Метод на Astrovision
Притежатели на патенти RU 2586443:
Изобретението се отнася до астроинерциални навигационни системи, в които основната навигационна информация се коригира според сигналите, идващи от изхода на астровизионното устройство. Характеризира се с това, че за откриване на наблюдавана звезда при наличие на високо ниво на фоново смущение се формира акумулатор, състоящ се от N регистъра за съхранение на N последните изходни сигнала на телеблока и цикличен брояч, който се променя от единица на N при всеки цикъл на изходния сигнал на телеблока. Текущият изходен сигнал на телеблока се съхранява в акумулаторния регистър, чийто брой се определя от стойността на цикличния брояч. За да се подобри точността на определяне на координатите на наблюдаваната звезда, при наличие на градиент на фоновия шум с високо ниво, номерът на регистъра на акумулатора се определя като текущата стойност на цикличния брояч и 3/4 от броя N на регистрите на акумулатора, взети по модул N. Техническият резултат е да се повиши точността на наблюдение на звездата чрез компенсиране на градиента на фоновия шум. 6 ил.
Изобретението се отнася до астроинерциални навигационни системи, в които основната навигационна информация (изброими координати и посока) се коригира от сигнали, идващи от изхода на астровозиерното устройство.
Добре позната астровизационна система е внедрена в телевизионния блок AV-1SM, който е част от серийната астроинерционна система L41, показана на фиг. 1 и състоящ се от телеблок 1, управляван от системи за проследяване 2, които осигуряват насочването му в изчислената точка според целите, издадени от бордовия компютър (ЦВМ) 3. Изходът на телеблока 1 е свързан към последователно свързан блок за обработка на изходния сигнал на телеблока 4 и блока за откриване на наблюдаваната звезда и определяне на нейните координати5, в която се осъществява обработката на изходния сигнал на телеблока с цел откриване на полезен сигнал от целевата звезда и определяне на нейните координати по следния метод.
Изходният сигнал на телевизионния блок 1 може да бъде представен като суперпозиция на компонента на шума, фоновия шум и полезния сигнал от наблюдателната звезда, когато нейното изображение е в зрителното поле на телевизионния блок:
където u е изходният сигнал на телеблока;
uw е случаен компонент, представляващ центриран сигнал от типа бял шум;
uf - фонов шум, който може да се счита за постоянна стойност на времевия етап на наблюдение на звездата, но чиято величина се определя от външните условия, при които звездата се наблюдава;
uc е полезният сигнал от звездата, когато изображението й е в зрителното поле на телеблока, който може да бъде апроксимиран с достатъчна степен на точност чрез функция с централна точка на симетрия на формата
където ρ е разстоянието до центъра на кръга на разсейване;
σ е параметър, който определя размера на кръга на разсейване.
Стандартният метод за разделяне на полезния сигнал от звездата uc на фона на изходния сигнал на телеблока, представен в (1), е методът на прага, който се състои в това, че полезният сигнал от звездата е фиксиран, когато изходният сигнал на телеблока надвишава прага u> L, където прагът L е фиксирана стойност или се формира от нивото на фона при липса на звезда в зрителното поле на телеблока. Но при наличие на фонов шум, чиято величина зависи до голяма степен от външните условия на наблюдение на звездата, този метод се оказва неефективен, а в някои случаи изобщо неприложим. Следователно основната задача при решаването на проблема с откриването на звезда е проблемът с компенсирането на фоновия шум uf. Този проблем беше решен на цифрово ниво чрез изчисленияконволюция σs(t), представляваща интеграл от произведението на цифровизирания изходен сигнал на телеблока и измервателния импулс c(t-τ).
където T е интервалът на интегриране;
t - текущо време;
τ - интеграционна променлива;
dτ - стъпка на интегриране.
Заменяйки операцията интегриране в (3) с операцията сумиране с честота f=1/τ, получаваме
където i е номерът на текущото измерване;
N е общият брой измервания, фигуриращи в сумата (4);
uj - текущата стойност на изходния сигнал на телеблока по време на j-то измерване;
ci-j - текуща стойност на измервателния импулс.
В този случай измервателният импулс е избран по такъв начин, че интегралът на произведението му от константа на времевия интервал Т да бъде равен на нула, т.е. трябва да има аксиална симетрия, като оста на симетрия съвпада с посоката на сканиране (интегриране), което гарантира пълното изключване на фоновия шум, когато е изпълнено условието за неговото постоянство. Като измервателен импулс, който отговаря на това условие, меандърът на синусоидалния сигнал Sin[2π/(t-τ)],
Численото интегриране на конволюцията се свежда до изчисляване на сумата (4), която представлява сумата от N изходни сигнала на телеблока, от които, поради избора на измервателния импулс (5), първите N/2 сигнала се сумират със знак плюс, а останалите N/2 сигнала се сумират със знак минус.
При следващия i + 1-ви цикъл на работа на системата, конволюцията σs(i + 1) ще изглежда така:
От (6), (7) можем да запишем изчислението на σs в итеративна форма. Нека системите имат сумата σs(i) на i-тата стъпка от операцията. Тогава на i-тата стъпка сумата σs(i+1) ще изглежда така:
За да се построи схема за изчисляване на сумата σs(i) съгласно (8), се въвежда акумулатор, съдържащ N регистъра за съхранение на последните N цифровизирани изходни сигнали на телеблока, ицикличен брояч, променящ се от единица на N. На i-тия цикъл на работа на системата изходният сигнал на телеблока, цифровизиран от аналогово-цифровия преобразувател (ADC), се добавя към сумата, образувана по-рано в предишния цикъл на работа на системата, регистровото число K се формира като сума от стойността на цикличния брояч и общия брой N на регистрите за съхранение, разделен на две, по модул на общия брой N на регистрите за съхранение, което съответства на логиката
N=i+1, ако i+1 1/2 пъти, при условие че не е корелирано, което увеличава съотношението сигнал/шум на изхода на суматора-акумулатор.
Когато изображението на звездата премине през интервала на сумиране съгласно (7), на изхода на суматора-акумулатор ще се формира биполярен импулс, както е показано на фиг. 2, 3. На фиг. 2 е показан образуваният биполярен импулс при липса на случаен шум ush=0, на фиг. Фигура 3 показва формирания биполярен импулс в присъствието на случаен шум ush≠0, докато моментът (или точката) на преминаване на този импулс през нулата съвпада с момента, когато максималната стойност на петното на разсейване съвпада с центъра на интервала на сумиране. Методът за откриване на наблюдавана звезда и определяне на нейните координати може да бъде представен като логическа структура, чиято задача е да определи тази точка. Тъй като при липса на полезен сигнал от звездата, сумата σs на изхода на суматора-акумулатор ще бъде идентично равна на нула или близка до тази стойност при наличие на случайни шумови смущения, дефиницията на необходимата нула σs се конструира съгласно следната схема:
- въвеждат се горното и долното фиксирани прагови нива ±L и последователно се проверява изпълнението на условието σs>L. Когато това условие е изпълнено, се търси двойка съседни стойности, така че σs>0, σs+1 N/4,
r=i-3N/4, ако i>3N/4,
и се образува знакоткриване на целевата звезда и определяне на нейните координати.
Метод за астровизиране, реализиран от система за астровизиране, състояща се от телевизионен блок, управляван от системи за проследяване, които осигуряват насочването му към изчислена точка според целеуказания, издадени от бордови компютър, чийто изход е свързан към последователно свързан блок за обработка на изходния сигнал на телевизионния блок и блок за откриване на наблюдавана звезда и определяне на нейните координати, докато за откриване на наблюдавана звезда при наличие на висок фонов шум се формира акумулатор, състоящ се от N регистър s за съхраняване на N последни изходни сигнала на телеблока и цикличен брояч, който се променя от 1 на N при всеки цикъл на получаване на изходния сигнал на телеблока, а конволюцията се изчислява чрез добавяне към сумата, получена в предишния цикъл на приемане и обработка на изходния сигнал на телеблока, текущата стойност на изходния сигнал на телеблока, съдържанието на акумулиращия регистър, чийто брой се определя като стойността на цикличния брояч плюс един модул N, и отрицателна удвоена стойност на акумулаторния регистър, чийто номер се определя като сума от текущата стойност на цикличния брояч и 1/2 от броя N на акумулаторните регистри, цикличният брояч се увеличава с един модул N, а текущият изходен сигнал на телеблока се съхранява в акумулаторния регистър, чийто брой се определя от стойността на цикличния брояч, и наблюдаваната звезда се счита за открита веднага щом получената сумарна стойност надвиши фиксиран праг, след което се фиксира двойка съседни точки, в които стойностите на сумата ще имат различни знаци, а координатата на наблюдаваната звезда се определя чрез линейна интерполация , след което, за да се увеличиЗа да се подобри точността на определяне на координатите на наблюдаваната звезда при наличие на градиент на фоновия шум с високо ниво, номерът на акумулаторния регистър, чието съдържание се добавя към сумата като отрицателна удвоена стойност, се определя като текущата стойност на цикличния брояч и 3/4 от броя N на акумулаторните регистри, взети по модул N, и в допълнение към сумата се добавя удвоено съдържанието на акумулаторния регистър, броят на което се определя като сумата от текущата стойност на цикличния брояч и 1/4 от броя N на регистрите на задвижването, взети по модул N, и откриването на наблюдаваната звезда се фиксира веднага щом изчислената сума надвиши фиксираното прагово ниво в абсолютна стойност, а координатата на наблюдаваната звезда се определя като полусумата от координатите на две точки, най-близки до точката, в която изчислената сума има максимална стойност в абсолютна стойност стойност и в която изчислената сума е равна на нула.