Устройство определения угловых координат оптического излучения

Изобретение относится к области оптической электроники и может быть использовано в прецизионных системах обеспечения вхождения в связь, системах точного нацеливания узких оптических лучей и др. Устройство включает первый и второй оптико-электронные координаторы с матричными фотоприемниками, каждый фотоэлемент которых имеет координатную привязку в декартовой системе координат, восемь аналогово-цифровых преобразователей, микропроцессор и индикатор. Первый, второй, третий и четвертый выходы первого оптико-электронного координатора соединены с входами первого, второго, третьего и четвертого аналогово-цифровых преобразователей соответственно, выходы которых соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами микропроцессора. Первый, второй, третий и четвертый выходы второго оптико-электронного координатора соединены с входами пятого, шестого, седьмого и восьмого аналогово-цифровых преобразователей соответственно, выходы которых соединены соответственно с пятым, шестым, седьмым и восьмым входами микропроцессора, выход которого соединен с входом индикатора. Технический результат - расширение диапазона значений определяемых угловых координат, снятие ограничений на установку оптико-электронных координаторов с матричными приемниками в декартовой системе координат. 2 ил.

 

Изобретение относится к области оптической 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 обеспечения устойчивости оптического канала передачи информации, размещенных на подвижных средствах.

Известно устройство (прототип) определения направления на источник оптического излучения (ИОИ) по рассеянной в атмосфере составляющей (см., например, А.Ю.Козирацкий, Ю.Л.Козирацкий, П.Е.Кулешов и др. Патент №2285275, Россия, G01S 17/06. Бюл. №28 от 10.10.06. Способ определения направления на источник оптического излучения по рассеянной в атмосфере составляющей и устройство его реализации. - М:, РОСПАТЕНТ, 2006), содержащее первый и второй оптико-электронные координаторы (ОЭК) с матричными фотоприемниками, первый и второй блоки вычитания, первый и второй квадраторы, первый и второй делители, сумматор, блок извлечения квадратного корня, первый и второй блоки вычисления arctg, выходы которых являются выходами устройства. Недостатками данного устройства являются ограниченный диапазон определения значений угловых координат ИОИ, ограниченных углом, образованным линиями (диагоналями), соединяющими крайние фотоэлементы верхней и нижней линеек ОЭК, а также жесткая привязка матриц фотоэлементов ОЭК к координатным плоскостям.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является расширение диапазона значений определяемых угловых координат ИОИ и снятие ограничений на установку ОЭК в декартовой системе координат.

Технический результат достигается тем, что в известном устройстве определения угловых координат ИОИ, включающем установленные в декартовой системе координат первый и второй оптико-электронные координаторы с матричными фотоприемниками, каждый фотоэлемент которых имеет координатную привязку в декартовой системе координат, дополнительно установлены первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой аналогово-цифровые преобразователи, микропроцессор и индикатор, при этом первый, второй, третий и четвертый выходы первого оптико-электронного координатора соединены с входами первого, второго, третьего и четвертого аналогово-цифровых преобразователей соответственно, выходы которых соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами микропроцессора, первый, второй, третий и четвертый выходы второго оптико-электронного координатора соединены с входами пятого, шестого, седьмого и восьмого аналогово-цифровых преобразователей соответственно, выходы которых соединены соответственно с пятым, шестым, седьмым и восьмым входами микропроцессора, выход которого соединен с входом индикатора.

Сущность изобретения заключается в применении двух ОЭК с матричными фотоприемниками, в которых используются помимо горизонтальных линеек фотоэлементов дополнительно вертикальные линейки фотоэлементов, осуществляющих прием рассеянного излучения под ортогональным углом к оси пучка ИОИ. Это позволяет расширить диапазон измеряемых значений угловых координат ИОИ за счет дополнительного увеличения количества фотоэлементов ОЭК и расширения сектора просмотра в поле зрения ОЭК. Применение элементов электронно-вычислительной техники для обработки сигналов ОЭК позволяет снять жесткие требования к установке ОЭК к декартовой системе координат. Это приводит к тому, что координатная привязка фотоэлементов ОЭК (с последующим внесением выбранных координат фотоэлементов в алгоритм вычисления, реализованный в микропроцессоре) может осуществляться независимо от схемы обработки сигналов. По существу, сигналы фотоэлементов ОЭК, имеющие максимальные выходные значения, являются «ключами», по которым микропроцессор обращается к внесенным (хранящимся) координатам фотоэлементов для их использования в вычислительном процессе. Поэтому предлагаемое техническое решение позволяет отказаться от блоков, включенных в устройство-прототип, функционирование которых требует жесткой привязки фотоэлементов в декартовых координатных плоскостях.

Принцип функционирования предлагаемого устройства продемонстрирован на геометрической схеме расположения ОЭК и пучка ИОИ в декартовой системе координат (фигура 1). Для наглядности в схеме фокусирующие свойства формирующей оптики не учитываются. Это позволяет представить изображение пучка ИОИ и поля матриц ОЭК соизмеримыми размерами. При этом поле матрицы фотоэлементов второго ОЭК расположено в плоскости x0z, а поле первого ОЭК повернуто относительно плоскости 0yz на угол α. Фотоэлементы ОЭК имеют координатную привязку, координаты которых известны и внесены в память микропроцессора и имеют обозначение: первый индекс указывает на принадлежность ОЭК, второй индекс - номер фотоэлемента. Матрицы фотоэлементов ОЭК одинаковы и имеют количество в вертикальных линейках M фотоэлементов, в горизонтальных линейках N фотоэлементов. Оптический пучок от ИОИ падает на плоскость xy0 таким образом, чтобы в определении угловых координат были задействованы вертикальные линейки фотоэлементов (для демонстрации тех. результата). Часть оптической оси пучка представляется в виде проекций на плоскостях матриц фотоэлементов ОЭК, задаваемые точками с координатами a(x11, 0, z1n), b(x1N, y1w, z1m), g(0, y21, z2i), f(0, y2N, z2s), где , , , , - номер фотоэлемента по осям z и y, имеющего максимальный выходной сигнал.

Для определения угловых координат ИОИ согласно устройству прототипу необходимо знать длины отрезков Δx=x1H-x1B и Δy=y2H-y2B, где x1B, x1H, y2B, y2H - координаты фотоэлементов верхней и нижней линеек первого и второго ОЭК, сигнал на выходе которых имеет максимальное значение. Произведем замену вторых индексов координат x1H=x1h, x1B=x1q, y2H=y2v, y2B=y2r, где , , , - номер координаты по осям х и y, полученных пересечением линий проекций оптической пучка и горизонтальных линек фотоэлементов. Значение искомых длин (Δx, Δy) отрезков в ситуации, представленной на фигуре 1, возможно получить с использование свойств подобных треугольников, а именно Δx из треугольников с вершинами Δa(x11, 0, z1n)b(x1N, y1w, z1m)c(x1N, y1w, z1n) и Δa1(x1h, y1k, 0)b1(x1q, y1j, z1M1(x1q, y1j, 0), Δy из треугольников с вершинами Δg(0, y21, z2i)f(0, y2N, z2s)e(0, y2N, z2i) и Δg1(0, y2v, 0)f1(0, y2r, d)e1(0, y2r, 0), где , - номер координаты по оси y, полученные пересечением линий проекций оптической пучка и горизонтальных линек фотоэлементов. Учитывая, что плоскость матицы первого ОЭК повернута на угол α относительно плоскости 0yz, угловые координаты ИОИ и координат центра пятна (точка A(x1h, y2v, 0)) подсвета определяются выражениями

,

,

, ,

,

где d=z2M=z1M - расстояние между верхней и нижней линейками фотоэлементов ОЭК.

Подобные алгоритмы вычисления угловых координат ИОИ можно рассмотреть для всех возможных случаев расположения пучка ИОИ и установки ОЭК в декартовой системе координат. Реализация этих алгоритмов в микропроцессоре позволит получить искомые координаты ИОИ.

Таким образом, предлагаемое изобретение за счет дополнительного использования вертикальных (боковых) линеек фотоэлементов ОЭК и в зависимости от их установки в декартовой системе координат позволяет существенно расширить диапазон определения значений угловых координат ИОИ. Применение электронно-вычислительных технологий (микропроцессора или ЭВМ) в построении устройства снимает ограничения на строгую привязку полей матриц именно в координатных плоскостях за счет реализации вычислительного процесса оценки координат ИОИ в виде программы. Тем самым предлагаемое авторами устройство устраняет недостатки прототипа.

На фигуре 2 представлена блок-схема устройства. Блок-схема устройства содержит первый и второй ОЭК с матричными фотоприемниками 1, 2, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой аналогово-цифровые преобразователи 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 и 10, микропроцессор 11 и индикатор 12.

Устройство работает следующим образом. Предварительно осуществляют установку ОЭК в декартовой системе координат и координатную привязку их фотоэлементов. Координаты фотоэлементов заносятся (запоминаются) в элементах памяти микропроцессора (ЭВМ) 11. Рассеянное оптическое излучение принимается ОЭК 1, 2. С выходов ОЭК 1, 2 сигналы фотоэлементов, имеющие максимальные значения выходных сигналов, преобразуются в кодовые сигналы соответствующими аналогово-цифровыми преобразователями 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 и 10 и поступают в микропроцессор (ЭВМ) 11, где осуществляется вычисление координат центра пятна подсвета и угловых координат ИОИ, значения которых отображаются индикатором 12.

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений неизвестно устройство определения угловых координат ИОИ, включающее установленные в декартовой системе координат первый и второй оптико-электронные координаторы с матричными фотоприемниками, каждый фотоэлемент которых имеет координатную привязку, дополнительно установленные первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой аналогово-цифровые преобразователи, микропроцессор и индикатор, при этом первый, второй, третий и четвертый выходы первого оптико-электронного координатора соединены с входами первого, второго, третьего и четвертого аналогово-цифровых преобразователей соответственно, выходы которых соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами микропроцессора, первый, второй, третий и четвертый выходы второго оптико-электронного координатора соединены с входами пятого, шестого, седьмого и восьмого аналогово-цифровых преобразователей соответственно, выходы которых соединены соответственно с пятым, шестым, седьмым и восьмым входами микропроцессора, выход которого соединен с входом индикатора.

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

Устройство определения угловых координат источника оптического излучения, включающее установленные в декартовой системе координат первый и второй оптико-электронные координаторы с матричными фотоприемниками, каждый фотоэлемент которых имеет координатную привязку в декартовой системе координат, отличающееся тем, что дополнительно установлены первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой аналого-цифровые преобразователи, микропроцессор и индикатор, при этом первый, второй, третий и четвертый выходы первого оптико-электронного координатора соединены с входами первого, второго, третьего и четвертого аналого-цифровых преобразователей соответственно, выходы которых соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами микропроцессора, первый, второй, третий и четвертый выходы второго оптико-электронного координатора соединены с входами пятого, шестого, седьмого и восьмого аналого-цифровых преобразователей соответственно, выходы которых соединены соответственно с пятым, шестым, седьмым и восьмым входами микропроцессора, выход которого соединен с входом индикатора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к устройствам для регистрации и оценки отклонения фазового сдвига земного излучения в двух разных пространственных точках.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в лазерной локации низколетящих ракет морского базирования, например, типа «Гарпун», использованных Аргентиной против корабля Великобритании в военном конфликте в 80-х годах прошлого столетия из-за выяснения принадлежности Мальвинских (Фолклендских) островов в акватории южной Америки, а также в результате предполагаемого использования против российских кораблей в Грузино-Абхазском военном противостоянии на Черном море в августе 2008 года.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при разработке лазерных локационных систем морского базирования для обнаружения низколетящих крылатых ракет.

Изобретение относится к обнаружению увеличительных оптических систем и содержит этап подсветки предметной сцены, на которой может присутствовать упомянутая увеличительная оптическая система, по меньшей мере, одним импульсом, сформированным первым лазерным излучателем (Е).

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к лазерной локации, и может быть использовано в системах обнаружения и распознавания целей, в системах предупреждения столкновения транспортных средств, в навигационных устройствах и в системах охранной сигнализации.

Изобретение относится к устройствам для предупреждения человека с ослабленным зрением о приближении к препятствию и оценки расстояния до него. .

Изобретение относится к области локации и может быть использовано для обнаружения крылатых ракет морского базирования, измерения высоты их полета, наклонной дальности и вектора скорости в интересах военно-морского флота.

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерной дальнометрии. .

Изобретение относится к оптико-электронным приборам для двусторонней оптической связи. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения координат и скорости низколетящих ракет морского базирования. .

Изобретение относится к лазерной доплеровской локации и может быть использовано при синтезе устройств обработки информации о местоположении и скорости низколетящих ракет морского базирования с помощью лазерных доплеровских локаторов с непрерывным режимом излучения и растровым сканированием по угловым координатам

Изобретение относится к лазерной технике

Изобретение относится к областям лазерной техники и электроники и может быть использовано при синтезе лазерных доплеровских локаторов по низколетящим крылатым ракетам морского базирования, использующих переотражения лазерного излучения от бликов морской поверхности, на которую падает рассеянное лазерное излучение, облучающее боковую поверхность крылатой ракеты

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в качестве имитатора импульсных высокочастотных сигналов, образуемых на выходе матричного фотоприемного устройства с размерностью m n - элементов в матрице, принимающего лазерные излучения, переотраженные бликами морской поверхности, хаотически распределенные во времени и по пространству, при решении локационной задачи по низколетящим ракетам морского базирования (m - число столбцов, n - число строк в матрице)

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерной дальнометрии

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерной дальнометрии

Изобретение относится к области измерительной техники и приборостроения и может быть использовано в качестве лазерного локатора для обнаружения и измерения координат и скорости низколетящих ракет морского базирования в интересах ВМФ страны

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к аппаратуре лазерной дальнометрии

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при разработке лазерных доплеровских локаторов применительно к низколетящим ракетам морского базирования типа «Гарпун» и аналогичных

Изобретение относится к области оптической электроники и может быть использовано в прецизионных системах обеспечения вхождения в связь, системах точного нацеливания узких оптических лучей и др

Наверх