Испытательный стенд звездного датчика

(51) 64 7/00 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ системы звездного датчика в лабораторных условиях на предмет качества создаваемого оптической системой изображения и правильности определения ориентации, а также для испытания и отладки программного обеспечения звездного датчика. Технический результат заключается в разработке стенда, позволяющего имитировать динамическое звездное поле, перенесенное в бесконечность, тем самым создавая условия для звездного датчика близкие к рабочим. Предложен испытательный стенд звездного датчика, включающий имитатор звездного неба,интерфейс управления с системой коммутации и связи и внешние интерфейсы, два персональных компьютера и коллиматор, при этом коллиматор и монитор размещены в корпусе, состоящем из одной или нескольких частей (в зависимости от габаритов для удобства изготовления, транспортировки и хранения), кроме того, использован монитор сверхвысокого разрешения.(72) Алипбаев Куаныш Арингожаевич Ахмедов Даулет Шафигуллович Байсеркенов Мадияр Нуркалымович Бопеев Тимур Маратович Елубаев Сулеймен Актлеуович Михайленко Дарья Леонтьевна Молдабеков Мейрбек Молдабекович Сухенко Анна Сергеевна Шамро Александр Валентинович(73) Дочернее Товарищество с ограниченной ответственностью Институт космической техники и технологий(54) ИСПЫТАТЕЛЬНЫЙ СТЕНД ЗВЕЗДНОГО ДАТЧИКА(57) Полезная модель относится к программноаппаратным комплексам наземной отработки и тестирования приборов, аппаратуры и систем ориентации и навигации космического аппарата(КА) и предназначена для испытания оптической Полезная модель относится к программноаппаратным комплексам наземной отработки и тестирования приборов, аппаратуры и систем ориентации и навигации космического аппарата(КА) и предназначена для испытания оптической системы звездного датчика в лабораторных условиях на предмет качества создаваемого оптической системой изображения и правильности определения ориентации, а также для испытания и отладки программного математического обеспечения (ПМО) звездного датчика (ЗД). Наземная подготовка космического аппарата к пуску во многом определяет успех выполнения программы его полета. Основной задачей этой подготовки является отработка процесса функционирования, как самого космического аппарата, так и аппаратуры и систем ориентации и навигации с имитацией возможных неисправностей и нештатных ситуаций. Космические аппараты проходят проверки на всех испытательных позициях на заводе-изготовителе, на технической и стартовой позициях. Для проведения проверок используются различные испытательные стенды и системы. Из уровня техники известен способ наземной отработки и тестирования приборов, аппаратуры и систем ориентации и навигации КА (Патент РФ 2454631, кл. 01 С 21/02, 2012), при котором обеспечивается контроль работы функциональных элементов,находящихся на борту КА,обеспечивается прием от них ответных сигналов на пультах управления, где вычислительные машины и операторы анализируют поступающую информацию для выяснения степени готовности аппаратуры. В данном способе осуществляют определение положения КА в трехмерном пространстве орта радиус-вектора и других элементов опорной(расчетной, априори полагаемой) орбиты движения КА на основе использования информации,поступающей от оптико-электронных приборов(ОЭП), закрепленных на корпусе КА. Однако известный способ не обеспечивает имитацию полета КА при наземной отработке. Известен также способ наземной имитации полета космического аппарата (КА) в космосе(Патент США 5054719 А 1, кл. 64 1/24, 64 1/36, 1991), состоящий из подготовки аппаратных средств и моделирования орбитального движения КА по предварительно заданному алгоритму и/или при приеме управляющих команд в режиме реального времени, моделирования движения небесной сферы в поле зрения каждого звездного датчика посредством отображения на экране жидкокристаллических мониторов конфигурации звезд, которая соответствует текущей ориентации КА с учетом динамики его движения и параметров внешней среды, а также положения Солнца и Луны в инерциальной системе координат. Однако в известном способе реализуется имитация условий для наземной отработки отдельных элементов системы управления, а не комплексную отработку элементов системы управления ориентацией и навигацией КА. 2 Кроме того, известен комплекс наземной отработки систем ориентации и навигации космического аппарата (КА) (Патент РФ на полезную модель 129082, кл. 64 7/00, 2013,состоящий из интерфейса управления с системой коммутации и связи, динамического модуля в виде вращающейся платформы с возможностью поворота по трем взаимно перпендикулярным осям,имитатора Солнца и имитаторов небесных тел, в том числе Земли, кроме того комплекс содержит систему моделирования полета КА в космическом пространстве, систему визуализации, систему моделирования нештатных ситуаций, систему моделирования природных помех,систему управления имитаторами, имитатор сигналов спутниковых навигационных систем, внешние интерфейсы связи, причем имитаторы небесных тел содержат имитаторы звездного неба, планет и Луны,а интерфейс управления связан с системой визуализации, система моделирования нештатных ситуаций и система моделирования природных помех связаны с системой моделирования полета КА в космическом пространстве, которая взаимосвязана с интерфейсом управления и внешними интерфейсами связи и связана с системой управления имитаторами, связанной с имитаторами звездного неба, с динамическим модулем, с имитаторами Солнца и имитаторами планет, в том числе Земли и Луны, и с имитаторами сигналов спутниковых навигационных систем, при этом имитатором звездного неба является изображение на экране цифрового монитора. Комплекс позволяет в реальном времени имитировать орбитальное движение космического аппарата моделировать воздействие внешних условий космического пространства на бортовую аппаратуру ориентации и навигации проверять работу бортовой аппаратуры ориентации и навигации, как в автономном, так и в комплексном режимах проводить отработку программноалгоритмического обеспечения бортовой аппаратуры ориентации и навигации КА моделировать наступление нештатных ситуаций в работе бортовой аппаратуры ориентации и навигации КА и разрабатывать методы преодоления подобных ситуаций. Однако данный комплекс является слишком сложным и дорогим для испытания звездного датчика и имеет много избыточных функций, кроме того он имеет большие габариты. Наиболее близким к заявляемой модели по совокупности признаков является комплекс наземной отработки ориентации и навигации КА,описанный в способе наземной имитации полета космических аппаратов в космосе (Патент РФ 2527632, кл. 64 7/00, 2014). Комплекс включает интерфейс управления, систему визуализации,систему моделирования нештатных ситуаций,систему моделирования естественных (природных) помех, систему коммутации и связи, причем соединение типа ,или , соединение типа -, внешние связи, внешние интерфейсы связи, систему моделирования полета КА в космическом пространстве, систему управления имитаторами, имитаторы звездного неба, имитаторы Солнца, имитаторы планет, в том числе Земли и Луны, динамический модуль и имитатор сигналов спутниковых навигационных систем. Через внешние связи комплекс наземной отработки систем ориентации и навигации КА связан с тестируемым КА, который состоит из системы управления ориентацией навигации, связанной с аппаратурой навигации и ориентации, а именно со звездными датчиками, гироскопами, солнечными датчиками,датчиками планет (в том числе Земли и Луны),приемниками Глонасс и/или . Всем комплексом управляет оператор, или управление осуществляется автоматически. Известному комплексу присущи недостатки вышеописанных комплексов, а именно,он является слишком сложным и дорогим для датчика испытания звездного и имеет много избыточных функций и большие габариты. Задачей, на решение которой направлено настоящая полезная модель, является преодоление недостатков известных технических решений и создание стенда, позволяющего имитировать динамическое звездное поле,при этом технологически легко реализуемой простой конструкции и относительно небольших габаритов. Технический результат заключается в разработке стенда, позволяющего имитировать динамическое звездное поле, перенесенное в бесконечность, тем самым создавая условия для звездного датчика близкие к рабочим. Указанный технический результат в предлагаемой полезной модели достигается тем, что в устройство, включающее имитатор звездного неба,интерфейс управления с системой коммутации и связи и внешние интерфейсы, причем имитатором звездного неба является изображение на экране цифрового монитора, согласно предлагаемой полезной модели введены два персональных компьютера, при этом на одном из компьютеров установлена программа, имитирующая звездное небо и изменение ориентации оптической оси звездного датчика в пространстве за счет изменения картинки звездного неба на экране, а на втором программа, которая принимает результат работы ЗД и осуществляет расчет погрешности определения ориентации. Указанный результат достигается тем, что для создания условий близких к реальным при испытания звездного датчика, введен коллиматор,который оптически переносит изображение с экрана имитатора звездного неба в бесконечность, что дает возможность точнее исследовать точность ориентации оптической оси звездного датчика. Указанный результат достигается также тем, что испытательный стенд звездного датчика выполнен с использованием монитора сверхвысокого разрешения, обеспечивающим высокое разрешение имитации звездного неба на экране, что дает возможность проводить проверку точности определения ориентации оптической оси ЗД с точностью близкой к реальным условиям, а также проверить качество оптической системы звездного датчика, кроме того, коллиматор и монитор,заключены в корпусе, состоящем из одной или нескольких частей (в зависимости от габаритов для удобства изготовления,транспортировки и хранения), что позволяет объединить все узлы в одну конструкцию. Для лучшего понимания сущность предлагаемой полезной модели поясняется с привлечением графических материалов, где на фиг.1 показан общий вид предлагаемого испытательного стенда в разрезе, выполненного в разборном корпусе,состоящем из трех частей, на фиг.2 приведена схема испытания звездного датчика. Испытательный стенд звездного датчика включает (фиг.1, 2) разборный корпус, состоящий из трех частей (1, 2 и 3), коллиматор 4, адаптер 5 и монитор 6 сверхвысокого разрешения. Корпус 1-3 является несущей конструкцией всего испытательного стенда, на которой установлены все узлы. Монитор 6 сверхвысокого разрешения является имитатором звездного неба. Монитор 6 расположен в передней фокальной плоскости коллиматора 4, что позволяет оптически перенести изображение с него в бесконечность. Звездный датчик 7 при помощи адаптера 5 устанавливается на таком расстоянии от коллиматора 4, что выходной зрачок коллиматора 4 совмещен с входным зрачком объектива звездного датчика 7, обеспечивая тем самым необходимое оптическое сопряжение звездного датчика со стендом. Предлагаемая полезная модель работает следующим образом. При помощи программы, установленной на компьютере ПК 1, на мониторе 6 имитатора звездного неба строится динамическое изображение участка звездного неба, которое при помощи коллиматора 4 оптически переносится в бесконечность. Объектив звездного датчика 7 принимает изображение участка звездного неба и строит его изображение на матрице, после чего полученное изображение участка звездного неба обрабатывается ПМО, установленным в ЗД. Программное обеспечение рассчитывает текущие координаты направления оптической оси звездного датчика, сравнивает со звездным каталогом и передает в подключенный к звездному датчику 7 компьютер ПК 2, где и осуществляется расчет погрешности определения ориентации. Кроме того,полученное на матрице звездного датчика изображение используют для анализа качества изображения даваемого объективом звездного датчика. Сравнительный анализ показал, что заявленная полезная модель обладает рядом преимуществ по сравнению с известными устройствами подобного назначения Имеет технологически легко реализуемую простую конструкцию. В качестве имитатора звездного неба применен монитор сверхвысокого разрешения,что обеспечивает изображение участка звездного неба с высоким разрешением. Использование испытательного стенда звездного датчика предлагаемой конструкции исключает возможность проникновения постороннего света,что позволяет использовать его в освещенных помещениях и не требует специального затемнения. Эксперименты показали, что введение в испытательный стенд звездного датчика коллиматора, монитора сверхвысокого разрешения и специально разработанного программного обеспечения позволяет проводить испытания звездного датчика в лабораторных условиях,обеспечивая условия, максимально приближенные к космическому пространству. В то время как при отсутствии указанных устройств и соответствующего ПО такое было бы возможно только с применением в качестве имитатора звездного неба очень большого монитора, удаленного от звездного датчика на расстояние не менее 40 метров, что в силу объективных причин нереально, или же необходимо было бы фотографировать реальное звездное небо,что исключает динамику картинки, а так же привносит зависимость от погоды, времени суток и выезда за пределы лаборатории. Изготовление корпуса из нескольких частей при больших габаритах стенда позволяет упростить его изготовление, повышая тем самым технологичность стенда, а также упрощает его транспортировку и хранение. Реализация предлагаемого испытательного стенда звездного датчика не вызывает затруднений,так как все входящие в него отдельно взятые компоненты довольно просты, общеизвестны,широко описаны в технической литературе и могут быть использованы при выполнении предлагаемого устройства без дополнительной доработки, а так же изготовлены силами небольшой мастерской. ФОРМУЛА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ Испытательный стенд звездного датчика,содержащий имитатор звездного неба, интерфейс управления с системой коммутации и связи и внешние интерфейсы, при этом имитатором звездного неба является изображение на экране цифрового монитора, отличающийся тем, что дополнительно введены два персональных компьютера и коллиматор, при этом коллиматор и монитор размещены в корпусе, состоящем из одной или нескольких частей (в зависимости от габаритов для удобства изготовления, транспортировки и хранения), кроме того, использован монитор сверхвысокого разрешения.