Устройство определения угловых координат источника импульсного лазерного излучения
Владельцы патента RU 2352959:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт прецизионного приборостроения" (RU)
Изобретение относится к приборам для определения угловых координат источников импульсного лазерного излучения и может быть использовано при защите различных объектов от направленного прицеливания. Техническим результатом заявленного изобретения является увеличение дальности обнаружения источника лазерного излучения и угла обзора пространства, повышение точности измерения углового положения источника лазерного излучения и возможность контролировать окружающее пространство в непрерывном режиме, что увеличивает вероятность обнаружения прицеливающегося прибора и уничтожения противника, наводящего прицел. Устройство содержит блок управления, фотоприемное устройство на основе фотодиода, два сверхширокоугольных объектива, в фокальной плоскости которых расположены соответственно две светочувствительные матрицы; время накопления сигнала каждой из светочувствительных матриц, с одной стороны, настолько мало, что обеспечивает отсутствие дневного фона, а с другой стороны, превышает время сброса накопленного сигнала второй матрицей, что обеспечивает непрерывность обзора пространства; блок управления, соединенный с первой и второй светочувствительными матрицами и с фотоприемным устройством, обеспечивает поочередное накопление сигнала светочувствительными матрицами и определяет угловые координаты импульсного лазерного источника излучения и времени появления сигналов на выходе фотоприемного устройства; светочувствительную матрицу, находящуюся в режиме накопления сигнала в момент появления сигнала на выходе фотодиода, после завершения режима накопления переходящую в режим считывания сигнала блоком управления; при этом анализ время-импульсной модуляции сигнала на выходе фотоприемного устройства может быть использован для распознавания свой-чужой. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к приборам для определения угловых координат источников импульсного лазерного излучения и может быть использовано при защите различных объектов от направленного прицеливания.
Известны различные типы современных комплексов, позволяющих в любое время года и суток обнаружить средства нападения на больших дальностях и в широком диапазоне высот, определить их точные координаты и государственную принадлежность, известен целый арсенал прицелов, приборов ночного видения, используемых для обнаружения боевых единиц противника и наведения на цель, в которых применяются источники импульсного лазерного излучения, поэтому возникает необходимость в разработке средств противодействия обнаружению и прицеливанию.
Известна малогабаритная лазерная локационная аппаратура дистанционной разведки оптических и оптико-электронных средств "Антиснайпер-М" http://www.ess.ru/publications/2_2004/volkov/volkov.htm. В приборе "Антиснайпер-М" применяется лазерный осветитель, для повышения чувствительности приемного канала применяется матрица ПЗС, с цифровым блоком обработки изображения. При этом повышение чувствительности достигается за счет пространственного и временного интегрирования сигналов накопительных элементов матрицы. Недостатком известной лазерной локационной аппаратуры является малая дальность обнаружения, обусловленная активным принципом построения, и невозможность контролировать окружающее пространство в непрерывном режиме.
Известно устройство обнаружения источников лазерного излучения, выбранное в качестве прототипа (RU 2248587С2, 20.03.2005). Известное устройство содержит, в том числе, блок обнаружения, состоящий из двух датчиков, и блок управления, которые позволяют определять угловые координаты источников лазерного излучения. Однако в известном устройстве в качестве датчиков обнаружения предлагается использовать элементы пассивной локации, такие как многоэлементные ИК-датчики или ИК-головки самонаведения. Такие датчики, по соображениям селекции фона, принципиально имеют малое угловое поле, а также с помощью известного устройства невозможно контролировать окружающее пространство в непрерывном режиме.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение дальности обнаружения источника лазерного излучения и угла обзора пространства до величины не менее полусферы, возможность контролировать окружающее пространство в непрерывном режиме и увеличение точности определения угловых координат источника лазерного излучения.
Предлагаемое устройство определения угловых координат источника импульсного лазерного излучения содержит блок управления, фотоприемное устройство на основе фотодиода, два сверхширокоугольных объектива, в фокальной плоскости которых расположены соответственно две светочувствительные матрицы, причем блок управления соединен с обеими светочувствительными матрицами и фотоприемным устройством. Время накопления сигнала каждой из светочувствительных матриц, с одной стороны, настолько мало, что обеспечивает отсутствие дневного фона, а с другой стороны, превышает время сброса накопленного сигнала второй матрицей, что обеспечивает непрерывность обзора пространства. Блок управления обеспечивает поочередное накопление сигнала светочувствительными матрицами и переключение в момент появления сигнала на выходе фотоприемного устройства светочувствительной матрицы, находящейся в режиме накопления, после его завершения, в режим считывания сигнала блоком управления. Последний имеет возможность определения угловых координат импульсного лазерного источника излучения и времени появления импульсов на выходе фотоприемного устройства.
Кроме того, фотоприемное устройство может дополнительно содержать входной оптический элемент, установленный перед фотодиодом и выполненный в виде полусферической линзы из рассеивающего материала, например из молочного стекла.
Кроме того, в устройство может быть дополнительно введен последовательный интерфейс обмена информацией с внешними устройствами, соединенный с блоком обработки сигналов.
На фиг.1 показана функциональная схема и состав предлагаемого устройства определения угловых координат источника импульсного лазерного излучения.
1 - сверхширокоугольный объектив типа «рыбий глаз» (190°);
2 - светочувствительная матрица (КМОП 640×480);
3 - фотоприемное устройство на основе PIN-фотодиода;
4 - полусферическая линза из молочного стекла (МС20);
5 - электронный блок управления;
6 - последовательный интерфейс обмена информацией с внешними устройствами;
7 - внешнее питание устройства;
На фиг.2 показаны временные диаграммы работы устройства определения угловых координат источника импульсного лазерного излучения.
8 - накопление сигнала на первой матрице;
9 - сброс информации на первой матрице;
10 - накопление сигнала на второй матрице;
11 - сброс информации на второй матрице;
12 - импульсы фотоприемного устройства;
13 - считывание сигнала со второй матрицы, поскольку первый из импульсов фотоприемного устройства на временной диаграмме пришел во время накопления сигнала именно на второй матрице;
14 - обработка считываемой информации (сигнала) в электронном блоке управления.
В устройстве использованы сверхширокоугольные объективы 1 типа «рыбий глаз» и фотоприемное устройство 3 на основе фотодиода с дополнительным рассеивающим элементом, что увеличивает угол пространственного обзора устройства до величины полусферы. Устройство обнаружения импульсного лазерного излучения и определения его координат может быть использовано, например, в системах для обнаружения летательного аппарата, боевой машины и т.п., снабженных лазерным дальномером или подсветчиком.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Исходным состоянием, в котором устройство находится большую часть времени, является «ожидание» прихода лазерного импульса. В этом состоянии блок управления 5 обеспечивает поочередное накопление сигнала 8, 10 (фиг.2) светочувствительными матрицами 2, что дает возможность контролировать окружающее пространство в непрерывном режиме и в отсутствие импульса от фотодиодного приемника 3 - поочередное сбрасывание накопленного сигнала 9, 11 (фиг.2). Минимальное время экспозиции светочувствительной матрицы определяется тем, что за это время необходимо успеть сбросить накопленный сигнал с другой матрицы. Время сбрасывания накопленного сигнала не превышает 10 мкс, в то время как для считывания сигнала необходимо время приблизительно в 103 раз больше, то есть около 10 мс.
При поступлении импульса 12 (фиг.2) от фотоприемного устройства 3, означающего факт облучения устройства импульсом лазерного излучения, блок управления 5 переключает накапливающую в данный момент сигнал матрицу, после окончания режима накопления (окончания времени экспозиции), в состояние считывания сигнала (информации) блоком управления 5, а не в состояние сброса, как до этого.
С началом считывания 13 (фиг.2) блоком управления 5 изображения с одной из матриц блок управления 5 начинает цикл определения угловых координат источника зарегистрированного (пришедшего) импульса лазерного излучения 14 (фиг.2). Процедура измерения угловых координат занимает дополнительно не более 6 мс.
И при этом блок управления 5 прекращает режим накопления сигнала обеими матрицами до окончания обработки сигнала и определения угловых координат.
После окончания процедуры измерения угловых координат устройство выдает по последовательному интерфейсу обмена с внешними устройствами 6 угловые координаты и время прихода зарегистрированного фотоприемным устройством импульса, после чего снова возвращается в исходное состояние, «ожидая» прихода следующего импульса. При этом блок управления 5 снова обеспечивает режим поочередного накопления сигнала светочувствительными матрицами 2.
Кроме того, одновременно с каждым пришедшим импульсом от фотоприемного устройства 3, даже во время процедуры измерения угловых координат ранее пришедшего импульса, блок управления 5 фиксирует время прихода очередного импульса лазерного излучения 12 (фиг.2) и посылает внешнему устройству информацию о времени прихода импульса и интервале времени, прошедшем с момента регистрации предыдущего импульса. Анализ времяимпульсной модуляции излучения лазерного источника может быть использован для целей распознавания свой-чужой.
Таким образом, устройство может измерять угловые координаты приходящих импульсов лазерного излучения с частотой до 60 Гц и регистрировать время прихода импульсов лазерного излучения с частотой до нескольких МГц. Кроме того, повышается безопасность экипажа самолета или боевой машины, применяющих предлагаемое устройство, поскольку предлагаемое устройство работает в пассивном режиме и, следовательно, никак не обнаруживает себя и вместе с тем непрерывно контролирует окружающее пространство на предмет обнаружения лазерных систем наведения на самолет или боевую машину, имеющих данное устройство.
1. Устройство определения угловых координат источника импульсного лазерного излучения, содержащее блок управления, отличающееся тем, что содержит фотоприемное устройство на основе фотодиода и два сверхширокоугольных объектива, в фокальной плоскости которых расположены, соответственно, две светочувствительные матрицы, при этом блок управления соединен с первой и второй светочувствительными матрицами и с фотоприемным устройством, обеспечивает поочередное накопление сигнала светочувствительными матрицами и определение угловых координат импульсного лазерного источника излучения и времени появления сигналов на выходе фотоприемного устройства, причем анализ времяимпульсной модуляции сигнала на выходе фотоприемного устройства используется для распознавания целей свой-чужой.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что время накопления сигнала каждой из светочувствительных матриц, с одной стороны, настолько мало, что обеспечивает отсутствие дневного фона, а с другой стороны, превышает время сброса накопленного сигнала второй матрицей, что обеспечивает непрерывность обзора пространства.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что светочувствительная матрица, находящаяся в режиме накопления сигнала в момент появления сигнала на выходе фотодиода, после завершения режима накопления переходит в режим считывания сигнала блоком управления.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фотоприемное устройство дополнительно содержит входной оптический элемент, установленный перед фотодиодом и выполненный в виде полусферической линзы из рассеивающего материала, например из молочного стекла.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно введен последовательный интерфейс обмена информацией с внешними устройствами, соединенный с блоком управления.
