УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ОБЪЕКТА НА ФОНЕ ЗВЕЗД Российский патент 1995 года по МПК G01S17/00 

Изобретение относится к пассивной оптической локации и может быть использовано для обнаружения удаленных объектов, например геостационарных искусственных спутников Земли (ИСЗ), и их селекции на фоне звездного неба.

Известно устройство для обнаружения объекта на фоне звезд, содержащее приемный телескоп, передающую телевизионную камеру, установленную в фокальной плоскости приемного телескопа, выходное телевизионное устройство и устройство фоторегистрации, причем выход передающей телевизионной камеры связан с выходным телевизионным устройством, выход которого оптически связан с устройством регистрации.

Недостатком известного устройства являются низкие точность и быстродействие. Низкая точность обусловлена тем, что при анализе экспонированного и обработанного изображения выделение объекта на фоне звезд осуществляется визуально. Низкое быстродействие связано с необходимостью фотохимической обработки экспонированной фотопластинки устройства фоторегистрации.

Наиболее близким к изобретению является устройство для обнаружения объекта на фоне звезд, содержащее приемный телескоп, передающую телевизионную камеру, первое, второе и третье устройства сравнения, первое и второе пороговые устройства, логический элемент ИЛИ, оперативное запоминающее устройство, высокояркостную трубку, оптически сопряженную с пространственно-временным модулятором света (ПВМС) с блоком управления, источник когерентного излучения, модулятор, светоделитель, вторую передающую телевизионную камеру, блок управления и вычисления.

Низкая точность этого устройства обусловлена падением пространственного разрешения в результате преобразований свет-видеосигнал, видеосигнал-некогерентный свет, некогерентный свет когерентный свет, когерентный свет видеосигнал в процессе регистрации и обработки изображения. Преобразования сигналов приводят к расширению переходной характеристики устройства обнаружения и к снижению вероятности обнаружения объекта.

Целью изобретения является повышение вероятности обнаружения объекта.

Это достигается тем, что в устройство для обнаружения объекта на фоне звезд, содержащее приемный телескоп, ПМВС, снабженный блоком управления и расположенный в фокальной плоскости приемного телескопа, источник когерентного излучения, последовательно оптически связанные поляризационный светоделитель, объектив и передающую телевизионную камеру, последовательно электрически связанные устройство сравнения, пороговое устройство и видеоконтрольное устройство (ВКУ), а также блок управления и вычисления, причем источник когерентного излучения через поляризационный светоделитель оптически связан с ПВМС, который через поляризационный светоделитель и объектив оптически связан с передающей телевизионной камерой, выход которой электрически связан с первым входом устройства сравнения, вторые входы устройства сравнения и порогового устройства электрически связаны соответственно с первым и вторым выходами блока управления и вычисления, вход которого соединен с выходом порогового устройства, введен электрооптический затвор, снабженный блоком управления режимами работы и расположенный между источником когерентного излучения и поляризационным светоделителем, причем вход блока управления режимами работы электрооптического затвора соединен с третьим выходом блока управления и вычисления, а его дополнительный выход соединен с входом блока управления ПВМС, а ПВМС выполнен в виде электронно-оптического преобразователя, на выходную волоконно-оптическую планшайбу которого последовательно нанесены прозрачный электрод, диэлектрическое зеркало, пластина электрооптического фоторефрактивного кристалла и второй прозрачный электрод, при этом пластина электрооптического фотоpефpактивного кристалла ориентирована под углом 45^о к основным кристаллографическим осям.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства обнаружения объекта на фоне звезд; на фиг. 2 пример конструктивного выполнения ПВМС; на фиг. 3 временные диаграммы работы устройства; на фиг. 4 вид изображений объекта и фона на различных этапах обработки.

Устройство для обнаружения объекта на фоне звезд (см.фиг.1) содержит приемный телескоп 1, ПВМС 2 с блоком управления 3, поляризационный светоделитель 4, объектив 5, передающую телевизионную камеру 6, электрооптический затвор 7 с блоком управления режимами работы 8, источник когерентного излучения 9, блок управления и вычисления 10, устройство сравнения 11, пороговое устройство 12, ВКУ13.

ПВМС 2 (см.фиг.2) представляет собой электронно-оптический преобразователь (ЭОП) 14, на выходную волоконно-оптическую планшайбу 15 которого последовательно нанесены первый прозрачный электрод 16, диэлектрическое зеркало 17, фоторефрактивный кристалл 18, например Bi₁₂SiO₂₀, Bi₁₂GeO₂₀, второй прозрачный электрод 19.

Устройство обнаружения работает следующим образом.

Формируемое телескопом 1 изображение обнаруживаемого объекта и звездного фона непрерывно регистрируют на ПВМС 2. Для этого с блока управления режимами 8 на блок управления 3 ПВМС 2 подают управляющее воздействие (см.фиг.3, а), в результате которого на фоторефрактивный кристалл 18 подается рабочее напряжение (см.фиг.3,б). Сформированное изображение объекта и фона (см.фиг. 4, а) преобразуют в электронное, усиливают в ЭОП 14 и преобразуют в оптическое, усиленное по яркости. Через волоконно-оптическую планшайбу 15 усиленное по яркости изображение объекта и фона экспонирует фоторефрактивный кристалл 18, вызывая появление потенциального рельефа Δϕ() в объеме кристалла. Так как электрооптический затвор 7 закрыт (см.фиг.3,в), то считывание потенциального рельефа не происходит, а осуществляется накопление потенциального рельефа. В результате накопленный в течение времени накопления потенциальный рельеф Δϕ_н() представляет собой совокупность штрихов различной ориентации (см.фиг.4,б), причем штрихи, соответствующие накопленному изображению перемещающегося фона (звезд), и штрих, соответствующий накопленному изображению перемещающегося объекта, не совпадают в общем случае по направлению и/или длине вследствие различий в направлении и скорости относительно перемещения объекта и звезд.

Фоторефрактивный электронно-оптический кристалл при его введении в ПВМС ориентирован в направлении (110) или (111) относительно его кристаллографических осей, что позволяет обеспечить его работу на основе поперечного электрооптического эффекта. В этом режиме при считывании линейно-поляризованным светом имеет место эффект секторной пространственно-частотной фильтрации изображений, при котором пространственно-частотные составляющие спектра потенциального рельефа Δϕ_н(), соответствующие определенной ориентации ⊖ штрихов, не вызывает наведенного двулучепреломления в кристалле и, следовательно, не могут быть визуализированы при считывании. Так как направление движения звездного фона априорно известно, то путем предварительной ориентации ПВМС обеспечивают совпадения направления ⊖ с направлением движения звездного фона.

После окончания накопления изображения и соответствующего ему потенциального рельефа Δϕ_н() по сигналу с блока управления режимами 8 на электрооптический затвор 7 подают открывающее напряжение и осуществляют считывание накопленного потенциального рельефа линейно-поляризованным излучением источника когерентного излучения 9. При двукратном прохождении через фоторефрактивный кристалл 18 считывающее излучение модулируется по поляризации в соответствии с записанным потенциальным рельефом с учетом секторной пространственно-частотной фильтрации. Двукратное прохождение считывающего излучения обеспечивают введением диэлектрического зеркала 17, коэффициент отражения которого максимален на длине волны считывающего излучения, а спектральный диапазон свечения люминофора выходного экрана ЭОП 14 выбирают таким, чтобы оно практически не ослаблялось диэлектрическим зеркалом 17.

Поляризационный светоделитель 4 обеспечивает преобразование модуляции считывающего излучения по поляризации в модуляцию по интенсивности. Промодулированное по интенсивности изображение (см.фиг.4,в) объективом 5 переносят на передающую телевизионную камеру 6, где регистрируют и преобразуют в видеосигнал V(t), поступающий на первый вход устройства сравнения 11, на второй вход которого постоянно подается управляющий сигнал с блока управления на вычисления 10, вследствие чего видеосигнал V(t) проходит на выход устройства сравнения 11 без преобразования.

В пороговом устройстве 12 осуществляют сравнение текущих значений видеосигнал V(t) с порогом V_п, преобразуя видеосигнал в бинарный:
U_б(t)=
Бинарный сигнал V_б(t) поступает в блок управления и вычисления 10, где осуществляется его обработка, обеспечивающая определение направления ϕ_ш штриха, соответствующего изображению объекта, и его длину l_ш.

Направление штриха может быть определено с использованием соотношений:
ϕ_ш=ϕ_об=arctg где (х_н, у_н), (х_к, у_к) координаты точек, соответствующих началу и концу штрихового изображения объекта.

По определенным значениям ϕ_об и l_ш формируют временной строб, выбирающий фрагменты видеосигнала, соответствующие возможному смещению объекта, т.е. попадающие в области Si (см.фиг.4,г) совокупности точек, лежащих на продолжении штриха изображения объекта, для которых
l_ш, j ≡ н/к где t_ан время, затрачиваемое на анализ накопленного изображения объекта;
t_нак время накопления.

После регистрации изображения передающей телевизионной камерой 6 с помощью блока управления режимами 8 снимают управляющие сигналы, закрывая электрооптический затвор 7 и снимая рабочее напряжение с кристалла 18 (интервал t₃-t₄ на фиг. 3,г). После формирования стробов S_iпо управляющему сигналу с блока управления и вычисления 10 с выхода блока управления режимами 8 вновь подают сигналы управления (интервал t₄-t₅ на фиг.3,г). На кристалле 18 формируют потенциальный рельеф, соответствующий текущему изображению объекта и звездного фона (см. фиг.4,д), осуществляют его считывание и регистрацию телевизионной передающей камерой 6. Видеосигнал текущего изображения V_т(t) в устройстве сравнения 11 стробируют в соответствии со сформированными пространственными стробами Si и после пороговой обработки подают в блок управления и вычисления 10 для определения координат объекта и формирования сигнала об обнаружении. Одновременно изображение объекта индицируют на ВКУ 13 для визуального наблюдения (см.фиг.4,е).

Исключение многократных преобразований изображения объекта из оптических сигналов в видеосигналы и вновь в оптические сигналы, приводящих к расплыванию границ изображения объекта и потере точности его обнаружения, позволяет увеличить динамический диапазон регистрируемых изображений объектов и повысить вероятность их обнаружения.

Использование: в пассивной оптической локации для обнаружения удаленных объектов, например геостационарных искусственных спутников Земли, и их селекции на фоне звездного неба. Сущность изобретения: повышение вероятности обнаружения обеспечивается тем, что в устройство для обнаружения объекта на фоне звезд, содержащее приемный телескоп, пространственно-временной модулятор света с блоком управления, источник когерентного излучения, оптически связанные поляризационный светоделитель, объектив и передающую телевизионную камеру, последовательно соединенные устройство сравнения, пороговое устройство и видеоконтрольное устройство, а также блок управления и вычисления, введен электрооптический затвор с блоком управления режимами работы, расположенный между источником когерентного излучения и поляризационным светоделителем, а пространственно-временной модулятор света выполнен в виде электронно-оптического преобразователя с последовательно нанесенными первым прозрачным электродом, диэлектрическим зеркалом, фоторефрактивным кристаллом и вторым прозрачным электродом. 4 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ОБЪЕКТА НА ФОНЕ ЗВЕЗД, содержащее приемный телескоп, пространственно-временной модулятор света, снабженный блоком управления и расположенный в фокальной плоскости приемного телескопа, источник когерентного излучения, последовательно оптически связанные поляризационный светоделитель, объектив и передающую телевизионную камеру, последовательно электрически связанные устройство сравнения, пороговое устройство и видеоконтрольное устройство, а также блок управления и вычисления, причем источник когерентного излучения через поляризационный светоделитель оптически связан с пространственно-временным модулятором света, который через поляризационный светоделитель и объектив оптически связан с передающей телевизионной камерой, выход которой электрически связан с первым входом устройства сравнения, вторые входы устройства сравнения и порогового устройства электрически связаны соответственно с первым и вторым выходами блока управления и вычисления, вход которого соединен с выходом порогового устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения вероятности обнаружения, в него введен электрооптический затвор, снабженный блоком управления режимами работы и расположенный между источником когерентного излучения и поляризационным светоделителем, причем вход блока управления режимами работы электрооптического затвора соединен с третьим выходом блока управления и вычисления, а его дополнительный выход с входом блока управления пространственно-временного модулятора света, а пространственно-временной модулятор света выполнен в виде электронно-оптического преобразователя, на выходную волоконно-оптическую планшайбу которого последовательно нанесены прозрачный электрод, диэлектрическое зеркало, пластина электрооптического фоторефрактивного кристалла и второй прозрачный электрод, при этом пластина электрооптического фоторефрактивного кристалла ориентирована под углом 45^o к основным кристаллографическим осям.