SU428211A1 - Система астроориентации и слежения - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к оптико-электронным приборам астроориентации и наведени  и может быть использовано дл  ориентации различных летательных аппаратов по небесным светилам и дл  наведени  бортового астрофизического прибора на исследуемое небесное тело или участок неба.

Известные системы астроориентации и слежени  за астрономическим спутником, содержащие несколько астровизиров, дающих направление на выбранные звезды, запоминающее устройство и вычислительное устройство, выдающее сигналы на органы управлени  положением телескопа, обладают большой инерционностью и низкой точностью.

Дл  повышени  быстродействи  ориентации и точности слежени  в предлагаемой системе один из астровизиров выполнен двухкоординатньш , а второй - однокоординатным, причем астровизиры кинематически св заны друг с другом так, что наружна  ось двустепепного подвеса однокоординатного астровизира, параллельна оптической оси двухкоординатног астровизира, наружна  ось подвеса которого , в свою очередь, соосна с внутренней осью поворота двустепенного телескопа астрофизического прибора.

На фиг. 1 изображена кинематическа  схема описываемой системы, содержащей телескоп 1, двухкоординатный астровизир 2, однокоординатный астровизир 3, внешнюю полураму 4 подвески астровизиров, среднюю раму 5, внутреннюю раму 6. Система установлена на летательном аппарате 7 с органами управлени  8 последним. - система координат , св занна  с ос ми подвески телескопа, а - инерциальна  система координат.

На фиг. 2 показана структурна  схема системы , где ABi - первый астровизир, двухкоординатный , визирующий опорную звезду 5i по координатам р и а,

9 - усилительные устройства,

ИМа , ИМр - исполнительные механизмы астровизира АВь

10 - запоминающее устройство, хран щее координаты искомой звезды и опорных звезд,

11 - счетно-решающее устройство, вычисл ющее сигналы управлени  телескопом.

, ИМ-( - исполнительные механизмы автовизира ABg.

ИМс,, ИМз - исполнительные механизмы телескопа,

АВ2 - второй астровизир, однокоординатиый , след щий за звездой 52 на координате Y. ДП - встроенные в исполнительные механизмы датчики поворотов вокруг соответствующих осей.

На борту летательного аппарата, предварительно соориентированного в нужном направлении в трех плоскост х, находитс  телескоп 1, поворот которого осуществл етс  при помощи исполпительных механизмов ИМ(5 и ИМс,. На внутренней оси Z.f телескопа 1 кинематически установлена подвеска двухкоординатного астровизира 2 и однокоординатного астровизира 3, состо ща  из внешней полурамы 4 с приводом поворота ИМр вокруг оси ZT, средней рамы 5 с приводом поворота относительно оси Уд и внутренней полурамы 6 с приводом HMf поворота ее вокруг оси, параллельной оптической оси астровизира 2. Астровизир 3, кроме того, имеет привод поворота вокруг оси УИ дл  изменени  относительного положени  оптических осей обоих астровизиров . На фиг. 3, а точками Si, Sa обозначены две опорных звезды и точкой 5з - искома ; Т. А. - первоначальное положение оптических осей летательного аппарата, телескопа и двух астровизиров; а, ip - углы поворота и слежени  первого астровизира 2; ф - угол выставка-второго астровизира относительно первого; ; Y - цоворота рамки 5 вокруг направле|ни  нйпервую звезду. I 5Н :фиг. 3, б отрезки Х, УИ, ZH изображают проекции единичного вектора О5з на оси инерциальной системы координат Х, УИ, 2и, в свою очередь, Х, УТ, ZT - проекции того же вектора на оси системы координат Х, УТ, ZT телескопа. Согласно структурной схеме, показанной на фиг. 2, выходные сигналы двухкоординатного астровизира АВь пропорциональные угловым рассогласовани м звезды Si относительно его оптической оси, проход  через усилители, поступают на исполнительные механизмы ИМр , ИМа обработки углов рассогласовани . Выходной сигнал астровизира АВг, проход  через усилитель также поступает на свой исполнительный механизм ИМ, обрабатывающий угол Лф рассогласовани  звезды S2 относительно оптической оси астровизира ABj. Далее сигналы sin р, cos р с датчика поворота ДП(з вокруг оси ZT, сигналы sin ее, cos а. с датчика поворота ДПа, сигналы sin у cos 7 с датчика поворота ДП поступают на вход счетно-решающего устройства 11. На входы устройства 11 одновременно поступают из устройства 10 координаты Х, УИ, ZH звезды SzВыходные сигналы Рт и «т, проход  через усилители мощности, поступают на исполнительные механизмы ИМр, ИМ поворота телескопа дл  наведени  на звезду 8з. Смена координат объектов излучени  на выходе запоминающего устройства происходит по командам программно-командного устройства 12. В устройстве 10 кроме координат искомого объекта также хран тс  величины установок ро, «о, Фо, YO астровизиров дл  различных пар опорных звезд. Работает система следующим образом. На фиг. 3, а точкой А на небесной сфере обозначен след от оптической оси телескопа 1, совпадающей в начальный момент с ОДЕЮЙ из осей грубо стабилизированного в этом положении летательного аппарата. По команде программного устройства производитс  разворот первого астровизира 2 по двум ос м на заданные из запоминающего устройства углы ро и ио в район опорной звезды Si. Затем узкоканальным астровизиром 2 по программе производитс  сканирование области звезды Si до ее захвата, после чего с датчиков поворота ДПз и ДПа будут поступать текущие значени  углов р и а в режиме слежени . Астровизир ABs заранее выставл етс  под углом фа относительно астровизира АВь После захвата звезды Si включаетс  поиск звезды S2 поворотом второго астровизира относительно линии визировани  OS на угол с последующим захватом звезды Ss,. После перехода на слежение за звездой 8 в счетно-решающем устройстве производитс  обработка текущих углов а, р и Y относительно телескопа и координат X-if, УИ, Zn из запоминающего устройства с целью выработки сигналов рт и «т дл  совмещени  оптической оси телескопа с направлением на искомую звезду Ss. Перед выведением навигационных уравнений рассмотрим примен емые системы координат . Па фиг. 3 изображены выбранные системы координат, при этом прин ты следующие допущени . Все звезды бесконечно удалены от Земли и располол ены на небесной сфере. Земл  и движущийс  в ее районе летательный аппарат наход тс  в центре небесной сферы. Оптические оси телескопа, астровизиров ABi и АВ2, нулевые точки систем координат совмещены в центре небесной сферы. Направление на искомой невидимый объект задаетс  единичным вектором OSz, и.меющим три проекции по ос м инерциальной системы координат Хк, УИ, ZR. Одна из плоскостей инерциональной системы координат об зательно проходит через пару опорных звезд и центр небесной сферы так, чтобы ось JH проходила через заранее определенную первуюопорную звезУ Si. Построение осей координат на борту происходит так. Первоначально все оптические оси астровииров и телескопа параллельны между собой совмещены с одной из осей летательного апарата , соориентированного грубо в направении искомой звезды Sz. В этом состо нии ы имеем систему координат Х, УТ, ZT, св анную с ос ми телескопа. Поиск и захват везды Si производитс  поворотом карданноо подвеса на углы р и а. После захвата звезы S имеем вторую систему координат Х, Уд, д, при этом считаем, что ось Xp() (оптичека  ось астровизира ABi) проходит через везду Si с точностью слежени . Захват звезды Sz обеспечивает построение 5 осей У„ (ось рамки 5) и Zn (показание датчика поворота ДП ). Нетрудно проследить вывод навигационных уравнен й: т f ( и т), «т - ( И и « т)5

arc sin ( j-Qc-I arc sin + ( + и f) т / к т :.--- arcsin I -- arctg

Пред M e т и з о б p e т e н и  

Система астроориентации и слежени  бортовым астрофизическим прибором за небесными объектами, содержаща  астроблок с двум  след щими астровизирами, один из которых - двухкоординатиыр, установленный на двухстепеиных подвесах, двухстепенный телескоп астрофизического прибора, вычислительное и запоминающее устройства, отличающа с  тем, что, с целью повышени 

быстродействи  ориентации и точности слежени , второй из упом нутых астровизиров выполнен однокоординатным и кинематически св зан с первым, двухкоординатным, так

что наружна  ось его подвеса параллельна оптической оси двухкоординатного астровизира , наружна  ось подвеса которого, в свою очередь, соосна с внутренней осью поворота двухстепенного телескопа астрофизического

прибора. X соз т smpj + (и COSY- и si ny) - (Z cosT + K, s| n) s| n a. si npj ЛГи COS°j. - (Гц COSf-Z S| nf) Sj n - (и COSTf + K S П) Sl Па COS 6 получаемых путем приведени  проекций Ли, У, Z и вектора направлени  звезды 5з из системы координат Х„, У„, Z« в Х, Y, Z последовательных поворотов на углы -у, а и р

Л