Устройство визуального контроля сближения космических аппаратов
Полезная модель относится к телевизионной технике и может быть использована в устройствах видеонаблюдения, позволяющих обеспечить обзор открытого космического пространства в процессе контроля сближения космических аппаратов. Отличительная особенность устройства визуального контроля сближения космических аппаратов состоит в том, что наряду с последовательно соединенными телекамерой стыковки, блоком коммутации телевизионных сигналов, блоком синхронизации, блоком радиопередатчика с кодером, в нее дополнительно введен, подключенный к телекамере стыковки и к блоку коммутации телевизионных сигналов, функциональный элемент формирования управляющего воздействия на телекамеру стыковки в виде блока адаптации согласованно меняющихся параметров четкости и частоты кадров телекамеры стыковки к изменяющейся дальности. Технический результат, получаемый от полезной модели, заключается в уменьшении ошибки измерения промаха стыкующегося космического аппарата. Предлагаемая конструкция позволяет повысить надежность работы системы стыковки космических аппаратов.
Полезная модель относится к телевизионной технике и может быть использована в устройствах видеонаблюдения, позволяющих обеспечить обзор открытого космического пространства в процессе контроля сближения космических аппаратов.
Телевидение в устройствах контроля сближения космических аппаратов стало применяться сразу после освоения технологии их стыковки. Технология стыковки осуществляется на основе итерационного принципа, который заключается в разбиении процесса сближения на этапы в зависимости от расстояния между космическими аппаратами. Итерационный принцип контроля сближения космических аппаратов реализуется в известных телекамерах на основе критерия качества, априорной информации и ограничений. В замкнутой системе управления сближением и стыковкой критерием качества является минимальное расстояние между визирной осью телекамеры и стыковочным узлом причаливающего космического аппарата, называемого промахом или невязкой. В разомкнутом контуре управления, важнее всего является помехоустойчивость, которая в задаче контроля сближения характеризуется ошибкой измерения промаха.
Ограничения при разработке указанных устройств могут быть как общие для всей космической техники, например, масса, энергопотребление, так и специфические, в частности - используемые фотоприемные матрицы имеют ограниченное число пикселов и скорость считывания изображения, а приемо-передающий комплекс имеет ограниченную пропускную способность. В связи с этим, в первую очередь уделяется наибольшее внимание выбору числа элементов фотоприемника и его кадровой частоте, минимизирующих ошибку измерения промаха с учетом имеющихся ограничений. Оптимальное решение состоит в использовании телекамеры, формирующей цифровой поток, скорость которого соизмерима с пропускной способностью канала связи. Это достигается путем введения в устройство блока сжатия видеоинформации или кодера. Тогда выбор числа пикселов матрицы и коэффициента сжатия в кодере определяют статическую ошибку измерения промаха, а кадровая частота и задержка в кодере - динамическую.
Отличие в синтезе измерительного телевизионного устройства от обычного устройства передачи видеоинформации состоит в замене потери полезной информации о форме сигнала на потерю полезной информации об измеряемом параметре, в данном случае - о промахе.
Так как статическая ошибка при фиксированной скорости передачи видеоинформации по каналу связи увеличивается с кадровой частотой, а динамическая уменьшается, то существует оптимальная кадровая частота, зависящая от дальности наблюдения.
Известно устройство визуального контроля сближения космических аппаратов [1], которое выбрано в качестве прототипа. Оно включает соединенные последовательно телекамеру стыковки, блок коммутации телевизионных сигналов, блок синхронизации, блок радиопередатчика с кодером. В известном устройстве требования к разрешающей способности телекамеры по полю и по времени (четкости и кадровой частоте) задаются компромиссно для всего сеанса наблюдения. Вместе с тем масштаб изображения приближающегося космического аппарата при сближении меняется и меняются величины динамических и статических ошибок измерения промаха. Поэтому известное устройство не позволяет минимизировать ошибку в совмещении визирной оси телекамеры со стыковочным узлом причаливающего космического аппарата.
Таким образом, основной недостаток устройства, выбранного в качестве прототипа, состоит в том, что оно не позволяет менять параметры четкости и частоты кадров телекамеры стыковки во время сеанса визуального контроля причаливающего космического аппарата.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, состоит в устранении указанного недостатка путем применения в конструкции дополнительного блока, изменяющего параметры четкости и частоты кадров телекамеры стыковки по заданной программе.
Технический результат, получаемый от полезной модели, заключается в уменьшении ошибки измерения промаха стыкующегося космического аппарата.
Заявляемое устройство визуального контроля сближения космических аппаратов, как и устройство, выбранное в качестве прототипа, содержит соединенные последовательно телекамеру стыковки, блок коммутации телевизионных сигналов, блок синхронизации, блок радиопередатчика с кодером. В отличие от прототипа, в заявляемом устройстве визуального контроля сближения космических аппаратов, дополнительно введен, подключенный к телекамере стыковки и к блоку коммутации телевизионных сигналов, функциональный элемент формирования управляющего воздействия на телекамеру стыковки в виде блока адаптации согласованно меняющихся параметров четкости и частоты кадров телекамеры стыковки к изменяющейся дальности.
На фиг.1 представлено схематическое изображение варианта конкретного исполнения устройства визуального контроля сближения космических аппаратов.
В данном конкретном случае устройство состоит из телекамеры стыковки 1, блока адаптации 2, блока коммутации телевизионных сигналов 3, блока синхронизации 4, радиопередатчика с кодером 5. Фотоприемная матрица телекамеры стыковки 1 состоит из ряда пикселов - реально около 15 Мегапикселов.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
При включении устройства визуального контроля сближения космических аппаратов приводится в рабочее состояние телекамера стыковки 1, в которой формируется видеосигнал и он поступает в блок адаптации 2. В зависимости от расстояния до приближающегося космического аппарата, которое в данном конкретном случае определяется телекамерой стыковки 1 на основе априорной информации трехмерных моделей сближающихся космических аппаратов, блок адаптации 2 перестраивает четкость и кадровую частоту так, чтобы частота передачи пикселов в кодер радиопередатчика была постоянной. А именно, оптимальная кадровая частота квантуется и фиксируется для различных этапов сближения. При этом на большой дальности, когда масштаб изображения приближающегося космического аппарата и его скорость в приборной системе координат весьма малы, четкость должна быть максимальной, а кадровая частота минимальной. На малой дальности, когда изображение космического аппарата занимает существенную долю поля зрения, а скорость в приборной системе координат возрастает, целесообразно произвести обмен пространственной четкости на временную, т.е. повысить кадровую частоту за счет группирования сигналов пикселов непосредственно в фотоприемной матрице. В данном конкретном случае при использовании матриц с 12-16 Мегапикселами, которые задействованы в формировании изображения, возможна его передача с кадровой частотой 3-4 Гц, что в этом медленном режиме позволяет уверенно контролировать процесс приближения космического аппарата на больших дальностях. По мере сближения, в зависимости от расстояния, оцениваемого по размеру космического аппарата на экране телекамеры, блок адаптации 2 группирует пикселы, сначала по 2×2, затем по 3×3 и, на последнем этапе, по 4×4 с соответствующим повышением кадровой частоты. Данные по изменению расстояния до приближающегося космического аппарата также могут поступать в блок адаптации 2 от других бортовых систем.
Затем сигнал, прошедший через блок адаптации 2, поступает в блок коммутации телевизионных сигналов 3, в котором он обрабатывается в соответствии с командами управления и поступает в блок синхронизации 4. В этом блоке происходит формирование сигнала централизованной синхронизации, а также формирование полного телевизионного сигнала. Сформированный телевизионный сигнал передается на радиопередатчик с кодером 5, который предназначен для кодировки и передачи полного телевизионного сигнала по радиолинии борт-Земля, борт-борт. Наблюдение за подходом космических аппаратов осуществляется с экрана телекамеры стыковки 1, где в зависимости от расстояния до приближающегося космического аппарата согласованно меняются параметры четкости и частоты кадров.
Таким образом, заявляемое устройство визуального контроля сближения космических аппаратов минимизирует ошибку измерения промаха, возникающую вследствие искажения формы изображения, а также его задержек из-за большого интервала расстояний между сближающимися космическими аппаратами.
Промышленная применимость заявляемого решения подтверждается возможностью его многократного воспроизведения в процессе изготовления.
Устройство визуального контроля сближения космических аппаратов разработано для изготовления с использованием стандартного оборудования, современных технологий и комплектации.
Литература
1. Сайт «НИИ Телевидения», http://www.niitv.ru/home раздел «Музей», Телевизионная система ТВС-ТГКМ.
Устройство визуального контроля сближения космических аппаратов, включающее соединенные последовательно телекамеру стыковки, блок коммутации телевизионных сигналов, блок синхронизации, блок радиопередатчика с кодером, отличающееся тем, что в него дополнительно введен подключенный к телекамере стыковки и к блоку коммутации телевизионных сигналов функциональный элемент формирования управляющего воздействия на телекамеру стыковки в виде блока адаптации согласованно меняющихся параметров четкости и частоты кадров телекамеры стыковки к изменяющейся дальности.
