Устройство сканирования и слежения

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и может быть использовано в приборах кругового и секторного обзора, обнаружения, сопровождения и телевизионной регистрации морских и наземных объектов. Устройство сканирования и слежения содержит азимутальную платформу, снабженную датчиком угла и приводом с блоком управления, и размещенные на ней объектив, оптический компенсатор, установленный на поворотную платформу, снабженную датчиком угла и приводом с блоком управления, и матричное фотоприемное устройство (МФПУ) с блоком управления и запоминающим устройством. Входы/выходы датчиков угла, блоков управления приводами, блока управления МФПУ, запоминающего устройства, монитора и блока управления устройством соединены с соответствующими входами/выходами вычислительно-управляющего блока. Технический результат заключается в более гибком управлении движением оптического компенсатора, что позволяет: увеличить время экспонирования наблюдаемого пространства; повысить точность компенсации и упростить конструкцию устройства за счет исключения механической передачи между сканирующей платформой и поворотной платформой оптического компенсатора; обеспечить режим слежения за обнаруженным объектом с пониженным энергопотреблением в этом режиме. 1 ил.

 

Устройство сканирования и слежения относится к области оптико-электронного приборостроения, точнее к оптико-электронным приборам кругового и секторного обзора, обнаружения, сопровождения и телевизионной регистрации морских и наземных объектов.

При определении уровня техники были найдены и проанализированы следующие аналоги заявляемого устройства.

Широкопольная инфракрасная система кругового обзора (В.Я. Ширнин и др. Широкопольная инфракрасная система кругового обзора (патент РФ №2189049 от 03.10.2001 г.) содержит установленные на платформе, вращающейся вокруг вертикальной оси, две ИК-оптические системы, выполненные в виде ИК-объективов и соответствующих им входных плоских зеркал с приводами и датчиками углов их разворота, которые оптическим переключателем поочередно сопрягаются с общим N-элементным приемником ИК-излучения. Система содержит также блок управления приводами, блок формирования координат и расположенное вне платформы устройство отображения информации, связанное с каналом передачи информации.

Сканирующие устройства кругового обзора (B.C. Васильев и др. Сканирующее устройство кругового обзора (патенты РФ №2271552 от 08.04.2004 г. и №2271553 от 08.04.2004 г., тех же авторов). Сущность изобретения: конструкция сканирующих устройств кругового обзора состоит из двух подвижных блоков, установленных концентрично в неподвижном корпусе и имеющих одну вращательную степень свободы относительно общей продольной оси. Каждый из подвижных блоков связан редуктором с приводом, в состав которого входят двигатель и датчик положения, установленные на неподвижном корпусе.

Оптико-электронное устройство кругового обзора, в котором сканер, выполнен с возможностью вращения в азимутальной плоскости приводом с датчиком угла и состоит из трех идентичных измерительных ИК-каналов, каждый из которых имеет объектив, плоское зеркало, фотоприемное устройство и блок обработки сигнала (В.З. Вожжов и др. Оптико-электронное устройство кругового обзора. Патент РФ №2321016 от 24.05.2006 г.).

Оптико-электронная станция кругового обзора, содержащая узел сканирующего (поворотного) зеркала, компенсатор разворота изображения, привод, объектив, матричное фотоприемное устройство (ФПУ) и электронный блок обработки сигналов (Р.А. Насибуллин и др. Оптико-электронная станция кругового обзора. Патент РФ №2428728 от 09.03.2010 г.).

ИК-система кругового обзора содержит неподвижное основание, установленную на нем платформу с расположенным на ней вращающимся преимущественно вокруг вертикальной оси оптико-механическим блоком с фотоприемным устройством и блоком предварительной обработки сигналов, снабженным приводом вращения и датчиком угла поворота по горизонту, установленную в оптико-механическом блоке, ИК-оптическую систему, оптически сопряженную с фотоприемным устройством и связанную с блоком предварительной обработки сигналов (Б.А. Войцель и др. Инфракрасная система кругового обзора. Патент РФ №2460085 от 20.04.2011 г.).

Основной недостаток перечисленных устройств состоит в том, что при сканировании изображение перемещается по матрице фотоприемного устройства. Поэтому телерегистрация изображения наблюдаемого пространства должна вестись в отсутствие сканирования, т.е. при фиксированном положении визирной оси устройства.

От этого недостатка свободна оптико-пеленгационная система кругового обзора (Тарасов В.В. и др. Оптико-пеленгационная система кругового обзора. Патент РФ №2356063 от 27.11.2007 г.), которая включает оптико-электронный блок электронного сканирования пространства, имеющий N оптико-электронных каналов электронного сканирования, объективы которых равномерно расположены в азимутальной плоскости на окружности с радиальным расположением их оптических осей. Поля обзора этих объективов перекрывают сканируемое пространство в азимутальной плоскости без пропусков.

Недостаток этой системы состоит в сложности конструкции. Например, для кругового обзора (360°) с приемлемым разрешением на местности требуется примерно 25 объективов с полем зрения до 15°. Поэтому для увеличения разрешения в систему дополнительно включен узкопольный оптико-электронный канал механического сканирования пространства, оптическая ось объектива которого проходит перпендикулярно азимутальной плоскости через центр окружности, на которой расположены объективы оптико-электронных каналов электронного сканирования. Включение дополнительного канала еще более усложняет конструкцию системы.

Прототипом предлагаемого устройства может послужить устройство кругового обзора (Ф.М. Броун и др. Способ кругового обзора матричным фотоприемным устройством и устройство для его осуществления. Патент РФ №2445644 от 19.04.2010 г.), содержащее: азимутальную платформу с приводом; оптическую систему, установленную на этой платформе; МФПУ, установленное в фокальной плоскости оптической системы; поворотную платформу с датчиком угла поворота; оптический компенсатор, установленный на поворотную платформу и выполненный в виде преломляющей призмы с четным числом N граней; мультипликатор; блок формирования синхроимпульсов (БФСИ).

Кроме того, для синхронизации работы МФПУ и оптического компенсатора в предлагаемом устройстве вход БФСИ соединен с выходом датчика угла, выход - со входом кадровой синхронизации МФПУ, а ось поворотной платформы соединена с осью сканирующей азимутальной платформы мультипликатором с коэффициентом передачи Км, равным Км=2π/β⋅N.

Благодаря введению оптического компенсатора смещения изображения известное устройство позволяет вести сканирование наблюдаемого пространства непрерывно, без остановок движения азимутальной платформы, получая при этом качественные телекадры.

Недостатки известного устройства состоят:

- в сложности механической конструкции и наличии погрешностей передачи вращения от оси азимутальной платформы на ось поворотной платформы компенсатора;

- в увеличении погрешностей компенсации в начале и конце рабочей зоны призмы, вызванного приближенной формулой скорости компенсации;

- в отсутствии режима слежения за обнаруженным объектом.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в более гибком управлении движением оптического компенсатора, что позволяет увеличить время экспонирования наблюдаемого пространства, повысить точность компенсации и упростить конструкцию устройства за счет исключения механической передачи между сканирующей платформой и поворотной платформой призмы и обеспечить режим слежения за обнаруженным объектом с пониженным энергопотреблением в этом режиме.

Указанные результаты достигаются тем, что азимутальная платформа снабжена датчиком угла поворота, а поворотная платформа призмы снабжена самостоятельным электроприводом, управляемым от вычислительного блока, задающего требуемый характер движения призмы. Это позволяет исключить погрешности сканирования, в том числе и круговом, на концах рабочей зоны призмы и расширить угловую рабочую зону призмы, а также вести слежение за обнаруженным объектом только вращением поворотной платформы, которая обладает существенно меньшими массогабаритными характеристиками и, следовательно, требует в несколько раз меньших энергозатрат, чем при вращении азимутальной платформы. Последнее обстоятельство может быть важным при автономном питании устройства.

На чертеже схематично показано устройство кругового обзора.

Предлагаемое устройство сканирования и слежения содержит (см. чертеж) азимутальную платформу (АП) 1 с приводом 2, подключенным к блоку управления приводом АП 3, и датчиком угла поворота АП 4. На АП 1 установлены объектив 5, оптический компенсатор 6, выполненный в виде оптической призмы и установленный на поворотной платформе (ПП) 7, снабженной приводом ПП 8 с блоком управления приводом ПП 9 и датчиком угла поворота ПП 10, матричное фотоприемное устройство 11 (МФПУ) с блоком управления МФПУ (БУМФПУ) 12 и запоминающим устройством (ЗУ) 13, подключенным своими информационными выходами к вычислительно-управляющему блоку (ВУБ) 14, выход кадровой синхронизации которого соединен с соответствующим входом БУМФПУ 12. Информационные входы ВУБ 14 подключены к информационным выходам датчиков угла АП 4 и ПП 10, а управляющие выходы - к входам блоков управления приводами АП 2 и ПП 9. Кроме того, управляющий вход ВУБ 14 подключен к выходу блока управления устройством (БУУ) 15. Информационный выход ВУБ 14 служит для подключения какого-либо внешнего устройства, например монитора 16.

В общем случае оптическая призма может иметь любое четное число граней. Для простоты изложения работа рассматривается для устройства, в котором оптический компенсатор выполнен в виде четырехгранной оптической призмы, а период кадровой развертки выбран равным периоду кадровой развертки стандартного телевидения - 0,04 с.

Рассмотрение работы устройства ведется с момента, когда призма оптического компенсатора 6 находится в начале своей зоны рабочих углов.

Объектив 5 (см. чертеж) через призму оптического компенсатора 6 формирует оптическое изображение наблюдаемого пространства на фоточувствительной поверхности МФПУ 11.

Оператор через БУУ 15 задает ВУБ 14 режим сканирования окружающего пространства. Сканирование может быть как круговым, так и секторным. При сканировании привод АП 2 приводит АП 1 в равномерное вращение. На ВУБ 14 с датчика угла АП 4 поступает информация об угловом положении платформы АП 2. ВУБ 14 по этой информации вычисляет требуемый для компенсации сдвига изображения угол поворота оптического компенсатора 6 и подает управляющий сигнал на привод ПП 8, который поворачивает оптический компенсатор 6 на вычисленный угол. Контроль поворота осуществляется по датчику угла ПП 10. Можно показать (М.М. Мирошников. Теоретические основы оптико-электронных приборов, Л., «Машиностроение», 1983, стр. 90-91), что полная компенсация перемещения оптического изображения по светочувствительной поверхности МФПУ 11 вследствие вращения АП 1 обеспечивается при выполнении условия:

,

где ϕ - угол поворота АП,

b - толщина призмы,

f - фокусное расстояние объектива,

α - угол поворота ПП,

n - показатель преломления призмы.

В момент начала зоны рабочих углов оптического компенсатора 6 ВУБ 14 выдает на БУМФПУ 12 синхроимпульс, по которому БУМФПУ 12 выдает сигнал на открытие электронного затвора МФПУ 11, т.е. разрешает экспонирование изображения наблюдаемого пространства. При достижении конца зоны рабочих углов оптического компенсатора 6 ВУБ 14 выдает на БУМФПУ 12 синхроимпульс, закрывающий электронный затвор МФПУ 11. Далее идет поворот ПП до выхода оптического компенсатора 6 в начало зоны рабочих углов. Полученные телевизионные кадры запоминаются в ЗУ 13. Так как кадры меняются с высокой с частотой (25 кадров/с), то для нормальной работы оператора частоту выдачи телевизионных кадров на монитор 16 следует снизить, например, до одного кадра в секунду. Эту операцию осуществляет ВУБ 14, извлекая с заданной частотой телевизионные кадры из ЗУ 13.

При обнаружении объекта оператор устанавливает БУУ 15 в режим слежения и вызывает на монитор 16 через БУУ 15 и ВУБ 14 из ЗУ 13 телевизионный кадр с обнаруженным объектом. Одновременно ВУБ 14 подает сигналы на разворот АП 2 в зону выбранного телевизионного кадра и переходит в режим управления приводом ПП 8, т.е. поворотом оптического компенсатора 6, по командам оператора. При достижении оптическим компенсатором 6 предельных рабочих углов ВУБ 14 подает сигнал на поворот АП 1 на величину половины поля зрения объектива 5 и одновременно подает сигнал на привод ПП 8, устанавливая оптический компенсатор 6 в середину его рабочей зоны. Этим обеспечивается непрерывность слежения за обнаруженным объектом в широком диапазоне углов перемещения объекта.

Устройство сканирования и слежения, содержащее азимутальную платформу с приводом и блоком управления приводом, установленные на азимутальной платформе объектив, оптический компенсатор, установленный на поворотной платформе с датчиком угла, и матричное фотоприемное устройство (МФПУ), установленное в фокальной плоскости объектива, а также блок управления МФПУ, выход которого соединен с входом кадровой синхронизации МФПУ, отличающееся тем, что поворотная платформа снабжена электроприводом с блоком управления, подключенным к управляющему выходу вычислительно-управляющего устройства (ВУБ), информационный выход датчика угла поворотной платформы подключен к соответствующему входу ВУБ, азимутальная платформа снабжена датчиком угла, подключенным своими информационными выходами с соответствующими входами ВУБ, вход блока управления приводом азимутальной платформы подключен к соответствующему управляющему выходу ВУБ, при этом информационный выход МФПУ подключен к входу запоминающего устройства, которое своим информационным входом/выходом соединено с соответствующим входом/выходом ВУБ, видеовыход ВУБ соединен с входом монитора, а сигнальный выход ВУБ подключен к входу синхронизации кадровой развертки блока управления МФПУ.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к лазерной дальнометрии. Техническим результатом является увеличение дальности действия лазерного дальномера.

Изобретение относится к лазерной дальнометрии. Техническим результатом является увеличение дальности действия лазерного дальномера.

Изобретение относится к оптикоэлектронике, пассивной оптической локации и наземным системам обнаружения воздушных объектов и может быть использовано для обнаружения и распознавания малоразмерных воздушных объектов различного типа: беспилотных летательных аппаратов, птиц, воздушных шаров и других объектов, представляющих опасность для воздушного движения.

Многоканальная оптико-локационная система содержит тепловизионный, телевизионный и инфракрасный коротковолновый каналы наблюдения с общим зеркальным телескопом, излучающий и приемный лазерные каналы, широкоспектральный и два узкоспектральных излучателя, приемо-передающий телескоп, спектроделители, а также вычислительно-управляющий блок.

Изобретение относится к устройству для измерения расстояния с помощью оптического излучения. Устройство содержит излучатель измерительного оптического излучения в направлении целевого объекта, приемник, имеющий регистрирующую поверхность для регистрации измерительного оптического излучения, и эталонное устройство, имеющее регистрирующую поверхность для регистрации направляемого внутри измерительного устройства эталонного излучения.

Датчик для дальномера имеет чувствительный элемент и оптическое экранирующее устройство. Чувствительный элемент имеет первую детектирующую часть для детектирования измерительного излучения и вторую детектирующую часть для детектирования контрольного излучения.

Оптическая система дальномера содержит плоское зеркало с осевым отверстием, расположенное под углом к оптической оси, объектив, фотоприёмник и полупроводниковый лазерный излучатель.

Изобретение относится к компоновке отклоняющих зеркал для оптического измерительного устройства. Устройство содержит расположенные на оси с возможностью поворота два узла зеркал, каждый из которых включает по меньшей мере два отклоняющих зеркала.

В заявке описан держатель (1) оптики, прежде всего для оптического измерительного прибора, имеющий корпус, на котором предусмотрены средства для фиксации электрооптической приемо-передающей системы, и представляющий собой керамический держатель оптики, корпус которого имеет проходящее в его осевом направлении трубчатое гнездо.

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 оптикоэлектронике, пассивной оптической локации и наземным системам обнаружения воздушных объектов и может быть использовано для обнаружения и распознавания малоразмерных воздушных объектов различного типа: беспилотных летательных аппаратов, птиц, воздушных шаров и других объектов, представляющих опасность для воздушного движения.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к пеленгаторам. Предложено устройство для определения местоположения источника сигналов, содержащее персональную электронно-вычислительную машину (ПЭВМ), а также первый и второй идентичные каналы, каждый из которых включает первый блок магнитных антенн и последовательно соединенные первый усилитель и первый фильтр, дополнительно содержит подключенные к ПЭВМ блок системы единого времени и блок связи с абонентами, последовательно соединенные второй блок магнитных антенн, первый блок усилителей, первый пороговый блок, первый блок схем ИЛИ, первый таймер, первую схему И и первый блок счетчиков, последовательно соединенные приемник радиации, второй усилитель и первый пороговый элемент, последовательно соединенные блок приемников температуры, второй блок усилителей, второй пороговый блок и первый блок схем И, а также первый тактовый генератор, подключенный ко второму входу первой схемы И и первый блок аналого-цифровых преобразователей (АЦП), подключенный входами к первому и второму блокам усилителей, а выходами подключенный к ПЭВМ, причем выход первого таймера подключен к ПЭВМ и ко вторым входам первого блока схем И, выходы первого блока схем И подключены ко входам останова первого блока счетчиков, выход первого порогового элемента подключен к первому блоку схем ИЛИ и к ПЭВМ, выходы первого и второго пороговых блоков, выходы первого блока счетчиков, третьи входы первого блока схем И, управляющие входы первого и второго блоков усилителей, второго усилителя, первого и второго пороговых блоков, первого порогового элемента и первого таймера подключены к ПЭВМ, а в каждом канале дополнительно содержатся последовательно соединенные блок датчиков света, третий блок усилителей, первый блок фильтров, четвертый блок усилителей, третий пороговый блок и второй блок схем ИЛИ, последовательно соединенные пятый блок усилителей, второй блок фильтров, шестой блок усилителей, четвертый пороговый блок и третий блок схем ИЛИ, последовательно соединенные первый блок цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) и первый блок калибраторов, последовательно соединенные второй блок ЦАП и второй блок калибраторов, последовательно соединенные первый ЦАП, первый калибратор и сейсмометр, последовательно соединенные третий усилитель, второй фильтр, второй пороговый элемент и вторую схему И, последовательно соединенные второй таймер, третью схему И и счетчик, последовательно соединенные второй ЦАП и второй калибратор, последовательно соединенные блок микробарометров, седьмой блок усилителей, третий блок фильтров, восьмой блок усилителей, четвертый блок фильтров, пятый пороговый блок и второй блок схем И, последовательно соединенные третий таймер, четвертую схему И и второй блок счетчиков, а также АЦП и второй блок АЦП, подключенные входами соответственно к первому фильтру и третьему блоку фильтров, а выходами подключенные к ПЭВМ, третий и четвертый блоки АЦП, подключенные входами соответственно к первому и ко второму блокам фильтров, а выходами подключенные к ПЭВМ, четвертый и пятый таймеры, подключенные выходами соответственно ко вторым входам второй схемы И и второго блока схем И, а входами запуска и управляющими входами подключенные к ПЭВМ, второй тактовый генератор, подключенный выходом ко вторым входам третьей и четвертой схем И, схему ИЛИ, подключенную входами ко второму пороговому элементу и к первому блоку ИЛИ, а выходом подключенную к третьему таймеру, и пятую схему И, подключенную первым и вторым входами соответственно к третьему таймеру и к первому блоку ИЛИ, инверсным входом подключенную ко второму таймеру, а выходом подключенную к управляющим входам второго и третьего таймеров.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах определения местоположения источников грозовых разрядов в системах сбора и обработки метеорологической информации.

Изобретение относится к способу определения местоположения наземных объектов. Техническим результатом является повышение точности определения местоположения наземного объекта в условиях городской застройки.

Изобретение относится к области оптических устройств отслеживания положения/ориентации шлема и, в частности, таких устройств, в которых шлем не содержит ни передатчиков, ни приемников, а только пассивные оптические компоненты, обнаружение которых обеспечивают неподвижные оптоэлектронные средства, внешние по отношению к шлему.

Изобретение относится к системам определения местоположения объекта с помощью отражения оптических волн, а также селекции множественных объектов на сложном фоне.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для измерения пространственного положения объекта посредством дистанционного измерения координат контрольных меток, закрепленных на нем.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения взаимного разворота разнесенных в пространстве объектов, проверки скручивания поверхностей относительно друг друга, для параллельного переноса визирной линии, для передачи на расстояние базового направления и др.

Изобретение относится к способу определения местоположения предметов. .

Изобретение относится к оптикоэлектронике, пассивной оптической локации и наземным системам обнаружения воздушных объектов и может быть использовано для обнаружения и распознавания малоразмерных воздушных объектов различного типа: беспилотных летательных аппаратов, птиц, воздушных шаров и других объектов, представляющих опасность для воздушного движения.

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и может быть использовано в приборах кругового и секторного обзора, обнаружения, сопровождения и телевизионной регистрации морских и наземных объектов. Устройство сканирования и слежения содержит азимутальную платформу, снабженную датчиком угла и приводом с блоком управления, и размещенные на ней объектив, оптический компенсатор, установленный на поворотную платформу, снабженную датчиком угла и приводом с блоком управления, и матричное фотоприемное устройство с блоком управления и запоминающим устройством. Входывыходы датчиков угла, блоков управления приводами, блока управления МФПУ, запоминающего устройства, монитора и блока управления устройством соединены с соответствующими входамивыходами вычислительно-управляющего блока. Технический результат заключается в более гибком управлении движением оптического компенсатора, что позволяет: увеличить время экспонирования наблюдаемого пространства; повысить точность компенсации и упростить конструкцию устройства за счет исключения механической передачи между сканирующей платформой и поворотной платформой оптического компенсатора; обеспечить режим слежения за обнаруженным объектом с пониженным энергопотреблением в этом режиме. 1 ил.

Наверх