Звездный датчик с увеличенной частотой обновления информации об ориентации

Изобретение относится к оптико-электронным приборам астроориентации и может быть использовано в космических системах различного назначения для получения информации об ориентации. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для этого дополнительно введен блок предсказания звезд по фрагментам кадра, причем первый вход блока предсказания звезд по фрагментам кадра соединен с блоком управления и цифровой обработки, а второй вход - с блоком вычисления угловых скоростей, при этом первый выход блока предсказания звезд по фрагментам кадра соединен с дешифратором звезд по фрагментам кадра, а второй выход - с блоком управления работой матричного фотоприемника со счетчиком строк. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Область техники

Предлагаемое изобретение относится к оптико-электронным приборам астроориентации и может быть использовано в космических системах различного назначения для получения информации об ориентации.

Уровень техники

Ключевым вопросом эффективного использования данных, получаемых с систем дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), является оперативность получения информации об ориентации, пригодной для вторичной обработки, например координатной привязки снимков, полученных с ДЗЗ. Основным условием обеспечения требования оперативности в данном случае является величина частоты обновления информации об ориентации звездного датчика, поэтому увеличение этого параметра является важной технической задачей при разработке аппаратуры.

Существуют технические решения (RU 86297 (2009 г.), RU 2408849 (2009 г.), RU 122768 (2012 г.)), реализующие как вычисление координат звезд, так и определение ориентации по звездам с использованием звездных каталогов. Однако к недостаткам подобных решений можно отнести ограничения по скорости выдачи целевой информации, связанные как с архитектурой матричных ФПЗС, так и с задержками информационного обмена между большим количеством дополнительных блоков данных.

Наиболее близким по технической сущности прототипом предлагаемого изобретения является техническое решение RU 111280 (2011 г.), содержащее бленду, объектив, матричный фотоэлектрический прибор с зарядовой связью (ФПЗС), АЦП, блок цифровой обработки и управления, блок управления работой матричного фотоприемника со счетчиком строк N/k, дешифратор звезд по фрагментам кадра, блок памяти базы данных распознанных звезд и блок датчиков угловых скоростей. К недостаткам прототипа можно отнести недостаточно высокую точность определения координат звезд при дешифрировании звезд по фрагментам кадра.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является уменьшение времени обнаружения и распознавания звезд звездным датчиком и, как следствие, увеличение частоты обновления информации об ориентации прибора, а также повышение достоверности дешифрирования звезд по фрагментам кадра. Технический результат, позволяющий достичь поставленной задачи, состоит в увеличении скорости обработки информации о вновь появляющихся в кадре звездах, то есть определения, какому фрагменту кадра данная звезда принадлежит, и вычисление ее координаты, а также в ускоренном распределении уже распознанных звезд по кадрам за счет потоковой обработки данных с компараторов на входе и выходе блок памяти базы данных распознанных звезд.

Согласно изобретению этот технический результат достигается за счет того, что в звездный датчик с увеличенной частотой обновления информации об ориентации, содержащий бленду (1), объектив (2), матричный фотоприемник с накоплением заряда (3), блок аналого-цифрового преобразования (4), блок управления и цифровой обработки (5), блок управления работой матричного фотоприемника со счетчиком строк N/k (6), дешифратор звезд по фрагментам кадра (7), блок памяти базы данных распознанных звезд (8), блок вычисления угловых скоростей (9), дополнительно введен блок предсказания звезд по фрагментам кадра (10), причем первый вход (11) блока предсказания звезд по фрагментам кадра (10) соединен с блоком управления и цифровой обработки (5), а второй вход (12) - с блоком вычисления угловых скоростей (9), при этом первый выход (13) блока предсказания звезд по фрагментам кадра (10) соединен с дешифратором звезд по фрагментам кадра (7), а второй выход (14) - с блоком управления работой матричного фотоприемника со счетчиком строк N/k (6).

При этом блок памяти базы данных распознанных звезд (8) выполнен в виде ОЗУ из k-банков памяти, на входе и выходе которого введены коммутаторы.

Краткое описание чертежей

На чертеже представлена схема звездного датчика с увеличенной частотой обновления информации об ориентации.

Осуществление изобретения

Звездный датчик с увеличенной частотой обновления информации об ориентации содержит оптическую систему, включающую бленду (1) и объектив (2), которая проецирует область звездного неба на матричный ФПЗС (3). В блок управления работой матричного фотоприемника со счетчиком строк N/k (6) со второго выхода блока предсказания звезд по фрагментам кадра (10) поступает информация о предполагаемом нахождении звезд в текущем фрагменте кадра, на основании которой блок управления работой матричного фотоприемника либо считывает заданный фрагмент изображения либо пропускает его, если звезды в нем отсутствуют. В режиме считывания по фрагментам изображение любой звезды формируется на матричном ФПЗС (3) столько раз, сколько фрагментов было задано для экспонирования и считывания.

Сигналы от зарегистрированных звезд через АЦП (4) передаются в блок управления и цифровой обработки (5), который осуществляет распознавание звезд в данном фрагменте и расчет координат распознанных звезд. Дешифратор звезд по фрагментам кадра (7), используя информацию с блока предсказания звезд по фрагментам кадра (10), дешифрирует данные о координатах звезд, определяя, к какому фрагменту кадра звезды относятся, и присваивая координатам соответствующие метки тех фрагментов, которым принадлежат распознанные звезды. Это может быть как метка времени съемки, так и условный номер фрагмента кадра. При этом повышается достоверность дешифрирования, поскольку дешифратор (7), анализируя данные, полученные с блока предсказания звезд, по фрагментам кадра (10) имеет возможность присваивать соответствующие метки фрагментов координатам звезд с подтверждением их принадлежности к тому или иному фрагменту.

Затем данные о координатах звезд передаются через входной коммутатор в блок памяти базы данных распознанных звезд (8). Поскольку данный блок выполнен в виде ОЗУ из k-банков памяти, соответствующих числу фрагментов кадра, а координаты звезд имеют метку принадлежности к фрагменту, коммутатор на входе осуществляет распределение звезд с метками фрагментов по соответствующим этим фрагментам банкам памяти ОЗУ. Коммутатор на выходе блока памяти базы данных распознанных звезд (8) позволяет группировать данные о координатах зарегистрированных звезд по кадрам изображения. За счет потоковой обработки данных с компараторов на входе и выходе блок памяти базы данных распознанных звезд (8) увеличивается скорость обработки информации при работе по кадру изображения.

Данные о координатах звезд, относящиеся к одному кадру, из блока памяти базы данных распознанных звезд (8) передаются в блок управления и цифровой обработки (5), где по полученным данным осуществляется вычисление ориентации звездного датчика.

Блок предсказания звезд по фрагментам кадра (10) рассчитывает предполагаемое расположение звезд в считываемом фрагменте кадра, используя информацию о координатах, зарегистрированных в предыдущем фрагменте звезд, с блока управления и цифровой обработки (5), и данные о направлении и скорости движения звездного датчика, получаемые с блока вычисления угловых скоростей (9). Формируя таким образом данные о положении звезд в следующем фрагменте, появлении новых звезд, либо ухода из поля зрения звездного датчика ранее зарегистрированных звезд для дешифратора (7) и блока управления работой матричного фотоприемника со счетчиком строк N/k (6)

Блок памяти базы данных распознанных звезд (8), выполненный в виде ОЗУ из k-банков памяти, на входе и выходе которого введены коммутаторы, позволяет в потоковом режиме распределять в соответствии с меткой координаты распознанных звезд по кадрам изображения и обеспечивает удобный и быстрой доступ к этой информации блока управления и цифровой обработки (5), где по полученным данным осуществляется вычисление ориентации звездного датчика.

Технический результат достигается за счет того, что блок предсказания звезд по фрагментам кадра (10) рассчитывает предполагаемое расположение звезд в считываемом фрагменте кадра по данным с блока управления и цифровой обработки (5) и с блока вычисления угловых скоростей (9), обеспечивая таким образом достоверность дешифрирования звезд по фрагментам кадра. Блок памяти базы данных распознанных звезд (8) выполнен в виде ОЗУ из k-банков памяти, на входе и выходе которого введены коммутаторы, что быстро распределяет информацию о координатах распознанных звезд по кадрам и передает ее в блок управления и цифровой обработки (5) для вычисления ориентации звездного датчика.

Перечень принятых сокращений:

АЦП - аналогово-цифровой преобразователь

ОЗУ - оперативное запоминающее устройство

ФПЗС - фотоэлектрический прибор с зарядовой связью

1. Звездный датчик с увеличенной частотой обновления информации об ориентации, содержащий бленду, объектив, матричный фотоприемник с накоплением заряда, блок аналого-цифрового преобразования, блок управления и цифровой обработки, блок управления работой матричного фотоприемника со счетчиком строк N/k, дешифратор звезд по фрагментам кадра, блок памяти базы данных распознанных звезд, блок вычисления угловых скоростей, отличающийся тем, что в звездный датчик с увеличенной частотой обновления информации об ориентации дополнительно введен блок предсказания звезд по фрагментам кадра, причем первый вход блока предсказания звезд по фрагментам кадра соединен с блоком управления и цифровой обработки, а второй вход - с блоком вычисления угловых скоростей, при этом первый выход блока предсказания звезд по фрагментам кадра соединен с дешифратором звезд по фрагментам кадра, а второй выход - с блоком управления работой матричного фотоприемника со счетчиком строк N/k.

2. Звездный датчик с увеличенной частотой обновления информации об ориентации по п.1, отличающийся тем, что блок памяти базы данных распознанных звезд выполнен в виде ОЗУ из k-банков памяти, на входе и выходе которого введены коммутаторы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к космической навигации и может быть использовано для оперативного точного определения ориентации космического аппарата относительно инерциальной системы координат.

Изобретение относится к бортовым системам навигации (БСН) искусственных спутников Земли (ИСЗ) на низких (с высотой до 500-600 км) орбитах. БСН содержит устройство управления системой и соединенные с ним устройство преобразования навигационных сигналов в навигационные параметры, блок преобразования навигационных параметров в параметры движения центра масс (ЦМ) ИСЗ и блок прогнозирования параметров движения ЦМ.

Изобретение относится к области астрономо-геодезических измерений и может быть использовано для определения географических координат объекта, в том числе подвижного.

Заявляемое изобретение относится к навигационной технике, а именно к способу навигации космического аппарата (КА). Способ основан на измерении отклонения истинного и измеренного положения звезды, наблюдаемой сквозь земную атмосферу.

Изобретение относится к области навигационного приборостроения летательных аппаратов: искусственных спутников Земли, спускаемых космических аппаратов, управляемых снарядов и ракет.

Изобретение относится к космической навигации и может быть использовано для оперативного определения направления на Солнце. Согласно способу с помощью оптико-интерференционной системы получают изображения светящегося кольца, центр которого соосен с направлением Солнца из центральной точки этой системы.

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в системах навигации подвижных объектов, например летательных аппаратов. Технический результат - расширение функциональных возможностей.

Изобретение относится к замкнутым телевизионным системам и может быть использовано в контрольно-измерительной технике, в приборах для космической навигации, в устройствах позиционирования, в системах управления космического аппарата в качестве датчика ориентации, где в качестве источника информационного сигнала используются матричные фотоприемники с накоплением заряда.

Изобретение может использоваться на космических аппаратах дистанционного зондирования Земли при жестких требованиях по координатной привязке получаемых снимков.

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению и может быть использовано в оптико-электронных приборах (ОЭП) ориентации по звездам, содержащих матричный фотоприемник с накоплением заряда.

Изобретение относится к спутниковой навигации и может использоваться для оперативного контроля целостности навигационного поля глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС). Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для этого совместно с навигационной аппаратурой потребителя (НАП) размещают аппаратуру хранения шкалы времени потребителя и аппаратуру высокоточных сличений шкалы времени потребителя с системной шкалой времени ГНСС, осуществляют синхронизацию шкалы времени потребителя с системной шкалой времени ГНСС, регистрируют время приема навигационного сообщения космического аппарата (КА) ГНСС по шкале времени потребителя, определяют псевдодальность между каждым КА и аппаратурой потребителя, определяют один набор координат потребителя по трем значениям псевдодальности. Проводят анализ полученных наборов, получают несколько наборов координат потребителя, выявляют КА ГНСС, навигационные сообщения которого не должны использоваться для навигационных определений. 1 ил.

Изобретение относится к космической навигации. Способ повышения точности определения ориентации по звездам заключается в проецировании изображения звезд через оптическую систему на матричный приемник излучения. Изображения звезд занимают область не менее 2х2 пикселя. Определяют положение взвешенного центра изображения звезд с учетом индивидуальных характеристик пикселей. Данные об индивидуальных характеристиках пикселей время от времени обновляют с помощью датчика путем проведения калибровки, при которой свет от оптической системы перекрывается светонепроницаемым затвором при помощи устройства управления затвором, а матричный приемник излучения однородно освещается калибровочным осветителем. Светонепроницаемый затвор установлен между оптической системой и матричным приемником излучения. Затвор состоит из качалки в виде экранирующего апертуру лепестка с заделанным в качалку магнитом и исполнительного соленоида. Технический результат - повышение точности определения ориентации и поддерживание точности в течение длительного времени в процессе функционирования датчика. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к спутниковой навигации и управлению воздушным движением (УВД). Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для этого координаты воздушного судна (ВС), определяемые на борту ВС с использованием спутниковой навигационной системы и передаваемые по цифровому каналу вещательного автоматического зависимого наблюдения (АЗН-В) в систему управления воздушным движением для обработки и отображения диспетчеру УВД, сравниваются с координатами этого же ВС, измеренными с помощью опорного источника координатной информации, например радиолокационной станции (РЛС). При превышении заранее определенного порога в расстоянии между местоположениями ВС, оцененными на основе измерений спутниковой навигационной системы и опорного источника наблюдения, принимается решение о нарушении целостности в контуре обработки и передачи спутниковой навигационной информации, которая автоматически оперативно устраняется с индикатора воздушной обстановки диспетчера, осуществляющего УВД. При этом обеспечиваются заданные вероятности пропуска некачественной навигационной информации и ложного предупреждения о появлении такой информации.

Изобретение относится к области авиационно-космического приборостроения и может быть использовано в системах контроля передвижения космонавта относительно космического аппарата (КА). Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для этого обеспечивают измерение, сбор и обработку данных о положении космонавта, включая данные о форме и ориентации космонавта, относительно КА и его подвижных и перемещаемых элементов. При этом определяют параметры относительного положения местоположений излучателей инфракрасных импульсных сигналов при не менее чем одном заданном фиксированном положении подвижных частей космонавта с размещенными на упомянутых подвижных частях по не менее чем одному излучателю инфракрасных импульсных сигналов. Система контроля передвижения космонавта относительно КА дополнительно содержит не менее двух блоков излучателей инфракрасных импульсных сигналов, размещенных на разных подвижных частях космонавта, не менее двух радиоприемных устройств, не менее двух средств сопряжения радиоустройств с блоками излучателей инфракрасных сигналов, не менее четырех блоков позиционно-чувствительных детекторов инфракрасного излучения, размещенных в разнесенных точках, фиксированных в системе координат КА, не менее четырех оптических систем, не менее четырех блоков формирования данных приема инфракрасных сигналов, не менее четырех средств сопряжения радиоустройств с блоками формирования данных приема инфракрасных сигналов, не менее пяти радиоприемо-передающих устройств, блок формирования команд управления излучением и приемом инфракрасных сигналов, средство сопряжения аппаратуры с пятым радиоприемо-передающим устройством, синхронизатор, блок задания параметров расположения детекторов инфракрасного излучения, блок задания параметров оптических систем, блок определения параметров направлений от детекторов инфракрасного излучения на излучатели инфракрасных сигналов, блок определения координат местоположений излучателей инфракрасных сигналов, блок индикации фиксированных положений космонавта, блок определения параметров относительного положения излучателей инфракрасных сигналов при фиксированных положениях космонавта, блок определения параметров положения перемещаемых элементов на КА, блок измерения параметров движения КА, блок измерения параметров положения подвижных элементов конструкции КА, блок прогнозирования параметров положения подвижных элементов конструкции КА. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области навигации и может быть использовано для определения угловых и пространственных координат, а также скоростей и ускорений летательного аппарата. При реализации способа определения кинематических параметров движения летательного аппарата установленные на летательном аппарате устройства сканирования направляют на области, характеризующиеся максимальными значениями производных по углу и по температуре. Далее с помощью указанных сканирующих устройств измеряют спектральные плотности мощности излучения не менее чем в трех направлениях и не менее чем в трех спектральных диапазонах длин волн. На основании полученных значений спектральной плотности мощности излучения вычисляют температуру излучения в данном направлении. Далее, сравнивая полученные значения температуры со значениями температуры на предварительно занесенной в базу данных карте реликтового излучения, определяют параметры движения летательного аппарата. Технический результат изобретения заключается в расширении области применения способа, а также в увеличении точности измерений. 4 ил.

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и может найти применение для определения координат местоположения подвижного объекта, например летательного аппарата (ЛА). Технический результат – повышение точности. Для этого в качестве источников подвижных объектов используют искусственные спутники Земли (ИСЗ). При этом способ включает измерение зенитных углов пеленгуемых ИСЗ, приведение измеренного зенитного угла к центральному зенитному углу, вычисление по измеренному и приведенному углу и координатам ИСЗ координат местоположения подвижного объекта. Предлагаемые способ и устройство позволяют повысить точность определения координат подвижного объекта - ЛА в 1,9-2 раза, а также в 2-2,5 раза уменьшить время пеленгации для достижения требуемой точности (1,85 км). 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к системам автономной навигации и ориентации космических аппаратов (КА) и может быть использовано в бортовых системах слежения за космическими объектами контроля. Технический результат – расширение функциональных возможностей. Сущность изобретения состоит в автономном, на борту визирующего КА (КА-1), определении фактов изменения орбиты визируемого КА (КА-2) на основе автономного формирования высокоточных оценок параметров орбиты КА-2. Эти оценки определяются путем решения навигационной задачи по разработанному способу слежения, базирующемуся на измерениях координат звезд и их звездных величин в оптико-электронном приборе (ОЭП), помещенном в карданов подвес и визирующем КА-2. Ориентация линии визирования "КА-1-КА-2" относительно системы координат, связанной с корпусом КА-1, рассчитывается в результате измерений характеристик звездного поля, наблюдаемого в ОЭП, жестко закрепленном на корпусе КА-1. Факты изменения орбиты КА-2 устанавливаются путем анализа сумм поправок к орбите КА-2 и сумм невязок измерений, формируемых в процессе решения навигационной задачи по способу слежения. При этом обеспечивается: автономное высокоточное формирование оценок орбиты наблюдаемого КА, автономное определение факта изменения орбиты наблюдаемого КА на основе пассивных измерений, использующих излучения только естественных полей и исключающих активные измерения дальности и радиальной скорости. Тем самым бортовой комплекс управления приобретает новую функцию - слежение за космическими объектами контроля и выявление фактов изменения их орбит. 2 ил., 8 табл.
Изобретение относится к области навигации летательных аппаратов (ЛА) с использованием комплексного способа навигации и может найти применение при осуществлении навигации высокодинамичных ЛА в сложных навигационных условиях. Технический результат - расширение функциональных возможностей навигационного комплекса и повышение живучести, надежности и отказобезопасности работы комплексной навигационной системы. В основу предлагаемого способа положено многократное резервирование каналов информационного обмена, датчиков, вычислителей и средств контроля и реконфигурация архитектуры вычислительных устройств и структуры навигационного комплекса в зависимости от состояния модулей вычислительных устройств и бортовых систем навигации ЛА. Способ предусматривает использование инерциальной навигации, системы воздушных сигналов, спутниковой навигации, радиотехнических систем, оптикоэлектронной системы навигации и астронавигации и других бортовых навигационных систем, а также применение фильтра Калмана. Дополнительно контролируют модули вычислителей, все входящие и выходящие сигналы на предмет адекватности их пороговым и модельным значениям, назначаемым самим комплексом на основе анализа текущих параметров. Осуществляют обработку множества измеренных параметров первичной навигационной информации, полученных от различных бортовых навигационных систем, путем нахождении оптимальной, адаптивной или робастной оценки текущих навигационных параметров ЛА. При этом используют модифицированные оптимальные, адаптивные и робастные алгоритмы обработки навигационной информации в зависимости от уровня ошибок, шумов, достоверности и возникшей проблемной ситуации с поступающей информацией, а также программу логических моделей и (или) нейросетевые алгоритмы для принятия решения о реконфигурации архитектуры вычислительных модулей резервированных вычислителей и реорганизации структуры всего комплекса навигации. 3 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к способам определения ориентации по координатам наблюдаемых звезд, преимущественно для навигационных целей. В частности, для космической навигации путем определения положения космического аппарата относительно изображений звезд, наблюдаемых на небесной сфере. Способ определения ориентации по изображениям участков звездного неба заключается в том, что предварительно составляют и запоминают бортовой каталог координат звезд, ограничивая выбор звезд звездной величиной, отображаемой используемой системой наблюдения. Затем в процессе определения ориентации формируют изображение участка звездного неба, выбирают наиболее яркую звезду в центральной части поля зрения, выбирают соседние с ней звезды. Далее определяют попарные расстояния на изображении от выбранной центральной звезды до выбранных соседних звезд, а затем сравнивают измеренные на полученном изображении расстояния между звездами с расстояниями, полученными из бортового каталога. При совпадении всех этих расстояний отождествляют выбранную центральную звезду на изображении с соответствующей звездой из каталога и определяют ориентацию, учитывая положение этой звезды на изображении в приборной системе координат. При этом каждую звезду при составлении бортового каталога дополнительно характеризуют значениями расстояний до двух ближайших к ней звезд и расстоянием между самими этими звездами или до трех ближайших к ней звезд и по результатам этих определений формируют трехкоординатное признаковое пространство. В процессе определения ориентации, для выбранной на изображении звезды, по указанным измеренным расстояниям определяют положение этой звезды в признаковом пространстве, а затем по ее каталожным координатам на звездном небе определяют ее положение и находят ориентацию аппарата. Техническим результатом заявленного способа является повышение эффективности работы используемых датчиков звездной ориентации. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к оптико-электронным приборам астроориентации и может быть использовано в космических системах различного назначения для получения информации об ориентации. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для этого дополнительно введен блок предсказания звезд по фрагментам кадра, причем первый вход блока предсказания звезд по фрагментам кадра соединен с блоком управления и цифровой обработки, а второй вход - с блоком вычисления угловых скоростей, при этом первый выход блока предсказания звезд по фрагментам кадра соединен с дешифратором звезд по фрагментам кадра, а второй выход - с блоком управления работой матричного фотоприемника со счетчиком строк. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх