WO2011053179A1 - Способ определения двух угловых координат светящегося ориентира и многоэлементный фотоприемник для его реализации - Google Patents
Способ определения двух угловых координат светящегося ориентира и многоэлементный фотоприемник для его реализации Download PDFInfo
- Publication number
- WO2011053179A1 WO2011053179A1 PCT/RU2009/000579 RU2009000579W WO2011053179A1 WO 2011053179 A1 WO2011053179 A1 WO 2011053179A1 RU 2009000579 W RU2009000579 W RU 2009000579W WO 2011053179 A1 WO2011053179 A1 WO 2011053179A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- elementary
- photodetector
- axis
- photodetectors
- elementary photodetectors
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
- G01C21/24—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for cosmonautical navigation
Definitions
- a method for determining two angular coordinates of a luminous landmark and a multi-element photodetector for its implementation is described.
- the invention relates to instruments for navigating spacecraft, in particular to instruments for determining the angular coordinates of directions to the Sun or other luminous landmark.
- a known solar sensor [1] containing a mask with holes, an array photodetector, a signal processing device and an information exchange device.
- the principle of operation of the sensor is based on determining the position of the light spot formed with the aid of an opening in an opaque mask on the surface of the photodetector consisting of elementary photodetectors located on a plane in the form of a matrix.
- the two angular coordinates of the direction to the Sun are calculated as follows:
- F is the distance from the mask with the hole to the surface of the matrix photodetector.
- angles a and ⁇ can take values in the range from -90 ° to + 90 ° relative to the perpendicular to the surface of the matrix photodetector.
- the range of measurement of angles is smaller.
- the field of view of the sensors implementing the indicated measurement method is smaller than the hemisphere and usually [1], [2] is limited to ⁇ (60 ... 64) °.
- the hole in the screen is a vulnerable spot, since the ingress of cosmic dust on the screen can lead to the closing of the hole or to a change in its size, and, as a result, to malfunction of the sensor. It can also be noted that the loss of performance of any elementary photodetectors that make up the matrix will lead to errors in determining the angular coordinates. Thus, the reliability of such a sensor in some cases may be insufficient.
- Known panoramic sensor of the angular coordinate of the luminous landmark [2] consisting of a multi-element receiver of optical radiation and a signal processing device.
- a multi-element optical radiation receiver consists of elementary photodetectors located with a given pitch on a circle.
- the angular coordinate of the Sun is determined by the serial numbers of elementary photodetectors that start and end the group of illuminated photodetectors or the angular coordinate of a landmark is determined by the ratio of the signal values of any two elementary photodetectors in the group of illuminated ones.
- the angular coordinate of the Sun is measured in the range of angles from 0 ° to 360 °. However, only one angular coordinate is measured, which is a disadvantage of this sensor.
- the aim of the invention is to expand the field of view of a device that implements the measurement of two angular coordinates of a luminous landmark, increasing its reliability.
- a photodetector consisting of elementary photodetectors.
- Elementary photodetectors are positioned with a given angular pitch relative to some axis so that relative to the plane perpendicular to this axis, the axes of their radiation patterns are directed at a certain angle different from straight and zero (hereinafter it is assumed that the axis of the radiation pattern coincides with the direction to radiation source at which the signal of the photosensitive element has a maximum value).
- a photodetector in the form of a truncated cone or a truncated conical polyhedron.
- the photosensitive surfaces of elementary photodetectors form a conical surface or the surface of a conical polyhedron.
- the photodetector device is illustrated in FIG. 1.
- the numbers denote: 1 - the axis relative to which elementary photodetectors are located; 2 - plane orthogonal to the axis relative to which elementary photodetectors are located; 3 - axis, relative to which the azimuth and serial numbers of elementary photodetectors are counted; 4 - p-th elementary photodetector; 5 - (n ⁇ 1) th ' elementary photodetector; 6 - the angular step of the location of elementary photodetectors; 7 - axis of the radiation pattern (n ⁇ k) of the elementary photodetector; 8 - the angle of inclination of the axis of the radiation pattern to the plane orthogonal to the axis relative to which elementary photodetectors are located; 9 - direction to a luminous landmark; 10 - azimuth of direction to a luminous landmark; 11 - the angle of the direction to the luminous landmark.
- FIG. 2. presents a receiver in which the photosensitive surfaces of elementary photodetectors form the surface of a conical or conical polyhedral opening.
- the numbers denote: 1 - the elementary photodetector; 2 - ( ⁇ 1) -th elementary photodetector.
- a group of illuminated elementary photodetectors can be distinguished.
- the number of elementary photodetectors in the illuminated group depends on the relative position of the photodetector and the Sun.
- the magnitude of the signal of the l-th elementary photodetector - 1 (p) in the group of illuminated is determined as follows:
- A is the maximum possible value of the signal (occurs when the axis of the radiation pattern of the elementary photodetector coincides with the direction to the Sun)
- ⁇ is the azimuth of the direction to the Sun
- ⁇ is the angle of the direction to the Sun
- ⁇ is the angle of inclination of the axis of the radiation pattern of the elementary photodetector relative to the plane perpendicular to the axis relative to which elementary photodetectors are located
- angle 77 # is the angular coordinate of the and elementary photodetector in a plane perpendicular to the axis relative to which arranged elementary photodetectors, n - number of elementary photodetector k - elementary angular pitch arrangement; photodetectors.
- n + 1) is the signal value (77 + /) of the elementary photodetector in the lit group.
- Expressions (3) and (4) allow us to conclude that to determine the angular coordinates of the direction to the Sun, it is enough to have only 3 elementary photodetectors in the group of illuminated ones. For a hemispherical field of view, this condition is satisfied for any directions on the Sun, if the photodetector contains at least 7 elementary photodetectors. However, of interest is a photodetector containing a larger number of elementary photodetectors, for example 1000, since in this case redundancy can be used:
- the azimuth ⁇ directions to the Sun can be determined by finding the centroid, which also simplifies the computational procedure:
- the elevation angle ⁇ of the direction to the Sun is calculated as follows:
- n and (n + 1) are selected in the interval from-to! to k2 k! - the serial number of the first, and k2 - the serial number of the last photosensitive element in the illuminated group, whose signals exceed a predetermined threshold.
- expression (2) can be represented as follows:
- Expression (7) means that the elementary photodetector consists conditionally of two parts. One part generates a signal 7, (77) and is its projection (projection of a photosensitive surface), for example, onto the base of the cylinder, while the other part generates a signal ⁇ ( ⁇ ) and is a projection on a cylindrical surface.
- C and B are the maximum possible values of the signal values of these parts, respectively.
- Fig.3 shows a cross section of the 77th elementary photodetector.
- the numbers denote: 1 - the sensitive surface of the 77th elementary photodetector; 2 - axis of the radiation pattern of the 77th elementary photodetector (perpendicular to the sensitive surface); 3 - the angle of inclination of the axis of the pattern of the 77th elementary photodetector relative to a plane perpendicular to the axis relative to which the elementary photodetectors are located; 4 - axis relative to which elementary photodetectors are located; 5 - sensitive surface of the first part of the ith elementary photodetector (projection onto the base of the cylinder); 6 - the axis of the radiation pattern of the first part of the elementary photodetector parallel to the axis, relative to which the elementary photodetectors are located; 7 - sensitive surface of the second part of the nth elementary photodetector (projection onto a cylindrical surface); 8 - the
- Projections can also be viewed on the basis of a polyhedron and a polyhedral surface, respectively. From the expression (7) and Fig. 3, it follows that the radiation pattern of each elementary photodetector is a superposition of the radiation patterns of the first and second parts, and the angle of inclination of the axis of the radiation pattern is determined by the ratio of the maximum values of the signals of these parts.
- FIG. 4 A practical implementation of a photodetector based on such a division is shown in FIG. 4.
- the numbers denote: 1 - the first sensitive surface of the ith elementary photodetector (projection onto the base of the cylinder); 2 - the second sensitive surface of the ith elementary photodetector (projection onto a cylindrical surface).
- FIG. 5 Another option is the design of the photodetector in accordance with Figure 5.
- the numbers denote: 1 - the first sensitive surface of the ith elementary photodetector (projection onto the base of the cylinder); 2 - the second sensitive surface of the nth elementary photodetector (projection onto a cylindrical surface); 3 and 4 - hoods that limit the field of view of the cylindrical and flat parts, respectively, and allow you to get the radiation pattern of a composite elementary photodetector similar to the radiation pattern of an elementary photodetector in figure 1.
- the numbers denote: 1 - l-th elementary photodetector; 2 - the first sensitive surface of the 77th elementary photodetector, the axis of the radiation pattern of which is parallel to the axis relative to which the elementary photodetectors are located; 3 - the second sensitive surface of the nth elementary photodetector, the axis of the radiation pattern of which is perpendicular to the axis relative to which elementary photodetectors are located; 4 - axis of the radiation pattern of the first sensitive surface; 5 - axis of the radiation pattern of the second sensitive surface; 6 - axis relative to which elementary photodetectors are located; 7 - a prism; 8 - opaque coating.
- the numbers denote: 1 - the w-th elementary photodetector; 2 - first sensitive surface of the ith elementary photodetector; 3 - the second sensitive surface of the 7th elementary photodetector; 4 - axis of the radiation pattern of the first sensitive surface; 5 - axis of the radiation pattern of the second sensitive surface; 6 - axis, relative to which elementary photodetectors are located.
- the first part can be represented as two orthogonal projections.
- the second part is also represented in the form of two orthogonal projections.
- Four parts are obtained, two of which have parallel axis of the radiation patterns, and the other two have axis of the diagrams perpendicular to the axis relative to which elementary photodetectors are located.
- Two parts that have the axis of the radiation patterns parallel to the axis relative to which elementary photodetectors are located can be considered as one part whose signal is equal to the sum of the signals of its constituent parts.
- Two parts that have the axis of the radiation patterns perpendicular to the axis relative to which elementary photodetectors are located can similarly be replaced by one.
- the resulting new two parts are the orthogonal projections of some elementary photodetector, for which, as already noted in the explanation to Fig.3, the angle of inclination of the axis of the resulting radiation pattern is determined by the ratio of the maximum values of the signals of its orthogonal projections.
- the proposed method for determining the two angular coordinates of a luminous landmark can be implemented, both using a photodetector containing elementary photodetectors, the axis of the radiation patterns of which are inclined at a certain angle other than straight and zero, to the axis relative to which they are located, and containing elementary photodetectors, each of which consists of two parts, and the axes of the radiation patterns of these parts are tilted at an angle to the axis relative to which the electric elementary photodetectors.
- the angular coordinate - ⁇ can be calculated in the range from 0 ° to 360 °, and the angular coordinate - ⁇ can be calculated in the range from + 90 ° to - (90 ° - about ).
- the proposed photodetector in contrast to the prototype [1], allows you to determine two angular coordinates of the Sun located at any point in the sphere relative to its center except for the spherical segment cut off by a cone with an angle at the apex - ⁇ , whose axis coincides with the axis relative to which elementary photodetectors are located.
- the device of the inventive photodetector allows to produce it in the form of an integrated circuit.
- photodetectors you can use photodiodes, which are formed using the technology of APS (Active Pixel Sensor), laser micro-milling and etching.
- APS Active Pixel Sensor
- the first sensitive surface corresponds to a crystal surface parallel to the p- ⁇ junction
- the second sensitive surface corresponds to a surface perpendicular to the p- ⁇ junction of the photodiode.
- elementary photodetectors for example, in accordance with FIG. 4 and FIG. 5, occupy the peripheral part of the crystal, its internal part can be used to accommodate an analog-to-digital converter, a computing device, a control device, and an information exchange device.
- an analog-to-digital converter for example, a computing device, a control device, and an information exchange device.
- it turns out not just a photodetector, but a complete sensor of angular coordinates.
- the electrical connection of such a sensor is carried out 1 " through one or more holes obtained with a laser on the inside of the crystal.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Astronomy & Astrophysics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Navigation (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
Изобретение относится к приборам навигации космических аппаратов по Солнцу или иным светящимся ориентирам. Целью изобретения является расширение поля зрения и повышение надежности устройства измеряющего две угловые координаты светящегося ориентира. Указанная цель достигается за счет расположения определенным образом в пространстве элементарных фоточувствительных элементов, образующих многоэлементный фотоприемник и извлечения из величин их сигналов, порядковых номеров, величины углового шага и угла наклона осей диаграмм направленности информации о двух угловых координатах светящегося ориентира. Устройство многоэлементного приемника, обуславливаемое методом определения угловых координат, позволяет реализовать датчик угловых координат в виде полупроводниковой интегральной микросхемы, добавив к нему, аналого-цифровой преобразователь, вычислительное устройство, устройство управления и устройство информационного обмена.
Description
Способ определения двух угловых координат светящегося ориентира и многоэлементный фотоприемник для его реализации.
Изобретение относится к приборам навигации космических аппаратов, в частности к приборам определения угловых координат направления на Солнце или иной светящийся ориентир.
Известен солнечный датчик [1] содержащий маску с отверстиями, матричный фотоприемник, устройство обработки сигнала и устройство информационного обмена.
Принцип действия датчика основан на определении положения светового пятна, формируемого с помощью отверстия в непрозрачном маске, на поверхности фотоприемника состоящего из элементарных фотоприемников расположенных на плоскости в виде матрицы. Две угловые координаты направ ения на Солнце вычисляются следующим образом:
где Хс и Yc - координаты центроида светового пятна на поверхности матричного фотоприемника, F - расстояние от маски с отверстием до поверхности матричного фотоприемника.
Теоретически углы а и β могут принимать значения в диапазоне от -90° до +90° относительно перпендикуляра к поверхности матричного фотоприемника. Однако практически, поскольку светочувствительная поверхность матричного фотоприемника имеет ограниченные размеры, маска с отверстием имеет некоторую толщину и располагается на определенном расстоянии от матричного фотоприемника, диапазон измерения углов меньше. Другими словами поле зрения датчиков реализующих указанный способ измерения меньше полусферы и обычно [1], [2] ограничено величинами ± (60...64)°.
Кроме того, принимая во внимание условия эксплуатации датчика, можно отметить, что отверстие в экране является уязвимым местом, так как попадание космической пыли на экран может привести к закрытию отверстия или изменению его размеров, и, как следствие к нарушению работы датчика. Также можно отметить, что потеря работоспособности, каких либо элементарных фотоприемников, составляющих матрицу, приведет к ошибкам в определении угловых координат. Таким образом, надежность подобного датчика в некоторых случаях может оказаться недостаточной.
Известен панорамный датчик угловой координаты светящегося ориентира [2], состоящий из многоэлементного приемника оптического излучения и устройства обработки сигнала. Многоэлементный приемник оптического излучения состоит из элементарных фотоприемников расположенных с заданным шагом на окружности.
На многоэлементный приемник оптического излучения попадает солнечное излучение, при этом одна часть элементарных фотоприемников оказывается освещенными, а другая часть находится в тени. Угловая координата Солнца определяется по порядковым номерам элементарных фотоприемников, которые начинают и заканчивают группу освещенных фотоприемников или угловая координата ориентира определяется по отношению величин сигналов любых двух элементарных фотоприемников в группе освещенных. Угловая координата Солнца измеряется в диапазоне углов от 0° до 360°. Однако измеряется только одна угловая координата, что является недостатком этого датчика.
Целью предлагаемого изобретения является расширение поля зрения устройства реализующего измерение двух угловых координат светящегося ориентира, повышение его надежности.
Указанная цель достигается тем, что для определения угловых координат используется фотоприемник, состоящий из элементарных фотоприемников. Элементарные фотоприемники располагаются с заданным угловым шагом относительно некоторой оси таким образом, чтобы относительно плоскости перпендикулярной к этой оси, оси их диаграмм направленности были направлены под некоторым углом, отличным от прямого и нулевого (здесь и далее полагается, что ось диаграммы направленности совпадает с направлением на источник излучения, при котором сигнал фоточувствительного элемента имеет максимальную величину).
Приведенным условиям удовлетворяет, например, фотоприемник в виде усеченного конуса или усеченного конического многогранника, Фоточувствительные поверхности элементарных фотоприемников образуют коническую поверхность или поверхность конического многогранника.
Устройство фотоприемника поясняется на Фиг. 1. Цифрами обозначены: 1 - ось, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники; 2 - плоскость ортогональная оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники; 3 - ось, относительно которой отсчитывается азимут и порядковые номера элементарных фотоприемников; 4 - п -ый элементарный фотоприемник; 5 - (п ± 1) -ый ' элементарный фотоприемник; 6 - угловой шаг расположения элементарных фотоприемников; 7 - ось диаграммы направленности (п ± к) -го элементарного фотоприемника; 8 - угол наклона оси диаграммы направленности к плоскости
ортогональной к оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники; 9 - направление на светящийся ориентир; 10 - азимут направления на светящийся ориентир; 11 - угол места направления на светящийся ориентир.
Плоскость ортогональная оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники, введена для наглядности. Очевидно, что угол места и угол наклона осей диаграмм направленности можно измерять непосредственно относительно оси, вокруг которой, располагаются элементарные фотоприемники, принципиально это ничего не меняет.
На Фиг. 2. представлен приемник, в котором фоточувствительные поверхности элементарных фотоприемников образуют поверхность конического или конического многогранного отверстия. Цифрами обозначены: 1 - и -ый элементарный фотоприемник; 2 - ( ± 1) -ый элементарный фотоприемник.
При облучении многоэлементного фотоприемника Солнцем можно выделить группу освещенных элементарных фотоприемников. Количество элементарных фотоприемников, в группе освещенных зависит от взаимного положения фотоприемника и Солнца. Величина сигнала л -го элементарного фотоприемника - 1(п) в группе освещенных определяется следующим образом:
где A - максимально возможное значение величины сигнала (имеет место при совпадении оси диаграммы направленности элементарного фотоприемника с направлением на Солнце), Θ - азимут направления на Солнце, Ω - угол места направления на Солнце, ω - угол наклона оси диаграммы направленности элементарного фотоприемника относительно плоскости перпендикулярной к оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники, угол 77# - угловая координата и -го элементарного фотоприемника в плоскости перпендикулярной к оси относительно которой располагаются элементарные фотоприемники, п - порядковый номер элементарного фотоприемника, & - угловой шаг расположения элементарных; фотоприемников.
Из выражения (2) следует:
Выражения (3) и (4) позволяют сделать вывод, что для определения угловых координат направления на Солнце достаточно иметь в группе освещенных всего лишь 3 элементарных фотоприемника. Для полусферического поля зрения это условие выполняется для любых направлений на Солнце, если фотоприемник содержит не менее 7 элементарных фотоприемников. Однако интерес представляет фотоприемник, содержащий большее количество элементарных фотоприемников, например 1000, поскольку в этом случае избыточность можно использовать:
• для повышения точности измерений координат за счет усреднения результатов;
• для повышения надежности и живучести фотоприемника, так как единичные или групповые отказы элементарных фотоприемников не смогут помешать вычислению угловых координат.
Азимут Θ направления на Солнце при этом можно определять посредством нахождения центроида, что позволяет также упростить вычислительную процедуру:
Угол места Ω направления на Солнце вычисляется следующим образом:
С целью облегчения адаптации устройства многоэлементного фотоприемника к существующим технологиям выражение (2) можно представить следующим образом:
Выражение (7) означает, что элементарный фотоприемник состоит условно из двух частей. Одна часть генерирует сигнал 7, (77) и является его проекцией (проекцией фоточувствительной поверхности), например, на основание цилиндра, при этом другая часть генерирует сигнал Ι (η) и является проекцией на цилиндрическую поверхность. С и В - максимально возможные значения величин сигналов этих частей соответственно.
На Фиг.З показано сечение 77 -го элементарного фотоприемника. Цифрами обозначены: 1 - чувствительная поверхность 77 -го элементарного фотоприемника; 2 - ось диаграммы направленности 77 -го элементарного фотоприемника (перпендикулярна чувствительной поверхности); 3 - угол наклона оси диаграммы направленности 77 -го элементарного фотоприемника относительно плоскости перпендикулярной к оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники; 4 - ось относительно которой располагаются элементарные фотоприемники; 5 - чувствительная поверхность первой части и -го элементарного фотоприемника (проекция на основание цилиндра); 6 - ось диаграммы направленности первой части элементарного фотоприемника параллельная оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники; 7 - чувствительная поверхность второй части п -го элементарного фотоприемника (проекция на цилиндрическую поверхность); 8 - ось диаграммы направленности второй части элементарного фотоприемника перпендикулярная оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники.
Проекции могут также рассматриваться на основание многогранника и многогранной поверхности соответственно.
Из выражения (7) и Фиг.З следует, что диаграмма направленности каждого элементарного фотоприемника является суперпозицией диаграмм направленности первой и второй его частей, а угол наклона оси диаграммы направленности определяется отношением максимальных величин сигналов этих частей.
Практическая реализация фотоприемника, основанная на таком делении, показана на Фиг.4. Цифрами обозначены: 1 - первая чувствительная поверхность и -го элементарного фотоприемника (проекция на основание цилиндра); 2 - вторая чувствительная поверхность и -го элементарного фотоприемника (проекция на цилиндрическую поверхность).
Другим вариантом является исполнение фотоприемника в соответствии с Фиг.5. Цифрами обозначены: 1 - первая чувствительная поверхность и -го элементарного фотоприемника (проекция на основание цилиндра); 2 - вторая чувствительная поверхность п -го элементарного фотоприемника (проекция на цилиндрическую поверхность); 3 и 4 - бленды, которые ограничивают поле зрения цилиндрической и плоской частей соответственно и позволяют получить диаграмму направленности составного элементарного фотоприемника аналогичную диаграмме направленности элементарного фотоприемника на Фиг.1.
Использование оптических элементов изменяющих направление хода световых лучей (призмы или зеркала) позволяет расположить обе части элементарного фотоприемника на одной поверхности, в частности на плоскости. Сечение такого элементарного фотоприемника показано на Фиг.6. Цифрами обозначены: 1 - л -ый элементарный фотоприемник; 2 - первая чувствительная поверхность 77 -го элементарного фотоприемника, ось диаграммы направленности которого параллельна оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники; 3 - вторая чувствительная поверхность п -го элементарного фотоприемника, ось диаграммы направленности которого перпендикулярна оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники; 4 - ось диаграммы направленности первой чувствительной поверхности; 5 - ось диаграммы направленности второй чувствительной поверхности; 6 - ось, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники; 7 - призма; 8 - непрозрачное покрытие.
Подход, основанный на разложении фоточувствительной поверхности элементарного фотоприемника на ортогональные проекции и суперпозиции их диаграмм направленности, применим и для случая, когда оси диаграмм направленности двух частей элементарного фотоприемника направлены под разными, отличными от прямого' и нулевого, углами к оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники. На Фиг.7. показано сечение этого элемента. Цифрами обозначены: 1 - w -ый элементарный фотоприемник; 2 - первая
чувствительная поверхность и -го элементарного фотоприемника; 3 - вторая чувствительная поверхность /7 -го элементарного фотоприемника; 4 - ось диаграммы направленности первой чувствительной поверхности; 5 - ось диаграммы направленности второй чувствительной поверхности; 6 - ось, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники.
Первая часть может быть представлена в виде двух ортогональных проекций. Аналогичным образом в виде двух ортогональных проекций представляется также и вторая часть. Получаются четыре части, две из которых имеют оси диаграмм направленности параллельные, а две другие имеют оси диаграмм перпендикулярные оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники. Две части, которые имеют оси диаграмм направленности параллельные оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники, можно рассматривать, как одну часть, сигнал которой равен сумме сигналов составляющих ее частей. Две части, которые имеют оси диаграмм направленности перпендикулярные оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники аналогичным образом можно заменить одной. Получившиеся новые две части являются ортогональными проекциями некоторого элементарного фотоприемника, для которого, как уже отмечалось в пояснении к Фиг.З, угол наклона оси результирующей диаграммы направленности определяется отношением максимальных величин сигналов его ортогональных проекций.
Следовательно, предлагаемый способ Определения двух угловых координат светящегося ориентира может быть реализован, как с помощью фотоприемника содержащего элементарные фотоприемники, оси диаграмм направленности которых наклонены под некоторым углом, отличным от прямого и нулевого, к оси относительно которой они располагаются, так и содержащего элементарные фотоприемники, каждый из которых состоит из двух частей, причем оси диаграмм направленности этих частей наклонены под некоторым углом к оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники.
Из вышеприведенных формул и устройства многоэлементного фотоприемника на Фиг.1 следует, что угловая координата - Θ может быть вычислена в диапазоне от 0° до 360°, а угловая координата - Ω может быть вычислена в диапазоне от +90° до -(90° -о ). Таким образом, предлагаемый фотоприемник, в отличие от прототипа [1], позволяет определить две угловых координаты Солнца, находящегося в любой точке сферы относительно ее центра за исключением сферического сегмента отсекаемого конусом с углом при вершине - ω , ось которого совпадает с осью, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники.
Необходимо также отметить, что в заявляемом многоэлементном фотоприемнике элементарные фотоприемники непосредственно воспринимают солнечное излучение, поэтому
какие-либо маски, формирующие и направляющие световой поток, отсутствуют. Как результат, уменьшаются масса и габариты прибора, повышается надежность. Кроме того, вследствие устранения необходимости в задании определенного пространственного положения маски и фотоприемников, улучшается технологичность датчиков угловых координат и повышается стабильность их метрологических характеристик.
Устройство заявляемого фотоприемника позволяет изготавливать его в виде интегральной микросхемы. В качестве элементарных фотоприемников можно использовать фотодиоды, которые формируются с применением технологии APS (Active Pixel Sensor), лазерного микрофрезерования и травления. При этом, например, в случае Фиг.5 первой чувствительной поверхности соответствует поверхность кристалла параллельная p-η переходу, а второй чувствительной поверхности соответствует поверхность перпендикулярная p-η переходу фотодиода.
Кроме того, поскольку элементарные фотоприемники, например, в соответствии с Фиг.4 и Фиг.5, занимают периферийную часть кристалла, то внутреннюю его часть можно использовать для размещения аналого-цифрового преобразователя, вычислительного устройства, устройства управления и устройства информационного обмена. Таким образом, получается не просто фотоприемник, а законченный датчик угловых координат. Электрическое подключение такого датчика осуществляется1" через одно или несколько отверстий получаемых с помощью лазера на внутренней части кристалла.
Источники информации:
1. Патент на изобретение США Ν°7552026, МПК G06F 3/00, 2009.
2. The Officine Galileo Digital Sun Sensor, F. Boldrini, E.Monini, IAA-B3-1308P, 3rd IAA Symposium on Small Sattelite for Earth Observation, Berlin, 2001.
3. Патент на изобретение РФ N°2327952, МПК G01 В11/26, 2006.
Claims
1. Способ определения двух угловых координат светящегося ориентира с помощью многоэлементного фотоприемника, который заключается в том, что элементарные фотоприемники располагаются в потоке излучения светящегося ориентира с заданным, угловым шагом относительно некоторой оси, при этом оси диаграмм направленности элементарных фотоприемников наклонены под некоторым углом к оси, относительно которой располагаются элементарные фотоприемники, определяются величины сигналов элементарных фотоприемников обусловленные излучением светящегося ориентира, по величинам сигналов и порядковым номерам и величине углового шага расположения и величине угла наклона осей диаграмм направленности элементарных фотоприемников вычисляются угловые координаты светящегося ориентира.
2. Применение для определения двух угловых координат светящегося ориентира многоэлементного фотоприемника, который состоит не менее чем из семи элементарных фотоприемников расположенных с заданным угловым шагом относительно некоторой оси, угол наклона к которой осей диаграмм направленности элементарных фотоприемников отличен от прямого и нулевого.
3. Многоэлементный фотоприемник, состоящий из элементарных фотоприемников расположенных с заданным угловым шагом относительно некоторой оси, отличающийся тем, что количество элементарных фотоприемников не менее семи, оси диаграмм направленности элементарных фотоприемников расположены под некоторым углом отличным от прямого и нулевого к оси, относительно которой элементарные фотоприемники располагаются.
4. Многоэлементный фотоприемник, состоящий из элементарных фотоприемников расположенных с заданным угловым шагом относительно некоторой оси, отличающийся тем, что количество элементарных фотоприемников не менее семи, каждый элементарный фотоприемник состоит из двух частей, оси диаграмм направленности этих частей расположены под некоторыми углами к оси, относительно которой элементарные фотоприемники располагаются.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2009/000579 WO2011053179A1 (ru) | 2009-10-28 | 2009-10-28 | Способ определения двух угловых координат светящегося ориентира и многоэлементный фотоприемник для его реализации |
| RU2012116202/28A RU2509290C2 (ru) | 2009-10-28 | 2009-10-28 | Способ определения двух угловых координат светящегося ориентира и многоэлементный фотоприемник для его реализации |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2009/000579 WO2011053179A1 (ru) | 2009-10-28 | 2009-10-28 | Способ определения двух угловых координат светящегося ориентира и многоэлементный фотоприемник для его реализации |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2011053179A1 true WO2011053179A1 (ru) | 2011-05-05 |
Family
ID=43922309
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2009/000579 WO2011053179A1 (ru) | 2009-10-28 | 2009-10-28 | Способ определения двух угловых координат светящегося ориентира и многоэлементный фотоприемник для его реализации |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2509290C2 (ru) |
| WO (1) | WO2011053179A1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112327107A (zh) * | 2020-09-17 | 2021-02-05 | 国网天津市电力公司电力科学研究院 | 一种适用于气体绝缘设备内部故障弧光探测和定位的方法 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2641637C2 (ru) * | 2016-05-19 | 2018-01-18 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Способ определения угловых координат на источник направленного оптического излучения |
| RU2700363C1 (ru) * | 2018-12-28 | 2019-09-16 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское опытно-конструкторское бюро "Марс" (ФГУП МОКБ "Марс") | Широкопольный датчик положения солнца |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2131586C1 (ru) * | 1997-08-21 | 1999-06-10 | Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева | Устройство для измерения угловых координат астроисточника, преимущественно земли и/или солнца |
| RU2244263C1 (ru) * | 2003-04-17 | 2005-01-10 | Ермаков Олег Иванович | Датчик угловой координаты солнца |
| RU2327952C2 (ru) * | 2006-08-08 | 2008-06-27 | Олег Иванович Ермаков | Панорамный датчик угловой координаты светящегося ориентира |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100348461C (zh) * | 2006-08-01 | 2007-11-14 | 北京航空航天大学 | 高精度aps太阳敏感器 |
-
2009
- 2009-10-28 RU RU2012116202/28A patent/RU2509290C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2009-10-28 WO PCT/RU2009/000579 patent/WO2011053179A1/ru active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2131586C1 (ru) * | 1997-08-21 | 1999-06-10 | Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева | Устройство для измерения угловых координат астроисточника, преимущественно земли и/или солнца |
| RU2244263C1 (ru) * | 2003-04-17 | 2005-01-10 | Ермаков Олег Иванович | Датчик угловой координаты солнца |
| RU2327952C2 (ru) * | 2006-08-08 | 2008-06-27 | Олег Иванович Ермаков | Панорамный датчик угловой координаты светящегося ориентира |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112327107A (zh) * | 2020-09-17 | 2021-02-05 | 国网天津市电力公司电力科学研究院 | 一种适用于气体绝缘设备内部故障弧光探测和定位的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2509290C2 (ru) | 2014-03-10 |
| RU2012116202A (ru) | 2013-12-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7924415B2 (en) | Apparatus and method for a light direction sensor | |
| US9612157B2 (en) | Apparatus and method for navigation | |
| US20080017784A1 (en) | Apparatus and methods to locate and track the sun | |
| US9927510B2 (en) | Star tracker | |
| JPH02236108A (ja) | 太陽センサ | |
| US10393851B2 (en) | Polyhedral sensor arrangement and method for operating a polyhedral sensor arrangement | |
| US11408765B2 (en) | Optical detector and system therefor | |
| US11703392B2 (en) | Sequential beam splitting in a radiation sensing apparatus | |
| RU2509290C2 (ru) | Способ определения двух угловых координат светящегося ориентира и многоэлементный фотоприемник для его реализации | |
| Pelemeshko et al. | High-precision CubeSat sun sensor coupled with infrared Earth horizon detector | |
| JP6792375B2 (ja) | サンセンサ及び人工衛星 | |
| JP2014058176A (ja) | 地球センサ及び地球センサを用いた地球エッジ検出方法 | |
| RU2644994C1 (ru) | Датчик угла поворота | |
| CN111637880A (zh) | 一种低成本超小型化星敏感器及其设计方法 | |
| WO2015107559A1 (en) | Solar pointing system | |
| CN117387560B (zh) | 数字太阳敏感器及误差标定方法、太阳方位角的获取方法 | |
| JP3698022B2 (ja) | 位置検出方法および位置検出機構 | |
| WO2023286323A1 (ja) | 日照計及び日照計測方法 | |
| Bolshakov | Digital sun sensor design for nanosatellite applications | |
| POWER | DESIGN OF A CMOS APS IMAGE SENSOR FOR MULTI-SENSOR NANOSATELLITE STAR TRACKING | |
| Maji et al. | Design and development of two axes micro digital sun sensor using linear CMOS detector | |
| US9885770B2 (en) | System and method for detecting angle ambiguity in optical sensors | |
| JPH09318383A (ja) | 光源運動検出装置 | |
| RU2538355C2 (ru) | Способ повышения разрешающей способности измерения угловой координаты светящегося ориентира, многоэлементный фотоприемник и датчик угловой координаты светящегося ориентира его реализующие | |
| JPH10325717A (ja) | 太陽方向検出装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 09850925 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 2012116202 Country of ref document: RU |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 09850925 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |