Прибор ориентации на Землю
ПОЗ предназначен для ориентации КА на орбите относительно местной вертикали, работает в инфракрасном диапазоне длин волн (диапазон излучения Земли ).
Основной принцип работы - измерение углов между связанной системой координат (ССК) КА и направлениями на край диска планеты в различных точках горизонта.
Принципы построения и состав ПОЗ определяется, в основном, методом индикации горизонта (линейное или круговое сканирование горизонта, по отражённой солнечной радиации, сравнение освещённости).
Метод линейного сканирования базируется на перемещение мгновенного поля зрения оптической системы в 2-х взаимно перпендикулярных плоскостях. Фиксация линии горизонта происходит по изменению сигнала в фотоприёмном устройстве (ФПУ). Если известно положение оптической оси в ССК, то известно и положение плоскости, в которой находится вертикаль в ССК. Аналогично определяется положение второй плоскости. Пересечение плоскостей – местная вертикаль. Точность определяется точностью определения границы между поверхностью и пространством.
Метод кругового сканирования заключается в следующем. Прибор включает две сканирующие системы (с узким лучом). Системы одновременно осуществляют круговые сканирования пространства во взаимно перпендикулярных плоскостях с постоянной угловой скоростью (см. рисунок). Корпус КА и плоскости имеют «жесткую» связь. Пересечение плоскости есть положение оси измерения.
Состав ПОЗ с круговым сканером.
-объектив;
-ФПУ;
-усилитель каналов с формирователем импульсов;
-электронный блок с опорной частотой;
-устройство сравнения.
ПОЗ с нелинейным сканированием. Использует один приемник излучения. В процессе сканирования траектория получается в виде развертки линии горизонта (синусоиды, гипоциклоиды, лепесткового типа и др.). Выбираемые в момент сканирования сигналы, характеризуют отклонение оси Y(ССК), а эта ось является оптической осью прибора, от вертикали. Оценка – по длительности сигналов и характеру их распределения по времени.
ПОЗ, работающий по принципу баланса освещенности. Прибор сравнивает освещенность участков (на рисунке точки М и N) горизонта. В состав прибора входят две пары датчиков, визирующие диаметрально противоположные и взаимно перпендикулярные направления. Достоинство прибора - отсутствие подвижных частей.
Рассмотренные варианты применимы в случае, когда планета - полностью освещенный диск (на теневой стороне невозможно). Если планета в виде серпа, то применяется ПОЗ с радиальным сканированием. Сущность сканирования - три плоскости сканирования развернуты относительно друг друга на угол ³45°. На выходе прибора получаем три сигнала, а по их временному положению определяется местная вертикаль.
При проектировании СОиС необходимо знать принцип работы, устройство и применяемый метод сканирования: для обеспечения требуемых значений полей зрения и углов и скоростей сканирования.
Основные погрешности связаны с:
-влиянием не сферичности планеты и неровностью ее поверхности (а при наличии атмосферы – её рефракцией);
-нестационарностью теплового излучения;
-отклонение высоты полета от расчетной.
Одним из вариантов исполнения ПОЗ (разработки НПО “Полет”) следующий. Датчик горизонта представляет собой двухкоординатный прибор с двумя оптическими сборками типа Model 13-477 фирмы EDO Corporation (США). На каждой сборке под углом друг к другу установлено по два оптических блока, так чтобы после установки сборок на КА и его выводе на орбиту измерительные оси оптических блоков касались края Земли.
Для орбит КА с различными диапазонами больших и малых высот в организации ФГУП НПП “Геофизика - Космос” находятся на этапе отработки три типа ПОЗ с механическим сканированием: 342К, 343К и 336К. Основные технические характеристики ПОЗ, а также характеристики прибора 256К, разработанного ранее, приведены в таблице.
| Тип прибора | Диапазон высот, км | Пред. погрешность, угл.мин | Масса, кг | Потребляемая мощность, Вт | Число измеряем. координат |
| 342К | 10000-40000 | 3,0 … 3,6 в зависимости от высоты | 1,6 | 6,5 | |
| 343К | 3,0 | 1,6 | 6,5 | ||
| 336К | 180-1500 | 5,0 | 2,4 | 6,5 | |
| 256 К3 | 180-40000 | 6,2 | 6,5 |
Все ПОЗ, представленные в таблице, являются двухкоординатными с ресурсом от 10 до 15 лет и работают в ИК - диапазоне (14…16 мкм).
Основные характеристики одного из датчиков горизонта зарубежного производства приведены в таблице.
| Параметр | Servo-MiDES SSTL I/F |
| Тип | Двухкоординатный |
| Количество | 1 датчик по каждой оси |
| Поле обзора, град | +/-5,5 |
Точность (  ), град.
| 0,06 |
| Мощность, Вт | 2,8 |