Звёздные датчики

Автор avmich, 26.10.2009 09:56:20

« назад - далее »

0 Пользователи и 1 гость просматривают эту тему.

avmich

Ищется информация по системам оптического определения положения КА по звёздам.

Что в них, этих системах, такого, что они весят больше килограмма и едят несколько ватт? Казалось бы, обычная камера и процессор. Какие-нибудь радиационные требования? В чём тут дело?

Frontm

ЦитироватьИщется информация по системам оптического определения положения КА по звёздам.
Что в них, этих системах, такого, что они весят больше килограмма и едят несколько ватт? Казалось бы, обычная камера и процессор. Какие-нибудь радиационные требования? В чём тут дело?
Крышка, концевики, редуктор, электродвигатель например

avmich

Цитировать
ЦитироватьИщется информация по системам оптического определения положения КА по звёздам.
Что в них, этих системах, такого, что они весят больше килограмма и едят несколько ватт? Казалось бы, обычная камера и процессор. Какие-нибудь радиационные требования? В чём тут дело?
Крышка, концевики, редуктор, электродвигатель например

Крышка нужна, наверное, чтобы прятаться от выхлопов двигателей; и не для всех двигателей это, вероятно, нужно. Нужна ли крышка, если двигатели кислород-керосиновые?

Что делают концевики в данном случае?

Зачем редуктор и электродвигатель? Не очень понятно... Чтобы обозревать большую долю сферы можно или оптику использовать, или ставить несколько камер; в любом случае вес будет меньше, да и механики тоже меньше.

Werno

http://www.iki.rssi.ru/ofo/page_navig.html

ЦитироватьОсновными элементами приборов БОКЗ являются цифровая телевизионная камера на ПЗС-матрице, мощный сигнальный процессор и источник вторичного электропитания.

Собственно телевизионная камера с оптикой, я полагаю, и создает половину массы. На все остальное килограмм - не так много.
Да, крышка нужна что бы закрываться от выхлопов двигателей. И да, от кислород-керосиновых она тоже нужна.

avmich

Цитироватьhttp://www.iki.rssi.ru/ofo/page_navig.html

ЦитироватьОсновными элементами приборов БОКЗ являются цифровая телевизионная камера на ПЗС-матрице, мощный сигнальный процессор и источник вторичного электропитания.

Собственно телевизионная камера с оптикой, я полагаю, и создает половину массы. На все остальное килограмм - не так много.
Да, крышка нужна что бы закрываться от выхлопов двигателей. И да, от кислород-керосиновых она тоже нужна.

В таком случае хотелось бы уточнить параметры этой телевизионной камеры с оптикой. ПЗС матрица весит порядка 10 граммов, и потребляет меньше ватта; довольно производительный процессор тоже несложно вписать в ватт, а массу - в примерно те же рамки.

Остаётся оптика. Килограмм стекла - это нечто странное. Какой угол обзора таких датчиков? Там широкоугольные линзы применяются или что? Опять же, по соображениям массы выгоднее несколько камер с оптикой попроще, чем особо крупную оптическую систему с одной камерой.

Можно уточнить, какие помехи работе от кислородно-керосиновых двигателей?

Спасибо за ответ. Собственно, мне непонятно, зачем нужна механика, тем более тяжёлая, зачем нужен такой расход энергии - это же ещё в виде тепла потом куда-то девать надо - и куда идёт основная масса, если камера и процессор - это десятки граммов вместе.

avmich

Цитироватьhttp://www.iki.rssi.ru/ofo/page_navig.html

ЦитироватьОсновными элементами приборов БОКЗ являются цифровая телевизионная камера на ПЗС-матрице, мощный сигнальный процессор и источник вторичного электропитания.

Собственно телевизионная камера с оптикой, я полагаю, и создает половину массы. На все остальное килограмм - не так много.
Да, крышка нужна что бы закрываться от выхлопов двигателей. И да, от кислород-керосиновых она тоже нужна.

Отдельное спасибо за ссылку :) . Тут - http://www.iki.rssi.ru/ofo/bokz_spec.html - данные самого лучшего прибора уже вселяют надежды - 600 г, 3 Вт. Однако 170х100х100 мм - это из-за бленды, которая фактически не даёт боковым источникам света мешать?

Настораживает параметр "Допустимая угловая скорость изменения ориентации, °/сек". Нельзя сделать за 0,01 с снимок неба, по которому понять ориентацию? Чувствительности матриц не хватает или другие причины? Характерные значения - 2-4 градуса в секунду - это не такие уж большие скорости вращения, то есть, датчик вполне по этому параметру может отключиться... Почему?

Ну и, конечно, эти наилучшие параметры - расчётные, а у последнего прибора "в железе" параметры куда хуже. Видимо, новейшие возможности в имеющихся сегодня приборах не используются до конца?

Frontm

ЦитироватьКрышка нужна, наверное, чтобы прятаться от выхлопов двигателей; и не для всех двигателей это, вероятно, нужно. Нужна ли крышка, если двигатели кислород-керосиновые?
Что делают концевики в данном случае?
Зачем редуктор и электродвигатель? Не очень понятно... Чтобы обозревать большую долю сферы можно или оптику использовать, или ставить несколько камер; в любом случае вес будет меньше, да и механики тоже меньше.
Крышка многоразовая с электроприводом и нужна ещё для защиты оптики от Солнца, это может быть при переориентации аппарата.

bsdv

ЦитироватьИщется информация по системам оптического определения положения КА по звёздам.

Что в них, этих системах, такого, что они весят больше килограмма и едят несколько ватт? Казалось бы, обычная камера и процессор. Какие-нибудь радиационные требования? В чём тут дело?

Тоже поражался количеству "железа" в их корпусах. Но знающие люди объяснили, что оптика - вещь капризная к деформациям...
Композиты чтоль попробовали...

Bell

А можно уточнить задачу? Надо определить ориентацию произвольно вращающегося КА (вернее параметры этого вращения)?
Иногда мне кажется что мы черти, которые штурмуют небеса (с) фон Браун

avmich

ЦитироватьА можно уточнить задачу? Надо определить ориентацию произвольно вращающегося КА (вернее параметры этого вращения)?

Нужно это сделать, используя современные возможности, в некотором районе качество-цена. Сделать методом именно "глядя на звёзды". Предполагается, что довольно прямолинейным решением является сочетание "оптика - ПЗС-матрица - процессор", и примерные характеристики решения - десятки грамм веса, сотня милливатт мощности, размеры порядка 20х20х20 мм, себестоимость - порядка тысячи долларов (может быть, от 1000 до 10000). Просьба объяснить, если реальные параметры сильно отличаются от этих.

bsdv

ЦитироватьА можно уточнить задачу? Надо определить ориентацию произвольно вращающегося КА (вернее параметры этого вращения)?

Я могу ошибаться, но звездные датчики используют как правило для устранения накопленной ошибки инерциальных средств, а не для определения текущей ориентации. Хотя не исключено, что на некоторых КА в некоторых особо точных режимах построения ориентации их тоже включают в контур управления.

mistermuscle

А у меня другой вопрос, как сориентроваться по солнцу, ведь это не точечный источник? Как найти центр солнца прибору?

В ваккууме солнце это идеальный диск с четко разграниченной поверхность свет/тьма или там еще входит корона или протуберанцы торчат как волосы - это будут существенные помехи?
не все йогурты одинаково полезны

Chilik

ЦитироватьА у меня другой вопрос, как сориентроваться по солнцу, ведь это не точечный источник? Как найти центр солнца прибору?
Солнце круглое. :) Заметить корону и протуберанцы нелегко и можно выбрать спектральный диапазон, в котором свечение "верхней" плазмы незначительно.
По поводу вопроса "как" - гуглить по слову "квадрантный детектор". :)

N2H4

ЦитироватьНельзя сделать за 0,01 с снимок неба, по которому понять ориентацию?
...
размеры порядка 20х20х20 мм

Теоретически можно. 20 мм диаметр это ~3 кв.см. площадь объектива.
От звезды, например 5 з.в., идёт поток ~10 000 фотонов/кв.см/с. За 0,01 с камера сфокусирует 300 фотонов. Фотонный шум понятно какой, шумы в современных приёмниках тоже понятно какие. В теории можно зафиксировать сигнал звезды.

 
Цитироватьзачем нужен такой расход энергии - это же ещё в виде тепла потом куда-то девать надо
Энергия нужна чтобы греть камеру  :) . Камера обычно в тени от Солнца стоит. Если не греть замёрзнет. Даже если не сломается, метрические характеристики из-за тепловых деформаций уйдут, и звёздная камера превратиться в цифровой фотоаппарат общехудожественного назначения.

N2H4

ЦитироватьМожно уточнить, какие помехи работе от кислородно-керосиновых двигателей?

Сажа. самая обыкновенная.

avmich

Цитировать
ЦитироватьМожно уточнить, какие помехи работе от кислородно-керосиновых двигателей?

Сажа. самая обыкновенная.

Логично, чёрт побери :) . Видимо, от кислород-водородных двигателей всё же нет проблем? Немного не в тему - с какой скоростью оседает сажа на оптике в зависимости от доли сажи в выхлопе? А то можно весь (ну, почти совсем) недосгоревший керосин в виде СО выбрасывать...

accounter002

ЦитироватьИщется информация по системам оптического определения положения КА по звёздам.

Что в них, этих системах, такого, что они весят больше килограмма и едят несколько ватт? Казалось бы, обычная камера и процессор. Какие-нибудь радиационные требования? В чём тут дело?

Основными определяющими факторами являются:
- защита от спецвоздействий;
- жесткость конструкции и качество оптики, достаточные для обеспечения необходимой точности определения ориентации.

Современные звездные датчики - статического типа, на базе ПЗС-матриц или матриц с активными пикселями. Из механических элементов присутствует (не у всех моделей) система электромеханического затвора для зашиты ПЗС-матрицы от воздействия прямых солнечных засветок.

Потребление (на примере прибора с ПЗС): матрица + обрамление (синхрогенератор и драйверы уровня), тракт аналоговой обработки сигнала, видеопроцессор (усилитель, устройство двойной коррелированной выборки, АЦП), система термообогрева (предназначена прежде всего для поддержания температуры матрицы в заданном диапазоне), система затвора (если есть), система геометрических эталонов (оптико-электронный узел, позволяющий осуществлять полетную калибровку, т.е. компенсировать возможные сдвиги матрицы/объектива относительно заданных положений) - тоже опционально, датчик наличия Солнца (если есть). Вычислительное устройство: ПЗУ (достаточное для хранения кода, звездных каталогов и паспортных параметров прибора), ОЗУ, достаточно мощный процессор (один или несколько), чаще всего DSP, одна или несколько ПЛИС, контроллеры штатных и технологических интерфейсов.
В случае элементов, предназначенных для работы в космосе, и соответственных же технических решений получаются единицы Ватт. Если есть затвор и система эталонов, ближе к 10-12 Ваттам.

accounter002

Сделать за 0.01 с снимок неба с последующим определением ориентации - задача практически невыполнимая на данном этапе.
Имеем:
- сигнал от слабой звезды (например, +5 зв.вел.), дополнительно ослабленный за счет объектива и разницы спектральных характеристик источника излучения-объектива-матрицы - с одной стороны;
- шум темнового сигнала матрицы, шум пороговой экспозиции, неравномерность световой чувствительности по полю матрицы, дробовой шум, шумы аналоговых цепей и видеопроцессора (плюс возможная дополнительная "грязь" в виде наводок и т.п., устранимая, если мы говорим о штучных изделиях, но все-таки присутствующая, если мы говорим о серийном выпуске) - с другой стороны.
Первая задача - обнаружить источник на фоне помех. Вторая - измерить его координаты с достаточной точностью, ведь речь идет не просто о функционировании прибора, а об определении ориентации с заданными погрешностями. Даже если слабая звезда обнаружена, при достаточно малом отношении сигнал-шум ее координаты будут измерены с точностью, недостаточной для обеспечения результирующей точности определения ориентации. Это обстоятельство крайне важно.
Также надо помнить о количестве ложных обнаружений и необходимости отличать рабочие звезды от звезд-помех (звезд, находящихся ниже пороговой чувствительности прибора, но тем не менее обнаруженных), ложных источников, образованных в результате подсветки Солнцем газово-пылевого окружения космического аппарата, вспышек от бомбардирующих матрицу протонов, бликов и и.п. Большое количество ложных обнаружений усложняет задачу успешного распознавания звездного образа и слежения за рабочими звездами.
На практике в настоящее время работать при времени накопления 10 мс фактически невозможно - возникают проблемы и с вероятностью обнаружения слабых источников излучения (при заданном количестве ложных обнаружений), и с точностью определения координат слабых звезд.
При таких временах накопления можно работать только с яркими звездами, однако их количество на небесной сфере достаточно мало. Очевидно, что от количества звезд в поле зрения и их расположения внутри него зависит способность прибора распознать созвездие, а также точность определения ориентации.

Для улучшения динамических характеристик астросредств используется информация от нескольких звездных датчиков, разрабатываются звездные датчики с несколькими оптико-электронными блоками и единым вычислителем, а также практикуется использование в звездных датчиках целеуказания, полученного от инерциальных средств из бортовой вычислительной машины. Также в настоящее время формируется подход к созданию звездных приборов со встроенными датчиками угловой скорости (комплексирование инерциальных средств и классических звездных датчиков в одном корпусе).

m939

Цитировать
ЦитироватьА можно уточнить задачу? Надо определить ориентацию произвольно вращающегося КА (вернее параметры этого вращения)?

Нужно это сделать, используя современные возможности, в некотором районе качество-цена. Сделать методом именно "глядя на звёзды". Предполагается, что довольно прямолинейным решением является сочетание "оптика - ПЗС-матрица - процессор", и примерные характеристики решения - десятки грамм веса, сотня милливатт мощности, размеры порядка 20х20х20 мм, себестоимость - порядка тысячи долларов (может быть, от 1000 до 10000). Просьба объяснить, если реальные параметры сильно отличаются от этих.

Вы описали характеристики датчика, но не указали его параметров:
- точность ориентации;
- частоту опроса датчика;
- скорость вращения КА при которой все должно работать.

А о от этого многое зависит, например, влезет ли датчик в 20х20х20.

Wyvern

ЦитироватьСделать за 0.01 с снимок неба с последующим определением ориентации - задача практически невыполнимая на данном этапе.
Имеем:
- сигнал от слабой звезды .....

Зачем?  :shock: Крупных звезд не хватает? Их по каталогу больше нескольких тысяч!