球载观测目标自动跟踪装置制造方法及图纸

在高空科学探测气球上使用的球载天文观测目标自动跟踪装置，球载控制计算机联结探测器的驱动装置，特征是设有ＧＰＳ数据接收机，接收机的输出接控制计算机。探测器的驱动装置包括作探测器方位控制的气球姿态控制装置和作探测器俯仰控制的仰角控制装置。由于采用定位精度较高的ＧＰＳ数据，本装置能及时、准确地修正风向、风速等干扰，脱离对地面雷达的依赖，以自主工作模式实现对观测目标的闭环自动跟踪。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

Automatic tracking device for ball borne observation target

Automatic tracking device in high altitude scientific balloons use balloon borne astronomical observation target, the ball load drive device to control a computer connected to the detector, feature is a GPS data receiver, the receiver output is connected with the control computer. The driving device of the detector includes a balloon attitude control device for detecting the azimuth of the detector, and an elevation control device for the pitch control of the detector. Because the GPS data with high positioning accuracy, the device can timely and accurately correct the wind direction and wind speed disturbance, away from dependence on ground radar, to achieve closed-loop automatic working mode of the target automatic tracking.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种装载到高空科学探测气球上使用的球载观测目标自动跟踪装置。在空间天文及高能物理的研究工作中，高空科学气球是一种具有优势的新工具。将天文望远镜等天文观测仪器装载到高空科学气球上，升到30-40公里的高空进行观测，由于没有大气吸收和干扰，能获得远远高于地面观测的效果。与人造卫星、宇宙飞船相比，其成本要低很多；研制周期也短得多。所以高空科学气球在γ射线、远红外、远紫外等天文现测研究中，以及气象、广播、通讯及军事领域都有广泛的用途。由于天体信息较弱，天文望远镜等探测器必需长时间精确跟踪目标才能得到有效信息。而气球飘浮在大气中，其地理位置与高度在不断改变，这一改变还不断地受到各种气流及气温变化的影响，是一个复杂的变数。球载探测器随着气球不断变换位置，同时要始终精确地跟踪目标，这对研制自动跟踪装置提出了十分严格的技术要求。在现有技术中，跟踪装置是由球载控制计算机联结驱动装置来操纵探测器(例如天文望远镜)。按定位方式的不同，分为两种自动跟踪装置，一是程控跟踪装置它将气球飞行路线与基本气象参数输入微机，由微机计算出探测器跟踪目标所需要的修正量；另一种是由地面雷达对气球作跟踪定位，再将雷达测得的数据传输给气球，球载控制计算机以此作为跟踪目标的依据。第一种装置无法及时考虑千变万化的气流方向、气流流速以及气温等因素，不易对大气的干扰进行准确修正，其算法也很复杂，长时间飞行的定位精度无法达到实际观测的要求。雷达定位系统的装置复杂庞大，对地面支持系统的依赖性强，无法实现气球的自主工作模式。同时，因变量繁多，算法复杂，在实际应用中，计算机工作的可靠性会下降。针对现有技术的缺陷，本技术将提供一种全新的目标跟踪装置，它应能及时、准确地修正风向、风速等变化带来的干扰，并脱离对地面雷达的依赖，以气球的自主工作模式实现对观测目标的闭环自动跟踪。同时该方案应能减化计算机的计算，并以比较轻巧的装置实现较高的跟踪精度。为了完成上述任务，本技术采用以GPS(人造地球卫星定位系统)定位数据为基础的计算机定位装置，其方案为与现有技术相同，球载控制计算机联结探测器的驱动装置，其特征是设有GPS数据接收机，该接收机的输出接控制计算机。这里所说的“GPS数据接收机”可使用现有的飞机、船舶或汽车所使用的GPS定位系统中的接收机，也可以是为高空气球设计的专用GPS接收机；所说的“探测器”包括天文、气象、广播、通讯、军事等领域使用的高空气球探测器，较常使用的是各种天文望远镜；所说的“控制计算机”采用能够抗高空恶劣工作环境的专用单片机或单板机；所说的“探测器的驱动装置”可以包括作探测器方位控制的气球姿态控制装置和作探测器俯仰控制的仰角控制装置。作探测器方位控制的气球姿态控制装置可以采用现有的高空气球姿态控制系统；作探测器俯仰控制的仰角控制装置可以采用现有的天文望远镜俯仰控制装置。在姿态控制装置中还接有一个地磁敏感器，以提供方位0点。由于GPS系统已在全球开通使用，在球载控制装置中增设GPS接收机十分简便，而采用了定位精度较高的GPS数据为气球定位依据，能及时、准确地修正风向、风速等变化带来的干扰，并脱离对地面雷达的依赖，以气球的自主工作模式实现对观测目标的闭环自动跟踪。该方案比雷达定位装置重量大幅度减轻，比程控定位装置精度高得多，同时还减化了算法，是高空气球球载探测器目标跟踪的理想装备。现结合附图与实施例作进一步说明。附图说明图1为本技术结构示意图；图2为实施例1结构示意图；图3、图4为使用效果实测曲线。实施例1，天文望远镜目标跟踪装置，参照图1、图2本装置由球载控制计算机、姿态稳定装置和GPS接收机组成，是一个自主工作的闭环控制装置，所有球上数据经8PSK调制后由数传台发回地面。其中球载计算机是按IEEE-961标准设计的模块化SJO系统，由80C196CPU主板，数字I/O驱动器组成。算法软件是由PLM96高级语言编制，采用浮点运算，求出要求的望远镜方位角A和仰角2，并给出修正量ΔA,Δ2，通过驱动器，以每步0.1°修正望远镜指向。反捻式姿态稳定装置稳定吊篮，为望远镜提供一个稳定工作平台，并由地磁敏感器建立指向基准，正北为0点0°，顺时针0～360°。方位A的变化通过反捻式姿态稳定装置转动整个吊篮实现，而仰角直接由电机驱动，使望远镜稳定跟踪目标。GPS接收机选用了Rockwell公司产品，由它提供实时地理经纬度和时间(γ、ψ、T)。定位数据每秒更新一次，采用C/A码，定位精度≤30m，时标准确度为1000PS。定位误差相当于A、2的角秒级。望远镜指向系统建立在地平坐标上，天体的位置由赤道坐标表示，计算机从GPS读入当前实时位置后，即计算方位A、仰角2，再按以下公式计算，调整望远镜对准目标。cos2=sinψ+cosψcosδcos(S-α) ①sin2sinA=cosδsin(S-α)②sin2cosA=sinδcosψ+sinψcosδcos(S-α)③S=S0+(1+μ)(T-8)+λ④式中α,δ为要观测天体的赤经、赤纬，λ、ψ、T为GPS给出的气球地理经纬度和北京时间，S是地方恒星时，与观测时间及T、λ有关。S0是世界时Oh的恒星时，λ=1/365.2422。在气球起飞之前，先使用本装置跟踪太阳，以完成天文观测的零点校正。本装置的跟踪效果，参照图3、图4；图中虚线是理论跟踪轨迹，粗线是实际跟踪值。两者符合很好，达到最佳跟踪精度。权利要求1.一种球载观测目标自动跟踪装置，球载控制计算机联结探测器的驱动装置，其特征是设有GPS数据接收机，该接收机的输出接控制计算机。2.按照权利要求1所述的球载观测目标自动跟踪装置，其特征是所说的探测器的驱动装置包括作探测器方位控制的气球姿态控制装置和作探测器俯仰控制的仰角控制装置，其中姿态控制装置中接有一个地磁敏感器。3.按照权利要求1或2所述的球载观测目标自动跟踪装置，其特征是所说的姿态控制装置是用来稳定或转动吊篮方位角的反捻式姿态稳定装置。专利摘要在高空科学探测气球上使用的球载天文观测目标自动跟踪装置,球载控制计算机联结探测器的驱动装置,特征是设有GPS数据接收机,接收机的输出接控制计算机。探测器的驱动装置包括作探测器方位控制的气球姿态控制装置和作探测器俯仰控制的仰角控制装置。由于采用定位精度较高的GPS数据,本装置能及时、准确地修正风向、风速等干扰,脱离对地面雷达的依赖,以自主工作模式实现对观测目标的闭环自动跟踪。文档编号G05D1/00GK2348417SQ98242508公开日1999年11月10日 申请日期1998年10月28日 优先权日1998年10月28日专利技术者李小青 申请人:中国科学院紫金山天文台本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种球载观测目标自动跟踪装置，球载控制计算机联结探测器的驱动装置，其特征是：设有ＧＰＳ数据接收机，该接收机的输出接控制计算机。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李小青，
申请(专利权)人：中国科学院紫金山天文台，
类型：实用新型
国别省市：32[中国|江苏]