• оглавление • предисловие • 18 • 19 • 20 • 21 • 22 • 23 • список литературы •

19.1. Принципы построения прибора астроориентации по методу секущих
19.2. Способ определения вертикали по методу слежения за линией горизонта

19.1. Принципы построения прибора астроориентации по методу секущих

Способ астроориентации по методу секущих [13] основан на использовании температурного контраста между земной поверхностью и космическим пространством и применяется на космических аппаратах (КА) для определения положения ориентируемой оси (обычно оси рысканья) относительно местной вертикали и выработки необходимых сигналов рассогласования и управления работой системы стабилизации.

Для реализации метода на борту КА устанавливаются два сканирующих ОЭП. Визирные оси этих ОЭП во время работы периодически пересекают земную поверхность в 2-х взаимно-перпендикулярных плоскостях. Отсюда и получил метод свое название.

Схема метода секущих приведена на рис. 19.1. Здесь плоскость сканирования одного прибора параллельна плоскости, в которой лежат оси рысканья и крена, а плоскость сканирования второго датчика параллельна плоскости, проходящей через оси рысканья и тангажа. Плоскость 0’00’ перпендикулярна оси рысканья КА. Мгновенное поле зрения w0 каждого из приборов отклонено от оси 00′ на угол a. Рассмотрим схему работы на примере одного сканирующего ОЭП.

Рис. 19.1. Схема расположения датчиков ОЭП, работающего по методу секущих

При сканировании мгновенное поле зрения ω₀ приборов оказывается направленным то на земную поверхность, то на космос.

Когда в поле зрения прибора оказывается земная поверхность, то сигнал Иλ ~ L^П_λ(T_n), где L^П_λ(T_n) – СПЭЯ теплового излучения Земли.

Длительность импульса (сигнала) на выходе приемного устройства зависит от частоты вращения мгновенного поля зрения и угла 2β, охватывающего участок земной поверхности в плоскости пересечения ее визирным лучом 00', а частота следования импульсов определяется частотой сканирования.

Если угол β выразить как функцию высоты полета Н, радиуса Земли R_з и угла α, то получим, что относительная длительность Δt/Т импульса выражается в виде [13]:

(19.1)

          

Рассмотрим вывод формулы (19.1), рис. 19.2:

Рис. 19.2. К выводу формулы (19.1)

(A)

;

(B)

(C)

(D)

Из треугольника OEC имеем:

(Е)

Тогда, на основании формул (А)…(Е), имеем:

Так как

(F)

то имеем:

Формирование сигналов рассогласования оси рыскания КА с местной вертикалью в данном методе осуществляется различным образом. Здесь применимы фазовый, временной и фазово-временной способы формирования управляющих сигналов.

При применении фазового способа выделения сигналов рассогласования в схеме прибора предусматривается устройство, вырабатывающее опорные сигналы, по которым проводится уравнивание рабочего сигнала (его фазы).

Рассмотрим это устройство подробнее. Импульсы, снимаемые с выхода приемника, представляют собой периодический сигнал (рис. 19.3).

Рис. 19.3. Последовательность импульсов, снимаемых с выхода одного из приемников излучения ОЭП

Функцию f(t) можно выразить суммой периодических составляющих

где - амплитуда n-й гармоники;

n = 1, 2, 3, … – порядковый номер гармоники;
ω₁ = 2π/T = 2πf – частота первой гармоники;
T – период следования импульсов.

Исходя из рис. 19.3, имеем:

Применительно к последовательности импульсов, выражение для принимает вид:

откуда, учитывая, что t₂ = t₁ + Δt, имеем для выражения в скобках:

и для

При этом постоянная составляющая и параметры гармоник имеют вид:

- постоянная составляющая

(19.2a)

- амплитуда гармоник

(19.2б)

- фазы гармоник

(19.2в)

где K – порядковый номер интервала Δω = 2π/Δt.

Так как опорные сигналы имеют вид синусоидального напряжения, то для сигналов рассогласования обычно используется только первая гармоника рабочего сигнала. На основании (19.2а, 19.2б, 19.2в) имеем:

Отсюда, с учетом (19.1) имеем:

(19.3)

так как .

Тогда значения U₁ и θ₁ принимают вид:

(19.4)

(19.5)

В результате, на вход устройства рассогласования подается синусоидальное напряжение, описываемое зависимостью:

где а – коэффициент усиления схемы.

Теперь, если это напряжение подать на вход фазочувствительного детектора, работающего в ключевом режиме и управляемого сигналами опорного напряжения, то постоянная составляющая рабочего сигнала на его выходе будет пропорциональна углу сдвига фаз θ₁:

(19.6)

соответственно для второго канала будем иметь:

(19.7)

где θ₁ и θ₂ – составляющие угла рассогласования оси рысканья KA с местной вертикалью по тангажу и крену соответственно;

u₁ и u₂ – амплитуда сигналов на входе фазочувствительных детекторов в каналах тангажа и крена.

Анализ формулы (19.6) и (19.7) показывает, что величина выходного сигнала u_I – (или u_II) фазочувствительных детекторов линейно зависит от угла рассогласования в пределах θ ± 0,6 рад.

19.2. Способ определения вертикали по методу слежения за линией горизонта

Метод основан на использовании температурного контраста, существующего между Землей и космическим пространством, и может быть реализован с помощью трех- или четырехканальных оптико-электронных приборов.

Рассмотрим реализацию этого метода при помощи четырехканального несканирующего прибора, у которого поля зрения каналов расположены попарно в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Угол поля зрения каждого датчика должен быть таким, чтобы на приемник проектировалась как земная поверхность с окружающей ее атмосферой, так и космическое пространство (рис. 19.4)[13].

Рис. 19.4. Принцип построения местной вертикали с использованием четырехканального несканирующего прибора;

При помощи четырехканального прибора на борту КА постоянно определяется положение горизонта Земли относительно оптических осей каналов. Формирование сигналов рассогласования по тангажу и крену может быть осуществлено следующим образом. Приемники излучения каждой пары каналов включены на вход усилителей навстречу друг другу. При этом пара приемников (1 и 2) обеспечивают формирование сигналов рассогласования по тангажу, а вторая (3 и 4) – по крену.

Если энергетическая яркость L_п земной поверхности в пределах полей зрения каналов 1 и 2 одинакова, то величина сигнала с выхода каждого приемника будет пропорциональна площади чувствительного слоя, которая определяется размером А земной поверхности, охватываемая полем зрения датчика:

(19.8)

где γ₀ и γ_j – линейные размеры участков земной поверхности, охватываемые полями зрения датчиков;
l – расстояние до визируемой поверхности.

Тогда сигналы, снимаемые с выходов приемников 1 и 2 будут равны:

(19.9)

и

(19.10)

Здесь S – интегральная чувствительность приемников излучения;
А_вх.зр. – площадь входного зрачка оптической системы.

Выражение для разности сигналов Δu₁ имеет вид:

(19.11)

где τ_a – коэффициент пропускания атмосферы.

Тогда величина угла отклонения оси рысканья от местной вертикали θ составляет:

(19.12)

(19.13)

• оглавление • предисловие • 18 • 19 • 20 • 21 • 22 • 23 • список литературы •