система автоматического наведения радиотелескопа

Формула изобретения

Система автоматического наведения радиотелескопа, содержащая последовательно соединенные космический источник радиоизлучения, основное зеркало антенны с системой автоматического управления положением основного зеркала, содержащей два датчика углов поворота, два привода наведения основного зеркала и два регулятора положения основного зеркала, радиоприемник, компаратор и амплитудный детектор видеосигнала, а также программный блок априорного целеуказания космического источника радиоизлучения, связанный со входом системы автоматического управления положением основного зеркала, регулятор амплитуды сканирования, связанный по входу с генератором сигналов сканирования, и канал компенсации шума, вход которого связан с выходом амплитудного детектора видеосигнала, а выход с компаратором, отличающаяся тем, что отражающая поверхность основного зеркала собрана из подвижных управляемых щитов, между основным зеркалом и радиоприемником установлены последовательно связанные контррефлектор и сканирующее перископическое зеркало с закрепленным на нем радиоприемником, после амплитудного детектора видеосигнала установлены последовательно связанные блок синхронной записи сигналов, блок памяти сигналов, блок реконструкции изображения и экспертная система коррекции зеркальной системы, канал компенсации шума содержит последовательно связанные блок синхронной записи шума, блок памяти шума и блок синхронного считывании шума, подвижные щиты, контррефлектор и перископическое зеркало снабжены соответствующими системами автоматического управления их положением с блоками коррекции положения, система автоматического управления положением основного зеркала также снабжена блоком коррекции положения, программный блок априорного целеуказания снабжен блоком памяти весовых поправок с соответствующими блоками записи и считывания поправок, кроме того, введены система измерения положения и смещения элементов конструкции, система измерения параметров окружающей среды, блок вычисления оптимального положения элементов зеркальной системы, блок вычисления поправок координат сканирования и блок управления (супервизор), при этом вход блока управления (супервизора) связан с выходом системы измерения параметров окружающей среды, а выходы блока управления (супервизора) связаны с управляющими входами систем автоматического управления положением подвижных управляемых щитов, основного зеркала, контррефлектора и перископического зеркала, регулятора амплитуды сканирования, генератора сигналов сканирования, блока синхронного считывания шума, блока синхронной записи шума, блока синхронной записи сигналов, программного блока априорного целеуказания, блока считывания весовых поправок, блока записи весовых поправок, блока вычисления оптимального положения элементов зеркальной системы, блока вычисления поправок координат сканирования, системы измерения положения и смещения элементов конструкции, блока реконструкции изображения и экспертной системы коррекции зеркальной системы, выходы генератора сигналов сканирования связаны со вторым входом регулятора амплитуды сканирования и со входами синхронизации системы измерения положения и смещения элементов конструкции, блока синхронной записи сигналов, блока синхронной записи шума и блока синхронного считывании шума, первый выход регулятора амплитуды сканирования связан с входом сканирования системы автоматического управления положением перископического зеркала, а второй со вторым входом блока синхронной записи сигналов, третий вход которой связан с выходом блока вычислений поправок координат сканирования, силовые выходы систем автоматического управления положением подвижных управляемых щитов, основного зеркала, контррефлектора и перископического зеркала связаны соответственно с подвижными щитами, основным зеркалом, контррефлектором и перископическим зеркалом, а информационные с системой измерения положения и смещения элементов конструкции, связанной также с элементами конструкции основного зеркала, контррефлектора, перископического зеркала и с экспертной системой коррекции зеркальной системы, входы программного наведения систем автоматического управления положением подвижных щитов, основного зеркала, контррефлектора и перископического зеркала связаны с выходами программного блока априорного целеуказания, а входы коррекции этих систем с выходами соответствующих блоков коррекции положения подвижных управляемых щитов, основного зеркала, контррефлектора и перископического зеркала, первые входы блоков коррекции положения подвижных управляемых щитов, основного зеркала, контррефлектора и перископического зеркала связаны с выходами экспертной системы коррекции зеркальной системы, а вторые с выходами блока вычисления оптимального положения элементов зеркальной системы, еще один выход которого связан также со входом блока записи весовых поправок, а вход с выходом системы измерения положения и смещения элементов конструкции, второй выход которой связан со входом блока вычисления поправок координат сканирования, выход блока записи весовых поправок связан со входом блока памяти весовых поправок, выход которого связан со входом блока считывании весовых поправок, выход которого связан со входом программного блока априорного целеуказания космического источника радиоизлучения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к большим полноповоротным радиотелескопам (РТ), и может использоваться для обнаружения и сопровождения квазистационарных и удаленных космических источников радиоизлучения (КИР).

Известна система автоматического сопровождения, содержащая антенну, вращающийся облучатель, генератор опорного напряжения, радиоприемное устройство, синхронные детекторы, фильтры нижних частот и приводы наведения (Теория следящих систем. / Под ред. X.Джеймса, Н.Никольса и Р.Филипса, М., «Сов. Радио», 1953, с.257). Принцип действия системы основан на методе равносигнальной зоны (МРСЗ). Отличительной особенностью МРСЗ является то, что информация о положении КИР относительно базы (приемника) содержится в величине основного информативного параметра, которым в большинстве случаев является глубина модуляции излучения. Недостатками такой системы является малый диапазон углов обнаружения и низкая точность обработки пеленгационной информации для выделения сигналов ошибки.

В качестве прототипа принята система автоматического наведения на максимум радиосигнала (Авторское свидетельство СССР №1108884, кл. G01S 13/66, 13/02, 1982), содержащая последовательно соединенные космический источник радиоизлучения, основное зеркало антенны с системой автоматического управления положением основного зеркала, содержащей два датчика углов поворота, два привода наведения основного зеркал и два регулятора положения основного зеркала, радиоприемник, компаратор и амплитудный детектор видеосигнала, а также программный блок априорного целеуказания космического источника радиоизлучения, связанный со входом системы автоматического управления положением основного зеркала, регулятор амплитуды сканирования, связанный по входу с генератором сигналов сканирования, и канал компенсации шума, вход которого связан с выходом амплитудного детектора видеосигнала, а выход - с компаратором. Ее принцип действия основан на фиксации уровня шума вблизи объекта наведения, выведении антенны в зону предполагаемого нахождения объекта наведения, конического сканирования основного зеркала в этой зоне, вычитании из принимаемого сигнала шума, формируемого на основе зафиксированного ранее уровня шума, и определении положения объекта по методу равносигнальной зоны.

Недостатками прототипа являются низкая разрешающая способность и точность наведения, связанные с низким коэффициентом усиления зеркальной системы, увеличение которого ограничивается из-за невозможности увеличения диаметра основного зеркала, приводящего к увеличению его массы и весовых некомпенсируемых деформаций, которые в свою очередь приводят к невозможности сканирования основного зеркала с заданной точностью и скоростью.

Задача, решаемая изобретением, - увеличение разрешающей способности и точности наведения радиотелескопа за счет введения дополнительного сканирующего элемента в зеркальной системе, а именно перископического зеркала с закрепленным на нем радиоприемником, имеющего малые размеры и массу, что повышает точность и скорость сканирования, а также использование измерения ошибок наведения и деформаций зеркальной системы для восстановления из принимаемого сигнала истинного распределения интенсивности и коррекции изображения КИР и использование подвижных щитов отражающей поверхности основного зеркала с соответствующей системой автоматического управления их положением для коррекции формы поверхности основного зеркала.

Поставленная задача решается следующими существенными отличиями от прототипа.

- Для обеспечения возможности коррекции поверхности основного зеркала для уменьшения деформационных искажений и увеличения эффективности зеркальной системы отражающая поверхность основного зеркала выполнена из подвижных управляемых щитов.

- Для уменьшения размера и массы сканирующего элемента зеркальной системы для повышения точности и скорости сканирования между основным зеркалом установлены последовательно связанные контррефлектор и сканирующее перископическое зеркало с закрепленным на нем радиоприемником.

- После амплитудного детектора видеосигнала установлены последовательно связанные блок синхронной записи сигналов, блок памяти сигналов, блок реконструкции изображения и экспертная система коррекции зеркальной системы.

- Канал компенсации шума содержит последовательно связанные блок синхронной записи шума, блок памяти шума и блок синхронного считывания шума.

- Подвижные щиты, контррефлектор и сканирующее перископическое зеркало снабжены соответствующими системами автоматического управления их положением с блоками коррекции положения, система автоматического управления положением основного зеркала также снабжена блоком коррекции положения.

- Программный блок априорного целеуказания снабжен блоком памяти весовых поправок с соответствующими блоками записи и считывания поправок.

- Дополнительно включены система измерения положения и смещения элементов конструкции, система измерения параметров окружающей среды, блок вычисления оптимального положения элементов зеркальной системы, блок вычисления поправок координат сканирования, экспертная система коррекции зеркальной системы и блок управления (супервизор).

- Вход супервизора связан с системой измерения параметров окружающей среды и оператором, а выходы супервизора связаны с управляющими входами систем автоматического управления положением подвижных щитов, основного зеркала, контррефлектора и перископического зеркала, регулятора амплитуды сканирования, генератора сигналов сканирования, блока синхронного считывания шума, блока синхронной записи шума, блока синхронной записи сигналов, программного блока априорного целеуказания, блока считывания весовых поправок, блока записи весовых поправок, блока вычисления оптимального положения элементов зеркальной системы, блока вычисления поправок координат сканирования, системы измерения положения и смещения элементов конструкции, блока реконструкции изображения и экспертной системы коррекции зеркальной системы.

- Выходы генератора сигналов сканирования связаны со вторым входом регулятора амплитуды сканирования и со входами синхронизации системы измерения положения и смещения элементов конструкции, блока синхронной записи сигналов, блока синхронной записи шума и блока синхронного считывания шума.

- Первый выход регулятора амплитуды сканирования связан с входом сканирования системы автоматического управления положением перископического зеркала, а второй - со вторым входом блока синхронной записи сигналов, третий вход которой связан с выходом блока вычисления поправок координат сканировании.

- Силовые выходы систем автоматического управления положением подвижных щитов, основного зеркала, контррефлектора и перископического зеркала связаны соответственно с подвижными щитами, основным зеркалом, контррефлектором и перископическим зеркалом, а информационные - с системой измерения положения и смещения элементов конструкции, связанной также с элементами конструкции основного зеркала, контррефлектора и перископического зеркала, и с экспертной системой коррекции зеркальной системы.

- Входы программного наведения систем автоматического управления положением подвижных щитов, основного зеркала, контррефлектора и перископического зеркала связаны с выходами программного блока априорного целеуказания, а входы коррекции этих систем - с выходами соответствующих блоков коррекции положения подвижных щитов, основного зеркала, контррефлектора и перископического зеркала.

- Первые входы блоков коррекции положения подвижных щитов, основного зеркала, контррефлектора и перископического зеркала связаны с выходами экспертной системы коррекции зеркальной системы, а вторые - с выходами блока вычисления оптимального положения элементов зеркальной системы, еще один выход которого связан также со входом блока записи весовых поправок, а два входа с выходами системы измерения параметров окружающей среды и системы измерения положения и смещения элементов конструкции, второй выход которой связан с входом блока вычисления поправок координат сканирования, первый выход которого связан со вторым входом блока коррекции положения перископического зеркала.

- Выход блока записи весовых поправок связан с входом блока памяти весовых поправок, выход которого связан со входом блока считывания весовых поправок, выход которого связан со входом программного блока априорного целеуказания космического источника радиоизлучения.

- Один информационный вход экспертной системы связан с выходом блока реконструкции изображения, другой - со вторым выходом блока вычисления поправок координат сканирования и третий - с выходом системы измерения смещений элементов конструкции зеркальной системы, а четыре выхода экспертной системы связаны с соответствующими входами блоков коррекции положения подвижных щитов, основного зеркала, конррефлектора и перископического зеркала.

Изложенная сущность поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена блок-схема системы автоматического наведения радиотелескопа на космический источник радиоизлучения, на фиг.2, 3, 4, 5 - блок-схемы систем автоматического управления положением подвижных щитов, основного зеркала, контррефлектора и перископического зеркала, на фиг.6 и 7 - блок-схемы системы измерения смещений элементов конструкции и системы измерения параметров окружающей среды, на фиг.8 - блок-схема блока вычисления оптимального положения элементов конструкции зеркальной системы, на фиг.9 - блок-схема блока вычисления поправок координат сканирования, на фиг.10 - блок-схема экспертной системы коррекции зеркальной системы, на фиг.11 - схема зеркальной системы радиотелескопа, на фиг.12 - реконструированное изображение точечного источника при неправильном положении подвижных щитов, на фиг.13 - реконструированное изображение точечного источника при не согласованном положении оптических осей основного зеркала, контррефлектора и перископического зеркала и на фиг.14 реконструированное изображение точечного источника при не оптимальном расстоянии между контррефлектором и перископическим зеркалом.

Система автоматического наведения радиотелескопа на космический источник радиоизлучения содержит (фиг.1) последовательно соединенные космический источник 1 радиоизлучения, подвижные управляемые щиты 2 основного зеркала 3, контррефлектор 4, перископическое зеркало 5, радиоприемник 6, компаратор 7, амплитудный детектор 8 видеосигнала, блок 9 синхронной записи сигнала, блок 10 памяти сигнала, блок 11 реконструкции изображения, экспертную систему 12 коррекции зеркальной системы, а также канал 13 компенсации шума, содержащий последовательно связанные блок 14 синхронной записи шума, блок 15 памяти шума и блок 16 синхронного считывания шума, блок 17 управления (супервизор), систему 18 измерения смещений элементов конструкции зеркальной системы, систему 19 измерения параметров окружающей среды, блок 20 вычисления оптимального положения элементов зеркальной системы, блок 21 вычисления поправок координат сканирования, блок 22 записи весовых поправок, блок 23 памяти весовых поправок, блок 24 считывания весовых поправок, программный блок 25 априорного целеуказания космического источника радиоизлучения, блоки 26-29 коррекции положения подвижных щитов, основного зеркала, контррефлектора и перископического зеркала, системы 30-33 автоматического управления положением подвижных щитов, основного зеркала, контррефлектора и перископического зеркала, регулятор 34 амплитуды сканирования и генератор 35 сигналов сканирования.

Система 30 автоматического управления положением подвижных щитов (фиг.2) содержит групповой регулятор 36 актуаторов, один вход которой связан с выходом блок 26 коррекции, второй - с программным блоком 25, а выходы со входами контроллеров 37 актуаторов, выходы которых связаны со входами электросиловых приводов 38 актуаторов, выходы которых связанны с подвижными щитами 2 и датчиками 39 обратной связи, первые выходы которых связаны со вторыми входами контроллеров 37, а вторые - с входом системы 18.

Система 31 автоматического управления положением основного зеркала (фиг.3) содержит групповой регулятор 40 основного зеркала, один вход которой связан с выходом блока 27 коррекции, второй - с программным блоком 25, первый выход - с входом контроллера 41 угла места, выход которого связан со входом электросилового привода 42 угла места, выход которого связан с основным зеркалом 3 и датчиком 43 обратной связи угломестной оси, выход которого связан с третьим входом группового регулятора 40, второй выход которого связан со входом контроллера 44 азимута, выход которого связан со входом электросилового привода 45 азимута, выход которого связан с основным зеркалом 3 и датчиком 46 обратной связи азимутальной оси, выход которого связан с четвертым входом группового регулятора 40.

Система 32 автоматического управления положением контррефлектора (фиг.4) содержит групповой регулятор 47 контррефлектора, один вход которой связан с выходом блока 28 коррекции, второй - с программным блоком 25, первый выход - с входом первого контроллера 48 перемещения, выход которого связан со входом первого электросилового привода 49 перемещения, выход которого связан с контррефлектором 4 и первым датчиком 50 обратной связи, один выход которого связан со вторым входом контроллера 48, а второй - со входом системы 18, второй выход группового регулятора 47 связан со входом второго контроллера 51 перемещения, выход которого связан со входом второго электросилового привода 52 перемещения, выход которого связан с контррефлектором 4 и вторым датчиком 53 обратной связи, один выход которого связан со вторым входом контроллера 51, а второй - со входом системы 18, третий выход группового регулятора 47 связан со входом третьего контроллера 54 перемещения, выход которого связан со входом третьего электросилового привода 55 перемещения, выход которого связан с контррефлектором 4 и третьим датчиком 56 обратной связи, один выход которого связан со вторым входом контроллера 54, а второй - со входом системы 18, четвертый выход группового регулятора 47 связан со входом четвертого контроллера 57 перемещения, выход которого связан со входом четвертого электросилового привода 58 перемещения, выход которого связан с контррефлектором 4 и четвертым датчиком 59 обратной связи, один выход которого связан со вторым входом контроллера 57, а второй - со входом системы 18, пятый выход группового регулятора 47 связан со входом пятого контроллера 60 перемещения, выход которого связан со входом пятого электросилового привода 61 перемещения, выход которого связан с контррефлектором 4 и пятым датчиком 62 обратной связи, один выход которого связан со вторым входом контроллера 60, а второй - со входом системы 18, шестой выход группового регулятора 47 связан со входом шестого контроллера 63 перемещения, выход которого связан со входом шестого электросилового привода 64 перемещения, выход которого связан с контррефлектором 4 и шестым датчиком 65 обратной связи, один выход которого связан со вторым входом контроллера 63, а второй - со входом системы 18.

Система 33 автоматического управления положением перископического зеркала (фиг.5) содержит групповой регулятор 66 перископического зеркала, один вход которой связан с выходом блока 29, второй - с программным блоком 25, третий - с регулятором 34 и четвертый - с блоком 17 управления, первый выход - со входом первого контроллера 67 перемещения, выход которого связан со входом первого электросилового привода 68 перемещения, выход которого связан с перископическим зеркалом 5 и первым датчиком 69 обратной связи, один выход которого связан со вторым входом контроллера 67, а второй - со входом системы 18, второй выход группового регулятор 66 связан со входом второго контроллера 70 перемещения, выход которого связан со входом второго электросилового привода 71 перемещения, выход которого связан с перископическим зеркалом 5 и вторым датчиком 72 обратной связи, один выход которого связан со вторым входом контроллера 70, а второй - со входом системы 18, третий выход группового регулятор 66 связан со входом третьего контроллера 73 перемещения, выход которого связан со входом третьего электросилового привода 74 перемещения, выход которого связан с перископическим зеркалом 5 и третьим датчиком 75 обратной связи, один выход которого связан со вторым входом контроллера 73, а второй - со входом системы 18, четвертый выход группового регулятор 66 связан со входом четвертого контроллера 76 перемещения, выход которого связан со входом четвертого электросилового привода 77 перемещения, выход которого связан с перископическим зеркалом 5 и четвертым датчиком 78 обратной связи, один выход которого связан со вторым входом контроллера 76, а второй - со входом системы 18, пятый выход группового регулятор 66 связан со входом пятого контроллера 79 перемещения, выход которого связан со входом пятого электросилового привода 80 перемещения, выход которого связан с перископическим зеркалом 5 и пятым датчиком 81 обратной связи, один выход которого связан со вторым входом контроллера 79, а второй - со входом системы 18, шестой выход группового регулятор 66 связан со входом шестого контроллера 82 перемещения, выход которого связан со входом шестого электросилового привода 83 перемещения, выход которого связан с перископическим зеркалом 5 и шестым датчиком 84 обратной связи, один выход которого связан со вторым входом контроллера 82, а второй - со входом системы 18.

Система 18 измерения положения и смещения элементов конструкции (фиг.6) содержит реперные отражатели 85, устанавливаемые на земле, оптико-электронную систему 86 измерения положения угломестной оси ЗС (как линии, проходящей через центры цапф качающейся части радиотелескопа) по азимуту относительно реперов на земле, оптико-электронную автоколлимационную систему 87 измерения угловых деформаций стоек цапф качающейся части радиотелескопа относительно корпуса гиростабилизированной платформы 88, оптико-электронную автоколлимационную систему 89 измерения положения специального элемента конструкции основного зеркала (ОЗ) - опорного кольца (ОК), жестко связанного с трубой ОЗ, - относительно корпуса гиростабилизированной платформы, оптико-электронную систему 90 измерения положения подвижных щитов (ПЩ) относительно ОК, оптико-электронную систему 91 измерения положения контррефлектора (КР) относительно ОК, оптико-электронную систему 92 измерения положения перископического зеркала (ПЗ) относительно ОК.

С помощью измерительных систем 86 и 87 осуществляется привязка гиростабилизированной платформы (ГСП) 88 по азимуту к реперам 85, т.е. к абсолютной (наземной) системе координат, а с помощью системы 89 - привязка ОК к ГСП и соответственно к абсолютной системе координат. Поэтому с помощью систем 90-92 возможно определение положения элементов ЗС относительно абсолютной системы координат.

Системы 86 и 90-92 могут быть построены на базе известных телевизионных измерителей с реперными источниками или на базе лазерных сканирующих измерителей, например лазерных радаров Metric Vision MV260 или лазерных трекеров Leica LTD800.

Система 19 измерения параметров окружающей среды (фиг.7) содержит измеритель 93 направления и силы ветра, измеритель 94 температуры, измеритель 95 колебаний земли, измеритель 96 частоты напряжения питания, измеритель 97 напряжения питания, блок 98 принятия решения и базу 99 данных.

В качестве измерителя 93 может быть использован, например, анеморумбограф М63МР производства ООО «НИПК Аналит-сервис», предназначенный для дистанционного измерения мгновенной, максимальной и средней скоростей и направления ветра в стационарных условиях. Измерителем 94 может быть, например, термогигробарометр LB-715 производства «LAB-EL Elektronika Laboratoryjna (Польша), который может измерять относительную влажность и температуру воздуха, а также атмосферное давление. Измерителем 95 может быть, например, сейсмограф StrataVisor NZ компании Geometries с модулями сейсмического регистратора Geode производства AGT Systems Ltd. Измерителями 96 и 97 могут быть цифровые частотомер и вольтметр. Блоком 98 может быть экспертная система, реализованная программно на микроЭВМ, базой 99 данных может быть программная организация памяти этой же микроЭВМ.

Блок 20 вычисления оптимального положения элементов ЗС содержит (фиг.8) вычислитель 100 параметров аппроксимирующего параболоида ОЗ, вычислитель 101 оптимальных координат ПЩ, вычислитель 102 поправок на угол места и азимута ОЗ, вычислитель 103 параметров аппроксимирующего эллипсоида КР, вычислитель 104 оптимальных координат КР, вычислитель 105 оптимальных координат ПЗ.

В качестве блока 20 целесообразно использовать ЭВМ. Тогда вычислителем 100 будет компьютерная программа, определяющая по измеренным системой 18 координатам ПЩ методом наименьших квадратов параметры такого параболоида, поверхность которого наиболее близка к измеренным точкам на ПЩ. Вычислителем 101 - компьютерная программа, определяющая по измеренным точкам на ПЩ и вычисленным параметрам аппроксимирующего параболоида такие координаты выходов электросиловых приводов (ЭСП) или актуаторов, которые бы соответствовали максимальной близости щитов к поверхности аппроксимирующего параболоида. Вычислителем 102 - компьютерная программа, определяющая по вычисленным параметрам аппроксимирующего параболоида (координатам его вершины и фокуса) и заданным координатам наблюдаемого КИР поправки на угол места и азимута ОЗ. Вычислителем 103 - компьютерная программа, определяющая по измеренным параметрам КР методом наименьших квадратов параметры такого аппроксимирующего эллипсоида, который бы соответствовал максимальной близости измеренных точек к его поверхности. Вычислителем 104 - компьютерная программа, определяющая по координатам вершин и фокусов аппроксимирующего параболоида ОЗ (с учетом введенных поправок на угол места и азимута) и аппроксимирующего эллипсоида КР новые оптимальные координаты КР. Вычислителем 105 - компьютерная программа, определяющая по вычисленным оптимальным координатам КР оптимальные координаты ПЗ, соответствующие фокусу КР.

Блок 21 вычисления поправок координат сканирования ПЗ (фиг.9) содержит электродинамическую модель 106 зеркальной системы (ЗС), вычислитель 107 координат максимума электромагнитной энергии и вычислитель 108 электродинамических ошибок.

В качестве блока 21 целесообразно использовать ЭВМ. Тогда электродинамическая модель 106 может представлять собой компьютерную программу, вычисляющую по текущим координатам ПЩ ОЗ и КР распределение электромагнитного поля в зоне предполагаемого фокуса КР. Вычислителем 107 - компьютерная программа, определяющая координаты максимума электромагнитной энергии в зоне предполагаемого фокуса КР. Вычислителем 108 - компьютерная программа, вычисляющая разность между координатами максимума электромагнитной энергии и вычисленными ранее координатами фокуса КР.

Экспертная система 12 коррекции зеркальной системы (фиг.10) содержит монитор 109, блок 110 обучения, базу 111 данных, базу 112 знаний, машину 113 логического вывода и блок 114 формирования корректирующих воздействий. Монитор 109 связан с блоком 11 реконструкции изображения, базой 111 данных и оператором. Блок 110 обучения связан с базой 111 данных, базой 112 знаний, блоком 114 формирования корректирующих воздействий и оператором. База 111 данных дополнительно связана с машиной 113 логического вывода, системой 18 измерения смещений элементов конструкции зеркальной системы, системой 19 параметров окружающей среды и блоком 21 вычисления поправок координат сканирования. Машина 113 логического вывода дополнительно связана с блоком 114 формирования корректирующих воздействий, который дополнительно связан с блоками 26-29 коррекции положения ПЩ, ОЗ, КР и ПЗ, регулятором 34 амплитуды сканирования и генератором 35 сигналов сканирования.

Экспертная система 12 может быть реализована на микроЭВМ с монитором. Тогда функции блоков 110-44 реализуются программно.

Основными режимами работы системы автоматического наведения радиотелескопа на космический источник радиоизлучения являются:

- запись весовых поправок,

- обучение экспертной системы по сигналам от известных мощных КИР,

- калибровка или запись шума вблизи исследуемого КИР,

- наведение на исследуемый КИР,

- слежение за исследуемым КИР,

- сканирование в зоне исследуемого КИР,

- поиск неизвестных КИР в заданной зоне,

- приведение основного зеркала в заштыривание,

- верификация измерительных систем.

Перед началом каждого из перечисленных режимов работы радиотелескопа блок 17 управления посылает в систему 19 измерения параметров окружающей среды запрос на разрешение проведения данного режима работы. После поступления данного сигнала блок 98 принятия решения выбирает из базы 99 данных хранящиеся там допустимые значения параметров окружающей среды, сравнивает их с измеренными блоками 93-97 параметрами, и если они окажутся в допуске, то посылает в блок 17 управления команду, разрешающую проведение данного режима, а если - не в допуске, то посылает в блок 17 команду на запрет данного режима. Далее в течение проведения всего режима работы радиотелескопа система 19 осуществляет мониторинг окружающей среды, и если какой-либо параметр окружающей среды выйдет за допустимые пределы, блок 98 пошлет в блок 17 управления команду на запрет данного режима. Тогда блок 17 управления должен будет перевести систему автоматического наведения радиотелескопа в режим заштыривания.

В режиме записи весовых поправок порядок работы системы автоматического наведения радиотелескопа следующий.

1. После получения из блока 98 принятия решения команды, разрешающей проведения данного режима, блок 17 управления посылает в программный блок 25 команду на выдачу первых заданий углов места и азимута , а также выдает в систему 18 измерения смещений элементов конструкции зеркальной системы команды на запуск в работу ее оптоэлектронных подсистем 86-92.

2. Программный блок 25 выдает задания и в групповой регулятор 40 основного зеркала системы 31.

3. Групповой регулятор 40 из полученных заданий и вычитает значения углов поворота угломестной _Т и азимутальной _Т осей основного зеркала, измеряемых соответствующими датчиками 43 и 46 обратной связи, и по этим разностям вырабатывает соответствующие управляющие сигналы u , u и передает их в соответствующие контроллеры 41 и 44.

4. Контроллеры 41 и 44 в соответствии с полученными сигналами u , u и заданным законом управления (обычно пропорционально-интегрально-дифференциальным (ПИД)) вырабатывают управляющие воздействия для соответствующих электросиловых приводов 42 и 45.

5. Электросиловые приводы 41 и 42 поворачивают основное зеркало по углу места и азимуту до тех пор, пока измеренные датчиками 43 и 46 углы не станут равными заданным, и, следовательно, напряжения u , u , вырабатываемые групповым регулятором 40, не станут равными нулю.

6. После того, как напряжения u , u станут равными нулю, измеренные датчиками 43 и 46 значения углов _к и _к групповым регулятором 40 передаются в блок 20, а именно в вычислитель 102 поправок угла места и азимута, и одновременно групповой регулятор 40 передает блоку 17 управления сигнал о выходе на заданные программным блоком 25 углы места и азимута.

7. Блок 17 управления после получения сигнала о выходе на заданные углы места и азимута выдает в блок 20, а именно в вычислитель 100 параметров аппроксимирующего параболоида основного зеркала, в вычислитель 103 параметров аппроксимирующего эллипсоида конррефлектора и в вычислитель 105 оптимальных координат перископического зеркала, команды на начало вычислений.

8. Вычислитель 100 запрашивает измеренные оптоэлектронной системой 90 координаты подвижных щитов, вычисляет параметры аппроксимирующего параболоида и передает их в вычислитель 101 оптимальных координат подвижных щитов, вычислитель 102 поправок угла места и азимута и вычислитель 104 оптимальных координат контррефлектора, а вычислитель 103 запрашивает измеренные оптоэлектронной системой 91 координаты контррефлектора, вычисляет параметры аппроксимирующего эллипсоида и переедет их в вычислитель 104 оптимальных координат контррефлектора.

9. Вычислитель 101 запрашивает измеренные оптоэлектронной системой 90 координаты подвижных щитов, вычитает их из координат аппроксимирующего парболоида, полученных из вычислителя 100, и полученные поправки координат щитов передает в блок 22 записи весовых поправок; вычислитель 102 вычитает из вычисленных для аппроксимирующего параболоида углов места _а и азимута _а полученные от группового регулятора 40 основного зеркала значения углов _к и _к и полученные поправки углов передает в блок 22; вычислитель 104 сравнивает полученные из вычислителя 100 координаты основания и фокуса аппроксимирующего параболоида с полученными из вычислителя 103 координатами основания и фокуса аппроксимирующего эллипсоида, вычисляет такие поправки для системы 32 автоматического управления положением контрефлектора, которые приводили бы к совпадению направлений оптических осей аппроксимирующих параболоида и эллипсоида и совмещению их фокусов, и передает эти поправки в блок 22.

10. Вычислитель 104 определяет положение фокуса аппроксимирующего эллипсоида с учетом вычисленных ранее поправок и передает его координаты в вычислитель 105 оптимальных координат перископического зеркала.

11. Вычислитель 105 запрашивает измеренные оптоэлектронной системой 92 координаты перископического зеркала, сравнивает их с полученными от вычислителя 104 координатами, вычисляет такие поправки для системы 33 автоматического управления положением перископического зеркала, которые приводили бы к совмещению его центра с вычисленным вторичным фокусом аппроксимирующего эллипсоида, и передает эти поправки в блок 22.

12. Блок 22 записи весовых поправок записывает в блок памяти 23 весовых поправок все полученные из блока 20 значения поправок с указанием заданных для них углов места ₁ и азимута ₁ и сообщает блоку 17 о завершении записи первых весовых поправок.

13. После поступления из блока 22 сообщения о завершении записи блок 17 управления посылает в программный блок 25 команду на выдачу следующих заданий углов места и азимута.

14. Далее повторяются операции 2-13 до тех пор, пока не будут выбраны все N заданий углов места и азимута.

15. После выполнения всех N заданий блок 17 управления посылает оператору сообщения о завершении режима записи весовых поправок.

В режиме обучения экспертной системы по сигналам от известных мощных точечных КИР порядок работы системы автоматического наведения радиотелескопа следующий.

1. После получения из блока 98 принятия решения команды, разрешающей проведения данного режима, блок 17 управления посылает в блок 24 считывания весовых поправок команду на выборку из блока 23 памяти весовых поправок соответствующей заданным углам места и азимута поправки, а также выдает в систему 18 измерения смещений элементов конструкции зеркальной системы команды на запуск в работу ее оптоэлектронных подсистем 86-92.

2. Блок 24 передает в программный блок 25 заданные углы места и азимута , а также соответствующие им поправки положений подвижных щитов, основного зеркала, контррефлектора и перископического зеркала, который передает эти сигналы на исполнение системам 30-33 автоматического управления соответственно положением подвижных щитов, основного зеркала, контррефлектора и перископического зеркала.

3. После получения сигналов управления из блока 25 все системы 30-35 одновременно начинают их отрабатывать. При этом:

- в системе 30 групповой регулятор 36 актуаторов вырабатывает задания для каждого из контроллеров 37, которые, получив задание на перемещение, вычитают из них перемещения, полученные от датчиков 39 обратной связи положения актуаторов, по полученным разностям сигналов вырабатывают в соответствии с установленным законом управления (например, ПИД) управляющие воздействия и передают их в электросиловые приводы 38 актуаторов, которые будут перемещать актуаторы и соответственно подвижные щиты до тех пор, пока сигналы от датчиков 39 обратной связи не сравняются с сигналами задания от группового регулятора 36, в которую при достижении равенства контроллеры 39 передадут соответстующие сообщения, и после поступления соответствующих сообщений от всех контроллеров групповой регулятор 36 пошлет в блок 17 сообщение о выходе подвижны щитов на заданный КИР;

- в системе 31 отработка сигналов от блока 25 происходит так же, как описано в п.п.3-6 предыдущего алгоритма;

- в системе 32 групповой регулятор 47 контррефлектора вырабатывает задания для каждого из контроллеров 48, 51, 54, 57, 60 и 63 перемещений, которые, получив задания на перемещение, вычитают из них перемещения, полученные от соответствующих датчиков 50, 53, 56, 59, 62 и 65 обратной связи контррефлектора, по полученным разностям сигналов вырабатывают в соответствии с установленным законом управления (например, ПИД) управляющие воздействия и передают их в соответствующие электросиловые приводы 49, 52, 55, 58, 61 и 64 контррефлектора, которые будут перемещать котррефлектор до тех пор, пока сигналы от датчиков 50, 53, 56, 59, 62 и 65 не сравняются с соответствующими сигналами задания от группового регулятора 47, в которую при достижении равенства контроллеры 48, 51, 54, 57, 60 и 63 передадут соответствующие сообщения, и после поступления таких сообщений от всех контроллеров групповой регулятор 47 пошлет в блок 17 сообщение о выходе конррефлектора на заданный КИР;

- в системе 33 групповой регулятор 66 перископического зеркала вырабатывает задания для каждого из контроллеров 67, 70, 73, 76, 79 и 82 перемещений, которые, получив задания на перемещение, вычитают из них перемещения, полученные от соответствующих датчиков 69, 72, 75, 78, 81 и 84 обратной связи перископического зеркала, по полученным разностям сигналов вырабатывают в соответствии с установленным законом управления (например, ПИД) управляющие воздействия и передают их в соответствующие электросиловые приводы 68, 71, 74, 77, 80 и 83 перископического зеркала, которые будут перемещать перископическое зеркало до тех пор, пока сигналы от датчиков 69, 72, 75, 78, 81 и 84 не сравняются с соответствующими сигналами задания от группового регулятора 66, в которую при достижении равенства контроллеры 67, 70, 73, 76, 79 и 82 передадут соответствующие сообщения, и после поступления от всех контроллеров таких сообщений групповой регулятор 66 пошлет в блок 17 сообщение о выходе перископического зеркала в фокус конррефлектора, после чего блок 17 посылает в блок 21, а именно в электродинамическую модель 106 зеркальной системы, команду на начало счета, модель 106, запросив из системы 18 текущие параметры зеркальной системы (положения подвижных щитов, основного зеркала, контррефлектора и перископического зеркала), рассчитывает электромагнитное поле в зоне расположения перископического зеркала и передает их в вычислитель 107 координат максимума электромагнитной энергии, который вычисляет данные координаты и передает их в экспертную систему 12 и вычислитель 108 электродинамических ошибок, который, запросив из системы 18 текущие координаты перископического зеркала, вычисляет поправки на расположение перископического зеркала таким образом, чтобы его центр совпадал с максимумом электромагнитной энергии и передает их в блок 29 коррекции положения перископического зеркала, который в свою очередь передает корректирующий сигнал в групповой регулятор 66 системы 33, которая после получения от всех своих контроллеров сообщений об отработке коррекции пошлет в блок 17 управления сообщение о выходе перископического зеркала на заданный КИР.

4. После получения сообщения о выходе перископического зеркала на заданный КИР блок 17 управления передает в блок 20 вычисления оптимального положения элементов зеркальной системы команду на выдачу блокам 26-29 коррекции вычисленных текущих поправок.

5. Блоки 26-29 коррекции формируют соответствующие корректирующие сигналы и передают их в системы 30-33 на отработку.

6. После получения корректирующих сигналов одновременно все системы 30-33 начинают их отрабатывать так же, как в п.3 данного алгоритма.

7. После получения нового сообщения о выходе перископического зеркала на заданный КИР блок 17 управления передает оператору сообщение о возможности начала обучения экспертной системы в ручном режиме.

8. Оператор может проводить обучение экспертной системы 12 в двух режимах.

8.1. В случае, если в радиотелескопе используется матричный радиоприемник, то принятые радиоприемником 8 сигналы из зеркальной системы 2-5, записанные через компаратор 7, амплитудный детектор и блок 9 синхронной записи сигналов в блок 10 памяти сигналов, будут содержать необходимую информацию для получения изображения КИР с помощью блока 11 реконструкции изображения и поэтому оператор будет действовать по следующему алгоритму.

8.1.1. Анализируя изображение КИР на экране монитора 109 экспертной системы 12, оператор с помощью блока 110 обучения выдает в блоки 26-29 коррекции различные хранящиеся в базе 111 данных корректирующие воздействия, которые отрабатываются системами 30-33 автоматического управления положением подвижных щитов, основного зеркала, конррефлектора и перископического зеркала так же, как в п.3 данного алгоритма, и после того, как анализируемое оператором изображение КИР будет его удовлетворять (например, будет кругом заданного радиуса) обучение на заданный КИР заканчивается и при этом в базе 112 знаний фиксируются соответствующие данным корректирующим воздействиям параметры КИР, окружающей среды, поступающие в базу 111 данных из системы 19 измерения параметров окружающей среды, зеркальной системы, поступающие в базу 111 данных из системы 18 измерения смещений элементов конструкции зеркальной системы, и электромагнитного поля в зоне перископического зеркала, поступающие в базу 111 данных из блока 21 вычисления поправок координат сканирования.

8.2. В случае, если в радиотелескопе используется одиночный радиоприемник, то для того чтобы принятые радиоприемником 8 сигналы из зеркальной системы 2-5, записанные через компаратор 7, амплитудный детектор и блок 9 синхронной записи сигналов в блок 10 памяти сигналов, содержали необходимую информацию для получения изображения КИР с помощью блока 11 реконструкции изображения, необходимо провести сканирование принимаемого радиоприемником 8 сигнала с помощью перископического зеркала, и поэтому оператор будет действовать по следующему алгоритму.

8.2.1. С помощью блока 17 управления запускает в работу регулятор 34 амплитуды сканирования и генератор 35 сигналов сканирования и с помощью блока 110 обучения экспертной системы 12 передает в регулятор 34 задание на амплитуды сканирования по двум координатам А_х и А_у, а в генератор 35 - задания на соответствующие частоты сканирования f _x и f_y, причем для обеспечения частотного разделения каналов сканирования оператор устанавливает соотношение f_y=10f_x.

8.2.2. Регулятор 34, приняв от генератора 35 два гармонических сигнала и установив ампитуды сканирования, передает сигналы A _xsin(2 f_xt) и A_ysin(2 f_yt) в блок 9 синхронной записи сигналов, который записывает их в блок 10 памяти сигналов вместе с видеосигналами, полученными от амплитудного детектора 8, преобразующего сигналы, поступающие от наблюдаемого КИР через подвижные щиты 2 основного зеркала 3, конррефлектор 4, перископическое зеркало 5, радиоприемник 6 и компаратор 7. Одновременно регулятор 34 такие сигналы A _xsin(2 f_xt) и A_ysin(2 f_yt) подает в систему 33 автоматического управления положением перископического зеркала, которая их отрабатывает, обеспечивая сканирование перископического зеркала 5 по двум координатам Х и У.

8.2.3. Блок 11 реконструкции изображения выбирает из блока 10 памяти сигналов записанные видеосигналы и соответствующие им сигналы сканирования, восстанавливает изображение наблюдаемого КИР и посылает его на монитор 109 экспертной системы 12.

8.2.4. Теперь анализируя изображение КИР на экране монитора 109 экспертной системы 12, оператор с помощью блока 110 обучения так же, как описано в п.8.1.1 данного алгоритма, проводит обучение экспертной системы 12.

В режиме калибровки или записи шума вблизи исследуемого КИР порядок работы системы автоматического наведения радиотелескопа следующий.

1. После получения из блока 98 принятия решения команды, разрешающей проведение данного режима, блок 17 управления посылает в блок 24 считывания весовых поправок команду на выборку из блока 23 памяти весовых поправок соответствующих заданным углам места _к и азимута _к поправок, которые должны быть несколько меньше, чем угол места и азимута изучаемого КИР, а также выдает в систему 18 измерения смещений элементов конструкции зеркальной системы команды на запуск в работу ее оптоэлектронных подсистем 86-92.

2. Блок 24 передает в программный блок 25 заданные углы места и азимута , а также соответствующие им поправки положений подвижных щитов, основного зеркала, контррефлектора и перископического зеркала, который передает эти сигналы на исполнение системам 30-33 автоматического управления соответственно положением подвижных щитов, основного зеркала, контррефлектора и перископического зеркала.

3. После получения сигналов управления из блока 25 все системы 30-35 одновременно начинают их отрабатывать так же, как описано в п.п.3-6 предыдущего алгоритма.

4. После получения нового сообщения о выходе перископического зеркала на заданный КИР блок 17 управления передает оператору сообщение о возможности начала коррекции по изображению.

5. Если оператор принимает решение о целесообразности коррекции, то он дает команду машине 113 логического вывода экспертной системы 12 на начало работы. Машина 113 берет текущие данные из базы 111 данных, подставляет их в правила базы 112 знаний, принимает решение о величине корректирующих воздействий и сообщает их блоку 114 формирования корректирующих воздействий, который передает сформированные воздействия в блоки 26-29 коррекции, которые вырабатывают соответствующие воздействия и передают их на отработку системам 30-33 автоматического управления положением подвижных щитов, основного зеркала, контррефлектора и перископического зеркала, которые все одновременно начинают их отрабатывать так же, как в п.3 предыдущего алгоритма.

6. Если оператор принимает решение о нецелесообразности коррекции, то он, если в системе используется матричный радиоприемник 6, дает через блок 17 управления команду блоку 14 синхронной записи шума на запись шума и он записывается из амплитудного детектора 8 в блок 15 памяти шума, а если в системе используется единичный радиоприемник, то оператор дополнительно через блок 17 управления запускает регулятор 34 амплитуды сканирования и генератор 35 сигналов сканирования, которые формируют соответствующие сигналы сканирования A_xsin(2 f_xt) и A_ysin(2 f_yt). Регулятор 34 подаст эти сигналы в систему 33 автоматического управления положением перископического зеркала, которая их отрабатывает, обеспечивая сканирование перископического зеркала 5, а также в блок 14 синхронной записи шума, который записывает их в блок 15 памяти шума вместе с принимаемым от амплитудного детектора 8 шумом, обеспечивая тем самым в режиме слежения за КИР возможность синхронного считывания из блока 15 памяти записанного ранее шума для вычитания его в компараторе 7 из смеси сигнал/шум.

В режиме наведения на исследуемый КИР порядок работы системы автоматического наведения радиотелескопа следующий.

1. После получения из блока 98 принятия решения команды, разрешающей проведения данного режима, блок 17 управления посылает в блок 24 считывания весовых поправок команду на выборку из блока 23 памяти весовых поправок соответствующей заданным углам места и азимута поправки, а также выдает в систему 18 измерения смещений элементов конструкции зеркальной системы команды на запуск в работу ее оптоэлектронных подсистем 86-92.

2. Далее действия такие же, как в п.п.2-6 процесса обучения.

3. После получения нового сообщения о выходе перископического зеркала на заданный КИР блок 17 управления передает оператору сообщение о возможности начала режима слежения за исследуемым КИР.

В режиме слежения за исследуемым КИР порядок работы системы автоматического наведения радиотелескопа следующий.

1. После получения из блока 98 принятия решения команды, разрешающей проведение данного режима, блок 17 управления посылает в блок 24 считывания весовых поправок команду на выборку из блока 23 памяти весовых поправок соответствующих текущим значениям углов места и азимута исследуемого КИР поправок, которые передаются в программный блок 25, где по команде из блока 17 управления они прибавляются к текущим значениям углов места и азимута исследуемого КИР и по полученным значениям формируются сигналы управления, подаваемые в системы 30-33 автоматического управления положением подвижных щитов, основного зеркала, контррефлектора и перископического зеркала.

2. Одновременно с подачей сигналов управления в блоки 24 и 25 блок 17 управления посылает сигналы управления в систему 18 измерения смещений элементов конструкции зеркальной системы, блок 20 вычисления оптимального положения элементов зеркальной системы и блок 21 вычисления поправок координат сканирования.

3. Блок 20 вычисляет поправки так же, как описано в п.п.8-11 алгоритма режима записи весовых поправок, только передает их не в блок 22 записи весовых поправок, а в блоки 26-29 коррекции положения подвижных щитов, основного зеркала, контррефлектора и перископического зеркала.

4. Блок 21 вычисляет дополнительную поправку для перископического зеркала, соответствующую выходу на максимум электромагнитной энергии, так же, как это описано в п.3 алгоритма обучения экспертной системы, и передает ее в блок 29 коррекции положения перископического зеркала.

5. По решению оператора в блоки 26-29 могут быть переданы еще дополнительные поправки по изображению из экспертной системы 12, которые формируются так же, как описано в п.5 алгоритма режима калибровки.

6. Блоки 26-29 суммируют полученные поправки и формируют сигналы управления, подаваемые в системы 30-33 автоматического управления положением подвижных щитов, основного зеркала, контррефлектора и перископического зеркала.

7. Системы 30-33 все одновременно отрабатывают получаемые управляющие сигналы так же, как описано в п.3 алгоритма обучения, и тем самым обеспечивают слежение зеркальной системы за исследуемым КИР.

8. Электромагнитное излучение от исследуемого КИР 1, отражаясь от подвижных щитов 2 основного зеркала 3, конррефлектора 4 и перископического зеркала 5, попадает в радиоприемник 6, который преобразует его в электрический сигнал, поступающий в компаратор 7, где из него вычитается сигнал шума, считываемый блоком 16 из блока 15 памяти шума. Сигнал с выхода компаратора 7 подается в амплитудный детектор 8, который формирует видеосигнал, записываемый в блок 10 памяти сигналов с помощью блока 9 синхронной записи сигналов. Блок 11 реконструкции изображения по сигналам из блока 10 памяти может восстанавливать изображение исследуемого КИР и выдавать его на экран монитора 109 экспертной системы 12.

В режиме сканирования в зоне исследуемого КИР порядок работы системы автоматического наведения радиотелескопа отличается от предыдущего тем, что блок 17 управления дополнительно включает регулятор 34 амплитуды сканирования и генератор 35 сигналов сканирования, которые формируют сигналы сканирования А_х sin(2 f_xt) и A_ysin(2 f_yt), подаваемые в систему 33, обеспечивающую сканирование перископического зеркала 5, в блок 16, обеспечивающий синхронное считывание из блока 15 памяти шума для вычитания его из принимаемого сигнала в компараторе 7, а также в блок 9 для синхронной записи сигналов от КИР вместе с сигналами сканирования в блок памяти 10 для того, чтобы обеспечить возможность блоку 11 осуществлять реконструкцию изображения исследуемого КИР.

В режиме поиска неизвестных КИР в заданной зоне порядок работы системы автоматического наведения радиотелескопа следующий

1. Вначале осуществляется выход зеркальной системы в зону, заданную углами места и азимута , так же, как описано в алгоритме режима наведения на исследуемый КИР.

2. Затем осуществляется режим сканирования перископического зеркала в этой зоне с заданными амплитудами, так же, как описано в алгоритме режима сканирования в зоне исследуемого КИР.

3. Оператор может, наблюдая на экране монитора 109 экспертной системы 12 реконструируемые блоком 11 изображения, принимать решения об обнаружении в исследуемой зоне неизвестного ранее КИР.

Переход системы автоматического наведения радиотелескопа в режим приведения основного зеркала в заштыривание может осуществляться по решению оператора после окончания любого из вышеописанных режимов либо по решению системы 19, осуществляющей мониторинг окружающей среды, если какой-либо параметр окружающей среды выйдет за допустимые пределы и блок 98 пошлет в блок 17 управления команду на запрет текущего режима работы.

В режиме приведения основного зеркала в заштыривание порядок работы системы автоматического наведения радиотелескопа следующий.

1. После прихода команды оператора или запрета блок 17 управления посылает в программный блок 25 команду на выдачу заданных углов места и азимута , соответствующих заштыриванию основного зеркала.

2. Далее следует та же последовательность действий, как в п.п.2-5 алгоритма работы системы в режиме записи весовых поправок.

3. После того, как напряжения u , u станут равными нулю, групповой регулятор 40 сообщает блоку 17 управления о возможности проведения заштыривания основного зеркала.

Работу радиотелескопа (РТ) можно рассматривать как работу устройства для регистрации интенсивности потока электромагнитных (ЭМ) волн удаленных точечных и протяженных КИР.

В проекционной плоскости (ПП), на которую посредством зеркальной системы (ЗС) проецируется наблюдаемый объект (плоскость апертуры облучателя), распределение интенсивности принимаемого ЭМ излучения может быть отождествлено с распределением интенсивности светового потока и с соответствующим ему некоторым условным зрительным образом.

Из-за больших расстояний от Земли до КИР фронт приходящей волны можно считать плоским, и для получения в первом приближении оценок электродинамических показателей ЗС можно использовать соотношения геометрической оптики.

В идеальном случае ЭМ излучение, попавшее в апертуру основного зеркала, ЗС должна собрать в точку (фокус или фазовый центр). При угловом отклонении оси ЗС от направления на КИР фазовый центр будет смещаться из первоначального положения пропорционально этому угловому отклонению. Аналогично смещается изображение какого-либо объекта в кадре фотокамеры при отклонении оси объектива от направления на объект.

Однако вследствие волновых свойств ЭМ излучения даже в идеальной ЗС (т.е. безаберрационной) поток ЭМ излучения от точечного КИР не собирается в точку, а распределяется в соответствии с диаграммой направленности антенны (ДНА). Возникает вопрос, как отличить два КИР, расположенные рядом в угловом измерении? Теория электродинамики позволяет вычислить наименьшее расстояние, разрешаемое системой, если известно при каких распределениях интенсивности приемник воспринимает ДНА раздельно. Согласно Рэлею в оптическом диапазоне изображения двух точек одинаковой яркости еще можно видеть раздельно, если центр дифракционного пятна каждого из них пересекается с краем 1-го темного кольца другого.

Для миллиметрового диапазона по аналогии с определением Рэлея будем считать, что два КИР одинаковой светимости еще можно "видеть" раздельно, если центр ДНА каждого из них пересекается с краем первого бокового лепестка другого.

Способность ЗС отличать ДНА двух близких друг к другу КИР называется разрешающей способностью (разрешающей силой) ЗС РТ. Наименьшее угловое расстояние между двумя КИР, начиная с которого их ДНА сливаются, называется угловым пределом разрешения. Обратная ему величина обычно служит количественной мерой разрешающей способности (PC).

РТ подобно глазу «видит» не отдельный источник, а целую «картину». При неподвижном облучателе на него попадает перемещающийся фрагмент изображения участка неба, а не отдельного источника излучения. В апертуре облучателя необходимо осуществлять селекцию отдельных источников или записывать отдельные кадры изображения с использованием соответствующей аппаратуры.

В зависимости от геометрических характеристик ЗС для заданной длины волны могут быть рассчитаны угол зрения радиотелескопа и соответствующее ему поле зрения, а также ширина ДНА для точечного приемника. Расчеты, проведенные в соответствии с методом геометрической оптики для РТ с диаметром зеркала 70 метров при длине волны =1 мм, дают:

- угол зрения равен 600'';

- поле зрения п равно 900 мм.

При учете волновых свойств ЭМ излучения ширина ДНА для точечного приемника по половинной мощности _0.5 равна 3''.

Если в соответствии с приведенными параметрами в плоскости апертуры приемника поместить матрицу, подобную ПЗС, диаметром 900 мм, то на матрице можно было бы разместить 16530 пикселей диаметром 7.02 мм и телескоп "увидил" бы участок неба в 600'' с разрешением =3''. При этом разрешающая способность РТ по угловым координатам PC=1/ =0.33 [1/угл.с], а в линейном измерении в плоскости ПП _п=7.02 мм, РС_п =1/ _п=0.14 [1/мм].

Применяя фрактальные методы обработки изображений и сглаживания, интенсивность радиоизлучения этого участка неба в апертуре приемника можно было бы представить в виде рельефа трехмерной поверхности, что по терминологии, взятой из оптической астрономии, соответствует блеску источников (звезд, галактик, межзвездного вещества, реликтового излучения).

ДНА характеризует угловое разрешение лишь для точечного приемника, которое определяется точностью наведения ЗС на КИР и составляет в предельном случае 0.1 _0.5=0.3''. Для мозаичного приемника угловое разрешение может быть увеличено до 0.01'', все зависит от того, как выполнен приемник, как проведена запись изображения, как построена процедура фильтрации и распознавания изображения, а также от метода исключения влияния деформаций ЗС.

Создание мозаичного приемника в оптическом, инфракрасном и рентгеновском диапазонах можно считать осуществленным. Создание же мозаичного приемника в миллиметровом диапазоне носит экспериментальный характер, но в настоящее время уже имеются некоторые результаты по созданию и апробации матричных приемников с болометрами в качестве чувствительных элементов. Запись сигнала с приемника миллиметрового диапазона и последующее ее преобразование в оптический диапазон позволят применить все существующие средства и методы распознавания оптических изображений применительно к этому диапазону.

Из-за ошибок наведения и деформаций ЗС истинное распределение интенсивности принимаемого радиосигнала будет искажено. Для его восстановления необходимо помимо принимаемого сигнала записывать ошибки наведения и деформации ЗС с измерительной системы радиотелескопа. Затем по специальной процедуре внести коррекцию в кадры изображения.

Процедура учета деформаций ЗС предполагает наличие электродинамической модели ЗС.

Применение одиночного приемника с площадью апертуры, большей, чем площадь главного интерференционного кольца в раскрыве облучателя, приведет к тому, что в приемник могут попасть излучения от нескольких источников, что сильно затруднит их идентификацию. С другой стороны, уменьшение площади апертуры облучателя приведет к чрезвычайно жестким требованиям к точности наведения (ошибка наведения для длины волны в 1 мм не должна превышать 0.3''), что является проблематичным при создании следящих приводов и измерительной системы. Причем из-за низкого уровня мощности принимаемых сигналов для их идентификации на фоне шума требуется длительная экспозиция наблюдаемых КИР.

В РТ миллиметрового диапазона предлагается реализация длиннофокусной ЗС, которая представляет собой систему из трех зеркал - ОЗ, КР и ПЗ (фиг.11). Отражающая параболическая поверхность основного зеркала выполняется перестраиваемой (адаптивной) с помощью составляющих ее ПЩ. Отражающая поверхность ОЗ имеет форму эллипсоида. Плоское перископическое зеркало с радиоприемником подвижно и имеет 6 степеней свободы. Перемещение ПЗ в пространстве осуществляется посредством 6 линейных приводов. Задачей приводов является непрерывное совмещение в пространстве центра ПЗ с фокусом КР, а также сканирование ПЗ по двум координатам.

Для компенсации деформаций ЗС перемещение КР в пространстве осуществляется посредством 6 линейных приводов. Задачей приводов является непрерывное совмещение в пространстве фокуса и фокальной оси КР с фокусом и фокальной осью ОЗ.

Из-за большой инерционности приводов ОЗ и КР компенсация текущих деформаций ЗС при наведении будет не полной. Это приводит к искажению ЭМ поля в плоскости раскрыва приемника (ПП). Дополнительные искажения происходят за счет деформаций поверхностей ОЗ и КР, вызываемых гравитационными, тепловыми и ветровыми возмущениями. Всю картину влияния деформаций ЗС на поле в апертуре облучателя можно представить коэффициентом усиления ЗС (КЗС). В системе координат, связанной с апертурой облучателя, КЗС представляется некоторой гладкой поверхностью произвольной формы и может быть вычислена как функция от деформаций с помощью электродинамической модели. КЗС записывается в память и используется при реконструкции распределения интенсивности ЭМ поля, которое мы условно назовем изображением. Значения КЗС на протяжении всего времени приема могут быть выявлены на основе данных с измерительной системы и блоков вычисления оптимального положения элементов зеркальной системы и вычисления поправок координат сканирования. По существу КЗС ЗС представляет собой маску для принятого и записанного в память изображения наблюдаемого участка неба. Учет маски повышает достоверность реконструкции изображения.

Регистрация изображений возможна либо с применением распределенных приемных устройств - мозаичных приемников, либо с использованием сканирования изображения на одиночный радиоприемник.

Применение мозаичных приемников для больших наземных радиотелескопов миллиметрового диапазона дает возможность записывать сигнал без потерь подобно видеозаписи, выбирать необходимые фрагменты и применять к ним современные методы фильтрации и реконструкции с разрешением, существенно превышающим разрешение для точечного приемника.

Но так как физическая реализация мозаичных приемников миллиметрового диапазона с требуемой разрешающей способностью до сих пор проблематична, в предлагаемом устройстве для получения изображений может использоваться сканирование участков изображения одним из элементов ЗС. В качестве такого элемента целесообразно выбрать ПЗ, так оно обладает наименьшими из всех элементов ЗС размерами и весом. В этом случае используется одиночный приемник с площадью апертуры, равной линейному разрешению _п (в рассматриваемом случае _п=7.02 мм). Сигнал с приемника, модулированный сканирующим движением ПЗ, вместе с сигналами модуляции из регулятора амплитуды сканирования и коррекции из блока вычисления поправок координат сканирования записывается в память регистрирующего устройства. Затем в процессе обработки записи может осуществляться строчная и кадровая развертки изображения с коррекцией.

ПЗ имеет шесть приводов наведения, перемещающих его по двум угловым , и трем линейным х, у, z координатам. На этапе проектирования расчетным и экспериментальным путями определяются оптимальные положения ПЗ при различных сочетаниях ошибок наведения и деформаций ЗС. Эти данные записываются в блок памяти весовых поправок и используются в процессе наведения ПЗ для формирования задающих сигналов на приводы ПЗ на основании текущих значений датчиков измерительной системы вектора состояния РТ.

Чтобы эффективно компенсировать влияния деформаций необходимо использовать высокоточные измерительные системы (ИС) и высокоточную систему управления (ВСУ). Применительно к опорно-поворотному устройству (ОПУ) РТ принята следующая концепция построения ИС и ВСУ.

По измеренным полям деформаций отражающих поверхностей ОЗ и КР блок вычисления оптимального положения элементов зеркальной системы вычисляет параметры аппроксимирующего параболоида (АП) основного зеркала и эллипсоида (АЭ) контррефлектора. Вычисляются координаты вершин и фокусов ОЗ и КР. Также определяются ошибки фокусировки элементов ЗС и выдаются на отработку приводам ОЗ и КР. Используя ошибки фокусировки, рассчитываются оптимальные углы ориентации и координаты положения ПЗ и выдаются на отработку приводам ПЗ. Для ОЗ вычисляется поле отклонений поверхности ОЗ от АП, по которому формируются управляющие воздействия для приводов актуаторов, перемещающих подвижные щиты (фацеты) ОЗ, чтобы ликвидировать эти отклонения.

Анализ способов регистрации электромагнитного излучения (ЭМИ) космических источников в миллиметровом диапазоне волн посредством РТ показал, что одним из эффективных способов является преобразование поля ЭМИ в тепловое поле с последующим его считыванием и обработкой. Чувствительными преобразовательными элементами в этом случае служат болометры. После преобразования сигнала чувствительного элемента в заряд или электрический ток работа приемника ничем не отличается от преобразователей видимого излучения. В случае использования в РТ сканирующего элемента ее можно уподобить тепловизору - устройству, предназначенному для наблюдения нагретых объектов по их тепловому излучению. Изменение интенсивности ЭМ потока с последующим преобразованием в тепловое поле в определенной мере соответствует деталям визуально наблюдаемой картины. Поэтому реконструируемые по сигналам приемника изображения в основном отвечают представлениям о форме и размерах наблюдаемых объектов.

Современная техника обработки изображений дает возможность выделять из всей картины изображения отдельные фрагменты и отслеживать их электронными средствами с высокой точностью, а также адаптироваться к дрожанию и расфокусировке наблюдаемого фрагмента при его реконструкции.

Для осуществления указанной адаптации в предлагаемом устройстве предлагается использовать экспертную систему коррекции зеркальной системы, настройка и верификации которой могут осуществляться путем наведения РТ на эталонные точечные КИР высокой мощности излучения в миллиметровом диапазоне, расположенные на различных углах места и азимута. При этом, если в поле зрения окажется один точечный источник излучения, то могут быть следующие основные характерные варианты получаемых после обработки принятого сигнала изображений.

При идеальном пространственном положении ПЩ, КР и ПЗ в приемник попадает все излучение от ПЩ и поэтому будет образовываться мнимое изображение в виде круга. В противном случае будет получаться некоторая другая не выпуклая фигура (фиг.12). При использовании метода распознавания изображений (МРИ) для целей управления экспертная система коррекции зеркальной системы (ЭС КЗС) сравнивает эту фигуру с требуемой идеальной и определяет сигналы коррекции, подаваемые на вход системы автоматического управления положением (САУП) подвижных щитов для обеспечения требуемого перемещения ПЩ до сведения рассогласования измеряемой и идеальной фигур до минимально возможной величины.

При идеальном пространственном положении ПЩ, соответствующем параболоиду, но при не согласованном положении оптических осей ОЗ, КР и ПЗ на мишень могут попадать не все излучение (большое рассогласование) и/или образующаяся фигура будет отличаться от круга и/или будет располагаться не в центре мишени (фиг.13). При использовании МРИ для целей управления анализ подобных фигур и сравнение их с хранящимися в памяти эталонами позволяют ЭС КЗС определять сигналы коррекции, которые могут по команде оператора или экспертной системы, заменяющей оператора, подаваться в соответствующие САУП ОЗ, КР и ПЗ для коррекции их оптических осей.

При идеальном пространственном положении ПЩ, согласованном положении оптических осей ОЗ, КР и ПЗ и не оптимальном расстоянии между КР и ПЗ на мишени будет круг большего или меньшего диаметра (фиг.14). Последняя информация при использовании МРИ для целей управления позволяет ЭС КЗС вычислять корректирующие сигналы, подаваемые по команде оператора или экспертной системы, заменяющей оператора, в САУП ПЗ для линейного перемещения ПЗ в положение, обеспечивающее максимум принимаемого радиоизлучения.

Кроме того, синтезируемое изображение можно посылать на экран монитора оператора, что в принципе позволит оператору судить о текущей эффективности радиотелескопа и при необходимости вмешиваться в процесс управления, вплоть до перехода на ручной режим управления.

Запись шума в блок памяти шума при сканировании перископического зеркала вблизи объекта наведения, а затем его синхронное вычитание из принимаемого сигнала при сканировании объекта наведения позволяют увеличить соотношение сигнал/шум и тем самым повысить разрешающую способность РТ.

При обнаружении удаленных космических объектов в миллиметровом диапазоне РТ может "видить" не один точечный объект, а целую картину объектов. Если использовать точечный приемник с малой площадью апертуры, то проблемы с точностью наведения не позволят обеспечить длительную экспозицию одного источника. Если использовать точечный приемник с большой площадью апертуры и не принять специальных мер, то на выходе приемника образуется неразделимая смесь сигналов от разных КИР. Указанное противоречие разрешимо, если использовать сканирующий элемент ЗС, позволяющий последовательно записывать сигналы с определенных участков неба с последующей реконструкцией изображения. При таком способе приема сигналов нет необходимости требовать от приводов наведения точности, соизмеримой с шириной ДНА. Требования к приводам наведения по точности могут быть существенно снижены, а разрешающая способность РТ повышена.

Таким образом, предложенная система автоматического наведения радиотелескопа обеспечивает функционирование радиотелескопа во всех режимах при значительном увеличении разрешающей способности и точности наведения.

Использованная литература

1. Теория следящих систем. / Под ред. X.Джеймса, Н.Никольса и Р.Филипса. М., «Сов. Радио», 1953, с.257.

2. Авторское свидетельство СССР №1108884, кл. G01S 13/66, 13/02, 1982.