Способ измерения расстояний с помощью импульсного источника света

 

О П И С А Н И Е 25629!

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТСРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соеетокик

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства ¹â€”

Заявлено 19.11!.1968 (№ 1227485/18-10) с присоединением заявки №вЂ”

Приоритет—

Опубликовано 05Х111.1970. Бюллетень ¹ 25

Дата опубликования описания 28.Х.1970

Кл. 42с, 18

МПК С Оlс

УДК 528.517(088.8) Комитет по делам изобретений и открытий при Сосете Министров

СССР

Автор изобретения

В. Н. Дерягин

Заявитель

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЙ С ПОМОЩЬЮ

ИМПУЛЬСНОГО ИСТОЧНИКА СВЕТА

Изобретение относится к области светолокационной измерительной техники н предназначено для измерений расстояний до диффузно-отражающих объектов, а также для больших расстояний с установленными в конечных точках отражателями.

Известны фазовые способы измерения расстояний фазовыми светолокацнонными системами, из которых дальномеры с импульсными источниками излучения, с точки зрения их дальности действия, более эффективны по сравнению с системами непрерывного излучения. Как и в непрерывном, в импульснофазовом дальномере дистанция определяется сравнением фазы модуляции отраженного импульсного сигнала с фазой опорного непрерывного колебания. При этом на выходе фазового детектора вырабатываются импульсы напряжения с амплитудой, пропорциональной функции взаимной корреляции — R (V) этих сигналов.

При синусоидальной форме модуляции ух (тр) представляет также синусоиду, следовательно, в зависимости от разности фаз амплитуда импульсов будет также изменяться по сипусоидальпому закону.

При модуляционном способе приема, обеспечивающем наибольшую точность, отсчет фазы производится по равенству амплитуд продетектированных импульсов, т. е. в точке максимальной крутизны Я (q) что и обеспечивает высокую точность измерения.

Синусоидальная форма сигналов, между которыми измеряется разность фаз, необязательна. Для обеспечения высокой точности возможно применение сигналов любой формы, необходимо только, чтобы их функция взаимной корреляции существовала и имела высокую крутизну в точке отсчета.

1о Таким образом, как непрерывную, так и импульсную фазовые системы объединяет одно общее качество — необходимость дополнительной модуляции излучения сигналом высокой частоты. Это условие накладывает

15 определенные ограничения на возможности использования имеющихся оптических квантовых генераторов (ОКГ) и снижает дальность действия импульсно-фазовых систем по сравнению с чисто импульсными дальномерами.

Действительно, в оптической локации дальность действия аппаратуры при одинаковой энергии излучения тем выше, чем меньше длительность импульса излучения, т. е. чем выше его пиковая мощность.

25 В настоящее время в импульсных дальномерах с ОКГ используется излучение длительностью в несколько десятков наносекунд.

В импульсно-фазовой системе минимальная длительность излучения ограничивается велиЗ0 чиной частоты модуляции.

256291

Применение высокой частоты модуляции и использование коротких импульсов излучения при измерении больших расстояний значительно усложняет аппаратуру и удлиняет процесс однозначного определения дистанции.

В полупроводниковых ОКГ (ПКГ) высокочастотная модуляция может осуществляться током питания, однако получение импульсных токов в несколько десятков ампер с частотой модуляции свыше десяти мегагерц при технически приемлемой конструкции является сложной задачей. B то же время чисто импульсные токи длительностью 20 — 30 нсек, величиной в несколько сотен ампер могут быть получены простыми средствами. В соответствии с изложенным мощности излучения с ПКГ, достигнутые в импульсных системах, в десять и более раз выше, чем в импульснофазовых.

Предлагаемый способ позволяет обеспечить дальность действия, соответствующую импульсным методам при повышении точности измерений. Для этого на дистанцию посылают импульсы без дополнительной модуляции, фаза излучения которых жестко привязана к фазе колебания, когерентного опорному, а определение расстояния производят по фазе опорного колебания, при которой обеспечивается равенство амплитуд сигналов на выходе модуляционного фазового детектора.

Импульсы излучения ОКГ не модулируются вообще. Они могут рассматриваться как часть периода высокочастотной модуляции, B этом случае отсчет «фазы модуляции» сигнала производится сравнением амплитуд сигналов, пропорциональных функции корреляции, между принятым импульсом и опорным синусоидальным напряжением, фаза которого регулируется фазовращателем. При этом период опорного сигнала равен примерно удвоенной или несколько большей длительности импульса излучения, а его фаза скачком с частотой излучения импульсов изменяется на

180 .

Для измерения расстояния с высокой точностью надо, чтобы крутизна R (V) в точке отсчета была высокой,а кроме того, необходима жесткая привязка момента излучения к фазе опорного сигнала.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для осуществления способа; на фиг. 2 — эпюры напряжений в различных точках схемы.

Схема содержит генератор 1, канал 2 формирования излучаемого сигнала, делители 8 и 4 частоты, каскад б выделения, излуча5

40 тель б, фотоприемник 7, импульсный усилитель 8, фазовый модуляционный детектор 9, синхронный детектор 10, индикатор 11, фазовращатель 12, фазовый модулятор 18 и триггер 14.

Схема работает следующим образом.

Высокочастотные колебания от генератора 1 поступают в опорный канал и в канал 2формирования излучаемого сигнала. Делитель 8 частоты работает с небольшим коэффициентом деления, вырабатывает импульсы с периодом Т и скважностью, достаточной для уверенной работы блока выделения импульса.

Делитсль 4 вырабатывает стробирующие импульсы длительностью, примерно равной Т, следующие с частотой излучения сигнала.

С выходов делителей 8 и 4 сигналы поступают на каскад 5 выделения, на выходе которого образуются импульсы от делителя 8, но с частотой, определяемой делителем 4. Поскольку этот сигнал поступает на излучатель б, то нестабильность запуска делителя 8 полностью характеризует степень когерентности излучаемого и опорного сигналов. Отраженный сигнал поступает на фотоприемник 7, импульсный усилитель 8, фазовый модуляционный детектор 9, синхронный детектор 10, индикатор 11.

Эпюры напряжений в различных точках схемы приведены на фиг. 2, где «1» — импульсы на выходе формирующей цепочки, следующие с частотой высокочастотного генератора; «2 и 3» — импульсы на выходах делителей 8 и 4 соответственно; «4» — сигналы на выходе блока выделения; «5» — принятый с дистанции сигнал; «6» — напряжение триггера и синхронная ему форма переключения фазы опорного напряжения; «7» — форма импульсов после коррелятора (фазовый детектор).

Предмет изобретения

Способ измерения расстояний с помощью импульсного источника света, отличающийся тем, что, с целью обеспечения дальности действия, соответствующей и мпульсны м методам при повышении точности измерений, на дистанцию посылают импульсы без дополнительной модуляции, фаза излучения которых жестко привязана к фазе колебания, когерентного опорному, а определение расстояния производят по фазе опорного колебания, при которой обеспечивается равенство амплитуд сигналов на выходе модуляционного фазового детектора.

256291

Фиг /

Редактор Т. Иванова

Заказ 2907/7 Тираж 480 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров ССС1з

Москва Ж-З5, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель Л. Калюбакнна

Текрсд 3. Н. Тараненко

Корректоры: В. Петрова и Л. Корогод