ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ДАТЧИКА ОРИЕНТАЦИИ

Полезная модель относится к испытательной технике, а именно к неразрушающему контролю, и может быть использована в технике и в научных исследованиях, где требуется определить готовность технического изделия к целевому функционированию, а также применяется для определения пригодности приборов при проведении испытаний на надежность, в частности для испытания звездных датчиков.
Известен лабораторный комплекс для испытаний датчиков ориентации космического аппарата, в частности для испытания солнечных датчиков [1]. Недостатком этого комплекса является низкая калибровочная точность и отсутствие возможности отработки алгоритмов распознавания и идентификации звезд.
Известен лабораторный комплекс для динамических испытаний датчиков ориентации с функцией моделирования звездного неба для отработки алгоритмов распознавания и идентификации звезд [2]. Недостатком данного лабораторного комплекса является усложнение конструкции измеряющей установки, а также недостаточная точность измерения параметров пространственной ориентации.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является стенд динамических испытаний для наземной отработки датчиков звездной ориентации, включающий оптический стол, на котором размещен узел моделирования изображения небесной сферы, экран жидкокристаллического монитора, коллиматор, светозащитный кожух, приспособление жесткого крепления датчика ориентации [3].
Недостатком стенда динамических испытаний является то, что с помощью данного комплекса исключена возможность проведения прецизионной точностной калибровки датчиков ориентации, что ограничивает функциональные возможности комплекса и может приводить к необходимости проведения дополнительных дорогостоящих полунатурных и натурных испытаний датчиков ориентации.
Задачей, на решение которой направлена данная полезная модель, является повышение точности измерения параметров пространственной ориентации - реализация возможности проведения для датчиков ориентации калибровки с точностью от 1,5 угловых секунд до 0,5 угловых секунд - и отработка алгоритмов распознавания и идентификации звезд.
Это достигается тем, что в предлагаемом измерительном комплексе, содержащем узел моделирования изображения звезд небесной сферы, жидкокристаллический монитор, коллиматор, светозащитный кожух, вибро-изолированный стол, добавлен узел точностной калибровки, состоящий из поворотного стола, который позволяет оптически связать оба узла посредством поворота датчика ориентации объективом в сторону одного из узлов стенда, держателя, который закреплен на планшайбе поворотного стола и на котором в свою очередь закреплен тахеометр, двух автоколлиматоров, один из которых может закрепляться на вибро-изолированном столе, а другой может закрепляться на опоре, точечного источника света на установочном приспособлении, которое закреплено на вибро-изолированном столе, зеркального коллиматора, который закреплен на вибро-изолированном столе, юстировочного устройства для работы с тахеометром, которое так же закреплено на вибро-изолированном столе с помощью стойки.
При этом поворотный стол выполнен с возможностью поворота или вращения как минимум по одной оси; держатель состоит из стойки, стопорного винта, внешнего несущего фланца, который является частью стойки, держателя для плоскопараллельного зеркала; опора представляет собой платформу консольного типа, закрепленную на поворотный стол с помощью профиля, с коаксиальным подвижным держателем, выполненного с возможностью перемещения по вертикальной оси; в качестве автоколлиматора используют унифицированный автоколлиматор, а в качестве зеркального коллиматора применяют вне осевое параболическое зеркало в оправе; оправа параболического зеркала представляет собой плинтус минимум с тремя фиксаторами, которая установлена через кронштейн на устройства перемещения и с прецизионным шагом перемещения по двум горизонтальным осям; установочное приспособление точечного источника света представляет собой переходную плиту с закрепленными на ней прецизионными устройствами перемещения и прецизионным поворотным устройством, которые соединяются между собой через систему переходных фланцев, при этом источник точечного света устанавливают на прецизионные устройства перемещения через кронштейн; юстировочное устройство представляет собой переходную плиту с двумя закрепленными на ней оправами для зеркал, при этом одна из оправ закреплена на плите через кронштейны с устройством прецизионного перемещения по вертикальной оси и устройством вращения при помощи стопорного винта, а другая оправа закреплена на переходной плите; оправа для зеркала представляет собой держатель, закрепленный во фланце с системой изменения наклона, выполненной с использованием микрометрических винтовых механизмов и пружинных механизмов, который имеет возможность перемещения при помощи кронштейна и направляющих, установленных в основании.
Изобретение поясняется чертежами, на которых изображены:
на фиг. 1 показан измерительный комплекс, где 1 - узел моделирования изображения звезд небесной сферы; 2 - жидкокристаллический монитор; 3 - коллиматор; 4 - светозащитный кожух; 5 - виброизолированный стол; 6 - узел точностной калибровки;
на фиг. 2 показан измерительный комплекс, где 7 - поворотный стол; 8 - держатель; 9 - тахеометр; 10 - автоколлиматор; 11 - опора; 12 - точечный источник света на установочном приспособлении; 13 - зеркальный коллиматор; 14 - юстировочное устройство для работы с тахеометром; 15 - стойка;
на фиг. 3 показаны элементы держателя: 16 - стойка; 17 - стопорный винт; 18 - внешний несущий фланец; 19 - держатель плоскопараллельного зеркала; 20 - фланец жидкостного охлаждения; 21 - внутренний вращающийся фланец;
на фиг. 4 показаны элементы опоры для автоколлиматора: 22 - профиль; 23 - платформа; 24 - коаксиальный подвижный держатель;
на фиг. 5 показаны элементы оправы вне осевого параболического зеркала: 25, 26 - устройства горизонтального перемещения; 27 - кронштейн; 28 - плита; 29 - фиксатор; 30 - вне осевое параболическое зеркало;
на фиг. 6 показаны элементы установочного приспособления точечного источника света: 31 - переходная плита; 32 - поворотное устройство; 33 - переходной фланец; 34, 35, 36 - устройства перемещения; 37 - кронштейн;
на фиг. 7 показаны элементы юстировочного приспособления: 38 - переходная плита; 39 - кронштейн; 40 - устройство вращения; 41 - устройство перемещения; 42 - кронштейн; 43 - стопорный винт; 44 - оправа для зеркала;
на фиг. 8 показаны элементы оправы, входящей в состав юстировочного приспособления: 45 - основание; 46 - направляющая; 47 - кронштейн; 48 - пружинный механизм; 49 - микрометрический винтовой механизм; 50 - фланец; 51 - держатель.
Измерительный комплекс для испытания датчиков ориентации работает следующим образом. Поворотный стол 7 (фиг. 2) позволяет оптически связать узлы 1 и 6 посредством поворота датчика ориентации, закрепленного в держателе 8, объективом в сторону одного из узлов стенда. При отработке программного обеспечения (фиг. 1) с помощью узла моделирования изображения звезд небесной сферы 1 поворотный стол 7, с зафиксированным в держателе 8 датчиком ориентации, поворачивается до совмещения оптических осей датчика и коллиматора 3.
Для проведения точностной калибровки (фиг. 2) поворотный стол 7, с зафиксированным в держателе 8 датчиком ориентации, поворачивается до совмещения оптических осей датчика и зеркального коллиматора 13. При этом автоколлиматоры 10, один из которых закреплен на вибро-изолированном столе 5, а второй на опоре 11, оптически связаны с датчиком ориентации через плоскопараллельное зеркало, закрепленное в держателе 19 (фиг. 3), задают его начальное нулевое положение, а тахеометр 9 (фиг. 2), закрепленный на держатель 8, оптически связан с юстировочным приспособлением 14. С помощью юстировочного приспособления 14 проводится калибровка тахеометра 9 в составе стенда. Точечный источник света 12 оптически связан с датчиком ориентации через зеркальный коллиматор 13, при этом свет от источника 12, прошедший через зеркальный коллиматор 13, воспринимается фоточувствительным элементом датчика ориентации, как свет от звезды, которая удалена на бесконечно большое расстояние. При начальном нулевом положении датчика в держателе 8, установленном на поворотном столе 7, свет от источника 12, проецируемый с помощью зеркального коллиматора 13 на плоскость фоточувствительного элемента датчика ориентации, имеет определенные координаты, соответствующие начальному нулевому положению датчика. Задавая различные угловые положения датчику, закрепленному в держателе 8, с помощью поворотного стола 7, координаты света от источника 12, проецируемого с помощью зеркального коллиматора 13 на плоскость фоточувствительного элемента датчика ориентации, изменяются в зависимости от углового положения поворотного стола 7. Регистрация и вычисление новых координат света от источника 12, соответствующих новому угловому положению поворотного стола 7, а, следовательно, и закрепленного в держателе 8 датчика ориентации - это основа точностной калибровки.
Пример 1: Определение правильности работы программного обеспечения по распознаванию звезд.
Звездный датчик устанавливают в держатель, который закреплен на поворотном столе. Затем с помощью поворотного стола происходит совмещение оптических осей датчика и коллиматора, при этом жидкокристаллический монитор устанавливается так, чтобы находится в поле зрения датчика. На экран монитора выводятся изображения звезд. Вывод изображений звезд на экран монитора реализуется с помощью специального программного обеспечения, Датчик регистрирует параллельный пучок света, который формируется от каждого из изображений, при этом с помощью коллиматора реализуется оптическое удаление изображения звезд от датчика в бесконечность. Датчик сравнивает регистрируемую картинку с шаблоном из каталога.
Пример 2: Проведение точностной калибровки.
Точностная калибровка - величина погрешности измерения координаты точечного светового объекта. Для проведения точностной калибровки оптическая ось датчика совмещается с оптической осью внеосевого параболического зеркала, (входит в состав зеркального коллиматора), с помощью поворотного стола. Далее устанавливаются автоколлиматоры, один из которых закрепляется на вибр-оизолированном столе, а второй на опоре. Они наводятся на центр зеркала, которое закреплено на держателе, в котором в свою очередь установлен датчик. Таким образом реализуется оптическая связь датчика и автоколлиматоров. С помощью автоколлиматоров устанавливается точное начальное (нулевое) положение датчика. Включается точечный источник света, который оптически связан с датчиком через внеосевое параболическое зеркало, при этом свет от источника прошедший через зеркало воспринимается фоточувствительным элементом датчика, как свет от «звезды», которая удалена на бесконечно большое расстояние. При начальном - нулевом - положении датчика, свет от источника, попадая на фоточувствительную поверхность датчика, регистрируется в определенных координатах фоточувствительной поверхности, которые соответствуют его начальному положению. После этого, при помощи поворотного стола, задается новое угловое положение датчика, т.е. он наклоняется относительно выставленной начальной оптической оси на угол, например 0,5 градуса. Свет от источника уже имеет другие координаты и регистрируется в другой области фоточувствительной поверхности. Далее идет регистрация и сравнение новых координат с начальными. Изменение углового положение датчика происходит многократно на разные углы, в том числе на величину в одну угловую секунду и на доли угловой секунды. Из анализа регистрируемых датчиком координат становится ясно, что датчик действительно различает разные угловые положения, даже различающиеся на доли угловых секунд.
Тахеометр и юстировочные приспособления в стенде служат для подтверждения точности задания угловых положений датчику при помощи поворотного стола.
Совокупность признаков, изложенных выше, обеспечивает расширение функциональных возможностей стенда, прецизионную точностную калибровку испытываемых датчиков ориентации, а также снижение погрешности проводимых измерений.
Источники информации:
1. Оптический солнечный датчик. Особенности конструкции и испытательного оборудования / Г.А. Аванесов, Я.Л. Зиман, Е.В. Зарецкая и др. // сб. науч. тр. / Рос. Акад. Наук, Ин-т косм. исслед. - Таруса, 2009. - С. 78-90.
2. Патент США 6126117
3. Имитаторы звездного неба для наземной отработки датчиков звездной ориентации / Г.А. Аванесов, С.В. Воронков, Б.С.Дунаев и др. // сб. науч. тр. / Рос. Акад. Наук, Ин-т косм. исслед. - Таруса, 2009. - С. 372-387-прототип.