Построитель местной вертикали с секущим типом сканирования

  Выбирать  приемник при первоначальном расчете  будем из критерия соответствия максимума  чувствительности приемника выбранному диапазону и конечно же габариты, преимущество отдается приемникам без системы охлаждения. Так же важную роль играют его механические характеристики, т.к. КА подвергается сильнейшим механическим воздействиям, а именно вибрациям и многократным перегрузкам, немаловажную роль играет и его постоянство параметров во времени. Постоянная времени приемника должна быть гораздо меньше постоянной времени прибора.

  По  установленным критериям подешел только один тип приемников, пироэлектрические приемники: 
 
 
 
 
 
 

 

  1.2 Оптическая схема  прибора

  При проектировании ПМВ выбор оптической схемы играет важнейшую роль. Подбирать  схему будем от самой простой  с дальнейшим усложнением.

  Плюсы данной схемы:

• Простота
• Весь входящий поток падает на ПИ
• Увеличенная частота сканирования

Линза из ZnS

Сканирующий элемент

Усилитель

ПИ

К счетно-решающему  устройству

В систему управления

Входное окно из ZnSe

 
 
 
 
 
 

  Рис. 1.7 Оптическая схема

  Излучение падает на зеркальный «барабан». Барабан вращается вокруг своей оси, в момент когда плоскость зеркала расположена под необходимым углом для создания освещенности на ПИ, оптический контакт ГОНа замыкается и на его выходе формируется прямоугольный сигнал. Непосредственно после барабана расположен объектив, изготовленный из германия, просветляющее покрытие нанесено на в материал для входного окна , на входе устройства стоит германиевое окно, которое обрезает спектр падающего излучения.

Отверстия в  диске

На Рис. 1.7а представлена схема задания оптических импульсов в генераторе опорных напряжений. В диске жестко скрепленным с зеркальным барабанов и сидящих на одной оси, сделаны прорези, через которые  проходит поток создаваемый фотодиодом, далее поток регистрируется фотоприемником. Сигнал с фотоприемника усиливается, стандартизуется и передается на синхронный детектор. 
 
 
 
 
 
 

  Рис. 1.7а Схема ГОНа 

  1.3 Функциональная схема

1-й канал

Приемное устройство

ГОН

Привод

Усилитель

В систему управления

Триггер

Шмитта

Синхронный детектор

2-й канал

Приемное устройство

ГОН

Привод

Усилитель

В систему управления

Триггер

Шмитта

Синхронный детектор

 
 
 

    

    
 
 
 
 

  Рис. 1.8 Принципиальная схема работы ПМВ(с секущим типом сканирования)

  На  функциональной схеме изображен  принцип работы прибора. Излучение  собирается и передается оптикой  на ПИ, непосредственно к приводу  присоединен оптический ключ, выступающий  в роли ГОНа. Сигнал с ПИ идет на усилитель. Сигнал с усилителя идет на систему обработки, туда же идет и сигнал с ГОНа, где обрабатывается и выдается результат, в виде угла отклонения от нормали.

Модулятор

1-й канал

Приемное устройство

Источник излучения

Усилитель

На синхронный детектор управления

Триггер

Шмитта

2-й канал

Источник излучения

Приемное устройство

Усилитель

Триггер

Шмитта

На синхронный детектор управления

На рис. 1.8а представлена принципиальная схема работы ГОНа. В качестве генератора импульсов используем оптопару(источник излучения+приемник), задавать сигнал будет диск с со сделанными в нем прорезями. 
 
 
 
 
 
 

  Рис. 1.8а Принципиальная схема работы ГОНа

 

  Пункт 2. Габаритный и энергетический расчеты, расчет аберраций:

2.1 Расчет поля зрения прибора.

D

R_З

H_атм.

α

А

В

С

О 

H

2β

 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 2.1 Рабочее  положение ПМВ с секущим типом  сканирования

КА аппарат  совершает полет на высоте 1000 км, его мгновенное поле зрения 2β, а поле зрения 2α.

Для расчетов примем высоту атмосферы H_атм.=60км.

Найдем половину углового размера земли с атмосферой: 
 

α=1.061рад.

Найдем мгновенное поле зрения прибора:

2β=

2β=0.033 рад.

Рассчитаем мгновенное пространственное поле зрения прибора:

Ω=πβ²=π

Ω=

 

2.2 Расчет КПД оптики.

_{КПД оптики найдем по формуле}

_{, где}

_{ρз – коэффициент отражения зеркала, ρз=0.99}

_{τсф – коэффициент пропускания светофильтра, τсф=0.73}

ρ_френ - коэффициент френелевского отражения входного окна и линзы прибора с учетом применения просветляющего покрытия (при нормальном падении света), ρ_френ=9*10^-3

КПД оптической системы в данном приборе будет  равен:

- коэффициент отражения колеблющегося  зеркала;

- коэффициенты отражения коэффициент  отражения зеркального барабана  покрытого золотым отражающим  напылением ;

 – коэффициент френелевского  отражения входного окна прибора  с учетом применения просветляющего  покрытия (при нормальном падении  света):

 

- коэффициент пропускания просветляющего  покрытия, берем равным 1, т.к. толщина мала

- коэффициент пропускания входного  окна из ZnSe

- коэффициент пропускания конденсора из ZnS

В таблице 2.1 указаны  основные параметры материалов оптической системы 

Табл. 2.1

 

2.3 Определение яркости  Земли

               

  Поверхность Земли имеет температуру около 300К и излучает в основном в диапазоне волн 5-20 мкм. Земля не является АЧТ.

  Значение  яркости определим из графика, изображенного  на рис. 2.2: возьмем среднее значение яркости в диапазоне  .

  

  Рис. 2.2 Ожидаемое значение спектральной энергетической яркости для трех углов визирования  . с.ш., зима, суша, солнечное освещение отсутствует.  

  Получаем:

  

  Где - рабочий спектральный диапазон, мкм;

    мкм

     

  2.4  Расчет диаметра  входного зрачка 

                                         О

 

ФЭП

         L              

                     

        

     Необходимо  найти величину входного зрачка прибора, чтобы количества излучения было достаточно для его заполнения с  определенным уровнем 

     Т.к. поле зрения прибора гораздо меньше угловых размеров Земли, то проведем энергорасчет по протяженному излучателю:

Поток, упавший  на приемник излучения должен в несколько  раз превышать его пороговый  поток:

 

Поток, упавший на входной зрачок прибора , где

- диаметр входного зрачка

- площадь входного зрачка

 L - яркость Земли

- КПД оптической системы

- телесный угол 

- коэффициент модуляции

- коэффициент использования  приемника (т.к не весь поток используется ПИ)

Пороговый поток найдем как ,где