Имитатор излучения звезды

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУбЛИК 04 С 09 В 27/О ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 3187. Бюл.28 нский политехничеЛенинского комсомпин (088.8) кое свидетельствол. С 09 В 27/06,ии ина УЧЕНИЯ ЗВЕЗ 54) ИМИТАТ57) Изобрем по астроовано при сится жет б пособиь исполь ройке ние омии и испытаниях и н олновую част и становятсячения котоемому положестабильностььной характенепрерывном личины в процес-, яет приблизить реальному.4 ил,ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(21) 403340 (22) 04.03. (46) 3007, (71) Челяби ститут им, (72) И,В.Ла (53) 523.28 (56) Авторс746696, к оптических фотоприемных устройствслежения за звездами. Целью изобретения является расширение имитационных возможностей, Имитатор излучениязвезды содержит светодиоды .1-30, собирающие линзы 31-60, конденсатор 61,полевую диафрагму 62, расположеннуюв фокащ ной плоскости коллиматорногообъектива 63, полупрозрачный рассеивающий элемент 64, выполненный из матового стекла и установленный на по,801327153 А 1 левой диафрагме 6 или в непосредственной близости от нее со стороныконденсатора 61, регулируемый источник 65 питания. Светодиоды 1-30 подключены к источнику 65 питания черезтокорегуляторы. Цепь каждого токорегулятора снабжена соответствующимипреобразователями ток - напряжение,ключами, компараторами и резисторами, Для моделирования звезд с различными звездными величинами изменяютнапряжение источника 65 питания. Приэтом взамен светодиодов, спектральные характеристики которых при изменении напряжения питания сместились в коротко- или длинноспектра, светоизлучающсветодиоды, спектры ирых сместились к требнию. Это обеспечиваетотносительной спектралристики имитатора приизменении звездной весе испытаний и позволимитируемый спектр к/Х Составитель А,МягковМ.Бандура Техред Л.Олийнык Корректор М.П Ре каз вен ете Р/48 Тираж 433 ВНИИПИ Государс по делам изо 113035, Москва, Ж Подписнокомитета СССРи открытийкая наб., д13271Изобретение относится к пособиямпо астрономии и может быть использовано при испытаниях и настройке оптических фотоприемных устройств слежеВния эа звездами, систем гидированиятелескопов, оптико-электронных автоматических систем ориентации, навигационных систем работающих по звездам, и т.п. устройств,1 ОЦелью изобретения является расширение имитационных воэможностей.На фиг,1 изображена оптическаясхема имитатора излучения звезды, нафиг,2 - принципиальная электрическаясхема имитатора; на Фиг,3 - распределение по длинам волнэнергетических освещенностей (Е ) на выходе имитатора при трех значениях звезднойвеличины; на фиг.4 - диаграмма работы,компараторов,Имитатор излучения звезды содержитисточники света 1-30, выполненные насветодиодах, собирающие линзы 31-60,конденсатор 61 полевую диафрагму 62, 25расположенную в Фокальной плоскости коллиматорного объектива 63, полупрозрачный рассеивающий элемент 64,выполненный нз матового стекла и установленный в непосредственной бли Озости от полевой диафрагмы со стороны конденсатора 61 источник 65 питания, выполненный в виде регулируемого источника напряжения.Светодиоды 1-30 закреплены по ок 35ружности на непрозрачном диске (непоказан), расположенном перпендикулярно к главной оптической оси имитатора, проходящей через центр диска,Светодиоды 1-30 установлены так, чтоих излучающие поверхности находятсяв фокусах собирающих линз 31-60,объединены по два 1 и 2 3 и 429-30 ) в преобразовательной цепи поодинаковым спектральным характеристикам, соединены внутри преобразовательных цепей последовательно с одними из выводов соответствующих постоянных резисторов 66-80 и подключенык одному выводу источника 65 питаниячерез соответствующие токорегуляторы 81 -85, выполненные на переменныхрезисторах,К каждому токорегулятору 81-85подключено по три идентичных парал 55лельных цепи с источниками света ирезисторами. Так, к токорегулятору 8подключены цепи с источниками света 1, 2 и резистором 66, с источника 53 2ми света 3, 4 и резистором 67, с ис -точниками света 5, 6 и резистором 68,а к токорегуцятору 85 подключены це"пи с источниками света 25, 26 и резистором 78, с источниками света 27,28 и резистором 79 и с источникамисвета 29, 30 и резистором 80.Цепь каждогс токорегуля-.ора 81-85содержит также преобразователь 8690 ток - напряжение, три ключа 91"93(94-96, 97-99, 100-102, 103-05),три компаратора 106-.108 (109-111,112-114, 115-117, 118-120) и инвертор 121 (122-125), В каждой цепи токорегуляторов 81-85 входы ключей 9193 (94-105) соединены с управляющимивходами компараторов 06-108 (109120) и через пр"обраэователи 86-90ток - напряжение подключены к другому выводу источчика 65 питания, с которым соединены входы всех компараторов 106-120, Выходы компараторов 108,111, 114, 117, 120 через соответствующие инверторы 121 в 25 подключенык управляющим входам соответствующихключей 93, 96, 99, 102, 105. Выходыостальных компараторов 106, 107, 109,110, 112, 113, 115, 116, 118, 119подключены к управляющим входам ключей соответственно 91, 92, 94, 95,97, 97, 100, 101, 103, 104, Выходыключей 91 в 1 соединены с другими выводами соответствующих резисторов 6680,Каждый из преобразователей 86-90ток - напряжение выполнен на постоянном резисторе, падение напряжения накотором используют в качестве входного управляющего сигнала для соответствующего компаратора 106-120,Инверторы 121 и 125 выполнены натранзисторах КТ 315, Добавочные постоянные резисторы 66-80 служат длявыравнивания токов в ветвях при одновременном включении двух групп светодиодов в цепях токорегуляторов 8185, Ключи 91 в 1 выполнены на электромагнитных реле типа РЭС 15 с использованием для согласования с компараторами 106-1 О транзисторовКТ 315,Компараторы 107, 110, 113, 116и 119 - двухпороговые компараторы,выполненные на микросхемах типа521 СА 1; все остальные - одно 1 тороговые компараторы, выполненные на микросхемах типа 521 СА 2,. нп нпЦ 119 ИЦ,о 1,цни цни40 Р э 11 э эЦ 116 р Ц 11 соответственно нижний иверхний пороги дискрИминации двухпороговых компараторов 107, 11 О, 113,116 и 119.Диаграмма работы компараторов 106.120 приведена на фиг.4, где дана зависимость напряжения на выходе Цв,компараторов от входного напряженияЦ50 в"а) для компараторов 106, 109, 112,115, 118 с порогами дискриминацииЦП 1Эб) для компараторов 107, 110,113,5516 119 с нижним Цнп и верхним Цв.порогами дискриминации;в) для компараторов 108, 111, 114,1117, 120 с порогами дискриминацииП 2,Э где К -Р,. -величины сопротивленийпреобразователей 86-90ток - напряжение;максимально допустимыйток через светодиоды 1318, максимумы излучениякоторых находятся вблизимаксимума имитируемойспектральной характеристики; Рмакс Вэ П П106 эЦ 1 оь ьпп цпЦ,Цп иЦ 1 п 1 г Лм ьиЦэ ЬЦ 111 Ьцп цп118 1 120 пороги дискриминации однопороговых компарато- ров 106, 108, 109,.111, 112, 114, 115, 117, 118, 120; нп нп 1 О 1 1 ИФ Ь нп нпЦ ЗР 116 1327153С целью. воспроизведения спектра тик которых соответствуют длинамимитируемой звезды светодиоды 1-30 волн, наиболее близким к среднему1 овзяты с такими спектральными харак- значению, Лд , ,эо, Л А о длитеристиками что все вместе они охва- ны волны соответственно каждого из15тывают видимую часть спектра и часть пяти поддиапазонов (см. фиг.З) приинфракрасной области с обшим диапа- трех значениях тока питания,.1зоном длин волн= 0,45-1,2 /с км, На фиг.З кривые А, В, С покаэываПодбор светодиодов 1-30 осуществ- ют распределение по длинам волн 3лен следующим образом. энергетических освещенностей Е на выЭкспериментальным путем определе- ходе имитатора при трех значенияхны спектральные характеристики све- эвездной величины, кривая А - энертодиодов при трех значениях тока пи- гетическую освещенность имитируемой/4 т" /2 т3/4 т" звезды, а кривые А-А, В 1-Вбэи С 1, -тания: / 1, /У Ээ15 С - энергетические освещенности свемаксгде 1 - максимальный ток питания тодиодов,для данного типа светодиодов по пас- Имитатор работает следующим обрапорту, Весь спектральный диапазон зом,имитируемой области (Д = 0,45- Вначале производят установку поро 1,2км) разбит на пять поддиапазонов 20 гов дискриминации компараторов 106(0,45-0)54; 0,54-0,66; 0,66-0,82; 120. Включают опорные источники на 0,82-0,98; 0,98-1,2/1 км) 11 о числу це- пряжений не показаны и подают напей токорегуляторов (см. фиг,З) и компараторы 106-120 пороговые напряотобрано по два светодиода, максиму- жения, величины которых определеныма излучения спектральных характерис иэ следующий условий:5327г) зависимость напряжения на выоде инверторов 121 - 125 от входного напряжения,В исходном состоянии (до подачинапряжения с источника 65 витания,но включенных опорных источниках напряжения) ключи 91,94, 97, 100, 103открыты, а остальные ключи - закрыты,так как напряжения 06 -Б 9, на всехпреобразователях 86-90, т.а, на входах всех компараторов 106-120 равнынулю (токи в цепях отсутствуют) БЛ 1Пв) Б 8,= 089 = Б 9, ьф 0(Б, При этомна выходах компараторов 106, 109,-112, 115, 118 присутствуют напряжения 5постоянной величины (см. Фиг,4 а), которыми ключи 91, 94, 97, 100 и 1 ОЗудерживаются в открытом состоянииНапряжение постоянной величины с компараторов 108, 11, 114, 117, 120(см. Фиг.4 в) инвертируется инверторами 121-125 (см. Фиг,4 г), в результатечего ключи 93, 96, 99, 102 и 105 закрытыДля имитации звезды с заданной 25спектральной характеристикой, имеющей максимум излучения на длине волны 1 и максимальную звездную величину (см. кривую А на фиг.З), осуществляют предварительную установку 30положения движков токорегуляторов 81 -85. Движком токорегулятора 83 устанавливают минимальное: сопротивление 83. Включают источник 65 питания,и устанавливают величину напряженияна его выходе, соответствующую максиЯС КСмально допустимому току (1 9 ) через светодиоды 13-18 по паспортнымданным ), Не изменяя положения регулятора источника. 65 питания, движки токорегуляторов 81, 82, 84, 85 устачавливают в такие положения, чтобы выполнялись следующие соотношения токов (11-18) через регуляторы 81-85и значений ординат Е 1-Е кривой Ана Фиг.З на длинах волни ь Ли ь ЛР 1 В 1,12.18, р.1 -Е 1 Е 2 ЕЗ.Е."Е (Ез=Е)В цепях с открытыми ключами 91,94, 97, 100 и 103 протекают соответствующие токи 11-1. 11 - в цепи сэлементами 81, 1, 2, бб, 91, 86;1 - с элементами 82, 7, 8, 69,.94,8 ь 19 - 83, 13, 14 72 ь16 - 84 ь 19, 20, 75, 1 00, 89; 1 - 5585, 25, 26; 78, 103, 90,Эти токи зависят по величине отсопротивлений токорегуляторов 81-85,и создают на преобразователях П 9 -Уи 53 бток - напряжениепадения напряжений-У,ь которые имеют спедующие со 96 9 иотношения с порогами дискриминации компараторов 106-120 при установленных положениях токорегуляторов 81-85;л, и Вь, ) П6 По 6 ь П 1 и ПВ) 011 о ь 038 01 Н ь п нл би 39 111 ь 119 9 19 ь Поскольку напряжения Бе, и 09 и находятся внутри окна дискриминациидвухпороговых компараторов 110 и 119то сигналы на их выходах в виде постоянного напряжения приводят к открытию ключей 95 и 104, Одновременнопереключаются компараторы 109 и 18 ьвыходные сигналы которых уменьшаютсядо нуля и ключи 94 и 103 закрываются.Аналогично и в других цепях токорегуляторов 83, 84 компараторы 112,115 своими выходными сигналами закрывают ключи 97, 100, а инвертированные сигналы с. компараторов 114, 17открывают клкчи 99 и 102.При этом токи 1,-1 протекают последующим цепям: .1 - в цепи с элементами 81, 1, 2, бб, 91, 86; 1с элементами 82, 9, 10, 70, 95, 87;1 - 83, 1, 18, 74, 99, 88;1 - 84,23, 24, 77, 102, 89 и 1,- 85, 27,28 79, 104, 90.Светодиоды 1, 2, 9, 10, 17, 18,23, 24, 27, 28 излучают расходящиесясветовые потоки, которые собираютсялинзами 31, 32, 39, 40, 47, 48, 53,54 5, 58, преобразуются в парал-лельные потоки и направляются на конденсор 61, который собирает все лучи,попавшие в него, в точку находящуюся в его Фокусе, где расположена полевая диафрагма 62, используемая дляуменьшения угловых размеров имитируемои звезды.Матовое стекло 64 рассеивает попавшие на него лучи, осуществляя таким образом смешивание отдельныхспектральных компонент, излучаемыхсветодиодами 1, 2, 9, 1 О, 17, 18,23, 24, 27, 28.Спектральные характеристики излучающих светодиодов представлены нафиг.З кривыми А А, А 9 А,ь Аюкоторые при суммировании дают результирующую спектральную характеристику А, имеющую максимум излучения надлине волны ) и совпадающую соспектральной характеристикой имитируемой звезды (см, кривые А и А нафиг.З), 1327153Для имитации звезды того же спектрального класса, но меньшей звездной величины, у которой максимум излучения на длине волны 71 (см. кривую ВЗона фиг3), уменьшают напряжение источника 65 питания, чтобы обеспечить заданную звездную величину. При этом уменьшаются токи 1, -1 через преобразователи 86-90, что приводит к умень шению напряжений Бь-Б которые при неизменном положении движков токоре. гуляторов 81-85 приобретают соотношения с порогами дискриминации компараторов: 159 и П110 ь 111 об 1 вт 11 ю 9 э Н 93 7 Пи фПри этом сигнал с компаратора 119 и инвертированный сигнал с компара тора 117 закрывают ключи 102 и 104, а сигналы с компараторов 109, 116, 118 открывают ключи 94, 101 и 103Токи 1 -1 протекают по следующим цепям: 1 - в цепи с элементами 81, 1 2, 66, 91, 86 12 - с элементами 82, 7, 8, 69, 94, 87 и 82, 9, 1 О, 70, 95, 87; 1 - 83, 17, 18, 74, 99, 88; 1 - 84, 21, 22, 76, 101, 89;1 - 85, 25, 26, 78, 103, 90, 30Взамен светодиодов 23, 24, 27, 28, спектры излучения которых сместились. при уменьшении напряжения источника 65 питания в коротковолновую часть спектра (см. фиг.З, где спектральная характеристика А, имеющая максимум излучения на длине волны М, сместилась к положению спектральной характеристики В, максимум излучения которой соответствует длине волны 3, - 40 ВВ /2, а спектральная характеристика А , имеющая максимум излучения на длине волны 1 сместилась к положению спектральной характеристики В 2, максимум излучения которой соответст вует длине волны-д 3/2, светоиэлуФочающими стали светодиоды 21, 22, 25, 26, спектры излучения которых при уменьшении питающего напряжения сместилась к требуемому положению (смфиг,З, кривая В 2 имеет максимум надлине волны ,1 а кривая В, имеетмаксимум на длине волны 3,), гдеА 4 Аь - соответствующие спектральные характеристики излучения светодиодов 23, 24, и 27, 28 при напряжении источника 65 питания, соответствующем максимальной звездной величине 1 В 43 9 В 52 - соответствующие спектральные характеристики излучения светодиодов 23, 24 и 27, 28 при напряже-,нии источника 65 питания, соответствующем звездной величине, меньшеймаксимальной.Это обеспечивает стабильность относительной спектральной характеристики имитатора прй моделированиизвезды того же спектрального класса,но меньшей звездной величины,Открывание в цепи токорегулятора 82 ключа 94 вместе с открытым ключом 95 приводит к тому, что в этойцепи светоизлучающими становятся двепары светодиодов 7, 8 и 9, 10. Наличие добавочных постоянных резисторов 69, 70 обеспечивает выравниваниетоков через светодиоды 7, 8 и 9, 10,в результате чего суммарная спектральная характеристика этих светодиодов В 2, на фиг,З, соответствующаясумме спектральных характеристик излучения В 2 (светодиоды 7, 8) и В 22(светодиоды 9, 10), занимает требуемое положение (максимум кривой В 2,соответствует длине волны 12 ), чтотакже обеспечивает стабильность относительной спектральной характеристики имитатора при уменьшении звезднойвеличины.В таблице приведены позиции светодиодов, их спектральные характеристики излучения и длины волн максимумовизлучений светодиодов при трех значениях токов питания для каждого изпяти спектральных поддиапазонов132753 Средняя Длины волн максимумов излученийсветодиодов при трех значенияхтоков Спектральные характеристики излученияфиг, 3) ПоддиапаСветодиоды длина волны эон подцакс 2/Э 1 1/Э 1 В С диапазона то Х о+44/2 Ло+ВЛ + А 11 + В 11 + С 11 3, 4 Л -аЛ/2 5) 6 "с-дЛ 7, 8 2 о 9, 10 Л 2,-М/3 В 12 С 2 В 13 С 13 Л+дЛ/2 А 12 Лю16 Л -И/2 А 32 ЛзоЛ 4 о+Л /2 Л 3 +АЗЗ +ВЭЗ СЭЭ А 41 Л 4 о+ дЛ В 4 + С 41 21, 22 Л о-Ы/2 Л 4 о Л 4 о+И/2 А 42 + В 42 С 42 Л 4 о +А 4 Э Л 4 о -дЛ /2 Ъо+Л /2 В 43 С 43 А 51 + В 51 + С 51 В 52 С 52 В 53 С 53 27, 28 Л- дЛ/229, 30 Ло- а Л Ло+дЛ/2 + А 52 во -дЛ/2 Л,о А 53 раллельные потоки, направляются наконденсор 61, который собирает все .лучи в точке, где расположена полевая диафрагма 62, и смешиваются матовым стеклом 64,Величина сЛ соответствует смещению спектральной характеристики светодиодов в каждом иэ поддиапаэонов при изменении тока питания от 1/3 1" до 1" ". Знаками "+" отмечены спектральные характеристики, представленные на фиг,З сплошными линиями и соответствующие светодиоды, включенным в работу при моделировании звезды заданной спектральной характеристики и звездной величины.Расходящиеся световые потоки от светодиодов 1, 2, 7, 8, 9, О, 17, 18, 21, 22, 25, 26 собираются линзами 21, 31, 37, 38, 39, 40, 47, 48, 51, 52 55, 56, преобразуются в паПри этом спектральные характеристики излучающих светодиодов представлены на фиг,Э кривыми ВВ 2 о ф ВэъВ 2, В, которые при суммированиидают результирующую спектральную ха рактеристику В, имеющую максимум излучения на длине вслны Л. и совпа-,збдающую со спектральной характеристикой, соответствующей имитируемойзвезде,Л 2 о111 Л, 13, 14 Л о Зо1 ч Л 4 о 19, 20 Л 4 о 23, 24 Л 4 о- дЛЧЛ, 2526 Ло11132Для моделирования звезды того жеспектрального класса; но еще меньшейзвездной величины, имеющей максимумизлучения на длине волны В (см.спектральную характеристику С нафиг.З), вновь уменьшают напряжениеисточника 65 питания, чтобы обеспечить требуемую звездную величину.При этом вновь уменьшаются токичерез преобразователи 86-90 и напряжения БВ -Б приобретают следующиесоотношения с порогами дискриминациикомпараторов:и и П86 106 87 409ВВ 1189 НВ 9 О ИВПри этом компараторы 110, 116своими выходными сигналами и инвертированный сигнал с компаратора 114 закрывают ключи 95, 99 и 101, а компараторы 109, 112, 115 открывают ключи 94, 97 и 100,Токи 1 -1, протекают по следующимцепям: 1 - в цепи с элементами 81,1, 2, бб, 91, 86; 1 - с элементами 82, 7, 8, 69, 94 87; 1) - 83, 13,14, 72, 97 88 ф, 1 - 84 19 20 75100 89 1 85 25 26 78 10390Взамен светодиодов 17, 18, 21, 22,спектры излучения которых В и Всместились в коротковолновую частьспектра при уменьшении напряжения источника 65 питания (максимум излучения кривой,ВВВ соответствует длиневолны Л-а М, а кривой В - Л,392) светоизлучающими стали светодиоды 13, 14 и 19, 20, спектры излучения С и С 4 которых при уменьшении питающего напряжения сместилиськ требуемому положению (см, фиг.Змаксимум излучения крнвой СВ соответствует длине волны Й а кривой1,) .Это обеспечивает стабильность относительной спектральной характеристики имитатора при моделировании, звезды с иной (меньшей ) звездной величиной, чем первоначально имитируемая звезда.Спектральные характеристики излучающих светодиодов представлены нафиг,З кривыми С, С 9 Су СЕСБкоторые при суммировании дают результирующую спектральную характеристику имитатора С, имеющую максимум излучения на длине волны 19 в совпа 12 7153 15 20 Таким образом, в предлагаемом имитаторе обеспечивается стабильность относительной спектральной характеристики при непрерывном изменении звездной величины .в процессе испытаний, что позволяет приблизить имитируемый спектр к реальному,Формула и з о б р е т е н и я 25 Имитатор излучения звезды, содержащий подключенные к первому полюсу источника питания преобразовательные цепи, каждая иэ которых содержит последевательно соединенные переменный резистор и светодиод, и оптическую систему суммирования излучения светодиодов, о т л и ч а ю ш и й с я тем, что, с целью расширения имитационных возможностей, каждая преобразовательная цепь снабжена дополни- тельными светодиодами, преобразователем ток - напряжение, ключами, компараторами; резисторами и инвертором, причем в каждой преобразовательной цепи преобразователь ток - напряжение подключен первым выводом к второму полюсу источника питания и первым . входам компараторов, а вторым выводом - к вторым входам компараторов и входам ключей, управляющие входы первого и второго из которых соединены с выходами соответствующих компараторов, а выход третьего компаратора через инвертор связан с управляющим входом третьего ключа, при этом выходы ключей через резисторы подключены соответственно к светодиоду и первым выводам соответствующих дополнительных светодиодов, вторые выводы которых соединены с переменным резистором. 30 35 40 45 50 55 дающую со спектральной характеристикой соответствующей имитируемой звезде.Аналогично устройство работает при 5увеличении звездной величины. Из фиг3 видно, что все три кривые А, В, С, представляющие собой спектральные характеристики излучения на выходе имитатора при трех значениях наг пряжения источника 65 питания (что:1соответствует трем значениям звездной, величины), имеют максимумы на длине волны 3 о