Номер патента: 1779931

Авторы: Дунаев, Зиман, Чесноков

ZIP архив

Текст

)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

Смотреть

Заявка

4845515, 29.06.1990

ИНСТИТУТ КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ АН СССР

ДУНАЕВ БОРИС СЕМЕНОВИЧ, ЗИМАН ЯН ЛЬВОВИЧ, ЧЕСНОКОВ ЮРИЙ МИХАЙЛОВИЧ

МПК / Метки

МПК: G01C 21/24

Метки: датчик, солнечный

Опубликовано: 07.12.1992

Код ссылки

<a href="https://patents.su/5-1779931-solnechnyjj-datchik.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Солнечный датчик</a>

Похожие патенты