Система астроориентации и слежения

О Л И С А Н И Е (11) 428211ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистицескии Республик(51) М. Кл. б 01 с 21/24 Государственный комитетСовета Министров СССРпо делам изобретенийи открытии(71) Заявитель 54) СИСТЕМА АСТРООР И ЕНТАЦИ И И СЛ ЕЖЕН ИЯ АВо - второй астров 25 ный, следящий за звездо ДП - встроенные в низмы датчики поворото ющих осей,На борту летательног 30 тельно соориентированнизир, однокоординатй 52 на координате у. исполнительные меха- в вокруг соответствуо аппарата, предвари ого в нужном направ Изобретение относится к оптико-электронным приборам астроориентации и наведения и может быть использовано для ориентации различных летательных аппаратов по небесным светилам и для наведения бортового астрофизического прибора на исследуемое небесное тело или участок неба.Известные системы астроориентации и слежения за астрономическим спутником, содержащие несколько астровизиров, дающих направление на выбранные звезды, запоминающее устройство и вычислительное устройство, выдающее сигналы на органы управления положением телескопа, обладают большой инерционностью и низкой точностью.Для повышения быстродействия ориентации и точности слежения в предлагаемой системе один из астровизиров выполнен двухкоординатным, а второй - однокоординатным, причем астровизиры кинематически связаны друг с другом так, что наружная ось двустепенного подвеса однокоординатного астровизира, параллельна оптической оси двухкоординатног астровизира, наружная ось подвеса которого, в свою очередь, соосна с внутренней осью поворота двустепенного телескопа астрофизического прибора.На фиг. 1 изображена кинематическая 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 налетательном аппарате 7 с органами управле 5 ния 8 последним. Х,У,Е, - система координат, связанная с осями подвески телескопа, аХУЛ, - инерциальная система координат.На фиг. 2 показана структурная схема системы, где АВ, - первый астровизир, двухко 10 ординатный, визирующий опорную звезду 5по координатам р и а,9 - усилительные устройства,ИМ ИМо - исполнительные механизмыастровизира АВь15 10 - запоминающее устройство, хранящеекоординаты искомой звезды и опорных звезд,11 - счетно-решающее устройство, вычисляющее сигналы управления телескопом.ИМ ИМ - исполнительные механизмы20 автовизира АВо.ИМ ИМ, - исполнительные механизмытелескопа,ленни в трех плоскостях, находится телескоп 1, поворот которого осуществляется при помощи исполнительных механизмов ИМ, и ИМ, На внутренней оси 2, телескопа 1 кинематически установлена подвеска двухкоординатного астровизира 2 и однокоординатного астро- визира 3, состоящая из внешней полурамы 4 с приводом поворота ИМ вокруг оси Л средней рамы 5 с приводом поворота относительно оси У и внутренней полурамы 6 с приводом ИМ поворота ее вокруг оси, параллельной оптической оси астровизира 2, Астро- визир 3, кроме того, имеет привод поворота ИМ вокруг оси У для изменения относительного положения оптических осей обоих астро- визиров.На фиг. 3, а точками 5 ь 52 обозначены две опорных звезды и точкой 5 З - искомая; Т. А. - первоначальное положение оптических осей летательного аппарата, телескопа и двух астровизиров; а,;р - углы поворота и слежения первого астровизира 2;- угол выставки второго астровизира относительно первого; у - угол поворота рамки 5 вокруг направле,. ния на первую звезду.1 На .Фиг. 3, б отрезки Х, У, У изображают ;проекции единичного вектора 05 з на оси инерциальной системы координат Х, У, Л, в свою очередь, ХУЕ, - проекции того же вектора на оси системы координат ХУУ, телескопа.Согласно структурной схеме, показанной на фиг. 2, выходные сигналы двухкоординатного астровизира АВь пропорциональные угловым рассогласованиям звезды 5 относительно его оптической оси, проходя через усилители, поступают на исполнительные механизмы ИМ, ИМобработки углов рассогласования.Выходной сигнал астровизира АВь проходя через усилитель также поступает на свой исполнительный механизм ИМ, обрабатывающий угол Ь рассогласования звезды 52 относительно оптической оси астровизира АВ 2. Далее сигналы з 1 п Р, сов Р с датчика поворота ДП вокруг оси Есигналы з 1 п а, сов а с датчика поворота ДП сигналы з 1 п у, сов у с датчика поворота ДПпоступают на вход счетно-решающего устройства 11. На входы устройства 11 одновременно поступают из устройства 10 координаты Х, У, 2 звезды 5. Выходные сигналы , и апроходя через усилители мощности, поступают на исполнительные механизмы ИМЯ ИМ поворота телескопа для наведения на звезду 5 з, Смена координат объектов излучения на выходе запоминающего устройства происходит по командам программно-командного устройства 12. В устройстве 10 кроме координат искомого объекта также хранятся величины установок ро, ао, о, уо астровизиров для 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 одной из осей грубо стабилизированного в этом положении летательного аппарата. По команде программного устройства производится разво 5 рот первого астровизира 2 по двум осям назаданные из запоминающего устройства углы ро и ао в район опорной звезды 5 ь Затем узкоканальным астровизиром 2 по программе производится сканирование области звезды 5 10 до ее захвата, после чего с датчиков поворота ДП и ДП, будут поступать текущие значения углов р и а в режиме слежения. Астро- визир АВ заранее выставляется под углом о относительно астровизира АВ После захвата 15 звезды 5 включается поиск звезды 52 поворотом второго астровизира относительно линии визирования 051 на угол с последующим захватом звезды 5 д. После перехода на слежение за звездой 5 в счетно-решающем уст ройстве производится обработка текущих углов а, Р и у относительно телескопа и координат Х, У, Лиз запоминающего устройства с целью выработки сигналов , и а, для совмещения оптической оси телескопа с на правлением на искомую звезду 5 З.Перед выведением навигационных уравнений рассмотрим применяемые системы координат. На фиг. 3 изображены выбранные системы координат, при этом приняты следую щие допущения.Все звезды бесконечно удалены от Землии расположены на небесной сфере.Земля и движущийся в ее районе летательный аппарат находятся в центре небесной35 сферы.Оптические оси телескопа, астровизиро вАВ, и АВъ нулевые точки систем координат совмещены в центре небесной сферы.40 Направление на искомой невидимый объектзадается единичным вектором 05 З, имеющимтри проекции по осям инерциальной системыкоординат Х, Уи, Ли,Одна из плоскостей инерциональной систе 45 мы координат ХОЛ,обязательно проходитчерез пару опорных звезд и центр неоеснойсферы так, чтобы ось Хпроходила через заранее определенную первую опорную звезду 5150 Построение осей координат на борту происходит так.Первоначально все оптические оси астровизиров и телескопа параллельны между собойи совмещены с одной изосей летательного ап 55 парата, соориентированного грубо в направлении искомой звезды 5. В этом состояниимы имеем систему координат ХУЛсвязанную с осями телескопа. Поиск и захватзвезды 5, производится поворотом карданно 60 го подвеса на углы Р и а, После захвата звезды 51 имеем вторую систему координат Х, У,2, при этом считаем, что ось Хд 1 Х) (оптическая ось астровизира АВ,) проходит череззвезду 5 с точностью слежения.65 Захват звезды 52 обеспечивает построение: - . агсз(п = агс(д Хт Хи сов сов, - (Уи сов 1 - Уи в 1 и;) в 1 пт - (Уи сов 1+ У и в 1 п 1 ) 31 пят сов; г Предмет изобретения 126 осей У(ось рамки 5) и Л(показание датчика поворота ДП ).Нетрудно проследить вывод навигационных уравнений:Рт=(ХиУи и 1 т), т=1(Хи Уи и дСистема астроориентации и слежения бортовым астрофизическим прибором за небесными объектами, содержащая астроблок с двумя следящими астровизирами, один из которых - двухкоординатный, установленный на двухстепенных подвесах, двухстепенный телескоп астрофизического прибора, вычислительное и запоминающее устройства, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения получаемых путем приведения проекций К Ги вектора направления звезды 5 з из системы координат Х, УУ, в ХУЯ, путем последовательных поворотов на углы у, 5 аир быстродействия ориентации и точности слежения, второй из упомянутых астровизиров выполнен однокоординатным и кинематически связан с первым, двухкоординатным, так 1 О что наружная ось его подвеса параллельнаоптической оси двухкоординатного астровизира, наружная ось подвеса которого, в свою очередь, соосна с внутренней осью поворота двухстепенного телескопа астрофизического прибора,