RU2793940C1

RU2793940C1 - Astrovision device

Info

Publication number: RU2793940C1
Application number: RU2022122699A
Authority: RU
Inventors: Виллен Арнольдович Балоев; Зарема Саидовна Гаджиева; Игорь Геннадьевич Денисов; Владимир Петрович Иванов; Александр Викторович Федоров
Filing date: 2022-08-22
Publication date: 2023-04-10

Abstract

FIELD: navigation systems.

SUBSTANCE: celestial navigation systems for small aircraft (A/C). Astrovision device consists of an input optical system with a lens, a radiation detector placed on the inner frame of the suspension, an external frame of the suspension, an information processing unit, the first and second computing devices (CD). The inner and outer suspension frames are equipped with drives and rotation angle meters, which are connected to the first and second CD, respectively. The information processing unit is an interconnected hardware processing unit, made in the form of an interface device, and a software processing unit, containing a third CD connected to each other for processing video data received from the radiation receiver, and a fourth CD. The input-output port of the information processing unit is configured to connect to the control device of the A/C navigation system. The first CD is located on the inner frame of the suspension and is connected to the second input-output of the information processing unit. The second CD is located outside the information control unit and is connected to its third input-output. The fourth CD is made with the possibility of calculating corrective amendments to the A/C navigation parameters.

EFFECT: increasing the speed of setting the axis of sight of the lens of the astrovision device to a given star and the accuracy of data synchronization and, as a result, increasing the accuracy of calculating corrections to attitude angles for correcting the A/C flight path while reducing weight and size characteristics and power consumption.

4 cl, 1 dwg.

Description

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и может быть использовано в системах астроориентации, астрокоррекции и астронавигации малогабаритных летательных аппаратов (ЛА). The invention relates to the field of optoelectronic instrumentation and can be used in systems of astro-orientation, astro-correction and astro-navigation of small aircraft (LA).

Общей проблемой применения систем инерциальной навигации является специфика ее работы, которая приводит к появлению и накоплению ошибок в определении положения ЛА, которые с течением времени могут стать неприемлемо большими, поэтому результирующая траектория полета будет значительно отличаться от заданной или запланированной траектории полета при отсутствии коррекции.A common problem in the use of inertial navigation systems is the specifics of its operation, which leads to the appearance and accumulation of errors in determining the position of the aircraft, which over time can become unacceptably large, so the resulting flight trajectory will differ significantly from the set or planned flight trajectory in the absence of correction.

Известен астровизирующий прибор с подвижным полем зрения (см. Федосеев В.И. и др. Оптико-электронные приборы ориентации и навигации космических аппаратов. Москва, Логос, 2007 г., стр. 142-150), содержащий входную оптическую систему с объективом, в фокальной плоскости которого установлен приемник излучения, размещенные на внутренней рамке карданова подвеса, а также внешнюю рамку карданова подвеса и блок обработки информации, первый вход которого подключен к выходу, а первый управляющий выход - к управляющему входу приемника излучения, при этом внутренняя и внешняя рамки подвеса снабжены приводами, входы которых подключены соответственно ко второму и третьему управляющим выходам блока обработки информации, и измерителями угла поворота, выходы которых подключены соответственно ко второму и третьему входам блока обработки информации.Known astrovising device with a moving field of view (see Fedoseev V.I. et al. Optoelectronic devices for orientation and navigation of spacecraft. Moscow, Logos, 2007, pp. 142-150), containing an input optical system with a lens, in the focal plane of which a radiation receiver is installed, placed on the inner frame of the gimbal, as well as the outer frame of the gimbal and the information processing unit, the first input of which is connected to the output, and the first control output is connected to the control input of the radiation receiver, while the inner and outer frames the suspensions are equipped with drives, the inputs of which are connected respectively to the second and third control outputs of the information processing unit, and rotation angle meters, the outputs of which are connected, respectively, to the second and third inputs of the information processing unit.

Недостатком данного астровизирующего прибора является большая продолжительность измерения углового положения заданной звезды, связанная с последовательным проведением операций, составляющих процесс измерения.The disadvantage of this astrovising device is the long duration of the measurement of the angular position of a given star, associated with sequential operations that make up the measurement process.

Известен астровизирующий прибор (см. патент RU 2540136, МПК G01C 21/02, опубл. 10.02.2015), содержащий входную оптическую систему с объективом, в фокальной плоскости которого установлен приемник излучения, размещенные на внутренней рамке карданова подвеса, а также внешнюю рамку карданова подвеса и блок обработки информации, первый вход которого подключен к выходу, а первый управляющий выход - к управляющему входу приемника излучения, при этом внутренняя и внешняя рамки подвеса снабжены приводами, входы которых подключены соответственно ко второму и третьему управляющим выходам блока обработки информации, и измерителями угла поворота.An astrovising device is known (see patent RU 2540136, IPC G01C 21/02, publ. 10.02.2015), containing an input optical system with a lens, in the focal plane of which a radiation receiver is installed, placed on the inner frame of the gimbals, as well as the outer frame of the gimbals suspension and an information processing unit, the first input of which is connected to the output, and the first control output - to the control input of the radiation receiver, while the inner and outer frames of the suspension are equipped with drives, the inputs of which are connected respectively to the second and third control outputs of the information processing unit, and meters angle of rotation.

Блок обработки информации выполнен в виде многопроцессорного устройства управления, первый и второй многоканальные входы которого подключены соответственно к многоканальным выходам измерителей угла поворота.The information processing unit is made in the form of a multiprocessor control device, the first and second multichannel inputs of which are connected respectively to the multichannel outputs of the rotation angle meters.

В состав вычислительной системы блока обработки информации входят три процессора.The computing system of the information processing unit includes three processors.

Процесс измерения углового положения заданной звезды запускается с управляющего устройства (УУ) навигационной системы (НС) ЛА.The process of measuring the angular position of a given star is started from the control unit (CU) of the navigation system (NS) of the aircraft.

В ходе определения положения заданной звезды относительно базы астровизирующего прибора в блоке обработки информации вычислительная система на базе трех процессоров параллельно осуществляет следующие основные операции:In the course of determining the position of a given star relative to the base of the astrovising device in the information processing unit, a computer system based on three processors performs the following main operations in parallel:

- управление приводами внутренней и внешней рамок подвеса;- drive control of the internal and external frames of the suspension;

- расчет углового положения оси визирования объектива по данным с преобразователей угол-код измерителей угла поворота;- calculation of the angular position of the lens sighting axis according to the data from the angle-code converters of the rotation angle meters;

- выделение изображения заданной звезды и определение положения его центра на матрице приемника излучения.- selection of the image of a given star and determination of the position of its center on the matrix of the radiation receiver.

Длительность последней операции значительно больше двух предыдущих, что связано с необходимостью последовательной обработки процессором большого объема видеоданных с приемника излучения, представляющего собой матрицу фоточувствительных элементов. Поэтому длительность данной операции, в основном, и определяет быстродействие астровизирующего прибора в целом.The duration of the last operation is much longer than the previous two, which is due to the need for sequential processing by the processor of a large amount of video data from the radiation receiver, which is a matrix of photosensitive elements. Therefore, the duration of this operation mainly determines the speed of the astrovising device as a whole.

Недостатком известного астровизирующего прибора является низкая скорость измерения положения заданной звезды относительно базы, ограниченная скоростью проведения операций по выделению изображения заданной звезды и определению положения его центра на матрице приемника излучения.The disadvantage of the known astrovising device is the low speed of measuring the position of a given star relative to the base, limited by the speed of operations to extract the image of a given star and determine the position of its center on the matrix of the radiation receiver.

Кроме того, при работе в составе блока обработки информации вычислительной системы на базе трех высокопроизводительных процессоров потребляется значительная электрическая энергия, что приводит к необходимости использования источников питания повышенной мощности и введения дополнительных конструктивных элементов для обеспечения отвода выделяемого тепла.In addition, when working as part of an information processing unit of a computer system based on three high-performance processors, significant electrical energy is consumed, which leads to the need to use high-power power supplies and introduce additional structural elements to ensure the removal of generated heat.

В конечном итоге ухудшаются весогабаритные характеристики прибора, являющиеся одними из основных для оборудования, устанавливаемого на ЛА.Ultimately, the weight and size characteristics of the device, which are one of the main ones for equipment installed on an aircraft, deteriorate.

Прототипом является астровизирующий прибор (см. патент RU 2682260, МПК G01C 21/02, опубл. 18.03.2019), содержащий внутреннюю и внешнюю рамки карданова подвеса, снабженные приводами и измерителями угла поворота, размещенные на внутренней рамке подвеса входную оптическую систему с объективом, в фокальной плоскости которого установлен приемник излучения, блок обработки информации, который содержит соединенные между собой узел программной обработки и узел аппаратной обработки, управляющий выход которого подключен к управляющему входу приемника излучения, причем узел аппаратной обработки имеет N-канальный видеовход, соединенный с N-канальным видеовыходом приемника излучения, при этом в узле аппаратной обработки размещены первое вычислительное устройство, соединенное с приводом внутренней рамки подвеса, второе вычислительное устройство, соединенное с приводом внешней рамки подвеса, N третьих вычислительных устройств для обработки видеоданных, полученных от приемника излучения, устройство интерфейса, с которым соединены указанные вычислительные устройства, а в узле программной обработки размещено четвертое вычислительное устройство, соединенное с N третьими вычислительными устройствами посредством устройства интерфейса.The prototype is an astrovising device (see patent RU 2682260, IPC G01C 21/02, publ. 03/18/2019), containing the inner and outer frames of the gimbal, equipped with drives and angle meters, placed on the inner frame of the suspension, the input optical system with a lens, in the focal plane of which a radiation receiver is installed, an information processing unit that contains a software processing unit connected to each other and a hardware processing unit, the control output of which is connected to the control input of the radiation receiver, and the hardware processing unit has an N-channel video input connected to an N-channel the video output of the radiation receiver, while the hardware processing unit contains the first computing device connected to the drive of the inner frame of the suspension, the second computing device connected to the drive of the outer frame of the suspension, N third computing devices for processing video data received from the radiation receiver, an interface device, with to which said computing devices are connected, and the fourth computing device is located in the software processing unit, connected to N third computing devices via an interface device.

Узел аппаратной обработки портом ввода-вывода подключен к УУ НС ЛА, в котором хранится каталог, содержащий координаты звезд, и осуществляется астрокоррекция.The hardware processing node is connected by the input-output port to the control unit of the NS LA, in which the catalog containing the coordinates of the stars is stored, and astro-correction is carried out.

Основной задачей, выполняемой прибором-прототипом, является астровизирование - определение углового положения заданной звезды относительно базы астровизирующего прибора.The main task performed by the prototype device is astrovision - determination of the angular position of a given star relative to the base of the astrovising device.

Для ее реализации в данном астровизирующем приборе по командам с УУ НС ЛА необходимо выполнить две операции, составляющие цикл измерения:To implement it in this astrovising device, following commands from the UU NS of the aircraft, it is necessary to perform two operations that make up the measurement cycle:

- направить ось объектива на заданную звезду, выбранную в качестве астроориентира;- direct the lens axis to a given star, chosen as an astro reference;

- одновременно выдать в УУ НС ЛА информацию о фактическом угловом положении оси визирования объектива и положении центра изображения заданной звезды в системе координат матрицы приемника излучения.- Simultaneously send information about the actual angular position of the lens sighting axis and the position of the center of the image of a given star in the coordinate system of the radiation receiver matrix to the UU NS LA.

Недостатком прототипа является низкая скорость установки оси визирования объектива в соответствии с расчетным направлением на звезду приводами внутренней и внешней рамок подвеса, связанная с тем, что данные с измерителей угла поворота рамок подвеса поступают последовательно в устройство интерфейса, УУ НС ЛА, снова в устройство интерфейса, и только после этого поступают на вход вычислительных устройств, управляющих приводами внутренней и внешней рамок подвеса, где затем осуществляется корректировка положения внутренней и внешней рамок подвеса по показаниям измерителей угла поворота.The disadvantage of the prototype is the low speed of setting the axis of view of the lens in accordance with the calculated direction to the star by the drives of the inner and outer frames of the suspension, due to the fact that the data from the angle meters of the rotation of the frames of the suspension are sequentially sent to the interface device, UU NS LA, again to the interface device, and only after that they are fed to the input of computing devices that control the drives of the inner and outer frames of the suspension, where then the position of the inner and outer frames of the suspension is corrected according to the readings of the angle of rotation meters.

Такая последовательность передачи данных снижает быстродействие и точность стабилизации оси визирования объектива.This sequence of data transmission reduces the speed and accuracy of the stabilization of the axis of view of the lens.

Низкая точность стабилизации оси визирования объектива обусловлена еще и низкой точностью синхронизации данных.The low accuracy of stabilization of the lens sighting axis is also due to the low accuracy of data synchronization.

Данные о положении внутренней и внешней рамок подвеса и о положении центра изображения заданной звезды поступают в устройство интерфейса, но перед этим видеоданные проходят через вычислительные устройства, где происходит расчет положения центра изображения заданной звезды в два этапа: сначала изображение по частям параллельно обрабатывается на N вычислительных устройствах, затем полученные данные поступают на еще одно вычислительное устройство, которое объединяет промежуточные результаты вычислений, выдавая конечный результат положения центра изображения заданной звезды.Data on the position of the inner and outer frames of the suspension and the position of the center of the image of a given star are sent to the interface device, but before that, the video data passes through computing devices, where the position of the center of the image of a given star is calculated in two stages: first, the image is processed in parts in parallel on N computing devices, then the received data is sent to another computing device, which combines the intermediate results of calculations, giving the final result of the position of the center of the image of a given star.

Такая последовательность передачи данных снижает точность синхронизации данных в устройстве интерфейса.This sequence of data transmission reduces the accuracy of data synchronization in the interface device.

Другим недостатком прототипа являются его значительные весогабаритные характеристики и повышенное энергопотребление, обусловленные тем, что в узле аппаратной обработки размещено не менее шести вычислительных устройств, в результате чего применение прибора-прототипа невозможно на малогабаритных ЛА.Another disadvantage of the prototype is its significant weight and size characteristics and increased power consumption, due to the fact that at least six computing devices are located in the hardware processing unit, as a result of which the use of the prototype device is impossible on small-sized aircraft.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение скорости установки оси визирования объектива астровизирующего прибора на заданную звезду и точности синхронизации данных и, как следствие, повышение точности расчета поправок к углам ориентации для коррекции траектории полета ЛА при снижении весогабаритных характеристик и энергопотребления.The problem to be solved by the invention is to increase the speed of setting the axis of sight of the astrovising device lens to a given star and the accuracy of data synchronization and, as a result, increase the accuracy of calculating corrections to attitude angles to correct the flight path of an aircraft while reducing weight and size characteristics and power consumption.

Технический результат достигается тем, что в астровизирующем приборе, содержащем входную оптическую систему с объективом, в фокальной плоскости которого установлен приемник излучения, размещенные на внутренней рамке подвеса, внешнюю рамку подвеса, блок обработки информации, первый управляющий выход которого подключен к управляющему входу приемника излучения, а первый видеовход соединен с видеовыходом приемника излучения, при этом внутренняя и внешняя рамки подвеса снабжены приводами и измерителями угла поворота, первое вычислительное устройство, соединенное с приводом и измерителем угла поворота внутренней рамки подвеса, второе вычислительное устройство, соединенное с приводом и измерителем угла поворота внешней рамки подвеса, блок обработки информации представляет собой взаимосвязанные узел аппаратной обработки, выполненный в виде устройства интерфейса, и узел программной обработки, содержащий соединенные между собой третье вычислительное устройство для обработки видеоданных, полученных от приемника излучения, и четвертое вычислительное устройство, порт ввода-вывода блока обработки информации является входом и выходом астровизирующего прибора и выполнен с возможностью подключения к управляющему устройству навигационной системы летательного аппарата, в соответствии с предлагаемой полезной моделью, первое вычислительное устройство размещено на внутренней рамке подвеса и соединено с вторым входом-выходом блока обработки информации, второе вычислительное устройство размещено вне блока управления информации и подключено к его третьему входу-выходу, четвертое вычислительное устройство выполнено с возможностью расчета корректирующих поправок к навигационным параметрам летательного аппарата.The technical result is achieved by the fact that in an astrovising device containing an input optical system with a lens in the focal plane of which a radiation detector is installed, placed on the inner frame of the suspension, the outer frame of the suspension, an information processing unit, the first control output of which is connected to the control input of the radiation receiver, and the first video input is connected to the video output of the radiation receiver, while the inner and outer frames of the suspension are equipped with drives and angle meters, the first computing device connected to the drive and the angle of rotation of the inner frame of the suspension, the second computing device connected to the drive and the angle of rotation of the outer suspension frame, the information processing unit is an interconnected hardware processing unit, made in the form of an interface device, and a software processing unit, containing interconnected third computing device for processing video data received from the radiation receiver, and the fourth computing device, input-output port of the unit information processing is the input and output of the astrovising device and is configured to be connected to the control device of the aircraft navigation system, in accordance with the proposed utility model, the first computing device is located on the inner frame of the suspension and is connected to the second input-output of the information processing unit, the second computing device placed outside the information control unit and connected to its third input-output, the fourth computing device is configured to calculate corrective amendments to the navigation parameters of the aircraft.

А также тем, что узел аппаратной обработки блока обработки информации выполнен с возможностью обеспечения синхронизации видеоданных, получаемых от приемника излучения, данных о положении внутренней и внешней рамок подвеса, получаемых от первого и второго вычислительных устройств, данных о текущей ориентации навигационной системы летательного аппарата, получаемых от управляющего устройства навигационной системы летательного аппарата, с обеспечением привязки к каждому событию прихода данных соответствующей временной метки.And also by the fact that the hardware processing unit of the information processing unit is configured to provide synchronization of video data received from the radiation receiver, data on the position of the inner and outer suspension frames received from the first and second computing devices, data on the current orientation of the aircraft navigation system received from the control device of the navigation system of the aircraft, with the provision of binding to each event of the arrival of data of the corresponding timestamp.

А также тем, что четвертое вычислительное устройство выполнено со звездным каталогом, содержащим все звезды до четвертой звездной величины, с возможностью расчета на каждом такте прихода данных положения звезды относительно базы астровизирующего прибора, с перерасчетом координат центра изображения звезды из системы координат матрицы приемника излучения в приборную систему координат, связанную с базой астровизирующего прибора.And also by the fact that the fourth computing device is made with a star catalog containing all the stars up to the fourth magnitude, with the possibility of calculating the position of the star relative to the base of the astrovising device at each clock cycle, with recalculation of the coordinates of the center of the star image from the coordinate system of the radiation receiver matrix to the instrumental coordinate system associated with the base of the astrovising device.

А также тем, что узел аппаратной обработки соединен с приемником излучения посредством высокоскоростного последовательного дифференциального интерфейса, выполненного на основе стандарта низковольтной дифференциальной передачи сигналов.And also by the fact that the hardware processing unit is connected to the radiation receiver via a high-speed serial differential interface, made on the basis of the low-voltage differential signal transmission standard.

На фиг. 1 показана функциональная схема предлагаемого астровизирующего прибора.In FIG. 1 shows a functional diagram of the proposed astrovising device.

Астровизирующий прибор, содержит входную оптическую систему 1 с объективом 2, в фокальной плоскости которого установлен приемник излучения 3, размещенные на внутренней рамке подвеса 4, а также внешнюю рамку подвеса 5, блок обработки информации 6, первый управляющий выход I которого подключен к управляющему входу приемника излучения 3, а первый видеовход I соединен с видеовыходом приемника излучения 3, при этом внутренняя 4 и внешняя 5 рамки подвеса снабжены приводами 7 и 8 и измерителями угла поворота 9 и 10, соответственно.The astrovising device contains an input optical system 1 with a lens 2, in the focal plane of which a radiation detector 3 is installed, placed on the inner frame of the suspension 4, as well as the outer frame of the suspension 5, the information processing unit 6, the first control output I of which is connected to the control input of the receiver radiation 3, and the first video input I is connected to the video output of the radiation receiver 3, while the inner 4 and outer 5 suspension frames are equipped with drives 7 and 8 and rotation angle meters 9 and 10, respectively.

Приемник излучения 3 содержит матрицу фоточувствительных элементов формата 1920×1200 с устройствами считывания и аналого-цифрового преобразования, имеющую восемь цифровых выходных видеоканалов и программируемую логическую интегральную схему (ПЛИС) с низкой потребляемой мощностью, изготовленную по технологии field-programmable gate array (FPGA) - на чертеже не показана.The radiation receiver 3 contains a matrix of photosensitive elements of the 1920 × 1200 format with readout devices and analog-to-digital conversion, having eight digital output video channels and a field-programmable gate array (FPGA) field-programmable gate array (FPGA) programmable logic integrated circuit (FPGA) with low power consumption - not shown in the drawing.

Внутренняя 4 и внешняя 5 рамки подвеса образуют двухосный карданов подвес, обеспечивающий перемещение оси объектива 2 оптической системы 1 по углу места и азимутальному углу, соответственно.The inner 4 and outer 5 frames of the suspension form a biaxial gimbals, providing movement of the axis of the lens 2 of the optical system 1 in elevation and azimuth angle, respectively.

В качестве приводов 7 и 8 внутренней 4 и внешней 5 рамок подвеса используются бесконтактные моментные электродвигатели с электромагнитной редукцией частоты вращения ротора и возбуждением от высокоэрцетивных постоянных магнитов.As drives 7 and 8 of the inner 4 and outer 5 suspension frames, non-contact torque motors with electromagnetic reduction of the rotor speed and excitation from high-energy permanent magnets are used.

Измерители угла поворота 9 и 10 внутренней 4 и внешней 5 рамок подвеса реализованы на базе высокоточной оптической энкодерной системы с разрешением до 0,02''.Rotation angle meters 9 and 10 of the inner 4 and outer 5 suspension frames are based on a high-precision optical encoder system with a resolution of up to 0.02''.

Первое вычислительное устройство (ВУ) 11, размещено на внутренней рамке подвеса 4 и соединено с ее приводом 7 и измерителем угла поворота 9, а также с вторым портом II входа-выхода блока обработки информации 6.The first computing device (VU) 11 is located on the inner frame of the suspension 4 and is connected to its drive 7 and the rotation angle meter 9, as well as to the second input-output port II of the information processing unit 6.

Второе ВУ 12, соединенное с приводом 8 и измерителем угла поворота 10 внешней рамки подвеса 5, размещено вне блока обработки информации 6 и подключено к его третьему порту III входа-выхода.The second VU 12, connected to the drive 8 and the rotation angle meter 10 of the outer suspension frame 5, is located outside the information processing unit 6 and is connected to its third input-output port III.

Первое 11 и второе 12 ВУ реализованы на базе двухъядерных микроконтроллеров.The first 11 and the second 12 VU are implemented on the basis of dual-core microcontrollers.

Блок обработки информации 6 представляет собой взаимосвязанные узел аппаратной обработки 13, выполненный в виде устройства интерфейса, и узел программной обработки 14, содержащий соединенные между собой третье ВУ 15 для обработки видеоданных, полученных от приемника излучения 3, и четвертое ВУ 16, при этом порт IV ввода-вывода блока обработки информации 6 является входом и выходом астровизирующего прибора и выполнен с возможностью подключения к УУ 17 НС ЛА, не входящему в состав астровизирующего прибора.The information processing unit 6 is an interconnected hardware processing unit 13, made in the form of an interface device, and a software processing unit 14, containing a third VU 15 connected to each other for processing video data received from the radiation receiver 3, and a fourth VU 16, while port IV I / O of the information processing unit 6 is the input and output of the astrovising device and is configured to connect to the control unit 17 of the NS LA, which is not part of the astrovising device.

Узел аппаратной обработки 13 блока обработки информации 6 выполнен на ПЛИС, идентичной ПЛИС из состава приемника излучения 3, с возможностью обеспечения синхронизации видеоданных, получаемых от приемника излучения 3, данных о положении внутренней 4 и внешней 5 рамок подвеса, получаемых от первого 11 и второго 12 ВУ, данных о текущей ориентации ЛА, получаемых от УУ 17 НС ЛА, с обеспечением привязки к каждому событию прихода данных соответствующей временной метки.The hardware processing unit 13 of the information processing unit 6 is made on an FPGA identical to the FPGA from the radiation receiver 3, with the ability to ensure synchronization of the video data received from the radiation receiver 3, data on the position of the inner 4 and outer 5 suspension frames received from the first 11 and second 12 VU, data on the current orientation of the aircraft, received from the UU 17 NS LA, with the provision of binding to each event of the arrival of the data of the corresponding timestamp.

Узел аппаратной обработки 13 также осуществляет информационное взаимодействие между приемником излучения 3, первым 11 и вторым 12 ВУ, узлом программной обработки 14 и УУ 17 НС ЛА.The hardware processing unit 13 also carries out information interaction between the radiation receiver 3, the first 11 and the second 12 VU, the software processing unit 14 and the UU 17 of the NS LA.

Видеовход I узла аппаратной обработки 13 соединен с видеовыходом приемника излучения 3 посредством высокоскоростного последовательного дифференциального интерфейса, выполненного на основе стандарта низковольтной дифференциальной передачи сигналов LVDS (low-voltage differential signaling).The video input I of the hardware processing unit 13 is connected to the video output of the radiation receiver 3 via a high-speed serial differential interface based on the LVDS (low-voltage differential signaling) standard.

Узел программной обработки 14 блока обработки информации 6 выполнен в виде одной электронной платы с третьим 15 и четвертым 16 ВУ, представляющими собой дискретные типовые цифровые сигнальные процессоры - digital signal processor (DSP).The software processing unit 14 of the information processing unit 6 is made in the form of one electronic board with the third 15 and fourth 16 VU, which are discrete typical digital signal processors - digital signal processor (DSP).

Третье ВУ 15 соединено с видеовыходом VI узла аппаратной обработки 13.The third VU 15 is connected to the video output VI of the hardware processing unit 13.

Четвертое ВУ 16 узла программной обработки 14 содержит звездный каталог, включающий все звезды до четвертой звездной величины, и выполнено с возможностью расчета корректирующих поправок к навигационным параметрам ЛА с использованием данных о текущем положении внутренней 4 и внешней 5 рамок подвеса, получаемых от первого 11 и второго 12 ВУ через пятый порт V узла аппаратной обработки 13 блока обработки информации 6 и расчета положения звезды относительно базы астровизирующего прибора на каждом такте прихода данных, при этом координаты центра изображения звезды из системы координат матрицы приемника излучения пересчитываются в координаты в приборной системе координат, связанной с базой астровизирующего прибора.The fourth WU 16 of the software processing unit 14 contains a star catalog, including all stars up to the fourth magnitude, and is configured to calculate corrective amendments to the navigation parameters of the aircraft using data on the current position of the inner 4 and outer 5 suspension frames received from the first 11 and second 12 VU through the fifth port V of the hardware processing unit 13 of the information processing unit 6 and calculating the position of the star relative to the base of the astrovising device at each data arrival cycle, while the coordinates of the star image center from the coordinate system of the radiation receiver matrix are recalculated into coordinates in the instrumental coordinate system associated with base of the astrovising device.

Для взаимодействия с НС ЛА порт IV ввода-вывода узла аппаратной обработки 13 блока обработки информации 6 выполнен с возможностью подключения к УУ 17 НС ЛА и является портом входа-выхода астровизирующего прибора.To interact with the NS LA port IV input-output of the hardware processing unit 13 of the information processing unit 6 is configured to connect to the control unit 17 NS LA and is the input-output port of the astrovising device.

Основной задачей, выполняемой астровизирующим прибором, является астровизирование и расчет поправок к углам ориентации для коррекции траектории полета ЛА непосредственно в самом астровизирующем приборе путем вычисления рассогласования расчетного и измеренного углового положения не менее двух звезд.The main task performed by the astrovising instrument is astrovising and calculation of corrections to the orientation angles for correcting the flight path of the aircraft directly in the astrovising instrument itself by calculating the mismatch between the calculated and measured angular positions of at least two stars.

Работает астровизирующий прибор следующим образом.The astrovising device works as follows.

УУ 17 НС ЛА после начала информационного взаимодействия с астровизирующим прибором периодически, через небольшие промежутки времени осуществляет обмен данными, передавая при этом информацию об углах ориентации ЛА: ψ - курс, θ - тангаж, γ - крен и углах навигации: ϕ - широта, λ - долгота.UU 17 NS LA after the start of information interaction with the astrovising device periodically, at short intervals, exchanges data, while transmitting information about the angles of attitude of the aircraft: ψ - heading, θ - pitch, γ - roll and navigation angles: ϕ - latitude, λ - longitude.

В момент выхода на участок полета, оптимальный для проведения измерений, УУ 17 НС подает соответствующую команду в астровизирующий прибор.At the moment of entering the flight segment, which is optimal for measurements, the CU 17 NS sends the appropriate command to the astrovising device.

Обмен данными происходит через узел аппаратной обработки 13 блока обработки информации 6, где к полученным данным привязывается временная метка, после чего полученные данные, в том числе текущие навигационные параметры и временная метка, поступают в четвертое ВУ 16.Data exchange occurs through the hardware processing unit 13 of the information processing unit 6, where a timestamp is attached to the received data, after which the received data, including the current navigation parameters and the timestamp, enters the fourth VU 16.

В четвертом ВУ 16 в ответ на каждое событие прихода новых данных от узла аппаратной обработки 13, и данных из каталога звезд, записанного в четвертом ВУ 16, выбирается звезда в поле зрения объектива 2 и осуществляется расчет углов α_с, β_с направления на заданную звезду;In the fourth VU 16, in response to each event of the arrival of new data from the hardware processing unit 13, and data from the star catalog recorded in the fourth VU 16, a star is selected in the field of view of the lens 2 and the angles α _c , β _from the direction to the given star are calculated ;

Наличие в звездном каталоге всех звезд до четвертой звездной величины включительно (кроме парных) позволяет не прерывать расчет навигационных параметров на тех участках полета, где основные навигационные звезды труднодоступны для наблюдений, например, при небольшом угле отстройки от Солнца и, как следствие, высокой фоновой засветке, или вовсе недоступны для визирования вследствие конструктивных особенностей астровизирующего прибора.The presence in the star catalog of all stars up to the fourth magnitude inclusive (except for paired ones) makes it possible not to interrupt the calculation of navigation parameters in those flight sections where the main navigation stars are difficult to observe, for example, with a small detuning angle from the Sun and, as a result, high background illumination , or are completely inaccessible for sighting due to the design features of the astrovising device.

По команде от четвертого ВУ 16 узел аппаратной обработки 13 через управляющий выход I устанавливает оптимальный режим работы приемника излучения 3.On command from the fourth VU 16, the hardware processing unit 13, through the control output I, sets the optimal operating mode of the radiation receiver 3.

Информация о расчетных значениях углов α_с, β_с направления на звезду из четвертого ВУ 16 поступает в виде двоичных кодов через узел аппаратной обработки 13 на входы первого 11 и второго 12 ВУ, преобразующих по определенному закону полученные данные в напряжения на обмотках двигателей приводов 7 и 8.Information about the calculated values of the angles α _with , β _from the direction to the star from the fourth VU 16 is supplied in the form of binary codes through the hardware processing unit 13 to the inputs of the first 11 and second 12 VU, converting, according to a certain law, the data obtained into voltages on the windings of the drive motors 7 and 8.

В результате внутренняя 4 и внешняя 5 рамки подвеса приходят в движение, и ось визирования объектива 2 выводится в направлении заданной звезды и удерживается в требуемом положении во время проведения измерений.As a result, the inner 4 and outer 5 frames of the suspension come into motion, and the axis of sight of the lens 2 is displayed in the direction of a given star and held in the required position during the measurements.

Первое 11 и второе 12 ВУ периодически рассчитывают разность между расчетным угловым положением звезды α_с, β_с и угловым положением соответственно внутренней 4 и внешней 5 рамок подвеса, то есть угловым положением оптической оси объектива 2.The first 11 and second 12 WU periodically calculate the difference between the calculated angular position of the star α _c , β _c and the angular position of the inner 4 and outer 5 suspension frames, respectively, that is, the angular position of the optical axis of the lens 2.

Первое 11 и второе 12 ВУ преобразуют полученные разности, например, реализуют их пропорционально-интегрально-дифференциальное преобразование, характер которого может автоматически изменяться в зависимости от условий эксплуатации и т.д., с целью обеспечения максимально быстрого и точного выхода оси объектива 2 в заданное положение и, исходя из результатов, рассчитывают величины напряжений для каждой из фаз приводов 7 и 8 внутренней 4 и внешней 5 рамок подвеса для каждого значения разности для перемещения их в положения, соответствующие расчетным углам α_с, β_с направления на звезду.The first 11 and second 12 VUs convert the obtained differences, for example, implement their proportional-integral-differential transformation, the nature of which can automatically change depending on operating conditions, etc., in order to ensure the fastest and most accurate exit of the lens axis 2 to the specified position and, based on the results, the voltage values are calculated for each of the phases of the drives 7 and 8 of the inner 4 and outer 5 suspension frames for each difference value to move them to the positions corresponding to the calculated angles α _c , β _{from the} direction to the star.

Одновременно оптическая система 1 с объективом 2 формирует на матрице фоточувствительных элементов приемника излучения 3 изображение участка небесной сферы, включая заданную звезду.At the same time, the optical system 1 with the lens 2 forms on the matrix of photosensitive elements of the radiation detector 3 an image of a part of the celestial sphere, including a given star.

Приемник излучения 3 преобразует полученное изображение в последовательную цифровую выборку видеоданных и через высокоскоростной последовательный дифференциальный интерфейс, обеспечивающий высокую пропускную способность и помехозащищенность передачи видеоданных, передает ее в узел аппаратной обработки 13, в этот момент к ним привязывается временная метка.The radiation receiver 3 converts the received image into a serial digital sampling of video data and transmits it to the hardware processing unit 13 through a high-speed serial differential interface, which provides high bandwidth and noise immunity of video data transmission, at this moment a timestamp is attached to them.

Одновременно от первого 11 и второго 12 ВУ в узел аппаратной обработки 13 передается информация об угловом положении оси объектива 2, считываемая с измерителей угла поворота 9 и 10 внутренней 4 и внешней 5 рамок подвеса, при этом в узле аппаратной обработки 13 обеспечивается временная синхронизация видеоданных, получаемых от приемника излучения 3, данных о положении внутренней 4 и внешней 5 рамок подвеса, навигационных параметров ЛА, получаемых от УУ 17 НС ЛА.At the same time, from the first 11 and second 12 VUs, information about the angular position of the lens axis 2 is transmitted to the hardware processing unit 13, read from the rotation angle meters 9 and 10 of the inner 4 and outer 5 frames of the suspension, while the hardware processing unit 13 provides time synchronization of video data, received from the radiation receiver 3, data on the position of the inner 4 and outer 5 frames of the suspension, the navigation parameters of the aircraft received from the UU 17 NS LA.

Логика запроса данных в узле аппаратной обработки 13 построена так, что данные о положении внутренней 4 и внешней 5 рамок подвеса актуальны именно на момент регистрации изображения.The data request logic in the hardware processing unit 13 is designed so that the data on the position of the inner 4 and outer 5 frames of the suspension are relevant exactly at the time of image registration.

Кроме того, к каждому событию прихода данных привязывается временная метка, которая вместе с соответствующими данными передается в узел программной обработки 14.In addition, a timestamp is associated with each data arrival event, which, together with the corresponding data, is transmitted to the software processing node 14.

Через узел аппаратной обработки 13 видеоданные от приемника излучения 3 поступают в третье ВУ 15, где рассчитывается положение центра изображения заданной звезды в системе координат матрицы приемника излучения 3.Through the hardware processing unit 13, the video data from the radiation receiver 3 enters the third VU 15, where the position of the center of the image of a given star in the coordinate system of the matrix of the radiation receiver 3 is calculated.

Из третьего ВУ 15 рассчитанные значения положения центра изображения звезды и временная метка, привязанная к видеоданным, поступают в четвертое ВУ 16. Информационный обмен внутри узла программной обработки 14 между четвертым 16 и третьим 15 ВУ осуществляется напрямую через порт ввода-вывода.From the third VU 15, the calculated values of the position of the center of the image of the star and the time stamp associated with the video data are sent to the fourth VU 16. Information exchange within the software processing unit 14 between the fourth 16 and the third 15 VU is carried out directly through the input-output port.

Через узел аппаратной обработки 13 в четвертое ВУ 16 одновременно передается информация об угловом положении внутренней 4 и внешней 5 рамок подвеса от первого 11 и второго 12 ВУ.Through the node hardware processing 13 in the fourth WU 16 simultaneously transmitted information about the angular position of the inner 4 and outer 5 suspension frames from the first 11 and second 12 WU.

По полученным данным в четвертом ВУ 16 на каждом такте прихода данных рассчитывается положение заданной звезды относительно базы астровизирующего прибора.According to the data obtained in the fourth WU 16, at each step of data arrival, the position of a given star relative to the base of the astrovising device is calculated.

Для этого координаты звезды в системе координат матрицы приемника излучения 3 пересчитываются в координаты приборной системы координат путем умножения на матрицу перехода, где в качестве углов Эйлера принимаются углы, определяющие положение внутренней 4 и внешней 5 рамок подвеса, полученные от первого 11 и второго 12 ВУ на момент регистрации изображения.To do this, the coordinates of the star in the coordinate system of the radiation receiver matrix 3 are recalculated into the coordinates of the instrumental coordinate system by multiplying by the transition matrix, where the Euler angles are the angles that determine the position of the inner 4 and outer 5 frames of the suspension obtained from the first 11 and second 12 VU on moment of image registration.

Перечисленные операции выполняются с частотой 100 Гц.The listed operations are performed with a frequency of 100 Hz.

По каждому событию прихода данных, если в поле зрения объектива 2 присутствует заданная звезда, в четвертом ВУ 16 анализируются угловые скорости движения ЛА по данным от УУ 17 НС и угловые скорости приводов 7 и 8 по данным от измерителей угла поворота 9, 10 на момент регистрации изображения.For each event of data arrival, if a given star is present in the field of view of lens 2, in the fourth VU 16 the angular velocities of the aircraft are analyzed according to the data from the control unit 17 of the NS and the angular velocities of the drives 7 and 8 according to the data from the angle meters 9, 10 at the time of registration Images.

Для дальнейшего расчета не используются измерения координат звезд, когда полученные угловые скорости превышают установленное пороговое значение.For further calculation, measurements of the coordinates of stars are not used when the obtained angular velocities exceed the set threshold value.

Если указанные скорости не превышают пороговое значение, координаты α, β в приборной системе координат принимаются для использования в расчете навигационных параметров ЛА.If the specified speeds do not exceed the threshold value, the coordinates α, β in the instrumental coordinate system are accepted for use in the calculation of the aircraft navigation parameters.

Поскольку при визировании одной звезды получаем два измерения (азимутальный угол α и угол места β), то для нахождения поправок к трем углам ориентации (курса Δψ, крена Δγ, тангажа Δθ) необходимо провести измерения координат, как минимум, двух различных звезд.Since, when sighting one star, we obtain two measurements (azimuth angle α and elevation angle β), then in order to find corrections for three orientation angles (heading Δψ, roll Δγ, pitch Δθ), it is necessary to measure the coordinates of at least two different stars.

Соответственно, аналогично выбирается вторая звезда, находящаяся на некотором угловом расстоянии от первой, и проводится визирование второй звезды.Accordingly, the second star is selected similarly, located at a certain angular distance from the first, and the second star is sighted.

Затем в четвертом ВУ 16 определяются угловые поправки, представляющие разности между измеренными и расчетными значениями углов визирования звезд.Then, in the fourth WU 16, angular corrections are determined, representing the difference between the measured and calculated values of the viewing angles of the stars.

По полученным данным в четвертом ВУ 16 рассчитываются поправки к углам ориентации Δψ, Δθ, Δγ, а затем рассчитанные значения поступают через узел аппаратной обработки 13 в УУ 17 НС ЛА, где применяются для коррекции траектории полета ЛА.According to the data obtained in the fourth VU 16, corrections to the orientation angles Δψ, Δθ, Δγ are calculated, and then the calculated values are fed through the hardware processing unit 13 to the UU 17 NS LA, where they are used to correct the flight path of the aircraft.

Таким образом, в заявляемом астровизирующем приборе в соответствии с предложенным техническим решением, обеспечено повышение скорости установки оси визирования объектива, точности синхронизации всех данных, используемых для измерения направления на звезду, и, как следствие, повышение точности коррекции траектории полета ЛА, обеспечен расчет поправок к углам ориентации и навигации непосредственно в блоке обработки информации при снижении весогабаритных характеристик, энергопотребления прибора, обеспечении работоспособности астровизирующего прибора при высоких угловых скоростях.Thus, in the claimed astrovising device, in accordance with the proposed technical solution, an increase in the speed of setting the axis of sight of the lens, the accuracy of synchronization of all data used to measure the direction to the star, and, as a result, an increase in the accuracy of correction of the flight path of the aircraft, the calculation of corrections to orientation and navigation angles directly in the information processing unit while reducing weight and size characteristics, power consumption of the device, ensuring the operability of the astrovising device at high angular velocities.

Claims

1. An astrovising device containing an input optical system with a lens in the focal plane of which a radiation detector is installed, placed on the inner frame of the suspension, the outer frame of the suspension, an information processing unit, the first control output of which is connected to the control input of the radiation receiver, and the first video input is connected to the video output of the radiation receiver, while the inner and outer frames of the suspension are equipped with drives and angle meters, the first computing device connected to the drive and the angle of rotation of the inner frame of the suspension, the second computing device connected to the drive and the angle of rotation of the outer frame of the suspension, the processing unit information is an interconnected hardware processing node, made in the form of an interface device, and a software processing node containing interconnected third computing device for processing video data received from the radiation receiver, and the fourth computing device, the input-output port of the information processing unit is an input and the output of the astrovising device and is configured to be connected to the control device of the aircraft navigation system, characterized in that the first computing device is located on the inner frame of the suspension and is connected to the second input-output of the information processing unit, the second computing device is located outside the information control unit and is connected to its third input-output, the fourth computing device is configured to calculate corrective corrections to the navigation parameters of the aircraft.

2. An astrovising device according to claim 1, characterized in that the hardware processing unit of the information processing unit is configured to provide synchronization of video data received from the radiation receiver, data on the position of the inner and outer suspension frames received from the first and second computing devices, data on the current orientation of the navigation system of the aircraft, received from the control device of the navigation system of the aircraft, with the provision of binding to each event of data arrival of the corresponding timestamp.

3. The astrovising device according to claim 1, characterized in that the fourth computing device is made with a star catalog containing all stars up to the fourth magnitude, with the possibility of calculating the position of the star relative to the base of the astrovising device at each clock cycle, with recalculation of the coordinates of the center of the image of the star from the coordinate system of the matrix of the radiation receiver to the instrumental coordinate system associated with the base of the astrovising device.

4. The astrovising device according to claim 1, characterized in that the hardware processing unit is connected to the radiation receiver via a high-speed serial differential interface based on the low-voltage differential signal transmission standard.