Солнечный датчик

)5 ЕТ НИЕ П ВТОРС СВИДЕТЕЛЬСТВ ских исследов ман и Ю.М.Че . 2116830, кл,оков 01 С ашетт Р, МоОро О бетестог А 2, Еб. Чап, Я р. 273-281,роозе товат- егсов г ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТВЕДОМСТВО СССР(72) Б.С,Дунаев, Я.Л,Эи (56) Патент Франции й 21/00, 1975,РавепЬаов Я, Ао зап зепзог цз)лд СС ссопсго и зрасе 198 Регцавоп Ргезз, 1982,(54) СОЛНЕЧНЫЙ ДАТЧИК(57) Изобретение относится к космической технике, в частности к датчикам ориентации, устанавливаемым на космических аппаратах. Целью изобретения является повышение точности измерения координат Солнца. Указанная цель достигается за счет того, в солнечном датчике, содержащем последовательно расположенные и оптически сопряженные светофильтр 1, блок 2 формирования оптического сигнала, фотоприемный блок 3 на основе прибора с зарядовой1779931 5 10 15 20 25 30 связью, снабженного блоком управления счетом элементов и блоком 22 управления счетом строк, выход которого соединен с входом блока обработки сигнала, блок обработки сигнала содержит два канала, каждый из которых включает последовательно расположенные и соединенные по первым входам блок 4 умножения, сумматор 5, блок 6 деления, блок 7 вычисления коэффициентов и блок 9 вычисления соответствующей координаты Солнца, Кроме того, блок обработки содержит сумматор 11 и два запоминающих устройства 8 и 16, При этом первые выходы каждого из блоков управления соединены с соответствующими входами фоточувствительного прибора с зарядовой связью, вторые входы каждого из блоков управления соединены с входами соответственно первого и второго запоминающих устройств 8 и 16, каждое из которых соединеко с вторым входом блока вычисления коэффициентов, выход фотоприемного блоИзобретение относится к космической технике, в частности к датчикам ориентации, устанавливаемым на космических аппаратах. Известны солнечные датчики, содержащие диафрагму, оптическую систему, фото- приемник и блок обработки сигнала, позволяющие определить координаты Солнца.Недостатком известных устройств является низкая надежность вследствие наличия подвижных элементов и низкая точность.Известен также солнечный датчик, содержащий диафрагму в виде круглого отверстия на непрозрачном экране, через которую свет от Солнца проектируется на элементы фоточувствительного прибора с зарядовой связью. Недостатком известного устройства является низкая точность измерения,Целью изобретения является повышение точности измерения координат Солнца.указанный недостаток устраняется тем, что в солнечном датчике, содержащем последовательно расположенные и оптически сопряженные светофильтр, блок формирования оптического сигнала, фотоприемный блок на основе прибора с зарядовой связью, снабженного блоком управления счетом элементов и блоком управления счетом строк, выход которого соединен с вхока 3 соединен с входами блоков 4 и 10 умножения и с входом сумматора, выход которого соединен соответственно с вторыми входами блоков 6 и 12 деления, Кроме того, блок управления счетом элементов и блок управления счетом строк выполнены в виде задающего генератора 18, счетчика 19 схемы сравнения и запоминающего устройства 21. При этом выход задающего генератора 18 является выходом блока и соединен с входом счетчика, выход которого является вторым выходом блока и соединен с входом схемы 10 сравнения, второй вход которой подключен к выходу запоминающего устройства 16, а выход схемы сравнения является третьим выходом блока. При этом блок 2 формирования оптического сигнала выполнен в виде крестообразной диафрагмы или двух цилиндрических линз, одноименные оси которых расположены перпендикулярно друг другу, 3 з.п, ф-лы, 1 ил. дом блока обработки сигнала, блок обработки сигнала содержит два канала, каждый из которых включает последовательно расположенные и соединенные по первым входам блок умножения, сумматор, блок деления, блок вычисления коэффициентов и блок вычисления соответствующей координаты Солнца, кроме того, блок обработки содержит сумматор и два запоминающих устройства, при этом первые выходы каждого из блоков управления соединены с соответствующими входами фоточувствительного прибора с зарядовой связью, вторые входы каждого из блоков управления соединены с входом соответственно первого и второго запоминающих устройства, каждое из которых выходом подключено к второму входу блока вычисления коэффициентов, выход фотоприемного блока соединен с входами блоков умножения и с входом сумматора, выходом подключенного ко вторым входам блоков деления.Кроме того, блок управления счетом элементов и блок управления счетом строк выполнены в виде задающего генератора, счетчика схемы сравнения и запоминающего устройства, при этом выход задающего генератора является выходом блока и соединен с входом счетчика, выход которого является вторым выходом блока и соединен с входом схемы сравнения, второй вход которой подключен к выходу запоминающего устройства, а выход схемы сравнения является третьим выходом блока.1779931 51015 20 25 30 35 40 45 50 55 о; 1 дой/2 от й/2 до й При этом блок формирования оптического сигнала выполнен.в виде крестообразной диафрагмы.А блок формирования оптического сигнала выполнен в,виде двух цилиндрических линз, одноименные оси которых расположены перпендикулярно друг другу.Сравнение предложенного технического решения с прототипом позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "новизна".При сравнении с другими техническими решениями не было выявлено аналогичных признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии предложенного технического решения критерию "существенные отличия",На чертеже изображена блок-схема предложенного солнечного датчика, где 1 -светофильтр, 2 - блок формирования оптического сигнала, 3 - фоточувствительный прибор с зарядовой связью,4- первый блок умножения, 5 - первый сумматор, 6 - первый блок деления, 7 - первый блок вычисления коэффициентов, 8 - первое запоминающее устройство, 9 - блок вычисления координаты Солнца, 10- второй блок умножения, 11- второй сумматор, 12 - второй блок деления, 13 - второй блок вычисления коэффициентов, 14 - блок вычисления координаты Солнца, 15 - третий сумматор, 16 - второе запоминающее устройство, 17 - блок управления счетом элементов, 18 - первый задающий генератор, 19 - первый счетчик, 20 - первая схема сравнения, 21 - третье запоминающее устройство, 22 - блок управления счетом строк, 23 - второй зада-. ющий генератор, 24 - первый счетчик, 25 - вторая схема сравнения, 26 - четвертое запоминающее устройство,Солнечный датчик содержит светофильтр 1, установленный перед блоком 2 формирования оптического сигнала, сопряженным оптически с фоточувствительным прибором с зарядовой связью (ФПЗС) 3, соединенным с двумя каналами блока обработки сигнала, каждый из которых содержит последовательно расположенные блоки 4 и 10 умножения, сумматоры 5 и 11, блоки 6 и 12 деления, блоки 7 и 13 вычисления коэффициентов и блоки 9 и 14 вычисления координаты Солнца. Кроме того, блок обработки сигнала содержит сумматор 15, входом соединенный с выходом ФПЗС, а выходом - со вторыми входами блоков 6 и 12 деления, два ЗУ 8 и 16, входом соединенные с выходом блоков 17 и 22 управления счетом элементов и счетом строк, а выходом подключенные соответственно к входам блоков 7 и 13 вычисления коэффициентов. При этом блоки управления 17 и 22 счетом элементов и счетом строк выполнены идентично и содержат задающие генераторы 18 и 23, выходом соединенные с входами счетчика 19 и ФПЗСЗ. Выходы счетчиков 19 и 24 соединены с входом схем 20 и 25 сравнения, вторые входы которых соединены с выходом запоминающих устройств 21 и 26. Выходы счетчиков 19 и 24 и выходы схем 20 и 25 сравнения являются выходами соответствующих блоков управления,Разбиение на эоны при считывании сигнала с фотоприемника осуществляется блоком управления счетом элементов, в котором текущее значение опрашиваемого генератора импульсов элемента сравнивается в блоке 20 сравнения с заданным и запомненным в запоминающем устройстве числом, равным половине общего числа элементов й в строке, и при их равенстве выдает команду в запоминающее устройство 8. Таким образом формируется команда для работы в каждой из областей разбиения,Аналогичным образом производится и разбиение на эоны считывания и по координате у блоком 22 управления счетом строк, Таким образом блоки 17 и 21 управления позволяют при наличии одного канала обработки сигнала по каждой из координат сформировать на выходе вычислителей Ф 7 и 13 исходные данные для расчета коэффициентов А, В, С для уравнений (2) и (4).Поясним сущность обработки сигнала в схеме.Диафрагма в форме крестообразной щели 2 проектирует на поверхности фотоприемника 3 иэображение, положение которого зависит от угловых координат Солнца. При анализе сигнала используем метод средневзвешенного.Поверхность матричного фотоприемника разбивается на две равные области по каждой из координат.Для текущих значений у: от 1 до М/2 - 1 область от М/2 до М - 2 область. Для текущих значений х: Для каждой области цепочкой из элементов 4, 5, 6 и 10, 11, 12 определяется среднее значение х - номера элемента, подсчитываемого счетчиками 19 и соответствующего ему значения сигнала 0, и для каждой области определяется среднее значение х, задаваясь постоянным значением(4) 55 у, и среднее значение у, задаваясь постоянным значением х,Определяем значения х и у для каждой из двух областей Значения х 1 и хг определяются блоком 4 умножения, сумматором 5, сумматором 15 и блоком 6 деления, Постоянные значения у 1 и у 2 хранятся в ЗУ 8 и выдаются для каждой области в соответствии с приходом сигнала управления с блока 17 управления. Световые сигналы от Солнца образуют на поверхности фотоприемника прямую линию в направлении, близком к оси у, урав нение которой имеет вид . А 1 х 1+ В 1 у 1+ С 1 0А 1 х 2 + В 1 у 2 + С 1 03 (2)25 где С - козффициейт, зависящий от конструктивных параметров и определяемый на стадии калибровки устройства.Решаем систему уравнений известным образом относительно неизвестных коэф фициентов А 1 и 81, в блоке 7 вычисления коэффициентов определяем их,Для текущих значений х поступаем аналогичноанализируем области 35 от 1 до И/2от 1 ч/2 до Ивыбираем значения у 1 чгДля каждой области определяются 40средние значения цепочкой блока 10, 11, 12; Определяем коэффициенты прямой, образованной на поверхности фотоприемника второй щелью диафрагмы в направлении, близком к оси х для каждой области; Решаем уравнение (4) в вычислителе 13.По полученным коэффициентам определяем координаты центра солнечного диска в вычислителях 9 и 14 в соответствии с выражениями: где выражения в скобках являются матрицами, образованными коэффициентами прямых, образованных на поверхности фотоприемника изображением Солнца.Устройство работает следующим образом,Сигнал от Солнца, прошедший через светофильтр, формируется в виде изображения оптической системой 2 на поверхности фоточувствительного прибора с зарядовой связью ФПЗС 3, с которого электрический сигнал, пропорциональный освещенности фоточувствительной поверхности, поступает на блоки 4 и 10 умножения, где умножается на номер элемента х 1 и номер строки уь соответствующие положению иэображения Солнца на поверхности чувствительного элемента ФПЗС 3 и поступающие на вторые входы блоков 4 и 10 умножения со счетчиков 19 блоков управления 7 и 22 ФПЗС,Последующая схема в виде трех сумматоров 5, 11 и 15, двух блоков 6 и 12 деления позволяет вычислить значения номера элементов строки х и строк у в соответствии с выражениями (1) и (3). При этом средневзвешенные значения х и у определяются для каждой из областей, на которую разбита поверхность матричного фотоприемника 3. Счет элементов строк для каждой области производится блоком управления счетом элементов 17 путем подсчета импульсов с задающего генератора 18 в счетчике 19 и сравнения их с заданным числом элементов, запомненным запоминающим устройством 21. Формирование областей подсчета строк производится аналогичным образом блоком 22 управления счетом строк, выполненным аналогично блоку 23 управления, В запоминающих устройствах 8 и 16 хранятся пары значений у и х, вычисленные по формулам (1) и (3) и являющиеся постоянными величинами. Считываются они в соответствии с сигналом управления формируемым блоками 17 и 22 управления.Таким образом в вычислителе 7 и 13 коэффициентов через запоминающие устройства 8 и 16 подаются постоянные значения х и у, вычисленные для каждой из двух1779931 областей в соответствии с формируемыми блоками 17 и 22 управления сигналами. В вычислителях 7 и 13 коэффициентов производится вычисление коэффициентов уравнений прямых в направлении, близком к оси у (2) и к оси х (4), путем решения системы уравнений из двух неизвестных для каждой из них, по которым в соответствии с выражением (5) производится вычисление координат центра солнечного диска хо и уо.Предложенный солнечный датчик позволяет повысить точность определения координат Солнца в 3-5 раз вследствие использования более протяженного изображения Солнца и применения метода средневзвешенного при его анализе. Составитель И.ЗуевскаяТехред М.Моргентал Корректор Л.Филь Редактор И.Савиниа Заказ 4429 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Фо рмул а изобретения 1, Солнечный датчик, содержащий последовательно расположенные и оптически сопряженные светофильтр, блок формирования оптического сигнала, фотоприемный блок на основе прибора с зарядовой связью, снабжен нцй блоком управления счетом элементов и блоком управления счетом строк, выход которого соединен с входом блока обработки сигнала, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения координат Солнца, блок обработки сигнала содержит два канала, каждый из которых выполнен в виде последовательно расположенных и соединенных по первым входам блока умножения, сумматора, блока деления, блока вычисления коэффициентов и блока вычисления соответствующей координаты Солнца, а также сумматора и двух запоминающих устройств, при этом первыевыходы каждого из блоков управления счетом соединены с соответствующими входами фоточувствительного прибора с5 зарядовой связью, вторые входы каждогоиз блоков управления соединены с входамисоответственно первого и второго запоминающих устройств, каждое из которых выходом подключено к второму входу блока10 вычисления коэффициентов, выход фотоприемного блока соединен с входами блоков умножения и входом сумматора,выходом подключенного к вторым входамблоков деления,15 2.Датчик по п,1, отл и ч а ю щи йс ятем, что блок управления счетом элементови блок управления счетом строк выполненыв виде задающего генератора, счетчика, схемы сравнения и запоминающего устройст 20 ва, при этом выход задающего генератораявляется выходом блока и соединен с входом счетчика, выход которого является вторым выходом блока и соединен с входомсхемы сравнения, второй вход которой под 25 ключен к выходу запоминающего устройства, а выход схемы сравнения являетсятретьим выходом блока,3. Датчик по п.1, отл и ч а ю щи й с ятем, что блок формирования оптического30 сигнала выполнен в виде крестообразнойдиафрагмы,4. Датчик по п,1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что блок формирования оптическогосигнала выполнен в виде двух цилиндриче 35 ских линз, одноименнцеоси которых расположены перпендикуляРно дРуг другу