УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОРИЕНТИРОВАНИЯ ПЕРЕМЕЩАЕМОЙ НА БОРТУ ПИЛОТИРУЕМОГО КОРАБЛЯ АППАРАТУРЫ НАБЛЮДЕНИЯ
DEVICE FOR ORIENTATION OF OBSERVATION EQUIPMENT CARRIED ON BOARD A MANNED VEHICLE

Изобретение относится к аэрокосмической технике и может быть использовано для ориентирования экипажем пилотируемого корабля аппаратуры наблюдения, перемещаемой относительно движущегося корабля.
Известны устройства для обеспечения ориентирования перемещаемой аппаратуры наблюдения, используемые для размещения на аппаратуре наблюдения источников освещения, работа которых должна быть синхронизирована с работой аппаратуры наблюдения. Данные устройства выполнены в виде разъемного соединения для крепления съемного излучателя света - фотовспышки - на фото/видео-аппаратуре: например, фотовспышка Canon Speedlite 430ЕХ II для ф/а Canon EOSa. Данные устройства используются для обеспечения освещения размещаемым на аппаратуре источником света области, наблюдаемой посредством данной аппаратуры наблюдения.
К недостаткам таких устройств относится то, что они не обеспечивают учет специальных требований и ограничений, обусловленных целевой задачей, для решения которой используется излучение излучателей.
Известно устройство для обеспечения ориентирования перемещаемой на борту пилотируемого корабля аппаратуры наблюдения (патент РФ 2524045, МПК (2006.01): G01C 11/00 - прототип), содержащее разъемное соединение, одна из разъемных частей которого жестко соединена с аппаратурой наблюдения, не менее чем три штанги, на каждой из которых размещены ультразвуковые излучатели, при этом штанги жестко соединены с другой из разъемных частей разъемного соединения, причем оси излучения ультразвуковых излучателей параллельны оси чувствительности аппаратуры наблюдения, а расстояния от каждого излучателя до оси чувствительности аппаратуры наблюдения выбираются не менее величины, определяемой по предлагаемому соотношению как функция радиуса объектива аппаратуры наблюдения; длины объектива аппаратуры наблюдения, измеренной от проекции ультразвукового излучателя на ось чувствительности аппаратуры наблюдения; максимального из расстояний от центра иллюминатора пилотируемого аппарата, через который выполняется наблюдение, до расположенных на краю иллюминатора ультразвуковых приемников и минимального расстояния от объектива аппаратуры наблюдения до иллюминатора пилотируемого аппарата, через который выполняется наблюдение, в направлении оси чувствительности аппаратуры наблюдения.
Устройство-прототип обеспечивает синхронизацию перемещения аппаратуры наблюдения и ультразвуковых излучателей при обеспечении требуемых для высокоточного определения географических координат области наблюдения геометрических параметров расположения излучателей относительно аппаратуры наблюдения.
К недостаткам устройства-прототипа относится в частности то, что оно не предусматривает возможности отображения оператору командной информации, необходимой для выполнения ориентирования перемещаемой на борту пилотируемого корабля аппаратуры наблюдения.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является обеспечение высокоточного ориентирования перемещаемой на борту пилотируемого корабля аппаратуры наблюдения.
Технический результат, достигаемый при осуществлении настоящего изобретения, заключается в обеспечении визуального отображения оператору управляющей информации, необходимой для выполнения ориентирования перемещаемой на борту пилотируемого корабля аппаратуры наблюдения, при обеспечении необходимых условий для штатной работы оператора с аппаратурой наблюдения.
Технический результат достигается тем, что устройство для ориентирования перемещаемой на борту пилотируемого корабля аппаратуры наблюдения, содержащее разъемное соединение, одна из разъемных частей которого жестко соединена с аппаратурой наблюдения, не менее чем три штанги, на каждой из которых размещены ультразвуковые излучатели, при этом штанги жестко соединены с другой из разъемных частей разъемного соединения, дополнительно содержит закрепленные на штанге средство отображения визуальной информации, датчик температуры, приемопередающее устройство и контроллер, при этом контроллер соединен со средством отображения визуальной информации, датчиком температуры, приемо-передающим устройством и излучателями, причем экран средства отображения визуальной информации расположен вне проекции аппаратуры наблюдения на плоскость, образованную указанным экраном, при этом данная плоскость составляет с плоскостью экрана видоискателя аппаратуры наблюдения угол ≤45 град.
Изобретение поясняется фиг. 1 и фиг. 2, но которых соответственно представлены схема предлагаемого устройства и блок-схема системы, поясняющей использование предлагаемого устройства, и введены следующие обозначения:
1 - перемещаемая аппаратура наблюдения;
2 - ультразвуковые излучатели;
3 - штанги;
4 - разъемное соединение;
5 - средство отображения визуальной информации;
6 - датчик температуры;
7 - приемо-передающее устройство;
8 - контроллер;
9 - экран видоискателя перемещаемой аппаратуры наблюдения;
10 - блок формирования команд управления излучателями;
11 - электрический соединитель с аппаратурой наблюдения;
12 - средство автономного электропитания;
13 - ось визирования перемещаемой аппаратуры наблюдения;
14 - иллюминатор пилотируемого корабля;
15 - ультразвуковые приемники;
16 - устройство для ориентирования перемещаемой на борту пилотируемого корабля аппаратуры наблюдения;
17 - блок определения положения перемещаемой аппаратуры относительно пилотируемого корабля;
18 - блок определения положения ориентира относительно оси ориентирования перемещаемой аппаратуры;
19 - блок формирования команд управления перемещаемой аппаратурой;
20 - приемо-передающее устройство, установленное на пилотируемом корабле;
21 - контроллер, установленный на пилотируемом корабле.
Устройство для ориентирования перемещаемой на борту пилотируемого корабля (ПК) аппаратуры наблюдения содержит разъемное соединение 4, не менее чем три ультразвуковых излучателя 2, не менее чем три штанги 3, средство отображения визуальной информации 5, датчик температуры 6, приемо-передающее устройство 7 и контроллер 8.
Одна из разъемных частей разъемного соединения 4 жестко соединена с перемещаемой аппаратурой наблюдения 1.
Штанги 3 жестко соединены с другой из разъемных частей разъемного соединения 4.
На каждой штанге размещен один из ультразвуковых излучателей 2.
Средство отображения визуальной информации 5, датчик температуры 6, приемо-передающее устройство 7 и контроллер 8 закреплены на одной и той же или на разных штангах.
Контроллер 8 электрически соединен со средством отображения визуальной информации 5, датчиком температуры 6, приемо-передающим устройством 7 и ультразвуковыми излучателями 2.
Экран средства отображения визуальной информации 5 расположен вне проекции перемещаемой аппаратуры наблюдения 1 на плоскость, образованную данным экраном.
Плоскость, образованная экраном средства отображения визуальной информации 5, составляет с плоскостью экрана видоискателя перемещаемой аппаратуры наблюдения 9 угол ≤45 град.
Предлагаемое устройство может содержать блок формирования команд управления излучателями 10, через который может быть выполнено электрическое соединение контроллера 8 с ультразвуковыми излучателями 2.
Ультразвуковые излучатели 2, средство отображения визуальной информации 5, датчик температуры 6, приемо-передающее устройство 7, контроллер 8, блок формирования команд управления излучателями 10 могут быть электрически соединены с перемещаемой аппаратурой наблюдения 1 посредством электрического соединителя с аппаратурой наблюдения 11, выполненного, например, в виде кабельного соединения.
Предлагаемое устройство может содержать средство автономного электропитания 12, выполненное, например, на базе аккумуляторной батареи, которое может быть электрически соединено с ультразвуковыми излучателями 2, средством отображения визуальной информации 5, датчиком температуры 6, приемо-передающим устройством 7, контроллером 8, блоком формирования команд управления излучателями 10.
Таким образом, электропитание блоков/элементов предлагаемого устройства может быть осуществлено как от перемещаемой аппаратуры наблюдения 1 (через электрический соединитель с аппаратурой наблюдения 11), так и от средства автономного электропитания 12.
В качестве ориентируемой перемещаемой аппаратуры наблюдения 1 может использоваться, например, съемочная аппаратура, при этом ось визирования перемещаемой аппаратуры наблюдения 13 является осью ориентирования, которая должна быть наведена на ориентир - задаваемый наземный объект, доступный наблюдению через иллюминатор пилотируемого корабля 14.
Использование предлагаемого устройства опишем на примере его применения в системе ориентирования перемещаемой на борту пилотируемого корабля аппаратуры, которая содержит установленные на перемещаемой аппаратуре наблюдения 1 посредством предлагаемого устройства для ориентирования перемещаемой на борту пилотируемого корабля аппаратуры наблюдения 16 ультразвуковые излучатели 2, блок отображения положения ориентира относительно оси ориентирования перемещаемой аппаратуры, выполненный в виде средства отображения визуальной информации 5, датчик температуры 6, блок формирования команд управления излучателями 10 и первые приемо-передающее устройство 7 и контроллер 8 и установленные на пилотируемом корабле ультразвуковые приемники 15, блок определения положения перемещаемой аппаратуры относительно пилотируемого корабля 17, блок определения положения ориентира относительно оси ориентирования перемещаемой аппаратуры 18, блок формирования команд управления перемещаемой аппаратурой 19 и вторые приемо-передающее устройство 20 и контроллер 21.
Предлагаемое устройство для ориентирования перемещаемой на борту пилотируемого корабля аппаратуры наблюдения 16 обеспечивает размещение ультразвуковых излучателей 2 в разнесенных точках с известными координатами в связанной с перемещаемой аппаратурой системе координат.
Ультразвуковые приемники 15 размещены в разнесенных точках с известными координатами в связанной с ПК системе координат (например, ультразвуковые приемники 15 могут быть установлены по периметру используемого для наблюдения иллюминатора ПК 14).
Ультразвуковые излучатели 2 - например, под управлением блока формирования команд управления излучателями 10, на который от блока определения положения перемещаемой аппаратуры относительно пилотируемого корабля 17 через приемо-передающие устройства и контроллеры, установленные на пилотируемом корабле и на перемещаемой аппаратуре, подаются синхронизированные команды (командные импульсы/сигналы), - вырабатывают импульсные ультразвуковые сигналы, которые принимаются ультразвуковыми приемниками 15.
Принятые ультразвуковые сигналы поступают в блок определения пространственного положения перемещаемой аппаратуры относительно ПК 17.
Сигнал от датчика температуры 6 через приемо-передающие устройства и контроллеры, установленные на перемещаемой аппаратуре и на пилотируемом корабле, поступает в блок определения положения перемещаемой аппаратуры относительно ПК 17.
В блоке определения положения перемещаемой аппаратуры относительно ПК 17 определяются временные задержки между импульсом запуска импульсных ультразвуковых сигналов и принятыми сигналами, по полученным временам задержки рассчитываются расстояния между ультразвуковыми излучателями 2 и ультразвуковыми приемниками 15, при этом используемая для вычисления данных расстояний скорость распространения ультразвуковых сигналов определяется с учетом температуры среды распространения ультразвуковых сигналов, полученной с датчика температуры 6, и по полученным расстояниям рассчитываются параметры положения перемещаемой аппаратуры относительно ПК, которые передаются в блок определения положения ориентира относительно оси ориентирования перемещаемой аппаратуры 18.
В блоке определения положения ориентира относительно оси ориентирования перемещаемой аппаратуры 18 осуществляется определение параметров текущего положения ориентира относительно ПК и по параметрам текущего положения ориентира относительно ПК, параметрам положения перемещаемой аппаратуры относительно ПК и параметрам, задающим ось ориентирования перемещаемой аппаратуры, определяются параметры положения ориентира относительно оси ориентирования перемещаемой аппаратуры, которые передаются в блок формирования команд управления перемещаемой аппаратурой 19, а также через приемо- передающие устройства и контроллеры, установленные на пилотируемом корабле и на перемещаемой аппаратуре, передаются в блок отображения положения ориентира относительно оси ориентирования перемещаемой аппаратуры, выполненный в виде средства отображения визуальной информации 5.
Например, блок отображения положения ориентира относительно оси ориентирования перемещаемой аппаратуры, выполненный в виде средства отображения визуальной информации 5, может быть выполнен в виде дисплея, на котором отображается положение оси ориентирования - оси визирования - перемещаемой аппаратуры относительно направления от перемещаемой аппаратуры на ориентир - наземный объект: например, графически отображается величина углового отклонения направления от перемещаемой аппаратуры на ориентир от оси ориентирования перемещаемой аппаратуры и величина азимутального угла, определяющего направление отсчета данного отклонения в плоскости, перпендикулярной оси ориентирования перемещаемой аппаратуры.
Оператор, находящийся на борту ПК, используя экран видоискателя перемещаемой аппаратуры наблюдения 1 - воспринимая отображенные на экране данные - выполняет штатную работу по наведению оси визирования аппаратуры наблюдения на задаваемый наземный объект, доступный наблюдению через иллюминатор ПК. При этом оператор одновременно воспринимает данные, воспроизведенные посредством блока отображения положения ориентира относительно оси ориентирования перемещаемой аппаратуры, выполненного в виде средства отображения визуальной информации 5, и в соответствии с ними перемещает, в том числе поворачивает аппаратуру наблюдения, реализуя требуемую ориентацию перемещаемой аппаратуры относительно ориентира.
В блоке формирования команд управления перемещаемой аппаратурой 19 параметры, определяющие требуемое положение ориентира относительно оси ориентирования перемещаемой аппаратуры, сравниваются с параметрами, определяющими текущее положение ориентира относительно оси ориентирования перемещаемой аппаратуры, и при их совпадении (с необходимой точностью) формируется необходимая командная информация на работу перемещаемой аппаратуры наблюдения 1. Данная командная информация через приемо-передающие устройства, установленные на пилотируемом корабле и перемещаемой аппаратуре, а также через электрический соединитель с аппаратурой наблюдения 11 поступает на перемещаемую аппаратуру наблюдения 1. В соответствии с поступившей командной информацией осуществляется своевременная реализация необходимого автоматического управления перемещаемой аппаратурой - например, реализация циклов включений/выключений аппаратуры и т.п.
Опишем технический эффект предлагаемого изобретения.
Предложенное устройство обеспечивает визуальное отображение оператору управляющей информации, необходимой для выполнения ориентирования перемещаемой на борту пилотируемого корабля аппаратуры наблюдения, при одновременном обеспечении необходимых условий для штатной работы оператора с аппаратурой наблюдения, необходимой синхронизации перемещения аппаратуры наблюдения и ультразвуковых излучателей при целевом ориентирования аппаратуры наблюдения и возможности использования различной сменной аппаратуры наблюдения.
Предложенное устройство обеспечивает возможность целевого ориентирования аппаратуры наблюдения, свободно перемещаемой оператором (космонавтом) относительно пилотируемого корабля и ориентируемой по задаваемым ориентирам, в том числе обеспечивает:
- прием и передачу по радиоканалу данных, необходимых для определения пространственного положения перемещаемой аппаратуры относительно пилотируемого корабля по ультразвуковым сигналам, излучаемым ультразвуковыми излучателями, установленными на перемещаемой аппаратуре, и принимаемыми ультразвуковыми приемниками, установленными на пилотируемом корабле;
- измерение необходимой для определения скорости распространения ультразвуковых сигналов температуры в текущей точке местонахождения перемещаемой аппаратуры наблюдения;
- возможность одновременного визуального считывания оператором как управляющей информации, необходимой для выполнения целевого ориентирования аппаратуры наблюдения, так и информации, отображаемой на экране видоискателя перемещаемой аппаратуры наблюдения и необходимой для штатной работы с аппаратурой наблюдения;
- возможность приема по радиоканалу управляющих данных для работы (включения/выключения) непосредственно перемещаемой аппаратуры наблюдения.
Достижение технического результата обеспечивается введением предложенных блоков/элементов и функциональных связей между ними, а также предложенным исполнением уже известных блоков/элементов. В частности, возможность одновременного визуального считывания оператором управляющей информации для целевого ориентирования аппаратуры наблюдения и информации, отображаемой на экране видоискателя перемещаемой аппаратуры наблюдения и необходимой для штатной работы с аппаратурой наблюдения, обеспечивается предложенными характеристиками параметров относительного расположения экрана средства отображения визуальной информации и экрана видоискателя перемещаемой аппаратуры наблюдения.
Промышленное исполнение существенных признаков, характеризующих изобретение, не является сложным и может быть выполнено по известным технологиям. В настоящее время технически все готово для реализации и использования предлагаемого устройства.