Устройство для измерения дальности

 

Изобретение относится к измерительной технике оптического диапазона волн и позволяет уменьшить время измерения при обеспечении неизменной точности измерения за счет использования гшоскостно-враменных особенностей излученного сигнала - неоднородностей спекл-картины. Излучаемый сигнал с каждого элемента опорной фотоприемной матрицы 5 поступает на К блоков выборки-хранения 7, которые при подаче последовательности импульсов с первого блока управлечия 20 дискретизируют излученный сигнал во времени и запоминают эти дискреты. Рабочий сигнал с каждого элемента рабочей фотоприемной матрицы 6 поступает на К сигнальных ключей, которые последовательно подключают дискретные во времени части этого сигнала к входам соответствующих компараторов 11, Они производят сравнение рабочего сигнала и излученного. Тем самым сравнивают их плоскостно-временные формы, причем форма излученного сигна§ ла хранится Б блоках выборки-хранения поэтому для измерения достаточно излучить один световой импульс. Если на вход придет помеховьй сигнал,; то он не пройдет на выход устройства, т.к. имеет плоскостно-зременную форму, отличную от излученного сигнала. 1 з.п. , 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 С 01 С 3/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H A BTOPCHOMÓ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 4261 55 7/24-1 0 (22) 27.04.87 (46) 30. 10.88. Бюл. У 40 (71) Казанский авиационный институт им. А.Н. Туполева (72) Ш.И. Чабдаров, А.Ю. Феоктистов, А.И. Брейдбурд и P.Х. Рахимов (53) 528.021.7 (088.8) (56) Заявка ФРГ Р 2834660, кл. G 01 С 3/00, 1980.

Авторское свидетельство СССР

& 1364870, кл. С О1 С 3/08, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗ1ПРЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ (57) Изобретение относится к измерительной технике оптического диапазона волн и позволяет уменьшить время измерения при обеспечении неизменной точности измерения за счет использования плоскостно-временных особенностей излученного сигнала — неоднородностей спекл-картины. Излучаемый сигнал с каждого элемента опорÄÄSUÄÄ 3434252 д1 ной фотоприемной матрицы 5 поступает на К блоков выборки-хранения 7, которые при подаче последовательности импульсов с первого блока управлеиия

20 дискретизируют излученный сигнал во времени и запоминают эти дискреты.

Рабочий сигнал с каждого элемента рабочей фотоприемной матрицы 6 поступает на К сигнальных ключей, которые последовательно подключают дискретные во времени части этого сигнала к входам соответствующих компараторов 11, Они производят сравнение рабочего сигнала и излученного. Тем самым сравнивают нх плоскостно-временные формы, причем форма излученного сигна ф ла хранится в блоках выборки-хранения

1Ф поэтому для измерения достаточно из- I,A

1 лучить один световой импульс. Если và ж вход придет помеховый сигнал, то он не пройдет на выход устройства, т.к. имеет плоскостно-временную форму, отличную от иэлученного сигнала. 1 э.п. ф-лы, 5 ил. @ь

+)

) — (ф

Изобретение относится к измерительной геодезической технике оптического диапазона волн и может быть использовано для измерения расстояний, Цель изобретения — новьпление быстродействия.

Па фиг. 1 показана блок-схема устройства;. ка фиг. 2 — блок--схема первого и второго блоков управления; на фиг. 3 — временные диаграммы напряжений на К выходах блоков управления; на фиг. 4 — временные диаграммы, демонстрирующие работу блока упгавления, ча фиг. 5 — временные диаграммы, 15 демонстрирующие работу блоков выбор<и-г рак кь я, У..тройство содержит лазерный пере, ;аi"шк 1, установленный на одной onrï÷åñêoé оси с первым 2 и вторым 3 20 полупрозрачным зеркалами и отражателем 4, опорную 5 и рабочую 6 фотоприМ К блоков 7 выборки;хранения (БВХ), М К сумматоров 8, М К

);узлов 9 вычитания, M К сигнальных клю25 :,÷åé 10, М I< первых компараторов 11, М вторых компараторов 12, М рабочих сумматоров 13, М интеграторов 14, 1М клячей 15, общий сумматор 16, об:: 1ий i< ti::i;i f é7ор 1 7, осциллограф 1 8, 30 фор;прокат.ль 19, первый 20 и второй

21 блоки управления, элемент ИЛИ 22, блок 23 о-..оркых напряжений (БОН), причем il выходов опорной фотоприемной матрицы 5 соединены с первыми входами М ° К БВХ 7, вторые входы которых соединены с К выходами первого блока управления 20, выходы М К БВХ

7 соединены с первыми входами М K ,.сумматоров 8 и первыми входами М К узлов 9 вычитания, вторые входы М К сумматоров 8 и вторые входы М К узлов 9 вычитания соединены с первым входом БОН 23,, выходы M K сумматора

8 соединены с первыми входами М"К первых компараторов 1 1 соответственно. выходы М ° К узлов 9 вычитания соединены с третьими входами M:К первых ,коми !1 соответственно, выходы :; î ò:îðûõ соединены с К входами М рабочих сумматоров 13 соответственно, выходы которых соединены с входами М икте. раторов 14 соответственно выходы которых соединены с первыми входами И ключей 15 соответственно, выходы

55 к лорых соедипекы с М входами общего сумматора 16 соответственно, выход сотового соедипен с вторым входом общего компаратора l7, выход которого соединен с первым входом осциллографа 18, первый вход общего компаратора,соединен с третьим выходом БОН 23, М выходов рабочей фотоприемной матрицы 6 соединены с первыми входами М вторых компараторов 12 соответственно, с первыми входами М К сигнальных ключ1.й 10 соответственно, вторые входы которых соединены с К выходами второго блока 2(управления, выходы

M К сигнальных ключей 10 соединены с вторыми входами M К первых компараторов l1 соответственно, выходы М вторых компараторов 12 соединены c Mi входами элемента ИЛИ 22 соответственно и с вторыми входами ключей 15 соответственно, выход элемента ИЛИ 22 соединен с входом второго блока 21 управления, выход формирователя 19 соединен с входом первого блока 20 управления, входом лазерного передатчика 1, с вторым входом осциллографа 18, третий выход БОН 23 соединен с первым входом общего компаратора 17.

Блоки 20 и 21 управления содержат схему И 24, генератор 25 тактовых импульсов, делитель 26„ счетчик 27 и дешифратор 28, причем выход генератора 25 соединен с вторым входом схемы

И, второй вход которой соединен с вторым входом счетчика 27 и соединен входом первого 20 и второго 21 блоков управления,. К входами которых являются К выходы дешифратора 28.

Устройство работает следующим образом.

Формирователь 19 формирует импульс запуска, который поступает на лазерный передатчик 1, запускает развертку осциллографа 18 и включает первый блок 20 управления. Лазерный передатчик 1 излучает в направлении отражателя 4 световой импульс длительностью, равной импульсу запуска формирователя 19. От лазерного передатчика 1 луч проходит через полупрозрачные зеркала 2 и 3. При помощи полупрозрачного зеркала 2 небольшая часть энергии импульса поступает ка опорную матрицу 5. На М выходах опорной фотоприемной матрицы 5 образуется электрический аналог реальной спекл-картины, который изменяется в течение длительности импульса.

На К выходах первого блока 20 управления формируется последовательность импульсов (фиг. 3), которая!

434252

Первый 20 и второй ?1 блоки управления работают следующим образом (фиг. 4). Имп:льс запуска, пришедший

55 на первый вход схемы И 24, пропускает на выход тактовые, импульсы высокой частоты от генератора 25 тактовых импульсов, делитель 26 делит управляет И К БВХ 7. Каждый из И выходов опорной матрицы 5 соединен с

К БВХ 7. Каждый из К БВХ 7 запоминает свой кусок из длительности импульса (фиг. 5). Таким образом за5 поминается форма импульса в каждой области спекл-картины.

Возвращенный отражателем 4 световой импульс через полупрозрачное зер- 10 кало 3 падает на плоскость рабочей фотоприемной матрицы 6 и на ее выходе образуется электрический аналог рабочей спекл-картины. Амплитуда,импульса на каком-либо из M выходов рабсчей фотоприемной матрицы 6 превышает некоторый шумовой порог и один из И вторых компараторов 12 включает второй блок 21 управления. Со своих К выходов он выдает последовательность импульсов, аналогичных импульсам первого блока 20 управления. Эти импульсы последовательно опрашивают сигнальные ключи 10, выходы которых соединены с вторыми входами первых компараторов 11. Каждый из первых компараторов 11 сравнивает свой кусок пришедшего импульса с напряжением на соответствующем

БВХ 7. В итоге К первых компараторов

1! одного из И каналов сравнивают форму опорного и рабочего импульса элементов фотоприемных матриц 5 и 6. Сумматоры 8, узлы 9 вычитания и БОИ 23 задают ширину допустимой зоны различения исходя из шумовой обстановки (день, ночь, туман). Сумматоры 13 суммируют сигналы с К первых компараторов каждого из M a Iaлов, интеграторы 14 интегрируют сигнал по длительности импульса. И клю40 чей 15 служат для отключения устройства в моменты времени, когда импульс отсутствует. Общий сумматор производит ложение И сигналов. Третий компаратор сравнивает эту сумму с неко45 торым опор гым напряжением. Если сигнал превышает этот порог, то компаратор выдает импульс на осциллограф.

Расстояние от начала координат до импульса на экране осциллографа соответствует расстоянию до цели. эту частоту на некоторое число N, что уменьшает ошибку t « появления переднего фронта импульсов на входе счетчика 27 в N раз. В исходном состоянии счетчик 27 стоит в обнуленном состоянии, пришедший на его второй вход импульс разрешает его работу. Счетчик 27 считает в двоичном коде, дешифратор 28 дешифрует этот код и ча его К выходах появляется последовательность импульсов (фнг. Э).

Если на вход рабочей матрицы придет помеховый импульс с амплитудой выше пороговой, он запустит второй блок 21 управления и произойдет сравнение опорной спекл-картины и пришедшей по времени. Так как они имеют различную временную форму то на выходе М интеграторов 14 накопления практически не будет.

Пространственную обработ-..у произведет общий сумматор 16 и об ий компаратор 17, который не выдает сигнала, если пространственные формы опорной спекл-картины и пришедшей сильно различаются. 73I< как частота Hs менения спекл-картины в пределах импульса ограничена Fg, то согласно теореме Котельникова существует некоторое число К. на которое надо дискретизировать исходный импульс, чтобы точность измерения предлагаемого устройства и прототипа совпадали. Оно определяется исходя из длительности ггмпульса,ц„„и верхней частоты

Г

К= 2Б6 „„и

Таким образом, устройство одним световым импульсом производит измерение нужного расстояния. при этом точность измерения по сравнению с прототипом не изменяется. а время уменьшается в 10 -10 раз. з

Ф о р м у л а и з о б р е т.е к и я

1. Устройство для измерения дальности, содержащее лазерный передатчик, первое и второе полупрозрачные

=-еркала и отражатель, расположенные на одной оптической оси, опорную и рабочую фотоприемные матрицы, блок опорных напряжений, М сумматорон, где М вЂ” целое число, И узлов нычитания, И первых компараторов, связанных вторыми входами с соотвеtcTByющими выходами рабочей фотоприемной

1ч3«257 матрицы, а выходами — с М интеграторами. И кулючей, И вторых компараторов, общий сумматор, общий компаратор и формирователь, связанный с вторым входом осциллографа, первым входом соединенного с выходом общего компаратара первый вход которого соедикек с третьим выходам блока ! опорных напряжений, первый выход котараго подключен к первым входам сумматора и узлом вычитания, попарно соединенных вторьР4и входами, связанными с соответствующими выходами опоркой фатогриемкой матрицы, второй вход общего кампаратора соединен с вы;::.ода".. "..áùåãî сумматора, выходы М сумматор",â соединены с первыми вха„",а и" И первых кампаратарав соответс;. †:;:.-: ио, третьи входы которых соединены с выходами М узлов вычитания соа:ьетстве::-.па, второй выход блока опорных напря>кений соединен с вторыми входами М вторых кампараторов, выходы М и.:.тегратаров соединены с вторыми 2ã.

Bêîäàìè М ключей соответственна, первые входы которых соединены с выхо дами И вторых компараторов соответ стве-.ка„ выходы И ключей соединены с :1 входами общего сумматора соответ- ЗО ствек> а, а т л и ч а ю щ е е с я те...„. чга., с целью повышения быстродей-тв:"я, в его введены (К-1)М суммато:-..ав,, где К вЂ” целое числа, (К-1)И уел = вьг-.итания (К- 1 ) М первых кам

35 параторав, первый и второй блоки управления, элемент KIH. выход формирователя, соединен с входами лазерного передатчика и первого блока управления, связь опорной фотоприемной матрицы с вторыми входами сумматоров и узлов вычитания осуществлена через

М К введенных блоков выборки-хранения, другие выходы которых соединены с К выходами первого блока управления, связь рабочей и фотоприемной матрицы с вторыми входами первых компараторов осуществлена через И К сигнальных ключей, другими входами связанных с К выходами второго блока управления, входом подключенного к элементу ИЛИ, связанному М входами с выходами вторых кампаратаров, связь первых компаратаров с интеграторами осуществлена через М введенных рабочих сумматоров, à M выходов рабочей фотоприемной матрицы соединены с первыми входами И вторых компаратаров.

2. Устройство па и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что каждый иэ блоков управления выполнен в виде последовательно соединенных схем И, делителя, счетчика и дешифратора, к второму входу схемы И подключен генератор тактовых импульсов, а первый вход схемы И соединен с вторым входом счетчика.

1434252 S><>yy

Ф бик7д 2 .20 3

0ьа.20 йк2д й(к 20 к эсг, 2О

ЧЪ2. 5

ИSaeg5

1 @А. Ф

"8tê, И

Ф

1 ба.й8

3 Avr. 28

Ф Ae.И

5 В«Z8

1434252 бил.5

1 1 дык2g,(4

" Бел. К Рик 7 ф

Al p.7

Составитель В. Сараханов

Редактор Л. Пчолинская Текред М.Яндык Корректор В. Бутяга

Тираж 680 Подписное

ВПИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушскал наб., д. 4/5

"-aran

11 >оизводственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Пр е»-тпая, 1.