Способ определения направления на источник оптического излучения по рассеянной в атмосфере составляющей и устройство его реализации

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано в системах траекторных измерений, а также в системах точного определения направления на источники оптического излучения техники воздушного базирования. Достигаемым техническим результатом является повышение энергетической и помеховой защищенности определения направления на источник оптического излучения. Сущность способа определения направления на источник оптического излучения по рассеянной в атмосфере составляющей заключается в дополнительной установке второго оптико-электронного координатора с матричными фотоприемниками, плоскость поля которого перпендикулярна плоскости поля первого оптико-электронного координатора, осуществлении координатной привязки фотоэлементов первого оптико-электронного координатора в координатной плоскости x0z и фотоэлементов второго оптико-электронного координатора в координатной плоскости y0z, определении угловых координат источника оптического излучения по формулам:

где ε, β - угол места и азимут источника оптического излучения; d - расстояние между верхней и нижней линейками фотоэлементов оптико-электронного координатора; Δх=x_1В-x_1Н, Δy=y_2В-y_2Н; x_1B и x_1H - координаты верхнего и нижнего фотоэлементов линеек первого координатора, сигнал на выходе которых имеет максимальное значение; y_2В и y_2Н - координаты верхнего и нижнего фотоэлементов линеек второго координатора, сигнал на выходе которых имеет максимальное значение, и устройстве его реализации, состоящем из первого и второго оптико-электронного координаторов с матричными фотоприемниками, первого и второго блоков вычитания, первого и второго квадраторов, первого и второго делителей, сумматора, блока извлечения квадратного корня, первого и второго блоков вычисления arctg, выходы которых являются выходами устройства, при этом первый и второй выходы первого оптико-электронного координатора соединены соответственно с первым и вторым входами первого блока вычитания, первый выход которого соединен с входом первого квадратора, второй выход - с первым входом первого делителя, первый и второй выходы второго оптико-электронного координатора соединены соответственно с первым и вторым входами второго блока вычитания, первый выход которого соединен с входом второго квадратора, второй выход - вторым входом первого делителя, выход первого делителя соединен с входом первого блока вычисления arctg, выходы первого и второго квадраторов соединены с соответствующими входами сумматора, а выход сумматора соединен с входом блока извлечения квадратного корня, выход которого соединен с первым входом второго делителя, на второй вход которого подается значение величины d, выход делителя соединен с входом выходного блока вычисления arctg. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано в прецизионных системах обеспечения вхождения в связь, в системах точного нацеливания узких оптических лучей, системах траекторных измерений, а также в системах точного определения направления на источники оптического излучения техники воздушного базирования.

Известен способ измерения угловых координат источника оптического излучения, основанный на суммарно-разностной обработке электрических сигналов на выходе многоканальных приемников оптического излучения. Способ может быть реализован с помощью устройства определения угловых координат источника оптического излучения, содержащего один четырехквадрантный фотоприемник, расположенный в фокальной плоскости формирующей оптики с круглой апертурой, и блок суммарно-разностной обработки электрических сигналов. Направление прихода оптического излучения определяется положением дифракционного пятна на четырехквадрантном приемнике (см., например, Воробьев В.И. Оптическая локация для радиоинженеров. - М.: Радио и связь, 1983, стр.19, 173). Основными недостатками способа и устройства являются низкий уровень помехозащищенности, а также необходимость размещения приемников в пределах апертуры оптического луча, что приводит к принятию мер предосторожности в случаях мощного лазерного излучения.

Наиболее близким по технической сущности (прототипом) к заявляемому изобретению является способ определения направления на источник оптического излучения, основанный на применении оптико-электронного координатора (ОЭК) с матричными фотоприемниками (см., например, Тришенков М.А. Фотоприемные устройства и ПЗС. - М.: Радио и связь, 1992, стр.338). Направление на источник оптического излучения определяются по координатам элемента матрицы зарегистрировавшего сигнал. Способ может быть реализован с помощью устройства, содержащего ОЭК с матричными фото приемниками (см., например, Криксунов Л.З. Следящие системы с оптико-электронными координаторами. - Киев: Технiка, 1991, стр.82). Основными недостатками способа и устройства являются низкий уровень энергетической и помеховой защищенности, так как необходимо размещать ОЭК в апертуре оптического луча.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение энергетической и помеховой защищенности определения направления на источник оптического излучения по рассеянной в атмосфере составляющей.

Технический результат достигается тем, что в известном способе определения направления на источник оптического излучения по рассеянной в атмосфере составляющей, основанном на применении первого ОЭК с матричными фотоприемниками дополнительно устанавливают второй ОЭК с матричными фотоприемниками, плоскость поля которого перпендикулярна плоскости поля первого ОЭК, осуществляют координатную привязку фотоэлементов первого ОЭК в координатной плоскости x0z и фотоэлементов второго ОЭК в координатной плоскости y0z, а угловые координаты источника оптического излучения определяют по формулам:

где ε, β - угол места и азимут источника оптического излучения; d - расстояние между верхней и нижней линейками фотоэлементов ОЭК; Δх=х_1В-х_1H, Δy=y_2В-y_2Н; x_1B и x_1H, - координаты верхнего и нижнего фотоэлементов линеек первого координатора, сигнал на выходе которых имеет максимальное значение; y_2В и y_2Н - координаты верхнего и нижнего фотоэлементов линеек второго координатора, сигнал на выходе которых имеет максимальное значение.

Технический результат достигается тем, что в известном устройстве определения направления на источник оптического излучения по рассеянной в атмосфере составляющей, содержащем первый ОЭК с матричными фотоприемниками, дополнительно устанавливают второй оптико-электронный координатор с матричными фотоприемниками, первый и второй квадраторы, первый и второй делители, сумматор, блок извлечения квадратного корня, первый блок вычисления arctg, определяющий азимут β источника оптического излучения, и второй блок вычисления arctg, определяющий угол места ε источника оптического излучения, выходы которых являются выходами устройства, при этом первый и второй выходы первого оптико-электронного координатора соединены соответственно с первым и вторым входами первого блока вычитания, выход которого соединен с входом первого квадратора и с первым входом первого делителя, первый и второй выходы второго оптико-электронного координатора соединены соответственно с первым и вторым входами второго блока вычитания, выход которого соединен с входом второго квадратора и вторым входом первого делителя, выход первого делителя соединен с входом первого блока вычисления arctg, определяющего азимут β источника оптического излучения, выходы первого и второго квадраторов соединены с соответствующими входами сумматора, а выход сумматора соединен с входом блока извлечения квадратного корня, выход которого соединен с первым входом второго делителя, на второй вход которого подается значение величины d - расстояния между верхней и нижней линейками фотоэлементов, выход делителя соединен с входом второго блока вычисления arctg, определяющего угол места ε источника оптического излучения.

Сущность изобретения заключается в применении двух ОЭК с матричными фотоприемниками, имеющих, как минимум две параллельные линейки фотоэлементов. На фиг.1 приведена схема размещения ОЭК в декартовой системе координат. Поле первого ОЭК лежит в координатной плоскости x0z, а поле второго ОЭК лежит в координатной плоскости y0z, причем нижние линейки фотоэлементов матрицы расположены на координатных осях х00 и 0y0 соответственно для обоих координаторов. Каждый фотоэлемент матрицы имеет координатную привязку относительно начала координат.

Оптический луч от источника падает на плоскость х0y. Часть АВ оптической оси луча, ограниченная межлинейным расстоянием решетки матрицы, представляется в виде проекций на плоскостях x0z и y0z задаваемые точками с координатами (x_1B,0,d), (х_1H,0,0), (0,y_2B,d) и (0,y2н,0). Точки (x_1B,0,d) и (х_1H,0,0) соответствуют координатам верхнего и нижнего фотоэлементов первого координатора, сигнал на выходе которых имеет максимальное значение. Точки (0,y_2B,d) и (0,y_2Н,0) соответствуют координатам верхнего и нижнего фотоэлементов второго координатора, сигнал на выходе которых имеет максимальное значение. Центр пятна (точка А) подсвета имеет координаты (х_1Н,y_2Н,0) на плоскости х0y.

Построим проекцию АС отрезка оси оптического луча АВ на координатную плоскость x0y и проекции AD и DC проекции АС на координатные линии xy_2H0 и x_1By0 соответственно. Угол места ε источника оптического излучения из центра пятна подсвета есть ∠ВАС между отрезком оси оптического луча АВ и его проекцией АС. Из прямоугольного треугольника АСВ где АС есть гипотенуза прямоугольного треугольника ADC, значение ее длины равно а ВС равно межлинейному расстоянию решетки ОЭК d. Окончательное выражение для угла места будет иметь вид (1). Азимут источника оптического излучения из центра пятна подсвета есть ∠DAC между проекциями AD и АС. Из прямоугольного треугольника ADC где DC=Δy и AD=Δx. Окончательное выражение для азимута будет иметь вид (2).

Предлагаемые изобретение позволяет определить положение центра пятна подсвета и направление на источник оптического излучения по рассеянной в атмосфере составляющей. Тем самым достигается высокий уровень энергетической и помеховой защищенности оптических систем.

На фиг.2 представлена блок - схема устройства, с помощью которого может быть реализован предлагаемый способ.

Блок - схема устройства содержит два ОЭК с матричными фотоприемниками 1, первый и второй блоки вычитания 2, 3, первый и второй квадраторы 4, 5, первый и второй делители 6, 10, сумматор 8, блок извлечения квадратного корня 9, первый блок вычисления arctg 7, определяющий азимут β источника оптического излучения, и второй блок вычисления arctg 11, определяющий угол места ε источника оптического излучения, выходы которых являются выходами устройства, при этом первый и второй выходы первого ОЭК 1 соединены соответственно с первым и вторым входами первого блока вычитания 2, выход которого соединен с входом первого квадратора 4 и с первым входом первого делителя 6, первый и второй выходы второго ОЭК 1 соединены соответственно с первым и вторым входами второго блока вычитания 3, выход которого соединен с входом второго квадратора 5 и со вторым входом первого делителя 6, выход первого делителя 6 соединен с входом первого блока вычисления arctg 7, определяющего азимут β источника оптического излучения, выходы первого и второго квадраторов 4, 5 соединены с соответствующими входами сумматора 8, а выход сумматора соединен с входом блока извлечения квадратного корня 9, выход которого соединен с первым входом второго делителя 10, на второй вход которого подается значение величины d - расстояние между верхней и нижней линейками фотоэлементов, выход делителя соединен с входом второго блока вычисления arctg, определяющего угол места ε источника оптического излучения.

Устройство работает следующим образом. Рассеянное оптическое излучение принимается ОЭК 1. С выходов ОЭК сигналы координат начала и конца проекций отрезка оси оптического излучения в координатных плоскостях поступают на входы блоков вычитания 2, 3 для каждого координатора соответственно. Блоки вычитания 2, 3 производят операцию разности над входными сигналами координат. Выходные сигналы блоков вычитания поступают одновременно на входы первого делителя 6 и через квадраторы 4, 5 на входы сумматора 8. Первый делитель 6 определяет отношение входных сигналов. Сигнал с выхода первого делителя поступает вход первого блока вычисления arctg 7, который определяет азимут источника оптического излучения. Сигнал с выхода сумматора 8 поступает на вход блока извлечения квадратного корня 9, который производит операцию извлечения квадратного корня из входного сигнала. Полученный сигнал поступает на первый вход второго делителя 10, на другой вход которого подается сигнал межлинейного расстояния матрицы d. Второй делитель 10 определяет отношение входных сигналов. Сигнал с выхода второго делителя поступает на вход второго блока вычисления arctg 11, который определяет угол места источника оптического излучения.

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений не известны способ определения направления на источник оптического излучения по рассеянной в атмосфере составляющей, дополнительно устанавливающий второй ОЭК с матричными фотоприемниками, плоскость поля которого перпендикулярна плоскости поля первого ОЭК, осуществляющий координатную привязку фотоэлементов первого ОЭК в координатной плоскости x0z и фотоэлементов второго ОЭК в координатной плоскости y0z, а угловые координаты источника оптического излучения определяющий по формулам (1, 2), и устройство его реализации, состоящее из первого и второго ОЭК с матричными фотоприемниками, первого блока вычисления arctg, определяющего азимут β источника оптического излучения и второго блока вычисления arctg, определяющего угол места ε источника оптического излучения, выходы которых являются выходами устройства, первого и второго квадраторов, первого и второго делителей, сумматора, блока извлечения квадратного корня, при этом первый и второй выходы первого оптико-электронного координатора соединены соответственно с первым и вторым входами первого блока вычитания, выход которого соединен с входом первого квадратора и с первым входом первого делителя, первый и второй выходы второго оптико-электронного координатора соединены соответственно с первым и вторым входами второго блока вычитания, выход которого соединен с входом второго квадратора и вторым входом первого делителя, выход первого делителя соединен с входом первого блока вычисления arctg, определяющего азимут β источника оптического излучения, выходы первого и второго квадраторов соединены с соответствующими входами сумматора, а выход сумматора соединен с входом блока извлечения квадратного корня, выход которого соединен с первым входом второго делителя, на второй вход которого подается значение величины d - расстояние между верхней и нижней линейками фотоэлементов, выход делителя соединен с входом второго блока вычисления arctg, определяющего угол места ε источника оптического излучения.

Предлагаемое техническое решение практически применимо, так как для его реализации могут быть использованы типовые оптические и радиотехнические узлы и устройства.

1. Способ определения направления на источник оптического излучения по рассеянной в атмосфере составляющей, основанный на применении первого оптико-электронного координатора с матричными фотоприемниками, отличающееся тем, что дополнительно устанавливают второй оптико-электронный координатор с матричными фотоприемниками, плоскость поля которого перпендикулярна плоскости поля первого оптико-электронного координатора, осуществляют координатную привязку фотоэлементов первого оптико-электронного координатора в координатной плоскости x0z и фотоэлементов второго оптико-электронного координатора в координатной плоскости y0z, а угловые координаты источника оптического излучения определяют по формулам

где ε, β - угол места и азимут источника оптического излучения;

d - расстояние между верхней и нижней линейками фотоэлементов оптико-электронного координатора;

Δx=x_1B-x_1H, Δy=y_2В-y_2Н; x_1B и x_1H - координаты верхнего и нижнего фотоэлементов линеек первого координатора, сигнал на выходе которых имеет максимальное значение;

y_2В и y_2Н - координаты верхнего и нижнего фотоэлементов линеек второго координатора, сигнал на выходе которых имеет максимальное значение.

2. Устройство определения направления на источник оптического излучения по рассеянной в атмосфере составляющей, состоящее из первого оптико-электронного координатора с матричными фотоприемниками, отличающееся тем, что дополнительно установлен второй оптико-электронный координатор с матричными фотоприемниками, первый блок вычисления arctg, определяющий азимут β источника оптического излучения, и второй блок вычисления arctg, определяющий угол места ε источника оптического излучения, выходы которых являются выходами устройства, первый и второй квадраторы, первый и второй делители, сумматор, блок извлечения квадратного корня, при этом первый и второй выходы первого оптико-электронного координатора соединены соответственно с первым и вторым входами первого блока вычитания, выход которого соединен с входом первого квадратора и с первым входом первого делителя, первый и второй выходы второго оптико-электронного координатора соединены соответственно с первым и вторым входами второго блока вычитания, выход которого соединен с входом второго квадратора и вторым входом первого делителя, выход первого делителя соединен с входом первого блока вычисления arctg, определяющего азимут β источника оптического излучения, выходы первого и второго квадраторов соединены с соответствующими входами сумматора, а выход сумматора соединен с входом блока извлечения квадратного корня, выход которого соединен с первым входом второго делителя, на второй вход которого подается значение величины d - расстояния между верхней и нижней линейками фотоэлементов, выход делителя соединен с входом второго блока вычисления arctg, определяющего угол места ε источника оптического излучения.