КОСМИЧЕСКИЙ СКАНИРУЮЩИЙ ТЕПЛОПЕЛЕНГАТОР Российский патент 1995 года по МПК G01S3/78 G01C21/24 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к сканирующим приборам обнаружения, и может быть использовано при разработке систем тепловизионной техники.

Известны оптические системы сканирования с коническим обзором пространства при помощи наклонных зеркал, клиньев, оптические оси которых установлены под углом к оси вращения, проходящей через неподвижный приемник излучения. Эти оптические системы используют в самолетных сканирующих приборах для последовательного получения по строкам изображений подстилающей поверхности при помощи одноэлементного приемника излучения. Для получения более широкого участка (строки) подстилающей поверхности необходимо применить многоэлементный линейный приемник излучения, но это приводит к тому, что требуется вместе с объективом поворачивать и приемник излучения. Осуществление этого в классических схемах приводит к ряду существенных проблем: установка блоков в опорах при механическом контакте с корпусом ухудшает разрешающую способность, так как такой вращающейся системе свойственны вибрация, износ трущихся деталей, снижение ресурса работы; установка гибких проводов и скользящих контактов для питания приемника излучения и передачи информации с него ведет к ненадежности функционирования всей системы.

Поэтому в условиях невесомости и практически отсутствия сопротивления воздуха в космическом пространстве представляется возможность за счет вращения всего космического носителя совершать сканирование пространства всей оптической системой. Такой способ сканирования за счет вращения космического носителя применен в теплопеленгаторе США спутника "TMEWS", содержащем корпус носителя, внутри которого под углом α 7,5^о к оси аппарата установлен телескоп, в фокальной плоскости которого размещен линейчатый приемник излучения, блок питания и блоки обработки сигналов. При вращении космического носителя со скоростью 6 об/мин поле зрения телескопа равное 6,8^о совершает периодическое сканирование наблюдаемого пространства по круговой траектории в общем телесном угле 2β= 18,8^о при центральной мертвой зоне 5,2^о. Отображение информации о пространстве предметов производится в простой радиальной системе координат, которая без избыточности согласуется с геометрией наблюдаемого пространства. При таком однонаправленном круговом сканировании обеспечивается 100% КПД сканирования, с минимальной задержкой по времени ведется обработка информации.

К недостаткам данного устройства можно отнести потребности в больших затратах энергии, требуемой для закручивания, поддержания скорости вращения и коррекции оси визирования всего носителя.

Цель изобретения снижение потребляемой энергии для вращения сканирующего устройства и прецизионной стабилизации поля обзора с сохранением положения оси визирования путем снижения инерционных масс вращающихся частей.

Это достигается тем, что в космическом сканирующем теплопеленгаторе, содержащем основание, жестко связанное с корпусом носителя, установленную под углом к оси вращения корпуса приемного узла оптическую систему, в фокальной плоскости которой размещен линейчатый приемник излучения, блок питания и блоки первичной и вторичной обработки сигналов, оптическая система, приемник излучения и первичный блок обработки сигналов объединены в приемный узел, корпус которого соединен с основанием носителя через управляемые магнитные опоры, вторичный блок обработки сигналов, размещенный на основании, энергетически сопряжен с блоком первичной обработки через рабочий зазор, например, при помощи оптопар с открытым оптическим каналом. При этом блок питания может быть выполнен в виде кольцевого разрезного броневого транспортера, установленного концентрично оси вращения приемного узла, одна часть блока питания размещена на основании носителя, а другая на приемном узле. Кроме того, с целью изменения угла обзора оптическая система выполнена с возможностью изменения угла наклона оптической оси объектива к оси вращения корпуса приемного узла.

На фиг.1 изображена общая схема теплопеленгатора; на фиг.2 схема управляемых магнитных опор; на фиг.3 поле обзора теплопеленгатора.

Теплопеленгатор содержит основание 1 носителя (см. фиг.1), с которым через управляемые магнитные опоры 2 соединен корпус 3 "плавающего" приемного узла 4, включающего оптическую систему 5, линейчатый приемник 6 излучения и блок 7 первичной обработки сигналов. Оптическая ось 8 оптической системы 5 установлена под углом α к оси 9 вращения приемного узла 4. На корпусе 3 соосно с осью 9 вращения размещены также тороидальной броневой сердечник 10 трансформатора с вторичной обмоткой 11 и излучатель 12 оптопары, а на основании 1 носителя без механического контакта с деталями корпуса 3 неподвижно закреплены тороидальной броневой сердечник 13 с первичной обмоткой 14, питающейся от сети переменного тока, и приемная часть 15 оптопары соединенная с блоком 16 вторичной обмотки сигналов информации. Управляемые магнитные опоры 2 включают магнитопроводящее кольцо 17 (см. фиг.2), жестко соединенное с корпусом 3 приемного узла 4, и группу концентрично расположенных постоянных силовых магнитов 18 с дополнительной обмоткой 19, электрически соединенной с блоком 20 стабилизации и управления. Приемный узел 4 в корпусе 3 вращается вокруг оси 9 за счет секторов 21 асинхронного привода. Приемный узел 4 в корпусе 3 может изменять угол наклона дискретно или плавно при помощи соответствующих известных приводов.

Космический сканирующий теплопеленгатор работает следующим образом.

При полете носителя приемный узел 4 вместе с корпусом 3 свободно вращается вокруг оси 9 в магнитных опорах 2. Управление положением кольцевого магнитопровода 17 в рабочих зазорах между постоянными магнитами 18 осуществляется блоком 20 по соответствующим сигналам от датчика 22, расположенного на носителе и фиксирующего колебания. Оптическая система 5, расположенная под углом α к оси 9 вращения корпуса 3, сканирует поле обзора 2β по круговой траектории (см. фиг.3, ось 9 условно повернута на 90^о в плоскости чертежа) и передает сфокусированное изображение отдельных участков пространства предметов в плоскость чувствительных элементов линейки 23 приемника 6 излучения.

Лучистая энергия преобразуется в электрические сигналы, которые обрабатываются в первичном блоке 7 и передаются на дискретные излучатели 12 оптопары, откуда сигналы поступают на приемную часть 15 оптопары и окончательно обрабатываются во вторичном блоке 16. Электроэнергия для питания приемника 6 и блока 7 первичной обработки сигнала при этом передается от первичной обмотки 13 к вторичной обмотке 11 через постоянный зазор посредством индуктивной связи.

При магнитной левитации в управляемых магнитных опорах отсутствует механический контакт между сканирующим приемным узлом 4 и основанием 1 носителя, поэтому отсутствует трение, что позволяет получить высокие точностные параметры сканирования и повысить ресурс работы устройства. Управляемая характеристика жесткости магнитных опор демпфирует колебания и дополнительно позволяет реализовать прецизионную стабилизацию поля обзора в пределах путации и ухода космического носителя, используя гироскопический эффект вращающегося приемного узла. Вследствие уменьшения габаритов и инерционных масс стабилизация поля обзора и оси визирования требует меньших затрат.

Использование: оптическое приборостроение, в системах тепловизионной техники. Сущность изобретения: теплопеленгатор содержит основание 1 носителя, с которым через управляемые магнитные опоры 2 соединен корпус 3 "плавающего" приемного узла 4, включающего оптическую систему 5, линейчатый приемник 6 излучения и блок 7 первичной обработки сигналов. Оптическая ось 8 оптической системы 5 установлена под углом к оси 9 вращения приемного узла 4. На корпусе 3 соосно с осью 9 размещены тородоидальный броневой сердечник 10 трансформатора с вторичной обмоткой 11 и излучатель 12 оптопары, а на основании 1 носителя без механического контакта с корпусом 3 неподвижно закреплены сердечник 13 с первичной обмоткой 14 и приемная часть 15 оптопары, соединенная с блоком 16 вторичной обработки сигналов. Управляемые магнитные опоры 2 включают магнитопроводящее кольцо 17 и группу концентрично расположенных постоянных магнитов 18 с дополнительной обмоткой, электрически соединенной с блоком стабилизации и управления. Приемный узел 4 в корпусе 3 вращается вокруг оси 9 за счет секторов 21 асинхронного привода. 3 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. КОСМИЧЕСКИЙ СКАНИРУЮЩИЙ ТЕПЛОПЕЛЕНГАТОР, содержащий основание, жестко связанное с корпусом носителя, установленную под углом к оси вращения корпуса приемного узла оптическую систему, в фокальной плоскости которой размещен линейчатый приемник излучения, блок питания и блоки первичной и второй обработки сигналов, отличающийся тем, что оптическая система, приемник излучения и блок первичной обработки сигналов объединены в приемный узел, корпус которого соединен с основанием через управляемые магнитные опоры, вторичный блок обработки сигналов, размещенный на основании, энергетически сопряжен с блоком первичной обработки через рабочий зазор, часть блока питания размещена на основании, а другая его часть на приемном узле. 2. Теплопеленгатор по п.1, отличающийся тем, что блок вторичной обработки энергетически сопряжен с блоком первичной обработки при помощи оптопар с открытым оптическим каналом. 3. Теплопеленгатор по п.1, отличающийся тем, что блок питания выполнен в виде кольцевого разрезного броневого трансформатора, установленного концентрично оси вращения приемного узла. 4. Теплопеленгатор по пп.1 3, отличающийся тем, что, с целью изменения угла обзора, оптическая система выполнена с возможностью изменения угла наклона оптической оси объектива к оси вращения корпуса приемного узла.