Способ регистрации движущихся объектов



Способ регистрации движущихся объектов
Способ регистрации движущихся объектов
Способ регистрации движущихся объектов

 


Владельцы патента RU 2400771:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации (RU)
Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" (RU)

Способ заключается в преобразовании потока излучения в последовательность световых импульсов, привязки ко времени начала и конца каждого импульса, формировании на светочувствительной поверхности следов объектов в виде штрихов и измерении координат начала и конца каждого штриха. Продолжительность периода следования импульсов устанавливают пропорциональной текущему времени. Технический результат - расширение функциональных возможностей способа регистрации движущихся объектов. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к оптической и оптико-электронной технике и может быть использовано для регистрации движущихся точечных и малоразмерных объектов, например искусственных и естественных небесных тел.

Известны способы регистрации движущихся объектов, заключающиеся в формировании оптического изображения движущихся объектов на светочувствительной поверхности приемника излучения, экспонировании (например, за счет срабатывания створчатого затвора) в течение выбранного временного интервала и привязке к системе единого времени начала и конца экспонирования. Последующее измерение координат начала и конца следа, оставленного изображением объекта на светочувствительной поверхности, позволяет получать траекторию объекта с привязкой ко времени [1]. Из-за обмера на траектории всего двух точек точность регистрации невысока. Кроме того, при вхождении объекта в кадр после начала экспонирования, либо при выходе объекта из кадра до окончания экспонирования, получить траекторию объекта невозможно, т.к. на следе остается только одна точка, привязанная ко времени.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ регистрации движущихся объектов, заключающийся в многократном прерывании потока излучения при экспонировании и преобразовании потока в периодическую последовательность световых импульсов равной длительности и равного периода следования (например, за счет срабатывания обтюраторного затвора). Световые импульсы равной длительности обеспечивают формирование на светочувствительной поверхности прерывистых следов объектов в виде равновеликих штрихов, разделенных равновеликими пробелами. Привязка к системе единого времени начала и конца каждого светового импульса и измерение координат начала и конца каждого штриха позволяет повысить точность регистрации траекторий объектов, в том числе и объектов, начало или конец следа которых не укладывается в кадр [2]. Но при отсутствии информации о направлении движения объекта, а также в случае, когда объект пересекает кадр за время, меньшее продолжительности процесса экспонирования, определение траектории становится невозможным.

Задачей заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей способа регистрации движущихся объектов.

Технический результат - возможность регистрации объектов с заранее неизвестными направлениями движения и объектов, пересекающих кадр за время, меньшее продолжительности процесса экспонирования.

Это достигается тем, что в способе регистрации движущихся объектов, заключающемся в преобразовании потока излучения в последовательность световых импульсов, привязки ко времени начала и конца каждого импульса, формировании на светочувствительной поверхности следов объектов в виде штрихов и измерении координат начала и конца каждого штриха, в отличие от известного, устанавливают продолжительность периода следования импульсов пропорциональной текущему времени.

При этом либо длительность импульса излучения в каждом периоде следования импульсов пропорциональна текущему времени, а длительность паузы постоянна, либо длительность паузы в каждом периоде следования импульсов, пропорциональна текущему времени, а длительность импульса излучения - постоянна.

На фиг.1 приведена временная диаграмма формирования световых импульсов, на фиг.2 представлены изображения траекторий трех подвижных точечных объектов на светочувствительной поверхности, на фиг.3 приведена временная диаграмма световых импульсов, сформированных этими объектами в процессе экспонирования. На чертежах обозначено: Еим - амплитуда светового импульса при экспонировании, t - текущее время, Тнэк - начало процесса экспонирования, Ткэк - конец процесса экспонирования, Тэк - общая продолжительность процесса экспонирования, t1им - длительность первого светового импульса, t2им - длительность второго светового импульса, tN-1им - длительность (N-l)-го светового импульса, tNим - длительность N-го светового импульса, tп - длительность паузы; хоу - система координат с началом в верхнем левом углу кадра, 1 - траектория объекта, входящего в кадр после начала процесса экспонирования (после момента Тнэк); 2 - траектория объекта, выходящего из кадра до окончания процесса экспонирования (до момента Ткэк); 3 - траектория объекта, пересекающего кадр за время, меньшее Тэк (входящего в кадр после момента Тнэк и выходящего из кадра до момента Ткэк); x1, y1, х2, y2, x3, y3, x4, y4 - линейные координаты в кадре начальных и конечных точек штрихов, зарегистрированных на светочувствительной поверхности; Т1эк; Т2эк; Т3эк - продолжительности экспонирования 1-го, 2-го и 3-го объектов; t1, t2, t3, t4, - моменты привязки линейных координат начальных и конечных точек зарегистрированных штрихов к системе единого времени.

Для независимой привязки линейных координат начальных и конечных точек зарегистрированных штрихов к системе единого времени длительность каждого светового импульса при постоянной паузе устанавливают пропорциональной текущему времени, например, следующим образом.

Назначают длительность i-го светового импульса (продолжительность экспонирования в i-м периоде)

где t° - постоянная составляющая светового импульса, остающаяся неизменной в каждом периоде,

Δt - временной дискрет, характеризующий увеличение длительности импульса данного периода по сравнению с предыдущим,

* - знак операции умножения.

Длительность импульса в 1-м периоде будет равна Для последующих периодов

Назначают длительность паузы постоянной и для всех периодов следования импульсов и равной tп.

Эта последовательность импульсов с нарастающей длительностью и с постоянной паузой показана на фиг.1. Общая продолжительность процесса экспонирования Тэк представляется зависимостью

где N - количество периодов.

В соответствии с приведенной зависимостью, а также с учетом технических характеристик объектива и приемника излучения выбирают конкретную реализацию процесса регистрации движущихся объектов.

Например, регистрации подлежат точечные объекты, средняя видимая угловая скорость которых составляет ω=2 угл. рад./с. Изображения объектов формируются на светочувствительной поверхности размером 10×10 мм при помощи объектива с фокусным расстоянием f=500 мм. Качество объектива обеспечивает кружок рассеяния dкр=0,03 мм. Общая продолжительность процесса экспонирования Тэк≈0,5 с. Многократное прерывание светового потока в процессе экспонирования осуществляется при помощи быстродействующего электромеханического затвора.

При выбранных ранее соотношениях для длительности импульса и длительности паузы tп постоянную составляющую назначают такой, чтобы за время t0 изображение объекта оставляло на светочувствительной поверхности штрих длиной L0, позволяющей произвести его точный обмер. Т.к. ширина штриха составит dкр, то его минимальная длина должна быть в несколько, например, в 4…6 раз больше, т.е. L0=0,12-0,18 мм.

Учитывая, что средняя линейная скорость изображения объекта V=f*tg(ω)=500*tg(2)=17,5 мм/с, назначают t0=L0/V=0,01 с. Для паузы выбирают такое же значение, т.е. tп=0,01 с. Величину временного дискрета выбирают такой, чтобы обеспечивалась надежная идентификация каждого штриха по приращению его длины. Для этого назначают, например, значение Δt в 5 раз меньшее, чем t0, т.е. At=0,002 с.

Тогда и т.д.

Так как tп=t0=0,01 с, то расстояние, которое проходит изображение объекта во время паузы, т.е. величина пробелов между штрихами Lп, а также расстояние, которое проходит изображение объекта за время t0, будут равны Lп=L0=0.01*V=0,175 мм. Расстояние, проходимое за время At, будет равно ΔL=0.002*V=0,035 мм.

Соответственно длина 1-го штриха составит 2-го штриха составит L2=0,245 мм, 3-го штриха составит L3=0,280 мм и т.д.

Если ориентироваться на заданную продолжительность процесса экспонирования Тэк=0,5 с, то после подстановки в выражение (2) значений , tп Δt находят, что в заданную продолжительность «вкладываются» 14,41 периодов экспонирования, т.е. полных периодов будет N=14. Максимальная длительность светового импульса в последнем (14-м) периоде составит t14нм=0,01+14*0,002=0,038 с. Длина последнего (14-го) штриха при линейной скорости изображения объекта 17,5 мм/с составит L14=0,665 мм. Уточненное значение продолжительности процесса экспонирования составит Тэк=0,486 с.

Отметим, что приведенные геометрические характеристики прерывистого следа соответствуют объекту, движущемуся с угловой скоростью 2 угл. град./с. Для объектов с другими угловыми скоростями эти характеристики будут другими.

Неизвестный объект может входить в кадр после начала процесса экспонирования. Этот случай изображен на фиг.2 (траектория 1) и фиг.3 (временная диаграмма а). Движущийся объект 1 экспонируется в течение времени т1эк и на фотоприемник попадает 4 полных световых импульса. В результате регистрируется конечная часть траектории (4 полных штриха), что позволяет определить скорость, направление движения и траекторию объекта. Подобная информация получается по неизвестному объекту, выходящему из кадра до окончания процесса экспонирования (фиг.2, траектория 2 и фиг.3, диаграмма б). За время экспонирования Т2эк на фотоприемник попадает восемь полных световых импульсов и соответственно начальная часть зарегистрированной траектории содержит 8 полных штрихов, достаточных для определения скорости, направления движения и траектории объекта.

Благодаря тому, что каждый штрих привязан к системе единого времени автономно, предлагаемый способ позволяет определять траекторию всего лишь по двум полным штрихам. Рассмотрим более подробно траекторию 3. За время экспонирования Т3эк на фотоприемник попадает два полных световых импульса. На траектории регистрируются координаты четырех точек, являющихся началами и окончаниями двух полных штрихов. Какая-либо априорная информация скорости и направлении движения объекта, а также о времени входа и выхода из кадра отсутствует.

После измерения линейных координат начальных и конечных точек зарегистрированных штрихов, получают

X1=9,764 мм, y1=0,681 мм,

х2=9,293 мм, у2=0,461 мм,

х3=9,057 мм, у3=0,351 мм,

х4=8,539 мм, у4=0,109 мм.

По измеренным координатам находят длину первого зарегистрированного штриха

Lрег1=[(x1-x2)2+(y1-y2)2]1/2=[(9,764-9,293)2+(0,681-0,461)2]1/2=0,519 мм

По этим же координатам находят длину пробела между штрихами, т.е. расстояние Lп, которое проходит изображение объекта за время паузы tп, а также расстояние L0, которое проходит изображение объекта за время t0

Lп=L0=[(x2-x3)2+(y2-y3)2]1/2=[(9,293-9,057)2+(0,461-0,351)2]1/2=0,26l мм.

Соответственно находят ΔL=Lп/5=0,052 мм.

Для нахождения неизвестного номера периода n1, соответствующего первому зарегистрированному штриху, с учетом соотношений (1) и (2) из полученных значений составляют уравнение

Lрег1=L0+n1*ΔL=0,261+n1*0,052=0,519 мм; откуда n1=4,961.

Так как истинное значение n1 всегда является целочисленным, то принимают n1=5. Аналогичные вычисления выполняют для второго штриха

Lрег2=[(х34)2+(у34)2]1/2=[(9,057-8,539)2+(0,351-0,109)2]1/2=0,572 мм

Lрег2=L0+n2*ΔL=0,261+n2*0,052=0,572 мм; откуда n2=5,975=6.

Таким образом, изображение неизвестного объекта движется в кадре справа налево с линейной скоростью Vн=Lп/tп=0,261/0,01=26,1 мм/с. Угловая скорость неизвестного объекта составляет ω=arctg(Vн/f)=2,98 угл. гр./с.

По вычисленным n1 и n2 привязывают линейные координаты начальных и конечных точек зарегистрированных штрихов к системе единого времени.

t1нэк+t1им+tп+t2им+tп+t3им+tп+t4им+tпнэк+4*t0+4*tп+10*Δt=Тнэк+0,1 с;

t2=t1+t0+5*Δt=Tнэк+0,1+0,01+5*0,002=Тнэк+0,12 с;

t3=t2+tп=Tнэк+0,12+0,01=Тнэк+0,13 с;

t4=t3+t0+6*Δt=Tнэк+0,13+0,01+6*0,002=Тнэк+0,152 с.

Таким образом, многократное прерывание потока излучения при экспонировании, то есть преобразование потока в периодическую последовательность световых импульсов, длительность которых и соответственно период следования пропорционален текущему времени, привязывание ко времени начала и конца каждого импульса, формирования на светочувствительной поверхности прерывистых следов объектов в виде штрихов и пробелов и измерения координат начала и конца каждого штриха позволяет регистрировать все попадающие в кадр движущиеся объекты, в том числе объекты, пересекающие кадр за время меньшее продолжительности экспонирования и объекты с неизвестными направлениями движения, что значительно расширяет точность и достоверность регистрации.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Быков О.П. Первое фотографическое наблюдение ИСЗ в СССР. Международная конференция «Околоземная астрономия», п.Терскол, 2007, Тезисы, стр.4.

2. Баранов В.Н., Бойко Е.Г., Краснорылов И.И. и др. Космическая геодезия. - М.: Недра, 1986, стр.52-66, рис.15.

1. Способ регистрации движущихся объектов, заключающийся в преобразовании потока излучения в последовательность световых импульсов, привязки ко времени начала и конца каждого импульса, формировании на светочувствительной поверхности следов объектов в виде штрихов и измерении координат начала и конца каждого штриха, отличающийся тем, что устанавливают продолжительность периода следования импульсов пропорциональной текущему времени.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что длительность импульса излучения в каждом периоде следования импульсов пропорциональна текущему времени, а длительность паузы - постоянна.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что длительность паузы в каждом периоде следования импульсов пропорциональна текущему времени, а длительность импульса излучения - постоянна.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, для обнаружения и фиксации нарушений правил дорожного движения транспортным средством.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения скорости движущегося объекта и расстояния до него. .

Изобретение относится к системам обнаружения объектов по электромагнитному полю, создаваемому их движением, и предназначено для обнаружения глубоководных аппаратов и других объектов, скрытых от прямого наблюдения.

Изобретение относится к приборостроению, в частности к оптико-электронным приборам, предназначенным для поиска и сопровождения целей в сочетании с дальномером, и может быть использовано в системах точного наведения или целеуказания

Изобретение относится к области локации, преимущественно к комбинированным способам обнаружения подвижных объектов, например беспилотных летательных аппаратов, особенно при неблагоприятных метеоусловиях. Согласно способу регистрируют в различные моменты времени первого, второго, третьего и четвертого изображений подвижного объекта. Получают два разностных изображения подвижного объекта и определяют центры разностных изображений подвижного объекта. Производят определение вертикальных и горизонтальных углов визирования центров разностных изображений подвижного объекта. Производят считывание информации о скорости и путевом угле из системы управления подвижного объекта в моменты регистрации изображений. На основании полученных данных определяют наклонные дальности и координаты подвижного объекта в системе координат системы наблюдения. Система наблюдения может быть установлена на другом подвижном объекте. Технический результат - повышение точности обнаружения, определение дальности до подвижного объекта и его текущих координат. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области вооружений и может быть использовано во взрывателях различных боеприпасов для определения расстояния между телами

Изобретение относится к области вооружений и может быть использовано для определения скорости сближения двух тел, движущихся с различной скоростью

Изобретение относится к области вооружений и может быть использовано в неконтактных взрывателях, использующих оптическое излучение для идентификации и определения заданного расстояния до цели

Изобретение относится к области вооружений и может быть использовано во взрывателях различных боеприпасов, для определения расстояния между телами

Способ включает детектирование отраженных импульсов света, оцифровывание принятых сигналов, расчет дальностей до объектов и скоростей движущихся объектов, определение угловых координат. При оцифровывании сигналы дифференцируют. Одновременно измеряют временные интервалы между моментами излучения и частями дифференцированных сигналов, соответствующих фронтам принятых импульсов света, и временные интервалы t2 между частями дифференцированных сигналов, соответствующих фронтам и спадам принятых импульсов света. Рассчитывают скорости υ движущихся объектов: υ = c ⋅ ( 1 − t 2 t 1 ) , где с - скорость света в среде; t1 - длительность излученного импульса света. Устройство содержит блок оцифровывания сигнала, выполненный из многоканального измерителя временных интервалов и n-дифференциаторов, входы которых соединены с выходами фоточувствительных элементов, а выходы - с входами сигналов многоканального измерителя временных интервалов, выход которого соединен с входом блока управления. Технический результат - одновременность и точность обнаружения объектов, измерения скорости движения объектов, расстояний и угловых координат. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способам наблюдения за космическими объектами (КО) с помощью оптико-электронных средств и м.б. использовано для определения орбиты пассивного КО (ПКО) на геостационарной орбите автономно с борта активного КО (АКО). В процессе дрейфа по квазигеостационарной орбите (с меньшими радиусом и периодом, чем ПКО) АКО выполняет поиск и обнаружение ПКО. После этого определяется точка восходящего или нисходящего узла орбиты ПКО. По периодическим появлениям ПКО в этой точке определяют драконический период обращения ПКО. На каждом витке АКО приближается к ПКО на определенное расстояние. За два витка эти расстояния образуют динамическую базу стерео-триангуляционных измерений координат указанной узловой точки орбиты ПКО. По двум дополнительным точкам орбиты, находящимся до и после узловой точки вне экваториальной плоскости Земли, измеряют вектор скорости ПКО. После определения координат узловой точки и вектора скорости ПКО однозначно, за время полного витка после момента первой регистрации указанной точки, рассчитывают 6-мерный вектор орбитального движения ПКО. Технический результат изобретения состоит в минимизации числа АКО, времени наблюдения ПКО и соответствующих затрат характеристической скорости. 4 ил.

Изобретение относится к способу определения высоты и вертикальной скорости летательного аппарата. Способ включает в себя многократное зондирование объекта импульсами лазерного излучения, прием и регистрацию отраженного объектом сигнала с его привязкой к импульсам стабильной тактовой частоты, образующим ячейки дальности, и статистическую обработку зарегистрированных данных. При этом производят серию зондирований способом некогерентного накопления, если принятый сигнал меньше порогового значения, которое определяется заданной вероятностью F ложного срабатывания. И если принятый сигал больше порогового значения, то зондирование производят в моноимпульсном режиме измерения дальности и скорости. Технический результат - обеспечение измерений с борта летательного аппарата его высоты и вертикальной составляющей скорости как в стационарном полете, так и при взлете и посадке в широком диапазоне высот и режимов подъема и снижения. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Лазерный когерентный локатор целеуказания содержит одночастотный СО2-лазер, передающий телескоп, приемный объектив, фотоприемное устройство, работающее в гомодинном режиме фотосмешения. Причем фотоприемное устройство выполнено четырехквадрантным, выходы каждого из равновеликих квадрантов, попарно образующие азимутальные и угломестные суммарно-разностные каналы, соединены с двумя входами блока управления приводами - азимутальным и угломестным - ориентации взаимно коллинеарных оптических осей передающего телескопа и приемного объектива. Также указанное фотосмешение на выходе фотоприёмного устройства обеспечивает образование сигнала, который содержит две компоненты, существенно разнесённые по спектру. Одна из них характеризует дальность до объекта, а другая - его скорость. Технический результат - упрощение структуры канала измерения дальности и обеспечение автоматического сопровождения движущейся цели по угловым координатам. 3 ил.

Способ измерения высоты и вертикальной скорости летательного аппарата (ЛА) заключается в многократном зондировании объекта импульсами лазерного излучения, приеме и регистрации отраженного объектом сигнала с его привязкой к импульсам стабильной тактовой частоты. При этом в рабочем режиме полета для определения дальности до объекта используют режим некогерентного накопления. В режимах взлета и посадки отключают режим некогерентного накопления и используют моноимпульсный режим измерения дальности и скорости. Технический результат заключается в обеспечении измерений с борта летательного аппарата его высоты и вертикальной составляющей скорости как в стационарном полете, так и при взлете и посадке в широком диапазоне высот и режимов подъема и снижения. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх