Способ определения местоположения или обнаружения объекта



Способ определения местоположения или обнаружения объекта
Способ определения местоположения или обнаружения объекта
Способ определения местоположения или обнаружения объекта

 


Владельцы патента RU 2533528:

Открытое акционерное общество "НПО "Геофизика-НВ" (RU)

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 оптическому приборостроению, в частности к наблюдению объектов при пониженной освещенности, а конкретнее к способам определения местоположения или обнаружения объекта, с использованием активно-импульсного прибора.

Известен способ наблюдения объектов при пониженной освещенности, по которому объект освещают импульсным источником света, принимают отраженный от объектов свет приемником оптического изображения, синхронизируя работу его управляемого затвора с излучением импульсного света. Устройство для осуществления данного способа содержит импульсный источник света с передающей оптикой, приемник оптического изображения с управляемым импульсным затвором (европейский патент N 03263735). Регулируя задержку между моментом излучения света и моментом открывания затвора прибора, получают изображение объектов, расположенных в наиболее интересующей зоне.

Недостатком известного способа и устройства является то, что при использовании одного источника и одной камеры возможно получение информации об объектах, расположенных только в достаточно узкой зоне видимости. Для расширения зоны видимости возможно использование нескольких одновременно работающих источников (или нескольких импульсов) с различной задержкой для формирования одного кадра или камер (каждая камера работает на свою дальность) с последующим суммированием видеосигналов, что ведет к существенному возрастанию аппаратных затрат (европейский патент N 0468175).

Использование трех камер, работающих на различные дальности, с соответственной цветовой кодировкой получаемых этими камерами изображений для определения дальности до объектов (европейский патент N 0531722) позволяет оценить дальность лишь приблизительно, особенно при работе в мутной среде (туман, дым, пыль и т.д.). Например, при наличии полосы тумана на переднем плане (красного цвета) и объекта на заднем плане (синего цвета) результирующее изображение будет пурпурного цвета, что затруднит оценку дальности до объекта. Для людей, неправильно воспринимающих цвета, определение дальности с использованием такого прибора будет невозможно.

Известно устройство по патенту Великобритании N 1052178. Устройство включает в себя освещение объектов импульсным источником света, прием отраженного от объектов света приемником оптического изображения, причем конструкция приемника позволяет изменять по вертикали взаимное положение изображений объектов в зависимости от дальности до них.

Яркость объектов, расположенных на различном расстоянии от устройства, будет различна и при наличии большого числа объектов на близком расстоянии изображения последних будут маскировать изображения удаленных объектов. Аналогичный эффект маскирования удаленных изображений будет проявляться при работе в мутной среде (туман, снег, дым и т.д.).

Общим для упомянутых выше источников информации является использование активно-импульсного прибора, состоящего из электронно-оптического преобразователя (ЭОП), телевизионной камеры (ТК), оптически сочлененной с ЭОП, входного объектива, проецирующего изображение сцены на фотокатод ЭОП, электронных блоков управления ЭОП и лазерным излучателем, генерирующим короткие импульсы света.

Активно-импульсные приборы, построенные на основе электронно-оптического преобразователя и лазерной подсветки, обеспечивают наблюдение объектов с высоким качеством на местности практически независимо от уровня естественной освещенности, а также могут работать в условиях световых, метеорологических и искусственных помех. Примером может являться прибор, заявленный в патенте патент США: Ofer David, Yehuda Borenstein US 7,733464B2, МКИ G01C 3/08, 8.06.2010, который является аналогом предлагаемого технического решения. Принцип действия прибора отражен на фиг.2. Обозначения:

1 - импульс лазера длительностью τ;

2 - открытое состояние ЭОП длительностью θ;

3, 4 - зависимость от времени расстояния L=0,5c до объекта, от которого отразился передний и задний фронты лазерного импульса соответственно ∆L=0,5c(τ+θ) - глубина просматриваемой сцены;

n=f·Tk - количество лазерных импульсов частоты f за время кадра Tk;

t3 - время задержки включения ЭОП;

с - скорость света.

Работа прибора происходит следующим образом: лазер генерирует импульс света, длительностью τ, который распространяется в глубину сцены. Часть энергии импульса отражается от объектов, расположенных на различных расстояниях от излучателя, возвращается и попадает на фотокатод ЭОП. Если при этом ЭОП включить на время θ с заданной задержкой по времени t3, то будет зарегистрировано изображение участка сцены глубиной ∆L=0,5c(τ+θ), находящегося на расстоянии ∆L 0,5с t3. Если повторять этот процесс с частотой f, то получается n=f Tk (Tk - длительность кадра) изображений участка сцены глубиной ∆L и находящемся на расстоянии L, которые суммируются в одном кадре.

Такой способ наблюдения практически не зависит от освещенности на местности, т.к. его воздействие на приемник ослаблено в число раз, равное 1/f·θ. Для примера, при f=103 Гц и θ=10-7 сек ослабление равно 104 раз. При таких условиях прибор может работать в дневных условиях, а также при наличии мощных точечных засветок: встречные фары, костры, осветительные фонари и т.п.

Включение ЭОП на короткое время обеспечивает регистрацию только отраженного от объекта потока лазерного излучения. Рассеянный в атмосфере поток излучения не регистрируется приемным каналом прибора. В результате прибор позволяет вести наблюдение в условиях метеопомех: снег, туман, дым, дождь и т.п.

Недостатком этого технического решения является то, что описанные выше преимущества прибора реализуются только при очень малых значениях величин τ и θ порядка 10-8÷10-6 сек, что соответствует ∆L от 1,5 м до 150 м. Это ограничение затрудняет обнаружение объектов наблюдения, требуется предварительное целеуказание и знание расстояния до объекта.

Значение ∆L можно увеличить за счет увеличения θ, но при этом устройство будет терять устойчивость к помехам.

Этот недостаток можно устранять, если применить, как это делается в прототипе предлагаемого технического решения (патент США: Jeffrey Thomas femillaed, willes H. Weber US 6,730,913 B2, МКИ G01J 5/00, 4.05. 2004), режим сканирования по глубине сцены.

Принцип действия прибора отражен на фиг.3.

Обозначения:

π - длительность включения ЭОП (π<θ);

t3i - программно-изменяемое время задержки для i-того импульса лазера из n импульсов за один кадр, остальное то же, что на фиг.2.

В этом режиме прибор работает следующим образом (фиг.3). В течение времени кадра (стандарт 25 Гц) для каждого импульса лазера задается свое время задержки t3i, а ЭОП включается на время π<θ: так, что за время кадра на каждый лазерный импульс просматриваются разные участки сцены, изображение этих участков суммируются в кадре. Такой режим управления обеспечивает достаточно большую глубину просматриваемой сцены: ∆Lmax=0,5c(τ+π)·f·Tk, где Tk - длительность кадров с одновременным сохранением избирательности.

Однако, если сравнить схемы работы прототипа и аналога, то при одной и той же глубине сцены и одинаковых параметрах лазерных импульсов облученность объектов в случае аналога в f·Tk раз выше, чем для прототипа. Это получается, из-за того, что за время кадра (Tk) сигнал от объекта в случае прототипа регистрируется один раз, а в случае аналога f·Tk раз.

Недостатком этого технического решения является то, что для компенсации этих потерь в прототипе предлагается изменять (увеличивать) амплитуду лазерных импульсов либо увеличивать усиление ЭОП. Такие способы компенсации не эффективны: так, для f=103 Гц и Tk=25·10-3 сек амплитуду лазерного импульса надо увеличить в 25 раз, что не приемлемо на практике. То же самое касается усиления ЭОП, величина которого должна быть оптимальна для получения качественного изображения с минимальными флуктуациями. Кроме этого, в прототипе максимальная глубина сцены ограничена величиной ∆Lmax.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является обеспечение получения четкости и яркости изображения с увеличенной глубиной сцены за счет увеличения облученности объектов с одновременным упрощением используемого оборудования.

Указанный технический результат достигается в способе 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, тем, что 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.

Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами.

На фиг.1 показана схема принципа действия активно-импульсного прибора в соответствии с предлагаемым техническим решением.

На фиг.2 показан принцип действия активно-импульсного прибора в способе-аналоге.

На фиг.3 показан принцип действия активно-импульсного прибора с управляемым временем задержки в способе-прототипе.

Реализуют на практике способ определения местоположения или обнаружения объекта достаточно просто. Так же как в аналоге, прототипе и большинстве примеров из уровня техники, используют активно-импульсный прибор, включающий в себя приемный электронно-оптический преобразователь (ЭОП) и лазерный излучатель, генерирующий короткие импульсы подсветки объекта, отражения которых от объекта затем суммируют в кадре ЭОП. 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.

Таким образом, предлагается более рациональное решение, суть которого иллюстрируется схемой на фиг.1, на которой обозначены:

T=(τ+π) - период включения ЭОП,

t3Kmax=(1/f-π) - максимальное время задержки для одного импульсного лазера,

Kmax=(t3Kmax-t3i)/(τ+π) - максимальное число раз включения ЭОП на один импульс лазера,

Краб - рабочее число включения ЭОП, определяемое его чувствительностью и мощностью лазерного излучения.

Остальные обозначения в соответствии с фиг.2 и 3.

Для каждого импульса лазерного излучения, через заданное время задержки t3 осуществляется запуск генератора, включающего ЭОП на время π с частотой

fг=1/π+θ, что обеспечивает просмотр участка сцены ∆Lmax=0,5c(π+θ)·fг(1/f-t3).

Для примера π=100 нс, θ=100 нс, t3=100 нс, fг=1/200 нс=5 мГц, f=5 кГц:

∆Lmax=30·(5·103-0,5)≈15·104 м.

Такая большая глубина сцены не достижима на практике. Реальное значение ∆Lраб определяется чувствительностью ЭОП и мощностью лазерного излучения. Эта величина при прочих равных условиях всегда будет больше, чем ∆Lmax в прототипе.

В случае настоящего изобретения можно уровнять временем задержки - t3 и добиваться повышенной облученности для дальних участков.

Таким образом, при использовании предлагаемого технического решения обеспечивается достижение технического результата в виде обеспечения получения четкости и яркости изображения с увеличенной глубиной сцены за счет увеличения облученности объектов с одновременным упрощением используемого оборудования.

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, отличающийся тем, что 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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к лазерной локации и может быть использовано для обнаружения оптических и оптоэлектронных приборов наблюдения, транспортных средств, предметов вооружения, специальной аппаратуры.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 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.
Способ относится к оптическим стереоскопическим способам определения местонахождения объекта в окружающем пространстве. При реализации способа принимают и регистрируют опорное и сравниваемое изображения двумя идентичными оптическими системами. Формируют разностные изображения путём вычитания сравниваемого изображение из опорного и опорного из сравниваемого. Обнуляют отрицательные значения в разностных изображениях. И определяют расстояние до объекта на основании сдвига между ненулевыми фрагментами разностных изображений. Причём расстояние между точками регистрации каждой пары опорного и сравниваемого изображений последовательно уменьшают при приближении объектов к оптической системе. Технический результат заключается в согласовании базисного расстояния регистрации кадров стереопары в процессе перемещения оптических систем в пространстве. 3 з.п. ф-лы, 8 ил.

Устройство для реализации способа обнаружения оптических и оптико-электронных приборов посредством сканирования лоцируемого пространства содержит передающий блок, выполненный в виде канала подсветки с лазерным излучателем, оптически сопряженным с формирующим лазерное излучение телескопом. Приемный блок выполнен в виде двухканальной системы построения изображений с s- и p- поляризаций и с возможностью осуществлять раздельную регистрацию изображений с s- и p-поляризаций, варьирования межосевого расстояния между каналами и компоновки. Технический результат - повышение эффективности обнаружения приборов путем повышения помехозащищенности, уменьшение объема обработки информации, увеличение быстродействия и упрощения обработки информации, повышение точности определения координат обнаруженных целей; возможность создания компактных легких мобильных ручных приборов обнаружения оптических и оптико-электронных объектов. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области обнаружения, распознавания и определения координат малогабаритных беспилотных летательных аппаратов (МБЛА) и прицеливания по ним и может быть использовано в военной технике. Прием и формирование изображений осуществляют в трех точках, размещенных на Г-образной платформе с двумя равными базами под углом 90°. В средней точке размещены четыре телевизионных датчика, размещенных по горизонтали через каждые 90°, тем самым в сумме создавая обзор пространства на 360° и возможность обнаруживать МБЛА в пассивном режиме. Две другие точки комплекта телевизионных датчиков размещены по горизонтали через 180° друг от друга, тем самым образуя стереопары с четырьмя телевизионными датчиками центральной точки для определения дальности и координат до МБЛА в пассивном режиме. Технический результат - повышение возможности обнаружения МБЛА. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

Способ определения скорости движущихся объектов методом пассивной локации включает получение изображения самолета при помощи телевизионной системы с формированием видеокадров перемещения движущегося объекта в поле зрения оптической системы и их оцифровкой, определение величины перемещения изображения движущегося объекта на фотоприемной матрице по перемещению центра тяжести изображения. Также способ включает идентификацию типа движущегося объекта и по типу объекта определение его линейных размеров. Используя величину перемещения и соотношение линейных размеров движущегося объекта, вычисляют линейное перемещение движущегося объекта в поле зрения оптической системы L и определяют скорость движущего объекта. Технический результат - скрытное определение скорости самолета при помощи средств пассивной локации. 2 ил.

Изобретение относится к системам с использованием отражения или вторичного излучения электромагнитных волн, иных, чем радиоволны, и может быть использовано для определения местоположения объекта наблюдения в автоматизированных системах транспортных средств для предупреждения столкновения. Технический результат изобретения заключается в повышении быстродействия обнаружения объектов. Способ обнаружения объектов с повышенным быстродействием на высококонтрастном динамически изменяемом фоне заключается в обнаружении разности выходных опорного и сравниваемого сигналов с двух идентичных видеосистем на основе многоэлементных высокоскоростных фотоприемников в виде фотодиодных линеек с параллельными осями цилиндрических объективов, закрепленных друг относительно друга на значительно меньшем расстоянии, чем расстояние до границы зоны контроля, и определении по упомянутой разности информации о проникновении постороннего объекта в контролируемую зону при пересечении им её границ. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области противодействия оптико-электронным системам (ОЭС) различного назначения. Способ основан на согласовании ориентации каждого передающего канала помехового сигнала с ориентацией соответствующего пеленгационного канала. В случае функционирования в поле зрения пеленгационного канала ОЭС, осуществляется пеленгация их сигналов. Информация об угловых координатах ОЭС предается на матрицу передающих каналов. При этом включаются передающие каналы, согласованные по направлению с пеленгационными каналами, осуществившими определение направления на ОЭС, и осуществляется одновременная постановка помех на ОЭС. Технический результат - повышение эффективности противодействия ОЭС. 1 ил.

Изобретение относится к способам определения местоположения источника оптического излучения по рассеянной в атмосфере составляющей. Согласно способу применяют два оптико-электронных координатора с перпендикулярными приемными плоскостями. Осуществляют координатную привязку фотоэлементов матричных фотоприемников и принимают рассеянное атмосферным каналом оптическое излучение. Определяют координаты крайних фотоэлементов противоположных по периметру линеек фотоэлементов оптико-электронных координаторов с матричными фотоприемниками, сигнал на выходе которых превысил пороговое значение, и вычисляют по их значениям координаты местоположения источника оптического излучения. Технический результат - одновременное определение пространственного положения оптического луча и координат источника оптического излучения. 2 ил.
Наверх