Способ визуально-оптического контроля лазерного сканирования атмосферы



Способ визуально-оптического контроля лазерного сканирования атмосферы
Способ визуально-оптического контроля лазерного сканирования атмосферы

 


Владельцы патента RU 2489732:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого" (RU)

Способ включает подсветку атмосферы лазерным излучением, прием отраженного излучения и использование вычислительной системы. Сканирование атмосферы в 3-мерном пространстве осуществляют с помощью управляемого сканирующего лазера. Летательные объекты или турбулентные потоки, вызываемые летательными объектами, отклоняют в пространстве луч когерентного источника света при тепловых турбулентных потоках с выбросом топлива в атмосферу. Отклонение луча лазерного источника света контролируют телеметрическим устройством. Технический результат - повышение вероятности обнаружения объектов и повышение точности измерения пространственных координат. 2 ил.

 

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. Объектами лазерной локации могут стать гражданские или военные объекты (танки, корабли, ракеты) и сооружения.

Существует достаточное количество способов и устройств обнаружения объектов с помощью лазерной локации, к которой относят наземные лазерные дальномеры, наземные локаторы, бортовые лазерные системы, лазерные системы разведки, или голографические индикаторы на лобовом стекле. Кроме этого на данный момент времени сложились основные направления, по которым идет внедрение лазерной техники в военное дело. Этими направлениями являются лазерная локация (наземная, бортовая, подводная), лазерная связь, лазерные навигационные системы, лазерное оружие, лазерные системы ПРО и ПКО.

Известны различные типы лазерной локации. Это первый лазерный дальномер ХМ-23 прошел испытание во Вьетнаме и был принят на вооружение в армии США, норвежский лазерный дальномер LP-4, дальномер США AN/WS-1 для танка М60А, американский локатор типа "ОПДАР" для слежения за ракетами на активном участке их полета. Локатор для слежения имеет три устройства по углам: точный и грубый датчики по углам и инфракрасную следящую систему.

В работах [1, 2] изложены общая теория лазерной локации и принципы построения лазерных локационных средств, предназначенных для решения широкого круга практических задач. Рассмотрены вопросы оптимального приема лазерных локационных сигналов, измерения параметров. Проанализированы методы обработки траекторных измерений, различные способы получения некоординатной информации, включая топографическую, интерферометрическую и адаптивную.

Известно устройство (аналог) - трехмерный лазерный сканер в 3D [3]. По характеру получаемой информации работа этого прибора схожа с работой тахеометра. Так же, как и последний, сканер с помощью лазерного дальномера измеряет расстояние до объекта, меряет горизонтальный и вертикальный угол, получая, таким образом, XYZ-координату. Разница в том, что лазерный сканер проводит тысячи, десятки и даже сотни тысяч измерений в секунду. Дневная съемка сканером - это десятки, сотни миллионов измерений. «Сырой» результат работы сканера - так называемое облако точек. Для каждой точки записываются три координаты и численная характеристика интенсивности отраженного сигнала, которая определяется характером поверхности, на которую попадает лазерный луч. Раскрашенное по интенсивности облако точек после сканирования напоминает цифровую трехмерную фотографию. Большинство современных лазерных сканеров также имеют встроенную видео/фотокамеру, поэтому облако точек также может быть раскрашено в реальные цвета.

Кроме этого известны работы, представленные в Интернете по неземному и воздушному сканированию объектов в атмосфере на сайте "Технологии ТЭК" [3, 4].

В самом общем виде схема работы с лазерным сканером выглядит следующим образом. Прибор устанавливается на штатив напротив снимаемого объекта. Оператор задает область сканирования и необходимое разрешение (плотность облака точек) и запускает процесс съемки. Для получения полной информации об объекте обычно приходится сканировать его с нескольких позиций (станций). Далее следует обработка «сырых» данных и оформление результатов измерений, полученных со сканера, в том виде, который требуется изначально. Трехмерные модели, плоские планы, профили и сечения, вычисления объемов и площадей поверхностей можно получить в качестве конечного результата.

Недостатками данного устройства является не достаточно точное определение объекта по причине воздушных турбулентных потоков, создаваемых двигателями самолетов или ракет.

Наиболее близким по техническому решению, принятому за прототип, является способ обнаружения объектов и определения их местоположения и устройство для его осуществления [5]. В способе обнаружения объектов и определения их местоположения пространство, в котором находится разыскиваемый объект, подсвечивается двумя пучками импульсного лазерного излучения, каждый из которых непрерывно частотно модулирован по одной из пространственных координат, при этом координаты, по которым производится модулирование, взаимно ортогональны и лежат в плоскости, перпендикулярной направлению распространения излучения, а пучки импульсного лазерного излучения совмещены в пространстве. Устройство, реализующее способ, включает в себя два источника фазомодулированного лазерного излучения, две дифракционные решетки, две рассеивающие цилиндрические линзы, оптическую приемную систему, спектроанализатор, вычислительное устройство.

Недостатком прототипа является то, что при лазерном сканировании информация о перемещающихся объектах искажается по причине возникновения турбулентных потоков, создаваемых двигателями ракет или самолетов.

Задачей изобретения является уменьшение искажений в пространственном анализе атмосферы. При этом технический-результат изобретения заключается в повышении вероятности обнаружения объектов и повышении точности измерения пространственных координат.

Для реализации способа предложено устройство для визуально-оптического контроля лазерного сканирования атмосферы в трехмерном пространстве с помощью телеметрической системы наблюдения, позволяющее осуществлять одновременно сканирование объектов в воздухе и наблюдать за отклонениями лазерного луча в воздухе турбулентными потоками ракеты или самолета с целью их обнаружения.

Технический результат заключается в повышении вероятности обнаружения объектов, особенно малоразмерных, в подсвечиваемом секторе пространства, при сокращении времени их обнаружения и повышении точности измерения пространственных координат. Предлагаемое изобретение позволяет уменьшить искажения в пространственном анализе атмосферы

Для пояснения предполагаемого изобретения на фиг.1 (вид "сверху") и фиг.2 (вид "сбоку") изображен общий вид локационной системы.

На фиг.1 представлена схема визуально-оптического контроля на виде "сверху". Устройство состоит из сканирующего управляемого лазера 1, позволяющего отслеживать положение и отклонения лазерного луча 3 при попадании на объект 4 или след летящего объекта 5.

На фиг.2 представлена схема визуально-оптического контроля на виде "сбоку". На данной схеме представлено телеметрическое устройство 2 с углом обзора а, позволяющее отслеживать положение и отклонение лазерного луча 3 при попадании на летящий объект 4 или след 5 летящего объекта.

Способ визуально-оптического контроля лазерного сканирования атмосферы осуществляется следующим образом. С помощью управляемого сканирующего лазера 1 осуществляется сканирование атмосферы в 3-мерном пространстве. След 5 летящего объекта (турбулентный поток), вызываемый летательным средством или объектом 4, отклоняет в пространстве луч 3 когерентного источника света на угол а при выбросе топлива в атмосферу. Отклонение лазерного источника света контролируется телеметрическим устройством 2.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет осуществлять контроль объектов в 3-мерном пространстве, выделяя только ракеты или самолеты, создающие турбулентные потоки за счет сгорания топлива.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет осуществлять контроль объектов в 3-мерном пространстве, выделяя только ракеты или самолеты, создающие турбулентные потоки за счет сгорания топлива.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:

1. Лазерная локация, (под ред: Устинова Н.Д.),. - М Машиностроение, 1984 г. 272 с.

2. Медведев Е.М., Данилин И.М., Мельников С.Р. Лазерная локация Земли и леса: Учебное пособие. Второе издание, переработанное и дополненное. Красноярск: Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН, 2006. 230 с.

3. http://www.oilcapital.ru/edition/technik/archives/technik/technik_04_20 07/113048/public/l 13072.shtml.

4. http://www.geokosmos.rn/about/technologies/laser/.

5. Патент на изобретение «Способ обнаружения объектов и определения их местоположения и устройство для его осуществления». RU №2224267, МПК G01S 17/06, G01S 17/88, G01S 17/00, 2003 г. (прототип).

Способ визуально-оптического контроля лазерного сканирования атмосферы, включающий подсветку атмосферы лазерным излучением, прием отраженного излучения, использование вычислительной системы, отличающийся тем, что сканирование атмосферы в 3-мерном пространстве осуществляют с помощью управляемого сканирующего лазера, при этом летательные объекты или турбулентные потоки, вызываемые летательными объектами, отклоняют в пространстве луч когерентного источника света при тепловых турбулентных потоках с выбросом топлива в атмосферу, а отклонение луча лазерного источника света контролируют телеметрическим устройством.



 

Похожие патенты:

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 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 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 объекта на плоскости.

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.

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.

Изобретение относится к оптическому приборостроению. Способ определения местоположения или обнаружения объекта, с использованием активно-импульсного прибора, включающего в себя приемный электронно-оптический преобразователь (ЭОП) и лазерный излучатель, генерирующий короткие импульсы подсветки объекта, отражения которых от объекта затем суммируют в кадре ЭОП, в котором после каждой генерации короткого импульса подсветки объекта с заданной длительностью τ осуществляют периодическое включение ЭОП на время π через заданное время задержки t3 с частотой fг=1/(π+τ) в течение заданного времени θ, причем число включений ЭОП на один импульс подсветки объекта выбирают не более величины Kmax=(t3Kmax-t3)/(τ+π), где t3Kmax=(1/f-π) - максимальное время задержки включения ЭОП для лазерного излучателя, генерирующего короткие импульсы подсветки объекта с частотой f, t3 - время задержки включения ЭОП до момента начала периода времени θ. Технический результат заключается в обеспечении возможности получения четкости и яркости изображения с увеличенной глубиной сцены. 3 ил.

Изобретение относится к оптико-электронным следящим системам, предназначенным для поиска и обнаружения малоразмерных слабоизлучающих подвижных целей, и может быть использовано в автоматических оптико-электронных приборах (ОЭП) с цифровой обработкой изображений, обеспечивающих селекцию целей в критических фоновых условиях. В соответствии с предложенным способом производят непрерывное строчно-кадровое сканирование поля обзора и проецирование объективом ОЭП изображения участка пространства на чувствительный слой МФПУ. Спроецированное изображение преобразуют в матрицу значений электрических сигналов и формируют по ним сигналы цели и фона. Обнаружение цели производят на основе пороговой обработки сигнала. Технический результат - снижение вероятности ошибочных решений при высокоинтенсивных помехах фона. 10 ил.

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению и может использоваться в обзорно поисковых оптико-электронных системах лазерной локации. Устройство содержит канал подсветки с лазерным излучателем и приемный канал с фотоприемным устройством с объективом, и устройство наблюдения для отображения лоцируемого пространства. Оптический элемент лазерного излучателя канала подсветки выполнен в виде сферического объектива. Фотоприемное устройство выполнено в виде ПЗС матрицы и установлено в фокальной плоскости приемного канала. Фотоприемное устройство дополнено устройством оптического деления полей изображения на два, с поляризацией полей во взаимно перпендикулярных направлениях. В устройство дополнительно введено дальномерное устройство, монитор и электронный блок управления, содержащий блок навигации, модуль оперативной памяти и обмена информацией. Технический результат - обеспечение скрытности наблюдения; определение координат объекта в широком угловом мгновенном поле зрения; автоматический режим работы. 1 ил.

Изобретение относится к области обнаружения в пространстве объектов, к способам и устройствам 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. Способ основан на подсветке сектора пространства зондирующим импульсным лазерным излучением не менее одного раза за период наблюдения. Производят подавление помехи обратного рассеяния и регистрацию отраженного от поверхности объекта излучения в приемном канале. Оптический сигнал преобразуют в электрический и сравнивают с пороговым уровнем. В момент пересечения порогового уровня снизу вверх с положительной производной принимают решение о нахождении объекта в подсвечиваемом секторе пространства. При этом зондирующий импульс формируют только в момент пересечения сигналом порогового уровня сверху вниз с отрицательной производной. Технический результат - уменьшение требуемой энергии излучения источника и габаритно-весовых характеристик устройства. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 8 ил.
Наверх