Солнечные датчики

Рассмотрение блок-схемы алгоритма расчета направления на Солнце. Классификация солнечных датчиков по конструктивным решениям и по техническим характеристикам. Анализ помеховых факторов, влияющих на работу астроприборов. Ошибка вычисления взаимного угла.

Рубрика Астрономия и космонавтика
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 18.03.2014
Размер файла 546,5 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«ХАРЬКОВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ»

Реферат

на тему: "Солнечные датчики"

Выполнила ст. гр. И-26 А Дзвинчук В.И.

Проверил доц. канд.наук Кузнецов Ю.А.

Харьков НТУ «ХПИ» 2010

Солнце - один из наиболее удобных астрономических ориентиров. Характеристики Солнца позволяют использовать наиболее простые схемотехнические и программно-алгоритмические решения при построении приборов ориентации космических аппаратов по Солнцу.

История космического приборостроения и, в частности, производства приборов ориентации по Солнцу ведет свое начало с самых истоков освоения космоса. Первые упоминания о приборах ориентации по Солнцу в российской истории космонавтики относятся к первым запускам искусственных спутников Земли.

В настоящее время на российском и зарубежном рынках космического приборостроения представлен широкий спектр приборов ориентации по Солнцу.

При построении этих приборов учитываются задачи, решаемые прибором на борту, требования, предъявляемые к прибору, а также, наличие или возможность разработки элементной базы для прибора, его отдельных узлов. Каждое техническое решение в реализации солнечных датчиков имеет преимущества и недостатки. Рассмотрены типичные функциональные схемы и принципы работы основных типов приборов.

Разнообразие технических решений позволяет классифицировать существующие солнечные датчики как по конструктивным решениям, так и по техническим характеристикам.

Основные рубрики классификации по конструктивным решениям:

1. По оптической схеме;

2. По подвижности мгновенного углового поля;

3. По виду выходных сигналов: релейные, позиционно-импульсные, цифровые и др.

Основные рубрики классификации солнечных датчиков по техническим характеристикам:

1. По точности:

* грубые, с погрешностью более 5°;

* умеренной точности, с погрешностью от 0,5 до 5°;

* точные, с погрешностью менее 30 угл.мин.

2. По угловому полю зрения: менее полусферического, полусферические, сферические.

Приведена подробная классификация существующих солнечных датчиков.

солнце астроприбор алгоритм

Рис. 1 Классификация солнечных датчиков для определения ориентации КА

Датчик с щелевой маской на ПЗС-линейке разрабатывается в ИКИ РАН. Он предназначен для определения направления на Солнце и состоит из щелевой маски с тремя прямолинейными щелями и ПЗС-линейки. Крайние щели образуют с центральной щелью угол в 45. ПЗС-линейка используется для регистрации прошедшего через такую маску солнечного света. По положению на ПЗС-линейке освещенных участков бортовой вычислительной системой КА определяется направление на Солнце.

Звездный прибор с ПЗС-матрицей и сигнальным процессором также разрабатывается в ИКИ РАН. Он предназначен для прецизионных определений инерциальной ориентации космического аппарата и представляет собой телевизионную камеру с процессором.

В четвертом разделе выполнен анализ помеховых факторов, влияющих на работу астроприборов:

Высокая угловая скорость вращения космического аппарата.

Протонные вспышки на Солнце.

Световые помехи в поле зрения астроприбора.

Естественные источники излучения в поле зрения астроприбора.

Элементы конструкции КА в поле зрения астроприбора.

Изменение яркости источника излучения.

Также сформулированы задачи математического обеспечения, решаемые в работе:

Повышение быстродействия определения ориентации

Функционирование в условиях более высокой угловой скорости движения КА

Повышение помехозащищенности по отношению к световым помехам и протонному излучению

Представлена функциональная схема (рис.2) оптического солнечного датчика и описана общая структура алгоритма расчета направления на Солнце (см.рис.3).

Размещено на http://www.allbest.ru

Рис. 2 Функциональная схема ОСД

Обработка сигналов с ПЗС линейки и определение направления на Солнце включает следующие этапы:

Экспонирование и первичная обработка изображений ПЗС-линейки.

Выделение кластеров и их обработка.

Отождествление кластеров.

Расчет направления на Солнце.

Экспонирование и первичная обработка сигналов с ПЗС-линейки выполняется с целью получения цифровых изображений щелей кодирующей маски, пропорциональных яркости, создаваемой солнечным излучением видимого диапазона. На этапе первичной обработки определяются оптимальное время накопления, уровень пороговой отсечки, наличие видеосигнала.

При выделении и обработке кластеров выполняется группировка элементов ПЗС-линейки по кластерам, которые определяются как последовательность элементов со значением сигнала выше уровня порога. Для каждого кластера вычисляются: координата энергетического центра, ширина и максимальное значение сигнала в кластере, коэффициент асимметрии.

Отождествление кластеров выполняется с целью установить соответствие между координатами энергетических центров кластеров и порядковым номерами щелей на кодирующей маске. Оно заключается в поиске групп кластеров, идентификации кластеров в каждой группе, идентификации групп, отбраковки кластеров и вычислении координат центров групп.

Расчет направления на Солнце основан на математическом описании хода лучей в модели двухщелевого датчика. При вычислениях учитывается взаимное положение кодирующей маски и ПЗС-линейки, а также преломление световых лучей в стекле ПЗС-линейки. Затем проводится вычисление направления в системе координат посадочного места.

Верификацией математического обеспечения является проверка выполнения поставленных задач в процессе обработки результатов эксперимента.

Сравнение результатов измерений ОСД с теоретическими значениями позволяет построить график изменения ошибок во время натурных испытаний и оценить их статистические характеристики.

Верификация математического обеспечения ОСД проводилась в ходе натурных испытаний в соответствии с методикой натурных испытаний, которая позволяет оценить работоспособность ОСД при неподвижном положении прибора. В итоге проведения натурных испытаний ОСД зафиксированы:

направляющие косинусы вектора Солнца, измеренные ОСД;

время привязки измерений.

Измерения проводились при положениях прибора, позволяющих исследовать его работу при ориентации по Солнцу, как в центре, так и на краях поля зрения.

Для оценки точности работы прибора и верификации его программного обеспечения были рассчитаны ошибки определения относительных и взаимных углов направления на Солнце, а также их среднеквадратическое отклонение и среднее значение.

Ошибка определения относительного угла между текущим направлением на Солнце и начальным направлением определялась по следующей формуле:

, (4)

где - интервал времени от начала измерений до текущего момента времени,

S0 - начальное значение направляющих косинусов вектора Солнца,

Si - текущее значение направляющих косинусов вектора Солнца в момент времени ti.

Ошибка вычисления взаимного угла между предыдущим и текущим направлениями на Солнце (i) рассчитывалась по следующей формуле

, (5)

где: - интервал времени между соседними измерениями;

Si-1 - предыдущее значение направляющих косинусов вектора Солнца;

Si - текущее значение направляющих косинусов вектора Солнца.

Заключительным этапом обработки является построение графиков, отображающих: траекторию движения Солнца в поле зрения ОСД;

изменение ошибок относительного угла во времени;

изменение ошибок взаимного угла во времени.

Ниже приведены графики, построенные при движении Солнца в центре поля зрения (рис.7) в течени часа.

Рис. 7 Траектория движения Солнца в центре поля зрения прибора

Этой траектории соответствует график изменения относительной ошибки во времени (рис. 8).

Рис. 8 График изменения относительной ошибки во времени

Рис. 9 График изменения взаимной ошибки во времени

Как видно на графике, динамика изменения ошибки имеет ярко выраженные высокочастотную и низкочастотную составляющие. Наличие ВЧ-составляющей, по всей видимости, обусловлено шумами электронных компонентов, ПЗС-линейки, АЦП и ВИП ОСД. Наличие НЧ-составляющей обусловлено скорее всего неточностью изготовления оптического элемента прибора, а также неравномерностью коэффициента пропускания фильтра и неравномерностью чувствительности ПЗС-линейки. Среднеквадратическая ошибка определения относительного угла составляет 0,274 угл. мин.

Динамика ошибки определения взаимных углов в центре поля зрения (рис.9) содержит только ВЧ-составляющую.

Среднеквадратическая ошибка определения взаимного угла составляет 0,118 угловых минут. Единичные выбросы ошибок обусловлены влиянием облачности в процессе натурных испытаний прибора.

По результатам натурных испытаний можно сделать вывод о работоспособности прибора. Поставленные задачи по помехозащищенности, быстродействию (частота опроса составляет 0,2с ), автоматическому подбору времени накопления и достижения высокой точности ( < 1 угл.мин.) определения направления на Солнце успешно решены.

ИКИ РАН - институт космических исследований Российской академии наук

ПЗС - прибор с зарядовой связью

АЦП - аналого цифровой передавач

Список литературы

1. Книжников Ю.Ф., Никитин А.В. «Компьтерный способ картографического отображения скоростного поля горного ледника»//Доклады 1-й всероссийской научной конференции по картографии, Москва, 7-10 октября 1997, С.465-468

2. Berger M., Kaufman H., Ziman Y., Kuzmin A., Nikitin A., Polyanski I., Vasileisky A., Oertel D., Zhukov B. Entwicklung neuer Bildregistrieriungsverfahren zur Fusion von Fernerkundungsdatensatzen mit unterschiedlichen mit unterschiedlichen geometrischen und spektralen Auflosungen.-1998.-Endbericht zum Vorhaben: BMBF 93F20GUS; GeoForschungsZentrumPotsdam: GFZ-STR 98/02, 52s.

3. Poskonin Yu. A., Revzina N. B., Nikitin A. V., Belyavskiy E. P., Elchin. A. P. Star Sensor Thermal Mode In Flight. //Proceeding of the 30th International Conference on Environmental Systems Toulouse, France July 10-13, 2000.

4. Гельман Р.Н., Никитин А.В., Никитин М.Ю. «Об учете дисторсии при обработке видеоизображений».//Геодезия и картография, 2000 г. №11. С.19-22

5. Аванесов Г.А., Никитин А.В., Форш А.А «Оптический солнечный датчик».//Известия ВУЗов. Приборостроение, 2003. Т.46.№4. С.70-73

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Общие сведения о Солнце - единственной звезде Солнечной системы. Жизненный цикл и внутренне строение: ядро, зона лучистого переноса и конвективная зона. Происхождение и виды солнечных магнитных полей. Проблема солнечных нейтрино и нагрева короны.

    реферат [196,0 K], добавлен 06.01.2015

  • Солнце, как небесное тело. Приборы наблюдения за Солнцем. Солнечное излучение и влияние его на Землю. Исключительная роль в жизни Земли. Поразительные особенности. Спокойное Солнце. О чем говорят нам солнечные затмения?

    реферат [24,5 K], добавлен 20.05.2007

  • Наблюдения затмившегося Солнца и их научное значение. Проблемы изучения солнечных затмений. Ранний период постановки задач (ХХ век). Задачи, решаемые при наблюдениях солнечных затмений на современном этапе развитии науки. Представление о коронографах.

    реферат [896,6 K], добавлен 26.07.2010

  • Строение Солнечной системы. Солнце. Солнечный спектр. Положение Солнца в нашей Галактике. Внутреннее строение Солнца. Термоядерные реакции на Солнце. Фотосфера Солнца. Хромосфера Солнца. Солнечная корона. Солнечные пятна.

    реферат [53,6 K], добавлен 10.09.2007

  • Картина мира. Движение планет. Первые модели мира. Первая гелиоцентрическая система. Cистема Птолемея. Мир Коперника. Солнце и звезды. Галактика. Звездные миры. Вселенная.

    реферат [34,7 K], добавлен 13.06.2007

  • Солнце - источник жизни на земле. Солнечная атмосфера, состав Солнца. Современная наука о Солнце, источники его энергии. Происхождение Солнечных и Лунных затмений. Солнечно-земные связи. Солнечная активность и магнитные бури. Радиационные пояса Земли.

    курсовая работа [474,5 K], добавлен 04.06.2009

  • Полные солнечные затмения относятся к числу наиболее величественных и красивых явлений природы. Причина происхождения солнечного затмения. Полные, кольцеобразные и частные затмения Солнца. Значение теории полного затмения Солнца для современной науки.

    реферат [725,8 K], добавлен 23.06.2010

  • Солнце как источник жизни на Земле, история его развития, состав и состояние атмосферы. Природа солнечных и лунных затмений, их влияние на магнитное поле Земли. Характеристика магнитных бурь и геомагнитной пульсации. Влияние природных ритмов на человека.

    курсовая работа [65,1 K], добавлен 04.06.2009

  • Расположение и место во Вселенной планеты Солнца, ее происхождение и основные этапы развития. Природа солнечного света и его влияние на другие планеты и звезды Солнечной системы. Природа солнечных пятен. Особенности протекания и причины затмений Солнца.

    реферат [18,7 K], добавлен 16.01.2010

  • Общая характеристика и особенности структуры Солнца, его значение в солнечной системе. Атмосфера Солнца, причины появления и характер пятен на его поверхности. Условия возникновения солнечных затмений. Циклы солнечной активности и их влияние на Землю.

    презентация [676,9 K], добавлен 29.06.2010

  • Исключительное научное значение наблюдения затмившегося Солнца. Проблемы изучения солнечных затмений делятся на четыре группы. Работы по изучению внешних оболочек Солнца. Определение плотности солнечной короны способом фотометрических наблюдениях.

    реферат [33,7 K], добавлен 23.06.2010

  • Основные причины затмений. Связь затмений и фаз Луны. Тесная связь затмений с зодиаком. Полное, частное и кольцеобразное солнечные затмения. Полутеневое, частное теневое и полное теневое затмения Луны. Расчет периода сароса, периодичности затмений.

    презентация [2,3 M], добавлен 08.11.2016

  • Общие сведения о Солнце: характеристики, вращение, вид в телескоп, химический состав, внутренне строение, положение в Галактике. Эволюция Солнца и Солнечной системы. Фотосфера. Хромосфера. Корона. Циклы солнечной активности. Солнце и жизнь на Земле.

    реферат [57,9 K], добавлен 23.02.2009

  • Солнце, как и другие звезды, светит благодаря протекающим в его недрах термоядерным реакциям. Основное вещество, составляющее Солнце, - водород, на его долю приходится около 71% всей массы светила.

    реферат [9,9 K], добавлен 05.02.2006

  • Строение Солнца. Самый простой способ рассматривать Солнце - это спроецировать его изображение на белый экран. При помощи даже маленького любительского телескопа можно получить увеличенное изображение солнечного диска.

    реферат [7,7 K], добавлен 05.02.2006

  • Природа Солнца и его значение для нашей жизни – неисчерпаемая тема. О его воздействии на Землю люди догадывались еще в глубокой древности, в результате чего рождались легенды и мифы, в которых Солнце играло главную роль.

    реферат [15,4 K], добавлен 28.03.2004

  • Светило нашей планетной системы. Солнце - предмет поклонения. Солнце как небесное тело. Приборы наблюдения за Солнцем. Солнечное излучение и его влияние на Землю. Роль Солнца в жизни Земли. Практическое использование солнечной энергии.

    реферат [22,9 K], добавлен 30.11.2006

  • Общая характеристика и направления деятельности организации. Общие сведения об энергоснабжении космических аппаратов, особенности использования солнечных батарей. Химические источники тока. Выбор параметров солнечных батарей и буферных накопителей.

    отчет по практике [195,1 K], добавлен 16.04.2016

  • Солнце как звезда, небесное светило, снабжающее Землю энергией и являющееся центром Солнечной системы, ее центральное тело, типичная звезда. Происхождение и основные периоды развития Солнца. Обоснование и главные причины явления солнечного затмения.

    презентация [6,0 M], добавлен 03.05.2012

  • Данные об исторических наблюдениях за затмением солнца. Применение спектрального анализа для исследований. Ведущая роль русских астрономов в изучении внешних оболочек Солнца, строения солнечной короны и её связи с другими явлениями, происходящими на нем.

    реферат [296,1 K], добавлен 22.07.2010

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.