СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕЛЕВИЗИОННЫМ ВИДЕОСПЕКТРАЛЬНЫМ КОМПЛЕКСОМ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА Российский патент 1996 года по МПК B64G9/00 

Изобретение относится к космической технике, а более конкретно, к телевизионным видеоспектральным комплексам (ТВК) и системам управления ими (СУ ТВК), установленным на борту космического аппарата (КА). Предлагаемая система может использоваться для получения оперативной научной и визуальной информации, для решения задач геологии, рыбоpазведки, сельского хозяйства, метеорологии, а также военно-прикладных задач.

Известен (см. например, книгу [1] ) ТВК долговременных орбитальных станций (ДОС). Он представляет собой комплекс целевой научной (ЦНА) и телевизионной аппаратуры (ТВС), установленной на борту, имеющий связи с бортовой телеметрической системой управления бортовым комплексом (СУБК).

При этом часть аппаратуры ТВК закрепляется на наружной стороне корпуса ДОС. Управление работой аппаратуры осуществляется путем выдачи команд от наземного комплекса управления (НКУ) по командной радиолинии (КРЛ) в СУБК ДОС, либо вручную космонавтами. Существенными недостатками описанного ТВК является ограниченная эффективность, низкая оперативность и невысокая экономичность, так как при работе ТВК необходимо построение специальной ориентации для наблюдения за различными районами подстилающей поверхности, а вследствие того, что аппаратура ТВК жестко закреплена на корпусе ДОС, возникает необходимость в программных разворотах всей ДОС. Это приводит, во-первых, к временным затратам, во-вторых, к затратам энергетики (электроэнергии либо рабочего тела системы исполнительных реактивных двигателей), причем, учитывая большие размеры и массы современных ДОС, затраты на построение специальной ориентации существенны. Кроме того, данный ТВК обладает невысоким удобством эксплуатации, т.к. при его работе возникают ограничения, связанные, например, с необходимостью одновременного проведения геофизических экспериментов, требующих построения конкретной ориентации, и, с другой стороны, подзарядки буферных батарей, требующей ориентации на Солнце. Все указанные недостатки существенно снижают эффективность функционирования ДОС в народнохозяйственных целях.

Также известна в настоящее время СУ ТВК космического аппарата "ВЕГА" (см. например, книгу [2]), взятая авторами за прототип.

Система-прототип включает автоматическую стабилизированную платформу с установленной на ней целевой научной аппаратурой и телевизионной системой, а также аналоговым и телевизионным датчиком наведения, при этом сигналы с аналогового датчика наведения поступают в блок определения поправок наведения по измерениям аналогового датчика, а сигналы с выхода телевизионного датчика наведения поступают на вход блока определения поправок наведения по измерениям телевизионного датчика, а выходы блоков определения поправок подключены ко входу блока задания углов наведения, к другому входу которого подключен выход обратной связи автоматической стабилизированной платформы, а выход блока задания углов наведения подключен ко входу автоматической стабилизированной платформы.

Блок-схема системы-прототипа приведена на фиг.1, где приняты следующие обозначения:
1 автоматическая стабилизированная платформа (АСП); 2 целевая научная аппаратура (ЦНА); 3 телевизионная система (ТВС); 4 телевизионный датчик наведения (ТВДН); 5 аналоговый датчик наведения (АДН); 6 блок определения поправок наведения по измерениям аналогового датчика наведения (БОПАДН); 7 - блок определения поправок наведения по измерениям телевизионного датчика наведения (БОПТВДН); 8 блок задания углов наведения (БЗУН); 9 блок формирования управляющих воздействий (БФУВ).

Опишем работу системы-прототипа и устройство ее функциональных блоков.

АСП (1) представляет собой опорно-поворотное устройство, закрепленное в двухстепенном подвесе. АСП (1) снабжена двумя шаговыми двигателями, которые могут обеспечивать ее прокачку в двух взаимно-перпендикулярных направлениях. Скорость разворотов шаговых двигателей задается и регулируется от внешних сигналов. АСП имеет оптические датчики положения по обоим каналам, которые измеряют угловые смещения платформы. На поворотной раме АСП закреплена ЦНА (2), в состав которой входят спектрометрические приборы, работающие в широком диапазоне длин волн. Также на раме АСП закреплена ТВС (3), включающая в себя телевизионную камеру. Оптические оси приборов ЦНА и ТВС располагаются соосно вдоль поворотной рамы АСП. Установленные на поворотной pаме ТВДН (4) и АДН (5) представляют собой цифровой и аналоговый датчики, вырабатывающие на своих выходах сигналы рассогласования между продольной осью рамы (совпадающей с точностью погрешностью установки с оптическими осями датчиков) и направлением на центр визируемого объекта (в данном случае ядра кометы). БОПАДН (6) и БОПТВДН (7) представляют собой счетно-решающие устройства, в которых определяются необходимые углы доворотов АСП до совмещения ее оси с направлением на цель. БЗУН (8) представляет собой счетно-решающее устройство, включающее в себя задатчики угловых координат цели в системе осей АСП и блоки учета угловых поправок наведения. БФУВ (9) представляет собой счетно-решающее устройство, формирующее угловые скорости (управляющие воздействия) наведения АСП для обеспечения слежения за целью. Данная система функционирует следующим образом: на участке встречи КА с кометой по командной радиолинии (КРЛ) в БЗУН (8) задавались угловые координаты центра ядра кометы; после этого начиналась выставка АСП (1) в заданную точку наблюдения. При попадании изображения объекта в поле зрения датчиков АДН (5) и ТВДН (4) на их выходах начинали формироваться сигналы, пропорциональные отклонениям от цели, которые, обрабатываясь в БОПТВДН (6) и БОПАДН (7), поступали в БЗУН (8) и, учитываясь в БФУВ (9), формировали сигналы отклонения АСП (1) для совмещения ее оси визирования с целью. Научная и телевизионная информация от ЦНА (2) и ТВС (3) поступала по каналу передачи телеметрической информации в НКУ.

Описанная система-прототип была предназначена для решения конкретной ограниченной задачи наблюдения за ядром кометы на участке встречи. Ведение в состав ТВК поворотной платформы было обусловлено необходимостью получения видеоспектральной информации на участке сближения с кометой в течение всего протяженного участка встречи с одновременным требованием поддержания точной ориентации КА для обеспечения радиотелеметрической связи с НКУ через остронаправленные антенны космического аппарата.

Система-прототип не предназначена для оперативного наведения комплекса научной аппаратуры на произвольные наблюдаемые с борта КА ориентиры, расположенные на поверхности Земли и на небесной сфере. Система-прототип неспособна решать задачи автоматического отслеживания указанных ориентиров. Недостатками системы-прототипа являются невозможность оперативной переориентации комплекса научной аппаратуры и наведения его на наблюдаемый новый объект, так как управление системой-прототипом осуществляется явным заданием углов выставки платформы, без визуальной оперативной обратной связи с НКУ. При движении по околоземным орбитам угловые скорости перемещения ориентиров существенно выше, а диапазон их изменения на ограниченном интервале видимости ориентира значителен, поэтому управление по КРЛ заданием угловых уставок становится проблематичным. Система-прототип позволяет автоматически отслеживать лишь узкий класс объектов с ярко выраженными характерными свойствами (ядра комет, небесные светила и т.п.). Поэтому с ее помощью невозможно обеспечить наблюдение произвольных наземных ориентиров. Также невозможно обеспечить отслеживание произвольных направлений, заданных в орбитальной системе, таких, как надир, зенит, горизонт и т.д.

Целью предлагаемого изобретения является обеспечение оперативного наведения комплекса научной аппаратуры на произвольные ориентиры, расположенные на подстилающей поверхности, на небесной сфере, а также заданные в орбитальной системе, и последующее автоматическое отслеживание указанных ориентиров, с одновременным обеспечением возможности оперативной переориентации комплекса научной аппаратуры и коррекции его положения в телеоператорном режиме, с одновременным повышением оперативности и удобства эксплуатации.

Предлагаемая система управления телевизионным видеоспектральным комплексом, включающая автоматическую стабилизированную платформу с установленной на ней целевой научной аппаратурой и телевизионной системой, блок формирования управляющих воздействий, выход которого связан с управляющим входом автоматической стабилизированной платформы, блок задания параметров движения космического аппарата, блок здания текущей ориентации космического аппарата, блок задания целеуказаний, ручку управления ориентацией, видеоконтрольное устройство, бортовую телефонно-телеграфную систему, вход которой связан с выходом наземной телефонно-телеграфной системы, бортовой генератор времени, наземную станцию приема телевидения для достижения указанной цели включает последовательно соединенные блок синхронизации приема телефонно-телеграфных сообщений, вход которого соединен с выходом бортовой телефонно-телеграфной системы, блок контроля приема и выделения телефонно-телеграфных сообщений, блок формирования типа режима наведения с явным заданием целеуказаний, три параллельно соединенных между собой ключевых элемента, блок формирования угловой скорости движения ориентира и блок определения угловой скорости наведения, выход которого подключен к первому входу блока формирования управляющих воздействий, последовательно соединенные блок формирования сообщений квитирования, вход которого соединен с выходом блока контроля приема и выделения телефонно-телеграфных сообщений, бортовой блок формирования контрольных сообщений и бортовой блок формирования и выдачи телефонно-телеграфных сообщений, выход которого соединен со вторым входом бортовой телефонно-телеграфной системы, последовательно соединенные бортовой пульт задания режимов наведения, бортовой блок формирования типа режима наведения, выход которого подключен ко входам первого, второго и третьего ключей, и параллельно соединенных между собой четвертого, пятого и шестого ключа, выходы которых подключены к первому входу бортового блока задания целеуказаний, второй вход которого соединен со вторым выходом блока формирования типа режима наведения с явным заданием целеуказаний, последовательно соединенные блок определения углового удаления платформы от границ зоны возможных перемещений, вход которого объединен со вторым входом блока определения угловой скорости и соединен с выходом автоматической стабилизированной платформы и блок формирования предельной угловой скорости, выход которого подключен ко второму входу блока формирования управляющих воздействий, последовательно соединенные наземная ручка управления ориентацией, наземный блок формирования сигналов коррекции, блок формирования телеуправления, наземный блок формирования контрольных сообщений и наземных блок формирования и выдачи телефонно-телеграфных сообщений, выход которого подключен к первому входу наземной телефонно-телеграфной системы, второй вход которой подключен к выходу бортовой телефонно-телеграфной системы, последовательно соединенные наземный блок синхронизации приема, вход которого соединен с выходом наземной телефонно-телеграфной системы, блок приема сообщений квитирования, блок управления сигнальным транспарантом и сигнальный транспарант, последовательно соединенные наземный пульт задания режимов наведения, наземный блок формирования типа режима наведения, и блок формирования сообщений о задании режима наведения, выход которого подключен ко второму входу наземного блока формирования контрольных сообщений, а также введены бортовой блок формирования сигналов коррекции, вход которого соединен с выходом бортовой ручки управления ориентацией, а выход подключен к третьему входу блока определения угловой скорости, блок формирования поправок коррекции, вход которого соединен с выходом блока контроля приема и выделения телефонно-телеграфных сообщений, а выход соединен с четвертым входом блока определения угловой скорости, наземный блок задания целеуказаний, выход которого соединен со вторым входом блока формирования сообщений о задании режимов наведения, три блока формирования углового положения цели, первые входы которых соединены с выходом блока задания текущей ориентации, вторые входы подключены к выходу бортового блока задания целеуказаний, третьи входы второго и третьего блоков формирования углового положения цели подключены к выходу бортового генератора времени, четвертые входы подключены к выходу блока задания параметров движения космического аппарата, а выходы трех блоков формирования углового положения цели подключены ко вторым входам соответственно первого, второго и третьего ключей, три блока определения координат цели, первые входы которых подключены к выходу автоматической стабилизированной платформы, вторые входы соединены с выходом блока задания текущей ориентации, третьи входы второго и третьего блоков определения координат цели подключены к выходу бортового генератора времени, четвертые входы подключены к выходу блока задания параметров движения космического аппарата, а выходы трех блоков определения координат цели подключены ко вторым входам соответственно четвертого, пятого и шестого ключей, при этом пятый вход блока определения угловой скорости соединен с выходами первого, второго и третьего ключей, выход блока контроля приема и выделения телефонно-телеграфных сообщений соединен со вторым входом бортового блока формирования типа режима наведения, а второй выход бортового блока формирования и выдачи телефонно-телеграфных сообщений соединен со вторым входом бортового блока синхронизации.

Блок-схема предлагаемой системы приведена на фиг.2, где приняты следующие обозначения:
1 автоматическая стабилизированная платформа (АСП); 2 целевая научная аппаратура (ЦНА); 3 телевизионная система (ТВС); 9 блок формирования управляющих воздействий (БФУВ); 10 блок задания параметров движения космического аппарата (БЗПД); 11 блок задания текущей ориентации (БЗТО); 12 генератор времени (ГВ); 13 ручка управления ориентацией (РУО); 14 - видеоконтрольное устройство (ВКУ; 15 бортовая телефонно-телеграфная система (БТТС); 16 наземная телефонно-телеграфная система (НТТС); 17 наземная ручка управления ориентацией (НРУО); 18 сигнальный транспарант (СТР); 19 - наземная станция приема телевидения (СПТВ); 20 бортовой блок задания целеуказаний (БЗЦУ); 21 наземный блок задания целеуказаний (НБЗЦУ); 22 - блок синхронизации приема телефонно-телеграфных сообщений (БСП); 23 блок контроля приема и выделения телефонно-телеграфных сообщений (БКПВС); 24 блок формирования типа режима наведения с явным заданием целеуказаний (БФРЦУ); 25 - блок формирования сообщений квитирования (БФКВ); 26 бортовой блок формирования и выдачи телефонно-телеграфных сообщений (ББФВС); 27 бортовой пульт задания режимов наведения (БПЗРН); 28 бортовой блок формирования типа режима наведения (ББФРН); 29 первый блок определения координат цели (БОК1); 30 второй блок определения координат цели (БОК2); 31 третий блок определения координат цели (БОК3); 32 первый ключ (К1); 33 второй ключ (К2); 34 третий ключ (К3); 35 первый блок формирования углового положения (ФУП1); 36 второй блок формирования углового положения (БФУП2); 37 третий блок формирования углового положения (БФУП3); 38 четвертый ключ (К4); 39 - пятый ключ (К5); 40 шестой ключ (К6); 41 блок определения угловой скорости наведения (БОУСН); 42 блок формирования угловой скорости движения ориентира (БФУСЦ); 43 бортовой блок формирования сигналов коррекции (ББФСК); 44 блок формирования поправок коррекции (БФПК); 45 бортовой блок формирования контрольных сообщений (ББФКС); 46 блок определения углового удаления платформы от границ зоны возможных перемещений (БОУГЗ); 47 блок формирования предельной угловой скорости (БФПУС); 48 наземный пульт задания режимов наведения (НПЗРН); 49 наземный блок формирования типа режима наведения (НБФТР); 50 блок формирования сообщений о задании режима наведения (БФСЗР); 51 наземный блок формирования сигналов коррекции (НБФСК); 52 блок формирования телеуправления (БФТУ); 53 наземный блок формирования и выдачи телефонно-телеграфных сообщений (НБФВС); 54 наземный блок формирования контрольных сообщений (НБФКС); 55 наземный блок синхронизации приема (НБСП); 56 блок приема сообщений квитирования (БПСК); 57 блок управления сигнальным транспарантом (БУСТР).

Опишем функциональное назначение блоков, входящих в состав предлагаемой системы.

АСП (1) предназначена для наведения комплекса научной аппаратуры на ориентиры. Описание АСП (1) приведено в описании системы-прототипа.

ЦНА (2) включает научную измерительную аппаратуру, предназначенную для проведения спектрометрических наблюдений за ориентирами (участками земной поверхности, атмосферными образованиями, небесными телами и т.д.). В состав ЦНА, как правило, входят инфракрасные многоканальные спектрометры, работающие в различных участках спектра, а также любую другую научную аппаратуру. Приборы ЦНА устанавливаются на поворотную раму АСП (1) так, что их оптические оси направлены вдоль линии визирования поворотной рамы АСП. Информация с выходов приборов ЦНА поступает по телеметрическому каналу в наземный комплекс управления.

ТВС (3) представляет собой систему из одной или нескольких телевизионных камер, установленных на поворотной раме АСП (1), а также телевизионной аппаратуры для передачи видеоизображения, получаемого с телекамер, по телевизионному каналу в наземную станцию приема телевидения (СПТВ), установленную в наземном комплексе управления. При этом оптические оси визирования установленных на АСП (1) телекамер совпадают (соосны) по направлению с осью визирования поворотной рамы АСП (1).

БФУВ (9) предназначен для формирования управляющих воздействий, поступающих на управляющий вход АСП (1). Управляющие воздействия представляют собой сигналы, пропорциональные требуемым величинам угловых скоростей поворотов АСП (1) по каналам Управляющие воздействия формируются в соответствии со следующей логикой: поступающие на вход БФУВ (9) сигналы соответствующей требуемым угловым скоростям наведения на цель, которые поступают с выхода БОУСН (41), сравниваются с сигналами, пропорциональными предельным угловым скоростям движения АСП (1), поступающими с выхода БФПУС (47). Если , то на управляющий вход альфа АСП (1) подается сигнал . В противном случае на управляющий вход альфа АСП (1) подается сигнал, пропорциональный величине . Аналогичным образом управление осуществляется и по каналу бэта, и при условии на управляющий вход бэта АСП (1) подается сигнал, пропорциональный величине . Такая логика управления обеспечивает надежное и удобное управление АСП в реальном времени, поскольку исключает возможность выхода АСП на границу зоны возможных перемещений, автоматически подавая сигнал скорости обратного знака в случае превышения предельной скорости сближения с границей зоны возможных перемещений (ЗВП).

БЗПД (10) предназначен для задания параметров движения центра масс КА. В простейшем случае круговой орбиты он может быть реализован в виде четырех задатчиков регулируемого сигнала, на выходах которых формируются сигналы, пропорциональные элементам дельта (начальный аргумент широты), n (угловая скорость движения центра масс по орбите), Ω (долгота восходящего узла), i (наклонение орбиты). Параметры могут быть заданы по командной радиолинии, от автономной системы управления движением КА (СУД) либо операторами.

БОТО (11) предназначен для определения текущей ориентации осей КА в ИСК. Реализован он может быть, например, в виде задатчика начальной ориентации и трех интеграторов, на вход которых поступают сигналы датчиков угловых скоростей (ДУС), установленных вдоль осей КА. Начальная ориентация может поступать в БОТО (11) либо от СУД КА, либо задаваться по КРЛ от НКУ.

ГВ (12) является известным устройством и может быть в простейшем случае выполнен в виде источника постоянного сигнала и интегратора, на выходе которого формируется линейно растущий от времени сигнал.

РУО (13) является стандартным устройством, входящим в состав бортового оборудования ДОС. Она представляет собой рукоятку, соединенную с двумя реостатами и источником питания. Рукоятка может отклоняться в двух плоскостях, при этом на выходах соответствующих реостатов формируются сигналы, пропорциональные углам отклонения рукоятки.

ВКУ (14) широко известно и давно применяется на практике. Представляет собой приемник-преобразователь телевизионного изображения для получения на экране видеоизображения.

БТТС (15) широко используется в космической технике для приема телефонно-телеграфных сообщений на борту КА (см. например, книгу [6]), например, для голосовой связи с экипажем и для передачи телеграмм на борт. Функционирует в комплексе с НТТС (16), который предназначен для передачи сообщений на борт и получения телеметрической информации о работе канала связи. БТТС и НТТС включают приемо-передающие устройства, антенно-фидерные устройства, блоки постоянной модуляции. Диапазоны работы охватывают КВ и УКВ. Особенностью использования данных блоков предлагаемой системой является обеспечение посредством передачи телефонно-телеграфных сообщений управления в реальном времени бортовыми устройствами (поворотной платформой).

НРУО (17), установленная в наземной части системы, предназначена для осуществления телеоператорного управления наведением АСП (1). Устройство ее аналогично РУО (13).

СТР (18) предназначен для визуального контроля прохождения командных управляющих сообщений в бортовую часть предлагаемой системы. Он может быть реализован в виде сигнальной лампочки, источника питания и ключевого элемента импульсного действия. При подаче на управляющий вход ключа сигнала от БУСТР (57) осуществляется кратковременное зажигание сигнальной лампочки.

СПТВ (19) является известной станцией для приема ТВ-изображения, включающей антенно-фидерную систему, блоки преобразователей и ВКУ. СПТВ предназначена для приема и отображения на ВКУ телевизионной информации, передаваемой с борта КА от ТВС (3).

БЗЦУ (20) предназначен для задания координат отслеживаемых ориентиров. Он может быть реализован в виде двух запоминающих устройств, на выходе каждого из которых формируется сигнал, пропорциональный координатам a,,β (если ориентир задан в ОСК); a, δ (если ориентир задан в ИСК) или a, Φ (если ориентир задан в ГСК) соответственно.

БЗЦУН (21) предназначен для задания координат ориентиров в наземной части системы для последующей передачи их в составе сообщений о задании режимов наведения на борт. Реализован блок может быть в виде двух задатчиков регулируемого сигнала.

БСП (22) предназначен для обеспечения синхронизации приема телефонно-телеграфных сообщений (ТТС).

БКПВС (23) предназначен для контроля принимаемых сообщений и их выделения. Данный блок обеспечивает преобразование последовательного потока битов в конкретные сообщения, несущие информацию об управляющих сигналах, поступающих от наземной части системы. В прелагаемой системе предусматривается наличие следующих видов управляющих и контрольных сообщений:
задание автоматического режима наведения с явным вводом целеуказаний;
задание автоматического режима наведения без явного ввода целеуказаний;
сообщение телекоррекции;
сообщение квитирования.

Для каждого из указанных типов сообщений фиксирован специальный формат передачи. Опишем форматы передачи.

Сообщение о задании режима наведения с явным вводом целеуказаний занимает три шестнадцатиразрядных посылки (слов) в следующем формате:
KC, N 1-е слово сообщения
1-я коорд 2-е слово сообщения
2-я коорд 3-е слово сообщения
где КС контрольное восьмиразрядное сообщение,
N номер режима (8 бит).

В последних двух словах передаются две угловых координаты цели. При этом вводятся правила соответствия номера режима типу системы координат, в которой расположена цель:
если N 1, то цель в ИСК;
если N 2, то цель в ОСК;
если N 3, то цель в ГСК.

Сообщение о задании режима наведения без явного ввода целеуказаний занимает одно шестнадцатиразрядное слово в формате:
KC, N
При этом:
если N 4, то цель расположена в ИСК;
если N 5, то цель расположена в ОСК;
если N 6, то цель расположена в ГСК.

Сообщение телекоррекции включает 2 слова в следующем формате:
KC, 7
Da, Δβ
где Da, Δβ восьмиразрядные сообщения, несущие информацию о требуемых величинах угловых коррекций по скорости.

Сообщение квитирования включает одно шестнадцатиразрядное слово, в младшей и старшей части которого записаны коды "8".

Таким образом, вся совокупность возможных управляющих и контрольных (квитирующих) сообщений представлена восемью различными номерами сообщений N. По приходу конкретного сообщения с номером N бортовая часть системы должна обеспечить выполнение определенной циклограммы функционирования в каком-то конкретном режиме.

БФРЦУ (24) предназначен для формирования режима наведения со вводом целеуказаний. В его функции входит проверка поступающего со входа БКПВС номера задаваемого режима (формируемого на регистре РС1 в БКПВС (23)) и, в зависимости от значения номера, выдать управляющий сигнал на управляющие входы ключей (32), (33), (34) по следующему алгоритму:
если N 1, то замкнуть ключ (32)
если N 2, то замкнуть ключ (33)
если N 3, то замкнуть ключ (34)
Кроме того, в функции этого блока входит выдача в БЗЦУ (20) содержимого регистров РС2 и РС3, содержащих координаты ориентира. Реализован данный блок может быть, например, в виде совокупности элементов типа блоков сравнения, и ключевых элементов.

БФКВ (25) предназначен для формирования квитирующих сообщений. Такие сообщения посылаются из бортовой части подсистемы в наземную при условии корректного прохождения и приема ТТС-сообщений в блоке БКПВС (23), который инициирует БФКВ (25). При этом на выходе БФКВ (25) формируется стандартный код сообщения квитирования ("8"), поступающий в ББФКС (45). Реализован БФКВ (25) может быть, например, в виде источника постоянного сигнала и ключевого элемента.

ББФВС (26) предназначен для формирования ТТС сообщений и выдачи их в БТТС (15). Он реализует обратную по отношению к ББСП (22) функцию, может быть реализован аналогичной схемой, включающей генератор синхроимпульсов, счетчики, ключевые элементы, линию задержки, сдвиговый регистр. По приходу сигнала от ББФКС (45) блок начинает реализовывать синхронизированную циклограмму побитной передачи требуемого сообщения на вход БТТС (15).

БПЗРН (27) предназначен для задания режимов наведения без явного ввода целеуказаний. Он должен обеспечивать формирование на выходе (в выходном регистре) кодов, соответствующих номерам режимов наведения без явного ввода целеуказаний. БПЗРН (27) реализуется, например, в виде помещенных в корпус трех источников постоянного сигнала, соединенных со входами трехпозиционного переключателя, выходного регистра и ключа. При этом рукоятка трехпозиционного переключателя выведена на внешнюю сторону корпуса. Также на корпусе имеется кнопка "ПУСК", замыкающая ключ на выходе блока. Для задания режима необходимо установить рукоятку переключателя в нужное положение ("ИСК", "ОСК" либо "ГСК") и нажать кнопку "ПУСК". При этом на выходном регистре БПЗРН (27) формируются значения "4" (если цель в "ИСК"), "5" (если цель в ОСК) либо "6" (если цель в ГСК), поступающие далее на вход ББФРН (28).

ББФРН (28) предназначен для формирования в бортовой части системы типа режима наведения без явного ввода целеуказаний. Его функции аналогичны БФРЦУ (24), за исключением необходимости пересылать в ББЗЦУ (20) координат цели, т. к. он обеспечивает задание режимов наведения без явного ввода целеуказаний. Реализован ББФРН (28) может быть, например, в виде трех блоков сравнения и ключевых элементов с источником постоянного сигнала, обеспечивающих замыкание ключей 32 и 38 (если номер режима 4), 33 и 39 (если номер режима 5) и 34 и 40 (если номер режима 6).

БОК1 (29) предназначен для определения географических координат цели и реализует соотношения (13 16). На вход блока поступают сигналы W, i, n, Δ с выхода БЗПД (10), компоненты матрицы IS с выхода БОТО (11) и текущее время t с выхода ГВ (12). На выходе блока формируются сигналы v_г и λ_г.. Реализован БОК1 (29) может быть в виде спецвычислителя.

БОУ2 (30) предназначен для определения орбитальных координат цели и реализует соотношения (6 7). На вход блока поступают сигналы Ω, i, n, Δ с выхода БЗПД (10), компоненты IS с выхода БОТО (11) и текущее время с выхода ГВ (12). На выходе блока формируются сигналы b_o, γ_o.. Реализован БОК2 (30) может быть, например, в виде спецвычислителя.

БОК3 (31) предназначен для определения инерциальных координат цели и реализует соотношения (4). На вход БОК3 (31) поступают сигналы IS с выхода БОТО (11).

Для определения координат цели в какой-либо из базовых систем (ИСК, ОСК, ГСК) необходима информация о текущем положении линии визирования платформы. На входы БОК1 (29), БОК2 (30) и БОК3 (31) поступают сигналы обратной связи АСП (1) α_пл и β_пл..

Ключи 32, 33, 34 предназначены для коммутации выходов БФУП1 (35), БФУП2 (36) и БФУП3 (37) со входом БФУСЦ (42), их управляющие входы подключены к выходам БФРЦУ (24) и ББФРН (28) и соединены внутри по схеме "ИЛИ". Замыкание ключей производится в зависимости от типа цели.

БФУП1 (35) предназначен для формирования углов наведения на цель, заданную в ИСК. Данный блок реализует соотношения (2 3). На вход блока поступают координаты цели α_и, δ_и и компоненты IS с выхода БОТО (11). На выходе блока формируются углы наведения α_н, β_н..

ПБУП2 (36) и БФУП3 (37) предназначены для формирования углов наведения на цель, заданную в ОСК и ГСК соответственно. Они реализуют соотношения (7) и (8) соответственно. На входы блоков поступают сигналы IS с выхода БОТО (11), текущее время t с выхода ГВ (12), координаты цели в базовой системе с выхода ББЗЦУ (20), а также параметры движения из БЗПД (10<Реализованы блоки БФУП1 (35), БФУП2 (36) и БФУП3 (37) могут быть, например, в виде спецвычислителей.

Ключевые элементы 38, 39, 40 предназначены для коммутации выходов БОК1 (31), БОК2 (30) и БОК3 (29) со входом ББЗЦУ (20).

БОУСН (41) предназначен для определения угловой скорости наведения. БОУСН (41) реализует функциональные зависимости:

На первый вход сумматора (139) поступает сигнал α_пл с выхода АСП (1), на второй его вход (инверсный) поступает сигнал α_ц общего выхода ключей 32, 33, 34. Результирующий сигнал α_пл-α_ц поступает на вход СУ (143), на другой вход которой поступает сигнал К из ЗПС (145). Результирующий сигнал поступает на вход сумматора (140), на другие входы которого поступают сигналы с выхода БФУСЦ (42), с выхода ББФСК (43), с выхода БФАК (44). Сформированный на выходе сумматора (140) сигнал поступает на выход блока. Аналогичным образом функционирует схема обработки по каналу β. Принятая схема формирования скорости наведения обеспечивает как предварительное наведение на цель, когда величина a_пл-α_ц может быть достаточно большой, так и последующее отслеживание цели, т.е. при условии α_пл-α_ц 0 платформа будет двигаться со скоростью .

БФУСЦ (42) предназначен для формирования сигналов угловой скорости цели. На его вход поступают сигналы α_ц, β_ц, а на выходе формируются сигналы . Реализован БФУСЦ (42) может быть, например, в виде двух дифференцирующих звеньев.

ББФСК (43) предназначен для формирования сигналов коррекций положения платформы по двум каналам α и β. На вход блока поступают сигналы отклонения ручки управления с выходов БРУО (13). ББФСК (43) содержит две схемы умножения и источник регулируемого сигнала, задающий коэффициент чувствительности контура ручной коррекции Р, при этом блок реализует зависимости:


Изменяя значение Р, можно регулировать отношение угловой скорости коррекции к углу отклонения ручки управления.

БФПК (44) предназначен для формирования сигналов поправок коррекции при телеуправлении. При этом на его вход поступают сформированные в БКПВС на выходных регистрах РС1, РС2 сигналы номера режима N и значения корректирующих уставок. В БФПК (44) осуществляется сравнение N с кодом типа режима телекоррекций ("7"), и, если N 7, то производится преобразование уставочных значений , поступающие на входы БОУСН (41). Реализован блок может быть, например, в виде блока сравнения и блоков преобразования типа ЦАП (цифроаналогового преобразования).

ББФКС (45) предназначен для формирования контрольных сообщений (КС), входящих в состав информации, передающейся из бортовой части системы в наземную. В его функции входит подсчет числа единичных разрядов передаваемого сообщения и логического сложения получившейся КС со старшими 8 разрядами первого слова (см. описание формата ТТС-сообщений). Реализован блок может быть, например, в виде восьмиразрядного счетчика и схемы сложения.

БОУГЗ (46) предназначен для определения угловых удалений текущего положения платформы от границы зоны возможных перемещений (ЗВП) поворотной платформы. В функции блока входит определение углов
БФПУС (47) предназначен для формирования предельной величины угловой скорости движения платформы. Эта предельная скорость равна максимальной угловой скорости, при которой еще возможна остановка платформы до достижения ею границы ЗВП, и зависит от возможного ускорения платформы и ее удаленности до границы зоны возможных перемещений. БФПУС (47) реализует следующие зависимости:

где α_п, β_п величины предельных скоростей;
a максимальное ускорение платформы (модуль);
α_г, β_г удаления от границ ЗВП. БФПУС (47) может быть реализован в виде задатчика постоянного сигнала 2•a, двух схем нахождения квадратного корня и двух схем умножения.

НПЗРН (48) предназначен для задания режимов наведения от наземной части системы. Его реализация аналогична БПЗРН (27) за исключением того, что переключатель режимов имеет не три, а шесть возможных положений, что обеспечивает как задание режимов без явного ввода целеуказаний (три режима), так и со вводом целеуказаний (всего шесть режимов наведения).

НБФТР (49) предназначен для формирования типов режимов наведения, формируя на выходе номера 1,2,3,4,5,6, соответствующие данному режиму, тип которого определяется переключателем на НПЗРИ (48). Реализация блока аналогична ББФРН (28).

БФСЗР (50) предназначен для формирования сообщений ТТС с номерами 1^oC6. Он реализуется, например, в виде шести запоминающих регистров, блоков сравнения и ключевых элементов, обеспечивающих проверку поступающего из НБФР (49) номера режима и перезаписи в выходные регистры координат цели из НБЗЦУ (21), при условии задания режимов с явным вводом целеуказаний (т.е. с номерами 1,2,3).

НБФСК (51) по назначению и реализации аналогичен ББФСК (43).

БФСТУ (52) предназначен для формирования сообщений телеуправления. Он преобразует сигналы , поступающие с выхода НБФСК (51) в уставки, содержащиеся во втором слове сообщения, а в младшие 8 разрядов первого слова заносит значение "7" (номер режима, определяющий управление в режиме передачи телекоррекций в бортовую часть системы). Блок может быть реализован, например, в виде двух аналого-цифровых преобразователей, запоминающего регистра, содержащего уставку "7", и выходного запоминающего регистра, в который (в младшую и старшие 8 разрядов) заносятся преобразованные уставки телекоррекции.

НБФВС (53) по своему назначению и устройству аналогичен бортовому блоку ББФВС (26).

НБФКС (54) по своему назначению и устройству аналогичен бортовому блоку ББФКС (45).

НБСП (55) по своему назначению и устройству аналогичен бортовому блоку ББСП (22).

БПСК (56) предназначен для приема сообщений квитирования, поступающих из бортовой части системы. По своей реализации он ан алогичен БКПВС (23), однако функции его более узки, т.к. из бортовой части системы в наземную могут передаваться только сообщения одного типа сообщения квитирования, в связи с этим в выходных цепях данного блока вместо трех регистров РС1, РС2, РС3 достаточно включить лишь один регистр. При приеме сообщения квитирования блок формирует на выходе релейный сигнал, поступающий в БУСТР (57), предназначенный для управления сигнальным транспарантом. По этому сигналу, поступающему на вход реле, входящего в БУСТР (57), происходит замыкание ключа на некоторое фиксированное время, что приводит к однократному миганию сигнального транспаранта по каждому принятому сообщению.

Приведем теоретическое обоснование работоспособности предлагаемой системы. Предполагается, что данная система обеспечивает возможности наведения с последующим отслеживанием трех возможных типов целей.

Цели, заданные в инерциальной системе координат, к которым можно отнести такие ориентиры, как Звезды, Луна, Солнце и т.д. При этом в качестве координат цели используются прямое восхождение α_и и склонение δ_и. Прямое восхождение α_и отсчитывается от точки весеннего равноденствия (на некоторую выбранную эпоху) и изменяется в пределах (-180^o, +180^o). Склонение цели отсчитывается от плоскости OX_иY_и инерциальной системы и изменяется в пределах (-90^o, +90^o). Исчерпывающую информацию об инерциальных системах отсчета и угловых координатах заданных в них ориентиров можно найти, например, в книге К.А.Куликов "Курс сферической астрономии", стр. 22 24, Главная редакция физико-математической литературы, издательство "Наука", г. Москва, 1974 г. Очевидно, что вектор направляющих косинусов цели в инерциальной системе координат (ИСК) может быть записан как
(1)
где единичный вектор направления на цель;
α_и, δ_и прямое восхождение и склонение цели.

Для получения направления на цель в системе осей АСП (без ограничения общности можно полагать, что оси АСП совпадают со строительными осями КА) запишем соотношение
(2)
где единичный вектор направления на цель в системе АСП;
матрица направляющих косинусов базиса 1 (ИСК) в системе осей АСП (ССК).

Для получения углов платформы, определяющих условие ее наведения на цель, из выражения (2) получим аналогично:
(3)
где α_пл, β_пл углы поворотов АСП по двум каналам;
r_s1, r_s2, r_s3 компоненты направления на цель .

Если ставится обратная задача, т.е. определение координат цели, заданной в ИСК, по текущим углам платформы α_пл, β_пл и матрице , то ее решение записывается в следующем виде:

Здесь приняты следующие обозначения:
r_I1, r_I2, r_I3 компоненты единичного вектора направления в ИСК.

Цели, положение которых задано в орбитальной системе координат (передний, задний горизонт, надир, зенит и т.д.) определяются двумя угловыми координатами в орбитальной системе склонением β_o и азимутом γ_o. Склонение β_o отсчитывается от плоскости X₀OZ₀ орбитальной системы и изменяется в пределах (-90^o oC+90^o); азимут γ_o отсчитывается от оси ОХ₀ орбитальной системы и изменяется в пределах (-180^o oC+180^o). Орбитальная система координат (ОСК) определяется следующим образом: ось OX₀ направлена против вектора скорости центра масс КА, ось OY₀ направлена по геоцентрическому радиус-вектору КА, а ось OZ₀ направлена по вектору орбитальной угловой скорости КА. При этом плоскость X₀OZ₀ определяет плоскость местного горизонта, которая поворачивается относительно инерциальной системы со скоростью углового движения центра масс КА по орбите.

Положение осей орбитальной и инерциальной системы координат показано на фиг.3, где приняты следующие обозначения:
58,59,60 оси инерциальной системы;
61,62,63 оси орбитальной системы;
64 радиус-вектор КА;
65 направление скорости полета.

Очевидно, что вектор направляющих косинусов заданной в орбитальной системе координат (ОСК) цели может быть записан как
(5)
где β_o склонение цели;
γ_o азимут цели;
радиус-вектор единичной длины, определяющий направление на цель.

Координаты β_o, γ_o, определяются по заданным углам платформы из следующих соотношений:

Для получения углов α_пл, β_пл, определяющих направление на цель в ОСК, можно записать следующие соотношения:

Цели, положение которых задано в географической системе координат (ГСК). К такого рода целям относятся наземные ориентиры, положение которых задается двумя угловыми координатами широтой Φ_г и долготой λ_г.
ГСК имеет следующие базовые направления:
ось OX_г направлена в плоскости экватора от центра Земли через гринвичский меридиан;
ось OZ_г совпадает с осью OZ_и и направлена к северному полюсу;
ось OY_г дополняет базис до правого.

Расположение осей ГСК представлено на фиг. 3, где приняты следующие обозначения:
66,67,60 оси ГСК; 68 угол между гринвичским меридианом и осью OX_и инерциальной системы (звездное время).

Иллюстрация взаимного расположения КА цель на поверхности Земли представлена на фиг.4, где приняты следующие обозначения:
69 положение цели; 70 положение КА; 71 проекция радиус-вектора цели на плоскость экватора; 72 угловое расстояние цели от оси OX_и (абсолютная долгота) вдоль экватора; 73 угловое расстояние цели от оси OX_г (географическая долгота) в плоскости экватора); 74 угловое расстояние цели от плоскости экватора (широта); 75 геоцентрический радиус-вектор цели; 76 положение "мнимой" цели, лежащей на поверхности Земли на одной линии с центром масс КА и истинным положением цели.

Для определения углового положения заданной в ГСК цели, в связанной с АСП системе координат (ССК) можно воспользоваться следующими соотношениями, очевидными из геометрических соображений:
(8)
где радиус-вектор цели в ИСК;
радиус-вектор КА в ИСК;
вектор в ИСК, соединяющий КА и цель;
единичный вектор в ССК в направлении на цель;
l дальность до цели.

Предполагая орбиту КА круговой, можно получить выражения для (см. например книгу [3])
(9)
где Ω долгота восходящего угла орбиты;
i наклонение орбиты;
u аргумент широты.

При этом: u = Δ+n(t-t_o)
где Δ начальный аргумент широты на момент t₀;
t текущий момент времени.

Для радиус-вектора цели получим
(10)
где R радиус Земли;
абсолютная долгота цели, определяемая как
(11)
где ψ звездное время на момент t;
j_o звездное время на выбранную эпоху;
N количество дней, прошедших от эпохи;
ω₃ угловая скорость вращения Земли;
Δψ поворот ГСК относительно ИСК за 1 сут;
t время от начала суток.

Дальность l до цели можно выразить как
(12)
где R_u1, R_u2, R_u3 компоненты ;
r_u1<r_u2, r_u3 компоненты .

Для решения задачи определения географических координат точки пересечения визирной линии АСП с земной поверхностью запишем следующие соотношения:

Дальность до цели l в этом случае определяется из условия

Откуда
(15)
Истинное решение берется со знаком "-" (см. фиг.4, позиция 69), а второе решение соответствует "невидимой цели" (см. фиг.4, позиция 76).

Таким образом, окончательно
(16)
Таким образом, получены соотношения, позволяющие обеспечить получение угловых координат целей, заданных в ИСК, ОСК, ГСК, в системе осей АСП, и, кроме того, определить координаты целей, расположенных в указанных системах, по заданному положению оси визирования АСП.

Дадим примеры реализации функциональных блоков, описание их работы, а также функционирование системы в целом.

Пример реализации БФУВ (9) представлен на фиг.5, где приняты следующие обозначения:
77 задатчик постоянного сигнала (ЗПС1); 78 задатчик единичного отрицательного сигнала (ЗЕОС1); 79 задатчик регулируемого сигнала; 80 - поляризованное реле (ПР1); 81 ключ; 82 инвертор; 83 схема умножения (СУ); 84 ключ; 85 схема умножения (СУ); 86 сумматор; 87 поляризованное реле (ПР2); 88 ключ; 89 задатчик единичного положительного сигнала (ЗЕПС); 90 ключ; 91 задатчик единичного положительного сигнала (ЗЕПС); 92,93 - ключи; 94 схема умножения; 95 сумматор; 96 поляризованное реле; 97 - ключ; 98 поляризованное реле; 99 ключ; 100 инвертор; 101 схема умножения; 102 задатчик постоянного сигнала (ЗПС); 103 задатчик единичного отрицательного сигнала (ЗЕОС).

Опишем функционирование данного блока.

Сигнал с выхода БОУСН (41) поступает на управляющий вход первого поляризованного реле ПР (80), на вход которого поступает постоянный сигнал с выхода ЗПС (77). Если полярность положительна, то ПР (80) соединяет свой вход с выходом, подключенным к управляющему входу ключа (84), в противном случае ПР (80) соединяет свой вход с выходом, подключенным к управляющему входу ключа (81), к другому входу которого подключен выход ЗЕОС (78). При сигнал от ЗЕПС (89) через ключ (84) поступает в СУ (85), на другой вход которой поступает сигнал c выхода БОУСН (41). При сигнал от ЗЕОС (78) через замкнутый ключ (81) поступает также на вход СУ (85). На выходе СУ (85) формируется сигнал , поступающий на вход сумматора (86), на другой (инверсный) вход которого поступает сигнал с выхода БФПУС (47). Результирующий сигнал поступает на вход ПР (87), которое, в зависимости от знака входного сигнала замыкает либо ключ (88) (если вход положительный), либо замыкает ключ (90) (если вход отрицательный). В первом случае через ключ (88) на выход блока поступает сигнал с выхода СУ (83), на входы которой поступает сигнал /2^o/ с выхода ЗРС (79) и инвертированный знак с выхода инвертора (82). Во втором случае сигнал проходит через замкнутый ключ (90) и поступает на выход блока. Аналогично функционирует схема преобразования сигнала по каналу β. Все входящие в состав данного блока элементарные устройства являются известными и широко применяются в технике. Ознакомиться с устройством подобных блоков можно, например, в книге ([4]).

Пример реализации БСП (22) приведен на фиг.6, где приняты следующие обозначения:
105 дифференцирующее звено (Д3);
106 блок задания величины падения фронта (БЗПФ);
107 блок сравнения (БС);
108 генератор синхроимпульсов;
109 блок задания кода сброса (БЗКС);
110 ключ;
111 счетчик импульсов (СЧИ);
112,113 ключи.

Блок функционирует следующим образом.

Сигнал с выхода БТТС (15) поступает на вход Д3 (105), на выходе которого формируется производная аналогового сигнала , значение которой сравнивается с номинальной величиной падения фронта сигнала ТТС, которая соответствует нулевой начальной посылке. В БС (107) производится сравнение и, при условии сигнал с выхода БС (107) поступает на управляющий вход ключа (110), нормально разомкнутого. Ключ (110), реализованный в виде ключевого элемента импульсного действия, замыкается и пропускает на вход СЧИ (111) код сброса. Например, в случае четырехразрядного СЧИ на его вход с выхода БЗКС (109) через замкнутый ключ (110) поступает код 1000, соответствующий половине максимального кода, который возможно разместить в счетчике. Управляющий сигнал с выхода БС (107) также поступает одновременно на управляющий сигнал ключа (113), открывая его. При этом синхроимпульсы с выхода ГСИ (108) через замкнутый ключ (113) поступают на вход СЧИ (111), вызывая увеличение кода, содержащегося в СЧИ. При возникновении переполнения сигнал с выхода СЧИ (111) поступает одновременно на управляющий вход ключа (112) и управляющий вход ключа (113). При этом ключ (112) замыкается и на выход блока поступает сигнал, соответствующий значению принятого бита (0 или 1). Ключ (113) размыкается и на второй выход блока поступает сигнал "прием бита", поступающий далее на вход БКПВС (23). Отметим, что частота следования синхроимпульсов, задаваемая ГСИ (108), размерность (СЧИ) и частота передачи информации должны удовлетворять соотношению:
Fп=fс/2^N
где F_п частота передачи по каналу (Гц);
f_c частота следования синхроимпульсов (Гц);
N разрядность счетчика импульсов.

Такая схема обеспечивает надежную синхронизацию приема сообщений, т.к. значение кода конкретного бита считывается на величину полупериода от момента падения (возрастания) фронта сигнала.

Пример реализации БКПВС (23) приведен на фиг.7, где приняты следующие обозначения:
114 линия задержки (ЛЗ); 115 блок сравнения (БС); 116 задатчик порогового значения (ЗПЗ); 117 генератор импульсов (ГИ); 118 - двухпозиционный переключатель (ДП); 119 задатчик единичного сигнала (ЗЕС); 120 задатчик нулевого сигнала (ЗНС); 121 ключ; 122 счетчик; 123 сдвиговый регистр (СР); 124 ключ; 125 ключ; 126 ключ; 127 сумматор; 128,129 ключи; 130 задатчик постоянного сигнала; 131 ключ; 132 - сумматор; 133 регистр записи контрольного сообщения (РЗКС); 134 блок сравнения (БС); 135 блок сравнения (БС); 136 1-й регистр сообщения (РС1); 137 2-й регистр сообщения (РС2); 138 3-й регистр сообщения (РС3).

Опишем функционирование БКПВС (23).

С выхода БСП (22) на вход БС (115) поступает сигнал об очередном принятом разряде (бите) сообщения. С управляющего выхода БСП (22) сигнал "прием бита" поступает на вход ЛЗ (114). В БС (115) производится сравнение принимаемого разряда по уровню с сигналом, заданным в ЗПЗ (116), уровень которого составляет приблизительно 1/2 от уровня сигнала, соответствующего прохождению единичного разряда. ДП (118) имеет два входа и один выход. К двум входам подключается ЗЕС (119) и ЗНС (120). В зависимости от входного сигнала на выходе ДП формируется либо единичный, либо нулевой сигнал, поступающий на вход СР (123). На другой вход СР (123) поступает периодически сигнал "сдвиг". При этом производится последовательное заполнение сдвигового регистра информационными разрядами, значения которых определяются сигналом с выхода ДП (118). Одновременно с этим сигналы ГИ (117) поступают на вход трехразрядного СЧ (122). При его переношении, т.е. когда в СР (123) поступают 8 разрядов, сигнал с выхода СЧ (122) поступает на вход управляющего ключа (125), и после его замыкания сигнал с выхода СР (123) поступит в РЗКС (133). При этом также производится замыкание ключа (128) и в сумматоре (132) производится формирование контрольного сообщения (КС), которое в БС (134) сравнивается с накопленным в РЗКС (133) кодом. При совпадении этих значений замыкается ключ (131), информация с СР (123) поступает в регистр хранения сообщений РС1, РС2, РС3. При этом РС1 реализован в виде 8-разрядного регистра, а РС2 и РС3 в виде 16-ти разрядных регистров; таким образом в РС1 поступает номер сообщения, а в РС2 и РС3, в зависимости от содержимого РС1, поступают либо сигналы, несущие информацию о целеуказаниях, либо поправки коррекции от наземной части подсистемы.

БОУСН (41) может быть реализован в виде блок-схемы, изображенной на фиг. 8, где приняты следующие обозначения:
139,140,141,142 сумматоры; 143,144 схемы умножения (СУ); 145 - задатчик постоянного сигнала (ЗПС).

Пример реализации БОУГЗ (46) приведен на фиг.9, где приняты следующие обозначения:
146,147 задатчики постоянного сигнала (ЗПС); 148,149 сумматоры; 150,151 схемы умножения (СУ); 152,153 дискриминаторы знака (ДЗ); 154,155 - сумматоры; 156,157 задатчик постоянного сигнала (ЗПС); 158,159 сумматоры; 160,161 блоки деления (БД); 162 задатчик постоянного сигнала (ЗПС).

В ЗПС (146) задается сигнал α_max-α_min,, поступающий на вход сумматора (148). С выхода БОУСН (41) сигнал поступает в ДЗ (152), с выхода которого сигнал (±1) поступает в СУ (150), на другой вход которой поступает сигнал с выхода сумматора (154), на один из входов которого поступает сигнал α_max+α_min с выхода ЗПС (156), а на второй сигнал 2•α_пл с выхода сумматора (158), на оба входа которых поступает сигнал α_пл с выхода АСП (1). Результирующий сигнал поступает на вход сумматора (148), с выхода которого через БД (148), где он делится на 2, поступает на выход блока. По каналу бэта обработки осуществляется аналогичным образом. Принятая схема получения Δα_т и Δβ_г обеспечивает, как легко видеть, учет как текущего положения платформы, так и направления ее перемещения. При этом определяется удаление от той границы ЗВП, в сторону которой в данный момент движется поворотная платформа.

Опишем функционирование предлагаемой системы. Из описания функционального назначения и состава системы следует, что работа с предлагаемой системой может производиться как с использованием возможностей бортового оператора, так и автономно от наземной части системы. Перед началом работы производится включение входящей в ее состав аппаратуры по КРЛ или от СУБК бортовым оператором. Далее возможны варианты работы: работа в режиме бортового оператора, либо работа в режиме телеоператора. Опишем работу в телеоператорном режиме, поскольку она охватывает максимальный объем реализуемых функций, в том числе и действия, производимые при работе в операторном (бортовом) режиме управления. Перед началом работы выбирается цель, которую желательно отследить, и ее координаты вводятся в НБЗЦУ (21). На пульте телеоператора НПЗРН (48) устанавливается ручкой переключателя необходимое положение. Таких возможных положений шесть, три из которых определяют режимы наведения с явным вводом целеуказаний, а остальные три без ввода целеуказаний. Каждые из трех положений определяет конкретный вид системы координат, в которой находится цель ИСК, ОСК, ГСК. Если необходимо отслеживать цель в ИСК, то в НБЗЦУ (21) вводятся координаты цели δ_и, α_и, а на НПЗРН (48) устанавливается положение "ИСК" (положение 1). Если необходимо отслеживать цель в ОСК (например, горизонт либо надир), то в НБЗЦУ (21) вводятся координаты β_o, γ_o, а на пульте НПЗРН (48) устанавливается положение "ОСК" (положение 2). Если необходимо отслеживать цель в ГСК (наземные ориентиры), то на пульте НПЗРН (48) устанавливается положение "ГСК" (положение 3), а в НБЗЦУ (21) вводятся координаты λ_г, Φ_г. В случае, если положение цели неизвестно, и должно определяться в процессе сеанса наблюдений, то координаты в НБЗЦУ (21) не вводятся, а на пульте НПЗРН (48) устанавливается один из режимов без явного ввода целеуказаний положение 4 (если имеется в виде отслеживание цели в ИСК), положение 5 (ОСК) или положение 6 (ГСК). После этого производится нажатие кнопки "ПУСК" на НПЗРН (48). При этом сигналы с выхода НПЗРН (48), поступая в НБФТР (49), вызывают коммутацию внутренних цепей таким образом, что на выходе НБФТР (49) появляются сигналы, пропорциональные номеру задаваемого режима (от 1 до 6). Эти сигналы поступают на вход БФСЗР (50), который распознает номер режима и определяет необходимость подформирования координат цели в сообщение. Если номер режима равен 1,2,3, то этот блок формирует два шестнадцатиразрядных слова сообщения, в которые кодируются сигналы координат целей, поступающие с выхода НБЗЦУ (21). В первое слово сообщения (например, в младшие 8 разрядов) кодируется номер режима, т.о. на выходе БФСЗР (50) формируется трехсловное сообщение для передачи по ТТС-каналу. Если номер режима равен 4,5,6, то на выходе формируется однословное сообщение, содержащее только номер режима. В НБФКС (54) подсчитывается КС сообщения и заносится в свободные 8 разрядов первого слова сообщения. В НБФСВ (53) осуществляется поразрядная передача сообщений в НТТС (16), который обеспечивает передачу их на борт. ТТС-сообщения принимаются блоком БТТС (15), к выходу которого подключен ББСП (22), ожидающий начала приема посылок и осуществляющий синхронизацию последовательного приема разрядов с частотой работы канала ТТС. Принимаемые сообщения о задании режима наведения поступают в БКПВС (23), где осуществляется проверка их на совпадение с КС и выделение отдельных слов, входящих в состав сообщения. При совпадении с КС, т.е. при корректном приеме сообщения выдается сигнал в БФКВ (25), осуществляющий подготовку к выдаче квитанций, которые через ББФКС (45) поступают в ББФВС (26) и, снабженные своей КС, передаются по обратному ТТС-каналу в наземную часть системы, где после прохождения через НБСП (55) и контроля в БПСК (56) поступают в БУСТР (57) и вызывают загорание (мигание) сигнального транспаранта, сообщающего телеоператору о корректном прохождении команды на задание режима по каналу ТТС. С выхода БКПВС (23) сигналы с номером режима поступают в БФРЦУ (24) и ББФРН (26), кроме того, сигналы из 2-го и третьего слов сообщения поступают в БФРЦУ (24), где производится анализ номера режима и, если он равен 1,2,3, то принятые сигналы координат пересылаются в ББЗЦУ (20) и, в зависимости от номера режима, замыкаются ключи 32 (если N 1), 33 (если N 2), либо 34 (если N 3). При этом остальные два ключа размыкаются. Если номер режима равен 4,5,6, то БФРЦУ (24) не формирует на выходе управляющих сигналов. На эти номера режимов настроен блок ББФРН (28), который, приняв сигнал о номере режима, и проверив, что он равен либо 4, либо 5, либо 6, выдает сигналы на управляющие входы ключей 38, 39 или 40 соответственно, размыкая остальные два из трех. При этом через замкнувшийся ключ на вход ББЗЦУ (20) поступают сигналы с выходов одного из блоков: БОК1 (31), БОК2 (30), БОК3 (29), в которых осуществляется автономное определение координат цели. Каждый из этих блоков, имея информацию о текущем положении станции, элементах орбиты и угловом положении АСП, определяет координаты цели в конкретной базовой системе в ИСК (блок 31), в ОСК (блок 30) или в ГСК (блок 29). С точки зрения телеоператора после автономного определения координат система будет иметь координаты цели (и в дальнейшем автоматически отслеживать указанную цель), положение которой совпадает с ее изображением в центре экрана ВКУ. С выходов ББЗЦУ (20) сигналы координат цели поступают на входы блоков БФУП1 (35), БФУП2 (36), БФУП3 (37), которые по информации об элементах орбиты, текущей ориентации и времени, определяют положение цели в системе осей АСП, т.е. углы наведения на цель, поступающие далее через один из замкнутых ключей 32, 33, 34 на входы БФУСЦ (42) и БОУСН (41). В БФУСЦ (42) определяется угловая скорость движения цели в осях АСП, а блок БОУСН (41) обеспечивает определение угловой скорости наведения на цель, с учетом скорости цели, скоростных коррекций бортового оператора и скоростных коррекций телеоператора, а также взаимного расположения оси визирования АСП и направления на заданную цель. Реализованная блоком БОУСН (41) схема обработки сигналов обеспечивает как собственно наведение платформы, так и последующее отслеживание цели. Выходные сигналы угловых скоростей по двум каналам поступают в БОУГЗ (46), где определяется текущее значение удалений платформы от границы, и сигналы удалений поступают в БФПУС (47), где производится формирование предельной скорости движения с учетом конкретных возможностей приводов АСП и удаления до границы. В БФУВ (9) производится анализ результирующей скорости наведения, поступающей с выхода БОУСН (41), т.е. сравнение ее с предельной скоростью. В случае превышения по модулю на выходе БОУСН формируется сигнал предельной скорости. В противном случае формируется сигнал скорости наведения. С выхода БФУВ (9) управляющее скоростное воздействие поступает в АСП, которая начинает движение с заданной скоростью. Сигналы обратной связи с выходов АСП (1) поступают в БОК1 (29), БОК2 (30), БОК3 (31), БОУГЗ (46), и БОУСН (41). Установленная на АСП ТВС (3) передает в наземную часть системы (СПТВ (19)) телевизионный сигнал и телеоператор визуально имеет возможность контролировать процесс наведения и отслеживания заданной цели. ЦНА (2), установленная на АСП наводится благодаря движению платформы на заданную цель и получаемая научная информация посредством бортовой телеметрической системы передается на Землю. В случае оперативной необходимости коррекции положения платформы (переориентация ее на другую визуально наблюдаемую на экране ВКУ цель), телеоператор имеет возможность, отклоняя НРУО (17), послать в бортовую часть системы сообщения телекоррекции. При этом сигналы с выходов НРУО (17) поступают в НБФСК (51), где масштабируются, и далее, на вход БФСТУ (52), который формирует сообщения телекоррекции в формате передачи по каналу ТТС, после чего сообщения поступают, как описано выше, в бортовой блок БКПВС (23), а с его выхода в блок БФПК (44), который сигнализирует номер режима и, если он равен "7", то формирует выходные сигналы, соответствующие переданным установкам телекоррекции, которые далее поступают на вход БОУСН (41), где учитываются при формировании скорости наведения. БФСТУ (52) производит проверку и, если сигналы на входе нулевые, то формирования сообщений не производится. Таким образом, телеоператор воздействуя на НРУО (17), и, контролируя изображение на экране ВКУ, может на фоне идущего автоматического режима наведения перевести АСП на любую, оперативно выбираемую цель и совместить ее изображение с центром ВКУ. Если есть необходимость в последующем автоматическом отслеживании новой цели, то достаточно установить (заранее, либо оперативно) в нужное положение переключатель на пульте НПЗРН (48), как описано выше, и нажать кнопку "ПУСК". При этом система произведет описанные выше действия по заданию автоматического режима наведения без явного ввода целеуказаний, и обеспечит автоматическое отслеживание цели, изображение которой совпадало с центром экрана ВКУ на момент нажатия кнопки "ПУСК". В случае работы бортового генератора система работает аналогично. При этом используются БРУО (13), БПЗРН (27), ВКУ (14), ББФСК (43), функциональное назначение и устройство которых описано выше. Отметим, что в предлагаемой системе введена автоматическая защита от выхода платформы на границу ЗВП, которая обеспечивается как в автоматическом режиме, так и при наложении телеоператорных либо операторных коррекций.

Предлагаемая система обладает следующими преимуществами по сравнению с прототипом и известными аналогами:
система обеспечивает автоматическое наведение комплекса научной аппаратуры на произвольные наблюдаемые ориентиры. В качестве таких ориентиров могут быть выбраны объекты в инерциальной системе координат (такие как Солнце, Луна, звезды, различного рода галактические образования и т.д.), в орбитальной системе (зенит, надир, горизонт и т.д.) и в географической системе (наземные ориентиры). Система обеспечивает отслеживание в автоматическом режиме заданных объектов;
система обеспечивает возможность оперативной переориентации комплекса научной аппаратуры в темпе сеанса наблюдения, что позволяет оперативно переориентировать комплекс на произвольный видимый объект, изображение которого появилось на экране ВКУ. При этом задание новой цели для отслеживания осуществляется удобным и естественным способом: оператор, управляя в реальном времени поворотом платформы от ручки управления, добивается совмещения изображения цели с центром телевизионного экрана, после чего, нажимая кнопку на пульте, дает задание системе по отслеживанию новой цели, после чего автоматически производится определение координат выбранной цели и последующее ее отслеживание. В этом режиме обеспечивается и возможность переориентации платформы на новую цель, определенную в другой базовой системе координат. Например, задав в качестве цели надир, оператор наблюдает подстилающую поверхность, и, выбрав интересующий его объект на поверхности Земли, имеет возможность, переключив режим на пульте, и управляя ручкой, совместить изображение выбранной цели с центром поля зрения экрана и нажатием кнопки обеспечить дальнейшее автоматическое отслеживание цели. Таким образом система из режима отслеживания цели в орбитальной системе (надир) переходит в режим отслеживания географической цели;
система обеспечивает телеоператорный режим управления, т.е. возможность работы без участия бортового оператора, при этом наземная часть системы обеспечивает полный объем функций управления (задание режимов с целеуказаниями и без целеуказаний, телеоператорная коррекция положения платформы, контроль прохождения заданий в бортовую подсистему, визуальный контроль наведения). Возможность функционирования без участия бортового оператора расширяет функциональные возможности системы, позволяя обеспечивать работоспособность как на пилотируемых КА, так и на беспилотных аппаратах. Возможность привлечения бортового оператора в предлагаемой системе для задания режимов и ручной коррекции положения платформы обеспечивает возможность работы вне зон видимости наземных пунктов;
система обеспечивает удобство эксплуатации. Такие ее функциональные возможности как автономное определение координат целей и автоматический контроль выхода на границу зоны возможных перемещений устраняют неудобства, связанные с расчетами координат в НКУ и последующим их вводом на борт, а также экономят ресурс поворотной платформы вблизи границы зоны, устраняя возможность выхода на границу и обеспечивая автоматическое торможение и останов платформы вблизи граничных положений.

Изобретение относится к космической технике, а более конкретно, к системам управления телевизионными видеоспектральными комплексами космических аппаратов (СУ ТВК КА). СУ ТВК предназначена для оперативного наведения комплекса научной и телевизионной аппаратуры на произвольные ориентиры, которые могут располагаться на небесной сфере или на подстилающей поверхности. Введенные в систему функциональные блоки обеспечивают автоматическое наведение и отслеживание заданных целей, координаты которых вводятся в систему. Кроме этого, обеспечивается возможность выбора цели непосредственно по ее изображению на экране ТВ-монитора, т.е. без явного ввода ее координат. Введенные в состав системы функциональные блоки телеуправления обеспечивают возможность переориентации оси визирования поворотной платформы с установленной на ней телевизионной и научной аппаратуры на новую, выбираемую в реальном времени по ТВ-изображению цель без участия экипажа, с последующим автоматическим отслеживанием новой цели. Введенные в систему функциональные блоки обеспечивают также и управление наведением поворотной платформы, переориентацию комплекса аппаратуры от экипажа, что является целесообразным, например, вне зоны видимости КА с наземного пункта. Введенные в систему функциональные блоки контроля и квитирования управляющей информации повышают надежность ее функционирования. 9 ил.

Система управления телевизионным видеоспектральным комплексом космического аппарата, содержащая автоматическую стабилизированную платформу с установленной на ней целевой научной аппаратурой и телевизионной системой, блок формирования управляющих воздействий, выход которого соединен с управляющим входом автоматической стабилизированной платформы, блок задания параметров движения космического аппарата, блок задания текущей ориентации космического аппарата, блок задания целеуказаний, ручку управления ориентацией, видеоконтрольное устройство, бортовую телефонно-телеграфную систему, вход которой соединен с выходом наземной телефонно-телеграфной системы, генератор времени, наземную станцию приема телевидения, вход которой соединен с выходом телевизионной системы, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены последовательно соединенные блок синхронизации приема телефонно-телеграфных сообщений, вход которого соединен с выходом бортовой телефонно-телеграфной системы, блок контроля приема и выделения телефонно-телеграфных сообщений, блок формирования режима наведения с явным заданием целеуказаний, три параллельно соединенных между собой ключевых элемента, блок формирования угловой скорости движения ориентира и блок определения угловой скорости наведения, выход которого подключен к первому входу блока формирования управляющих воздействий, последовательно соединенные блок формирования сообщений квитирования, вход которого соединен с выходом блока контроля приема и выделения телефонно-телеграфных сообщений, бортовой блок формирования контрольных сообщений и бортовой блок формирования и выдачи телефонно-телеграфных сообщений, выход которого соединен с вторым входом бортовой телефонно-телеграфной системы, последовательно соединенные бортовой пульт задания режимов наведения, бортовой блок формирования типа режима наведения, выход которого подключен к входам первого, второго и третьего ключей и параллельно соединенных между собой четвертого, пятого и шестого ключей, выходы которых подключены к первому входу бортового блока задания целеуказаний, второй вход которого соединен с вторым выходом блока формирования типа режима наведения с явным заданием целеуказаний, последовательно соединенные блок определения углового удаления платформы от границ зоны возможных перемещений, вход которого объединен с вторым входом блока определения угловой скорости и соединен с выходом автоматической стабилизированной платформы, и блок формирования предельной угловой скорости, выход которого подключен к второму входу блока формирования управляющих воздействий, последовательно соединенные наземная ручка управления ориентацией, наземный блок формирования сигналов коррекции, блок формирования телеуправления, наземный блок формирования контрольных сообщений и наземный блок формирования и выдачи телефонно-телеграфных сообщений, выход которого подключен к первому входу наземной телефонно-телеграфной системы, второй вход которой подключен к выходу бортовой телефонно-телеграфной системы, последовательно соединенные наземный блок синхронизации приема, вход которого соединен с выходом наземной телефонно-телеграфной системы, блок приема сообщений квитирования, блок управления сигнальным транспарантом и сигнальный транспарант, последовательно соединенные наземный пульт задания режимов наведения, наземный блок формирования типа режима наведения и блок формирования сообщений о задании режима наведения, выход которого подключен к второму входу наземного блока формирования контрольных сообщений, а также введены бортовой блок формирования сигналов коррекции, вход которого соединен с выходом бортовой ручки управления ориентацией, а выход подключен к третьему входу блока определения угловой скорости, блок формирования поправок коррекции, вход которого соединен с выходом блока контроля приема и выделения телефонно-телеграфных сообщений, а выход соединен с четвертым входом блока определения угловой скорости, наземный блок задания целеуказаний, выход которого соединен с вторым входом блока формирования сообщений о задании режимов наведения, три блока формирования углового положения цели, первые входы которых соединены с выходом блока задания текущей ориентации, вторые входы подключены к выходу бортового блока задания целеуказаний, третьи входы второго и третьего блоков формирования углового положения цели подключены к выходу бортового генератора времени, четвертые входы подключены к выходу блока задания параметров движения космического аппарата, а выходы трех блоков формирования углового положения цели подключены к вторым входам соответственно первого, второго и третьего ключей, три блока определения координат цели, первые входы которых подключены к выходу автоматической стабилизированной платформы, вторые входы соединены с выходом блока задания текущей ориентации, третьи входы второго и третьего блоков определения координат цели подключены к выходу бортового генератора времени, четвертые входы подключены к выходу блока задания параметров движения космического аппарата, а выходы трех блоков определения координат цели подключены к вторым входам соответственно четвертого, пятого и шестого ключей, при этом пятый вход блока определения угловой скорости соединен с выходами первого, второго и третьего ключей, выход блока контроля приема и выделения телефонно-телеграфных сообщений соединен с вторым входом бортового блока формирования типа режима наведения, а второй выход бортового блока формирования и выдачи телефонно-телеграфных сообщений соединен с вторым входом бортового блока синхронизации.