Фотоэлектрический гид телескопа Советский патент 1979 года по МПК G05B11/01 

Изобретение относится к области автоматики и может быть использовано в астрономическом приборостроении, оптической локацин и в системах автоматического слежения за световым источником сигнала:

Известны фотоэлектрические гиды телескопов различных систем, предназначенные для автоматического удержания световых объектов, например звезд на оптической оси телескопа, уходы которых возможны изза рефракции атмосферы, гнутия т;рубы телескопа, а также из-за неточности ведения часового механизма 1. Эти системы, как правило, строятся на основе следящих систем замкнутого типа и представляют собой автономные системы, связанные с основным режимом работы телескопа - наблюдением и фотографированием звезд - только в случае их приоритетного действия, что исключает возможность наблюдателя вмешаться в процесс гидирования или оценить его качество работы до конца сеанса наблюдения. Последнее снижает уровень доверия к работе автоматического гида, особенно в хороших условиях наблюдений, когда ценность каждого часа работы на телескопе

существенно повышается. К другим недостаткам рассматриваемых систем относится отсутствие визуального контроля за нахождением звезды в поле зрения фотогида. Осо-, бенно часто это проявляется при слежении за слабыми световыми источниками, а известно, что именно последние в настоящее время являются основными объектами наблюдения. В некоторых системах для контроля уровйя выходного сигнала применяется осциллограф, но он не всегда дает возможность правильно оценйтй визуагльную обстановку, особенно при наблюдении слабых объектов или Г1ри повышенном фоне. К недостаткам также следует отнести наличие дополнительной модуляций на диодах фотоэлектронного приемного устройства с

5 целью введения в систему контура автоматической регулировки усиления для различных яркостей звезд, что ведет к снижению чувствительности системы.

Наиболее близким к изобретению is техническом рещении является фотоэлектричес

0 кий гид телескопа,, содержащий последовательно соединенные модулятор светов:ого потока, фотоприемник и блок выделения сигнала, блок управления, выход которого связан с входом блока исполнительных , соответствующие выходы которых связаны с модулятором светового потока и фотоприемНйком; ко вхйду которого подключен выход управляемого источника питания 2. Этот фотогид имеет аналогичные недостатки: пониженную чувствительность и невысокое качество работы. Кроме того, затруднено управление гидом, требующее особой подготовки наблюдателей, - астрономов, для ручного удержания звезды в пе { еКрёстии оптического гида, при этом оно производится с относительно большой ошибкой. Целью изобретения является повышение чувствительности и точности работы фотоэлектрического гида телескопа. 1.™ Эта цель достигается тем, что он содержит два noporoBbix блока, послёдовательно соединенные выпрямитель, коммутатор, логический блок, счетчик-преобразователь и управляемый источник питаний, клЪч, управляющий вход котОрогб соединен с соот ббтствующим выходом коммутатора, выход - со входом блока управления, вход - со входом выпрямителя и вь1ходом блока выделёнйясигнала, вход которого связан со входами обоих пороговых элементов, выхОды которых подключены к соответствующим входам логического блока. На чертеже изображена структурная схема фотогида. -.---...,- -.-,.: Фотогид содержит объектив 1, модулятор светового потока 2, фотоприемник (ФП) 3 (с усилителем), блок выделения сигнала 4, дающий информацию о смещении объекта Относительно оптической оси по двух координатам, блок управления 5, блбк исполнительных приводов 6, ключ 7, два пороговых элемента 8 и 9, выпрямитель 10, (оптронный) коммутатор 11, логический блок 12, счетчик-преобразователь 13 и управляемый источник питания 14. Фотогид работает следующим образом. Включением питания производится подготовка его к работе, и генератор тактовых импульсов (ГТИ), имеющийся в составе логического блока 12 подает, тактовые импульсы на вход счетчика преобразователя 13, на вь1ходе которого появляется ниспадаю Щёё напряжение прстоянного тока, воздействующее на управляемый источник питания 14 так, что на его вьгходе нарастает высокое Напряжение, ведущее к возрастанию интегральной чувствительности фотоприемника 3. Счетчик-преобразователь 13 имеет деТятьг разрядов и плавную регулировочную характеристику выходного коданалогового преобразования. Рассмотрим случай отсутствия в пределах поля зрения объектива источника излучевйя, а далее по мере описания оценим все возможные случаи работы фотогида. Возросшее высокое напряжение остается на фотоприемнике 3 максимальным после того, как счетчик-преобразователь 13 перебросит свой старший разряд и закроет при этом имеющийся в нем логический элемент И для поступлениятактовых импульсов. Всё Остальные элементы схемы остаются в статическом положении. Полезный сигнал - сигнал рассогласования - не возникает, поскольку объект отсутствует, и на выходе блока выделения сигнала - нулевой уровень, то же на выходе схемы выпрямителя 10 и коммутатора 11. Подсистема визуальной оценки обстановки, состоящая из пороговых элементов 8 и 9, выпрямителя 10, коммутатора 11, логического блока 12 и счетчика-преобразователя 13 входит в состояние «ожидания,- а блок исполнительных приводов 6 отключен ключом 7. Допустим, что в данный момент произведено наведение на видимую звезду. и она «попала точно в оптический центр системы. На выходе фотоприемника 3 возникает сигнал постоянного тока, который оценивается двумя пороговыми элементами 8 и 9, причем один из них настраивается на минимум сигнала фотоприемника 3, когда еще можно считать, что сигнал присутствует на нем, а другой настраивается на уровень сигнала, выше которого работа фотоприемника 3 не допустима из-за чрезмерной освещенности на фотокатоде при данном уровне высокого напряжения. Если. уровень сигнала превышает порог порогового элемента, он срабатывает, и счетчик-преобразователь 13 сбрасывается в нервоначальное положение, когдй напряжение питания фотоприемника 3 минимальное. Далее вновь открывается логический элемент И, и вновь идет нарастание кода счетчика-преобразователя 13 от ГТИ, до уровня срабатывания порогового элемента 9, и процесс снова повторяется, то есть на фотоприемник 3 подается пилообразное напряжение питания. Все остальные блоки по-прежнему в исходном состоянии, поскольку звезда, как условлено, находится точно в центре иполезного сигнала нет. Если введенная в поле зрения звезда близка по яркости к пороговой. то пороговый элемент 9 не сработает, напряжение на фотоприемнике 3 максимальное, а состояние остальных блоков аналогично предыдущему, случаю. Очевидно, что в этих условиях возможно производить ручное тидирование телескопом, если в этом есть необходимость, без предварительного выключения системы фотогидирования. Включение приводов фотогида возможно только после оценки максимального рассогласования, который является единственным истинным критерием того. что в системе автоматического гидирования коэффй циент усиления постоянен, и звезда действи-Гельно присутствует в поле зрения объектива 1. Максимальное рассогласование для систем фотогидирования с полудисковым модулятором составляет велйчи ну 0,5 d., где d - диаметр изображения звезды, так что при достижении такого рассогласования на выходе блока выделения сигнала 4 появляется напряжение переменного тока, уровень которого контролируется через выпрямитель 10 коммутатором 11, который выключает подачу импульсов ГТИ в логическом блоке 12 и подключает блок управления через ключ 7 к блоку выделения сигнала 4. Одновременно коммутатор 11 включает сигнал, например световой, информирующий наблюдателя о том, что захвачен точечный источник излучения. Двигатели отрабатывают возникшее рассогласование, в результате чего ток в цепи коммутатора 11 снижается, но это не приводит ни к каким переключениям в структуре системы. Если по каким-либо причинам возрастает яркость объекта, то возрастает постоянная составляющая на выходе фотоприемника 3, что приводит к срабатыванию порогового элемента 9 и сбросу счетчика- преобразователя 13 к минимуму напряжения питания фотоприемника з с последующёй оценкой визуальной обстановки по описанному выше алгоритму. То же произойдет, если сильно возрастет фоновая помеха , о следует учесть, 4to установка нового напряжения питания фотоприемника 3 произойдет на уровне, соответствующем только уровню максимальной ошибки полезного сигнала, в противном случае сработает пороговый элемент 9, и процесс повторится. В случае исчезновения объекта наблюдения (туман, тучи), включится пороговый элемент 8, поскольку порог постоянного сигнала на выходе фотоприемника 3 снижается при данном уровне напряжения питания ниже допустимого (шумы фотоприемника), и происходит сброс всей системы в исходное состояние с последующим выходом ее на свой первоначальный режим работы. При максимальном напряжении питания фотоприемника 3 шумы его максимальны и этот уровень выходного сигнала является предельным уровнем, ниже которого происходит срабатывание порогового элемента 8. Именно поэтому в режиме «ожидания он не «сбрасывает систему в исходное состояние, хотя такое «сбрасывание не приводит к ухудшению качества работы системы, если оно случайно произойдет, поскольку система вновь входит в режим «ожидания. Таким образом, если произошла потеря объекта значительной яркости, когда напряжение питания ФП не было максимальным, то, поскольку на выходе ФП теперь устанавливается сигнал ниже шумов ФП при максимальном напряжении на нем, открывается другой логический элемент И в логическом блоке 12, и импульсы ГТИ поступают на счетчик-преобразователь 13 независимо от того, в каком состоянии находится коммутатор 11, и напряжение питания фотоприемника 3 растет до уровня режима «ожидания, а коммутатор И сбрасывается в этом случае в свое первоначальное состояние. При незначительных колебаниях условий наблюдения изменения напряжения питания фотоприемника 3 не происходит, оно стабильно во времени, что положительно сказывается на устойчивости фотогида, как системы регулирования. Кроме того, практический опыт показывает, что резкие измерения условий наблюдения либо являются недопустимыми при фотографировании звезд, либо допускаются, если гидировайие осуществляется многие часы, в незначительных пределах. В противном случае нельзя получить качественнь1х фотографий. Зато более существенным является первоначальная оценка условий наблюдения, когда учитываются условия фона данного участка неба и величина блеска гидируемой звезды. Кроме того, существенным становится значительное упрощение системы управле фотогида, когда нет необходимости пос™«HHO следить за тем, в каком положении находятся кнопки его управления, и появляется возможность работать вручную, если есть такая необходимость, без предварительной выверки состояния фотогида. Помимо этого появляется объективная сигнализация о том, что звезда не только присутствует в поле зрения фотогида, но и измерены все параметры, от которых зависит качество производимых фотографий. Стоимость вводимых в систему дополнительных элементов несравнимо мала по сравнению с тем техническим эффектом, который имеет подобный адаптивный фотогид, становящийся таким образом действительно автоматическим устройством, лишенным тех недостатков, которые имеют место в известных системах. Формула изобретения Фотоэлектрический гид телеско.па, содержаший последовательно соединенные модулятор светового потока, фотоприемник и блок выделения сигнала, блок управления, выход которого связан со .входом блока исполнительных приводов, соответствующие выходы которых связаны с модулятором светового потока и фотоприемником, ко входу которого подключен выход управляемого источника питания, отличающийся 7етл, что, с целью повышения чувствительности и точности, он содержит два пороговых элемента, последовательно соединенные выпрямитель, KOMMyTatbp, логический блок, счетчик-преобразователь и управляемый источник питания, ключ, управляющий вход ко торого соединен с соответствующим выхо7

ДОГИ коммутатора, выход - со входом бло ЖУгГраВЛенкя, вход.- со выходом выпрями, выходом, блока выделения сигнала, входкоторбго связан со входами пороговых э71емектов, выходы которых подключены к соответствующим входам логического блока.

661500

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 243879, кл. G 02 В 23/00, 06.12.67.

2.Николаев П. В. и Сабинин Ю. А. Фотоэлектрическиследящиесисте.мы,Л. О. «Энергия, 1969 , с. 109, рис.57.

К.«ГЛЭК Э-5 п--