СПОСОБ ГИДИРОВАНИЯ ТЕЛЕСКОПА И УСТРОЙСТВО РЕАЛИЗАЦИИ СПОСОБА Российский патент 2023 года по МПК G02B23/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области оптической астрономии и предназначено для обеспечения работы телескопов при наличии в области наблюдения ярких быстродвижущихся объектов.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Астрономические наблюдения в оптическом диапазоне подвержены риску воздействия ярких быстродвижущихся объектов. Чаще всего это низкоорбитальные спутники, которые особенно проявляют себя на ночном небе в начале и конце ночи. Воздействие таких объектов проявляется в различных частях оптического диапазона и прежде всего в видимой и инфракрасной частях. Это также могут быть самолеты, оснащенные сигнальными огнями, метеоры, космические или воздушные объекты неизвестного происхождения. Они создают помехи как для наблюдений с Земли, так и наблюдений, которые проводят с телескопов, размещенных в космосе. Воздействие оптического излучения со стороны ярких быстродвижущихся объектов может сказываться на системах гидирования телескопов и других астрофизических устройств.

Известны системы гидирования, в которых повышается точность управления системой гидирования путем исключения, в частности, электромагнитных помех. Примером может служить авторское свидетельство SU №924671, опубл. 30.02.1984, МПК G05B 15/02.

Примеров защиты систем гидирования телескопов от помех, вызываемых яркими быстродвижущимися объектами, автору неизвестно.

Наиболее близким является решение по заявке WO 2015100738, публикация 09.07.2015, МПК G01C 021/02, где описана автоматическая система астрономических наблюдений, состоящая из астрономического телескопа, серводвигателя наведения на звезды для управления астрономическим телескопом и системы управления. Также предоставляется автоматический метод астрономических наблюдений. При использовании системы и метода наблюдения выполняются: автоматическое начальное обнаружение, автоматическая фокусировка и сохранение изображений, реализуется автоматическое астрономическое наблюдение, может быть реализован процесс автоматического начального обнаружения без калибровки, быстрая автоматическая фокусировка может быть адаптивно реализована, тем самым удовлетворяя потребности в наблюдении, хранении и обмене небесным изображением.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы наземного или космического телескопа за счет снижения воздействия оптического излучения со стороны ярких быстродвижущихся объектов на работу системы гидирования телескопа.

Способ гидирования телескопа заключается в том, что первоначально определяют направление на поле нахождения опорных звезд, используемых для гидирования телескопа. Устанавливают радиус поля наблюдения на один - десять градусов больше, чем радиус поля нахождения опорных звезд. Направляют на поле наблюдения оптическое устройство. Обрабатывают сигнал, полученный оптическим устройством в поле наблюдения, фиксируют яркие объекты и определяют их скорость и направление движения. Из зафиксированных объектов выделяют те, скорость и направление движения которых указывают на то, что они относятся к классу звезд, и используют данные об этих объектах для гидирования телескопа.

Таким образом, технический результат достигается следующим. Для гидирования телескопа выделяют только объекты, относящиеся к классу звезд, и тем самым устраняют воздействие ярких быстродвижущихся объектов при определении положения звезд, которые используются как опорные в процессе гидирования. Поэтому телескоп перемещается более плавно, без возможных лишних смещений от помех, вносимых яркими быстродвижущимися объектами. Результаты наблюдений будут более четкими из-за отсутствия лишних смещений в сторону от необходимой траектории движения телескопа.

В частности, способ характеризуется тем, что указанное оптическое устройство устанавливают на телескопе.

Кроме того, способ характеризуется тем, что в качестве указанного оптического устройства используют оптическое устройство гидрирования.

Устройство реализации способа включает оптическое устройство наблюдения с радиусом поля наблюдения на один - десять градусов больше, чем радиус поля нахождения опорных звезд, блок определения параметров ярких объектов, блок гидирования, блок определения параметров ярких быстродвижущихся объектов. При этом выход оптического устройства наблюдения подключен ко входу блока определения параметров ярких светящихся объектов, выход которого подключен ко входу блока гидирования и входу блока определения параметров ярких быстродвижущихся объектов. Выход блока определения параметров ярких быстродвижущихся объектов подключен ко второму входу блока гидирования, а выход блока гидирования выполнен с возможностью подключения к устройству гидирования телескопа.

Таким образом, параметры ярких быстродвижущихся объектов, которые попадают в поле наблюдения оптического устройства наблюдения, используют, чтобы устранить или снизить их воздействие на матрицу гидирующей камеры и уменьшить негативное воздействие на результаты наблюдений.

В частности, в данном устройстве блок определения параметров ярких быстродвижущихся объектов дополнительно подключен ко входу оптического устройства наблюдения.

Таким образом, выбирают параметры наблюдения оптического устройства наблюдения, в частности частоту кадров и экспозицию, которые обеспечивают наилучшие условия для выделения из множества зафиксированных объектов таких, которые относятся к классу звезд, в частности, опорные звезды.

Термины и определения, применяемые в данном изобретении

Поле нахождения опорных звезд - часть поля матрицы фотоприемного устройства оптического устройства, на котором находится проекция наблюдаемого небесного пространства, в котором находятся опорные звезды.

Матрица фотоприемного устройства оптического устройства наблюдения - светочувствительная матрица, которая производит фиксацию оптического сигнала, поступающего с оптической системы оптического устройства наблюдения на фотоприемное устройство.

Поле наблюдения оптического устройства наблюдения - поле матрицы фотоприемного устройства оптического устройства наблюдения, на котором находится проекция небесного пространства радиусом на один - десять градусов больше, чем радиус поля нахождения опорных звезд.

Радиус поля - величина, равная радиусу окружности, которая описывает поле наблюдения оптического устройства наблюдения. Поле наблюдения может быть круглым, прямоугольным или иной формы.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На Фиг. 1 представлена схема установки телескопа 1 и оптического устройства 2 наблюдения.

На Фиг. 2 показано поле 8 нахождения опорных звезд без применения способа.

На Фиг. 3 показано поле 8 нахождения опорных звезд при применении способа.

На Фиг. 4 показано поле 9 наблюдения оптического устройства 2 наблюдения и поле 8 нахождения опорных звезд.

На Фиг. 5 представлена блок-схема реализации способа и устройства.

На Фиг. 6 представлена блок-схема реализации способа и устройства, в котором выход блока 6 определения параметров ярких быстродвижущихся объектов подключен ко входу оптического устройства 2 наблюдения.

ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ гидирования телескопа 1 при наличии ярких быстродвижущихся объектов 3 (Фиг. 1) осуществляется с помощью оптического устройства 2 наблюдения.

Оптическое устройство 2 наблюдения с радиусом поля 9 наблюдения на один - десять градусов больше, чем радиус поля 8 нахождения опорных звезд (Фиг. 1), подключено к блоку 4 определения параметров ярких объектов.

Первоначально определяют направление на поле 8 нахождения опорных звезд. На телескопе 1 устанавливают оптическое устройство 2 наблюдения. На Фиг. 1, Фиг. 4 показаны возможные траектории 10 движения ярких быстродвижущихся объектов 3, например, спутников, в поле 8 нахождения опорных звезд и поле 9 наблюдения оптического устройства 2.

Поле 8 нахождения опорных звезд существенно меньше по размеру, чем поле 9 наблюдения оптического устройства 2 наблюдения.

Выход оптического устройства 2 наблюдения подключен ко входу блока 4 определения параметров ярких объектов. В данном блоке 4, во-первых, выделяют те яркие объекты, скорость и направление движения которых указывают на то, что они относятся к классу звезд, а во-вторых, выделяют те объекты, скорость и направление движения которых указывает на то, что они относятся к классу космических и летательных аппаратов.

К выходу блока 4 определения параметров ярких объектов подключен вход блока 6 определения параметров ярких быстродвижущихся объектов и вход блока 5 гидирования, а выход блока 6 определения параметров ярких быстродвижущихся объектов подключен ко второму входу блока 5 гидирования.

Следы 11 ярких быстродвижущихся объектов 3, например, спутников, выглядят на снимках матрицы фотоприемного устройства оптического устройства 2 наблюдения, как правило, как прямые линии, пересекающие от края до края поле 8 нахождения опорных звезд 12 (Фиг. 2). Такие объекты за время экспозиции кадра успевают пересечь поле 8 нахождения опорных звезд целиком по причине их высокой угловой скорости. Их следы 11 в результате могут накладываться на изображения опорных звезд 12 и затруднять определение величины и направления смещения опорных звезд. Поле наблюдения 9 оптического устройства 2 наблюдения выбирают широким. За время прохода яркого спутника 3 по полю наблюдения 9 получают при помощи оптического устройства 2 наблюдения несколько снимков этого спутника. Частоту кадров камеры устройства наблюдения 2 выбирают такой, чтобы изображения спутников на каждом снимке выглядели как линии, имеющие законченную длину. Ширина линий 11 будет определяться яркостью и скоростью спутника 3. На основании снимков при помощи блока 6 определения параметров ярких быстродвижущихся объектов определяют скорость и направление движения спутника 3.

С выхода блока 4 определения параметров ярких объектов подают сигнал с параметрами опорных звезд 12 на блок 5 гидирования. Туда же подаются данные о параметрах ярких быстродвижущихся объектов, где все данные обрабатываются для получения данных о параметрах опорных звезд 12. Далее при помощи блока 5 гидирования используют данные о перемещении опорных звезд 12 для формирования сигнала управления устройством 7 гидирования телескопа 1 с помощью способов, известных в управлении системами гидирования. При этом для управления гидированием в поле гидирования 12 используются только изображения опорных звезд 12, как показано на Фиг. 3. В противном случае при гидировании положение звезд 12 определялось бы по изображению, приведенному на Фиг. 2, что неизбежно привело бы к неверному определению положения звезд 12 в данный момент и появлению ошибок в командах процесса гидирования.

На Фиг. 4 показаны следы трех ярких быстродвижущихся объектов 3, в данном случае спутников. След первого спутника проходит через поле 8 нахождения опорных звезд. След второго спутника проходит через поле 9 наблюдения оптического устройства 2 наблюдения, но не попадает в поле 8 нахождения опорных звезд. След третьего спутника проходит в стороне от поля 9 оптического устройства 2 наблюдения. Предлагаемые способ и устройство позволяют своевременно обнаружить первый и второй спутники. Они защищают работу устройства 7 гидирования телескопа 1 от воздействия первого спутника. Второй и третий спутники не оказывают воздействия на процесс гидирования.

Размер поля 9 наблюдения оптического устройства 2 наблюдения, окаймляющего поле 8 нахождения опорных звезд, выбирается с учетом следующих параметров:

ожидаемой угловой скорости движения ярких быстродвижущихся объектов; при высокой скорости таких объектов радиус поля 9 наблюдения оптического устройства 2 наблюдения следует выбирать выше; это необходимо для выполнения нескольких снимков такого объекта;

частоты кадров, с которой производит съемку оптическое устройство 2 наблюдения; при высокой частоте кадров радиус поля 9 наблюдения оптического устройства 2 наблюдения может быть ниже; высокая частота кадров позволяет получить необходимое количество кадров за меньшее время, то есть за меньшее расстояние, которое проходит яркий быстродвижущийся объект 3;

количества снимков, необходимых для определения параметров яркого быстродвижущегося объекта 3 (не менее двух для объектов высокой яркости, не менее трех для объектов средней и слабой яркости); если необходимо получить больше снимков, радиус поля 9 наблюдения оптического устройства 2 наблюдения будет выше; большее количество снимков позволяет выполнить более качественную съемку объектов с недостаточной яркостью или переменной яркостью;

времени экспозиции этих кадров, позволяющего получить на снимках изображения светящихся объектов, на основании которых можно определить их скорость и направление движения с достаточной точностью; кадры с большей экспозицией позволяют получить изображения большего размера и определить параметры с большей точностью; при этом необходимое время нахождения объекта в поле наблюдения возрастет, по этой причине для снимков с большей экспозицией радиус поля наблюдения 9 оптического устройства 2 наблюдения следует выбирать выше;

длительности интервала между кадрами, необходимого для обработки кадров и распознавания на них изображений ярких быстродвижущихся объектов 3 и звезд 12; больший интервал позволяет провести обработку и распознавание с большей точностью; это также увеличит время, необходимое для съемки, поэтому радиус поля наблюдения 9 оптического устройства 2 наблюдения следует выбирать выше.

Совокупность этих условий определяет радиус поля 9 наблюдения оптического устройства 2 наблюдения, он должен на один - десять градусов превышать радиус поля 8 нахождения опорных звезд.

Увеличение поля 9 наблюдения нежелательно. Как видно из Фиг. 4, оно приведет к увеличению количества объектов, траектории которых хотя и не затрагивают поле 8 нахождения опорных звезд, но в силу попадания в поле 9 наблюдения оптического устройства 2 наблюдения обрабатываются в блоке 4 определения параметров светящихся объектов. Это ведет к увеличению времени обработки параметров всех объектов, возникновению задержек в обработке и увеличению ошибки при определении направления и скорости движения звезд.

Для точного определения параметров движения спутников 3 необходимо использовать оптическое устройство 2 наблюдения с высокой разрешающей способностью. По этой причине радиус поля 9 наблюдения оптического устройства 2 наблюдения не должен быть избыточным.

Чрезмерный радиус поля 9 наблюдения недопустим также потому, что приводит к появлению геометрических искажений изображения.

В частном случае реализации способа, блок-схема которого показана на Фиг. 6, параметры ярких быстродвижущихся объектов 3, определенные при помощи блока 6 определения параметров ярких быстродвижущихся объектов, используются для управления режимом работы оптического устройства 2 наблюдения. В случае, когда скорость ярких объектов неизвестна или существенно отличается от ожидаемой, определение их параметров при помощи блока 5 гидирования может быть затруднено. В этом случае следы 11 ярких быстродвижущихся объектов, в частности спутников, на снимках, полученных оптическим устройством 2 наблюдения, могут иметь форму отрезков слишком большой или, напротив, недостаточной длины. В результате точность определения скорости или направления движения объектов снижается. Недостаточная ширина отрезков также затрудняет определение скорости и направления движения. Это ведет к снижению точности определения скорости и направления движения опорных звезд 12 при помощи блока 5 гидирования. Сигнал с параметрами движения ярких быстродвижущихся объектов 3, поступающий с выхода блока 6 определения параметров ярких быстродвижущихся объектов на вход оптического устройства 2 наблюдения, изменяет частоту кадров и экспозицию съемки на величину, которая обеспечивает наилучшие условия для определения параметров ярких объектов.

Устройство 13 для реализации способа включает оптическое устройство 2 наблюдения, блок 4 определения параметров ярких объектов, блок 5 гидирования и блок 6 определения параметров ярких быстродвижущихся объектов.

Оптическое устройство 2 наблюдения, блоки 4, 5, 6 могут быть объединены между собой в той или иной конфигурации. Также они могут быть объединены в единое устройство 13 реализации способа.

Подключение всех устройств и блоков друг к другу может производиться различными способами. В том числе по проводам, волоконно-оптической линии связи, по ИК-каналу, радиоканалу, каналу Wi-Fi или другой беспроводной связи.

Излучение со стороны ярких объектов, которое представляет собой помеху работе систем гидирования телескопов, может иметь место на различных частотах оптического диапазона. Наибольшее влияние оказывает излучение в видимом и инфракрасном диапазоне. Описанные способ и устройство могут быть применены для защиты от воздействия ярких быстродвижущихся помех в любой части оптического диапазона, в том числе в видимой и инфракрасной.

Описанные выше способ и устройство могут также быть применены для гидирования телескопов, размещенных в космическом пространстве. Расстояние между космическим телескопом и ярким быстродвижущимся объектом, например спутником, может составлять десятки километров. Воздействие спутников, проходящих в относительной близости к космическим телескопам, в сравнении с их воздействием на телескопы наземного базирования, может быть более быстротечным и значительным. В такой ситуации для своевременного обнаружения проходящего спутника и определения его параметров необходимо устанавливать максимально возможный радиус поля 9 наблюдения оптического устройства 2 наблюдения.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Способ гидирования телескопа и устройство для его реализации могут быть эффективно использованы в существующих системах наблюдения в астрономии, как профессиональных, так и любительских.

Изобретение относится к области оптической астрономии и предназначено для обеспечения работы телескопов при наличии в области наблюдения ярких быстродвижущихся объектов. Способ гидирования телескопа заключается в том, что первоначально определяют направление на поле нахождения опорных звезд, используемых для гидирования телескопа. Устанавливают радиус поля наблюдения на один - десять градусов больше, чем радиус поля нахождения опорных звезд. Направляют на поле наблюдения оптическое устройство. Обрабатывают сигнал, полученный оптическим устройством в поле наблюдения, фиксируют яркие объекты и определяют их скорость и направление движения. Из зафиксированных объектов выделяют те, скорость движения и направление которых указывают на то, что они относятся к классу звезд, и используют данные об этих объектах для гидирования телескопа. Устройство включает оптическое устройство наблюдения с радиусом поля наблюдения на один - десять градусов больше, чем радиус поля нахождения опорных звезд, блок определения параметров ярких объектов, блок гидирования, блок определения параметров ярких быстродвижущихся объектов. Технический результат – повышение эффективности работы наземного или космического телескопа за счет снижения воздействия оптического излучения со стороны ярких быстродвижущихся объектов на работу системы гидирования телескопа. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ гидирования телескопа, заключающийся в том, что первоначально определяют направление на поле нахождения опорных звезд, используемых для гидирования телескопа, устанавливают радиус поля наблюдения на один - десять градусов больше, чем радиус поля нахождения опорных звезд, направляют на поле наблюдения оптическое устройство и обрабатывают сигнал, полученный оптическим устройством в поле наблюдения, фиксируют яркие объекты и определяют их скорость и направление движения, из зафиксированных объектов, выделяют те, скорость движения и направление которых указывают на то, что они относятся к классу звезд, и используют данные об этих объектах для гидирования телескопа.

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что указанное оптическое устройство устанавливают на телескопе.

3. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что в качестве указанного оптического устройства используют оптическое устройство гидирования.

4. Устройство реализации способа, включающее оптическое устройство наблюдения с радиусом поля наблюдения на один - десять градусов больше, чем радиус поля нахождения опорных звезд, блок определения параметров ярких объектов, блок гидирования, блок определения параметров ярких быстродвижущихся объектов, при этом выход оптического устройства наблюдения подключен ко входу блока определения параметров ярких объектов, выход которого подключен ко входу блока гидирования и входу блока определения параметров ярких быстродвижущихся объектов, выход блока определения параметров ярких быстродвижущихся объектов подключен ко второму входу блока гидирования, а выход блока гидирования выполнен с возможностью подключения к устройству гидирования телескопа.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что блок определения параметров ярких быстродвижущихся объектов дополнительно подключен ко входу оптического устройства наблюдения.