбор характеристики светофильтров обеспечивает спектральное разделение изображений Земли и звезд в фокальной плоскости. Конкретные цвета (центральные длины волн полос пропускания) светофильтров могут выбираться из других соображений при конкретной реализации устройства. Принципиальным является использование двух пропускающих светофильтров - первого и второго, полосы пропускания которых практически не пересекаются. Например, вместо пары из первого зеленого и второго красного светофильтров могут столь же успешно использоваться пары первый синий - красный, первый фиолетовый - второй оранжевый или первый зеленый - второй пропускает полосу из близкого инфракрасного диапазона. Возможна и комбинация светофильтров обратная описанной в прототипе: первый красный, а второй - зеленый. In addition, in a specific embodiment of the inventive device, red and green light filters are used. However, a different combination of light filters can be used, provided that the following conditions are met: the passbands of these light filters should be chosen in such a way that practically all the radiation is absorbed when both filters are successively passed through. This choice of filter characteristics provides spectral separation of images of the Earth and stars in the focal plane. Specific colors (central wavelengths of the passbands) of the light filters can be selected from other considerations for a specific implementation of the device. It is of fundamental importance to use two transmitting light filters - the first and the second, whose bandwidths practically do not overlap. For example, instead of a pair of the first green and second red filters, pairs of the first blue - red, the first violet - the second orange, or the first green - the second passes the band from the near infrared range, can just as successfully be used. A combination of light filters that is the opposite of that described in the prototype is also possible: the first is red, and the second is green.

Возможны несколько конструктивных вариантов для зеленого светофильтра:There are several design options for a green filter:

1. Зеленый светофильтр 3 перекрывает всю входную апертуру канала наблюдения Земли. Наклонные зеркала 5 и 6 стоят между зеленым светофильтром 3 и оптической системой 1.1. Green light filter 3 covers the entire input aperture of the Earth observation channel. Oblique mirrors 5 and 6 stand between green filter 3 and optical system 1.

2. Зеленый светофильтр 3 перекрывает половину (часть ) входной апертуры канала наблюдения Земли. В этом случае соотношение между удалением от оптической системы 1 наклонных зеркал 5 и 6 и зеленого светофильтра 3 может быть произвольным.2. Green light filter 3 covers half (part) of the input aperture of the Earth observation channel. In this case, the ratio between the distance from the optical system 1 of the tilted mirrors 5 and 6 and the green filter 3 can be arbitrary.

Конструктивные варианты 1 и 2 могут применяться для оптических систем любого типа.Design options 1 and 2 can be used for any type of optical system.

3. Если оптическая система 1 является зеркальной или зеркально-линзовой, то зеленый светофильтр 3 может быть нанесен непосредственно на часть поверхности главного (первичного) зеркала оптической системы.3. If the optical system 1 is a mirror or mirror-lens, then the green light filter 3 can be applied directly to a part of the surface of the main (primary) mirror of the optical system.

Работоспособность предложенной конструкции была проверена на натурном макете, состоявшем из телескопа Sky-Watcher Dob 8" (зеркальный телескоп системы Ньютона с диаметром входной апертуры 200 мм и фокусным расстоянием 1200 мм) с цветной цифровой видеокамерой Celestron NexImage 10 (на основе КМОП-матрицы ON Semi MT9J003c разрешением 3856 × 2764 пикселей). Перед входной аппретурой телескопа были установлены зеленый оптический фильтр из стекла марки ЗС8, закрывающий половину входной апертуры, и два плоских зеркала, направляющие в оптическую систему телескопа изображения звезд от двух участков неба, расположенных на небесном меридиане, перпендикулярном оси визирования телескопа, в 30° от точки зенита. Половина матрицы в камере была перекрыта красным светофильтром, изготовленным из оптического стекла марки КС14. Телескоп был установлен неподвижно в горизонтальном положении на оптическом рельсе. Изображение Земли создавалось с помощью имитатора Земли, который состоял из управляемого персональным компьютером LCD-экрана, на который выводилось изображение участка поверхности Земли, и оптического коллиматора диаметром 230 мм. Наблюдения проводились ночью, были получены несколько серий кадров, совмещающих изображения Земли, полученных с имитатора, и двух участков небесной сферы. Обработка полученных кадров показала высокую и изотропную точность привязки изображения Земли к координатной системе по изображениям звезд.The efficiency of the proposed design was tested on a full-scale mockup consisting of a Sky-Watcher Dob 8 "telescope (Newtonian mirror telescope with an entrance aperture diameter of 200 mm and a focal length of 1200 mm) with a Celestron NexImage 10 color digital video camera (based on the ON Semi CMOS matrix MT9J003 with a resolution of 3856 × 2764 pixels) In front of the entrance aperture of the telescope, a green optical filter made of ZS8 glass was installed, covering half of the entrance aperture, and two flat mirrors directing into the optical system of the telescope images of stars from two sky regions located on the celestial meridian perpendicular to the telescope's line of sight, 30 ° from the zenith. Half of the matrix in the camera was covered with a red filter made of KS14 optical glass. The telescope was fixed in a horizontal position on an optical rail. The image of the Earth was created using an Earth simulator, which consisted of a controlled staff a computer LCD-screen, on which an image of a section of the Earth's surface was displayed, and an optical collimator with a diameter of 230 mm. The observations were carried out at night, several series of frames were obtained, combining images of the Earth, obtained from the simulator, and two sections of the celestial sphere. The processing of the obtained frames showed a high and isotropic accuracy of linking the image of the Earth to the coordinate system based on the images of stars.

Claims

1. A space telescope for the simultaneous observation of stars and the Earth, containing the first channel - Earth observation, in which the first light filter, the optical system and the matrix photodetector placed in the focal plane of the optical system are sequentially installed along the optical beam, part of which is covered by the second light filter; the second channel - for observing stars, in which the first flat oblique mirror is installed for observing stars from a section of the celestial sphere, located in the intersection plane of the first and second channels with the possibility of directing light from the stars of the section of the celestial sphere to a part of the entrance aperture of the optical system of the telescope, bypassing the first filter , and creating an image of stars on a matrix photodetector, while the passband of the first filter does not intersect with the passband of the second filter, characterized in that

contains a third channel - for observing stars, in which a second flat oblique mirror is installed for observing stars from another section of the starry sky, located in the intersection plane of the first and third channels with the possibility of directing light from the stars of another section of the celestial sphere to a part of the entrance aperture of the optical system of the telescope, bypassing the first light filter, and creating an image of the stars on a matrix photodetector.

2. The space telescope according to claim 1, characterized in that a figured diaphragm is installed in front of the flat inclined mirrors to exclude the part of the light from the Earth from entering the first channel that did not pass through the first filter.

3. The space telescope according to claim 1, characterized in that the first light filter is configured to overlap a part of the input aperture of the Earth observation channel, and the inclined mirrors are installed to direct the radiation of the stars into the remaining part of the aperture.

4. The space telescope according to claim 1, characterized in that the optical system is mirror or mirror-lens, and the first light filter is applied directly to a part of the surface of the main mirror of the optical system.

5. The space telescope according to claim 1, characterized in that a green filter is used as the first light filter, and a red filter is used as the second.