ЗВЕЗДНЫЙ ДАТЧИК С УВЕЛИЧЕННОЙ ЧАСТОТОЙ ОБНОВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ ОБ ОРИЕНТАЦИИ Российский патент 2016 года по МПК G01C21/24 

Область техники

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

Уровень техники

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

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

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

Раскрытие изобретения

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

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

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

Краткое описание чертежей

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

Осуществление изобретения

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

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

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

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

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

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

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

Перечень принятых сокращений:

АЦП - аналогово-цифровой преобразователь

ОЗУ - оперативное запоминающее устройство

ФПЗС - фотоэлектрический прибор с зарядовой связью

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

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

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