Способ лазерного дальнометрирования



Способ лазерного дальнометрирования

 


Владельцы патента RU 2538432:

Открытое акционерное общество "Научно-производственное корпорация "Системы прецизионного приборостроения" (ОАО "НПК "СПП") (RU)

Изобретение относится к области лазерной техники, а именно к лазерной дальнометрии. Способ лазерного дальнометрирования включает в себя посыл на цель серий лазерных импульсов, прием отраженных сигналов с последующим вычислением дальности до цели. Первый посыл на цель осуществляют на длине волны λ2. За время паузы между сериями лазерных импульсов назначают одну из двух фиксированных длин волн лазерных импульсов для каждой последующей серии, а именно длину волны λ1 выбирают для дальности L>L0, а длину волны λ2 выбирают для дальности L<L0. Способ применяется для лазерных излучателей, у которых имеется возможность работы на одной из двух длин волн λ1 или λ2. 1 ил.

 

Изобретение относится к области лазерной техники, а именно к лазерной дальнометрии.

Известны способы лазерного дальнометрирования, когда лазерные излучатели формируют импульсы на одной фиксированной безопасной для глаз длине волны. Например, лазерный дальномер, безопасный для глаз, описанный в патенте на полезную модель RU №20677 от 23.07.2001. Недостатком такого решения является строго ограниченная максимальная энергия лазерного излучения, что ограничивает максимальную дальность действия дальномера. Поэтому при выборе способа лазерного дальнометрирования приходится искать компромисс между безопасностью лазерного излучения при измерении дальности до близкорасположенных объектов и дальностью действия лазерного дальномера. Кроме того, для некоторых применений важно обеспечить определенную энергию импульсов лазерного излучения. Одновременное выполнение задачи измерения дальности на безопасной длине волны и задачи обеспечения излучения лазерных импульсов с определенной энергией невозможно реализовать в одном дальномере без возможности переключения длины волны лазерного излучателя и способа автоматического выбора длины волны дальномера в зависимости от дистанции до объекта.

Известен способ определения дальности до удаленного объекта, описанный в патенте на изобретение RU №2385471 С2 от 25.07.2001. Этот способ включает зондирование объекта путем посылки на него серии n лазерных импульсов и определения в каждом i-м зондировании временного интервала t1 и между моментами излучения лазерного импульса, и приема отраженного объектом излучения. При каждом зондировании определяют и регистрируют значения моментов текущего времени Ti, регистрируют значения измеренных интервалов ti в серии зондирований. Для каждого зондирования определяют отсчеты дальности Ri=c×ti/2, где с - скорость света, интерполируют полученные выборочные значения Ri линейной зависимостью. Этот способ не позволяет обеспечить необходимую дальность действия при использовании лазерных излучателей, работающих на безопасной для глаз длине волны из-за ограниченной санитарными нормами энергии излучения.

Наиболее близким по технической сущности является способ светолокационного определения дальности, описанный в патенте на изобретение RU №2390724С2 от 10.10.2007. Способ светолокационного определения дальности методом некогерентного накопления включает в себя серию циклов зондирования, в каждом из которых на цель посылают лазерный зондирующий импульс. После излучения зондирующего импульса квантуют время на дискреты, принимают отраженный целью импульс и вырабатывают в каждой из дискрет времени гипотезу об отсутствии или наличии сигнала путем порогового преобразования принятой смеси сигнала и шума. Формируют соответствующее гипотезе число и накапливают формируемые числа в виде сумм для каждой дискреты времени. По завершении накопления выделяют те дискреты времени, где накопленная в течение серии циклов зондирования сумма превышает заданное число, и по этим накопленным суммам судят о дальности до цели. Недостатком этого способа является не обеспечение требований безопасности излучения для глаз при дальнометрировании на близких дистанциях и низкая частота обновления информации о дальности из-за процедуры некогерентного накопления сигнала.

Цель изобретения - разработка способа выбора длины волны в лазерном дальномере для обеспечения максимальной дальности дальнометрирования с возможностью обеспечения безопасности излучения для глаз на близких дистанциях.

Поставленная цель достигается тем, что в способе лазерного дальнометрирования, включающем посыл на цель серий лазерных импульсов, прием отраженных сигналов с последующим вычислением дальности L до цели, первый посыл на цель осуществляют на длине волны λ2, после чего за время паузы между сериями лазерных импульсов назначают одну из двух фиксированных длин волн лазерных импульсов для каждой последующей серии, а именно длину волны λ1 выбирают для дальности L≥L0, а длину волны λ2 выбирают для дальности L<L0, где

L 0 = k P u / q γ

L0 - расчетное значение дальности, при котором λ1 становится безопасным;

k - коэффициент запаса по дальности;

γ - расходимость лазерного излучения;

Pu - мощность импульса излучения лазера;

q - допустимая плотность мощности излучения на длине волны λ1 в соответствии с международными санитарными правилами;

L - дальность до цели, измеренная на длине волны λ1 или λ2,

λ1 - основная длина волны лазерного излучения;

λ2 - дополнительная длина волны лазерного излучения (безопасная для глаз).

Способ лазерного дальнометрирования осуществляется с помощью лазерного дальномера, предназначенного преимущественно для установки на авиационные носители, лазерный излучатель которого имеет возможность работы на одной из двух длин волн λ1 или λ2. Основная длина волны, получаемая твердотельным лазером - λ1, а излучение на длине волны λ2 осуществляется путем преобразования λ1 во встроенном в лазерный излучатель параметрическом генераторе.

Примером реализации лазерного излучателя с переключаемой длиной волны является твердотельный моноимпульсный лазер и двухволновый лазерный генератор, описанный в патенте на изобретение RU №2346367 С2. Выбор одной из двух длин волн излучения осуществляется по внешней команде.

Предлагаемый способ лазерного дальнометрирования осуществляется с помощью дальномера, который схематично представлен на чертеже, где:

1 - лазерный генератор излучения с длиной волны λ1;

2 - параметрический преобразователь излучения с длиной волны λ1 в излучение с длиной волны λ2;

3 - оптический тракт прибора;

4 - приемник отраженного от цели излучения с длинами волн λ1 или λ2;

5 - вычислитель.

Генератор излучения (1) и параметрический преобразователь (2) установлены в одном лазерном излучателе.

Излучение с длиной волны λ1 формируется в лазерном генераторе (1), затем оно или сразу выходит из лазерного излучателя, если требуется сформировать импульс на длине волны λ1, или поступает на параметрический преобразователь (2), где преобразуется в излучение с длиной волны λ2, если на выходе лазерного излучателя требуется сформировать импульс с длиной волны λ2. Далее импульсы с длинами волн λ1 или λ2, проходят по оптическому тракту (3) и выходят из прибора в направлении цели. На поверхности цели происходит рассеянье лазерных импульсов, часть энергии импульсов возвращается в прибор, проходит оптический тракт (3) и попадает на приемник отраженного излучения (4). Вычислитель (5) по интервалу времени между моментом излучения импульса и моментом приема отраженного импульса вычисляет дальность до цели по известной формуле:

L = c Δ t 2

где

L - дальность до цели, измеренная на длине волны λ1 или λ2;

с - скорость света в среде;

Δt - интервал времени между моментом излучения импульса и моментом приема отраженного импульса.

Команды на переключение длины волны в лазерном излучателе поступают из вычислителя (5). В зависимости от измеренного значения дальности, определенных условий и критериев вычислитель формирует команду на лазерный излучатель о формировании импульсов с длиной волны либо λ1, либо λ2.

В начале работы излучатель лазерного дальномера излучает серию импульсов на дополнительной длине волны λ2, безопасной для глаз.

Если дальность L на длине волны λ2 получена и находится в диапазоне L<L0, то лазерный излучатель излучает следующую серию импульсов на длине волны λ2.

Если дальность L на длине волны λ2 не получена или находится в диапазоне L≥L0, то лазерный излучатель излучает следующую серию импульсов на длине волны λ1.

Если дальность L на длине волны λ2 получена и находится в диапазоне L≥L0, то лазерный излучатель излучает следующую серию импульсов на длине волны λ1 (длина волны не меняется).

Если дальность L на длине волны λ1 не получена или находится в диапазоне L<L0, то лазерный излучатель излучает следующую пачку импульсов на длине волны λ2.

Для обеспечения безопасности параметры лазерного излучателя на длине волны λ2 выбирается таким образом, чтобы получаемая плотность мощности была меньше допустимой плотности мощности излучения на длине волны λ2 в соответствии с международными санитарными правилами для этой длины волны лазерного излучения.

Благодаря описанным критериям принятия решения при выборе длины волны способ лазерного дальнометрирования позволяет получить технический результат: одновременное обеспечение требований максимальных дистанций при дальнометрировании и требований безопасности излучения для близких дистанций.

Способ может быть применен для двухволновых лазерных излучателей дальномеров при измерении дальности для любых целей: как наземных, так и воздушных.

Способ лазерного дальнометрирования, включающий посыл на цель серий лазерных импульсов, прием отраженных сигналов с последующим вычислением дальности L до цели, отличающийся тем, что первый посыл на цель осуществляют на длине волны λ2, после чего за время паузы между сериями лазерных импульсов выбирают одну из двух фиксированных длин волн лазерных импульсов в каждой серии так, что длина волны λ1 выбирается для дальностей L≥L0, а длина волны λ2 выбирается для дальностей L<L0, где
L 0 = k P u / q γ
L0 - расчетное значение дальности, при котором λ1 становится безопасным;
L - дальность до цели, измеренная на длинах волн λ1 или λ2;
k - коэффициент запаса по дальности;
γ - расходимость лазерного излучения;
Pu - мощность импульса излучения лазера;
q - допустимая плотность мощности излучения на длине волны λ1 в соответствии с международными санитарными правилами;
λ1 - основная длина волны лазерного излучения;
λ2 - дополнительная длина волны лазерного излучения (безопасная для глаз).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для оптического измерения расстояния до целевого объекта. Измерительное устройство содержит излучатель для испускания измерительного оптического излучения в направлении целевого объекта, приемник, имеющий регистрирующую поверхность для регистрации измерительного оптического излучения, возвращающегося от целевого объекта, и блок обработки данных.

Устройство калибровки принимает входные данные двух опорных изображений и множественных элементов данных параллакса. Два опорных изображения захватываются одним из устройств формирования изображения в двух местоположениях.

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к приемной линзовой системе для оптического дальномера, а также к оптическому дальномеру с такой приемной линзовой системой.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейной компоненты перемещения объекта при воздействии на него различных силовых факторов.

Способ включает детектирование отраженных импульсов света, оцифровывание принятых сигналов, расчет дальностей до объектов и скоростей движущихся объектов, определение угловых координат.

Изобретение относится к лазерной дальнометрии. Лазерный дальномер содержит приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив излучателя и лазерный излучатель, эквивалентное тело свечения которого габаритами А×В расположено в фокальной плоскости объектива излучателя.

Изобретение относится к лазерной технике к аппаратуре лазерной дальнометрии. Лазерный дальномер содержит приемное устройство и передающее устройство, включающее объектив излучателя и лазерный излучатель, эквивалентное тело свечения которого габаритами А×В расположено в фокальной плоскости объектива излучателя.

В телевизионно-лазерном визире-дальномере установлена спектроделительная призма, на одной грани которой нанесена полевая диафрагма приемного канала лазерного дальномера, которая используется в качестве опорной марки, а на другой грани приклеено сферическое зеркало, проектирующее диафрагму в телекамеру визирного канала.

Дальномер имеет частично совмещенные визирный, излучающий, приемный и проекционный каналы. Объективы всех каналов выполнены двухкомпонентными, первый компонент объектива визирного канала входит в состав объектива приемного и излучающего каналов.

Изобретение относится к области метеорологии и гляциологии и может быть использовано при определении толщины снежного покрова на склонах для прогноза лавинной опасности и определения снегонакопления в горах. Согласно заявленному способу с помощью лазерного дальномера, размещенного в долине, определяют расстояние до контрольной точки на склоне (L1), азимут (А1) и угол зондирования (β).

Изобретение относится к способам дистанционного определения толщины снежного покрова и может быть использовано с целью прогнозирования лавинной опасности. Сущность: последовательно проводят летние и зимние зондирования склона с использованием лазерного дальномера. Зондируя склон под соответствующими углами наведения - по азимуту (Az) и углу (β) возвышения, измеряют расстояние от места его установки в долине до контрольных точек в зоне зарождения лавин относительно реперной точки. По разнице между результатами зондирований в летний и зимний периоды определяют толщину (AE) снежного покрова в направлении зондирующего лазерного луча. При этом для каждой контрольной точки на склоне определяют экспозицию склона (не показано на фиг.6), крутизну (βкр) склона, а также проекцию ( n ¯ ) на горизонтальную плоскость нормали (n), проведенной к контрольной точке на склоне, и отрезка (AE), характеризующего толщину снежного покрова на склоне в направлении зондирующего лазерного луча. Определяют угол (ψ) между данными проекциями. По значениям найденных величин определяют истинную толщину снежного покрова в виде проекции отрезка (AE) на нормаль, проведенную к поверхности склона в контрольной точке лавинного очага. Технический результат: повышение точности определения толщины снежного покрова в лавинных очагах. 4 з.п. ф-лы, 8 ил., 2 табл.

Устройство может быть использовано для контроля лазерного дальномера с концентричным расположением передающего и приемного каналов. Устройство содержит входную собирающую и выходную коллимирующую оптические системы, связанные между собой волоконно-оптической линией задержки, выполненной в виде световода. Входной и выходной торцы световода расположены в фокальных плоскостях входной и выходной оптических систем соответственно. Входная собирающая и выходная коллимирующая оптические системы образованы двумя соосными менисками, обращенными вогнутостью к торцу световода и имеющими зеркальные покрытия на выпуклых поверхностях. Зеркальное покрытие мениска, расположенного первым от торца световода, выполнено в виде периферийной кольцевой зоны. По крайней мере один торец световода может быть состыкован с плоскопараллельной пластиной в непрозрачной зоне, содержащей соосную со световодом диафрагму с диаметром, меньшим диаметра световода. По крайней мере один из менисков может быть выполнен склеенным. Технический результат - создание компактного устройства с повышенной технологичностью при высоком качестве формирования лазерных пучков и упрощенной конструкцией. 2 з.п. ф-лы, 5 ил., 7 табл.

Изобретение относится к измерительной технике, для измерения расстояния до различных предметов на местности, с использованием излучения лазеров. Дальномер содержит импульсный полупроводниковый лазер с оптической системой, схему накачки лазера, лавинный фотодиод с оптической системой, последовательно соединенный с усилителем фотодетектированных сигналов, управляемый источник питания (УИП) для лавинного фотодиода, умножитель, фильтр нижних частот (ФНЧ), аналого-цифровой преобразователь (АЦП), микроконтроллер (МК), цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), инвертирующий усилитель, два компаратора, трехвходовой мультиплексор, сумматор, два двухвходовых мультиплексора, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), генератор тактовых импульсов, счетчик адреса, счетчик количества накоплений, три схемы сравнения, триггер, индикатор дальности. Технический результат - снижение погрешности измерения и улучшение массогабаритных показателей дальномера. 2 ил.

Изобретение относится к области формирования и обработки изображений, предназначено для измерения расстояний до наблюдаемых предметов и определения оптических передаточных функций устройства, при помощи которых сформированы обрабатываемые изображения, дополнительно позволяет оценивать погрешность измерений. Оптико-электронное устройство для определения оптических передаточных функций и измерения расстояний содержит не менее двух каналов формирования и фиксации изображения. При этом оптическая система каждого из каналов включает, по меньшей мере, одну диафрагму, матричный светочувствительный детектор для каждого канала формирования и фиксации изображения, а также блок оценки расстояний, соединенный с детекторами. Причем один или более элементов оптический системы и/или, по меньшей мере, один детектор установлены с обеспечением смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы, отличного от соответствующих смещений детекторов других каналов, а устройство снабжено блоком оценки погрешностей и исправления результатов измерений, соединенный с блоком оценки расстояний. Технический результат - повышение точности измерения расстояний и определения оптических передаточных функций в широком диапазоне измерений. 7 н. и 12 з.п. ф-лы, 45 ил.

Изобретение относится к оптическим устройствам для бесконтактного измерения дальности и может использоваться при производстве лазерных дальномеров или тахеометров. Дальномер содержит передающий канал, включающий задающий генератор, соединенный со входом лазерного передатчика с выходной оптической системой, приемный канал, а также оптический контрольный канал. Приемный канал включает входную оптическую систему, в фокусе которой установлен лавинный фотодиод, подключенный к сигнальному входу измерительного блока, опорный вход которого соединен с задающим генератором. Контрольный канал выполнен в виде внешней оптической линии, замыкающей входной и выходной каналы. Корпусы лавинного фотодиода и лазерного диода снабжены термодатчиком, подключенным к измерительному входу измерительного блока, а сам измерительный блок оборудован энергонезависимой памятью. Технический результат - расширение функциональных возможностей. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к способу определения высоты летательного аппарата. При реализации способа осуществляется N-кратное зондирование подстилающей поверхности импульсами лазерного излучения и его некогерентное накопление принятого отражённого от объекта сигнала. По результатам статистической обработки полученных данных определяют временное положение отраженного сигнала Th относительно момента излучения зондирующего импульса и вычисляют высоту летательного аппарата по формуле h=c Th/2, где c - скорость света. При этом диапазон высот разбивают на K зон. Объем накопления N в каждой зоне устанавливают в зависимости от периода тактовой частоты импульсов, разделяющих время на интервалы, предельно допустимой ошибки измерения высоты в j-й зоне высот, частоты зондирования и заданного периода обновления информации в j-й зоне высот. Технический результат заключается в обеспечении необходимой точности измерений при заданных обнаружительных характеристиках и при требуемой частоте обновления информации в процессе выполнения различных полетных заданий. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в любой области, где необходимо определить скорость движущегося объекта и расстояние до него, в частности для автоматического определения высоты и вертикальной скорости летательного аппарата. Лазерный дальномер содержит лазерный передатчик, приемник отраженного объектом излучения, последовательно включенные многоканальный накопитель, связанный с тактовым генератором, и измеритель дальности. При этом на выходе приемника введен коммутатор. Первый выход коммутатора соединен со входом многоканального накопителя, а на втором выходе коммутатора введены последовательно включенные блок временной фиксации и блок интерполяции, связанный с тактовым генератором. Между выходом измерителя дальности и управляющим входом коммутатора введен блок переключения режимов. Технический результат заключается в обеспечении измерений с борта летательного аппарата его высоты и вертикальной составляющей скорости как в стационарном полете, так и в при взлете и посадке в широком диапазоне высот и режимов подъема и снижения. 1 ил.

В способе определения расстояния до объекта используется видеоизмерительное устройство, включающее первый излучатель света и второй излучатель света, при этом первый излучатель света может испускать свет через отверстие по меньшей мере с одним тенеобразующим элементом. Способ включает захват по меньшей мере одного первого изображения при включенном первом излучателе света и отключенном втором излучателе света, захват по меньшей мере одного второго изображения при включенном втором излучателе света и отключенном первом излучателе света, определение первого множества значений яркости пикселей в упомянутом по меньшей мере одном первом изображении, определение второго множества значений яркости пикселей в упомянутом по меньшей мере одном втором изображении, определение отношений яркостей второго множества значений яркости к первому множеству значений яркости и определение расстояния до объекта с использованием упомянутых отношений яркости. Технический результат - повышение точности измерения. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к измерительной технике определения высоты и вертикальной скорости летательного аппарата. Устройство обеспечивает возможность работы в двух режимах. Сигнал от источника направляется на объект, и приемник излучения фиксирует отраженный от объекта сигнал. От приемника излучения посредством коммутатора сигнал передается на многоканальный цифровой накопитель. При этом отслеживается достижение накопленным сигналом установленного уровня. Если сигнал не достигает установленного уровня, то работа устройства производится по методу некогерентного многоканального накопления. Если будет отмечено превышение порога, то работа устройства производится в моноимпульсном режиме. Технический результат изобретения заключается в обеспечении измерений с борта летательного аппарата его высоты и вертикальной составляющей скорости как в стационарном полете, так и при взлете и посадке в широком диапазоне высот и режимов подъема и снижения. 2 ил.

Изобретение относится к способу определения высоты и вертикальной скорости летательного аппарата. Способ включает в себя многократное зондирование объекта импульсами лазерного излучения, прием и регистрацию отраженного объектом сигнала с его привязкой к импульсам стабильной тактовой частоты, образующим ячейки дальности, и статистическую обработку зарегистрированных данных. При этом производят серию зондирований способом некогерентного накопления, если принятый сигнал меньше порогового значения, которое определяется заданной вероятностью F ложного срабатывания. И если принятый сигал больше порогового значения, то зондирование производят в моноимпульсном режиме измерения дальности и скорости. Технический результат - обеспечение измерений с борта летательного аппарата его высоты и вертикальной составляющей скорости как в стационарном полете, так и при взлете и посадке в широком диапазоне высот и режимов подъема и снижения. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх