eng
Выпуск #6/2017
А.В.Мельников, В.А.Соломатин, А.Е.Рабовский
Построитель местной вертикали с панорамным зеркально-линзовым объективом
Построитель местной вертикали с панорамным зеркально-линзовым объективом
Просмотры: 4019
Рассматривается принципиальная схема и параметры статического устройства ориентации по Земле (построителя местной вертикали) космического аппарата (КА), построенного на основе микроболометрической матрицы с использованием панорамного зеркально-линзового объектива (panoramic annular lens - PAL-линзы).
DOI: 10.22184/1993-7296.2017.66.6.86.96
DOI: 10.22184/1993-7296.2017.66.6.86.96
Теги: device for local vertical constructing panoramic mirror-lens system панорамный зеркально-линзовый объектив построитель местной вертикали
В системах управления космическими летательными аппаратами широко применяются построители местной вертикали (ПМВ), работающие по контрасту между поверхностью планеты и космическим пространством в инфракрасной области спектра. В распространенных ПМВ секущего типа осуществляется оптико-механическое сканирование, обеспечивающее "сечение" горизонта Земли узким мгновенным угловым полем [1]. Стремление снизить энергопотребление ПМВ, уменьшить их габариты и массу, повысить надежность приводит к техническим решениям, исключающим оптико-механическое сканирование. Одним из таких решений является использование панорамных оптических систем, охватывающих угловым полем весь горизонт, в сочетании с многоэлементными матричными приемниками излучения (матричными фотоприемниками – МФП), с помощью которых можно использовать различные способы анализа панорамного изображения и его предварительной обработки (задержку, интерполирование, интегрирование, масштабирование, фильтрацию).
ПАНОРАМНАЯ ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
Среди возможных путей построения панорамных оптических систем, охватывающих весь горизонт [2], наиболее перспективным для использования в ПМВ представляются зеркально-линзовые конструкции, известные как PAL-линзы (panoramic annular lens). Объектив устройства ориентации на основе PAL-линзы был успешно применен в системе SEASIS (The SEDS Earth Atmosphere and Space Imaging System) для микроспутника SEDSAT‑1 [3].Оригинальный вариант PAL-объектива (PAL-линзы) разработан в МИИГАиК [4]. В отличие от известных подобных оптических систем разработанный в МИИГАиК объектив не имеет асферических поверхностей и обладает большим угловым полем. Объектив представляет собой моноконструкцию, ограниченную четырьмя поверхностями: первая поверхность – сферическая преломляющая, вторая и третья поверхности – сферические отражающие, четвертая – плоская преломляющая. Изображение, создаваемое PAL-объективом, находится внутри стекла, поэтому необходим дополнительный передающий объектив, переносящий изображение в плоскость вне объектива (рис.1).
PAL-объективы создают кольцевое изображение пространства, соответствующее цилиндрической проекции (рис.2). Ширина кольца соответствует углу α, слепое пятно – углу 2β.
Применение кольцевого панорамного объектива позволят получать изображение всего горизонта Земли при меньших габаритах и массе в сравнении с известными широкоугольными объективами типа "рыбий глаз" и без присущих таким системам пространственных искажений в преобразовании азимутального угла в диапазоне от 0° до 360°.
На рис.3 представлена функциональная схема оптического блока ПМВ с использованием PAL-объектива. Для обеспечения диапазона измерения угла отклонения от вертикали ±3°с учетом изменения высоты полета и погрешности установки устройства требуется построение на МФП участка "космос-Земля" с угловым размером порядка 10°, что включает запас на аберрации оптической системы, допуск на точность запуска КА и эллиптичность орбиты [5]. При указанных параметрах и высоте полета равной 650 км угловой размер Земли составит 130°, следовательно, максимальная величина углового поля объектива должна составить 140°, а минимальная 120°.
Для проведения расчетов в качестве приемника излучения принята микроболометрическая матрица, разработанная в Институте физики полупроводников им. А.В.Ржанова, со следующими характеристиками [6]:
• область спектральной чувствительности – 8–14 мкм;
• формат 320 Ч 240;
• шаг элементов матрицы приемников – 51 мкм;
• температурное разрешение мК.
Примем радиус внешнего кольца изображения Земли равным мм (половина длины стороны матрицы), углы , . Радиус внутреннего кольца определяется как [7]
.
При ,мм [7], а угловой размер пиксела составляет 33'. Ширине кольцевого изображения в угловой мере, равной 10° соответствует 18 элементов матрицы. Поскольку половину из них занимает изображение космоса, угол отклонения от вертикали определяется по 220 строкам из 240.
АЛГОРИТМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛА ОТКЛОНЕНИЯ
Алгоритм преобразования сигналов с МФП предназначен для предварительной обработки кадра, коррекции сигналов и вычисления выходной информации – углов отклонения по крену и тангажу космического аппарата.
В результате обработки каждого кадра, полученного от бортовой оптико-электронной аппаратуры зондирования, решаются следующие задачи:
1. Производится калибровка матрицы по однородному фону. Определяется функция передачи для каждого пиксела и в память вычислителя заносится калибровочный коэффициент Kij. Сигналы от пикселов с недостаточной чувствительностью или таких, чей шум превысил допустимое значение, заменяются на средние от окружающих пикселов.
2. Выявляются и исключаются (приводятся к уровню окружающего фона) помеховые источники излучения, селектируемые по угловому размеру.
Формат матрицы позволяет провести временное алгоритмическое отключение информации с чувствительных элементов, в угловое поле которых попадает Солнце, Луна или элементы корпуса КА (например антенны или солнечные батареи).
3. Определяется отклонение оси КА от направления на центр Земли, то есть строится местная вертикаль.
Задача определение отклонения оси КА от направления на центр Земли может решаться методом осреднения координат, при котором осуществляются следующие операции.
• В кадре размерностью M Ч N, (где N – количество строк в кадре, M – количество элементов разрешения в одной строке) выявляются координаты элементов разрешения соответствующие точкам контура наблюдаемой фигуры Земли j, I1 и j, I2, (рис.4).
• Находятся координаты и , при которых уровень сигнала будет равен величинам Uп1 = 1/3 и Uп2 = 2/3 от максимального сигнала Umax при минимальной яркости Земли, соответственно, и допущении линейности зависимости амплитуды сигнала от угла визирования (рис.5).
• Производится интерполяция, позволяющая уменьшить погрешность определения координат и , возникающую из-за дискретности пикселов.
При линейной интерполяции:
,
θi – угловые координаты пикселя, при опрашивании которого сигнал превышает значение Uп1, Δ – угловой шаг пикселей приемника излучения, Ui – 1, Ui – сигналы с пикселей вдоль строки с координатами i – 1, i соответственно. Линейная интерполяция позволяет определить координату изображения в плоскости многоэлементного приемника излучения с предельной погрешностью от 1/10 до 1/100 от размера элемента [8].
• Проводится яркостная коррекция, поскольку сигнал Umax может изменяться в четыре раза в зависимости от яркости Земли [9]. Крутизна участка характеристики между двумя порогами позволяет определить величину яркостной поправки. Тогда уточненное значение первого порога соответствует угловой координате границы космос-Земля по столбцу j (рис.6):
,
где П – поправка, которая заносится в алгоритм обработки сигналов с элементов матрицы, зависящая от величины Δ1. Если считать участок между двумя порогами сигнала линейным, то можно принять
П = θп2 – θп1.
• Определяется осредненное значение положения стороны горизонта как
,
где N1 и N2 номера строк, соотвествующие границам Земли по стобцу j.
Поскольку угловое поле прибора больше углового размера Земли, сигнал от космоса всегда надежно фиксируется как минимальный уровень, относительно которого устанавливаются пороги Uп1 и Uп2. Значение θcp2 для второй стороны горизонта определяется аналогичным образом.
• Вычисляется отклонение оси КА от направления на центр Земли (j0, i0) как
.
ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ
Для определения конкурентоспособности предлагаемого технического решения ПМВ необходима оценка точности построения местной вертикали. Рассмотрим наиболее существенные составляющие погрешности измерений: флуктуационную (шумовую), инструментальную и методическую.
Определим флуктуационную погрешность. Крутизна энергетического фронта (рис.5) "космос-Земля" определяется как
.
Представим величину k как отношение потока излучения от Земли Фср = Вср = Авх = Ωпр со средней яркостью в данном диапазоне к величине перехода "космос – Земля", составляющего с учетом размытия атмосферы Земли угол:
,
где Авх – площадь входного зрачка, Ωпр - угловой размер элемента матрицы.
Шумовая составляющая сигнала:
,
где η – отношение сигнал/шум.
Тогда среднеквадратическое значение флуктуационной погрешности будет равно
.
Представим отношение сигнал/шум как отношение величины лучистого потока на площадке приемника при работе по абсолютно черному телу Ф к минимальной разрешаемой величине потока Фш:
где σ – постоянная Стефана-Больцмана, T1 – температура АЧТ, τoпт – коэффициент пропускания оптической системы, ρ – коэффициент, учитывающий потери на отражение, T2 – средняя радиационная температура Земли.
Для системы с диаметром входного зрачка D = 4 мм отношение сигнал – шум составит η = 360. Тогда при, T1 = 300 К, τoпт = 0,8 [10], ρ = 0,97, T2 = 250 K [1], , θ = 3° среднеквадратическое значение флуктуационной погрешности будет σш = 0,5'.
Составляющими инструментальной погрешности будем считать погрешность юстировки оптической части прибора и геометрическую погрешность определения угла, соответствующего границе " Земля – космос" (угла горизонта).
Юстировка оптической части прибора обеспечивается прецизионной имитационной аппаратурой с предельной погрешностью Δю = 1'.
Предельная погрешность при вычислении угловых координат горизонта θпi может быть уменьшена за счет интерполяции до величины не более 0,5'. Тогда с учетом осреднения по строкам матрицы данная погрешность уменьшится в раз и составит
.
Источником методической погрешности прибора является отличие рабочего источника – Земли от идеальной равнояркой сферы.
Величина этой погрешности не зависит от типа прибора и определяется только геометрическими параметрами планеты и орбиты ИСЗ и вариациями яркости Земли. Максимальная величина этой погрешности имеет место в меридиональном направлении при широте подспутниковой точки Ш0 = 45° и для высоты полета H = 650 км меняется в пределах ±9' и может быть полностью скомпенсирована алгоритмическим путем [11].
Остаточная среднеквадратическая погрешность за счет широтной вариации яркости не превышает σя = 1'.
Погрешность из-за случайных метеорологических факторов зависит от яркости ИК-горизонта Земли и при средней яркости составляет 3' [11]. Средний размер участков неоднородности атмосферы для диапазона 8–14 мкм составляет 600 км (средний размер облачности), тогда при высоте полета 650 км на визируемый участок горизонта приходится порядка 11 участков неоднородности атмосферы, в результате осреднения данная величина снижается до 0,9':
.
В окне прозрачности (8–12 мкм) имеет место существенная вариация как яркости, так и высоты излучающей атмосферы в пределах от твердого горизонта до верхних слоев тропосферы. Cреднеквадратическое отклонение высоты излучающей атмосферы составляет σh = 2,5 км. В угловой мере с учетом осреднения она составит σh = 0,9' [11].
Считая погрешность Δю систематической, погрешности σш, σг, σм, σя, случайными и независимыми с нормальным распределением, погрешность σh = 0,9' случайной с равномерным распределением, получим формулу суммарной погрешности в виде
.
При подстановке числовых значений в данную формулу получим Δсум = 5,7'.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Разработанная принципиальная схема ПМВ на основе зеркально-линзового объектива (панорамной кольцевой PAL- линзы) и микроболометрической матрицы исключает оптико-механическое сканирование, обеспечивает упрощение конструкции, увеличение ресурса работы прибора, уменьшает его энергопотребление, а также упрощает расположение ПМВ на корпусе КА. Предлагаемый алгоритм преобразования сигналов позволяет осуществлять яркостную коррекцию сигнала при определении угла отклонения оси КА от вертикали.
Расчетная точность ПМВ при использовании предлагаемого технического решения характеризуется предельной погрешностью не более 5,7' в диапазоне углов рассогласования ±3° при высоте полета КА до 1 000 км, что сопоставимо с ПМВ секущего типа (с оптико-механическим сканированием).
Преимущества предлагаемого технического решения особенно актуальны для малых КА с ограниченным энергопотреблением и длительным ресурсом работы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Федосеев В.И., Колосов М.П. Оптико-электронные приборы ориентации и навигации космических аппаратов: учеб. пособие. – М.: Логос, 2007.
2. Соломатин В.А., Иванова Н.В. Современные направления развития панорамных оптических и оптико-электронных систем. Сборник трудов Х Международной конференции "Прикладная оптика‑2012", 15–19 октября 2012. – Оптическое общество им. Д. С. Рождественского, 2012, т. 1, с. 141–144.
3. P.Greguss, E.Greguss. Folded optical system for simultaneous attitude measurement and ground imaging – a proposal.XVII IMEKO World CongressMetrology in the 3rd Millennium June 22–27, 2003, Dubrovnik, Croatia. – Proceedings, p. 163–166.
4. Соломатин В. А. Панорамная видеокамера. – Фотоника, 2009, № 4, с. 26–28.
5. Гандлевский Ю.М., Михайлов Е.Н. Оценка точности инфракрасных построителей местной вертикали по результатам летных испытаний. – Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ, № 4, 2014, с. 31–38.
6. Демьяненко М.А., Есаев Д.Г. Разработка и применение неохлаждаемых матричных микроболометров для террагерцевого диапазона. – Вестник НГУ, серия Физика, т. 5. № 4, 2010, с. 82–87.
7. Lehner, D.L., Richter, A.G., Matthys, D.R., Gilbert, J. A. Characterization of the panoramic annular lens. – Experimental Mechanics, 1996, 36(4), p. 333–338.
8. Соломатин В.А. Системы контроля и измерения с многоэлементными приемниками излучения. – М.: Машиностроение, 1992.
9. Адрианов Ю.Г., Караваев И.И., Сафронов Ю.П., Тулупов В.И. Инфракрасные спектры излучения Земли в космос. – М.: Советское Радио, 1973, с. 5–15.
10. Гайнутдинов И.С., Шувалов Н.Ю. Просветляющие покрытия ни подложках из германия в окнах прозрачности ИК области спектра 3–5 мкм и 8–12 мкм. – Оптический журнал, 2009, т. 76, № 5, с. 68–72.
11. Гандлевский Ю.М., Михайлов Е.Н. Оценка точности инфракрасных построителей местной вертикали по результатам летных испытаний. – Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ, 2014, № 4, с. 31–38.
ПАНОРАМНАЯ ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА
Среди возможных путей построения панорамных оптических систем, охватывающих весь горизонт [2], наиболее перспективным для использования в ПМВ представляются зеркально-линзовые конструкции, известные как PAL-линзы (panoramic annular lens). Объектив устройства ориентации на основе PAL-линзы был успешно применен в системе SEASIS (The SEDS Earth Atmosphere and Space Imaging System) для микроспутника SEDSAT‑1 [3].Оригинальный вариант PAL-объектива (PAL-линзы) разработан в МИИГАиК [4]. В отличие от известных подобных оптических систем разработанный в МИИГАиК объектив не имеет асферических поверхностей и обладает большим угловым полем. Объектив представляет собой моноконструкцию, ограниченную четырьмя поверхностями: первая поверхность – сферическая преломляющая, вторая и третья поверхности – сферические отражающие, четвертая – плоская преломляющая. Изображение, создаваемое PAL-объективом, находится внутри стекла, поэтому необходим дополнительный передающий объектив, переносящий изображение в плоскость вне объектива (рис.1).
PAL-объективы создают кольцевое изображение пространства, соответствующее цилиндрической проекции (рис.2). Ширина кольца соответствует углу α, слепое пятно – углу 2β.
Применение кольцевого панорамного объектива позволят получать изображение всего горизонта Земли при меньших габаритах и массе в сравнении с известными широкоугольными объективами типа "рыбий глаз" и без присущих таким системам пространственных искажений в преобразовании азимутального угла в диапазоне от 0° до 360°.
На рис.3 представлена функциональная схема оптического блока ПМВ с использованием PAL-объектива. Для обеспечения диапазона измерения угла отклонения от вертикали ±3°с учетом изменения высоты полета и погрешности установки устройства требуется построение на МФП участка "космос-Земля" с угловым размером порядка 10°, что включает запас на аберрации оптической системы, допуск на точность запуска КА и эллиптичность орбиты [5]. При указанных параметрах и высоте полета равной 650 км угловой размер Земли составит 130°, следовательно, максимальная величина углового поля объектива должна составить 140°, а минимальная 120°.
Для проведения расчетов в качестве приемника излучения принята микроболометрическая матрица, разработанная в Институте физики полупроводников им. А.В.Ржанова, со следующими характеристиками [6]:
• область спектральной чувствительности – 8–14 мкм;
• формат 320 Ч 240;
• шаг элементов матрицы приемников – 51 мкм;
• температурное разрешение мК.
Примем радиус внешнего кольца изображения Земли равным мм (половина длины стороны матрицы), углы , . Радиус внутреннего кольца определяется как [7]
.
При ,мм [7], а угловой размер пиксела составляет 33'. Ширине кольцевого изображения в угловой мере, равной 10° соответствует 18 элементов матрицы. Поскольку половину из них занимает изображение космоса, угол отклонения от вертикали определяется по 220 строкам из 240.
АЛГОРИТМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛА ОТКЛОНЕНИЯ
Алгоритм преобразования сигналов с МФП предназначен для предварительной обработки кадра, коррекции сигналов и вычисления выходной информации – углов отклонения по крену и тангажу космического аппарата.
В результате обработки каждого кадра, полученного от бортовой оптико-электронной аппаратуры зондирования, решаются следующие задачи:
1. Производится калибровка матрицы по однородному фону. Определяется функция передачи для каждого пиксела и в память вычислителя заносится калибровочный коэффициент Kij. Сигналы от пикселов с недостаточной чувствительностью или таких, чей шум превысил допустимое значение, заменяются на средние от окружающих пикселов.
2. Выявляются и исключаются (приводятся к уровню окружающего фона) помеховые источники излучения, селектируемые по угловому размеру.
Формат матрицы позволяет провести временное алгоритмическое отключение информации с чувствительных элементов, в угловое поле которых попадает Солнце, Луна или элементы корпуса КА (например антенны или солнечные батареи).
3. Определяется отклонение оси КА от направления на центр Земли, то есть строится местная вертикаль.
Задача определение отклонения оси КА от направления на центр Земли может решаться методом осреднения координат, при котором осуществляются следующие операции.
• В кадре размерностью M Ч N, (где N – количество строк в кадре, M – количество элементов разрешения в одной строке) выявляются координаты элементов разрешения соответствующие точкам контура наблюдаемой фигуры Земли j, I1 и j, I2, (рис.4).
• Находятся координаты и , при которых уровень сигнала будет равен величинам Uп1 = 1/3 и Uп2 = 2/3 от максимального сигнала Umax при минимальной яркости Земли, соответственно, и допущении линейности зависимости амплитуды сигнала от угла визирования (рис.5).
• Производится интерполяция, позволяющая уменьшить погрешность определения координат и , возникающую из-за дискретности пикселов.
При линейной интерполяции:
,
θi – угловые координаты пикселя, при опрашивании которого сигнал превышает значение Uп1, Δ – угловой шаг пикселей приемника излучения, Ui – 1, Ui – сигналы с пикселей вдоль строки с координатами i – 1, i соответственно. Линейная интерполяция позволяет определить координату изображения в плоскости многоэлементного приемника излучения с предельной погрешностью от 1/10 до 1/100 от размера элемента [8].
• Проводится яркостная коррекция, поскольку сигнал Umax может изменяться в четыре раза в зависимости от яркости Земли [9]. Крутизна участка характеристики между двумя порогами позволяет определить величину яркостной поправки. Тогда уточненное значение первого порога соответствует угловой координате границы космос-Земля по столбцу j (рис.6):
,
где П – поправка, которая заносится в алгоритм обработки сигналов с элементов матрицы, зависящая от величины Δ1. Если считать участок между двумя порогами сигнала линейным, то можно принять
П = θп2 – θп1.
• Определяется осредненное значение положения стороны горизонта как
,
где N1 и N2 номера строк, соотвествующие границам Земли по стобцу j.
Поскольку угловое поле прибора больше углового размера Земли, сигнал от космоса всегда надежно фиксируется как минимальный уровень, относительно которого устанавливаются пороги Uп1 и Uп2. Значение θcp2 для второй стороны горизонта определяется аналогичным образом.
• Вычисляется отклонение оси КА от направления на центр Земли (j0, i0) как
.
ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ
Для определения конкурентоспособности предлагаемого технического решения ПМВ необходима оценка точности построения местной вертикали. Рассмотрим наиболее существенные составляющие погрешности измерений: флуктуационную (шумовую), инструментальную и методическую.
Определим флуктуационную погрешность. Крутизна энергетического фронта (рис.5) "космос-Земля" определяется как
.
Представим величину k как отношение потока излучения от Земли Фср = Вср = Авх = Ωпр со средней яркостью в данном диапазоне к величине перехода "космос – Земля", составляющего с учетом размытия атмосферы Земли угол:
,
где Авх – площадь входного зрачка, Ωпр - угловой размер элемента матрицы.
Шумовая составляющая сигнала:
,
где η – отношение сигнал/шум.
Тогда среднеквадратическое значение флуктуационной погрешности будет равно
.
Представим отношение сигнал/шум как отношение величины лучистого потока на площадке приемника при работе по абсолютно черному телу Ф к минимальной разрешаемой величине потока Фш:
где σ – постоянная Стефана-Больцмана, T1 – температура АЧТ, τoпт – коэффициент пропускания оптической системы, ρ – коэффициент, учитывающий потери на отражение, T2 – средняя радиационная температура Земли.
Для системы с диаметром входного зрачка D = 4 мм отношение сигнал – шум составит η = 360. Тогда при, T1 = 300 К, τoпт = 0,8 [10], ρ = 0,97, T2 = 250 K [1], , θ = 3° среднеквадратическое значение флуктуационной погрешности будет σш = 0,5'.
Составляющими инструментальной погрешности будем считать погрешность юстировки оптической части прибора и геометрическую погрешность определения угла, соответствующего границе " Земля – космос" (угла горизонта).
Юстировка оптической части прибора обеспечивается прецизионной имитационной аппаратурой с предельной погрешностью Δю = 1'.
Предельная погрешность при вычислении угловых координат горизонта θпi может быть уменьшена за счет интерполяции до величины не более 0,5'. Тогда с учетом осреднения по строкам матрицы данная погрешность уменьшится в раз и составит
.
Источником методической погрешности прибора является отличие рабочего источника – Земли от идеальной равнояркой сферы.
Величина этой погрешности не зависит от типа прибора и определяется только геометрическими параметрами планеты и орбиты ИСЗ и вариациями яркости Земли. Максимальная величина этой погрешности имеет место в меридиональном направлении при широте подспутниковой точки Ш0 = 45° и для высоты полета H = 650 км меняется в пределах ±9' и может быть полностью скомпенсирована алгоритмическим путем [11].
Остаточная среднеквадратическая погрешность за счет широтной вариации яркости не превышает σя = 1'.
Погрешность из-за случайных метеорологических факторов зависит от яркости ИК-горизонта Земли и при средней яркости составляет 3' [11]. Средний размер участков неоднородности атмосферы для диапазона 8–14 мкм составляет 600 км (средний размер облачности), тогда при высоте полета 650 км на визируемый участок горизонта приходится порядка 11 участков неоднородности атмосферы, в результате осреднения данная величина снижается до 0,9':
.
В окне прозрачности (8–12 мкм) имеет место существенная вариация как яркости, так и высоты излучающей атмосферы в пределах от твердого горизонта до верхних слоев тропосферы. Cреднеквадратическое отклонение высоты излучающей атмосферы составляет σh = 2,5 км. В угловой мере с учетом осреднения она составит σh = 0,9' [11].
Считая погрешность Δю систематической, погрешности σш, σг, σм, σя, случайными и независимыми с нормальным распределением, погрешность σh = 0,9' случайной с равномерным распределением, получим формулу суммарной погрешности в виде
.
При подстановке числовых значений в данную формулу получим Δсум = 5,7'.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Разработанная принципиальная схема ПМВ на основе зеркально-линзового объектива (панорамной кольцевой PAL- линзы) и микроболометрической матрицы исключает оптико-механическое сканирование, обеспечивает упрощение конструкции, увеличение ресурса работы прибора, уменьшает его энергопотребление, а также упрощает расположение ПМВ на корпусе КА. Предлагаемый алгоритм преобразования сигналов позволяет осуществлять яркостную коррекцию сигнала при определении угла отклонения оси КА от вертикали.
Расчетная точность ПМВ при использовании предлагаемого технического решения характеризуется предельной погрешностью не более 5,7' в диапазоне углов рассогласования ±3° при высоте полета КА до 1 000 км, что сопоставимо с ПМВ секущего типа (с оптико-механическим сканированием).
Преимущества предлагаемого технического решения особенно актуальны для малых КА с ограниченным энергопотреблением и длительным ресурсом работы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Федосеев В.И., Колосов М.П. Оптико-электронные приборы ориентации и навигации космических аппаратов: учеб. пособие. – М.: Логос, 2007.
2. Соломатин В.А., Иванова Н.В. Современные направления развития панорамных оптических и оптико-электронных систем. Сборник трудов Х Международной конференции "Прикладная оптика‑2012", 15–19 октября 2012. – Оптическое общество им. Д. С. Рождественского, 2012, т. 1, с. 141–144.
3. P.Greguss, E.Greguss. Folded optical system for simultaneous attitude measurement and ground imaging – a proposal.XVII IMEKO World CongressMetrology in the 3rd Millennium June 22–27, 2003, Dubrovnik, Croatia. – Proceedings, p. 163–166.
4. Соломатин В. А. Панорамная видеокамера. – Фотоника, 2009, № 4, с. 26–28.
5. Гандлевский Ю.М., Михайлов Е.Н. Оценка точности инфракрасных построителей местной вертикали по результатам летных испытаний. – Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ, № 4, 2014, с. 31–38.
6. Демьяненко М.А., Есаев Д.Г. Разработка и применение неохлаждаемых матричных микроболометров для террагерцевого диапазона. – Вестник НГУ, серия Физика, т. 5. № 4, 2010, с. 82–87.
7. Lehner, D.L., Richter, A.G., Matthys, D.R., Gilbert, J. A. Characterization of the panoramic annular lens. – Experimental Mechanics, 1996, 36(4), p. 333–338.
8. Соломатин В.А. Системы контроля и измерения с многоэлементными приемниками излучения. – М.: Машиностроение, 1992.
9. Адрианов Ю.Г., Караваев И.И., Сафронов Ю.П., Тулупов В.И. Инфракрасные спектры излучения Земли в космос. – М.: Советское Радио, 1973, с. 5–15.
10. Гайнутдинов И.С., Шувалов Н.Ю. Просветляющие покрытия ни подложках из германия в окнах прозрачности ИК области спектра 3–5 мкм и 8–12 мкм. – Оптический журнал, 2009, т. 76, № 5, с. 68–72.
11. Гандлевский Ю.М., Михайлов Е.Н. Оценка точности инфракрасных построителей местной вертикали по результатам летных испытаний. – Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ, 2014, № 4, с. 31–38.
Отзывы читателей
