Разработка алгоритмического обеспечения многоколлиматорного поворотного стенда для тестирования датчиков звездной ориентации

Национальный исследовательский университет "МЭИ"

УДК: Институт АВТИ

Кафедра Управления и информатики

Направление 220400 Управление в технических системах


Магистерская диссертация

Разработка алгоритмического обеспечения многоколлиматорного поворотного стенда для тестирования датчиков звездной ориентации


Студент А-02-08 Рубан С.В.

Научный руководитель

профессор, д.т.н. Колосов О.С.

Допущена к защите

Зав. кафедрой доцент, к.т.н.

Шихин В.А.


Москва


Аннотация

датчик звездный ориентация алгоритм

Данная работа посвящена проблемам наземной отработки приборов звездной ориентации. Основной задачей является создание и введение в эксплуатацию нового стенда для наземной отработки датчиков звездной ориентации для обхода ограничений на применение существующих стендов, таких как ограниченные углы поворота прибора вокруг визирующей оси на стендах и невозможность имитации засветки дневного неба. Результатом работы будет введение в эксплуатацию нового стенда для наземной отработки с описанием алгоритмов работы, управления и проверок данного стенда.


Оглавление


Введение

Глава 1. Общие положения

.1 Датчик звездной ориентации

.1.1 История развития датчиков звездной ориентации

.1.2 Что такое звездный датчик?

.2 Наземная отработка датчиков звездной ориентации

.2.1 Аппаратура для наземной отработки датчиков звездной ориентации

.2.2 Статические имитаторы звезд

.2.3 Стенд динамических испытаний

.2.4 Мобильная модификация динамического стенда

.2.5 Стенд испытаний датчиков звездной ориентации на реальном небе

.2.6 Постановка задачи

Глава 2. Описание и работа многоколлиматорного поворотного стенда

.1 Общие сведения о стенде СМП и его компонентах

2.1.1 Назначение многоколлиматорного поворотного птенда

.1.2 Технические характеристики многоколлиматорного поворотного стенда

.1.3 Устройство и работа

.1.4 Описание и работа составных частей

.1.5 Описание и работа ИЗНП

.1.6 Блок засветки

.1.7 Поворотный стол

Глава 3. Алгоритмы управления СМП, СПО СМП

.1 Системное программное обеспечение стенда СМП

.1.1 Общие сведения

.1.2 Программа управления ИЗНП

.1.3 Программа управления ПП

.1.4 Протокол обмена БУИС и ПК СМП

.1.5 Программа для получения координат локализованных объектов

.1.6 Программа для создания бортового каталога прибора

.1.7 Программа сортировки локализованных объектов

.2 Алгоритмы управления стенда СМП

.2.1 Алгоритм предварительной настройки СМП

3.2.2 Алгоритм включения/выключения оборудования СМП

.2.3 Алгоритм запуска и конфигурирования СПО СМП

.2.4 Алгоритм демонтажа и монтажа блока засветки

.2.5 Алгоритм проверки работоспособности ИЗНП

.2.6 Алгоритм формирования рабочего звёздного каталога при работе с ИЗНП

.2.7 Алгоритм проверки СМП в режимах штатной работы

Глава 4. Анализ работы стенда СМП

.1 Анализ четкости получаемых изображений звезд

.1.1 Изображения и особенности звёзд ИЗНП

.2 Определение точностных характеристик стенда СМП

.2.1 Общие положения

.2.2 Аналитическое определение точности СМП

.2.3 Практическое определение точности стенда

.3 Определение точности наведения поворотного стола

.3.1 Подтверждение точностных характеристик СМП

.3.2 Вращение прибора вокруг визирующей оси на 360°

.3.3 Вращение прибора вокруг визирующей оси на 180°

.3.4 Вращение прибора вокруг визирующей оси с шагом в 1°

Заключение

Литература


Введение


За последние пятьдесят лет человечество сильно продвинулось в вопросах изучения окружающего мира. В частности, большие прорывы произошли в области космонавтики. Выход за пределы атмосферы повлек за собой и появление новых проблем, задач, которые необходимо решать. Одной из таких задач стала ориентация космических аппаратов в безвоздушном пространстве. Вопрос определения положения объекта в космосе является гораздо более сложным, чем аналогичный для объекта на поверхности земли, так как здесь имеет место ориентация в трех осях координат, а сами ориентиры сложнее интерпретировать из-за наличия помех.

Основным решением этой проблемы является установка на космические аппараты специальных приборов - звездных датчиков ориентации. Они анализируют приходящий с объектива кадр звездного неба и сравнивают его с хранящимся в памяти звездным каталогом, устанавливая таким образом ориентацию космического аппарата относительно других космических объектов. Помимо звездных датчиков в сфере ориентации космических аппаратов также применяются их "младшие братья" - солнечные датчики. Как видно из названия, они позволяют определить положение космического аппарата относительно Солнца. Но по сравнению со звездными датчиками у них есть ряд ограничений, например, с помощью солнечных датчиков невозможно определение ориентации, если Земля заслоняет Солнце.

Перед вводом в эксплуатацию звездного датчика тот должен пройти через комплекс тестов и испытаний, которые определят его работоспособность. Фактически, тесты, проводимые с прибором, можно разделить на две группы: собственно, сами испытания и стендовые проверки корректности работы прибора после испытаний. Но эксплуатируемые на данный момент в ИКИ РАН стенды для проверки точности работы приборов имеют определенные ограничения на эксплуатацию. Для устранения этих ограничений по наземной отработке датчиков звездной ориентации было решено создать новый стенд, в основу функционирования которого положены другие принципы, что позволит устранить такие ограничения при наземной отработке приборов, как ограниченный угол поворота прибора вокруг своей оси и практическую сложность реализации отработки прибора по дневному небу (с имитацией засветки).


Глава 1. Общие положения


.1 Датчик звездной ориентации


1.1.1 История развития датчиков звездной ориентации

В двадцатом веке человечество совершило несколько важных прорывов в исследовании окружающего мира, в частности в исследованиях космоса. Сначала в космос был запущен первый искусственный спутник, а затем полвека назад Юрий Алексеевич Гагарин стал первым человеком, совершившим полет в космическое пространство. Таким образом, человечество перешло от наблюдений космоса с поверхности Земли к наблюдению его изнутри.

За последние 50 лет на околоземную орбиту было выведено множество искусственных спутников, созданных человеком.

По данным спутникового каталога NORAD сейчас на орбите нашей планеты находится ~16000 объектов размером более 10 сантиметров, две трети из которых составляют части разрушенных спутников, отработанные ступени ракет и предметы, потерянные во время работ в открытом космосе, и ~600000 объектов размером более 1 сантиметра. Это сильно усложняет проблему ориентации и навигации в безвоздушном пространстве, ведь в вакууме любое столкновение может иметь под собой фатальные последствия.

Таким образом, одной из важнейших задач при создании спутников стала его ориентация в открытом космосе. В конце 80-х годов прошлого века для ориентации космических аппаратов стали применяться широкопольные звездные датчики на базе ПЗС-матриц, определяющие ориентацию путем сравнения изображения наблюдаемого участка звездного неба с хранящимся в памяти бортового компьютера звездным каталогом.

Пионерами в области разработки датчиков звездной ориентации[1] принято считать французскую фирму SODERN, начавшую в 1985 году разработку звездного координатора SEID 12 для русско-французского проекта "Сигма". Конструктивно прибор состоял из двух блоков: оптического и блока электроники. Блок электроники имел 2 канала и мог взаимодействовать с двумя оптическими блоками. Впервые SEID 12 был установлен и запущен в космос в 1989 году на советском спутнике "Гранат" и отработал на орбите десять лет до закрытия проекта.

ИКИ АН и "Карл Цейес Йена" в середине 80-х годов разработали систему "Астро" для космической станции "Мир". Комплекс включал в себя три цифровые телевизионные камеры на базе ПЗС-матрицы, три электронных блока обработки звездных снимков и общий электронный блок комплекса. Система была установлена на станцию в 1989 году и проработала вплоть до закрытия проекта. Стоит отметить, что станция "Мир" была затоплена также по показателям системы "Астро".

В настоящее время за рубежом насчитывается более десяти производителей приборов звездной ориентации. Крупнейшие из них - это Sodern (Франция), Jena-Optronic (Германия), Galileo Avionica (Италия), Ball Aerospace (США), Goodrich (США), Terma (Дания, Германия, Нидерланды, Сингапур, США). Эти фирмы выпускают более 30 моделей звездных приборов разного типа и назначения.

В России одной из организаций, производящих звездные датчики ориентации для космических аппаратов является ИКИ РАН. Эти приборы получили название блок определения координат звезд (БОКЗ). С середины девяностых годов институтом было изготовлено более 60 приборов БОКЗ в различных модификациях, которыми были оснащены 14 космических аппаратов. В их числе Международная Космическая Станция, аппараты серии "Ямал", "БелКА" и "Ресурс-ДК".

Еще один российский производитель подобных приборов - это московское ОКБ "Марс",- с 2005 года изготовленными ими датчиками были оснащены два космических аппарата: "Монитор" и "Казсат". Но, в отличие от приборов БОКЗ, производимых ИКИ РАН, звездные датчики МОКБ "Марс" не являются автономными и используют для обработки данных вычислительные мощности бортовой ЭВМ[1].

Таким образом, в данное время активно развиваются два направления датчиков, предназначенных для ориентации в космосе космических аппаратов: солнечные датчики, которые позволяют определять направление на центр видимого диска Солнца относительно строительных осей космического аппарата, и, собственно, звездные датчики, также называемые астродатчиками. Солнечные датчики имеют более простую структуру по сравнению со звездными и имеют ограничения на применение, так как зависят от Солнца. Таким образом, если Солнце будет скрыто каким-либо космическим объектом, ориентация солнечного датчика будет затруднена.


.1.2 Что такое звездный датчик?

Звездный датчик предназначен для определения ориентации космического аппарата. Для определения ориентации звездный датчик регистрирует изображение звездного неба и, отождествляя наблюдающиеся звезды по звездным каталогам, определяет направление визирования и, следовательно, ориентацию космического аппарата в пространстве.

Звездный датчик (рис. 1), обычно, состоит из объектива и детектора, в роли которого, как правило, используется ПЗС-матрица. Это специализированная аналоговая интегральная микросхема <#"112" src="doc_zip1.jpg" />

Рисунок 1 - Звездный датчик БОКЗ-МФ


Использование звездных датчиков ориентации также сопровождается определенными трудностями, вызванными наличием большого количества источников помех, наличия засветки кадров, полученных датчиком, поступательного и вращательного движения космического аппарата и даже наличия микроскопических частиц пыли на объективе датчика. Это значит, что каждый звездный датчик нуждается в длительных и тщательных проверках и калибровках перед его вводом в эксплуатацию. Для наземной отработки звездных датчиков созданы несколько видов стендов, имитирующих условия ориентации прибора в открытом космосе.


.2 Наземная отработка датчиков звездной ориентации


.2.1 Аппаратура для наземной отработки датчиков звездной ориентации

Рано или поздно перед разработчиками приборов космического назначения встает вопрос о создании различного рода имитаторов, позволяющих в наземных условиях воссоздать те или иные факторы космического пространства. Использование таких имитаторов на стадии наземной отработки приборов позволяет проверить различные режимы функционирования приборов, устранить возникающие неполадки в их работе, отладить программно-алгоритмическое обеспечение. При этом необходимо, чтобы разработчики обеспечивали высокую степень достоверности моделирования на имитаторах воздействующих на прибор факторов.

Для проведения наземных испытаний в ИКИ РАН разработаны и созданы такие приборы, как статические имитаторы звезд, стенды динамических испытаний и их мобильные модификации.


.2.2 Статические имитаторы звезд

Первый имитатор звезд (ИЗ), позволяющий спроецировать в поле зрения звездного прибора изображения точечных объектов, был разработан в ИКИ РАН в конце 90-х гг. прошлого века. Имитатор (рис. 2) представлял собой конструкцию, устанавливаемую на бленду прибора вместо технологической крышки. Внутри имитатора располагались металлическая пластина с пятью отверстиями в форме креста и светодиоды за каждым отверстием. При подаче питания светодиоды загорались, и в поле зрения прибора проецировалось пять точечных объектов.

С учетом того, что положение имитатора относительно поля зрения прибора было точно известно и не менялось во времени, с помощью имитатора проверялась правильность работы оптико-электронного тракта прибора в режиме регистрации точечных объектов, их локализации и определения энергетических центров яркостей.

Следующей модификацией ИЗ являлось устройство, конструктивно аналогичное представленному на рис. 2, но функционально более совершенное. Модифицированная версия имитатора включала светодиод, слайд с изображением точечных источников и коллиматорный объектив. Слайд представлял собой изображение участка небесной сферы, угловой размер которого соответствовал угловому полю зрения прибора. Звезды разных звездных величин отображались на слайде разными по площади объектами белого цвета, фон слайда был черным.

При подаче питания на светодиод слайд подсвечивался, прошедший через него световой поток попадал в коллиматорный объектив, на выходе которого формировался параллельный световой пучок от каждого точечного объекта.

В результате на объектив прибора, как и в случае работы по звездам реальной небесной сферы, приходил параллельный поток от каждого из подсвеченных точечных объектов на слайде.

При работе с таким имитатором звезд реализовывалась возможность проверки правильности работы не только оптико-электронного тракта прибора, но и отладки его программно-алгоритмического обеспечения.


Рисунок 2 - Имитатор звезд


В настоящее время разработана еще одна модифицированная версия такого имитатора звезд (рис. 3), который будет использоваться не только как средство для отладки, но и как технологическая защитная крышка.

Перед отправкой прибора на предприятие-заказчик на него будет устанавливаться имитатор, который в процессе перемещения прибора будет выполнять роль защитной крышки, предохраняющей бленду от загрязнений.

Одновременно с этим при проведении работ по входному контролю прибора и прочих регламентных проверок на имитатор будет подаваться питание, и в поле зрения прибора будет проецироваться изображение участка небесной сферы. Имитатор будет демонтирован с прибора после проведения всех необходимых регламентных работ и установки прибора на космический аппарат.


Рисунок 3 - Модифицированный имитатор звезд


Основным достоинством описанных в настоящем разделе имитаторов является относительная простота, что позволяет их использовать на различных этапах проверки работоспособности прибора как на предприятии-разработчике, так и у заказчика. В то же время описанные имитаторы имеют ограниченные функциональные возможности и не позволяют проводить отработку штатных режимов функционирования приборов в полном объеме.

Для выполнения работ по отладке режимов работы приборов в условиях, максимально приближенных к реальным, в ИКИ РАН был разработан специальный стенд, позволяющий моделировать светооптическую обстановку и динамику движения прибора в процессе его функционирования на космическом аппарате.


.2.3 Стенд динамических испытаний

В отличие от статических имитаторов звезд, на так называемом динамическом стенде реализована возможность моделирования движения точечных объектов в поле зрения прибора.

Принцип действия стенда, внешний вид которого представлен на рис. 4, заключается в замене при испытаниях прибора звезд небесной сферы их изображениями, выведенными на экран расположенного в поле зрения прибора жидкокристаллического монитора.


Рисунок 4 - Стенд динамических испытаний


Тестируемый прибор жестко закрепляется при установке на стенд, и моделирование перемещения его поля зрения по небесной сфере в процессе орбитального движения космического аппарата осуществляется за счет изменения изображений участков звездного неба, выводимых на экран монитора.

Вывод изображений звезд на экран монитора реализуется с помощью специального программного обеспечения, которое использует данные каталога звезд, охватывающего всю небесную сферу.

При моделировании на стенде звездного неба происходит пересчет сферических координат звезд на небесной сфере в прямоугольные координаты проекций звезд на плоскость экрана монитора, формирование графического изображения и его вывод на экран монитора.

Повторение описанного цикла с заданной частотой позволяет реализовать перемещение участка небесной сферы по экрану монитора в поле зрения неподвижно закрепленного прибора.

Кристаллическая структура экрана монитора обусловливает дискретность изменения координат изображений звезд. Для имитации плавного изменения положения изображений звезд в поле зрения прибора координаты звезд пересчитываются и выводятся на экран монитора несколько раз в секунду.

Для воспроизведения визуальной обстановки космического пространства на стенде реализуется оптическое удаление изображения небесной сферы от прибора в бесконечность с применением коллиматора, расположенного на оптической скамье между монитором и прибором так, что монитор находится в его фокальной плоскости.

На выходе коллиматора от каждого изображения звезды формируется параллельный пучок света, регистрируемый прибором.

Схема моделирования движения небесной сферы на стенде представлена на рисунке 5.


Рисунок 5 - Моделирование небесной сферы на стенде


Помимо моделирования динамики движения тестируемого прибора, обуславливаемой движением КА по орбите, программное обеспечение стенда дает возможность моделирования воздействия динамики системы управления КА, при котором к вектору угловой скорости добавляются дополнительные составляющие по трем осям.

Кроме того, моделирование перемещения поля зрения прибора по небесной сфере осуществляется с учетом матрицы взаимной ориентации системы координат (СК) прибора относительно системы координат космического аппарата.

Имитация работы системы управления КА заключается в моделировании движения поля зрения прибора относительно геоцентрической системы координат в заданном направлении. При этом может быть выбран один из двух режимов изменения углового положения поля зрения:

-режим переориентации, при котором происходит однократный поворот на заданный угол в заданном направлении

-режим периодических колебаний, при котором моделируется периодический поворот поля зрения прибора на требуемый угол.

Из сказанного следует, что стенд предоставляет широкий диапазон возможностей при моделировании процесса движения поля зрения прибора по небесной сфере с учетом расположения прибора на конкретном космическом аппарате, движущемся по заданной орбите.

С целью повышения достоверности реализации условий космического пространства, при которых звездному датчику приходится решать задачу определения параметров астроориентации, в программном обеспечении стенда заложена возможность моделирования ряда помеховых факторов внешней среды, в частности, протонов космического пространства, частиц собственной внешней атмосферы (СВА, см. рис. 5) космического аппарата, неравномерной засветки поля зрения.

Имитация воздействия протонов на тестируемый прибор, в результате которого на получаемых изображениях регистрируются помеховые звездоподобные объекты, так называемые "ложные звезды", реализуется путем вывода на экран монитора световых помех.

При этом имитируются как точечные помехи, вызванные фронтальными воздействиями протонов на прибор, так и помехи в форме вытянутых треков, вызванные прохождением протонов через ПЗС-матрицу прибора под большими углами к его оптической оси.

Моделируемые частицы СВА представляют собой объекты произвольной формы, перемещающиеся по экрану монитора с заданными скоростями на фоне движущейся небесной сферы.

Для имитации на стенде ситуации, при которой за счет попадания в поле зрения прибора Солнца, Луны, Земли или света, отразившегося от зеркальных конструкций КА, может наблюдаться повышенный или неравномерный фон на полученном прибором изображении, в программное обеспечение заложена возможность добавления фоновой компоненты изображения, выводимого на экран монитора. При этом моделируемая засветка может быть как равномерной, так и равномерно изменяющейся.

.2.4 Мобильная модификация динамического стенда

С развитием и миниатюризацией средств отображения информации и вычислительных систем появилась возможность создать динамический имитатор звезд, обладающий массово-габаритными характеристиками, сопоставимыми с аналогичными характеристиками звездных датчиков.

Первая модификация такого имитатора была разработана на базе мини-ноутбука Sony VAIO VGN UX-180P, представленного на рисунке 6.


Рисунок 6 - Ноутбук Sony VAIO VGN UX-180Р


Несмотря на скромные размеры, мини-ноутбук является достаточно производительным и может быть использован для моделирования движения участков небесной сферы и отображения их на собственном экране.

Экран мини-ноутбука имеет разрешение в 1024Ч600 элементов, что сопоставимо с разрешением жидкокристаллических мониторов, используемых на динамических стендах ИКИ РАН.

При использовании коллиматора (устройство для получения параллельных пучков лучей света или частиц) с фокусным расстоянием около 100 мм имитатор не превышает по размерам и массе звездный датчик, для тестирования которого он предназначен.

Конструкция имитатора, объединяющая мини-ноутбук и коллиматор, имеет посадочные места, позволяющие устанавливать ее непосредственно на бленду тестируемого прибора. Также возможен вариант, когда тестируемый прибор устанавливается сверху на конструкцию имитатора.

Интерфейсные окна программного обеспечения, позволяющие задать параметры моделирования, отображаются на экране мини-ноутбука, доступ к которому может быть осуществлен одним из двух способов.

Первый способ подразумевает прямой доступ к мини-ноутбуку и работу непосредственно с его клавиатурой. Этот способ требует снятия боковой крышки конструкции имитатора и является достаточно трудоемким.

Альтернативой ему служит второй способ, при котором осуществляется удаленный доступ к программному обеспечению имитатора с использованием протокола беспроводной связи WiFi.

При наличии встроенной или внешней антенны WiFi на управляющем компьютере (в роли которого, например, целесообразно использовать компьютер контрольно-испытательной аппаратуры тестируемого прибора) можно установить беспроводную связь между этим компьютером и мини-ноутбуком имитатора.

В этом случае доступ к программам мини-ноутбука может быть осуществлен через управляющий компьютер, на экране монитора которого будет отображаться рабочий стол мини-ноутбука.

Таким образом, используя беспроводную связь, можно выполнять разовые обращения к мини-ноутбуку имитатора с целью задания требуемых параметров, запуска и останова режима моделирования, при этом само моделирование будет осуществляться непосредственно на мини-ноутбуке имитатора.

Режим управления имитатором по беспроводной связи позволяет создавать комплексные стенды для одновременной отработки приборов различного типа [1].


.2.5 Стенд испытаний датчиков звездной ориентации на реальном небе

Фактически, стенд представляет собой переносную двухосную поворотную платформу, выставляемую на крыше здания ИКИ РАН, и консоль оператора с установленной на ней КИА звездного датчика.

Звездный датчик закрепляется на поворотной платформе, после чего проводится его тестирование: определение ориентации прибора по реальному звездному небу, используя предварительно загруженные на прибор бортовые каталоги.

Главной проблемой пользования стендом испытаний на реальном небе является малое количество безоблачных дней в году в условиях местного климата.

Работа же со стендом при наличии облаков на небе невозможна.


.2.6 Постановка задачи

Как можно видеть, существующие стенды динамических испытаний датчиков звездной ориентации обладают определенными ограничениями в применении.

Используемые стенды не позволяют в полном объёме отрабатывать два типа приборов:

-приборы с интегрированными датчиками угловых скоростей (ДУС);

-приборы, работающие с высоким уровнем фона и/или с суммированием кадров (работа по звездному небу днём).

Отработка таких видов приборов на стенде испытаний на реальном небе имеет ограничения по погодным условиям: ~70 ясных дней и ночей в год. Еще одна сложность заключается в наличии атмосферной рефракции (до 35) и рассеянии света в атмосфере над городом.

Отработка приборов на стендах динамических испытаний затруднена в связи с ограниченным углом поворота (до ±5°) и сложностью одновременного искусственного моделирования изображения звезды и фона дневного неба.

Таким образом, исходя из существующих на данный момент стендов и особенностей их эксплуатации появилась необходимость в разработке стенда, позволяющего:

-одновременно совмещать перемещение звёзд и физическое вращение прибора для отработки приборов с интегрированными ДУС;

-получать изображение звёзд, близкое к реальным на дневном небе для отработки приборов ориентации по дневному небу.


Глава 2. Описание и работа многоколлиматорного поворотного стенда


.1 Общие сведения о стенде СМП и его компонентах


.1.1 Назначение многоколлиматорного поворотного стенда

Многоколлиматорный поворотный стенд (СМП) предназначен для проведения автономных испытаний и проверок функционирования звездных датчиков (ЗД) на предприятии-изготовителе.

СМП имитирует часть нереального звездного неба.

В качестве источников излучения имитирующих звёзды используются лазерные модули с лучами низкой расходимости. Модули закреплены на панорамном цилиндрическом экране с горизонтальной разверткой 170 ° (рисунки 7-9).

Лазерные модули предусматривают возможность юстировки для наведения луча лазера и фокусировки в поле зрения ЗД, закрепленного на поворотной платформе в центре стенда.


Рисунок 7 - Идеология работы стенда


Лазерные модули имеют возможность уменьшения интенсивности лазерного луча средствами широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

СМП позволяет отрабатывать приборы с интегрированными датчиками угловых скоростей и приборы, работающими с высоким уровнем фона и/или с суммированием кадров (работа по дневному звёздному небу). Работа со стендом не накладывает таких ограничений, как малое количество ясных дней и ночей в году для отработки приборов на реальном небе, и, в отличие от других стендов, имеет широкий угол поворота и позволяет легко имитировать фоновую засветку дневного неба.

СМИ имитирует фон дневного неба одновременно с изображением звёзд. Имитация фоновой засветки дневного неба происходит с помощью блока засветки (БЗ), позволяющего имитировать засветку в видимом (жёлтый цвет) и в ИК диапазонах.

Поскольку СМИ имитирует нереальное звездное небо, перед началом испытаний ЗД необходимо составить астрометрический каталог и загрузить его в испытуемый прибор.


Рисунок 8 - Общий вид СМП с установленным ЗД


Рисунок 9 - СМП (вид сверху) с установленным ЗД


2.1.2 Технические характеристики многоколлиматорного поворотного стенда

СМП обеспечивает реализацию следующих основных функциональных возможностей:

-имитацию части нереального звездного неба при помощи имитатора звёздного неба панорамного (ИЗНП);

-установку и вращение испытуемого ЗД вокруг одной из осей при помощи поворотного стола;

-имитацию фона дневного звёздного неба при помощи блока засветки;

-возможность отработки приборов с ДУС путём вращения вокруг визирной оси при помощи имитатора звездного неба вертикального (ИЗНВ).

ИЗНП моделирует звёздное небо со следующими характеристиками:

-моделирование нереальной части звёздного неба размером 16 ° на 170 °;

-моделирование 64 звезд;

-имитация звезд от 8й до 3й звездной величины;

-наличие минимум четырёх звёзд в поле зрения 16Ч16° на любом участке имитируемого звёздного неба;

Поворотный стол обеспечивает:

-вращение ЗД вокруг одной оси с помощью поворотного стола;

-осуществление поворота ЗД вокруг собственной оси на скоростях от 1ґґ до 10° в секунду;

-осуществлять поворот ЗД на угол 360°;

-осуществлять поворот ЗД с ускорением 70°;

-осуществлять поворот с грузом на поворотной платформе до 20 кг;

-посадочная плита поворотного стола ЗД обеспечивает три варианта крепления испытуемого ЗД для обеспечения вращения вокруг каждой из ортогональных осей ЗД.

Блок засветки обеспечивает:

-имитация засветки дневного неба

-равномерность

-яркость

-длины волн

-потребление.

ИЗНВ обеспечивает:

-возможность отработки приборов с ДУС путём вращения вокруг визирной оси;

-возможность отработки определения ориентации ЗД по участку реального звездного неба;

-изменяемую яркость подсветки звёзд по 255 градациям яркости.

СМП изготовлен в климатическом исполнении УХЛ группы 1.1 по ГОСТ PB 20.39.301-98 и предназначен для работы при воздействии следующих факторов:

-температура окружающей среды (23 ± 3) °С;

-атмосферное давление (750 ± 25) мм рт. ст.;

-относительная влажность воздуха до 80% при температуре плюс 25єС.

Питание СМП осуществляется от электрической сети общего назначения переменного однофазного тока напряжением (220 ± 20) В, частотой 50/60 Гц, соответствующей ГОСТ 29322-92.

СМП установлен в чистом помещении, где в воздухе поддерживаются в определённом заданном диапазоне размер и число на кубический метр мелких частиц. Чистое помещение имеет 7 класс чистоты ГОСТ Р ИСО 14644-2010, которому соответствуют следующие ограничения по мелким частицам в воздухе:

-352000 частиц размерами, превышающими 0,5 мкм;

-83200 частиц размерами, превышающими 1 мкм;

-2930 частиц размерами, превышающими 5 мкм.


2.1.3 Устройство и работа

СМП имеет блочную структуру.

Составные части СМП соединяются между собой информационными кабелями и кабелями электрического питания.

Испытуемый ЗД устанавливается на СМП и подключается к собственной контрольно-измерительной аппаратуре (КИА). Структурная схема СМП при испытаниях ЗД приведена на рисунке 10.

СПО СМП, установленное на ПК СМП осуществляет обмен информацией с блоками СМП, формирует управляющие команды, обрабатывает, анализирует и выводит на экран ПК СМП поступающую с СМП информацию, посылает команды на коммутацию и снятие питания с ПС и ИЗНП.

Поскольку расположение лазерных модулей ИЗНП не соответствует реальному рисунку звёздного неба, перед началом работ со звездным датчиком необходимо составить звездный каталог. Звездный каталог представляет собой текущее положение лазерных модулей на панорамном стенде в описании для ПО ЗД. Таким образом, проводя дальнейшие проверки для ЗД возможно будет оценить его точностные характеристики и корректность работы.


Рисунок 10 - Структурная схема СМП при проверке ЗД


.1.4 Описание и работа составных частей

Составные части СМП приведены в 2.1.2.

ИЗНП предназначен для проверки имитации звёздного неба и представляет собой цилиндрический экран с 64-я лазерными модулями, имитирующими изображения точечных источников излучения. Подробное описание ИЗНП в 1.2.2.

Поворотный стол предназначен крепления и вращения закреплённых на ней ЗД и блока засветки вокруг вертикальной оси панорамного экрана ИЗНП, моделирую тем самым перемещение прибора по звёздному небу.

Контроллер ПП предназначен для управления движением поворотной платформы, задания необходимых угловых скоростей, ускорений, задания границ для поворота.

БЗ предназначен для имитации дневной засветки. При этом сохраняется возможность работы прибора по звёздам ИЗНП.

БУИС предназначен для управления лазерными модулями ИЗНП. БУИС осуществляет снятие и подачу питания на лазерные модули, управление интенсивностью лазерного луча, включением и выключением секторов и/или линий лазерных модулей, а также управлением блоком засветки. Лазерные модули стенда разбиты на 8 линий, содержащих по 8 случайно расположенных лазерных модулей каждая и на 8 секторов, включающих в себя 8 последовательных модулей. То есть 1-й сектор включает в себя 1-8 лазерные модули, 2-й сектор - 9-16 модули и т.д.

ПК СМП предназначен для:

-управления поворотным столом путём обмена данными с контроллером ПП посредством стандартного интерфейса USB;

-управления ИЗНП, ИЗНВ и блоком засветки путём обмена данными посредством стандартного интерфейса USB через переходник USB2СОМ;

-аппаратной поддержки СПО.

Сетевой фильтр предназначен для подключения к промышленной сети общего назначения переменного однофазного тока напряжением (220 ± 20) В, частотой 50/60 Гц, соответствующей ГОСТ 29322-92, электрического оборудования, входящего в состав СМП;

Кабельная сеть включает в себя кабели, предназначенные для соединения составных частей СМП.

Оптический стол Thorlabs служит для размещения на нем основных блоков СМП. Оптический стол представляет собой стальную столешницу 1,9 х 0,9 метра с расположенный на ней сеткой крепежных отверстий для крепления блоков стенда, установленную на гасящие вертикальные и горизонтальные колебания ножки. Для гашения колебаний в ножках стола предусмотрена специальная система пневматической изоляции.


.1.5 Описание и работа ИЗНП

ИЗНП (рисунки 11-12) имеет следующие характеристики:

-моделирование нереальной части звёздного неба размером 16° на 170°;

-моделирование 64 звезд;

-имитация звезд от 8й до 3й звездной величины;

-наличие минимум четырёх звёзд в поле зрения 16Ч16° на любом участке имитируемого звёздного неба;

-длина волны излучения лазерных модулей: 650 нм;

-диаметр пучка излучения: 5 мм;

-питание БУИС 220 В;

-частота модуляции сигналов лазерных модулей: ? 200 кГц;

-ток, потребляемый лазерным модулем: ?120 мА;

-расхождение пучка излучения лазерного модуля: 1.0 мрад;

-выходная мощность излучения лазерного модуля: 4 мВт;

Конструктивно ИЗНП состоит из цилиндрического экрана, на котором размещаются лазерные модули, выступающие в роли формирователей изображений в поле зрения ЗД.

ИЗНП выполнен на базе источников KLM-M650-4-5, формирующих узкоколлимированный пучки лазерного излучения длиной волны 650 нм и диаметром 5 мм. Характеристики лазерных модулей приведены в таблице 1. Общий вид и габариты - на рисунках 13 и 14.


Таблица 1 - Технические характеристики лазерных модулей KLM-M650-4-5

ХарактеристикаЗначениеВыходная мощность излучения (мВт)4.0/16.0 кВтДлина волныизлучения (нм)650 нмВыходной диаметр пучка излучения (мм)5 ммРасходимость пучка излучения1.0 мрадРабочая дистанция10 мКоллиматорстеклянныйКоличество линз коллиматоратри с просветлениемРежим работынепрерывный с внешней модуляциейЧастота модуляции? 500 кГцНапряжение питания5 ВПотребляемый ток? 120 мАДиапазон рабочих температур(-10..+40) °CДиапазон температур хранения(-40..+80) °Cразмер корпусаШ 16*45 ммМатериал корпусалатуньДлина выводов100 мм

Рисунок 11 - Общий вид ИЗНП


Рисунок 12 - Общий вид БУИС


Рисунок 13 - Общий вид лазерных модулей


Рисунок 14 - Габаритные размеры и устройство лазерных модулей


Управление яркостью свечения лазерных модулей происходит с помощью ШИМ, то есть путем управления подаваемым на лазерные модули напряжением. При изменении подаваемого на лазерные модули напряжения изменяется их яркость.

Лазерные модули стенда разбиты на 8 линий, содержащих по 8 случайно расположенных лазерных модулей каждая и на 8 секторов, включающих в себя 8 последовательных модулей. То есть 1-й сектор включает в себя 1-8 лазерные модули, 2-й сектор - 9-16 модули и т.д.

Управление лазерными модулями осуществляется при помощи БУИС.

ИЗНП подключается к БУИС. Управление ИЗНП осуществляется при помощи СПО СМП.


2.1.6 Блок засветки

Блок засветки (рисунок 15) предназначен для имитации дневной засветки изображений звезд на видеотракте ЗД. Конструкция блока засветки позволяет имитировать засветку как в видимой области частотного спектра, так и в ИК области излучения. Также возможна работа одновременно с засветкой и в ИК, и видимой области излучения.

При работе с ЗД для уменьшения общей интенсивности излучения на фотодетекторе ЗД используют следующие фильтры:

-НС-11 толщиной 3,2 мм для работы с АВУ;

-ТС-3 и НС-9 для работы с БОКЗЗ-МФ.

Конструктивно блок засветки состоит из модуля светодиодной подсветки, светофильтра, оптического стекла с низкой клиновидностью и каркаса для крепления вышеуказанных деталей (рисунок 16).


Рисунок 15 - Общий вид блока засветки


Рисунок 16 - Блок засветки


Принцип работы блока засветки заключается в том, что к лучам от лазерных модулей, пропущенным через светофильтр и оптическое стекло с низкой клиновидностью, добавляется излучение от светодиодной подсветки, и вместе они поступают на фотодетектор испытуемого прибора.

Оптическое стекло с низкой клиновидностью не вносит искажений в проходящие через него лучи от лазерных модулей ИЗНП.

Интенсивностью излучателей блока засветки можно управлять с помощью СПО СМП. СПО СМП предусматривает возможность гибкой подстройки с использованием 255 градаций интенсивности излучения в ИК области и в области видимого излучения.


.1.7 Поворотный стол

Поворотный стол (рисунок 17) состоит из поворотной платформы, привода поворотной платформы, контроллера поворотной платформы и посадочной платформы и позволяет осуществлять вращение поворотной платформы с закрепленным на ней ЗД вокруг вертикальной оси.

Поворотная платформа представляет собой стальную платформу с расположенными на ней отверстиями для крепления блока засветки посадочной платформы.

Привод поворотной платформы осуществляет вращение поворотной платформы в соответствии с командами, посылаемыми ему контроллером поворотной платформы;

Контролер поворотной платформы осуществляет прием команд с ПК СМП, преобразование их в команды для привода поворотной платформы и передачу их приводу. Контроллер позволяет осуществлять поворот платформы с заданной скоростью, на заданный угол, осуществлять циклическое движение платформы или движение по заданной траектории.

Посадочная платформа служит для закрепления на ней звездного датчика в вертикальном положении и крепится на поворотную платформу.



Глава 3. Алгоритмы управления СМП, СПО СМП


.1 Системное программное обеспечение стенда СМП


.1.1 Общие сведения

СПО СМП предназначено для работы в 32-разрядной операционной среде Windows XP и включает в себя два приложения с многооконным интерфейсом, одно из которых предназначено для управления ИЗНП. а другое - поворотным столом.

Описание элементов интерфейса программы управления ИЗНП представлено на рисунке 18, описание элементов интерфейса программы управления ПП представлено на рисунках 19 и 20.


3.1.2 Программа управления ИЗНП

Основными элементами интерфейса программы управления ИЗНП являются:

-блок управления засветкой, позволяющий изменять параметры яркости ИК и желтой засветок и получать информацию о текущем состоянии яркости засветки;

-блок управления лазерными модулями ИЗНП, который позволяет изменять яркость лазерных модулей стенда и получать информацию о текущей яркости, как для отдельной линии лазерных модулей, так и для всех линий одновременно;

-блок управления секторами ИЗНП, позволяющий включать и выключать отдельные сектора с лазерными модулями ИЗНП;

панель истории команд, на которую выводятся все команды, посланные на БУИС.

Изменение яркости лазерных модулей и засветки выполняется либо перетягиванием соответствующего ползунка на нужное значение, либо ручным вводом нужного значения яркости в соответствующее поле с последующим нажатием на кнопку " Изменить". По нажатию на кнопку "Получить" на панель истории команд выводится последняя команда, относящаяся к этой линии лазерных модулей, либо блоку засветки.

Для включения/выключения отдельных секторов необходимо выбрать состояние нужного сектора в блоке управления секторами и нажать кнопку "Изменить". По умолчанию при запуске БУИС включаются все сектора. Для включения всех секторов необходимо нажать кнопку "Вкл. все", для выключения - "Выкл. все".


.1.3 Программа управления ПП

Основными элементами интерфейса программы управления ПП являются:

-блок задания входных и выходных величин, в котором осуществляется определение файлов для загрузки угловых скоростей и для записи данных;

-блок ручного управления поворотом, позволяющий осуществлять ручное управление поворотной платформой, изменять скорость поворота и устанавливать значение конечной точки поворота;

-блок циклического движения, позволяющий осуществлять движение платформы по заготовленной заранее программе;

-панель истории команд, на которую выводятся все команды, посланные на Контроллер ПП.

В качестве входных величин в программу может быть загружена предварительно составленная программа движения на определенных угловых скоростях, вида:


<Секундная метка> <угловая скорость>,


где секундная метка задается с точностью до десятых, угловая скорость задается в угловых секундах.

В качестве выходных величин выступают графики угловых скоростей и ускорений. Выходная величина сохраняется в предварительно заданный файл. Для записи данных в файл необходимо нажать кнопку "Запись данных" блока задания входных и выходных величин. Также возможно задание интервала съема данных (по умолчанию 1000 мс).

В блоке ручного управления возможно выполнение следующих действий:

-осуществление поворота ПП по часовой стрелке на заданный угол по нажатию кнопки "Влево";

-осуществление поворота ПП против часовой стрелки на заданный угол по нажатию кнопки "Вправо";

-движение к заданному заранее начальному положению платформы из любого положения по нажатию кнопки "Home";

-остановка любого движения платформы по нажатию кнопки "Стоп";

-задание угла поворота и скорости поворота ПП.

Блок циклического движения позволяет осуществлять циклическое движение ПП и движение ПП по заданной траектории. Для движения по заданной траектории необходимо предварительно загрузить таблицу угловых скоростей в блоке задания входных и выходных величин, задать количество циклов, частоту управления и скважность. Для циклического движения необходимо задать количество циклов и время остановки.

Окно "Настройка" программы управления ПП позволяет производить грубую и тонкую установку начального положения для поворотной платформы. Для фиксации текущего положения в качестве начального необходимо нажать кнопку "Установить центр".


Рисунок 18 - Основное окно программы управления ИЗНП


Рисунок 19 - Основное окно программы управления ПП


Рисунок 20 - Окно "Настройка" программы управления ПП


.1.4 Протокол обмена БУИС и ПК СМП

Протокол определяет состав информации, используемые форматы сообщений и данных, а также правила взаимодействия БУИС и компьютера.

Обмен информацией между БУИС и ПК СМП осуществляется двоичным цифровым последовательным кодом по линии связи стандарта USB2СОМ.

С момента подачи электропитания БУИС выполняет инициализацию и подает питание на лазерные модули. По истечении 1 с после формирования внутренней команды на подачу питания на лазерные модули, БУИС запускает подпрограмму "Тест излучателей" тестового включения лазерных модулей и светодиодного осветителя. Через несколько секунд подпрограмма "Тест излучателей" завершается и, не снимая питания с лазерных модулей, БУИС переходит рабочее состояние.

ВНИМАНИЕ

ДО ЭТОГО МОМЕНТА БУИС НЕ РЕАГИРУЕТ НА КОМАНДЫ, ПОСЫЛАЕМЫЕ ЕМУ С ПК СМП.

В СМП присутствуют 64 лазерных излучателя, а также 2 светодиодных осветителя, в каждом из которых присутствуют желтый и ИК спектральный каналы. Лазерные излучатели распределены по 8-ми линиям и 8-ми секторам. Для каждой линии излучателей предусмотрена регулировка мощности лазерного излучения. Для каждого сектора предусмотрена возможность отключения. Для светодиодных излучателей предусмотрена независимая регулировка яркости желтого и ИК спектральных каналов, а также возможность переключения между двумя светодиодными излучателями с помощью команды из компьютера.

ПК СМП пересылает на БУИС команды для управления излучателями стенда в виде двух однобайтных слов.

Каждая отдельная команда устанавливает либо яркость отдельной линии излучателей, либо комбинацию включенных секторов, либо производит запрос текущих параметров из БУИС (яркости одной из линий, либо комбинации включенных секторов).

Первый байт определяет тип передаваемой команды, а второй - значение для этой команды. Перечень значений битов в первом байте команды приведен в таблице 2.


Таблица 2 - Значения битов в первом байте команды

№ битаЗначение битаОписание70Команда на изменение параметров излучателей, которые указываются битами 0, 1, 2, 4 и 5.1Запрос текущего значения параметров излучателей, которые указываются битами 0, 1, 2, 4 и 5.6ХНе используется, может иметь любое состояние5 - 400Яркость линии лазерных излучателей01Включение секторов лазерных излучателей10Яркость светодиодных осветителей3ХНе используется, может иметь любое состояние2 - 0Если битами 4 и 5 выбраны линии лазерных излучателей, то000лазерные излучатели на линии №1001лазерные излучатели на линии №2010лазерные излучатели на линии №3011лазерные излучатели на линии №4100лазерные излучатели на линии №5101лазерные излучатели на линии №6110лазерные излучатели на линии №7111лазерные излучатели на линии №8Если выбран битами 4 и 5 светодиодный осветитель, то:000желтый спектральный канал в осветителе LA001ИК спектральный канал в осветителе LA010желтый спектральный канал в осветителе LB011ИК спектральный канал в осветителе LB

Если в первом переданном байте содержалась команда на установку яркости, то во втором байте содержится значение яркости, либо отдельной линии, либо светодиодного осветителя. Это значение может находиться в диапазоне от 0 до 255.

Если в первом байте содержалась команда на включение секторов, то второй байт представляет собой комбинацию включенных секторов. В этом случае биты, содержащиеся во втором байте, соответствуют комбинации включенных секторов, согласно приведенной в таблице 3.


Таблица 3 - Значения битов в комбинации включенных секторов

№ битаЗначение битаОписание708-ой сектор: выключен18-ой сектор: включен607-ой сектор: выключен17-ой сектор: включен506-ой сектор: выключен16-ой сектор: включен405-ый сектор: выключен15-ый сектор: включен304-ый сектор: выключен14-ый сектор: включен203-ий сектор: выключен13-ий сектор: включен102-ой сектор: выключен12-ой сектор: включен001-ый сектор: выключен11-ый сектор: включен

.1.5 Программа для получения координат локализованных объектов

Данная программа предназначена для обработки кадров, полученных с использованием КПА звездного датчика при работе со стендом СМП.

Вид главного окна программы представлен на рисунке 21.


Рисунок 21 - Главное окно программы для получения координат локализованных объектов


Главное оно программы состоит из главного меню программы и поля для выведения результатов обработки кадров. Также по окончании обработки кадров результаты сохраняются в отдельный файл.

Рисунок 22 - Меню "Файл" программы для получения координат локализованных объектов


Вкладка "файл" главного меню содержит подпункты:

-"Открыть и обработать кадры" - по выбору этого подпункта пользователю предоставляется возможность выбрать файлы для обработки, после чего происходит их обработка и вывод результатов;

-подпункты "Открыть папку…" - по выбору этих подпунктов происходит открытие папки с отчетами или кадрами;

-"Выход" - по выбору этого подпункта происходит зактрытие программы обработки.

Пункт главного меню "настройка" вызывает окно настроек программы для получения координат локализованных объектов, аналогичное изображенному на рисунке 23:


Рисунок 23 - Вкладки окна "Настройка" программы для получения координат локализованных объектов


Вкладка "Кадр" окна настроек позволяет указать размер обрабатываемого кадра в пикселях, выбрать темновой кадр и задать параметры обработки кадра.

Вкладка "Локализация" окна настроек позволяет задать параметры локализации звезд на кадрах:

-установить размер окна фильтрации в пикселях;

-задать коэффициент порогового значения яркости;

-задать минимальное и максимальное число элементов в локализованных звездах;

-задать минимальную яркость локализованных объектов;

-задать максимальное количество локализованных объектов на кадре.


.1.6 Программа для создания бортового каталога прибора

Данная программа предназначена для создания бортового каталога прибора по информации, полученной в результате обработки кадров с помощью программы для получения координат локализованных объектов.

Вид главного окна программы представлен на рисунке 24.


Рисунок 24 - Главное окно программы для создания бортового каталога прибора


Главное меню программы содержит две вкладки: "Каталог" и "Просмотр". Вкладка "Каталог" включает в себя два подпункта: "Создать…" и "Открыть…"


Рисунок 25 - Вкладка "Каталог" главного окна программы для создания бортового каталога прибора


Пункт "Создать…" позволяет создать новый файл бортового каталога прибора, а пункт "Открыть…" - открыть уже существующий файл каталога.

При выборе пункта "Создать…" появляется окно "Исходные данные", аналогичное изображенному на рисунке 25, позволяющее задать параметры создаваемого каталога, такие как:

-размер кадров, снятых прибором, в пикселях;

-фокусное расстояние прибора в миллиметрах;

-размер элемента матрицы прибора (пикселя) в миллиметрах;

-задать порог минимальной яркости пикселя;

-задать минимальное число элементов в звезде.

Также на этой вкладке выбирается файл с исходными данными о локализованных объектах по кадрам.


Рисунок 26 - Окно "Исходные данные" программы для создания бортового каталога прибора


Вкладка "Просмотр" аналогична рисунку 26 и содержит три подпункта:

-"Звездная карта", при выборе которого открывается окно с отображением звездной карты бортового каталога, полученной в результате обработки файла локализованных объектов, аналогично рисунку 27;

-"Параметры ориентации", при выборе которого открывается окно с отображением параметров ориентации бортового каталога, полученных в результате обработки файла локализованных объектов аналогично рисунку 28;

-"Параметры распознавания" , при выборе которого открывается окно с отображением параметров распознавания бортового каталога, полученных в результате обработки файла локализованных объектов, аналогично рисунку 29.


Рисунок 27 - Вкладка "Просмотр" программы для создания бортового каталога прибора


Рисунок 28 - Карта расположения звезд на стенде


Рисунок 29 - Параметры ориентации

Рисунок 30 - Параметры распознавания


Полученный файл звездного каталога подгружается в КИА прибора для дальнейшего тестирования точностных характеристик прибора.


.1.7 Программа сортировки локализованных объектов

Программа предназначена для сортировки объектов, полученных в результате работы программы для получения координат локализованных объектов. В частности, данная программа позволяет выделить координаты определенной звезды на разных кадрах, что необходимо для дальнейшего анализа.

Вид главного окна программы представлен на рисунке:


Рисунок 31 - Главное окно программы сортировки локализованных объектов


Главное окно состоит из:

-поля для отображения выходных данных (1-й столбец - № звезды, 2-й № кадра, Y,X - соответствующие координаты энергетического центра звезды, Ярк - яркость звезды, mV - звездная величина);

-кнопки "Загрузить данные", при нажатии на которую появляется диалоговое окно, предоставляющее пользователю возможность выбрать файл входных данных, содержащий информацию о координатах локализованных звездным датчиком объектах;

-строки для задания близости координат соответствующей звезды на соседних кадрах (значения вводятся в пикселях);

-кнопки "Отбор", по нажатию на которую производится отбор координат соответствующей звезды;

-кнопки "Очистить экран", по нажатию на которую происходит очистка поля для отображения выходных данных.

Полученные в результате работы программы данные сохраняются в дефолтную директорию программы.


.2 Алгоритмы управления стенда СМП


.2.1 Алгоритм предварительной настройки СМП

Перед работой с СМП необходимо убедиться, что лазерные модули наведены в поле зрения ЗД.

Для проверки точности наведения используется специальная мишень, наконечник которой находится в центре поля зрения закрепленного на стенде ЗД. В случае если один или несколько лазерных модулей не попадают на наконечник мишени, их необходимо навести туда вручную. Для этого у крепления каждого лазерного модуля к стенду имеются три винта (рисунок 32). Нижний винт позволяет регулировать наведение лазера по вертикальной оси, а два боковых винта - по горизонтальной.


Рисунок 32 - Крепление лазерного модуля


Также перед работой с СМП необходимо визуально проверить фокусировку лазерных модулей. Размеры пучка лазерного излучения не должны превышать 5 мм.

В случае если один или несколько лазерных модулей не сфокусированы, их необходимо сфокусировать вручную вращением фокусирующей части модуля с линзой до получения необходимой фокусировки.


.2.2 Алгоритм включения/выключения оборудования СМП

Под словами "включить СМП" в тексте следует понимать выполнение следующих операций, если иное не указано особо:

-на сетевом фильтре выключатель "СЕТЬ" установить в положение "I";

-на БУИС установить переключатель в положение "ВКЛ";

-откинуть крышку ПК СМП, нажать на ПК СМП кнопку "".

Под словами "выключить СМП" в тексте следует понимать выполнение следующих операций, если иное не указано особо:

-на БУИС установить переключатель в положение "ВЫКЛ";

-на рабочем столе Windows XP щелкнуть левой клавишей мыши по кнопке "Start" и в появившемся окне щелкнуть левой клавишей мыши, выбрав строку "Turn off computer". Выбрать позицию "Turn off" и щелкнуть левой клавишей мыши. Дождаться выключения ПК СМП. Закрыть крышку ПК СМП;

-на сетевом фильтре установить выключатель "СЕТЬ" в положение "О".


.2.3 Алгоритм запуска и конфигурирования СПО СМП

Под словами "запустить СПО СМП" в тексте следует понимать выполнение следующих операций, если иное не указано особо:

-навести указатель мыши на ярлык "УпрБУИС", расположенный на рабочем столе ПК СМП;

-двойным щелчком по левой кнопке запустить программу управления ИЗНП;

-дождаться загрузки программы и появления окна "Управление БУИС";

-навести указатель мыши на ярлык "УПП", расположенный на рабочем столе ПК СМП;

-двойным щелчком по правой кнопке запустить программу управления поворотной платформой;

-дождаться загрузки программы и появления окна "Spaceship";

Удачным запуском СПО СМП считается появление главного окон обеих программ;

Наличие сообщений об ошибках говорит об отсутствии подключения БУИС, либо о неправильной конфигурации СПО СМП или ПК СМП.

Под словами "сконфигурировать СПО СМП" в тексте следует понимать выполнение следующих операций, если иное не указано особо:

-открыть окно "Настройка", выбрав пункт главного меню программы управления поворотной платформой "Настройка"; описание окна "Настройка" приведены в 3.1.2;

-в окне настройки с помощью кнопок "Право" и "Лево" определить начальное положение поворотного стола;

зафиксировать начальное положение поворотного стола нажатием на кнопку "Установить центр".

.2.4 Алгоритм демонтажа и монтажа блока засветки

Монтаж блока засветки выполняется в следующих случаях перед выполнением проверок ЗД с имитацией засветки от дневного неба на поворотную платформу.

По окончании соответствующих проверок блок засветки демонтируется.


3.2.5 Алгоритм проверки работоспособности ИЗНП

Проверка функционирования ИЗНП проводится при помощи СМП. Перед началом проверки СМП должен быть введён в эксплуатацию, согласно РЭ СМП НРДК.440114.008РЭ.

Собрать схему рабочего места при проверке СМП в режимах штатной работы в соответствии со схемой электрических соединений.

Смонтировать ЗД на поворотный стол.

Включить СМП.

Запустить СПО СМП.

Сконфигурировать СМП.

С помощью программы управления ПП навести поворотный стол с закрепленным на ней звездным датчиком на произвольный участок ИЗНП, содержащий лазерные модули.

С помощью программы управления ИЗНП задать необходимую яркость лазерных модулей и, при необходимости, произвести включение/выключение определенных секторов ИЗНП.

Снять кадр с помощью СПО КИА звездного датчика.

Визуально убедиться в наличие объектов на полученных кадрах. Количество объектов должны соответствовать количеству лазерных модулей, закрепленных на текущем участке ИЗНП.

Закрыть СПО СМП.

Выключить СМП.

Разобрать схему.

.2.6 Алгоритм формирования рабочего звёздного каталога при работе с ИЗНП

Рабочий каталог необходимо составлять отдельно для каждого ЗД, проверяемого на СМП после любых изменений в наведении и/или фокусировке лазерных модулей.

Собрать схему рабочего места при проверке СМП в режимах штатной работы в соответствии со схемой электрических соединений.

Смонтировать ЗД на поворотный стол.

Включить СМП.

Запустить СПО СМП.

Сконфигурировать СМП.

С помощью программы управления ИЗНП задать необходимую яркость лазерных модулей и, при необходимости, произвести включение/выключение определенных секторов ИЗНП.

С помощью программы управления ПП навести поворотный стол с закрепленным на ней звездным датчиком на край ИЗНП.

Снять кадр с помощью СПО КИА звездного датчика.

С помощью программы управления ПП повернуть поворотный стол с закрепленным на ней звездным датчиком на ~ 1°.

Повторять 2.2.8.9 - 2.2.8.10 до тех пор, пока поворотный стол с ЗД не развернется на противоположный край ИЗНП.

Закрыть СПО СМП.

Выключить СМП.

Разобрать схему.

Обработать полученные кадры в программе для получения координат локализованных объектов, предварительно задав в настройках программы параметры, соответствующие данному типу звездных датчиков: фокусное расстояние, размер ПЗС-матрицы и размер элемента-пикселя.

Обработать полученный в предыдущем пункте файл локализованных объектов в программе для создания бортового каталога прибора, предварительно выставив настройки параметров, характерные для текущего ЗД.

Загрузить полученные файлы бортового каталога прибора в КИА ЗД.


.2.7 Алгоритм проверки СМП в режимах штатной работы

В режимах штатной работы с СМП оператору необходимо последовательно выполнить следующие процедуры:

-включение СМП;

-настройка СМП;

-передача изображений с ЗД;

-работа СМП в режиме "Локализация";

-работа СМП в режиме "Наведение";

-выключение СМП.

Собрать схему подключения СМП в соответствии со схемой электрических соединений.

Включить СМП в соответствии с разделом 2.2.4 настоящего руководства.

Запустить СПО СМП с помощью ярлыков на рабочем столе Windows.

Проконтролировать появление интерфейса пользователя СПО СМП.

Провести настройку положения центра ПС с помощью программы управления ПП. Для этого:

-выбрать пункт верхнего меню "Настойка" для открытия окна настройки;

-в окне настройки с помощью кнопок "Право" и "Лево" определить начальное положение поворотного стола;

-зафиксировать начальное положение поворотного стола нажатием на кнопку "Установить центр".

Провести настройку яркости лазерных модулей и блока засветки с помощью программы управления ИЗНП.

Провести включение/выключение секторов ИЗНП с помощью программы управления ИЗНП.

Установить и закрепить проверяемый ЗД на поворотном столе.

Для проверки статических характеристик ЗД:

-с помощью программы управления ПП навести поворотный стол с закрепленным на ней звездным датчиком на произвольный участок ИЗНП, содержащий лазерные модули;

-снять кадр с помощью СПО КИА звездного датчика;

-визуально убедиться в наличие объектов на полученных кадрах. Количество объектов должны соответствовать количеству лазерных модулей, закрепленных на текущем участке ИЗНП.

Для проверки динамических характеристик ЗД:

-с помощью программы управления ПП навести поворотный стол с закрепленным на ней звездным датчиком на край ИЗНП;

-с помощью программы управления ПС задать необходимую скорость движения поворотного стола с закрепленным на ней звездным датчиком;

-снять кадры с помощью СПО КИА звездного датчика.

Закрыть СПО СМП.

Выключить СМП.

Разобрать схему.


Глава 4. Анализ работы стенда СМП


.1 Анализ четкости получаемых изображений звезд


.1.1 Изображения и особенности звёзд ИЗНП

ИЗНП моделирует изображение звёзд при помощи лазерных модулей.

Ввиду особенностей конструкции лазерных модулей, дефектов их оптических элементов, наличия светофильтров и стекол на пути следования лазерных лучей, получаемые изображения звёзд ИЗНП являются приемлемыми для работы ЗД, но могут отличаться от изображений реальных звёзд.

Среди особенностей изображений звёзд можно выделить:

-наличие паразитных бликов вблизи основного пятна звезды;

-искажение изображения звезды из-за дефектов объектива и конструкции лазерного модуля.

Вид звезды качественного лазерного модуля, полученной при помощи ЗД БОКЗ-МФ, представлен на рисунке 33, а ее характеристики в сравнении с другими звёздами в таблице 4.


Рисунок 33 - Изображение звезды, полученные при помощи ЗД БОКЗ-МФ (127 град. БУИС, фильтры ТС-3 и НС-8)


Таблица 4 - Характеристики звезды, полученной на БОКЗ-МФ

ПараметрРеальная звезда Звезда ИЗНП с дефектами объектива Звезда ИЗНП с дефектами объектива Интегральная яркость (град. АЦП)22243.41451861.313Полуширина (пикс.)2.3054.913Полуширина (угл. с)Максимальная яркость (град. АЦП)40954095Округлость 0.2500.539Фон среднее (град. АЦП)210.501207.354Фон СКО (град. АЦП)9.8977.627

Вид звезды, качественного лазерного модуля, полученной при помощи АВУ, представлен на рисунке 34, а ее характеристики и сравнение с другими звёздами в таблице 5. На рисунках 35 и 36 приведены соответственно вертикальный и горизонтальный профиль звезды.


Рисунок 34 - Изображение звезды ИЗНП (АВУ)


Таблица 5 - Параметры реальных звёзд и звёзд ИЗНП

ПараметрРеальная звезда *Звезда ИЗНП с дефектами объектива **Звезда ИЗНП с дефектами объектива ***Звездная величина4.0-0.8-0.7Интегральная яркость (град. АЦП)19388.5881439004.5001246584.750Полуширина (пикс.)2.1177.490 13.483Полуширина (угл. с)23.784.0151.28Максимальная яркость (град. АЦП)574434105 10821 Округлость ****0.0170.1830.488Фон среднее (град. АЦП)2002.2852007.2762030.419Фон СКО (град. АЦП)13.67916.45519.371* кадр 30.07.2011 001553(343)_0_0_7216_5412_1000_13.dat звезда SAO 2851

** кадр 25.06.2013 143823(070) 0 0 7216 5412 500 139.dat звезда X= 2324, Y= 2611

*** кадр 25.06.2013 143823(070) 0 0 7216 5412 500 139.dat звезда X= 2750, Y= 3790

**** параметр определяет степень округлости звезды; значение 0 означает, что звезда идеальная окружность, 0.1 - звезда вытянута в одном направлении на 10%.


Рисунок 35 - Вертикальный профиль звезды ИЗНП


Рисунок 36 - Горизонтальный профиль звезды ИЗНП


Вблизи основного пятна звезды ИЗНП наблюдаются паразитные блики. На рисунке 37 приведены часть кадра с основным пятном звезды и паразитными бликами (цифрами указаны значения максимальных яркостей в каждом пятне). На рисунке 38 приведён профиль яркостей на прямой, проходящей через ярчайшие пиксели звезды и вторичного блика.

Расстояние между центрами основного пятна и бликами зависит от положения звезды в поле зрения ЗД и составляет:

-около 3 угл. мин. между центрами основного пятна и пятна первичного блика;

-около 15 угл. мин. между центрами основного пятна и пятна вторичного блика.

Наличие паразитных бликов вызвано переотражением лазерного луча от поверхностей сфетофильтров и отражающего стекла блока засветки.

Наличие паразитных бликов не влияет на локализацию объектов и работу ЗД.


Рисунок 37 - Паразитные блики звезды ИЗНП (указаны значения максимальных яркостей и фона)


Рисунок 38 - Профиль яркостей, проведённый через блик и ярчайший пиксель звезды ИЗНП

Недостаточно качественное изготовление оптических элементов лазерного модуля, а также ошибки в положении лазерного диода внутри корпуса вносят искажения в получаемые изображения звёзд. Подобные лазерные модули не могут быть отфокусированы для получения идеальных изображений. На рисунке 39 и рисунке 40 приведены изображения искажённых звёзд.

Общее количество звёзд с дефектами объектива составляет около 12 шт. на весь ИЗНП.

Искажения, вносимые некачественной оптикой и лазерным диодом, не влияют на работу СМП.


Рисунок 39 - Изображения звёзд ИЗНП с дефектами объектива (ЗД БОКЗ-МФ)


Рисунок 40 - Изображения звёзд ИЗНП с дефектами объектива и конструкции (АВУ)


4.2 Определение точностных характеристик стенда СМП


.2.1 Общие положения

Для определения точностных характеристик многоколлиматорного поворотного стенда были проведены следующие эксперименты:

-аналитическое определение точности стенда;

-практическое определение точности стенда.

Аналитическое определение точности проводилось с использованием программного пакета MATHCAD для моделирования предсказаний координат звезд, а практическое - с использованием КИА АВУ.


.2.2 Аналитическое определение точности СМП

В качестве исходных данных для аналитического определения точности СМП использовались:

-матрицы ориентации по кадрам, полученные при составлении звездного каталога (А(i)), то есть матрицы перехода из ИСК в ПСК;

-координаты звезд из полученного звездного каталога, измеряемые в пикселях;

-координаты звезд из файла локализованных объектов с указанием номера кадра и условного номера звезды, полученного в результате обработки кадров звездного неба при вращении датчика БОКЗ МФ вокруг визирующей оси на скорости 4 угл.мин./сек.;

-время съемки кадров звездного неба при вращении датчика БОКЗ МФ вокруг визирующей оси на скорости 4 угл.мин./сек., необходимое для определения скорости вращения.

Из матриц ориентации А(i) были получены матрицы поворота rot(i,j):



Далее для матриц поворота были получены углы поворота a(i,j):



и направляющие косинусы оси вращения в ПСК c1(i,j), c2(i,j),c3(i,j):



Скорость поворота датчика вокруг визирующей оси определялась как:



где , а - значения времени для i-го и j-го кадров соответсвенно.

Далее проводилось прогнозирование поворота датчика по двум крайним снятым кадрам:



угол вращения на момент времени t;



матрица поворота на момент времени t;


прогноз по 8-му и 95-му кадру с учетом того, что нумерация кадров идет с "0".

Также при прогнозировании использовались следующие вспомогательные формулы:



- переход от пикселей к милиметрам



определение параметров l, m, n для изображений звезд из локализованных объектов



определение l, m, n для звезд из каталога



l, m, n прогнозируемые для звезд из локализованных объектов



углы ИСК для прогнозируемых звезд



угол между векторами прогнозируемой звездой и каталожной



углы между векторами прогнозируемой звездой и каталожной



определение прогнозируемых X и Y в милиметрах



перевод прогнозиремых координат в пиксели

С использованием этих формул были получены следующие результаты:


Рисунок 41 - Рассогласование по оси альфа между прогнозируемой и каталожной звездами


Рисунок 42 - Рассогласование по оси дельта между прогнозируемой и каталожной звездами


Рисунок 43 - Рассогласование по азимуту между прогнозируемой и каталожной звездами


Для отдельных звезд получаются следующие результаты: обобщенная ошибка определения координат звезды и ошибки определения координат по осям a и d, выраженные в угловых секундах.

Для десятой звезды получены следующие результаты:


Рисунок 44 - Обобщенная ошибка определения координат 10-й звезды


Рисунок 45 - Ошибка определения координаты по оси a 10-й звезды


Рисунок 46 - Ошибка определения координаты по оси d 10-й звезды


Для тридцатой звезды получены следующие результаты:


Рисунок 47 - Обобщенная ошибка определения координат 30-й звезды


Рисунок 48 - Ошибка определения координаты по оси a 30-й звезды


Рисунок 49 - Ошибка определения координаты по оси d 30-й звезды


Для пятидесятой звезды получены следующие результаты:


Рисунок 10 - Обобщенная ошибка определения координат 50-й звезды


Рисунок 11 - Ошибка определения координаты по оси a 50-й звезды


Рисунок 12 - Ошибка определения координаты по оси d 50-й звезды


4.2.3 Практическое определение точности стенда

Практическое определение точности стенда определялось с использованием блока прогнозирования, встроенного в КИА АВУ.

В качестве входных данных использовались те же файлы звездного каталога, что и при аналитическом определении точности, а также кадры, снятые БОКЗ МФ в процессе поворота БОКЗ МФ вокруг визирующей оси (две серии) на скорости 4 угл. мин./сек. с известным временем снятия каждого кадра.

Звездный аталог был загружен в КИА АВУ, после чего для анализа были взяты кадры первой серии, снятые с помощью КИА БОКЗ МФ при повороте БОКЗ МФ вокруг визирющей оси на скорости 4 угл. мин./сек.

Для корректной работы с кадрами, снятыми БОКЗ МФ на КИА АВУ в настройках КИА АВУ были выставлены следующие параметры:


Рисунок 53 - Настройки КИА АВУ: вкладка "Подключение"


Рисунок 54 - Настройки КИА АВУ: вкладка "Съемка"


Рисунок 55 - Настройки КИА АВУ: вкладка "Распознавание"


Далее были получены матрицы ориентации первого и последнего кадра в серии, для которых определились матрицы ориентации, то есть в которых присутствовало более трех звезд.

В данном случае это были 5-й и 102-й кадры соответственно.

По полученным матрицам ориентации и времени снятия кадров были вычиследы угловые скорости поворота поворотной платформы с закрепленным на ней прибором, как показано на рисунке 56.


Рисунок 56 - Определение угловых скоростей первой серии кадров


После этого была проведена обработка кадров серии в режиме Текущей Ориентации, в котором были вырезаны окна величиной 100 на 100 пикселей по предсказанным координатам звезд в текущем кадре.

Так, для рассматриваемой ранее 10-й звезды были получены следующие результаты:


Рисунок 57 - Окна с 10-й звездой для первой серии кадров


Рисунок 58 - Сумма кадров с 10-й звездой для первой серии кадров


После этого по матрицам ориентации, полученным для первой серии кадров, был проведен анализ второй серии кадров.

Для этого время для матриц ориентации 5-го и 102-го кадра первой серии было заменено на время, соответствующее 5-му и 102-му кадру второй серии соответственно.

После этого были вычислены новые угловые скорости, которые несколько отличаются от скоростей первой серии за счет неоднородности количества времени, необходимого для снятия кадра (особенности используемого ПО).

Таким образом были получены новые угловые скорости:


Рисунок 19 - Определение угловых скоростей второй серии кадров


Далее была проведена обработка кадров серии в режиме Текущей Ориентации, в котором были вырезаны окна величиной 100 на 100 пикселей по предсказанным координатам звезд в текущем кадре.

Для 10-й звезды были получены следующие результаты:


Рисунок 60 - Окна с 10-й звездой для второй серии кадров


Рисунок 61- Сумма кадров с 10-й звездой для второй серии кадров


Как можно видеть, на втором прогоне, также, как и на первом, звезда попала в центр окна, что говорит о том, что точность стенда практически не меняется для разных серий кадров.


4.3 Определение точности наведения поворотного стола


.3.1 Подтверждение точностных характеристик ПП СМП

Целью проведённых экспериментов было подтверждение работоспособности СМП с реальным прибором.

Для подтверждения точностных характеристик СМП были проведены три серии испытаний:

-вращение прибора вокруг визирующей оси на 360° на разных скоростях с разным количеством шагов;

-вращение прибора вокруг визирующей оси на 180° на разных скоростях с разным количеством шагов;

-вращение прибора вокруг визирующей оси с шагом в 1° для определения точности наведения при малых углах вращения.


.3.2 Вращение прибора вокруг визирующей оси на 360°

Вращение прибора вокруг визирующей оси на 360° проводилось на скоростях 4°/с, 2°/с, 1°/с.

Были проведены две серии экспериментов: вращение прибора на 360° за один шаг, т.е. без остановок, и за 10 шагов, т.е. с остановками после каждых 36°.

До и после поворота были сняты кадры, по рассогласованию в положении звезд на которых можно сделать вывод о точности наведения платформы.

Далее полученные кадры обрабатывались попарно (до и после поворота) с использованием методологии, аналогичной пункту 4.2.2.

В результате выполнения проверок по поворотам на 360° были получены следующие результаты (Таблица 6):


Таблица 6 - Результаты проверок по поворотам на 360°

ОписаниеСреднее рассогласование, угл.сек.СКО, угл.сек.ГрафикДля кадров, снятых до и после поворота на 360 градусов за 1шаг на скоростях 1, 2, 4 градуса в секунду810.21678.03 *1,2,3 - звезды с кадров со скоростью 1 гр./сек., 4,5,6 - звезды с кадров со скоростью 2 гр./сек., 7,8,9 - звезды с кадров со скоростью 2 гр./сек.Для кадров, снятых до и после поворота на 360 градусов за 10 шагов на скоростях 1, 2, 4 градуса в секунду854.56415.182 *1,2,3 - звезды с кадров со скоростью 1 гр./сек., 4,5,6 - звезды с кадров со скоростью 2 гр./сек., 7,8,9 - звезды с кадров со скоростью 2 гр./сек.


Достаточно высокие показатели рассогласования, полученные в результате проверок обусловлены накручиванием кабелей, подсоединенных к прибору на поворотный стол и могут быть уменьшены путем устранения накручивания.


.3.3 Вращение прибора вокруг визирующей оси на 180°

Вращение прибора вокруг визирующей оси на 180° проводилось на скоростях 4°/с, 2°/с, 1°/с.

Вращение проводилось от 0° до 180° с последующим возвращением поворотной платформы на исходную позицию.

Были проведены три серии экспериментов: вращение прибора на 180° за один шаг, т.е. без остановок, и за 10 шагов, т.е. с остановками после каждых 36° и за 90 шагов, т.е. с остановками через каждые два градуса.

До и после поворота были сняты кадры, по рассогласованию в положении звезд на которых можно сделать вывод о точности наведения платформы.

Далее полученные кадры обрабатывались попарно (до и после поворота) с использованием методологии, аналогичной представленной в пункте 4.2.2.

В результате выполнения проверок по поворотам на 360° были получены следующие результаты (Таблица7):


Таблица 7 - Результаты проверок по поворотам на 180°

ОписаниеСреднее рассогласование, угл.сек.СКО, угл.сек.ГрафикДля кадров, снятых до и после поворота на 180 градусов за 1 шаг на скоростях 1, 2, 4 градуса в секунду6.3166.197 *1,2,3 - звезды с кадров со скоростью 1 гр./сек., 4,5,6 - звезды с кадров со скоростью 2 гр./сек., 7,8,9 - звезды с кадров со скоростью 2 гр./сек.Для кадров, снятых до и после поворота на 180 градусов за 5 шагов на скоростях 1, 2, 4 градуса в секунду15.7447.018 *1,2,3 - звезды с кадров со скоростью 1 гр./сек., 4,5,6 - звезды с кадров со скоростью 2 гр./сек., 7,8,9 - звезды с кадров со скоростью 2 гр./сек.Для кадров, снятых до и после поворота на 180 градусов за 90 шагов на скоростях 1, 2, 4 градуса в секунду18.1274.09 *1,2,3 - звезды с кадров со скоростью 1 гр./сек., 4,5,6 - звезды с кадров со скоростью 2 гр./сек., 7,8,9 - звезды с кадров со скоростью 2 гр./сек.


Как можно видеть, при выполнении данной серии проверок были получены результаты, гораздо меньшие, чем в предыдущем пункте. Наилучшие результаты были получены при вращении поворотной платформы со скоростью 1°/с, при увеличении скорости вращения рассогласование возрастает.

В целом, полученные значения удовлетворяют значениям рассогласования по ТЗ и значениям, указанным в техпаспорте привода поворотной платформы.


.3.4 Вращение прибора вокруг визирующей оси с шагом в 1°

Вращение прибора вокруг визирующей оси с шагом в 1° для определения точности наведения поворотной платформы при малых углах вращения.

Для проведений этой серии проверок была выбрана одна конкретная звезда. Все дальнейшие вычисления проводились относительно нее.

Изначально поворотная платформа с закрепленным на ней звездным датчиком была сориентирована так, чтобы выбранная звезда попадала в поле зрения прибора и находилась при этом в ~30-40 пикселях от правогокрая поля зрения. Это положение поворотной платформы было принято за точку отсчета. Далее в этом положении с помощью прибора был снят один кадр кадр. После этого поворотная платформа смещалась на 1° для получения нового кадра. Таким образом, звезда по снятым кадрам "сопровождалась" до достижения ею левого края поля зрения, после чего по аналогичной процедуре она возвращалась на исходную позицию. Таким образом, были получены серии кадров со смещением звезды на 1° по полю зрения прибора на скоростях 1'/c, 2'/c, 4'/c, 6'/c, 10'/c, 2°/с, 1°/с.

Далее анализировалось рассогласование между заданным покадровым смещением звезды на 1° и реальным ее смещением. Результаты данной серии проверок представлены в таблице 8.


Таблица 8 - Результаты проверок по поворотам на малые углы

ОписаниеСреднее рассогласование, угл.сек.СКО, угл.сек.ГрафикДля кадров, снятых во время движения туда и обратно со сдвигом поля зрения прибора на один градус на скорости 4 градуса24.6846.861 * На графиках представлено рассогласование, выраженное в угловых минутахДля кадров, снятых во время движения туда и обратно со сдвигом поля зрения прибора на один градус на скорости 2 градуса22.48854.365 *На графиках представлено рассогласование, выраженное в угловых минутахДля кадров, снятых во время движения туда и обратно со сдвигом поля зрения прибора на один градус на скорости 1 градус27.78646.571 *На графиках представлено рассогласование, выраженное в угловых минутахДля кадров, снятых во время движения туда и обратно со сдвигом поля зрения прибора на один градус на скорости 10 минут25.42149.094 *На графиках представлено рассогласование, выраженное в угловых минутахДля кадров, снятых во время движения туда и обратно со сдвигом поля зрения прибора на один градус на скорости 6 минут22.15348.193 *На графиках представлено рассогласование, выраженное в угловых минутахДля кадров, снятых во время движения туда и обратно со сдвигом поля зрения прибора на один градус на скорости 2 минуты22.02849.072 *На графиках представлено рассогласование, выраженное в угловых минутахДля кадров, снятых во время движения туда и обратно со сдвигом поля зрения прибора на один градус на скорости 1 минута22.03948.914 *На графиках представлено рассогласование, выраженное в угловых минутах


Как можно видеть, при выполнении данной серии проверок были получены результаты, говорящие о независимости рассогласования от скорости вращения поворотной платформы с прибором на малых углах поворота.

Тем не менее, полученные результаты удовлетворяют значениям, указанным в техпаспорте привода поворотной платформы.


Заключение


В работе рассмотрен процесс ввода в эксплуатацию нового многоколлиматорного поворотного стенда для наземной отработки датчиков звездной ориентации, гассмотрены алгоритмы управления данным стендом и проведен анализ его работы.

Были рассмотрены теоретическая база процесса наземной отработки звездных датчиков, принципы работы существующих стендов для наземной отработки. Исходя из анализа существующих стендов наземной отработки было принято решение о необходимости создания нового стенда наземной отработки для обхода существующих ограничений на применение таких стендов.

Далее в работе рассматривались принципы работы многоколлиматорного поворотного стенда, а также уделено внимание его отдельным составляющим с подробным описаниеми разбором их функционирования.

После этого были представлены алгоритмы управления многоколлиматорным поворотным стендом, в том числе алгоритм предварительной настройки стенда, от реализации которого зависит целесообразность дальнейшей эксплуатации и алгоритм составления бортового каталога датчиков звездной ориентации при работе со стендом СМП с описанием всего использующегося в процессе работы специального программного обеспечения стенда, в числе которого программа для составления бортового каталога датчиков звездной ориентации, программы управления стендом и вспомогательные программы, необходимые для анализа точностных характеристик стенда.

Далее проводился анализ точностных характеристик стенда с использованием СПО СМП, результаты которого представлены в соответствующей главе. Исходя из результатов анализа можно сделать вывод, что новый многоколлиматорный поворотный стенд обладает достаточной точностью для применения его при наземной отработке приборов звездной ориентации.

Говоря о проделанной работе в целом, стоит отметить, что эксперимент с попыткой введения в эксплуатацию нового стенда для наземной отработки приборов звездной ориентации можно считать успешным. Новый стенд обладает неоспоримыми преимуществами перед использовавшимися ранее: он позволяет одновременно совмещать перемещение звёзд и физическое вращение прибора и получать изображение звёзд, близкое к реальным звездам на дневном небе. На данный момент стенд проверялся только для одного типа звездных датчиков, но в дальнейшем запланировано его использование и с другими типами датчиков звездной ориентации, в том числе приборов с датчиками угла поворота.


Литература


1.Звелто О., "Принципы лазеров", - М.: Издательство "Мир", 1990

.Ж. Аш, "Датчики измерительных систем", - М: Издательство "Мир", 1992

.Стенд многоколлиматорный поворотный (СМП). Руководство по эксплуатации. НРДК.468212.033РЭ

.Сборник трудов "Современные проблемы определения ориентации и навигации космических аппаратов", - М: Ротапринт ИКИ РАН, 2009


Теги: Разработка алгоритмического обеспечения многоколлиматорного поворотного стенда для тестирования датчиков звездной ориентации  Диссертация  Авиация и космонавтика
Просмотров: 32537
Найти в Wikkipedia статьи с фразой: Разработка алгоритмического обеспечения многоколлиматорного поворотного стенда для тестирования датчиков звездной ориентации
Назад