Имитатор излучения звезды Советский патент 1987 года по МПК G09B27/06 

113

Изобретение относится к пособиям по,астрономии и может быть использовано при испытаниях и настройке оптических фотоприемнмх устройств слежения за звездами, систем гидирования телескопов, оптико-электронных автоматических систем ориентации, навигационных систем работающих по звездам, и т.п. устройств.

Целью изобретения является расширение имитационных возможностей.

На фиг.1 изображена оптическая схема имитатора излучения звезды на фиг,2 - принципиальная электрическая схема имитатора; на фиг.З - распределение по длинам ВОЛН энергетических освещенностей (Е) на выходе имитатора при трех значениях звездной величины; на фиг.4 - диаграмма работы .KONfflapaTopOB,

. Имитатор излучения звезды содержи источники света 1-30, выполненные на светодиодах, собирающие линзы 31-60, конденсатор 61j полевую диафрагму 62 расположенную в фокальной плоскости коллиматорного объектива 63, полупрозрачный рассеивающий элемент 64, выполненный из матового стекла и установленный в непосредственной близости от полевой диафрагмы со стороны конденсатора 61,, источник 65 питания, выполненный в виде регулируемого источника напряжения.

Светодиоды 1-30 закреплены по ок- .ружности на непрозрачном диске (не показан), расположенном перпендикулярно к главной оптической оси имитатора, проходящей через центр диска. Светодиоды 1-30 установлены так, что их излучающие поверхности находятся в фокусах собирающих линз 31-60, объединены по два (1 и 2,, 3 и А,,,, 29-30) в преобразовательной цепи по одинаковым спектральным характеристикам, соединены внутри преобразовательных цепей последовательно с одними из выводов соответствующих постоянных резисторов 66-80 и подключены к одному выводу источника 65 питания через соответствующие токорегулято- ры 81-85, выполненные на переменных резисторах.

К каждому токорегулятору 81-85 подключено по три идентичных параллельных цепи с источниками света и резисторами. Так, к токорегулятору 81 подключены цепи с источниками света 1, 2 и резистором 66, с источника

0

5

0

5

1

0

5

0

5

0

5

532

ми света 3, 4 и резистором 67, с ис - точниками .света 5, 6 и резистором 68, а к токорегулятору 85 подключены це пи с источниками света 25, 26 и резистором 78, с источниками света 27, 28 и резистором 79 и с источниками света 29, 30 и резистором 80.

Цепь Ксшдого токорегулятора 81-85 содержит также преобразователь 86- 90 ток - напряжение, три ключа 91-93 (94-96, 97-99, 100-102, 103-105), три компаратора 106-108 (109-111, 112-114, , 118-120) и инвертор 121 (122-125). В каждой цепи то- корегуляторов 81-85 входы ключ;ей 91- 93 (94-105) соединены с управляющ ими входами компараторов 106-108 (109- 120) и Через преобразователи 86-90 ток - напряжение подключены к другому выводу источника 65 питания, с которым соединены входы всех компараторов 106-120. компараторов 108, 111, 114,, 117, 120 через соответствующие инверторы 121-125 подключены к управляющим входам соответствующих ключей 93, 96, 99, 102, 105. Выходы остальных компараторов 106, 107, 109, 1 10, 112, ИЗ, 1 15, 116, 1 18, 119 подключены к управляющим входам ключей соответственно 91, 92, 94, 95, 97, 97, 100, 101, 103, 104. Выходы ключей 91-105 соединены с другими выводами соответствующих резисторов 66- 80.

Каждый из преобразователей 86-90 ток - напряжение выполнен на постоянном резисторе, падение напряжения на котором используют в качестве входного управляющего сигнала.для соответствующего компаратора 106-120.

Инверторы 121 к 125 выполнены на транзисторах КТ 315. Добавочные постоянные резисторы 66-30 служат для выравнивания токов.в ветвях при одновременном включении двух групп све- тодиодов в цепях токорегуляторов 81- 85, Ключи выполнены на электромагнитных реле типа РЭС 15 с ис- : пользованием для согласования с компараторами 106-120 транзисторов КТ 315. - .

Компараторы 107, 110, 113, 116 и 119 - двухпороговые компараторы, выполненные на микросхе:мах типа 521 СА Ij все остальные - однойорого- вые компараторы, выполненные на микросхемах типа 521 СА 2.

С целью, воспроизведения спектра имитируемой звезды светодиоды 1-30 взяты с такими спектральными характеристиками, что все вместе они охватывают видимую часть спектра и часть инфракрасной области с обшим диапазоном длин волн 0,45-1,2 км.

Подбор светодиодов 1-30 осуществлен следующим образом.

Экспериментальным путем определены спектральные характеристики светодиодов при трех значениях тока питания: 1/4 ,

гМИКС

1/2 I

м«кс

3/4 I

АЧИКС

где I - максимальный ток питания

для данного типа светодиодов по паспорту. Весь спектральный диапазон имитируемой области ( 0,45-- 1,2|(км) разбит на пять поддиапазонов (0,45-0,54; 0,54-0,66; 0,66-0,82; 0,82-0,98; 0,98-1 ,2/и км) rio числу цепей токорегуляторов (см, фиг.З) и отобрано по два светодиода, максимума излучения спектральных характерис-

т

.макс

. . п - 2тг . . JJ fo7 -toi 1й

и.

юа

8i К

т и° г- Ifo

.,8

-Ra и

- -J||W5

. .ТТ8 -2р МС.КС п

i-f3 ii2 1 э 3 8 - fli -ч

п Ti п -

116 --

3

U -R l и

lifc 11S t, 83

M«kcНП ,.n , T,5n 2макс,.n

83 Ufl9-UYY«. U.9- 3,0- 85

no

jj- величины сопротивлений преобразователей 86-90 ток - напряжение;

С

- максимально допустимьш

ток через светодиоды 13- I8, максимумы излучения которых находятся вблизи максимума имитируемой спектральной характеристики ;

- пороги дискриминации од- нопороговых компарато-- ров 106, 108, 109,-111, 112, 114, 115, 117, 118, 120;

ю

15

в 2о - 25

тик которых соответствуют длинам волн, наиболее близким к среднему значению Д , ( , , л , ДЛи- ны волны соответственно каждого из пяти поддиапазонов (см, фиг.З) при трех значениях тока питания, i

На фиг.З кривые А, В, С показывают распределение по длинам волн энергетических освещенностей Е-на выходе имитатора при трех значениях- звездной величины, кривая А - энергетическую освещенность имитируемой звезды, а кривые , Cjj - энергетические освеще-нности светодиодов ,

Имитатор работает следующим образом.

Вначале производят установку порогов дискриминации компараторов 106- 120, Включают опорные источники напряжений не показаны и подают на компараторы 106-120 пороговые напряжения , величины которых определены из следующий условий:

п - 2тг . . 1й

и.

юа

и° г-

.,8

-Ra и

||W5

ТТ8 -2р МС.КС п

-ч

3

u

toi U8 ;

110 TtB

u-)n

UB .

14

u .

T-lMFIIT МП

и«й И и,07 ,

0

5

0

5

НП

119

в-

и.

111

-lU НП

119

и.

соответственно нижний и верхний пороги дискриминации двухпороговыХ , компараторов 107, 110, 113, 1 16 и 119.

Диаграмма работы компараторов 106- 120 приведена на фиг,4, где дана зависимость напряжения на выходе Ug, компараторов от входного напряжения

UBX :

а)для компараторов 106, 109, П2,

115,118 с порогами дискриминации и ;.

б)для компараторов 107, 110,113,

116,119 с нижним и и верхним U порогами дискриминации;

в)для компараторов 108, П1, 114,

117,120 с порогами дискриминации

513271

г) зависимость напряжения на де инверторов 121-125 от входного напряжения.

В исходном состоянии (до подачи напряжения с источника 65 питания, но включенных опорных источниках напряжения) ключи 91,-94, 97, 100, 103 открыты, а остальные ключи - закрыты, так как напряжения Ug -U на всех преобразователях 86-90, T.EI на вхо ю дах всех компараторов 106-120 равны нулю (токи в цепях отсутствуют) U Ug Ugg Ug9 Uyo При этом на выходах компараторов 106, 109, 112, 115, 118 присутствуют напряженияJ5 постоянной величины (см. фиг,4а), которыми ключи 91, 94, 97, 100 и 103 удерживаются в открытом состоянии Напряжение постоянной величины с компараторов 108, 111, 114, 117, 120 20 (см. фиг.4в) инвертируется инверторами 121-125 (см. фиг.4г)5 в результате чего ключи 93, 96, 99, 102 и 105 заКрЬП Ы,

Для имитации звезды с заданной 25 спектральной характеристикой, имеющей максимум излучения на длине волны Д JJ, и максимальную звездную величину (см. кривую А на фиг.З), осуществляют предварительную установку ЗО положения движков токорегуляторов 81- 85, Движком токорегулятора 83 устанавливают минимальное сопротивление 83. Включают источник 65 питания и устанавливают величину напряжения j на его выходе, соответствующую максимально допустимому току (1 ) через светодиоды 13-18(по паспортным данным ). Не изменяя положения регулятора источника. 65 питания, движки корегуляторов 81 , 82,, 84, 85 устанавивают в такие положения, чтобы выполнялись следующие соотношения токов () через регуляторы 81-85

и значений ординат . кривой А

20

а фиг.З на длинах волн .„

, , д ,КС JO

(1 81 - - г- -83 и и .E,:E (E,Ej,

В цепях с открытыми ключами 91, 94, 97, 100 и 103 протекают соответствующие токи 1 - в цепи с элeмeнтa ш 81, I, 2, 66, 9, 86| Ij - с элементами 82, 7, 85.69,.94, 87; Ij - 83, 13, 14,. 72,. 97,, 88; 1 - 84, 19, 20, 75, 100, 89; 1 - 5, 25, 26, 78, 103, 90.

Эти токи зависят по от сопротивлений токорегуляторов 81-85 создают на преобразователях ,

45

50

55

536

ток - напряжение падения напряжений и -и , которые имеют следующие соотношения с порогами дискриминации компараторов 06-1 20 при установлен- положениях токорегуляторов 81-85:

Щ(, .1 u;V Us7 Usa . U,; . п Ti 1Т«

1П

.,5 и:,,и,„ и,„

Поскольку напряжения U., и U,, на87

5 0

5 О Q

5

0

5

ходятся внутри окна дискриминации двухпороговых компараторов 1 10 и 1 19,, то сигналы на их выходах в виде постоянного напряжения приводят к открытию ключей 95 и 104. Одновременно переключаются компараторы 109 и -ПВ, выходные сигналы которых уменьщаются до нуля .и ключи 94 и 103 закрываются.

Аналогично и в Других цепях токорегуляторов 83, 84 компараторы 112, 115 своими выходными сигналами закрывают ключи 97, 10.0, а инвертированные сигналы с компараторов 114, 117 открывают ключи 99 и 102.

При этом токи протекают по следующим цепям: Г, - в цепи с элементами 81, 1 , 2, 66, 91 , 86; Ij - с элементами 82, 9, 10, 70, 95, 87; Ij - 83, 17, 18, 74, 99, 88; - 84, 23, 24, 77, 102, 89 и Ij. - 85, 27, 28, 79, 104, 90. .

.Светодиоды 1, 2, 9, ИЗ, 17, 18, 23, 24, 27, 28 излучают расходящиеся световые потоки, которые собираются линзal;vш 31, 32, 39, 40,. 47, 48, 53, 54,1 57, 58, преобра зуютс51 в параллельные потоки и направляются на конденсор 61, который собирает все лучи, попавшие в него, в точку, находящуюся в его фокусе, где расположена полевая диафрагма 62, используемая для уменьшения угловых размеров имитируемой звезды.

Матовое стекло 64 рассеивает попавшие на него лучи, осучествляя таким образом смешивание отдельных спектральных компонент, излучаемых светодиодами 1, 2, 9, 10., 17, 18, 23, 24, 27, 28.

Спектральные характеристики излучающих светодиодов представлены на фиг.З кривыми А.,, А,, А,,, А, Aj, которые при суммировании дак)т результирующую спектральную характеристику А, имеющую максимум излучения на длине волны Ajg и совпадающую со спектральной характеристикой имитируемой звезды (см. кривые; А и А на фиг.З).

Для имитации звезды того же спектрального класса, но меньшей звездной величины, у которой максимум излучения на длине волны (см. кривую В на фиг.З), уменьшают напряжение источника 65 питания, чтобы обеспечить заданную звездную величину. При этом уменьшаются токи I, -1 через преобразователи 86-90, что приводит к умень- шению напряжений , которые при неизменном .положении движков токоре- гулято.ров 81-85 приобретают соотношения с порогами дискриминации компараторов:

UH uL; 98 Ci «, uf;,; ugo u;.

При этом сигнал с компаратора 119 и инвертированный сигнал с компара- тора 117 закрывают ключи 102 и 104, а сигналы с компараторов 109, 116, 118 открывают ключи 94, iDl и 103.

Токи 1 -Ij. протекают по следующим цепям: 1 - в цепи с элементами 81, 1, 2, 66, 91, 86; 12 с элементами 82, 7, 8, 69, 94, 87 и 82, 9, 10, 70, 95, 87; Ij - 83, 17, 18, 74, 99, 88; 14 - 84, 21, 22, 76, 101, 89; Ij - 85, 25, 26, 78, 103, 90.

Взамен светодиодов 23, 24, 27, 28, спектры излучения которьрс сместились при уменьшении напряжения источника 65 питания в коротковолновую часть спектра (см. фиг.З, где спектральная характеристика , имеющая максимум излучения на длине волны сместилась к положению спектральной характеристики ,j, максимум излучения которой соответствует длине волны о /1 Л /2, °а спектральная характеристика Ау , имеющая максимум излучения на длине волны Л , сместилась к положению спектральной характеристики Bjj , максимум излучения которой соответст- -вует длине волны Д д-Л/1/2, светоизлучающими стали светодиоды 21, 22, 25, 26, спектры излучения которых при

уменьшении питаюшего напряжения сместилась к требуемому положению (см. фиг.З, кривая имеет максимум на длине волны Д , а кривая By, имеет максимум на длине волны , Aj. - соответствующие спектральные характеристики излучения светодиодов 23, 24, и 27, 28 при напряжении источника 65 питания, соответствующем максимальной звездной величине; , Bj2 соответствующие спектральные характеристики излучения светодиодов 23, 24 и 27, 28 при напряжении источника 65 питания, соответствующем звездной величине, меньшей максимальной.

Это обеспечивает стабильность от носительной спектральной характеристики имитатора при моделировании звезды того же спектрального класса, но меньщей звездной величины.

Открывание в цепи токорегулято- ра 82 ключа 94 вместе с открытым ключом 95 приводит к тому, что в этой цепи светоизлучающими становятся две пары светодиодов 7, 8 и 9, 10. Наличие добавочных постоянных резисторов 69, 70 обеспечивает выравнивание |токов через светодиоды 7, 8и9, 10, в результате чего суммарная спект- ральная характеристика этих светодиодов B.J5 на фиг.З, соответствующая сумме спектральных характеристик излучения Bj (светодиоды 7, 8) и Bj (светодиоды 9, Ю), занимает требуемое положение (максимум кривой Bjo соответствует длине волны jo также обеспечивает стабильность относительной спектральной характеристики имитатора при уменьшении звездной величины.

В таблице приведены позиции светодиодов , их спектральные характеристики излучения и длины волн максимумов излучений светодиодов при трех значениях токов питания для каждого из пяти спектральных поддиапазонов. ,

Величина Л соответствует смещению спектральной характеристики све- тодиодов в каждом из поддиапазонов при изменении тока питания от 1/3 I до Знаками + отмечены спектральные характеристики, представленные на фиг.З сплошными линиями .и соответствующие светодиоды, включенным в работу при моделировании звезды заданной спектральной характеристики и звездной величины.

Расходящиеся световые потоки от светодиодов 1, 2, 7, 8, 9, 10, 17, 18, 21, 22, 25 26 собираются линзами 21, 31 , 37, 38, 39, 40, 47, 48, 51, 52, 55, 56, преобразуются в параллельные .потоки, направляются на конденсор 61, который собирает все лучи в точке, где расположена полевая диафрагма 62, и смешиваются матовым стеклом 64,

При этом спектргшьныё характеристики излучающих светодиодов представлены на фиг.З кривыми В., , В , , fi которые при сук:мировании дают результирующую спектральную характеристику В, имеющую максимум излучения на длине волны i{- и совпа-. дающую со спектральной характеристикой, соответствующей имитируемой звезде.

Для моделирования звезды того же спектрального класса, но еще меньшей звездной величины, имеющей максимум излучения на длине волны (см. спектральную характеристику С на фиг,3), вновь уменьшают напряжение источника 65 питания, чтобы обеспечить требуемую звездную величину.

При этом вновь уменьшаются токи через преобразователи 86-90 и напряжения приобретают следующие соотношения с порогами дискриминации компараторов:

и

ч;

10, 87 „

ТТ г TI , Ujo Ц

п Чо

и«

и

172

При этом компараторы 110, 116 своими выходными сигналами и инвертированный сигнал с компаратора 114 закрывают ключи 95, 99 и 101, а компараторы 109, 112, 115 открывают клюи 94, 97 и 100.

Токи I-j-Ij- протекают по следующим цепям: 1 - в цепи с I, 2, 66, 91, 86;

Ч элементами 81 , с элементами 82, 7, 8, 69, 94, 87; 1, - 83, 13, 14, 72, 97, 88; 1 - 84, 19, 20, 75, 100, 89; Ij - 85, 25, 26, 78, 103,90. Взамен светрдиодов 17, 18, 21, 22, спектры излучения которых В и сместились в коротковолновую часть спектра при уменьшении напряжения источника 65 питания (максимум излучения кривой ,Взз соответствует длине волны Ajg й, а кривой (ЗЯ/2), светоизлучающими стали свето- диоды 13, 14 и 19, 20, спектры излучения Cj и 641 которых при уменьшении питающего напряжения сместились к требуемому положению (см. фиг.З максимум излучения кривой С соответствует длине волны Ajo кривой

- 41

Это обеспечивает стабильность относительной спектральной характеристики имитатора при моделировании звезды с иной (меньшей ) звездной величиной, чем первоначально имитируемая звезда.

Спектральные характеристики излучающих светодиодов представлены на фиг.З кривыми С , Cj, , Сз1 , С41,С51, которые при суммировании дают результирующую спектральную характеристику имитатора С, имеющую максимум излучения на длине волны Л jo в совпадающую со спектральной характеристи- кой соответствующей имитируемой звезде.

Аналогично устройство работает при увеличении звездной величины. Из фиг.З видно, что все три кривые А, В, С, представляющие собой спектральные характеристики излучения на выходе имитатора при трех значениях- наг пряжения источника 65 питания (что1 соответствует трем значениям звездной, величины), имеют максимумы на длине волны Дзо «.

Таким образом, в предл;1гаемом имитаторе обеспечивается стабильность относительной спектральной характеристики при непрерывном изменении звездной величины в процессе испытаний, что позволяет приблизить имитируемый спектр к реальному.

Формула изобретений

Имитатор излучения звезды, содержащий подключенные к первому полюсу источника питания преобразовательные цепи, каждая из которых содержит по- следевательно соединенные переменный резистор и светодиод, и оптическз/ю систему суммирования излучения светодиодов , отличающийся тем, что, с целью расширения имитационных возможностей, каждая преобразовательная цепь снабжена дополнительными светодиодами, преобразователем ток - напряжение, ключами, компараторами-, резисторами и инвертором, причем в каждой преобразовательной цепи преобразователь ток - надряжение подключен первым выводом к второму полюсу источника питания и первым . входам компараторов, а вторым выводом - к вторым входам компараторов и входам ключей, управляющие входы первого и второго из которых соединены с выходами соответствующих компараторов, а выход третьего компаратора через инвертор связан с управляющим входом третьего ключа, при этом выходы ключей через резисторы подключены соответственно к светодиоду и первым выводам соответствующих дополнительных светодиодов, вторые-выводы которых соединены с переменным резистором.

И

is и:

.. ,

н -н 1-сэч

v

И

ZH

«М со

:з в

%

ё

§

-CS

t «

GO

.1

а

к

-. VpOO

55

Изобретение относится к пособиям по астрономии и может быть использовано при испытаниях и настройке оптических фотоприемных устройств слежения за звездами. Цепью изобретения является расширение имитацион- ньрс возможностей. Имитатор излучения звезды содержит светодиоды 1-30, собирающие линзы 31-60, конденсатор 61, полевую диафрагму 62, расположенную в фокал ной плоскости коллиматорного объектива 63, полупрозрачный рассеивающий элемент 64, выполненный из матового стекла и установленный на поS3 левой диафрагме 6 или в непосред- ; ственной близости от нее со стороны Конденсатора 61, регулируемый источник 65 питания. Светодиоды 1-30 подключены к источнику 65 питания через токорегуляторы. Цепь каждого токоре- гулятора снабжена соответствующими преобразователями ток - напряжение, ключами, компараторами и резисторами. Для моделирования звезд с различными звездными величинами изменяют напряжение источника 65 питания. При этом взамен светодиодов, спектральные характеристики которых при изменении напряжения питания сместились в коротко- или длинноволновую часть спектра, светоизлучающими становятся светодиоды, спектры излучения которых сместились к требуемому положению. Это обеспечивает стабильность относительной спектральной характеристики имитатора при непрерывном изменении звездной величины в процессе испытаний и позволяет приблизить имитируемый спектр к реальному.4 ил. f31-60 f-JO о 9 (Л 09 1с СП оо