АСТРОНОМИЧЕСКИЙ КОРРЕКТОР КООРДИНАТ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ Российский патент 2003 года по МПК B64G1/00 B64G1/10 G01S5/16 

Предлагаемое изобретение относится к области телевизионной техники, а в ней - к разделу телевизионных измерений.

Известны различные устройства, предназначенные для определения координат летательных аппаратов. Такими устройствами являются определители координат по ИСЗ (GPS) в системах ГЛОНАСС (Россия) и GPS (США) [1]. Принцип действия этих устройств основан на одновременном определении расстояний до нескольких ИСЗ, пространственные координаты которых в момент проведения измерений известны, и последующего вычисления координат летательного аппарата.

Однако использование подобных устройств в условиях глобальных военных конфликтов невозможно из-за противодействия противника (вплоть до уничтожения этих систем).

Наиболее целесообразным способом определения координат в этом случае является астрономический, т.е. определение координат по небесным светилам.

Наиболее близким по технической сущности аналогом, принятым за прототип, является прибор астроориентации космических аппаратов "Астрол-3" [2]. Прототип предназначен для установки на космическом аппарате с целью определения пространственной ориентации по регистрации произвольного участка небесной сферы с проведением анализа электронного "звездного каталога" в реальном масштабе времени.

Блок-схема прототипа приведена на фиг.2.

Устройство состоит из ТВ камеры 1, кадровой памяти 2 и спецвычислителя 3, причем вход спецвычислителя 3 соединен с выходом ТВ камеры 1 через кадровую память 2. "Астрол-3" имеет угол поля зрения 10^o и определяет ориентацию космического аппарата с точностью 10-20 угл.с по небесным светилам с яркостью 2^М÷7^М.

К недостаткам прототипа следует отнести невысокую точность определения координат светил (10 угл.с) и невозможность определения координат носителя.

Целью настоящего изобретения является обеспечение возможности определения координат носителя по небесным светилам с высокой точностью.

Поставленная цель достигается при помощи введения в устройство нескольких дополнительных телевизионных камер, расположенных под углом примерно 60^o (или любым другим углом) относительно камеры, оптическая ось которой направлена в зенит. Горизонтальные углы между оптическими осями этих камер определяются количеством этих камер и оптимальными углами засечки. Взаимное пространственное положение оптических осей и растров преобразователей свет/сигнал телевизионных камер стабильно и известно с точностью до 1 угл.с. Блок-схема астрономического корректора координат летательного аппарата для варианта четырех телевизионных камер приведена на фиг.1. Астрономический корректор координат состоит из ТВ камеры 0 с углом поля зрения 10^o÷15^o, направленной в зенит, нескольких ТВ камер (1-а, 2-а, 3-а) с углом поля зрения примерно 1^o, каждая ТВ камера имеет свою кадровую память (1-б, 2-б, 3-б), спецвычислителя 5, системы 4 управления и датчика 6 точки надира. Выход спецвычислителя является выходом устройства.

Работает астрономический корректор координат следующим образом.

Носитель совершает горизонтальный полет и камера 0 направлена примерно в зенит, она экспонирует картину звездного неба и передает это изображение в спецвычислитель 5 [3] , в котором на основании хранящейся в памяти спецвычислителя карты звездного неба всего земного шара определяется примерное положение носителя в системе географических (или прямоугольных) координат и его ориентация в пространстве. Производится опознавание небесных светил в полях зрения ТВ камер 1-а, 2-а, 3-а. В том случае, когда в поле зрения этих ТВ камер не попадают звезды, имеющиеся в эфемеридах, записанных в памяти спецвычислителя 5, по его команде система управления 4 изменяет ориентацию астрономического корректора координат таким образом, чтобы в поле зрения каждой ТВ камеры попадали звезды, координаты которых известны. При помощи датчика 6 точки надира определяется точное положение точки надира. Затем производится измерение вертикальных и горизонтальных углов на каждое известное и опознанное светило, затем, имея значение точного времени, выдаваемого датчиком времени, находящимся в спецвычислителе 5, производится вычисление координат носителя. Все ТВ камеры работают синхронно. Операция определения координат носителя производится многократно. Определяются координаты и вектор движения.

При использовании ТВ камер с числом пикселей 1000х1300 и прогрессивной разверткой можно получить точность определения пространственных координат порядка ±100 м.

Так как каждый современный носитель имеет инерциальную навигационную систему, целесообразно на вход спецвычислителя 5 выдавать грубые значения координат положения носителя с точностью ±100 км, что позволит значительно ускорить опознавание наблюдаемого участка звездного неба.

Перечень использованных источников
1. ГЛОНАСС/GPS приемник "Ashtech GG Serveyor". Проспект фирмы Ashtech.

2. "АСТРОЛ-3". Прибор астроориентации космических аппаратов. Проспект НПО "Лептон".

3. Dan Gookin. PGs for Dummies, 7 th Edition. JDG Books Worldwide. 1997, с.30, 31, 135-140.

Изобретение относится к телевизионной технике, а в ней - к разделу телевизионных измерений. Техническим результатом является обеспечение возможности определения координат носителя по небесным светилам с высокой точностью. Технический результат достигается за счет введения в устройство нескольких дополнительных телевизионных камер, расположенных под углом примерно 60^o (или любым другим углом в зависимости от количества дополнительных камер) относительно камеры, оптическая ось которой направлена в зенит. 2 ил.

Астрономический корректор координат летательных аппаратов, состоящий из телевизионной камеры, направленной в зенит, спецвычислителя с возможностью определения положения летательного аппарата в системе географических координат и его ориентации в пространстве на основании карты звездного неба всего земного шара, заложенной в память спецвычислителя, выход которого является выходом устройства, отличающийся тем, что в него дополнительно введены несколько телевизионных камер, каждая со своей кадровой памятью, горизонтальные углы между оптическими осями которых определяются количеством телевизионных камер и оптимальными углами засечки, причем телевизионная камера, направленная в зенит, соединена со спецвычислителем непосредственно, а остальные телевизионные камеры соединены со входами спецвычислителя через свои кадровые памяти, датчик точки надира для определения точного положения точки надира и система управления для изменения ориентации астрономического корректора координат, которая по команде спецвычислителя изменяет ориентацию астрономического корректора координат так, чтобы в поле зрения каждой телевизионной камеры попадали звезды, координаты которых известны, причем датчик точки надира соединен со спепцвычислителем, который определяет точное положение летательного аппарата в системе географических координат и его ориентацию в пространстве и управляющий выход которого соединен с входом системы управления.