Устройство для определения географических корординат объекта по зведам

 

Изобретение относится к навигационным устройствам и может быть использовэно для определения географических координат объекта на поверхности планеты. Цель изобретения - повышение точности и сокращении времени определения коорди 2 нат. Указанная цель достигается тем, что устройство для определения координат объекта по звездам, содержащее оптикоэлектронный датчик координат звезд, выполненный в виде телевизионной камеры на приборе с зарядовой связью 1, установленной на платформе, снабженной датчиком вертикали 2, датчик времени 16, блок распознавания звезд 15; блок определения углового положения оптической оси датчика 17 & географической системе координат, задзтчик координат места 18. блок вычитания 19, сумматор 21, снабжено вторым и третьим блоками вычитания 6 и 7, задатчиками координат Х0 и Yo главной точки объектива 4 и 5, задатчиком фокусного расстояния объектива 13, тремя блоками возведения в квадрат 8,9 и 10, вторым сумматором 11, блоком извлечения квадратного корня 12, блоком деления 14 и логическим элементом И 20. 2 ил. 1Л С

,,5U 1784838 Al

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 С 21/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ° .

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ф..

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 .. .: 2 (21) 4818547/22 .: " нат. Указанная цель достигается тем, что (22) 13.03,90 ..: устройство для определения координат объ(46) 30.12.92. Бюл, М 48 ..: . - : екта по звездам, содержащее оптикоэлект(71)ИнституткосмическихисследованийАН ронный датчик координат звезд, СССР: ., - выполненный в виде телевизионной камеры (72) Г.A.Àâàíåñîâ, В.Д.Ваваев, Б.С.Дунаев,: на приборе с зарядовой связью 1, установЯ.Л.Зиман, В.А.Красикави В.С.Севостьянов, ленной на платформе, снабженной датчи. (56) Блажко С.Н. Курс практической астро- ком,вертикали 2, датчик времени 16, блок номии. M.: Наука. 1979, с,264 — 267. распознавания звезд 15, блок определения

Помыкаев И.И. и др. Навигационййе . углового положения оптической оси датчика приборы и системы. M.: Машиностроение, 17 в географической системе координат, за- .

° 1983. с,189-217, ..: датчик коордийат места 18, блок вычитания (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ „19, сумматор 21, снабжено вторым и третьГЕОГРДФИЧЕСКИХ КООРДИНАТ ОБЪЕК- им блоками вычитания 6 и 7; задзтчиками

ТА ПО ЗВЕЗДАМ .:....., координат Х .и Уо главной точки объектива (57) Изобретение относится к навигацион-: 4 и 5, задатчиком фокусного расстояния обьным устройствам и может быть использова- ектива 13, тремя блоками возведения в но для определения географических квадрат 8,9 и 10, вторым сумматором. 11, координат объекта на поверхности планеты, блоком извлечения квадратного корня 12, Цель изобретения — повышейие точности и блоком деления 14 и логическим элементом сокращении времени определения коорди- И 20. 2 ил.

1784838

Изобретение относится к навигационным устройствам, работающим по астроориентирам и может быть использовано для определения географических координат объекта на поверхности планеты.

Известны устройства для определения географйческих координат места по измерения9 зенитного расстояния звезд с помощйб фйиверсального инструмента, представляющего собой зрительную трубку в повесе и хронометра.

Недостатком известного устройства является его трудоемкость и значительное время, необходимое для поочередного наблюдения светил в поле зрения визирного инструмента и обработки результатов измерений.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является автомати10 ческий астросекстант, состоящйй из одного 20 или двух телескопов, из объектива и фото- электрического преобразователя. сигнала, жестко укрепленный на платформе, снабженного датчиком вертикали, датчик времени, блок расйоэнаванил звезд, двумя 25 выходами соединенный с первым и вторым входами блока определения угловото положения оптической оси оптико-электронного датчика координат звезд в географической системе координат, третий и четвертый вхо- 30 ды которого соединены соответственно с выходами задатчика координат места, à его первый выход через блок вычитания соединен с первым входом первого сумматора, вторым входом соединенный со вторым вы- 35 ходом блока определения углового положения оптической оси оптико- электронного . датчика координат звезд в географической системе координат, два другие входы первого сумматора соединены соответственно 40 с выходами датчика вертикали, а выходы первого сумматора являются выходами устройства, снабжено двумя блоками вычитания, двумя задатчиками координат, тремя блоками возведения в квадрат, вторым сум- 45 матором, блоком извлечения квадратного корня, блоком деления и задатчиком фокусного расстояния, при этом первые входы блоков вычитания соединены с выходами задатчиков координат, вторые входы этих 50 блоков соединены соответственно с выходами фотоэлектрического механически или электрически связанных с .платформой снабженной датчиком вертикали, При этом в состав телескопа входит оптическая схема и фотодатчик снабженный следящей системой, соединенный с блоком вычисления reoграфических координат, состоящем иэ задатчика координат места, соединенного с блоком определения углового положения оптической оси объектива фотодатчика в географической системе координат, соединенный с блоком вычитания, другой вход которого связан с выходом датчика времени, а.выход с сумматором. Недостатками известного устройства являются большие затраты времени на производство наблюдений. Устройство имеет недостаточную точность измерений в связи с. наличием нескольких измерителей и небольшого числа астроизмерений, что принципиально ограничивает точность измерения.

Цель изобретения — повышение точности и сокращение времени определения координат;

Указанная цель достигается тем, что в устройство для определения географических координат объекта по звездам, содержит оптико-электронный датчик координат звезд, выполненный в виде обьектива и фотоэлектрического преобразователя сигнала, жестко установленный на платформе, снабженной датчиком вертикали, датчик времени, блок распознавания звезд, двумя выходами соединенный с первым и вторым входами блока определения углового положения оптической оси оптико-электронного датчика координат звезд в географической системе. координат, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с выходами задатчика координат места, а его первый выход через первый блок вычитания соединен с первым входом первого сумматора, вторым входом соединенйый со вторым выходом блока определения углового положения оптической оси оптико-электронного датчика координат звезд в географической системе координат; два другие входы первого сумматора соединены соответственно с выходами датчика вертикали, а выходы первого сумматора являются выходами устройства, введены второй и третий блоки вычйтания, задатчики координат

Хо, Уо главной точки объектива, три блока возведения в квадрат, задатчик фокусного расстояния объектива, второй сумматор, блок извлечения квадратного корня, блок деления и логический элемент И, при этом первые входы второго и третьего блоков вычитанЙя соединены с выходами задатчиков координат, Хо и Уо главной точки объектива соответственно, вторые входы этих блоков соединены соответственно с выходами фотоэлектрического преобразователя сигнала, соединенного с блоком распознавания эвезд, а выходы второго и третьего блоков вычитания соединены соответственно с первым и вторым блоком возведения в квадрат, выходы которых соединены с первым и вторым входам второго сумматора, третьим

1784838 входом соединенного с выходом третьего блока возведения в квадрат, вход которого подключен к выходу задатчика фокусного расстояния объектива соединенного с первым входом блока деления, второй вход которого соединен с выходом блока извлечения квадратного корня, входом подключенного к выходу второго сумматора, а выход блока деления соединен со входом блока определения углового положения оптической оси датчика координат звезд в географической системе координат, фотоэлектрический преобразователь выполнен на приборе с зарядовой связью, а

15 датчик времени соединен с первым входом логического элемента И, второй вход которого соединен с синхронизирующим выходом телевизионной камеры.

На фиг.1 показана блок-схема предларенных координат звезд.

Устройство для измерения координат места содержит: 1 — телевизионная камера на приборе с зарядовой связью, 2 — платформа, 3 — датчик вертикали, 4 — задатчик координаты Хо главной в плоскости матрицы, 5 — задатчик координаты Уо главной точки объектива, 6, 7 — второй и третий блоки вычитания, 8,9,10 — блоки возведения в квадрат, 11 — второй сумматор, 12 — блок извлечения квадратного корня, 13 — задатчик фокусного расстояния, 14 — блок деления, 15 — блок распознавания звезд, 16— датчик времени (хронометр), 17 — блок вы25

30 числения углового положения оптической оси телевизионной камеры в географической системе координат, 18 — задатчик координат места, 19 — первый блок вычитания, 20 — логический элемент, 21 — первый сум40 матор.

Телевизионный звездный датчик 1 жестко установлен на платформе 2, снабженной датчиком вертикали 3, выходы датчика

1 соединены со входами блока распоэнавания звезд 15 с блоками вычитания 6, 7, вто-. 45 рые входы которых соединены с блоками памяти координат главной точки обьектива

Хо и Уо на поверхности матричного датчика

1, выходы блоков вычитания 6, 7 через блоки возведения в квадрат 8 и 9 соедикены со входом сумматора, третий вход которого через блок возведения в квадрат 10 соединен с задатчиком фокусного расстояния 13, соединенного с первым входом блока деления

1 4, вход которого соединен с выходом блока извлечения квадратного корня 12, вход которого соединен с выходом сумматора 11.

Выход блока деления 14 соединен со входом блока вычисления углового положения оптической оси телевизионной камеры гаемого устройства; на фиг,2 — связь изме- 20 в географической системе координат. соединенного с выходом задатчика координат места 18 и с выходами блока распознавания эвезд по угловым расстояниям 15, соединенного с выходами телевизионной камеры

1, С выхода блока вычисления 17 соединены один — непосредственно, а другой через блок вычитания 19, соединенный с хронометром 16 со входами сумматора 20, соединенного по другим двум входам с выходом датчика вертикали.

Устройство работает следующим образом.

С телевизиокного датчика 1 сигналы пропорциональные координатам Х и Y звезд подаются с одной стороны в блок распознавания звезд 15. где производится процедура опозкавания звезд по угловым расстояниям, традиционная для астросистем. С другой стороны каждая из коорди- . нат звезд подается через цепочку блок вычитания 6 (7), блок возведения в квадрат

9 (8) ка сумматор для чего служит логический элемент 20, выполняющий роль клапана, на управляющий вход которого с тактового выхода генератора управляющих напряжений матричного приемника на приборе с зарядовой связью телевизионной камеры под-. аются импульсы, формирующие импульс накопления, На фиг,2 обозначены элементы вкутреннего ориентирования камеры:

f — фокусное расстояние объектива или эквивалентное фокусное расстояние опти.ческой системы, .Хо, Yp — координаты главной точки в плоскости фотоприемника, кроме того;

Π— задняя угловая точка объектива; г — радиус вектор изображения звезды на матричном фотоприемников;

Х Хр, (У -Yp) — измеренные координаты звезды приведенные в начало координат;

Zi — зенитное расстояние звезды;

hl — высота звезды.

На чертеже полагаем, что камера выставлена в зенит. известно, что Zl = 90 - hl откуда

cos Zl = sin hi =—

Г иэ фиг.2 видно, что

+(yi — у,) +f поэтому

sin hl - cps Zl

f (х — хо) +(у! уо)+

1784838

Из курса астрономии известно, что координаты точки места наблюдения связаны с координатами светил на небесной сфере сле ющей зависимостьЬ;

Ау

sinhi=cos 6I сов д, сов (ai — а,)+

+ sin д sin 4p . (2) (3) А= а-s, где 8 = а p — прямое восхождение точки 55 зенита (местное звездное время), S — гринвическое звездное время, регистрируемое с помощью датчика времени (хронометра) 16. где а и д — направление на звезды в звездной системе координат, ао и до — 10 угловое направление оптической оси прибора в звездной системе координат.

Таким образом мы получили для каждой звезды систему уравнений(1) и (2) в которых неизвестнымй величинами являются ао и д о — направление оптической оси в seesдной системе координат, Величины а и д мы получаем на выходе блока распознавания по угловым расстояниям, к какой каталожной звезды принадлежат измеренные координаты Х и Уь

Блоки 4 — 14 выполняют функции вычисления величины sin hi согласно уравнению

Вычисленная величина sin hi подается на вход блока вычисления углового положения оптической оси телевизионной камеры в географической системе координат 17 в котором для измеренных.и опознанных 0. эвезд производится методом Ньютона-Гаусса. Методика расчета общеизвестна. Она использована и в прототипе. Таким образом на входы блока вычисления l7 подаются вычисленная по измереннь1м в системе ко 35 ординат матрицы и заданным элемента ее внешнего ориентирования величина sin hi c блока деления 14, определенные в блоке распознавания 15 угловые координаты звезд в звездной системе координат д и

Q приблизительные коордийаты места с эадатчика 18 известные нам априори. После решения системы нелинейных управлений (2) мы получим на выходе величины а, и д= прямое восхождение и склонение точки зенита.

Иэ астрономии известно, что склонение точки зенита равно широте места наблюдения, т.е. г = д о .

Долгота места наблюдения вычисляется по формуле

Таким образом на, одном выходе блока вычисления 17 мы имеем широту, а со второго после прохождения блока вычитания

19, соединенного с датчиком времени — долготу, Учитывая, что телевизионная камера выставлена не в зенит, а в общем случае с наклоном относительно чего на углы

М и Ар и сложив их с полученными величинами, имеет на выходе сумматора 20 искомые широту и долготу места.

Предполагаемое устройство принципиально имеет большую точность определения координат места по сравнению с известными, поскольку позволяет работать не по одной — двумя звездам, а по полю звезд. Точность измерения координат места составляет 0,1-0,2, Время измерения координат места сокращается примерно на два порядка, не требуется ни наведения на светило, ни ориентации на него астроизмерителя, т.к. телевизионная камера фиксирует изображенйя звезд произвольного участка неба за время 10 — 15 м с.

Формула изобретения

Устройство для определения географических координат объекта по звездам, содержащее оптико-электронный датчик координат звезд, выполненный в виде фотоэлектрического преобразователя сигнала, жес;ко установленный на платформе. снабженной датчиком вертикали, датчик времени, блок распознавания звезд, двумя выходами соединенный с первым и вторым входами блока определения углового положения оптической оси оптико-электронного датчика координат звезд в географической системе координат, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с выходами задатчика координат места, а его первый выход через первый блок вычитания соединен с первым входом первого сумматора, вторым входом соединенный с вторыми выходами блока определения углового положения оптической оси оптико-электронного датчика координат звезд в географической системе координат, два других входа первого сумматора соединены соответственно с выходами датчика вертикали, а выходы первого сумматора являются выходами устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что. с целью повышения точности и сокращения времени определения, в него введены второй и третий блоки вычитания, задатчики координат Хр и Ур главной точки объектива, задатчик фокусного расстояния объектива, три блока возведения в квадрат, второй сумматор, блок извлечения квадратного корня, блок деления и элемент И, при этом первые входы второго и третьего блоков вычитания соединены с выходами задат1784838

)Z Y

Составитель И,Андрианова

Техред М. Моргентал Корректор М.Керецман

Редактор В,Горячева

Заказ 4358 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35; Раушская наб., 4!5.

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 чиков координат Хо и Уо главной точки объектива соответственно, вторые входы этих блоков соединены соответственно с выходами фотоэлектрического преобразователя сигнала, соединенного с блоком распознавания звезд, а выходы второго и третьего блоков вычитания соединены соответственно с первым и вторым блоками возведения в квадрат, выходы которых соединены с первым и вторым входами второго сумматора, третьим входом соединенного с выходом третьего блока возведения в квадрат, вход которого подключен к выходу задатчика фокусного расстояния объектива. соединенного также с первым входом блока деления, второй вход которого соединен с выходом блока извлечения квадратного корня, входом подклю5 ченного к выходу второго сумматора, а выход блока деления соединен с входом блока определения углового положения оптической оси датчика координат звезд, при этом фотоэлектрический преобразователь

10 выполнен на приборе с зарядовой связью, а датчик времени соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с синхронизирующим выходом прибора с зарядовой связью.