Приемное устройство для оптической следящей системы
Использование: в области оптико-электроники. Устройство содержит преобразователь излучения, состоящий из трех секторов 1-3 чувствительных элементов по осям X и Y, разностный усилитель 4, блок 5 определения координат центра кружка рассеяния по оси X блок 6 определения координат центра кружка рассеяния по оси Y, суммирующий усилитель 7. 2 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (у) 6 01 S 17/66
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
l> f(lpga
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4860285/09 (22) 16,08.90 (46) 07,05,92. Бюл. 1Ф 17 (72) В.П.Костин и Н,Н.Логвиненко (53) 621.396.6 (088.8) (56) Аникст Д,Р. и др. Высокоточные угловые измерения. М.: Машиностроение, 1987, с, 292-295. (54) ПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПТИЧЕСКОЙ СЛЕДЯЩЕЙ СИСТЕМЫ
„„5U „„1732311 А1 (57) Использование: в области оптико-электроники, Устройство содержит преобразователь излучения, состоящий из трех секторов 1 — 3 чувствительных элементов по осям Х и У, разностный усилитель 4, блок 5 определения координат центра кружка рассеяния по оси Х блок 6 определения координат центра кружка рассеяния по оси У, суммирующий усилитель 7. 2 ил.
4 (л)
1 3 (л)
1732311 оно обеспечивает определение только од-. ной координаты центра кружка рассеяния, 20
Наиболее близким по технической сущ25
40
55
Изобретение относится к оптико-электронике и может быть использовано в оптических следящих устройствах.
Известно приемное устройство для оптической следящей системы, содержащее преобразователь излучения в электрический сигнал, состоящий из двух чувствительных элементов, расположенных в одной плоскости и разделенных зазором, разностный усилитель, блок определения координаты центра кружка рассеяния, вход которого подключен к выходу разностного усилителя, причем один из чувствительных элементов подключен к отрицательному входу, а другой — к положительному входу разностного усилителя.
Недостатком известного двухэлементного приемного устройства является то, что ности к предлагаемому является приемное устройство для оптической следящей системы (квадрантный приемник излучения), содержащее преобразователь излучения в электрический сигнал, состоящий из четырех секторов чувствительных элементов, расположенных в одной плоскости и разделенных перпендикулярными зазорами на квадранты, четыре идентичных суммирующих усилителя с двумя входами каждый, к которым подключен только один из чувствительных элементов, два идентичных разностных усилителя, два блока определения координат центра кружка рассеяния по осям
Х и У, общий суммирующий усилитель, к входам которого подключены все четыре чувствительных элемента, а выход — к первым входам блоков определения координат по осям Х и У, причем чувствительный элемент, расположенный в первом секторе, подключен к входам первого и третьего суммирующих усилителей, чувствительный элемент, расположенный во втором секторе,— к входам первого и четвертого суммирующих усилителей; чувствительный элемент, расположенный в третьем секторе,— к входам второго и четвертого суммирующих усилителей, чувствительный элемент, расположенный в четвертом секторе,— к входам второго и третьего суммирующих усилителей, выходы первого и второго суммирующих усилителей подключены соответственно к отрицательному и положительному входам первого разностного усилителя, выход которого подключен к второму входу блока определения координат по оси У, выходы третьего и четвертого суммирующих усилителей подкл ючены соответ5
15 ственно к отрицательному и положительному входам второго разностного усилителя, выход которого подключен к второму входу блока определения координат по оси Х.
Недостатком приемного устройства на основе квадрантных чувствительных элементов является относительно малая чувствительность приема при малых рассогласованиях. Это обуславливает сравнительно большую случайную ошибку слежения за объектом с помощью оптического следящего устройства, Цель изобретения — повышение чувствительности приема путем снижения дисперсии. выходного сигнала.
Указанная цель достигается тем, что в приемном устройстве для оптической следящей системы, содержащем преобразователь излучения в электрический сигнал, состоящий из трех секторов чувствительных элементов, расположенных на одной плоскости и разделенных зазорами, выходы преобразователя излучения в электриче-ский сигнал соединены с входами суммирующего усилителя, разностный усилитель, выход которого соединен с входом блока определения координаты по оси Х, выход суммирующего усилителя соединен с входами сравнения блоков определения координаты по оси Х и определения координаты по оси У, причем в преобразователе излучения в электрический сигнал секторы чувствительных элементов выполнены с центральным углом 120, при этом. отводы первого и второго секторов чувствительных элементов соединены с входами разностного усилителя, а отвод третьего сектора — с входом блока определения координаты по оси Y.
На фиг.1 приведена блок-схема приемного устройства для оптической следящей системы; на фиг.2 —. кружок рассеяния на трехэлементном преобразователе излучения в электрический сигнал.
Приемное устройство для оптической следящей системы (фиг.1) содержит три секторных чувствительных элемента 1 — 3, разделенные зазорами, выполненные в виде трех секторов с центральными углами 120О, разностный усилитель 4, блок 5 определения координат центра кружка рассеяния по оси Х, блок 6 on ределения координат центра кружка рассеяния по оси У, суммирующий усилитель 7, к входам которого подключены секторы чувствительных элементов 1 — 3, а выход — к первым входам блоков 5 и 6.
Кроме того, сектор чувствительного элемента 1 подключен к.положительному входу разностного усилителя 4, сектор чувствительного элемента 2 — к отрицательному входу разностного усилителя 4, сектор чув1732311 ствительного элемента 3 —.к второму входу блока 6. Выход разностного усилителя 4 подключен к второму входу блока 5. Начало декартовой системы координат Х и У расположено в точке пересечения середин зазо- 5 ров, причем положительное направление оси Y ориентировано по середине зазора между секторами 1 и 2.
В основу работы устройства заложены следующие закономерности. Предполо- 10 жим, что координаты центра кружка рассеяния О (фиг.2) в декартовой системе координат Х, Y равны mx u my. Высокоточные оптические следящие системы функционируют обычно при малых 15 рассогласованиях mx< R u my «R, где R— радиус кружка рассеяния. Зазоры между приемниками излучения для простоты выкладок примем равными нулю. Тогда среднее число сигнальных фотоэлектронов за 20 время наблюдения на чувствительных элементах 1 — 3 при равномерной плотности фотоэлектронов в кружке рассеяния. соответственно равно
n1= (+a R+b R); йХ ЛR2 лй (1)
30 пг- г ( й, R2 лВ
nz xR2 пз=,(3 --+ ")
zt R
35 где и = A1+ йг+ пз- среднее число сигнальных фотоэлектронов в кружке рассеяния радиусом R; а, Ь и с — расстояния между зазорами и прямыми, проходящими через центр кружка 40 рассеяния 0 параллельно этим зазорам.
Учитывая, что а = m„, b = а„з!п30 + m«
:cos30 и c = m„з1п30 — п1, cos30 (Фиг.2), соотношения (1) преобразуются в систему уравнений 45 г
n1 (+ m, R (1+ sin30 )+ m, R< лй соз30 ); п лр
2 йг = (— m R(1+ sin30 )+ mv R" 50 о
«соз30 );
n R г о пз= (— 2mv R cos30 ).
zt R 3
В результате решения данной системы уравнений получают
XR п1 — п2
m =—
3 п
ztR г1 Пз
m, = — (д — =)
1 3 (2) ЛВ П1 +A4 П2 А3
4 и
1 - 1 I
ЯК-п1 п2 +пз +n4 гпv
R
1 - l где п1 ...n4 — соответственно среднее число сигнальных фотоэлектронов, снимаемых с 1...4-й квадрантных чувствительных элементов, и =й1 +йг +йз +й4, Так как темновые токи пропорциональны корню квадратному из площади чувствительного элемента, среднее число фотоэлектронов, обусловленных темновым током за время наблюдения в квадратном чувствительном элементе по сравнению с предлагаемым секторным составляет
Таким образом, для определения координат центра кружка рассеяния в декартовой системе координат в разностном усилителе 4 определяются величины п1-пг, в общем суммирующем усилителе 7 — и = n1.
+ n2+ йз, а в блоках 5 и 6, которые выполняются на основе общеизвестных технических устройств (разностных усилителей и умножителей), согласно соотношениям (2) вычисляются в„и m, Чувствительность приема обратно пропорциональна величине дисперсии выходного сигнала, снимаемого с l-ro приемника излучения, которая определяется по формуле Dl = й1+ AT, где AT — среднее число фотоэлектронов, обусловленных темновым током за время наблюдения. Кроме того, прием сигналов приемниками 1 — 3 излучения статистически независим, а при сложении (вычитании) независимых случайных величин дисперсия результирующей случайной величины равна сумме дисперсий слагаемых. Учитывая это, для малых рассогласований, что типично для следящих сис(APl4 этом п1 пг пз 1 и ).получаю1 соответственно дисперсии сигналов лй . - zcR - (й1-пг), — йз и и
Dx= (D1+D2)= zcR(0,22п +0,67йт), лй лЯ
Dy= — Эз= лЯ(0,19п +0,58пт);
Д е з
Dz= ), D> = n..+ 3n>.
1=1
В известном устройстве центр кружка рассеяния рассчитывается по соотношениям
1732311 8 нимаемого сигнала на зазорах, что также приводит к снижению требований к мощности источника оптического излучения.
Л Пт.
4 С учетом этого получаем дисперсии сигЛй-1 -1 -1 -1ЛВ налов — - (п1 + lI4 п2 пз ) д (I11
-П2 +Il3 +П4)ИПг
Dx = Dy = — - g D> =x R(0,25п +
I =1
Йа.2. Составитель Е.Сурина
Техред М.Моргентал
Корректор Т.Палий
Редактор А.Коэориз
Заказ 1582 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101
0,87пт);
0 = g DI=I1 +3,46fi..
I=1 1
Анализ соотношений для дисперсий
J сигналов показывает, что Dx < Ох, Dy< Dy и О D . Следовательно, предлагаемое уст- 15 ройство по сравнению с известным обеспечивает более высокую чувствительность приема при одинаковой мощности регистрируемого излучения (т,е. одинаковом среднем числе сигнальных фотоэлектронов пг= 20
- — 1)
Использование предлагаемого устройства обеспечивает по сравнению с существующим за счет повышения чувствительности приема снижение требо- 25 ваний к мощности источника оптического излучения, за которым осуществляется слежение. Кроме того, за счет наличия трех зазоров между предлагаемыми секторными приемниками излучения, а в известном — 30 четырех, на - 25 снижаются потери приФормула изобретения
Приемное устройство для оптической следящей системы, содержащее преобразователь излучения в электрический сигнал, состоящий из трех секторов чувствительных элементов, расположенных на одной плоскости и разделенных зазорами, выходы преобразователя излучения в электрический сигнал соединены с входами суммирующего усилителя, разностный усилитель, выход которого соединен с входом блока определения координаты по оси Х, выход суммирующего усилителя соединен с входами сравнения блоков определения координаты по оси Х и определения координаты по оси У, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности приема путем снижения дисперсии выходного сигнала, в преобразователе излучения в электрический сигнал сектора чувствительных элементов выполнены с центральным углом
120О, причем отводы первого и второго секторов чувствительных элементов соединены с входами разностного усилителя, а отвод третьего сектора чувствительного элемента соединен с входом блока определения координаты по оси Y.
