КОМПЕНСАТОР ПОПЕРЕЧНЫХ МЕТОДИЧЕСКИХ СДВИГОВ ИЗОБРАЖЕНИЯ
IMAGE SYSTEMATIC TRANSVERSE SHIFT COMPENSATOR

Изобретение относится к оптико-электронной технике и может быть использовано в летательных аппаратах, предназначенных для съемки земной поверхности с целью картографирования.
Как известно, в процессе съемки земной поверхности используются оптико-электронные преобразователи (ОЭП) на основе матричных фотоприборов с зарядовой связью (ФПЗС), работающих в режиме временной задержки и накопления (ВЗН) сигнала. Передача зарядовых пакетов в матрицах ФПЗС синхронизирована со скоростью движения оптического изображения по фокальной плоскости объектива телескопа и осуществляется лишь вдоль столбцов матриц, что позволяет существенно уменьшить продольные сдвиги изображения (вдоль столбцов) за счет разделения ОЭП по длине на зоны компенсации и независимого управления скоростью передачи зарядовых пакетов в каждой зоне компенсации в соответствии со скоростью движения изображения в этой зоне компенсации. Отсутствие передачи зарядовых пакетов вдоль строк матриц приводит к появлению поперечных (вдоль строк) сдвигов изображения. Классическая схема расположения матриц ФПЗС в ОЭП, устанавливаемом в фокальной плоскости объектива телескопа, приведена в книге А.И.Бакланова «Системы наблюдения и мониторинга» (стр.147, рис.13.9 - аналог). По технологическим причинам матрицы ФПЗС устанавливаются в два ряда в шахматном порядке в жестком размеростабильном корпусе. Такая схема не защищена от воздействия поперечных сдвигов изображения.
Известно устройство для компенсации постоянных по длине фотозоны ОЭП с матрицами ФПЗС поперечных сдвигов изображения, в котором компенсация осуществляется за счет разворота на угол (фокального узла телескопа с установленными на нем ОЭП вокруг оси, перпендикулярной плоскости изображения (см. Технический отчет ЗАО НИИ ТС «Синвент» №261-2/14К035-42-1105-12008 ТЗ «Рекомендации по компенсации поперечного движения оптического изображения в фокальной плоскости объектива», г.Санкт-Петербург, 2008 г. - прототип, стр.7).
Недостатком этого устройства являются большие габариты и вес конструкции, вызванные необходимостью поворачивать фокальный узел телескопа с установленными на нем ОЭП на заданный компенсационный угол. Кроме того, данное устройство позволяет скомпенсировать лишь постоянные величины поперечных сдвигов изображения. При этом остаточные величины поперечных составляющих оказываются равными нулю лишь в центре ОЭП, изменяются практически линейно вдоль ОЭП, зависят от условий съемки и в некоторых случаях могут достигать на его краях значительных величин, различных по знаку, но приблизительно одинаковых по модулю (особенно велики эти величины при угле отклонения летательного аппарата в процессе съемки по каналу тангажа на угол плюс или минус 45° и при этом углы отклонения по каналу крена малы).
Задачей настоящего изобретения является полная компенсация остаточных поперечных сдвигов оптического изображения, возникающих при сканерной съемке земной поверхности с использованием матриц ФПЗС, работающих в режиме ВЗН.
Поставленная задача решается тем, что компенсатор поперечных методических сдвигов изображения, установленный в фокальном узле объектива телескопа летательного аппарата и содержащий один или несколько оптико-электронных преобразователей на базе фоточувствительных приборов с зарядовой связью (ФПЗС), отличающийся тем, что компенсатор представляет собой герметичную оболочку, заполненную нейтральным газом, в которой матрицы ФПЗС и элементы электронных схем для каждого ОЭП размещены в коробчатой конструкции с гибким основанием, степень изгиба и поворота которого относительно своей оси симметрии, параллельной продольной оси компенсатора, контролируются и регулируются в зависимости от условий съемки, гибкое основание имеет чередующиеся по обеим его сторонам пары ребер малой и большой длины, являющихся продолжением друг друга, и с заданной величиной смещены одна относительно другой, при этом на каждой паре ребер закреплена коробка для электронных схем так, что между коробками имеются зазоры, препятствующие их соприкосновению при изгибах гибкого основания, а само гибкое основание жестко закреплено на оси центрального вала, установленного в узле крепления, размещенном в основании герметичной оболочки, причем ось центрального вала взаимодействует с датчиком угла поворота вала, а концы гибкого основания с помощь гибкой перфорированной ленты взаимодействуют с системой приводов, при этом каждая половина нижней стороны гибкого основания оптико-электронного преобразователя для отвода тепла от электронных схем охвачена гибким гидротрактом охлаждения.
Фиг.1 - общая схема компенсатора с двумя ОЭП, устанавливаемого в фокальный узел объектива телескопа летательного аппарата.
Фиг.2 - подвижный корпус ОЭП.
Фиг.3 - конструкция коробки.
Фиг.4 - узел крепления корпуса ОЭП.
Фиг.5 - конструкция конца гибкой пластины.
Фиг.6 - перфорированная лента.
Фиг.7 - конструктивная схема гибкого гидротракта охлаждения.
Фиг.8 - схема крепления гибкого гидротракта к коробкам.
Фиг.9 - варианты одновременного симметричного поворота каждого из подвижных корпусов.
Фиг.10 - варианты одновременного несимметричного поворота каждого из подвижных корпусов.
Компенсатор (фиг.1) содержит подвижные корпуса 1 ОЭП, закрепленные в узлах крепления 2, обеспечивающие свободное вращение корпусов ОЭП относительно осей, параллельных оси симметрии, при этом система приводов содержит четыре реверсивных дублированных привода 3 и 4, попарно соединенные перфорированными лентами 5, четыре подпружиненных валика 6 для создания необходимого усилия натяжения перфорированной ленты 5. Работа реверсивных дублированных приводов 3 и 4 с редукторами основана на использовании шаговых двигателей.
Подвижный корпус 1 ОЭП представляет собой гибкую коробчатую конструкцию (фиг.2), на лицевой поверхности которой наклеены матрицы ФПЗС 7, а во внутренних частях конструкции размещены электронные схемы ОЭП. Количество коробок для электронных схем определяется числом матриц ФПЗС, входящих в ОЭП. Основным несущим элементом коробчатой конструкции является гибкое основание в виде гибкой пластины 8 с ребрами (фиг.3). Каждая коробка образована двумя ребрами - одним коротким 9 и одним длинным 10, двумя боковыми стенками - узкой 11 и широкой 12, а также двумя крышками - нижней 13 и верхней 14. Между коробками имеются зазоры a и b.
Гибкая пластина 8 подвижного корпуса 1 ОЭП жестко крепится (фиг.4) в прорези центрального вала 15, установленного в узле крепления 2 к основанию компенсатора 16, представляющего собой герметичную оболочку, имеющую сверху защитное стекло (на чертеже не показано), на двух подшипниках 17 без люфтов. На оси центрального вала 15 установлен датчик угла поворота 18 вала.
На обоих концах гибкой пластины 8 (фиг.5) с помощью скоб 19 установлены неподвижно концевые валики 20 с двумя неподвижно посаженными на них шестернями 21 со специальными зубьями для исключения проскальзывания по ним гибкой стяжной перфорированной лентой 5 с перфорациями 22 (фиг.6).
Верхние элементы крепления 23, установленные на концевых валиках 20, используются для юстировки компенсатора, нижние элементы крепления 24 - для крепления гибкого гидротракта, который имеет трубопроводы охлаждения 25 ОЭП (фиг.7).
Трубопроводы охлаждения 25, выполненные по типу сильфонов и прокладываемые по обеим сторонам нижней части подвижного корпуса 1 ОЭП, крепятся к боковым стенкам коробок снизу с помощью тепловых шин - теплопроводных хомутов 26 (фиг.8). Каждая половина ОЭП охлаждается отдельной ветвью гибкого гидротракта. Трубопроводы охлаждения не препятствуют изгибу подвижного корпуса 1 ОЭП. Подача охлаждающей жидкости осуществляется трубопроводами охлаждения 25, проходящими через основание компенсатора. Стрелками на фиг.7 показано направление прокачки охлаждающей жидкости.
Устройство работает следующим образом. До начала процесса съемки для заданных условий съемки с учетом показаний датчика угла поворота 18 центрального вала 15 определяются необходимые углы поворота каждого из приводов. При этом возможны следующие четыре варианта одновременного поворота-изгиба обоих подвижных корпусов 1 ОЭП: симметричный (фиг.9а, 9б), асимметричный с поворотом на угол -α (фиг.10в), асимметричный с поворотом на угол +α (фиг.10 г). Заданный вариант поворота-изгиба обеспечивается выдачей из блока управления импульсов на шаговые двигатели всех четырех реверсивных дублированных приводов 3, 4.
В процессе съемки в случае изменения условий съемки (высоты полета, углов крена, тангажа и рыскания) с заданной дискретностью по времени от блока управления производится выдача корректирующих импульсов на шаговые двигатели (на чертеже не показано). Подсчет импульсов на шаговые двигатели в блоке управления обеспечивает высокую точность поворотов-изгибов подвижных корпусов 1 ОЭП и, в итоге, полную компенсацию поперечных методических сдвигов оптического изображения.