Устройство определения направления на источник излучения

 

Изобретение относится к фотометрии, а именно к регистрации оптического излучения и технике определения направления на источник излучения и может быть использовано в бортовых фотоприемкых устройствах в целях ориентации и навигации. Цель изо ЯЯ. бретения - повышение точности при одновременном упрощении устройства за счет сокращения количества фотоприемников. Устройство содержит четыре канала, каждый из которых содержит последовательно соединенные фотоприемник 1, предусилитель 2 и преобразователь 3. выходы преобразователей соединены с входами дешифратора 4. Угол наклона фотоприемников 1 определяется условием наименьшего отклонения величин контролируемых зон полусферического пространства от их среднего значения: д(р) -(йН-2я /9) я /9, где а) I - телесный угол участка, ограниченного тремя поверхностями, две из которых являются плоскостями, проходящими через вертикальную ось, а третья является боковой поверхностью конуса с углом при вершине равным п /2а (а - 1), высота которого совпадает с нормалью к поверхности фотоприемника. 5 ил. / V W ЛУ ,Г- - Ф У EZ23

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ пО изОБРетениям и ОткРытиям

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4802034/22 (22) 12.03.90 (46) 23,09.92. Бюл. Jk 35 (71) Ленинградский инстйтут точной механики и оптики (72) В.С.Лачехин и В.В.Гуд

: (56) Я,M.Èàéíäèêîâ "Оптико-электронныв приборы для ориентации и навигации космических аппаратов". M.: Машиностроение, 1971, с. 55.

Я.М.Ивандиков "Оптико-электронные приборы для ориентации и навигации кос. мических аппаратов". М.: Машиностроение.

1971, с. 159-161. (54) УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ HA ИСТОЧНИК ИЗЛУЧЕНИЯ (57) Йэобретение относится к фотометрии, а именно к регистрации оптического излучения и технике ойределвния направления на источник излучения и может быть использовано в бортовых фотоприемных устройствах в целях ориентации и навигации. Цель иэо, SU,, 1764007 А1 (яи 6 01 $3/00: 6 01 J 1/04 бретения — повышение точности при одновременном упрощении устройства за счет сокращения количества фотоприемников.

Устройство содержит четыре канала, каждый из которых содержит"последовательно соединенные фотопривмник 1, предусилитель 2 и преобразователь 3. выходы преобразователей соединены с входами дешифратора 4. Угол наклона фотоприемников 1 определяется условием наименьшего отклонения величйн контролируемых зон полусферического пространства от их среднегоэначения . 8(p) -((а I-2л /9)®® )/2 и /9, где cd I — телесный угол участка. ограниченного тремя поверхностями, две иэ которйх являются плоскостями; проходящими через вертикальную ось, а третья является боковой поверхностью конуса с углом при вершине равным л/2а(а-1), высота которого совпадает с нормалью к поверхности фотоприемника. 5 ил.

1764007

20

30

40

50 верхности, получаемой разверткой граней 55 куба. Плоскости, проходящие через ребра ф куба и центр сферы, совпадающей с цент- ст ром куба, делят сферу на 6 равных шаровых секторов, опирающих на грани куба, Телес- ст ный угол KBæäîãо сектора, выделенного

Изобретение.относится к фотометрии, а именно к регистрации оптического излучения и технике определения направления на источник излучения, и может быть использовано при разработке бортовых фотоприемных устройств в целях ориентации и навигации, Известно устройство измерения угловых координат, которое содержит фотоприемник и оптический модулятор изображения. Оптические модуляторы изображения при вращении в окрестности изображения цели производят преобразование оптических сигналов в электрические M фильтрацию малоразмерной цели на мешающих фонах, Недостатком данного устройства является ограниченное поле обзора иэ-за последовательного расположения двух растров и невозможности измерения угловых координат источника импульсного излучения, если частота следования импульсов совпадает с частотой вращения растра.

Известно устройство определения координат источника излучения, которое содержит фотоприемник и оптическую систему, Оптическая система воспринимает поток лучистой энергии от источника и концентрирует ее в виде изображения источника в картинной плоскости, Угловое отклОнение оптической от направления линии визирования на источник излучения сопровождается смещением изображения источника относительно центра фокальной плоскости на величину равную произведению фокусного расстояния на тангенс угла рассогласования. Угловое отклонение иэображения источника преобразовывается в пропорциональное ему изменение электрического сигнала, Недостатком известного устройства является ограниченное поле зрения, обусловленное наличием оптической системы, Из известных устройств наиболее близким по технической сущности является устройство грубой ориентации на Солнце (определения направления на источник), содержащее 6 каналов, каждый из KOTopbN содержит связанные друг с другом фотоприемник, предусилитель, формирователь, Взаимным расположением фотоприемников сформировано сферическое поле зрения. При этом сфера трансформирована на плоскость, поверхность которой равна погранью куба, имеет величину 90 х 90О, Во избежание мертвых зон поля зрения фотоприемников незначительно перекрываются. Недостатком известного устройства является недостаточная точность определения направления на излучатель, так как с помощью него можно определить расположение источника лишь в одном из 6 участков сферического пространства, что соответствует точности +45О.

Цель изобретения — повышение точности при одновременном упрощений устройства за счет сокращения количества фотоприемников.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, определения направления на источник излучения, содержащее 6 каналов, каждый из которых содержит фотоприемник, предусилитепь, формирователь, причем фотоприемники установлены с перекрытием полей зрения, выполнено четырехканальным, введен дешифратор, четыре входа которого, соединены с выходами четырех преобразователей, а угол наклона фотоприемников определяется из условия наименьшего отклонения величин контролируЕмых зон полусферического пространства от их среднего значения: где и1 — телесный угол участка, ограниченный тремя поверхностями, две из которых являются плоскостями, проходящими через вертикальную ось, а третья является боковой поверхностью конуса с углом при вершине равным л/2а/а 1/, высота которого совпадает с нормалью к поверхности фотоприемника, Предлагаемое устройство определения направления на источник излучения отличается от прототипа следующими существенными признаками: устройство выполнено четырехканальным; введен дешифратор, четыре входа которого соединены с выходами четырех преобразователей; угол наклона фотоприемников определяется из условия наименьшего отклонения величин контролируемых зон полусферического пространства от их среднего значения в математической формулировке, На фиг. 1 представлена функциональая схема предлагаемого устройства; на иг. 2 представлен вид телесного угла учака, ограниченного тремя поверхностями; а фиг. 3 показано расположение и количева зон, образованных полями зрения че1764007 тырех фотоприемников; на фиг. 4 даны расчетные кривые зависимости пространственных зон от угла наклона приемников для случая косинусной угловой диаграммы фотоприемников; на фиг. 5 представлен график функции неравномерности пространственных зон по величине.

Функциональная схема устройства состоит из

1 — фотоприемники, 2 — и редусилители, 3 — преобразователи, 4 — дешифратор.

Выходы фотоприемников подключены к . входам предусилителей выходы предусилителей — к входам преобразователей, выходы преобразователей — к входам дешифратора.

Выхода дешифратора являются выходами устройства.

Излучение от источника попадает на приемные площадки фотоприемников 1, засвечивая в зависимости от угла падения либо все фотоприемники, либо часть иэ них, Электрический сигнал с их выходов усиливается в предусилителях 2, поступает на вход преобразователей 3, где аналоговый сигнал превращается в двоичный код (есть сигнал 1, нет сигнала "0"). Двоичная информация с выходов преобразователей 3 подается на вход дешифратора 4, который в зависимости от комбинаций входных сигналов указывает номер пространственной 30ны, откуда приходит излучение. Механизм разбиения полусферического пространства таков, что величина пространственных зон и. следовательно. Разрешающая способность зависит от угла наклона фотоприемников. Для определения этой зависимости приведем расчет телесного угла участка ограниченного тремя поверхностями, две из которых являются плоскостями (фиг. 2); проходящими через ось OZ и образуют угол а, Третьей поверхностью является боковая поверхность конуса с углом при вершине равным m /2а (а 1), высота конуса совпадает с нормалью к поверхности фотоприемника, которая образует угол р с осью 02, В общем случае телесный угол рассчитывается по формуле в=,/ sin Vd S

Для данного конкретного случая можно записать а v в=f deaf sinVdV, о о где V определяется из уравнения

cosVsin p + sinVsfn p соз а "cos—

Л

Используя полученные выражения, эа5 пишем формулы для вычисления пространственных зон четырех фотоприемников. Для удобства номер зоны примем равным коли- честву работающих в этой зоне фотоприемников, а расположение и количество эон

10 приведено в виде проекции линий пересечения телесных углов со сферой единичного радиуса на плоскость (фиг. 3). л1 о =8) if-cosV<(bcpl)doc, 15 о где Ч4(а,.р ) является решением уравне-. ния

cosVsin р — з1пЧз1п р соз ра =cps л/2а

20 а в>=21 cosV>(а,p)dx, о где Ч1(а, р) является решением уравнения

cosVsln р — з1пЧз1п у cosa = i /2а а определяется йз уравнения

sin p соб а= созе /2а в

®4 в.3=.2 f (созЧ4 — cosV>) da

Учитывая, что сумма всех эон образует угол 2 лстерадиан, запишем

40 в2 =4 (2л — N4 — 4в3 — 4N1)

Расчетные кривые зависимости пространственных зон от угла наклона приемников для случая косинусной угловой

45 диаграммы фотоприемников (а = 1) приведены на фиг. 4. Из рисунка следует, что существуют углы, при которых зоны по величине примерно равны между собой, Определим неравномерность простран50 ственных зон по величине как отношение максимального Отклонения величины зоны от среднего значения к среднему значению как функцию

2 zt

1в — — 1 макс (ю)—

1764007

График функции д (p) представлен на фиг. 5. Анализ графика показывает, что функция йеравномерности зон имеет минимум 10, при угле 60 . Разрешающая способность при этом составляет 25 .

Аналогичный расчет показывает, что для пяти фотоприемников разрешающая способность 21,5О. Таким образом, использую заявляемое устройство определения направления на источник возможно, при уменьшении количества фотоприемников (4 шт,), повысить точность определения направления примерно вдвое.

Использование предлагаемого устройства определения направления на источник излучения по сравнению с существующими устройствами позволяет существенно повысить точность, без увеличения массы и габаритов, что дает возможность расширить область применения описанных устройств, например, в качестве лазерного фотоприемника;

Формула изобретения

Устройство определения направления на источник излучения, содержащий шесть каналов, каждый из которых содержит фотоприемник, предусилитель, преобразова тель, причем фотоприемники установлены с перекрытием полей зрения, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности при одновременном упрощении устройства

5 за счет сокращения количества фотоприемников, устройство выполнено, четырехканальным, введен дешифратор, четыре входа которого соединены с выходами четырех преобразователей, а угол наклона фотопри10 емников определяется условием наименьшего отклонения величин контролируемых зон полусферического пространства от их среднего значения

2л

I макс (ю) — -+— где Ni — телесный угол участка, ограничен20 ного тремя поверхностями, две из которых являются плоскостями, проходящими через вертикальную ось. а третья является боковой поверхностью конуса с углом при вершине, равным K/2а (а 1), высота

25 которого совпадает с нормалью к поверхности фотоприемника, ). (1764007!.2 (с.в

69 в г(геаьь

qua. Ф

79

F(eia6) Составитель В.Гуд

Техред М. Моргентал

Корректор Н.Милюкова

Редактор Т,шагова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3455 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5