Способ лазерной локации



Способ лазерной локации
Способ лазерной локации

 


Владельцы патента RU 2454680:

Российская Федерация, в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (RU)

Способ включает облучение определяемого объекта лазерным излучением, принятие лазерного излучения приемником, преобразование лазерного излучения в электрический сигнал, обработку и анализ электрического сигнала, по результатам которого определяют местоположение объекта. При облучении материального объекта лазерным излучением изменяют частоту лазерного излучения по пилообразному закону. Разделяют лазерное излучение на две пары составляющих, преобразуют каждую составляющую лазерного излучения из прямого в рассеянное пропусканием через диафрагму. Располагают все диафрагмы в одной плоскости таким образом, чтобы оптические пути прохождения лазерного излучения от лазера до каждой из пары диафрагм были одинаковы. Облучают определяемый объект рассеянным лазерным излучением от каждой пары диафрагм поочередно. Располагают приемник на определяемом объекте и принимают суммарный сигнал рассеянного лазерного излучения от каждой пары диафрагм. Преобразуют его в электрический сигнал, производят обработку и анализ. По результатам анализа обработанных сигналов от каждой пары определяют две кривые всех возможных расположений объекта на плоскости. По точке пересечения кривых определяют действительное местоположение объекта на плоскости, проходящей через объект и диафрагмы. Технический результат - обеспечение высокой точности определения местоположения объекта на плоскости. 2 ил.

 

Изобретение относится к области приборостроения, преимущественно к измерительной технике, основанной на лазерном излучении, и может быть использовано в робототехнике и на предприятиях, занимающихся разработкой, изготовлением и применением систем лазерной локации для определения местонахождения объекта на плоскости.

Известен способ лазерной локации, при котором облучают определяемый объект лазерным излучением, принимают лазерное излучение приемником, преобразуют лазерное излучение в электрический сигнал, производят обработку и анализ электрического сигнала и по результатам анализа этого сигнала определяют координаты каждой точки поверхности контролируемого объекта (заявка на изобретение №2001117241, G01B 11/24, опубликована в 2003 г.) В данном способе лазер устанавливается на поворотной платформе, а лазерное излучение направляется на объект под разными углами, при этом для определения координат каждой точки поверхности контролируемого объекта необходимо измерять углы поворотной платформы, на которой устанавливают лазер. Погрешность измерения этих углов сильно влияет на точность определения координат каждой точки поверхности контролируемого объекта. Недостаток данного способа заключается в невысокой точности определения местоположения объекта, обусловленной сложностью точного определения углов установки платформы с лазером.

Известен также способ лазерной локации, включающий облучение определяемого объекта лазерным излучением, принятие лазерного излучения приемником, преобразование лазерного излучения в электрический сигнал, обработку и анализ электрического сигнала, по результатам которого определяют местоположение объекта (патент Российской Федерации №2296350, G01S 17/02, 2007 г.) Этот способ выбран в качестве прототипа предложенного решения.

В указанном способе объект облучают немодулированным лазерным излучением, излучение отражается объектом и водной поверхностью, над которой расположен объект, принимается приемником, расположенным вблизи источника лазерного излучения, преобразуется в электрический сигнал, по результатам обработки которого судят о координатах объекта относительно водной поверхности. Недостатком известного способа является невысокая точность определения местоположения объекта на плоскости, обусловленная тем, что принимают излучения не только от объекта, но и от бликов морской поверхности и статистически усредняют полученные результаты. Кроме того недостатком данного способа является невозможность применения его в робототехнике.

В предложенном изобретении ставится техническая задача создания такого способа лазерной локации, который бы обеспечивал высокую точность определения местоположения объекта на плоскости, что особенно важно для робототехники.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе лазерной локации, включающим облучение определяемого объекта лазерным излучением, принятие лазерного излучения приемником, преобразование лазерного излучения в электрический сигнал, обработку и анализ электрического сигнала, по результатам которого определяют местоположение объекта. При облучении материального объекта лазерным излучением изменяют частоту лазерного излучения по пилообразному закону, разделяют лазерное излучение на две пары составляющих, преобразуют каждую составляющую лазерного излучения из прямого в рассеянное путем пропускания через диафрагму, располагают все диафрагмы в одной плоскости таким образом, чтобы оптические пути прохождения лазерного излучения от лазера до каждой из пары диафрагм были одинаковы, облучают определяемый объект рассеянным лазерным излучением от каждой пары диафрагм поочередно, располагают приемник на определяемом объекте, принимают приемником суммарный сигнал рассеянного лазерного излучения от каждой пары диафрагм и преобразуют его в электрический сигнал, производят обработку и анализ электрического сигнала, возникающего при воздействии рассеянного лазерного излучения поочередно от каждой пары диафрагм, по результатам анализа обработанных сигналов от каждой пары определяют две кривые всех возможных расположений объекта на плоскости, по точке пересечения которых и определяют действительное местоположение объекта на плоскости, проходящей через объект и диафрагмы.

Предлагаемый способ лазерной локации поясняется с помощью прилагаемых чертежей:

- на фиг.1 изображена схема взаимного расположения лазера, диафрагм и определяемого объекта;

- на фиг.2 изображены результаты обработки электрических сигналов, возникающих при воздействии рассеянного лазерного излучения поочередно от каждой пары диафрагм.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.

В лазере 1 (фиг.1) излучение модулируется по пилообразному закону. Базовая частота излучения может быть выбрана в инфракрасном диапазоне, например, 200 ТГц, что соответствует длине волны примерно 1,5 мкм. При этом мы линейно наращиваем частоту на 100 ГГц за 1 мс.

Лазерное излучение разделяют на две пары составляющих, например с помощью полупрозрачных зеркал или призм, и направляют на диафрагмы 2, при этом оптические пути прохождения лазерного излучения от лазера до каждой из пары диафрагм выполняются одинаковыми.

Преобразуют каждую составляющую лазерного излучения из прямого в рассеянное путем пропускания через диафрагмы 2. При этом располагают все диафрагмы в одной плоскости. Две пары диафрагм могут быть образованы как четырьмя диафрагмами, так и тремя, если одна из них будет являться общей для обеих пар.

Приемник рассеянного лазерного излучения располагают на определяемом объекте 3. Производят облучение определяемого объекта рассеянным лазерным излучением от каждой пары диафрагм поочередно, поскольку излучение от одной пары диафрагм при данном способе локации не дает однозначного решения. При этом частота переключения рассеянного лазерного излучения от каждой пары диафрагм выбирается из условий обеспечения необходимой точности определения местоположения объекта. Например, при указанных выше параметрах модуляции лазерного излучения, частота переключения между парами источников должна составлять порядка секунд.

С помощью установленного на объекте приемника поочередно принимают суммарные сигналы рассеянного лазерного излучения от каждой пары диафрагм, которые преобразуют в электрические сигналы, например, с помощью фотоэлектрического преобразователя. Производят обработку и анализ электрического сигнала, возникающего при воздействии рассеянного лазерного излучения поочередно от каждой пары диафрагм.

В результате анализа обработанного сигнала через определение разности частот от каждой диафрагмы в паре, находится разность расстояний от определяемого объекта до диафрагм, координаты которых известны. По разности расстояний от определяемого объекта до диафрагм задает некую кривую 4 всех возможных расположений объекта на плоскости. Так как геометрическое место точек М Евклидовой плоскости, для которых абсолютное значение разности расстояний от М до двух выделенных точек F1 и F2 (называемых фокусами, в нашем случае это как раз и есть диафрагмы) постоянно - это гипербола, то указанная кривая имеет вид гиперболы, на которой находится определяемый объект, при облучении его рассеянным лазерным излучением от одной пары диафрагм. Путем облучения определяемого объекта рассеянным лазерным излучением от второй пары диафрагм, можно определить вторую кривую 5, также имеющую вид гиперболы, на которой находится определяемый объект и лежащей в той же плоскости. Точка пересечения этих кривых и дает координаты (X0, Y0) или действительное местоположение определяемого объекта на плоскости (фиг.2).

Заявленный способ лазерной локации может быть осуществлен в промышленности с применением освоенных современных технологий, материалов и процессов и может быть использован для определения местоположения объекта в робототехнике, станкостроении и машиностроении.

Предложенный способ лазерной локации не использует измерения углов, что приводит к увеличению погрешности определения местоположения определяемого объекта с увеличением расстояния от лазерного источника, позволяет повысить точность определения местоположения объекта на плоскости, которая не зависит в данном способе от расстояния между объектом и источником лазерного излучения.

Способ лазерной локации, включающий облучение определяемого объекта лазерным излучением, принятие лазерного излучения приемником, преобразование лазерного излучения в электрический сигнал, обработку и анализ электрического сигнала, по результатам которого определяют местоположение объекта, отличающийся тем, что при облучении материального объекта лазерным излучением изменяют частоту лазерного излучения по пилообразному закону, разделяют лазерное излучение на две пары составляющих, преобразуют каждую составляющую лазерного излучения из прямого в рассеянное путем пропускания через диафрагму, располагают все диафрагмы в одной плоскости таким образом, чтобы оптические пути прохождения лазерного излучения от лазера до каждой из пары диафрагм были одинаковы, облучают определяемый объект рассеянным лазерным излучением от каждой пары диафрагм поочередно, располагают приемник на определяемом объекте, принимают приемником суммарный сигнал рассеянного лазерного излучения от каждой пары диафрагм и преобразуют его в электрический сигнал, производят обработку и анализ электрического сигнала, возникающего при воздействии рассеянного лазерного излучения поочередно от каждой пары диафрагм, по результатам анализа обработанных сигналов от каждой пары определяют две кривые всех возможных расположений объекта на плоскости, по точке пересечения которых и определяют действительное местоположение объекта на плоскости, проходящей через объект и диафрагмы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к системам определения наличия и местоположения посторонних объектов в охраняемых зонах, например на железных дорогах, в частности к локационным системам обнаружения и определения местоположения посторонних объектов в охраняемой зоне.

Изобретение относится к технике сопровождения цели по направлению и дистанционной оценки параметров вибраций объектов по пространственным колебаниям отраженного от них оптического луча.

Изобретение относится к области оптико-электронных измерений и может быть использовано в лазерных локационных системах, системах точного нацеливания узких лазерных лучей, в частности системах точного определения направления на источники лазерного излучения или оптико-электронный прибор.

Изобретение относится к способам обнаружения объекта с построением кадра изображения при разработке систем автоматического анализа и классификации изображений. .

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и может быть использовано в автоматических оптико-электронных приборах, которые построены на основе матричных фотоприемников и выполняют измерение угловых координат точечных целей в условиях воздействия фоновых помех повышенного уровня.

Изобретение относится к области метрологии, в частности к способам измерения расстояний и формы объектов, и может использоваться в различных отраслях промышленности.

Изобретение относится к приборостроению, предназначено для формирования информационного поля лазерных систем телеориентации. .

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и может быть использовано в автоматических оптико-электронных приборах, которые выполняют поиск и обнаружение точечных целей в условиях повышенного уровня фоновых помех.

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к устройствам, которые обеспечивают обнаружение различных объектов и наблюдения за ними в условиях ограниченной видимости.

Изобретение относится к оптико-электронной технике и может быть использовано для обеспечения информационной безопасности служебных помещений, офисов фирм, банковских учреждений и т.п

Изобретение относится к области приборостроения, преимущественно к измерительной технике, основанной на лазерном излучении, и может быть использовано в робототехнике и на предприятиях, занимающихся разработкой, изготовлением и применением систем лазерной локации для определения местонахождения материального объекта в пространстве

Изобретение относится к области определения взаимного положения объектов, один из которых служит источником электромагнитного излучения в оптическом диапазоне, а второй - его измерителем и может использоваться для создания оптических дальномеров, пеленгаторов, теодолитов, телескопов и другой оптической аппаратуры аналогичного назначения

Изобретение относится к области обнаружения в пространстве и определения местоположения объектов в воздушной среде и воде при помощи визуально-оптического контроля лазерного сканирования, которое осуществляется с помощью активного телеметрического наблюдения за траекторией распространения лазерного луча

Использование: относится к области визуализации распределения в пространстве электрических полей СВЧ диапазона. Сущность: в установке визуализации СВЧ полей применены измерительная камера «открытого» типа из двух расположенных горизонтально параллельных медных дисков, антенна-зонд, перемещающаяся при помощи двух шаговых двигателей, управляемых компьютерной программой, как по дуге окружности, так и по ее радиусу, опорный канал, включенный параллельно измерительному при помощи двух делителей мощности СВЧ. Технический результат: обеспечивается возможность получения картины величины СВЧ поля в полярных координатах, а также значительно увеличивается чувствительность и помехозащищенность измерительного процесса. 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. Достигаемый технический результат - получение возможности определения угловых координат источника оптического излучения подвижными пеленгационными средствами. Сущность способа определения направления на источник оптического излучения подвижными средствами заключается в следующем. Два оптико-электронных координатора (ОЭК) устанавливают на подвижные носители (автомобили, бронемашины и др.). При этом положение ОЭК стабилизируют в вертикальной и горизонтальной плоскостях с целью удержания ортогональной ориентации приемных полей ОЭК в системе координат. С помощью навигационной системы определяют текущие координаты местоположения ОЭК и относительно них координаты фотоэлементов матричных приемников. Принимают рассеянное аэрозольным образованием оптическое излучение источника и вычисляют его угловые координаты по текущим координатам фотоэлементов, имеющих максимальное значение выходных сигналов. 2 ил.

Изобретение относится к области лазерной локации и может быть использовано в системах обнаружения оптических и оптико-электронных (ОЭ) средств наблюдения в естественных условиях и их идентификации. Перед зондированием осуществляют прием сигналов естественного фонового излучения, в котором измеряют спектральное распределение излучения и определяют в нем соотношение между интенсивностями спектральных компонент на трех выбранных длинах волн. Генерируют пучки лазерного излучения на этих длинах волн с соотношением интенсивностей пучков, соответствующим соотношению интенсивностей спектральных компонент в принятом фоновом излучении. Формируют суммарный пучок лазерного излучения и осуществляют зондирование и прием отраженного лазерного излучения на трех длинах волн и в широкой спектральной полосе. Измеряют уровни принятых оптических сигналов и определяют величины показателей световозвращения для трех длин волн и для широкой полосы длин волн. По указанным величинам формируют спектральный портрет показателя световозвращения, по которому осуществляют обнаружение и распознавание оптических и ОЭ средств наблюдения. Технический результат - повышение вероятности обнаружения и распознавания оптических и ОЭ приборов и средств наблюдения и определение их принадлежности к известным классам ОЭ приборов. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области оптической локации и касается системы импульсной лазерной локации. Система содержит импульсный лазер, два однокоординатных сканирующих устройства, акустооптический дефлектор, выходную оптическую систему, вычислительное устройство, блок управления акустооптическим дефлектором, призменный светоделитель, измерительный канал, массив фотоприемных устройств, объектив массива фотоприемных устройств и волоконно-оптические жгуты. Волоконно-оптические жгуты с одной стороны смонтированы вместе и обращены торцами к фотоприемным устройствам, а с другой стороны волокна каждого жгута смонтированы в однорядные линейки, которые суммарно образуют однорядную линейку из волокон, торцы которой расположены в фокальной плоскости объектива фотоприемного устройства. Призменный светоделитель размещен между выходом акустооптического дефлектора и входом выходной оптической системы. Оптический вход измерительного канала соединен с выходом призменного светоделителя, а выход соединен с входом компенсации угловых ошибок вычислительного устройства. Технический результат заключается в уменьшении габаритно-весовых характеристик, повышении надежности и информативности лазерного локатора. 3 ил.

Изобретение относится к лазерной локации и может быть использовано для обнаружения оптических и оптоэлектронных приборов наблюдения, расположенных и замаскированных на местности, а также для обнаружения различных объектов, например, транспортных средств, предметов вооружения, специальной аппаратуры. Система обнаружения содержит лазерные генераторы на нескольких длинах волн генерации, дефлекторы лазерного излучения, динамические спектральные фильтры, фотоприемные блоки, приемо-передатчик СВЧ-диапазона, блок эталонных отражателей и приемники сигналов спутниковой глобальной навигационной системы. Технический результат - повышение эффективности обнаружения и вероятности правильного обнаружения и распознавания оптических и оптоэлектронных приборов и средств наблюдения при отсутствии бликов отраженных сигналов, повышение точности определения координат обнаруженных объектов и привязки их координат к глобальной навигационной системе координат. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к лазерной локации и может быть использовано для обнаружения оптических и оптоэлектронных приборов наблюдения, транспортных средств, предметов вооружения, специальной аппаратуры. Комплекс лазерной локации содержит две лазерные локационные системы, расположенные на базовом расстоянии одна от другой, каждая из которых содержит лазерные генераторы на двух длинах волн, фотоприемные блоки, сканер лазерного излучения, дефлекторы лазерного излучения, блоки динамической спектральной фильтрации, блок обработки локационных сигналов, блок управления лазерной локационной системой, приемник сигналов спутниковой глобальной навигационной системы. Технический результат - повышение эффективности обнаружения и вероятности распознавания оптических и оптоэлектронных приборов и средств наблюдения при отсутствии бликов отраженных сигналов, повышение точности определения координат обнаруженных объектов и привязки их координат к глобальной навигационной системе координат. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх