Оптический способ измерения размеров и положения объекта и дальномер-пеленгатор



Оптический способ измерения размеров и положения объекта и дальномер-пеленгатор
Оптический способ измерения размеров и положения объекта и дальномер-пеленгатор
Оптический способ измерения размеров и положения объекта и дальномер-пеленгатор
Оптический способ измерения размеров и положения объекта и дальномер-пеленгатор
Оптический способ измерения размеров и положения объекта и дальномер-пеленгатор

 


Владельцы патента RU 2533348:

Гузевич Святослав Николаевич (RU)

Изобретение относится к области определения взаимного положения объектов, один из которых служит источником электромагнитного излучения в оптическом диапазоне, а второй - ее измерителем, и может использоваться для создания оптических дальномеров, пеленгаторов и другой оптической аппаратуры аналогичного назначения. Дальномер-пеленгатор для реализации стереоскопического способа состоит из двух параллельных оптических устройств, жестко установленных на базе, плоскости измерений, механизма поворота базы по двум осям, устройств управления изменением размеров базы и отстояния плоскости измерений от центров проектирования, систем переноса отображений на плоскость измерений, блока управления и блока вычислений, блок управления подключен к механизмам поворота базы по двум осям и устройствам изменения длины базы и отстояния измерительных плоскостей от центров оптических устройств. Причем плоскости измерений в виде матриц установлены на общей плоскости, параллельной базе, выходы которых подключены к блоку вычислений. Дополнительно установлены две параллельные матричные измерительные плоскости на той же базе, ортогональные первым, чувствительные поверхности которых обращены друг к другу, выход которых подключен к блоку вычислений. Техническим результатом является повышение разрешающей способности измерений положения и размеров объекта оптическим устройством за счет использования двойной парной проективной системы координат, обеспечивающей одновременное проектирование положения и размеров объекта в функции тангенса и котангенса параллактического угла. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

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. Способ может быть использован для определения формы поверхности объекта на большом расстоянии с заданной относительной погрешностью.

Известен фотограмметрический способ измерений отстояния объекта [1], выбранный в качестве аналога, включающий получение двух отображений объекта на плоскостях измерений, ортогональных оптическим осям идентичных устройств, расположенных на известной базе, измерение координат отображений граничных точек объекта на осях плоскостных систем координат, определение расстояния до объекта, используя как опорный параметр расстояние от точки расположения оптического устройства до плоскости измерений.

Известен оптический способ измерения размеров и положения объекта [2], выбранный в качестве прототипа, включающий измерение в парной проективной системе координат (получение двух отображений объекта на плоскостях измерений, ортогональных оптическим осям идентичных устройств, расположенных на известной базе, управление размером базы и расстоянием от центра проектирования до плоскости измерений, измерение положения отображений граничных точек объекта на осях парной проективной системы координат, определение расстояния до объекта, используя как опорные параметры базу измерений и расстояние от центра проектирования до плоскости измерений) и вычисление по полученным оценкам размеров объекта и его положения.

Дальномер-пеленгатор [2], выбранный в качестве прототипа, состоящий из двух параллельных оптических устройств, установленных на базе, двух измерительных плоскостей, механизма поворота базы по двум осям, устройства изменения размеров базы и отстояния измерительной плоскости от центров оптических устройств, систем переноса отображений на плоскости измерений, блока управления и блока вычислений, блок управления подключен к механизмам поворота базы по двум осям и к устройствам изменения длины базы и отстояния измерительных плоскостей от центров оптических устройств, а измерительные плоскости в виде матриц установлены на общей плоскости, параллельной базе, выходы которых подключены к вычислительному устройству.

Недостатки способа и реализующего его устройства связаны с недостаточной точностью измерений размеров и положения объекта.

Целью заявляемого изобретения является повышение точности и разрешающей способности определения размеров объекта и его положения относительно измерителя по результатам измерений их отображений в парной проективной системе координат, а также создания устройства, обеспечивающего повышение качества (разрешающей способности измерений), при измерении удаленных и малых объектов.

Указанная цель достигается тем, что в оптическом способе измерений размеров и положения объекта, включающем измерение в парной проективной системе координат (получение двух отображений объекта на плоскостях измерений, ортогональных оптическим осям идентичных устройств, расположенных на известной базе, управление размером базы и расстоянием от центра проектирования до плоскости измерений, измерение положения отображений граничных точек объекта на осях парной проективной системы координат) и вычисление по полученным данным размеров объекта и его положения, используя как опорные параметры базу измерений и расстояние от центра проектирования до плоскости измерений, дополнительно выполняют измерение его отображений в дополнительной зеркальной парной проективной системе координат (измерение в двойной парной проективной системе координат).

Указанная цель достигается также тем, что в способе по п.1 разбивают проекции отображения объекта, полученные на осях зеркальной системы координат, опорной мерой, равной расстоянию от центра проектирования до плоскости измерений, максимальное число делений транслируют на все другие проекции путем проведения через точки деления прямых, параллельных гипотенузам, соединяющим концы полученных проекций на ортогональных осях зеркальной системы координат, в том числе и на опорную меру измерений, получая новую опорную меру, вычисляют индивидуальные меры измерений для каждой из проекций, повторяют процесс разделения проекций отображений вновь полученной мерой до получения требуемой разрешающей способности (меры) измеряемых размеров объекта, а требуемые размеры объекта и его положения определяют произведением индивидуальной меры измерений каждой проекции на транслируемое число делений.

Указанная цель достигается также тем, что дальномер-пеленгатор, состоящий из двух параллельных оптических устройств, установленных на базе, двух измерительных плоскостей, механизма поворота базы по двум осям, устройств управления изменением размеров базы и отстояния измерительной плоскости от центров оптических устройств, систем переноса отображений на плоскости измерений, блока управления и блока вычислений, блок управления подключен к механизмам поворота базы по двум осям и устройствам изменения длины базы и отстояния измерительных плоскостей от центров оптических устройств, а измерительные плоскости в виде матриц установлены на общей плоскости, параллельной базе, выходы которых подключены к вычислительному устройству, дополнительно установлены две параллельные матричные измерительные плоскости на той же базе, но ортогональные первой, чувствительные поверхности которых обращены друг к другу, выходы которых подключены к вычислительному устройству.

Пример выполнения заявляемого изобретения

На фиг.1 показана двойная парная проективная система координат и способ измерений в ней.

На фиг.2 показан способ трансляции числа делений в двойной парной проективной системе координат

На фиг.3 показана структурная блок схема дальномера-пеленгатора.

Дальномер-пеленгатор, показанный на фиг.3, состоит из пульта управления 1, двух идентичных оптических устройств S1, S2, размещенных на базе 2, в плоскости которой установлены матричные измерительные плоскости для каждого оптического устройства 3-1A, 3-1B, 3-2A, 3-2B соответственно, и вычислительного устройства 4. Механизмы поворота базы по двум осям, устройства управления изменением размеров базы и отстояния измерительной плоскости от центров оптических устройств, системы переноса отображений на плоскости измерений и блок управления не показаны, так как они выполняют свои функции в соответствии с назаначением.

Пульт управления 1 (вычислительное устройство), выполнен в виде в виде микропроцессора, например семейства AVR фирмы АТМЕС, обеспечивающего управление механизмами вращения базы по двум осям, изменения размеров базы, изменения расстояния от измерительных плоскостей до оптических устройств.

База 2 - жесткое основание, имеющее механизмы: вращения по двум ортогональным осям и изменения длины базы. На концах базы установлены оптические устройства S1, S2 с измерительными плоскостями, ортогональными 3-1A, 3-2A и параллельными 3-1B, 3-2B их оптическим осям. Измерительные плоскости 3-1А, 3-1B, 3-2A, 3-2B выполнены в виде идентичных матричных плоскостей, требуемой дискретности, например 100 точек на 1 мм, на которые проектируются отображения объектов и оптические оси устройств S1 и S2. Поверхности измерительных плоскостей 3-1А, 3-2А установлены параллельно направлению базы на отстоянии Δ. С этими сторонами связаны направления измерительных осей г1 и г2 соответственно. Поверхности измерительных плоскостей 3-1B, 3-2B установлены ортогонально направлению базы по направлению оптических осей устройств S1 и S2 и обращены чувствительными сторонами навстречу друг другу. С этими сторонами связаны направления измерительных осей y1 и y2 соответственно. Вычислительное устройство 4 выполнено в виде микропроцессора, например семейства AVR фирмы АТМЕС.

Дальномер-пеленгатор работает следующим образом. Оператор наблюдает ряд объектов, имеющих отображения от двух оптических устройств S1, S2, и выбирает одно из них для оценки его положения и размеров. При этом оптические устройства имеют параллельные оптические оси и перекрывающиеся сектора обзора. Установленные размеры базы d и ее отстояния от плоскости измерений Δ поступают с пульта управления 1 в вычислитель 4, для оценки опорного параметра.

Лучи света от объекта попадают в оптические устройства S1 и S2 и проектируются на плоскости 3-1A, 3-1B, 3-2A, 3-2B. С матриц измерительных плоскостей снимают информацию по строкам, совпадающим с направлением измерительных осей г1 и г2 и y1 и y2, в которых участки засветки преобразуются в электрические сигналы, поступающие в вычислитель 4. В вычислителе 4 определяют отстояние и размеры объекта по осям ГY (Г1, Г2 и Y1, Y2). При необходимости для повышения разрешающей способности изменяют размер d базы 2 (изменяется масштаб отображения на оси y) и отстояние Δ оптических устройств S1, S2 от измерительных плоскостей (изменяется мера отображения на оси y).

Парная проективная система координат, имеющая дополнительные зеркальные оси показана на фиг.1A. Она имеет две совмещенные проективные системы: внешнюю и внутреннюю. Для измерения внешней информации используются системы координат: ГY; Г1Y1; Y2Г2, оси наблюдений Y1Y2 которых могут быть совмещены с осями оптических устройств. Отображения объекта получают на внутренней системе координат: гy; г1y1; г2y2. При этом системы координат (Г1Y1; Y2Г2) и (г1y1; г2y2) являются зеркальными и центрированными относительно центра 0, имея постоянное смещение Δ, заданное отстоянием центра проектирования от плоскости измерений. При этом, когда на оси г объект отображается в функции тангенса от «параллактического» угла γ, то на оси y - в функции котангенса. Получили двойную парную проективную систему координат.

Процесс построения отображений в двойной парной проективной системе координат при произвольном положении объекта, когда он наблюдается двумя измерителями показан на фиг.1B.

Объект длиной A в виде прямой линии ab отображен в двойной парной проективной системе координат (ГY; Г1Y1; Y2Г2, (гy; г1y1; г2y1), построенных на центрах проектирования 1 и 2.

Проекции его внешнего положения на осях Г1; Г2 и Y1; Y2 равны: Г1a; Г2b; Y1a; Y2b.

Проекции отображений объекта и его положения на осях координат г1y1; г2y2 (показаны на фиг 1B не все, чтобы не перегружать отображение) равны: A; A; г1a; г2a; г1b; г2b; y1a; y.

Известны и постоянны на время получения отображений два параметра: Δ, d и измерены следующие 8 параметров: г1a; г2a: г1b; г2b; y1a, y, А, А. Необходимо определить размеры A и его положение: Y1a, Y2b, Г1a, Г2b.

Двойная парная проективная система координат обладает симметрией результатов проектирования относительно центра 0, что позволяет использовать принцип центрирования результатов измерений (суммирования симметричных отображений) при наличии всех необходимых измерений.

Тогда получим 5 осредненных оценок проекций в системе координат гy и 2 оценки в системе координат ГУ, что соответствует модели, показанной на фиг.1B:

; ; ;

г1a2a1b2b=A1=A2; A1y=A2y=yab

; .

В результате система уравнений, необходимая для определения требуемых параметров, существенно упрощается (Фиг.1C):

Она имеет следующие решения:

Параметр Yab является опорным во внешней системе координат ГY; Г1Y1; Г2Y2, по которому можно оценить все другие параметры, на основе их изменений относительно среднего, а следовательно, и задает и погрешности их определений.

Параметр yab является опорным во внутренней системе координат гy; г1y1; г2y2, который определяет оценки отображений и относительные погрешности всех измеряемых и вычисляемых параметров.

Связь между внутренней и внешней системами координат определяется результатами измерений 4-х параметров: d, Δ, г1a; г2a.

Использование результатов измерений параметров y1a; y2a обеспечивает существенное повышение ориентационной направленности осей наблюдений на объект. Главный недостаток решения данной системы в том, что при нахождении объекта на большом отстоянии (параллактический угол мал - менее 1') величины г1a; г2a; (г1b; г2b; A; A) являются малыми, а их разность является очень малой величиной, что обуславливает низкую разрешающую способность (точность) оценки искомых величин.

Для повышения точности оценки отображений требуемых параметров необходимо использовать те результаты отображения, которые можно измерить с наименьшей относительной погрешностью. Этой возможностью обладают проекций на осях y1 и y2. Коэффициент повышения точности от использования проекций на осях y1 и y2 вместо г1 и г2 оценим по сравнению проекций. Луч 1a на оси г отображается отрезком г1a, а на оси y1 - отрезком y1a. Тогда коэффициент усиления за счет использования отрезка y1a вместо г1a, будет равен:

.

Обычно отношение отображений d/Δ>103, а ctgγ<3°, то k>106. То есть правильное использование двойной парной системы координат позволяет получить коэффициент усиления отображения порядка 106. Однако прямая реализация этого достоинства оказалась невозможной.

Повышение оценки искомых величин возможно только при повышении разрешающей способности измерений 4-х параметров: d, Δ, г1a; г2a.

Для обеспечения требуемой разрешающей способности оценки отображения объекта представим любую прямую линию A, состоящей из двух параметров: меры отображения (Δa) и числа частей (na), заключенных в этой прямой:

Δa·na=A.

Тогда относительная погрешность и масштаб отображения прямой линии определяется выражениями:

εaa/aa/(na·Δa)=1/na

Ma=aa=na εa·Ma=1,

где Ma - масштаб отображения прямой при измерении его мерой Δa;

Δa - мера или разрешающая способность измерений;

εa - относительная погрешность измерений прямой A.

Если все стороны объекта будут измерены с одинаковой относительной погрешностью, то отображение формы объекта будет достоверно. Следовательно, для обеспечения достоверности отображения всех сторон объекта необходимо, чтобы все стороны и их проекции на разные оси координат имели равное количество мерных частей. Тогда длина любой проекции формы объекта должна состоять из равного количества мерных частей (n), но каждая проекция будет иметь свою меру отображения. И именно меру отображения необходимо определять для оценки длины каждой стороны объекта и определять ее длину путем умножения меры на необходимое число мерных частей (n). Этот метод измерений будем называть методом равных относительных погрешностей.

Величины Δa и na являются числами, к каждому из которых применимы все законы арифметических действий: сочетательности, переместительности, монотонности, дистрибутивности [1,4]. А для всех построенных геометрических фигур сохраняются условия их конгруэнтности, так как произведение М·ε=1. (Две фигуры называются конгруэнтными или равными, если существует изометрия плоскости, которая переводит одну в другую.)

То есть геометрические отношения между прямыми линиями и фигурами, установленные для условия постоянства меры измерений, сохраняются при условии постоянства числа делений в отрезках.

Но изменение числа делений в отрезке приводит к обратной зависимости при установлении меры отображения (разрешающей способности) по каждой из осей координат.

В парной проективной системе координат большинство проекций сторон объектов представляют прямоугольные треугольники, катеты которых параллельны, и их можно рассматривать как проекции на соответствующие оси системы координат (фиг.2).

В парной проективной системе координат в качестве масштаба отображения на осях y1y2 используют размер базы d, а в качестве цены деления меры - ее ширину Δ.

Процесс измерений проекций на осях системы координат постоянной мерой общепринят, в нем число делений определяет размер проекции. В этом случае процесс деления и измерения неразделимы. В нем меру будем обозначать значком Δ, а число делений, равное измеренной величине, будем обозначать знаком n со значком, характеризующим проекцию на ось и обозначение прямой, например:

a Г=nГa·Δ; a Y=nYa·Δ.

Процесс отображения - измерения проекций на осях системы координат с постоянным числом делений в настоящее время не используется, поэтому рассмотрим его реализацию при выполнении измерений.

Процесс отображения длины отрезка Δ, имеющего две проекции на ортогональные оси координат, состоит из трех этапов:

1. - этапа определений числа частей в проекциях на осях координат при выполнении измерений опорной мерой Δ и определения максимального числа частей (фиг.1A);

2. - этапа передачи максимального числа частей на все проекции прямых, участвующие в определении требуемых отображений (фиг.2);

3. - этапа определения меры отображения в проекциях прямых, реализуемой при выполнении измерений с постоянным числом частей.

Для передачи числа делений с одного катета прямоугольного треугольника на другой необходимо провести через меры делений одного катета прямые, параллельные гипотенузе, что обеспечит равное число делений на другом катете и измерение на двух катетах с равной относительной погрешностью, но разной мерой. Меры отображения на каждом катете будут прямо пропорциональны числу делений катетов при измерении постоянной мерой. В процессе передачи числа делений их будем обозначать знаком N, а меру отображения, равную определенной величине, будем обозначать знаком m со значком, характеризующим проекцию на ось и обозначение прямой, например:

a Г=mГa·N; a Y=mYa·N.

Если проекции прямой A на осях координат имеют две разные оценки, тогда:

a Г=nГa·Δ=mГa·N; и при трансляции частей: ;

а при трансляции мер: .

Мера отображения прямой A определяется на основе мультипликативной зависимости:

Поэтому при использовании метода равных относительных погрешностей в каждом прямоугольном треугольнике количество мерных частей (N) для катетов постоянно. При этом величина этих мер (разрешающая способность) для каждой из сторон будет своя (mi) и она прямо пропорциональна числу делений измеренных постоянной мерой.

Если все стороны треугольника во внутренней системе координат (гy1y2) измерены постоянной относительной погрешностью, то его отношения подобия с внешними треугольниками приведут к оценке внешних размеров с той же постоянной относительной погрешностью, меры измерений которых определяются из выражения:

,

где Yab - мера отрезка Yab, имеющего число частей, равное N;

md, mΔ, mг1a, mг2a - меры отрезков d, Δ, г1a, г2a, имеющих число частей, равное N соответственно;

nd, nΔ, nг1a, nг2a - число частей в отрезках, измеренных постоянной мерой.

Сущность метода равных относительных погрешностей заключена в том, что при проектировании отображений объекта меры измерений его сторон транслируются одновременно с его сторонами и, наоборот, при измерении проекций отображения их меры переносятся через подобие треугольников в разрешающие способности измерений объекта, а измеряют малые отображения и получают на объекте, находящемся на очень большом отстоянии, среднее значение функции - меры на большом отрезке пространства. Метод позволяет уменьшить меру измерений пространства внутренней системы координат до величин, которые физически и реализовать невозможно.

Измерим (фиг.2) катеты треугольника (ya и d) одной мерой Δ, при этом меньшая сторона d будет иметь nd частей, а большая сторона (ya+Δ)-N частей. Сторона d будет оценена с большей относительной погрешностью, чем ya+Δ>>d. Перенесем число делений с катета (ya+Δ) на катет d, тогда:

ya+Δ=Δ·(N+1) и d=Δ·nd=md(N+1); nd<<N.

Для измерения катета d с той же относительной погрешностью, что и катет (ya+Δ), необходимо провести прямые, параллельные гипотенузе, и тогда на катете d отложится столько же делений, что и на катете (ya+Δ), то есть (N+1). Эти действия позволяют изменить меру (разрешающую способность) md измерений катета d, величина которой определяется из выражения:

md·(N+1)=Δ·nd; m d = Δ n d N + 1 и md<<Δ.

Коэффициент уменьшения меры md или повышения разрешающей способности измерений катета d равен:

k = n d N + 1 ,

где nd - число частей на катете d при измерении мерой Δ.

Таким образом, катет d может быть оценен разрешающей способностью md, в k раз большей разрешающей способности, чем обеспечивает мера измерений Δ. Этой же относительной погрешностью необходимо измерить проекции г1a, г2a, Δ.

Для этого через точки деления отрезка d мерой md проводим параллельные гипотенузе отрезки на ширину базы Δ, тогда:

Δ·1=mΔ·(N+1); m Δ = Δ N + 1 .

После этого транслируем число частей параллельно гипотенузам с ширины базы Δ на отрезки г1a, г2a. При этом количество частей на этих отрезках возрастет, а меры уменьшатся (ход деления показан стрелками на фиг.2):

; ;

; ;

То есть во внутренней системе координат все стороны в треугольниках имеют равные число частей и имеют отличия только в размерах мер измерений, что позволяет использовать зависимость (5):

Мера измерений отстояний объекта от измерителей уменьшилась в (N+1) раз относительно используемой Δ, а число частей столько же раз увеличилось.

Определим длину отрезка Yab:

Таким образом, отстояние объекта по оси Y осталась без изменений, но оно измерено с большей разрешающей способностью в (N+1) раз. После выполнения первого цикла отображений, его можно повторять несколько раз, до получения требуемой разрешающей способности отображений размеров объекта или его положения:

,

где к=1, 2, 3…n - коэффициент повторных делений.

С этой же относительной погрешностью могут быть оценены все требуемые параметры по зависимостям (3).

Это позволяет при произвольной ориентации объекта для каждой из сторон определить необходимую меру в ее конкретном положении для получения оценки ее длины с заданной относительной погрешностью.

Измерив полученные отображения объекта требуемой мерой на каждом участке, получим в результате объект, все стороны которого оценены постоянной относительной погрешностью, то есть достоверное отображение формы объекта и его положения.

Например, если необходимо измерить объект размером D=10 м на расстоянии Yab=100 км: tgγ≈10-4. Проекция его размера на оси г будет равна 10-3 м, для обеспечения разрешающей способности объекта 1 м она должна содержать порядка 1000 частей, то есть мера ее измерений должна быть mг≤10-7. Используем измеритель с Δ=10-2 м, d=10-1 м, которые можно изменять, и осью y=100 м, имеющий матрицу с разрешающей способностью m=10-4 м. Обеспечим отображение проекции объекта на оси y=100 м, изменив до d=10-2 м.

Определим коэффициент уменьшения меры y/Δ-(N+1)=104, тогда меры отображения составят: md≈10-6 м, mΔ≈10-6 м.

Когда к=2, то (N+1)2=108, а мера отображения базы составит md≈mΔ≈10-10 м. Тогда высота YB будет иметь столько же частей, как и катет d, а ее мера будет пропорциональна отношению :

при к=1 m Y b d Δ г 1 b ( N + 1 ) 10 м , ε=10-6;

при к=2 m Y b d Δ г 1 b ( N + 1 ) 2 10 3 м , ε=10-8.

Использование предлагаемого способа обеспечивает измерение объектов, наблюдаемый размер которых менее одной угловой минуты: это малые космические объекты, самолеты, ракеты, которые другие способы измерений обеспечить не могут. Способ может быть использован для определения формы поверхности объекта на большом расстоянии с заданной относительной погрешностью.

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений неизвестна двойная парная проективная система координат и построенный на ее использовании оптический способ измерений размеров и положения объекта, и дальномер пеленгатор, который обеспечивает такую точность определения направления на объект наблюдения, его размеров и пространственного положения.

Дальномер-пеленгатор имеет неоспоримые преимущества перед используемыми дальномерными оптическими средствами наблюдения за космическими объектами, так как его увеличение и разрешающую способность можно обеспечить на порядки больше всех существующих оптических средств.

Предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что заявленная последовательность операций и устройство для его осуществления повышает точность измерения расстояний и размеров объекта.

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как для его реализации могут быть использованы стандартные устройства, оборудование и приспособления, используемые для оптических измерений.

Технико-экономическая эффективность заявленного способа и устройства заключается в возможности измерения размеров объектов и их положения достоверно с оценкой относительной погрешности.

Использованная литература

1. Физический энциклопедический словарь. - М.: Научное издательство "Советская энциклопедия". - 1983. - 928 с.

2. Гузевич С.Н. Патент №2468336 C1 (№2011120664/28 от 20.05.2011 г.). Стереоскопический способ измерения расстояний и судовой дальномер-пеленгатор. Опубликовано 27.11.2012. Бюл. №33.

3. Гузевич С.Н. Парная проективная геометрия на постулатах Евклида. Издательство: - LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, 2012 - 124 c.

1. Оптический способ измерений объекта и его положения, включающий выполнение измерений в парной проективной системе координат - наведение оси наблюдений на объект, получение отображений объекта на плоскости измерений, ортогональной осям двух идентичных оптических устройств, разнесенных на известной базе, управление размером базы и расстоянием от центров оптических устройств до плоскостей измерений, измерение положений граничных точек отображений объекта на осях координат и вычисление расстояния до объекта и его размеров, используя как опорную меру измерений расстояние от центров оптических устройств до измерительных плоскостей, отличающийся тем, что с целью повышения точности определения размеров объекта и его положения дополнительно выполняют измерения его отображений в дополнительной зеркальной парной проективной системе координат.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что с целью повышения разрешающей способности измерений, разбивают проекции отображения объекта, полученные на осях зеркальной системы координат, опорной мерой, равной расстоянию от центра проектирования до плоскости измерений, максимальное число делений транслируют на все другие проекции путем проведения через точки деления прямых, параллельных гипотенузам, соединяющим концы полученных проекций на ортогональных осях зеркальной системы координат, в том числе и на опорную меру измерений, получая новую опорную меру, вычисляют индивидуальные меры измерений для каждой из проекций, повторяют процесс разделения проекций отображений вновь полученной мерой до получения требуемой разрешающей способности измеряемых размеров объекта, а требуемые размеры объекта и его положения определяют произведением индивидуальной меры измерений каждой проекции на транслируемое число делений.

3. Дальномер-пеленгатор для реализации стереоскопического способа по п.1, состоящий из двух параллельных оптических устройств, жестко установленных на базе, двух измерительных плоскостей, механизма поворота базы по двум осям, устройств управления изменением размеров базы и отстояния измерительной плоскости от центров оптических устройств, систем переноса отображений на плоскости измерений, блока управления и блока вычислений, блок управления подключен к механизмам поворота базы по двум осям и устройствам изменения длины базы и отстояния измерительных плоскостей от центров оптических устройств, а измерительные плоскости в виде матриц установлены на общей плоскости, параллельной базе, выходы которых подключены к блоку вычислений, отличающийся тем, что дополнительно установлены две параллельные матричные измерительные плоскости на той же базе, ортогональные первым, чувствительные поверхности которых обращены друг к другу, выход которых подключен к блоку вычислений.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области геодезического контроля в дорожно-строительной отрасли. Техническим результатом изобретения является определение достоверных и точных значений геометрических параметров поверхности покрытия автомобильной дороги с помощью наземного лазерного сканера.

Изобретение относится к рельсовым транспортным средствам. Способ функционирования рельсового транспортного средства, при котором на участке пути установлена точка движения по инерции, при достижении которой отключают тягу транспортного средства и оно движется по инерции до конца участка пути.

Изобретение относится к области лазерного целеуказания и дальнометрии и касается лазерного целеуказателя-дальномера. Лазерный целеуказатель-дальномер включает в себя приемопередатчик, систему наведения с измерителями горизонтального угла и угла места, треногу, источник питания, блок синхронизации со встроенной спутниковой навигационной системой и электронным измерителем барометрического давления, устройство для ориентирования на местности в виде лазерного гирокомпаса с опорным элементом для установки и фиксации на поворотной платформе системы наведения, оптический визир, а также радиостанцию для взаимодействия с внешними абонентами.

Изобретение относится к измерительной технике, может использоваться в геодезии, строительстве, системах контроля состояния сложных инженерных сооружений для выполнения высокоточных бесконтактных измерений и представляет собой измеритель линейных перемещений, включающий два источника радиосигналов, два приемника радиосигналов, два средства измерения временных интервалов и средство анализа и индикации.

Изобретение относится к способу определения экспозиции склона и может быть использовано для определения экспозиции склона лавинного очага. Сущность: с помощью лазерного дальномера, размещенного в долине, определяют расстояние (L1) до контрольной точки А на склоне, азимут и угол зондирования (β).

Изобретение относится к телевизионной технике. Техническим результатом является повышение точности регулировки направления визирной оси телевизионной системы при сохранении различия в эксплуатационных значениях угловых полей зрения каждой из телекамер путем организации второго лазерного зондирования и формирования совмещенного изображения.

Изобретение относится к телевизионной технике, а именно к аппаратуре прикладного телевидения, используемой в составе систем поиска, обнаружения и сопровождения удаленных объектов.

Изобретение относится к приборам, используемым в горной промышленности для съемки сечения выработанного пространства. .

Изобретение относится к области космического приборостроения и может быть использовано для сбора данных о параметрах движения космических объектов - частиц космического мусора и микрометеороидов.

Изобретение относится к способам управления, а более конкретно к способам слежения за подвижным объектом. .

Изобретение относится к военной технике, а именно к аппаратуре лазерного целеуказания и дальнометрии. Лазерный целеуказатель-дальномер содержит приемопередатчик с выходным зрачком излучающего канала, разъемом питания внешних абонентов, блоком накачки излучающего канала и элементом регулировки энергии накачки, датчиком стартового сигнала, устройством фотоприемным с фотодиодом и формирователем стопового сигнала в виде светодиода, блоком управления с измерителем временных интервалов, формирователем контрольного времени задержки, импульсным генератором питания формирователя стопового сигнала, строб-генератором, узлом опорной частоты, тестер энергии лазерного излучения, включающий фотоприемный блок с входным объективом, оптически сопрягаемым с выходным зрачком излучающего канала, и пульт управления и индикации, тестер частоты, включающий тактовый генератор, блок частотомера с индикаторами соответствия или несоответствия частоты повторения или кодовой последовательности импульсов лазерного излучения нормированным значениям с фотоприемником, оптически сопрягаемым с выходным зрачком излучающего канала. Технический результат - сокращение времени проверки готовности лазерного целеуказателя-дальномера к боевому применению и обеспечение указанной проверки в автономных условиях. 10 ил.

Изобретение относится к аппаратуре лазерного целеуказания и дальнометрии. Лазерный целеуказатель-дальномер содержит источник первичного питания, лазерный излучатель с лампой накачки, блок управления, блок питания лазерного излучателя, включающий источник заряда емкостного накопителя энергии и источник дежурной дуги для лампы накачки, которые содержат схемы управления, и обратноходовые импульсные преобразователи напряжения, включающие силовые ключи с датчиками тока индуктора, контроллеры преобразователей напряжения с узлами управления амплитудой тока силовых ключей, силовые трансформаторы и высоковольтные выпрямители. Причем схема управления источника дежурной дуги снабжена задатчиком форсированного, с повышенной мощностью, и экономичного, с пониженной мощностью, режимов работы преобразователя напряжения. Задатчик подключен к входу узла управления амплитудой тока силового ключа. Блок управления снабжен каналом управления источником дежурной дуги в части включения форсированного режима работы преобразователя напряжения перед разрядом и после разряда емкостного накопителя энергии на лампу накачки, а также каналом управления источником заряда емкостного накопителя энергии в части включения форсированного режима работы преобразователя напряжения при работе лазерного излучателя на повышенных частотах повторения, подключенным к узлу управления амплитудой тока силового ключа. Технический результат - повышение эксплуатационной надежности лазерного целеуказателя-дальномера при одновременном уменьшении массы и габаритов. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к методике измерения расстояния до предмета с использованием стереоскопических изображений. Стереоскопическая камера включает в себя две камеры и блок вычисления, который вычисляет расстояние до предмета на основе изображений, полученных двумя камерами. Блок вычисления включает в себя блок обработки изображения, который ищет соответствующие точки изображений, полученных двумя камерами, и вычисляет два параллакса на основе разностей координат положения у соответствующих точек на изображениях. Блок вычисления значения смещения вычисляет значения смещений параллакса по всем изображениям на основе двух параллаксов. Блок статистической обработки выполняет статистический анализ над распределением значений смещений параллакса и определяет оптимальное значение среди значений смещений параллакса, причем оптимальное значение используется в качестве параметра коррекции. Технический результат - обеспечение коррекции смещения параллакса независимо от формы предмета, момента времени, места и независимо от того, перемещается ли предмет. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области геодезического контроля и может быть использовано для определения координат контрольной точки любых сложных конструкций, используя в качестве геодезической марки любой участок, принадлежащий этим конструкциям. Поставленная задача достигается за счет того, что в способе определения координат контрольной точки объекта с применением наземного лазерного сканера, согласно изобретению, предлагается основанный на использовании пересечения трех аппроксимированных в данные наземного лазерного сканирования геометрических примитивов «плоскость». Для этого при помощи НЛС выполняют сканирование заранее визуально определенного контролируемого элемента конструкции объекта с наличием физического пересечения трех плоскостей, с линейной дискретностью шага сканирования в пределах от 1 до 10 мм и средней квадратической погрешностью аппроксимации геометрических примитивов «плоскость» в соответствии с эксплуатационной документацией (ЭД). Далее на основе пересечения трех геометрических примитивов «плоскость» определяют трехмерные координаты точки геометрического центра образованной фигуры, после чего производят построение цифровой векторной трехмерной (3D) модели точки, в пространстве, далее называемой трехмерной виртуальной маркой. Технический результат - повышение точности измерения координат контрольных точек объекта. 1 ил.

Изобретение относиться к устройствам контроля дальности действия и чувствительности лазерных дальномеров без полевых испытаний и оценки предельных отклонений этих характеристик. Установка может быть испытана с любым лазерным дальномером, в котором дальность определяется по времени прохождения светового импульса от дальномера к наблюдаемому объекту и от объекта к прибору. Установка для бестрассовой проверки лазерного дальномера, содержащая ослабитель мощности лазерных импульсов проверяемого дальномера, устройство формирования стартового импульса, устройство сопряжения, персональный компьютер, источник питания лазерного излучателя, лазерный излучатель, оптическую систему формирования лазерного пучка, систему, обеспечивающую требуемую мощность импульса, приходящего в приемный канал дальномера, оптическую систему сопряжения с приемным каналом дальномера, через которую заводится с помощью оптической системы сетки и куб-призмы прицельная сетка в дальномер, питающаяся от отдельного источника питания. Технический результат - обеспечение измерения дальности действия дальномера, точности измерения дальности и чувствительности. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области судостроения и касается, в частности, монтажа блоков остова корабля в судовом плавучем доке. Предложена система управления степенью проведения монтажа в судовом плавучем доке, которая включает в себя: узел наблюдения, включающий в себя датчик осадки, расположенный в доке и измеряющий степень изгибания днища дока, и узел фотографирования, расположенный снаружи дока и измеряющий состояние боковых стенок дока; узел измерения, который размещается в доке и измеряет состояние блоков остова корабля, смонтированных в доке, в реальном времени; узел управления степенью монтажа, который размещается в доке и управляет степенью проведения монтажа в доке, которая изменяется согласно воздействию блоков остова корабля, смонтированных в доке; и контроллер, который анализирует текущую ситуацию дока и текущую ситуацию степени монтажа на основе информации, измеренной посредством узла наблюдения и узла измерения, и управляет узлом управления степенью монтажа, чтобы управлять степенью проведения монтажа в доке согласно результату анализа. Технический результат заключается в повышении эффективности проведения монтажных работ в судовом плавучем доке. 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области геодезического контроля и может быть использовано для определения и восстановления положения горизонтальной оси любого сложного инженерного линейного объекта. В заявленном способе определения и восстановления положения горизонтальной оси линейного инженерного объекта по реперам планово-высотного обоснования производят геодезические измерения, в результате чего определяют вышеупомянутую горизонтальную ось и каждый раз, а после ее утраты, восстанавливают от этих же реперов. В данном способе на одном из реперов планово-высотного обоснования устанавливают наземный лазерный сканер (далее - НЛС), создают дополнительную местную сеть планово-высотного обоснования, в которой в качестве реперов используют твердые элементы конструкций линейного инженерного объекта, выполняют сканирование всех конструкций линейного инженерного объекта при помощи НЛС с линейной дискретностью шага сканирования в пределах от 2 до 10 мм и средней квадратической погрешностью 2 мм, в результате чего определяют координаты X, Y, Z точек отражения лазерного луча от поверхности всех конструкций линейного инженерного объекта, передают результаты сканирования (скан) в ПЭВМ, с помощью компьютерной программы регистрируют в ней скан и получают цифровую точечную метрическую трехмерную (3D) модель поверхности всех конструкций линейного инженерного объекта. Далее производят обработку данных результатов лазерного сканирования, определяют параметры фильтрации для удаления из облака точек лазерных отражений не подлежащих измерению посторонних объектов, производят их фильтрацию, выполняют привязку скана к заданной системе координат. В этой же программе виртуально моделируют вышеупомянутую горизонтальную ось, автоматически аппроксимируя векторный объект «горизонтальная ось» в данные НЛС и находя точки его соприкосновения с полученными данными НЛС, определяют трехмерные координаты X, Y, Z полученной виртуальной горизонтальной оси, принадлежащей линейному инженерному объекту. Технический результат - повышение точности определения и восстановления положения горизонтальной оси линейного инженерного объекта с применением наземного лазерного сканера. 3 ил.
Наверх