Приборы звездной ориентации БОКЗ – Блок определения координат звезд – предназначены для автономного определения углового положения КА в инерциальном пространстве по изображениям произвольных участков небесной сферы в реальном масштабе времени.
Основными элементами приборов БОКЗ являются цифровое съёмочное устройство, основанное на фоточувствительной матрице, мощный сигнальный процессор и источник вторичного электропитания.
В последнее десятилетие приборы звездной ориентации БОКЗ получили широкое распространение. В ИКИ РАН создан ряд модификаций приборов, отличающихся элементной базой и техническими характеристиками.
Объектив и фоточувствительная матрица определяют основные параметры съёмочного устройства и технические характеристики прибора звездной ориентации в целом.
Для одной фоточувствительной матрицы целесообразно рассматривать пару объективов, позволяющих создать приборы с широким и узким полем зрения. Увеличение фокусного расстояния объектива (при неизменной фоточувствительной матрице) приводит к уменьшению поля зрения, увеличению угловой разрешающей способности и точности определения параметров ориентации за счет снижения диапазона угловых скоростей.
Увеличение формата фоточувствительной матрицы (при сохранении поля зрения) позволяет увеличить все характеристики прибора (разрешающую способность, точность измерений, диапазон угловых скоростей, частоту обновления информации) за счет увеличения габаритов и массы прибора. Целесообразно иметь компактный легкий прибор (на маленькой матрице) с ограниченными техническими характеристиками, и более тяжелый и габаритный прибор (на большой матрице) с высокими техническими характеристиками.
Построение приборов на базе современных КМОП-матриц с маленьким размером пикселя позволяет увеличить точность определения параметров ориентации и помехозащищенность к паразитной засветке. Наличие у КМОП-матриц электронного затвора в совокупности с низким собственным шумом позволяет использовать светосильные объективы и уменьшить время экспозиции, обеспечивая сохранение диапазона угловых скоростей даже при высоком угловом разрешении и высокую частоту обновления информации. Использование современных КМОП-матриц позволяет минимизировать аналоговую электронику и построить прибор в более компактном исполнении. В ИКИ РАН созданы приборы на базе отечественных ПЗС-матриц с размером пикселя 16 мкм и на базе современных КМОП-матриц с размером пикселя 5,5 мкм и 6,4 мкм, и низким уровнем шума.
Кроме того, в ИКИ РАН создан и развивается прибор МикроБОКЗ для КА малых размерностей. Существенное сокращение массы и габаритов в приборе достигается за счет исключения из него модуля вторичного источника питания и интерфейса МКО, а весь прибор основан на двух высокоинтегрированных микросхемах.
В приведенной таблице схематически показана взаимосвязь применяемых принципиальных конструктивных решений существующих модификаций приборов БОКЗ и ключевых технических характеристик, определяющих их применение на космических аппаратах различного целевого назначения.
Существующие образцы на ПЗС с длительной лётной квалификацией
|
 |
ПЗС
Лев-3, Лев-4
Размер: 512x512 (8x8 мм)
Пиксель: 16x16 мкм
Шум: 25 электрон |
|
 |
ПЗС
Сфера-1000, Сфера-4000
Размер: 1024x1024 (16x16 мм)
Пиксель: 16x16 мкм
Шум: 25 электрон |
|
| БОКЗ-МФ / 2008 г. |
|---|
 |
Объектив, f / D | 32/1,7 |
| Поле зрения, град. | 16x16 |
Угловая разрешающая способность,
угл.с / пикс. | 100 |
| СКО определения направления оптической оси, угл.с | 2,7 |
| Допустимая угловая скорость, °/c | 3,5 |
| Частота обновления информации, Гц | 1 |
| Масса, кг | 1,8 |
|
| БОКЗ-М60/1000 / 2013 г. |
|---|
 | Объектив, f / D | 60/2 |
| Поле зрения, град. | 16x16 |
Угловая разрешающая способность,
угл.с / пикс. | 55 |
| СКО определения направления оптической оси, угл.с | 1,3 |
| Допустимая угловая скорость, °/c | 5 |
| Частота обновления информации, Гц | 14 |
| Масса, кг | 4,4 |
|
| БОКЗ-М60 / 2006 г. |
|---|
 | Объектив, f / D | 60/2 |
| Поле зрения, град. | 8x8 |
Угловая разрешающая способность,
угл.с / пикс. | 55 |
| СКО определения направления оптической оси, угл.с | 1,3 |
| Допустимая угловая скорость, °/c | 1,5 |
| Частота обновления информации, Гц | 1 |
| Масса, кг | 4 |
|
|
Текущие разработки на современных КМОП-матрицах
 |
КМОП-матрица
Размер: 2048x2048 (11x11 мм)
Пиксель: 5,5x5,5 мкм
Шум: 15 электрон |
|
 |
КМОП-матрица
Размер: 5120x3840 (32x24 мм)
Пиксель: 6,4x6,4 мкм
Шум: 10 электрон |
|
| мБОКЗ-2 / 2016 г. |
|---|
 |
Объектив, f / D | 32/1,7 |
| Поле зрения, град. | 20x20 |
Угловая разрешающая способность,
угл.с / пикс. | 36 |
| СКО определения направления оптической оси, угл.с | 0,8 |
| Допустимая угловая скорость, °/c | 3,5 |
| Частота обновления информации, Гц | 4 |
| Масса (1 полукомплект), кг | 1,2 |
|
| БОКЗ-ВТ / 2017 г. |
|---|
 |
Объектив, f / D | 125/2 |
| Поле зрения, град. | 14x11 |
Угловая разрешающая способность,
угл.с / пикс. | 11 |
| СКО определения направления оптической оси, угл.с | 0,2 |
| Допустимая угловая скорость, °/c | 8 |
| Частота обновления информации, Гц | 10 |
| Масса (1 полукомплект), кг | 4 |
|
| БОКЗ-МР / 2018 г. |
|---|
 |
Объектив, f / D | 60/2 |
| Поле зрения, град. | 11x11 |
Угловая разрешающая способность,
угл.с / пикс. | 18 |
| СКО определения направления оптической оси, угл.с | 0,4 |
| Допустимая угловая скорость, °/c | 4,5 |
| Частота обновления информации, Гц | 8 |
| Масса, кг | 3,2 |
|
|
