Устройство измерения угловых координат солнца Российский патент 2019 года по МПК G01S3/782 G01C21/24 

Изобретение относится к космической навигации и может использоваться для оперативного точного определения направления на Солнце.

Известен своим практическим применением датчик, позволяющий определить угловые координаты солнца. Данное устройство с помощью оптической системы, выполненной в виде широкоугольного объектива и матричного фотоприемника получает информацию о направлении на Солнце, а далее с помощью блока обработки информации и вычисления определяет угловые координаты [1].

Недостатком данного устройства является низкая точность определения н6аправления на Солнце при широком поле зрения. Низкая точность связана с малыми угловыми размерами Солнца -0,5 градусов при размере полусферы наблюдений, равном 180 градусов.

Наиболее близким по технической сущности является изобретение способ измерения угловых координат солнца и реализующее его устройство [2].

Данное устройство позволяет выделить в кадре кольцеобразную структуру, определить ее центр и вычислить угловые координаты солнца в приборной системе координат.

Применение данного устройства ограничивается работой матричного фотоприемника, для которого имеется необходимость программирования таких параметров, как время экспозиции (которое можно корректно изменить лишь после остановки контроллера синхронизации) и сопряжения цифровой камеры с компьютером (основная проблема здесь - определение ограничения по скорости передачи данных) [3], а также необходимостью улучшения качества изображения после его прохождения через отсекающий светофильтр.

Задачей изобретения является создание такого устройства, которое бы позволяло наиболее точно определять угловые координаты Солнца, с получением высококачественного изображения после его прохождения через отсекающий светофильтр без программирования времени экспозиции и сопряжения цифровой камеры с компьютером матричного фотоприемника.

Технический результат достигается тем, что устройство измерения угловых координат солнца содержит полусферический мениск с интерференционным фильтром на внешней поверхности и матированной внутренней поверхностью, объектив, отсекающий светофильтр, матричный фотоприемник, линейчатый фотоприемник формата 288×4 с двунаправленным режимом временной задержки и накопления, позволяющий исключить операции программирования времени экспозиции и сопряжения цифровой камеры с компьютером, программируемый микропроцессор с графическим редактором, позволяющий получать более качественное изображение после его прохождения через отсекающий светофильтр, устройство сравнения, блок управления, обработки и расчета.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен возможный вариант построения данного устройства, которое в себе содержит:

- полусферический мениск 2 с интерференционным фильтром 1 на внешней поверхности и матированной внутренней поверхностью 3;

- объектив 4;

- отсекающий светофильтр 5;

- матричный фотоприемник 6;

- блок управления, обработки и расчета 7;

- линейчатый фотоприемник формата 288×4 с двунаправленным режимом временной задержки и накопления 8;

- программируемый микропроцессор с графическим редактором 9;

- устройство сравнения 10.

Устройство измерения угловых координат солнца работает следующим образом:

Солнце S освещает обращенную к нему часть поверхности мениска 2 оптико-интерференционной системы. Интерференционный фильтр 1 пропускает излучение с длиной волны в подсолнечной точке, в которой излучение проходит фильтр по нормали, в остальных освещенных точках мениска фильтр пропускает излучение с более короткими длинами волн Х<X_Q, которые убывают при увеличении угла падения излучения. Матовая внутренняя поверхность мениска 3 рассеивает прошедшее излучение. Таким образом, цвет излучения, рассеиваемого внутренней поверхностью мениска, зависит от угла между точкой мениска и направлением на Солнце из центра кривизны мениска. Объектив 4 строит изображение внутренней поверхности мениска 3 на матричном фотоприемнике 6 и на линейчатом фотоприемнике формата 288×4 с двунаправленным режимом временной задержки и накопления 8. В устройстве сравнения 10 определяется наиболее качественное изображение путем анализа изображений полученных с обоих фотоприемников. Если получить изображение необходимо мгновенно, то за эталон берется изображение на линейчатом фотоприемнике формата 288×4 с двунаправленным режимом временной задержки и накопления 8, обладающий улучшенными характеристиками [4]. После прохождения через отсекающий светофильтр 5, расположенный между объективом 4, матричным фотоприемником 6 и линейчатом фотоприемнике формата 288×4 с двунаправленным режимом временной задержки и накопления 8, пропускающий излучение с длиной волны вблизи XI, полученное изображение оптимизируется с помощью микропроцессора с графическим редактором 9 [5, 6], на внутренней поверхности мениска будет наблюдаться одно узкое светящееся кольцо, центр которого совпадает с направлением на Солнце. Объектив 4 формирует изображение этого кольца на матричном фотоприемнике 6 и на линейчатый фотоприемник формата 288×4 с двунаправленным режимом временной задержки и накопления 8. Выход линейчатого фотоприемника формата 288×4 с двунаправленным режимом временной задержки и накопления 8 соединен со входом матричного фотоприемника 6, вход линейчатого фотоприемника формата 288×4 с двунаправленным режимом временной задержки и накопления 8 соединен с выходом матричного фотоприемника 6. В устройстве сравнения 10 определяется наиболее качественное изображение путем анализа изображений полученных с обоих фотоприемников. Центральная длина волны XI отсекающего светофильтра выбирается такой, чтобы угловой радиус светящегося кольца составлял 30-60°. Вход устройства сравнения 10 соединен с выходами линейчатого фотоприемника формата 288×4 с двунаправленным режимом временной задержки и накопления 8 и матричного фотоприемника 6, выход устройства сравнения 10 соединен с входами линейчатого фотоприемника формата 288×4 с двунаправленным режимом временной задержки и накопления 8 и матричного фотоприемника 6. Блок управления, обработки и расчета 7 задает экспозицию изображения и считывает кадр, содержащий оцифрованное изображение, с выхода фотоприемника, выделяет в кадре кольцеобразную структуру, определяет ее центр, вычисляет угловые координаты Солнца в приборной системе координат и выдает их потребителю.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. RU 2020419, 1994 г.;

2. RU 2555216, 2015 г.;

3. www.electronics.ru/journal/article/1294;

4. Manissadjian A., Tribolet P., Chorier P., Costa P. Sofradir infrared detector products: the past and the future // Proc. SPIE. 2000. V. 4130-58. P. 1-16.;

5. www.helpiks.org/4-28217.html:

6. www.programming-lang.com/ru/comp.soft/otstavnov/o/j72.html.

Изобретение относится к области космической навигации и касается устройства измерения угловых координат солнца. Устройство состоит из полусферического мениска с интерференционным фильтром на внешней поверхности и матированной внутренней поверхностью, объектива, отсекающего светофильтра, матричного фотоприемника, линейчатого фотоприемника формата 288×4 с двунаправленным режимом временной задержки и накопления, блока управления, обработки и расчета, программируемого микропроцессора с графическим редактором и устройства сравнения. Технический результат заключается в повышении точности и упрощении способа измерений. 1 ил.

Устройство измерения угловых координат солнца, состоящее из полусферического мениска 2 с интерференционным фильтром 1 на внешней поверхности и матированной внутренней поверхностью 3, объектива 4, отсекающего светофильтра 5, матричного фотоприемника 6, блока управления, обработки и расчета 7, отличающееся тем, что в него дополнительно введены линейчатый фотоприемник формата 288×4 с двунаправленным режимом временной задержки и накопления 8, программируемый микропроцессор с графическим редактором 9 и устройство сравнения 10, причем выход линейчатого фотоприемника формата 288×4 с двунаправленным режимом временной задержки и накопления 8 соединен с входом матричного фотоприемника 6, вход линейчатого фотоприемника формата 288×4 с двунаправленным режимом временной задержки и накопления 8 соединен с выходом матричного фотоприемника 6, вход устройства сравнения 10 соединен с выходами линейчатого фотоприемника формата 288×4 с двунаправленным режимом временной задержки и накопления 8 и матричного фотоприемника 6, выход устройства сравнения 10 соединен с входами линейчатого фотоприемника формата 288×4 с двунаправленным режимом временной задержки и накопления 8 и матричного фотоприемника 6.