Фотоэлектрическая следящая система гидирования телескопа Советский патент 1986 года по МПК G05B11/01 

Изобретение относится к астрономическому приборостроению и может быть применено при управлении телескопами .

Целью изобретения является повышение быстродействия, точности и по- мехоэапцпченности системы.

На фиг. I представлена блок-схема системы; на фиг.2 - диаграммы, пока- зЫвающие процесс формирования сигнала ошибки по каждой координате; на фиг.З - схема блока регулирования частоты (блока АРУ) J на фиг.4 - exes- Ma дешифратора; на фиг. 5- схема усилителя мопщости.

Фотоэлектрическая следящая- систем содержит объектив 1 гида телескопа н двухстепенном поворотно-карданном подвесе, первый редуктор 2, первый двигатель 3, первый усилитель мощности 4, модулятор светового потока 5 с формирователями опорных напряжений 6 фотоприемник 7, усилитель-формирователь импульсов 8, управляемый источник напряжения 9, блок регулирования частоты (блок АРУ) 10, блок формирования импульсов 11, цифроаналоговый преобразователь 12, коммутатор 13, элемент И-НЕ 14, элемент ИЛИ 15, счетчик 16, элемент НЕ 17, дешифратор 18, элемент И-НЕ 19, триггер 20, элемент И-НЕ 21, сумматор 22, компаратор 23, элемент НЕ 24, триггер 25, счетчик 26, регистр 27, формирователи импульсов 28 и 29, триггер 30, формирователь импульсов 31, элемент НЕ 32, элементы И-НЕ 33 и 34, реверсивный счетчик 35, преобразователь кода 36, регистр 37, элемент ИЛИ 38, компаратор 39, элемент НЕ 40, эле мент И-НЕ 41 , элемент НЕ 42, формирователь импульсов 43, элементы И-НЕ 44 и 45 триггеры 46 и 47, элемент И-НЕ 48, триггер 49, элемент 2-4И-ИЛИ-НЕ 50, первый второй блоки выделения полезного сигна ла 51 и 52, источник опорного напря жения 53, блок ускоренной обработки начального рассогласования 54, логический блок 55, источник постояннно- го напряжения 56, преобразователь частота - напряжение 57, элемент сравнения напряжений 58, усилитель 59, фильтр нижних частот 60, пороговый элемент 61, элементы НЕ 62 - 66, блок 8И-НЕ 67, элементы НЕ 68 и 69, элемент 2-2И-ИЛИ-НЕ 70,В-триггер 71, элемент 2-2И-ИПИ-НЕ 72, D-триггер 73 усилители 74 - 77, второй усилитель

мощности 78, второй двигатель 79, второй редуктор 80, резистор 81, источник положительного напряжения 82. На чертежах обозначено: N - сигнал ошибки, N ,N - модули ошибок по- оси t и (5.

Источник опорного напряжения 53 содержит цифроаналоговый преобразователь 12, коммутатор 13, источник постоянного напряжения 56.

Логический блок 55 содержит элемент И-НЕ 14, элемент ИЛИ 15, счетчик 16, элемент НЕ 17, дешифратор 18, элемент И-НЕ 19, триггер 20, элемент И-НЕ 21, сумматор 22, компаратор 23, элемент НЕ 24, триггер 25, счетчик 26, регистр 27, формирователи импульсов 28 и 29 и триггер 30.

Блок вьщеления полезного сигнала 51 (или 52) содержит формирователь импульсов 31, элемент НЕ 32, элементы И-НЕ 33 h 34, реверсивный счетчик 35, преобразователь кода 36, регистр 37, элемент ИЛИ 38, компаратор 39, элемент НЕ 40, элемент И-НЕ 41, элемент НЕ 42, формирователь импульсов 43, элемент 2-4И-ИЛИ-НЕ 50 и блок ускоренной обработки начального рассогласования 54.

Блок ускоренной обработки начального рассогласования 54 содержит элемент И-НЕ 44 и 45, триггеры 46 и 47, элемент И-НЕ 48 и триггер 49.

Сигнал овшбки в каждом блоке выделения полезного сигнала 51 (или 52) образуется как результат разностных измерений числа сигнальных импульсов за первую и вторую половину периода модуляции. Если в общем случае имеют место шум фотоприемника 7 и сигнал, вызванный фоном неба, то величину отношения сигнал/шум при таких измерениях можно выразить формулой:

л Пс

де

сп, Р

п +

Фгт,

П

/Х,. (О

m

дп.

П

err,

п

П

тмгт,

отношение сигнал/шум; разность числа; сигнальных импульсов за 1 период модуляции (Т) ;

число сигнальных импульсов за время Т ; число импульсов от фона за время Т ; число шумовых импульсов фотоприемника 7 за время Т:

N - число периодов модуляции Пусть А- некоторое целое число

Приняв N

А

a Vm можно записать:

а По

V п

СГТ1

q.

А

аПс.

или

ДПс

с-. фтОбозначив

EaaiJt-b

ctn

Р А

4П,

П,,„ .(1+of)

ЛП,

n,(Kol).

(7)

Можно показать, что выражение для дп в зоне линейности модулятора светового потока 5 (или анализатора) (±Р,5 d изображения) описывается формулой:

16 „ Г

(8)

где - смещение изображения с оси модулятора светового потока 5;

J - диаметр изображения, вьгаеденной путем интегрирования частотно-модулированного сигнала, изменяющегося по синусоидальному закону. Подставив (8) в (7), получаем: а,

(9)

р() I,

о l,6€/d

есш1 в формуле (9) фотоприемник 7).

Из (9) и (10) получаем:

(10) О (идеальный

А « А(1+о()

или

N«.(.Vl2)

где N,- число периодов, необходислучае

мых для накопления числа в отсутствия фона и .

Находим число А . Физический смысл его - это число сигнальных.импульсов, которое необходимо накопить в системе, чтобы при данной от

80684

носительной ошибке /d отношение сиг- нал/шум было равно заданному (см. формулу 10) в случае отсутствия шума фотоприемника 7 и мешаницего светово- .5 го фона.

Необходимая точность работы системы принимается равной 6/d 0,1. Для надежного определения наличия такой ошибки задаемся величиной .

10

5

0

Тогда число А %

- 56. (13)

1,6 0,1

Это число, как видно из формулы (10), не зависит от светового потока. Увелиг1ение светового потока приводит к увеличению быстродействия: число А накапливается за меньшее число периодов модуляции . Граничный случай - число А накапливается за один период модуляции. Как следует из (8), световой поток для этого случая

п,

56

« 1,6-0,1

350.

При частоте модуляции 37,5 Гц это соответствует п. 13000 имп/с. При дальнейшем увеличеиии яркости быстродействие системы не увеличивается

(оно ограничено частотой враще{шя мо дулятора светового потока 5), а возрастает величина Р. Однако точность работы системы в этом случае ограиичена механикой, точностью модулятора светового потока 5, дискретностью шагового двигателя 3. Уменьшение светового потока ие приводит к потере точности, а лишь к росту времени иакопления. Предельная величина времени накопления может.быть найдена из скорости возмущенного воздействия на входе системы. Она характеризуется величиной порядка 0,05 /с, а значит

время накопления , допуская уход звезды на 0,5 , равно:

10 с.

50

ss X Целесообразная настройка блока регулирования частоты (блока АРУ) 10 системы может быть найдена исходя из условия максимальной скорости отработки приводами телескопа (на чертеже не показаны) большего (,5d) рассогласования. В этом случае полез- ньй световой поток от звезды подвергается 100%-ной модуляции и можно

считать (предполагается наличие рас- согласования по одной оси), что все сигнальные импульсы дают вклад в величину п . Если за каждый период мо- дуляции возникает разностный сигнал , то можно записать

.С)

где fy, - частота модуляции.

Для обычно принятой в фотоэлектри- ческих системах гидирования телескопа величины „ 37,5 Гц можно найти: п,..5637,5x20000 имп/с. Как следует из формулы (11), при наличии фона не .ба и шума фотоприемника 7 для сохра- нения заданной точности работы системы необходимо увеличить число А в (l+oi) раз, причем

.

Ф 1 РФ Т

Ct&)

где световой поток от звезды; све ба;

ср - световой поток от фона неф-т эквивалентный световой

ток, обязанный шуму фотоприемника 7.

Алгоритмы нахождения числа А можн представить следующим образом.

1.Фотометрируется полный светово поток за некоторое время экспозиции TI , результат измерения запоминается .Фотометрируется разностный век торный сигнал при большом рассогласовании за промежуток времени Т, .

Дпя его нахождения следует суммировать модули сигналов ошибки

. fi

. INJ + . (16)

Ка фиг. 2 приведены диаграммы, показывающие процесс формирования сигнала ошибки по каждой координате при прохождении светового потока че- рез модулятор светового потока 5, Положение изображения звезды и начальное положение ротора модулятора светового потока 5 изображены в верхнем углу фиг.2. Изображение звезды смещено, в общем случае, по двум , осям. Очевидно, что при 100%-ной модуляции сигнал существует в течение времени Т/2, а фаза его зависит от углового положения звезды относительно Деитра вращения модулятора светового -потока 5. Заштрихованные области изображают сигналы.

приходящие в полупериоды суммирования, расположенные вьш1е оси, и вычитания - ниже оси. Как видно из фиг.2, угол, в течение которого сиг нал проходит в положительный полупериод модуляции по оси t, будет выражен

t 11-01,(17)

а в отрицательный полупериод

t- -ot.(18)

Разность

t - f - At -IT- 2cbt. (19)

Аналогично можно найти для оси «Г : &tf - 2d.(20)

Сумма л t, + &t TI численно равна углу существования сигнала от звезды при 100%-ной модуляции. Дели- чина этого- сигнала за период модуляции равна:

п.

JL 2

п.

где iXj - частота сигнальных импульсов .

Следовательно, для получения величины, характеризующей полезный световой поток, необходимо сложить модули сигналов ошибок по двум координатам. Полученная величина численно равна полезному световому потоку. Равномерный фон не подвергается модуляции, поэтому его составляющие в каждый полулериод щш равны и при вычитании взаимно компенсируются.

3.Выполняется условие:

NC + «Ф+ N Uel,(204.Придается величине Т численное значение:

Т,.АЛ„,(22)

где 1„ - период модуляции.

5.Тогда можно записать:

,

,.T, (23) iNcI п,АТ„.(24)

Учитывая п.З, получаем: п А Т„ АоТ„ , откуда

A A aDlB22iBc m A(()

cm

(25)

Таким образом, уравнение (II) решают, подсчитав число периодов модуляции, необходимых для набора суммарного числа сигнальных импульсов на выходах обоих блоков воделения полезto

f5

25

7

Horo сигнала 51 и 52, равного числу импульсов от суммы полезного сигнала, фона и шума фотоприемника 7 за время, равное произведению АО Т

6.Можно воспользоваться величиной А для организации коррекции установки блока регулирования частоты

(блока АРУ) 10 с целью компенсации снижения быстродействия системы при наличии фона.

Действительно, максимальная скорость двигателя 3 в режиме больших рассоглассований, равная h f., где h - цена шага двигателя 3, обеспечивается при установке блока регулирования частоты (блока АРУ) IО „ .

При этом частота шагов равна частоте вращения модулятора светового потока 5.. Если работа системы протекает при наличии фона, то необходима установка (1+о(). Это число через цифроана- логовый преобразователь 12 может быть использовано для установки блока регулирования частоты 10 так, чтобы А„(+о)„ (26) путем соответствующего масштабирования. При этом количество сигиальных импульсов будет сохранено (разумеется, в пределах работы блока регулирования частоты 10).

7.Для повьш1ения быстродействия системы в режиме накопления следует предусмотреть два режима работы: режим согласования и режим слежения.

В режиме согласования скорость двигателя 3 может быть максимальной, а остановка - по изменению знака рассогласования. Использование режима быстрого согласования приводит к ошибке установки, которая зависит от величины шага дйигателя 3 и не превышает значения 0,5-1 диаметра изображения при шаге, например, величиной 0,05d. Таким образом, предлагаемая система позволяет решить следующие задачи: автоматическую установку числа А , характеризующего режим накопления, соответствующий данному соотношению сигнал/шум + фон и требуемой точности; автоматическую коррекцию средней частоты следования импульсов фотоприемника 7, необходимой для повышения быстродействия системы в присутствии фона; обеспечение режи-ss ма быстрого согласования в режиме накопления с автоматическим переходом в режим слежения.

1228

30

35

40

45

50

to

f5

20

25

, ,

.

280688

Система работает следующим образом.

С помощью приводов системы управления телескопа (не показаны на фиг.1) телескоп наводится на выбранную звезду. При этом световой поток от звезды собирается объективом 1 гида телескопа и в фокальной плоскости полудискового модулятора светового потока 5 возникает изображение выбранной звезды. Начальное рассогласование, мезвду оптической осью полудискового модулятора светового потока 5 и изображением звезды должно быть не менее 0,5 диаметра этого изображения, что обычно выполняется из-за наличия ошибок наведения телескопа . Промодулированный световой поток попадает на оптический вход фотоприемника 7, где преобразуется в частотно-модулированную последовательность электрических импульсов различной амплитуды. Эти импульсы поступают на вход усилителя-формирователя импульсов 8, который осуществляет функции дискриминации, усиления и формирования выходных импульсов по амплитуде и длительности. Работу усшштеля-формироватепя импульсов 8 можно представить следутцимн соотношениями:

30

Sr-::;jM :;;s,:.

s

5

0

5

0

где и,

Ък ьи

и.

и„ т.. напряжение на входе и выходе усилителя- формирователя импульсов 8; напряжение (порог) дискриминации усилителя-формирователяимпульсов 8; длительность выходного импульса усили- теля-формирователя импульсов 8. .

Сформированшле по амплитуде и дл1г- .тельности импульсы с выхода усилителя-формирователя импульсов 8 поступают на первый вход блока регулирования частоты (блока АРУ) JO, функциональная схема которого приведена на фиг.З,. .

Средняя частота входных импульсов в преобразователе частота - напряжение 57 преобразуется в постоянное напряжение, которое в элементе сравнения напряжений 58 сравнивается с

постоянным опорным напряжением, поданным на второй вход блока регулирования частоты (блока АРУ) 10.

Разность этнх напряжений подается на вход усилителя 59 и с его , который является первым выходом блока АРУ 10, подается на вход управляемого источника напряжения 9, линейно преобразующего низковольтное постоянное напряжение на своем входе в высоковольтное напряжение, необходимое для питания фотоприемника 7.

Одновременно выход преобразователя частота - напряжение 57 через фильтр нижних частот 60 подключен к входу порогового элемента 61, .на выходе которого появляется сигнал 1 в случае, если напряжение на его входе превьшает пороговое; Выход по- рогового элемента 6 является вторым выходом блока АРУ 10.

Функциональная зависимость меазду входами и выходами блока АРУ 10 мосит льного порога дискриминации усилителя-формирователя импульсов 8. 20 После включения питания проходит некоторое время, пока на втором выходе блока регулирования частоты 10 не появится 1, означающая готовность к работе фотоприемника 7. До

25

Ue«, где и

V,

BttX. tmajt

-K(nj,M-Uft,), (28)

ЙВ1Х1

Ц

в(1Х-1.ма.1

К м вх

- напряжение на первом выходе блока АРУ 10; максимальное напряжение на первом выходе блока АРУ 10; козф циейт усиления усилителя 59; коэффициент преобразования преобразователя частота - напряжение 57;

средняя частота импульсов на входе преобразожет быть выражена уравнениями:

момента появления этого сигнала все триггеры, счетчики, регистры системы могут находиться в случайном положении. Появление 1 на втором выходе блока регулирования частоты 30 10 вызьшает срабатывание блока формирования импульсов 11, сигнал с прямого выхода которого обйулйет регистры 37 и 27, с четчики 26 и 16, реверсивный счетчик 35 и через эле- 35 мент НЕ 17 - триггер 20, а импульс с инверсного выхода обнуляет триггеры 46, 47, 25 и 30.

Таким образом, система приходит в исходное состояние. Одновременно с

вателя частота - нап- 40 второго выхода блока регулирования ряжение 57.

ствующие входы элементов И-НЕ 21, И-НЕ 14, 2-4И-ИЛИ-НЕ 50, подготавливая их к работе.

Первый и второй элементы И-НЕ 33 функциональная зависимость следующая; Ugbix а - если ng Пб,.,„, 29)

вХ бХ.т,п,

сигнал на втором выходе блока АРУ 10; пороговая средняя частота входных импульсов на входе преобразова- . теля частота - напряжение 57.

Благодаря связям между фотоприемником 7, усилителем-формироватеПри этом для случая ,

имеем:

и,

и,

вык 1 .f

Для йторого выхода блока АРУ 10

где и

ивь,х.2 О если 8

)t 2

П

вХ.

45

и 34 закрыты О, поданшлм на их входы с прямого выхода триггера 30. Поэтому сигнальные импульсы не проходят на входы реверсивного счетчика

50 35 и все элементы блока выделения полезного сигнала 51 находятся в исходном состоянии. На вход элемента И-НЕ 2 поступают импульсы с выхода усилителя-формирователя импульсов 8

55 и проходят на сигнальный вход счетчика. 26, т.к. элемент И-НЕ 21 открыт (ПО своим входам сигналами 1 со втолем импульсов 8, управляемым источрого выхода блока регулирования час28068 О

НИКОМ напряжения 9 и блоком регулирования частоты ) 10, показанным на фиг.1, средняя частота выходных импульсов на выходе усилителя-формирователя импульсов 8 поддерживается относительно постоянной в широком диапазоне изменения величины падающего светового потока, т.к. с увеличением последнего уменьшается ве- личина напряжения, поступающего на управляющий вход фотоприемника 7 с выхода управляемого источника питания 9, что приводит к уменьшению средней амплитуды импульсов на вы- 15 ходе фотоприемника 7, а следовательно, и к снижению средней частоты следования их из-за изменения отно10

сит льного порога дискриминации усилителя-формирователя импульсов 8. После включения питания проходит некоторое время, пока на втором выходе блока регулирования частоты 10 не появится 1, означающая готовность к работе фотоприемника 7. До

момента появления этого сигнала все триггеры, счетчики, регистры системы могут находиться в случайном положении. Появление 1 на втором выходе блока регулирования частоты 10 вызьшает срабатывание блока формирования импульсов 11, сигнал с прямого выхода которого обйулйет регистры 37 и 27, с четчики 26 и 16, реверсивный счетчик 35 и через эле- мент НЕ 17 - триггер 20, а импульс с инверсного выхода обнуляет триггеры 46, 47, 25 и 30.

Первый и второй элементы И-НЕ 33

45

и 34 закрыты О, поданшлм на их входы с прямого выхода триггера 30. Поэтому сигнальные импульсы не проходят на входы реверсивного счетчика

50 35 и все элементы блока выделения полезного сигнала 51 находятся в исходном состоянии. На вход элемента И-НЕ 2 поступают импульсы с выхода усилителя-формирователя импульсов 8

55 и проходят на сигнальный вход счетчика. 26, т.к. элемент И-НЕ 21 открыт (ПО своим входам сигналами 1 со второго выхода блока регулирования часи

тоты 10 и с инверсного выхода триггера 20. Счетчик 26 начинает суммировать сигнальные импульсы, поступа- няцие с выхода усилителя-формирователя импульсов 8, характеризующие суммарный сигнал от звезды, фона не ба и шума фотоприемника 7. Параллель но с работой счетчика 26, суммирую- -щего сигнальные импульсы, начинает работать счетчик 16, выполняющий роль счетчика времени.

Входные импульсы от формирователя опорного напряжения 6 подаются на четвертый вход элемента И-НЕ 14, на третий вход которого подана 1 с ,второго выхода блока регулирования частоты 10, на второй вход - 1 С инверсного .выхода триггера 20, а на первый вход - 1 с инверсного выхода триггера 25. Поэтому входные импульсы элемента И-НЕ 14 проходят на первый (т.е. сигнальный) вход счетчика 16, в котором суммируется число периодов выходного сигнала формирователя опорного напряжения 6. Суммирование в счетчиках 26 и 16 будет продолжаться до момента времени, когда в счетчике 16 не накопится число А , определяемое в соответствии

с формулой (10).

В момент появления кода числа А на входной шине дешифратора 18 на его выходе появляется 1 и поступает на первый вход элемента И-НЕ 19 открытого по второму входу сигналом 1, поданным с инверсного выхода триггера 30.

Дешифратор 18, структурная схема которого приведена на фиг.4, представляет собой устройство, выходной сигнал которого равен 1 при наличии на его входах кода 00111000 56 АО и О при других кодах.

На выходе элемента И-НЕ-19 появляется О, который устанавливает триггер 20 в состояние I. При этом ;эакрьюается элемент И-НЕ.21 и элемент :И-НЕ 14, на первый и третий входы которы теперь подан О с инверсного выхода триггера 20. Опрокидывание триггера 20 вызывает срабатывание формирователя импульсов 28, выходной импульс которого поступает на третий (т.е. синхронизирующий) вход регистра 27. При этом в нем записьгоается код чис- ла импульсов , накопленных в счетчике 26 за время Т и Этот код фиксируется с помощью счет1

10

15

35

,

2806R12

чика. 16, работа которого опысывается формулой (23).

На этом первый цикл работы системы заканчивается,

По заднему фронту импульса, выработанному формирователем импульсов 28, срабатьшает формирователь импульсов 29, который своим сигналом первого (т.е. инверсного) выхода устанавливает триггер. 30 в положение 1, а со второго (т.е. прямого) выхода через элемент ИЛИ 15 обнуляет счетчик 16, а- через элемент НЕ 17 - триггер 20.

При этом закрывается элемент И-НЕ 19, на второй вход которого поступает О с инверсного выхода тригге- ,ра 30, элементы И-НЕ 33 и 34 открываются 1, поступающей на их вторые входы с прямого выхода шестого триггера 30,. элемент И-НЕ 41 закрыт О, поданным на его третий вход с прямого выхода триггера 25. Поэтому цепь обнуления реверсивного счетчика 35 через формирователь импульсов 43 и элемент ИЛИ 38 отключена. На сигнальные входы реверсивного счетчика 35 через открытые элементы И-НЕ 33 и 34 начинают проходить сигнальные импуль- , сы в соответствии с сигналами о полупериодах сложения и вычитания, поочередно приходящими на третьи входы элементов И-НЕ 33 и 34 от формирователя опорного напряжения 6, причем- они поступают на третий вход элемен- , та И-НК 33 через элемент НЕ 32, а на третий вход элемента И-НЕ 34 непосредственно.

20

25

30

Начальное рассогласование между направлением на звезду и оптической осью гида телескопа должно выбираться равным не менее 0,3 диаметра изображения звезды с тем, чтобы была обе- спечена 100%-най модуляция светового потока. Код числа сигнальных импульсов, накопленных в реверсивном счетчике 35, через преобразователь кода 36 поступает на первый (т.е. информационный) вход регистра 37.Обновление кода в регистре 37 происходит в начале каждого периода модуляции по сигналу с выхода формирователя импульсов 31. Этот сигнал подается на второй (т.е. синхронизирующий) вход регистра 37, Момент появления сигнала на выходе формирователя импульсов 31 ппивязан к переднему, фронту выходно

ГО сигнала формирователя опорного напряжения 6.

Преобразователь кода 36 представляет, собой набор элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ для каждого разряда кода двоичного числа. Он пропускает на свой выход информацию в прямом коде, если число положительное, и в обратном коде, если оно отрицательное.

Знак числа определяется знаковым разрядом реверсивного счетчика 35, подключенного к вторым входам каждого разряда преобразователя кода 36, приче I соответствует отрицательному числу, О - положительному.

Благодаря такому включению преобразователя кода 36 в регистре 37 записывается модуль сигнала ошибки. Информация с выхода регистра 37 подается на один из входов сумматора 22, такая же Информация с выхода вт орого блока выделения полезного сигнала 52 поступает на другой его вход.

Таким образом, на выходе сумматора 22 накапливается сумма модулей сигналов ошибок обоих блоков вьзделе- ния полезного сигнала 51 и 52 в соответствии с уравнением (16). Код суммы с выхода сумматора 22 поступает на второй вход компа атора 23, на первый информационный вход которого подается код числа с выхода регистра 27, полученного после окончания первого цикла работы системы в соответ- ствии с уравнением (23).

Возрастание кода на выходе сумматора 22 продолжается до тех пор, пока он не превысит код, поданный на первый вход компаратора 23. В этот момент на выходе компаратора 23 возникает сигнал 1, который через элемент НЕ 24 установит триггер 25 в положение 1. При этом закрьюается элемент И-НЕ 14, на один из входов которого подается сигнал с инверсного выхода триггера 25t я прекращает работу в режиме суммирования счетчик 16.

Число, накопленное в счетчике 16 в течение второго цикла работы системы и представляющее собой решение уравнения (25), поступает на вторые входы компаратороЪ 39 каждого блока выделения полезного сигнала 51 и 52 и на вход цифроаналогового преобразователя 12 в источнике опорного напряжения 53.

0

5

0

5

5

0

0

5

После установки триггера 25 в положение 1 открьшается элемент И-НЕ 41, закрытый до этого момента О, поданным с прямого выхода триггера 25 на его третий вход. При этом замыкается цепь обнуления реверсивного счетчика 35, состоящая из формирователя импульсов 43 и элемента ИЛИ 38. Одновременно с прямого выхода триггера 25 1 поступает на второй и третий входы элемента 2-4И-ШШ-НЕ 50. Этим разрешается прохождение импульсов с выхода элемента 2-4И-ШШ-НЕ 50 на второй вход усилителя мощности 4.

Усилитель мощности 4, принципиальная схема которого приведена на фиг. 5, обеспечивает коммутацию-обмоток шагового двигателя 3, что соответствует шагу в одном направлении при условиях Ug 1 , Ujx 2 О, шагу в противоположном направлении при условиях Ugx. 1, Ug,j, 1, и сохранение позиции двигателя 3 при условиях Uj,x.i - О, Uftx 2 °° - Ри этом на первый вход усилителя мощности 4 подается импульсный сигнал логического уровня, а на второй вход - потенциальный сигнал того же уровня.

До момента срабатывания триггера 25 выход коммутатора 13 бьщ подключен к выходу источника постоянного Напряжения 56, соединенному с его первым инфО1я 1ационным входом, поскольку на втором управляющем входе коммутатора 13 присутствует О, а на первом - 1. После установки триг- гера 25 в положение 1 сигналы на- управляющих входах коммутатора 13, подключенных к прямому и инверсному выходам пятого триггера 25, меняются местами И выходной сигнал коммутатора 13 становится равным выходному сигналу цифроаналогового преобразователя 12.

Функциональная зависимость между входными и выходными сигналами коммутатора 13 задана следующими условиями:

5

USHX

SnPl

Uewx . unp-i

где Ue«,

UfcjilaHo. 0;

Ъг.-1о.но1, 1,

если и

vinp.i

если и,

snp.i

- 1,

О

и,

хИлнол

ВЫХОДНОЙ сигнал коммутатора 13, аналоговый сигнал на первом информационном входе;

ел-2 О.НО.Ц

и

anpi

и

апр г

и.. . - аналоговый сигнал на втором информационном входе;

-логический уровень на первом управляют, j щем входе;

-логический уровень на втором управляют щем входе.

Выходное напряжение коммутатора 13 ю одается в качестве опорн ого на втоой вход блока регулирования частоты 10. При этом средняя частота следования сигнальных импульсов будет сответствовать уравнению (26). Схема jj блока регулирования частоты 10 предс- тавлена на фиг.З. Этот блок представляет собой устройство с обратной связью, работа которого основана на сравнении опорного напряжения с нап- 20 ряжением, полученным путем преобразования средней частоты сигнальных импульсов В напряжение. Поэтому средняя частота следования сигнальных импульсов линейно зависит от опор- 25 ного напряжения, что и использовано в данной системе.

Таким образом, после установки триггера 25 в положение 1 заканчивается второй цикл работы системы. ЗО При этом автоматически устанавливается необходимый режим работы блоков вьщеления полезного сигнала 51 и 52, обеспечивающий заданную точность (выбор числа А ), автоматически ус- ,, танавливается необходимый режим питания фотоприемника 7 (выбор числа А), обеспечивающий постоянство полезного сигнала в Присутствии фона неба. 40

Установка триггера 25 в i включается в ражим быстрого согласоваий системы.

Работа системы в этом режиме просходит следующим образом. 45

Триггеры 46, А7и А9в исходном состоянии находятся в состоянии О, поэтому в элементе 2-4И-ИПИ-НЕ 50 подгототовлена к работе верхняя половина элемента, на пятый вход кото- 50 ррго подана 1 с инверсного выхода триггера 49. На первый вход этой половины элемента поступают импульсы с выхода формирователя импульсов 3I. Эти импульсы проходят на выход эле- 55 мента 2-4И-ИЛИ-НЕ 30, т.к. на двух остальных входах каждой из частей этого элемента уже установлена 1 с прямого выхода триггера 25 и со второго выхода блока регулирования частоты 10.

Если изображение звезды смещено с оси вращения модулятора светового потока 5, то в моменты времени, привязанные к началам каждого периода выходного сигнала формирователя опор ного напряжения 6 с помощью-формирователя импульсов 31, знаковый разряд реверсивного счетчика 35 устанавливается в определенное положение, зависящее от направления смещения изображения по рассматриваемой оси.

Поэтому в зависимости от знака числа, накопленного в реверсивном счетчике 35 к моменту начала периода срабатьшает элемент И-НЕ 44 (или 45) и устанавливает триггер 46 (или 47) в положение 1. При этом двигатель вращается с максимальной скоростью, определяемой частотой вращения модулятора светового потока 5 и ценой шага двигателя 5.

Направление вращения двигателя 3 определяется знаковым разрядом реверсивного счетчика 35. Вращение двигателя 3 будет продолжаться до момента изменения знака числа, накопленного в реверсивном счетчике 35 к моменту окончания очередного периода.

В момент изменения знака указанного числа открывается закрытый до того элемент И-НЕ 44 (или 45), одновременно закрывается открытый элемент И-НЕ 45 (или 44), т.к. сигнал со знакового разряда реверсивного счетчика 35 подается на вход элемента И-НЕ 44 непосредственно, а на вход элемента И-НЕ 45 - через элемент НЕ 40. Срабатывает триггер 46 (или 47), стоявший до того в состоянии О. Таким образом, оба триггера 46 и 47 оказываются в состоянии 1, их прямые выходы подключены к входам элемента 2И-НЕ 48. Поэтому на выходе этого элемента возникает О, переводящий триггер 49 в состояние 1.

Верхняя половина элемента 2-4И- -ИЛИ-НЕ 50, пятый вход которой подключен к инверсному выходу триггера 49, закрывается О с этого выхода, запрещая прохождение импульсов с выхода формирователя импульсов 31 на второй вход усилителя мощности 4. Вторая половина элемента 2-4И-Ш1И-НЕ 50 открывается 1, поступающей с прямого выхода триггера 49 иа шестой

вход элемента 2-4И-ИЛИ-НЕ 50 после переключения триггера 49, Тем самым импульсы с выхода формирователя импульсов 31, совпадающие по времени с присутствием 1 на выходе компарато- | ра 39, пройдя открытый элемент И-НЕ 41 и элемент НЕ 42, подаются на четвертый вход открытой половины элемента 2-4И-ШШ-НЕ 50 и .поступают на втогенератора опорного напряжения мод лятора светового потока 5. Этот ко поступает через преобразователь ко да 36, работа которого описана выш на первый (т.е. информационный) регистра 37,

Записанный в регистре 37 код по тупает на первьй вход компаратора где сравнивается с кодом установле

рой вход усилителя мощности 4. Таким О ного числа , поступающим на его

образом, система переходит к четвертой фазе работы - режиму слежения.

Ошибка системы в конце фазы быстрого согласования находится в пределах одного диаметра изображения в ре- 5 ла А , то на выходе компаратора 39

альных условиях работы.

Работа системы в режиме слежения начинается при следующих условиях: триггеры 46, 47 и 49 установлены в состояние 1, на второй вход компа- ратора 39 подан код числа А , выработанный логическим блоком 55. На выходе источника опорного напряжения 5 установлено необходимое опорное напряжение. Элементы И-НЕ 41 и 2-4К-ЙЛИ НЕ 50 открыты по соответствующим входам, на которые подана 1 с прямого выхода триггера 25. Элементы И-НЕ 33 и 34 открыты по соответствующим входам, подключенньм к прямому выходу триггера 30. Работа блоков выделения полезного сигнала 51 и 52 в режиме слежения протекает в виде повторякицихся циклов

Сигнальные импульсы с выхода уси- лителя - формирователя импульсов 8 через элементы И-НЕ 33 и 34 поступают на входы реверсивного счетчика 35. Периоды слежения и вычитания управляются сигналами формирователя опорного напряжения 6, управляницими коммутацией элементов И-НЕ 33 и 34, выходы которых .подключены соответственно к входам .сложения и вычитания реверсивного счетчика 35. Если изоб- ражение смещено относительно центра вращения ножа модулятора светового потока 5 по оси, соответствующей работе выбранного блока вьщеления полезного сигнала 51, то возникает частотная модуляция сигнальных импульсов , что приводит к неравенству их числа, поступающего на входы сложения и вычитания реверсивного счетчика 35. На его выходах образуется код разности числа импульсов, поступивших на входы сложения и вычитания в соответстующие полупериоды сигнала

генератора опорного напряжения модулятора светового потока 5. Этот код поступает через преобразователь кода 36, работа которого описана выше, на первый (т.е. информационный) регистра 37,

Записанный в регистре 37 код поступает на первьй вход компаратора 39, где сравнивается с кодом установленвторой вход с выхода счетчика 16 логического блока 55. Если за один период модуляции накопленное на реверсивном счетчике 35 число меньше чис

сохраняется О и реверсивный счетчик 35 продолжает работу в том же режиме в следующем периоде модуляции. Так будет продолжаться до того момента, когда в начале определенного цикла модуляции накопление разности в реверсивном счетчике 35 не превысит число А . В этот момент на выходе . компаратора 39 возникает 1, на выход элемента И-НЕ 41 проходит импульс С выхода формирователя импульсов 31, привязанный к фронту начала периода модуляции.Через элемент НЕ 42 этот импульс в виде 1 поступает на четвертый вход открытой половины элемента 2-4И-ШШ-НЕ 50 и далее идет на второй вход усилителя мощности 4.

Двигатель 3 совершает шаг в направлении согласования, определяемом знаковым разрядом реверсивного счетчика 35. По заднему фронту импульса образующегося на выходе элемента И-НЕ 41, срабатывает подключенный к выходу этого элемента формирователь .импульсов 43, выходной импульс кото- торого через элемент ИЛИ 38 поступает на вход обнуления реверсивного счетчика 35. После обнуления реверсивного счетчика 35 начинается второй цикл работы, в результате, которого шаговый двигатель 3 делает еще один шаг и т.д.

Частота шагов двигателя 3 определяется величиной рассогласования, ус тановленным числом А и средней частотой сигнальных импульсов. Число циклов накопления может быть найдено цо формуле:

Пс + + Пг

1,6 /d Пе Т„

(30)

19

рткуда

- -1 r. п,

К Т„А -

Таким образом, число периодов накопления автоматически увеличивается ,с уменьшением частоты следования сигнальных импульсов, величины ошибки рассогласования и отношения величины полезного потока к мешающему фону. Благодаря этому сохраняется отношение сигнал/шум при постоянной величине ошибки, что способствует повьшге- нию позиционной точности системы ги- дирования не менее, чем в три раза в условиях работы по слабым звездам, а также увеличению чувствительности системы. Свойство предлагаемой системы сохранять постоянными частоту сигнальных импульсов и отношение сигнал/шум в широком диапазоне измерения яркости звезд и в условиях засветки от фона неба свидетельствует о ее высокой помехозащищенности.

Точность предлагаемой системы по сравнению с базовым объектом, в качестве которого выбрана система гиди- ровання на телескопе АЗТ-12 г. Тарту выше не менее, чем в 3 раза при ра- боте по слабым звездам в присутствии фона неба; помехозащищенность системы в смысле сохранения основных параметров при наличии меЬанзщего фона выше в среднем в 5 раз, и тем вьщте, чем больше уровень мешающего фона; время установления рабочего режима системы в среднем не превьш ает 3- 4 с, в то время как в системе ги- дироваиия АЗТ-12 это время может составить величину порядка 2 мин и больше, что отрицательно сказьшается на исподуьзовании наблюдательного времени телескопа, т.е. время на установку рабочего режима системы в 30 раз меньше; время отр аботки большего рассогласования в системе Принципиально меньше, т.к. отработка вдет с максимальной скоростью двигателя независимо от яркости звезды (в системе гидйрования АЗТ-12 скорость отработки в случае слабых звезд зависит от их яркости и величины фона) , поэтому вьшгрыш может составлять величину 5-10 раз, что также способствует лучшему использованию наблюдательного времени телескопа.

J22806820

.

Формула изобретения

to 5 20. 25

jg - о 5055I. Фотоэлектрическая следящая система гидйрования телескопа, содержащая последовательно соединенные объектив гида телескопа, модулятор светового потфка с формирователями опорного напряжения, фотоприемник и усилитель-формирователь импульсов , подключенный выходом к первому входу блока регулирования частоты и к первому входу . логического блока, соединенного первым выходом с первыми входами первого и второго блоков выделения полезного сигнала, подключенных вторыми входами к выходам со ответствующих формирователей опорного напряжения, а первыми выходами через последовательно соединенные первый усилитель мощности, первый двигатель, первый редуктор и последовательно соединенные второй усилитель мощности, второй двигатель и второй редуктор - к первому и второму входам двухстепенного поворотно- карданного подвеса гида телескопа, на котором установлен объектив гида телескопа, каждый из блоков вьщеле- ния полезного сигнала содержит первый и второй элементы И-НЕ, первые входы которых соединены друг с другом, вторые входы которых соединены друг с другом, а выходы подключены соответственно к суммирующему и выт читающему входам реверсивного счетчика, последовательно соединенные первый формирователь импульсов и третий элемент И-НЕ, четвертый и пятый элементы И-НЕ и последовательно соединенные первый триггер и шестой элемент И-НЕ, причем третий вход второго элемента знаковый выход реверсивного счетчика являются вторым входом и первым выходом блока ввделе- ния полезного сигнала, отличающаяся тем, что, с целью повышения быстродействия, точности и помехозащищенности системы, в нее дополнительно введены управляемый источник напряжения, источник опорного напряжения и блок формирования импульсов , а в каждом блоке воделения полезного сигнала дополнительно установлены .первый, второй и третий эле- , менты НЕ, преобразователь кода, регистр, элемент ИЛИ, компаратор, вто- рой формирователь импульсов, второй и третий триггеры и элемент 2-4И-ИЛИ

21122

-НЕ, причем выход усилителя-формирователя импульсов соединен с третьими входами первого и второго блоков выделения полезного сигнала, второй вход блока регулирования частоты под- ключей к выходу источника опорного напряжения, первый выход блока регулирования частоты через управляемый источник напряжения соединен с элек-г трическим входом фотоприемника, а второй выход соединен с четвертыми входами первого и второго блоков выделения полезного сигнала, с вторым входом логического блока и с входом блока формирования импульсов, подключенного прямым выходом к пятым входам первого и второго блоков вьщелет ния полезного сигнала и к третьему входу логического блока, а инверсным выходом - к шестым входам первого и второго блоков выделения полезного сигнала и к четвертому входу логического блока, соединенного пятым и шестым входами с вторыми выходами соответственно первого и второго блоков выделения полезного сигнала, седьмым входом - с выходом соответствующего формирователя опорного напряжения, вторым выходом - с первым входом источника опорного напряжения и с седьмыми входами первого и второго блоков вьзделения полезного сигнала, третьим выходом - с восьмыми входами первого и второго блоков выделения, полезного

сигнала, а первым и четверт л выходами - с вторым и третьим входами источника опорного напряжения, третьи выходы блоков вьщеления полезного сигнала подключены к вторым входам соответствукяцих усилителей мощности, а в каждом блоке выделения полезного сигнала входы первргЬ элемента НЕ и первого формирователя импульсов соединены с третьим входом второго элемента Й-НЕ, выход четвертого злемен- та И-НЕ соединен с первым входом первого триггера, выход первого элемента НЕ подключен к третьему входу первого элемента И-НЕ, вход обнуления реверсивного счетчика соединен с выходом элемента ИЛИ,- выход модуля реверсивного счетчика - с первым входом преобразователя кода, а выход знака - с входом второго элемент НЕ, с первым входом четвертого эле- мента И-НЕ и вторым входом преобразователя кода, подключенного выходом к вервому входу регистра, соединенно22

0

S 5 0 5 0

ij 0 5 0 5

го вторым входом с выходом первого формирователя импульсов и с первым входом элемента 2-АИ-ИЛИ-НЕ, третьим входом - с первым входом элемента ИЛИ, а выходом - с первым входом ком- паратора, подключенного выходом к второму входу третьего элемента И-НЕ, соединенного третьим входом с-вторым и третьим входами элемента 2-4И-ИЛИ- НЕ, а выходом через второй формирователь импульсов - с вторым входом элемента ИЛИ и через третий элемент НЕ - с вторым входом четвертого элемента И-НЕ, с четвертым входом элемента 2-4И-ИЛИ-НЕ и с первым входом пятого элемента И-НЕ, подключенного вторым входом к выходу второго элемента НЕ, а выходом - к первому входу второго триггера, соединенного выходом с вторым входом шестого элемента И-НЕ, подключенного выходом к первому BXOjDjy третьего триггера, соединенного вторым входом с вторыми входами первого и второго триггеров, а первым и вторым выходами - с пятым и шестым входами элемента 2-АИ-ИЛИ- НЕ, второй вход элемента 2-4И-ИЛИ- НЕ, первый вход первого элемента И-НЕ, соединенные между собой седьмой и восьмой вход элемента 2-4И- ИЛИ-НЕ, первый вход элемента ИЛИ, второй вход первого триггера, второй вход компаратора, второй вход первого элемента И-НЕ, выход регистра и выход элемента 2-4И-ИЛИ-НЕ являются первым, третьим, четвертым, пятым, шестьм, седьмым и восьмым входами, вторым и третьим выходами блока выделения полезного сигнала,

2.Следящая система по п.1, о т- личающая ся тем, что источник опорного напряжения содержит источник постоянного напряжения и циф- роаналоговый преобразователь, подключенные выходами к первому и второму информационным входам коммутатора, причем вход цифроаналогового преобразователя, первый и второй управляющие входы и выход коммутатора являются первьо, вторым и третьим входами и выходом источника опорного напряжения.

3.Сл едящая система по п, 1, о т- личающаяся тем, что логический блок содержит сумматор, последовательно соединенные первый элемент И-НЕ, первый счетчик, первый регистр, компаратор, первый элемент НЕ и пер, to

вый TpHrriep, последовательно соединенные элемент ИЛИ и второй элемент НЕ и последовательно соединенные второй элемент И-НЕ, второй счетчик, дешифратор, третий элемент И-НЕ, второй S триггер, первый и второй формироватеи импульсов и третий триггер, подклюценный инверсным выходом к второму вхойУ третьегЬ элемента И-НЕ, а вторым входом - к второму входу первого триггера, соединенного инверсным выходом с nepBtdM входом второго элемента И-НЕ, подключенного втррьм входом к выходу второго триггера и к первому входу первого элемента И-НЕ,5

а третьим входом - к второму входу первого элемента И-НЕ, первый вход элемента ИЛИ соединен с вторым выходом второго формирователя импульсов, а второйвход -с вторым входом перво- . го счетчика и вторым входом региto

S5

стра, а выход - с. вторым входом второго счетчика, выход второго элемент;. НЕ подключен к второму входу второго триггера, выход первого формирователя импульсов соединен с третьим входом первого регистра, выход сумматора подключен к BTopohfy входу компаратора, третий и второй входы первого элемента И-НЕ, второй вход первого счетчика, второй вход первого триггера, первый и второй входы сумматора, четвертый вход второго элемента И-НЕ, прямой выход первого триггера, выход второго счетчика, прямой выход третьего триггера и инверсный выход первого Триггера являются первые, вторым, третьим, четве ртьм, пятым, шесты4 и седьмым входами и первым, . вторым,. третьим и четвертым выходами логического блока.

1

fput.f

1228068

ОтГЗ

фиг.З

фиг,

LOm3S

ri,

82

0ut,5

Изобретение относится к области астрономического приборостроения и может быть применено при управлении оптическими телескопами. В системе решается задача сохранения постоянного соотношения полезный сигнал/oiyM при постоянной величине ошибки системы, что, в свою очередь, способствует повышению ПОЭИ1Ц1ОННОЙ точности системы. В системе свет от наблюдаемой звезды поступает через объектив телескопа и модулятор светового потока на фотбприемник. Выходной сигнал фотоприемника усиливается и преобразуется в усилителе-формирователе импульсов. Полученный сигнал преобразуется в блоке регулирования частоты, который свош4 выходным сигналом через источник напряжения воздействует на электрический вход фотоприемника, , Кроме того, выходной сиг-г нал усилителя-формирователя преобразуется в Логическом блоке и в блоках вьщеления полезного сигнала. Выходной сигнал логического блока воздействует на истрчник опорного напряжения, который по этому сигналу меняет опорное напряжение, постз - пающее ча опорный вход блока регулирования частоты. Выходные сигналы блоков вьщеления полезного сигнала поступают на соответствующие усилители мощности. Усилители мощности через электродвигатели и редукторы воздействуют на карданный подвес, гида телескопа. 2 з.п. ф-лы, 5 ил. I (Л