СПОСОБ НАВЕДЕНИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОБЪЕКТ Российский патент 1995 года по МПК G01S17/00 

Изобретение относится к лазерной локации и может быть использовано в высокоточных системах оптической связи с высокоорбитальными искусственными спутниками Земли (ИСЗ), при зондировании лазерным излучением удаленных космических объектов.

Известен способ наведения лазерного излучения на объект, заключающийся в сканировании поля обзора лазерным лучом, регистрации интенсивности светового потока, отраженного от объекта, формировании сигналов управления, пропорциональных составляющим ошибки наведения в двух взаимно перпендикулярных направлениях и коррекции ориентации зеркала наведения.

К недостаткам способа относится необходимость работы в активном режиме, а также низкая точность, что обусловлено необходимостью постоянного перенацеливания оси лазерного излучения.

Наиболее близким к изобретению является способ наведения лазерного излучения на объект, заключающийся в определении последовательности текущих координат объекта в моменты времени t_i, i 1,N, определении по ним значений координат для момента времени t*, формировании сигналов целеуказания, пропорциональных значениям угловых координат (t^*), (t^*)и дальности (t^*), наведении оси диаграммы направленности излучения на объект с угловыми координатами (t^*), (t^*).

К недостаткам способа-прототипа относится низкая точность наведения, обусловленная ограничениями используемой полиноминальной аппроксимации участков траектории.

Целью изобретения является повышение точности наведения.

Это достигается тем, что по способу наведения лазерного излучения на объект, заключающемуся в определении последовательности текущих координат объекта в моменты времени t_i, i 1,N, определении по ним значений координат для момента времени t*, формировании сигналов целеуказания, пропорциональных значениям угловых координат (t^*), (t^*)для момента времени t*, наведении оси диаграммы направленности лазерного излучения на объект в момент времени t*, текущие координаты объекта определяют для пяти различных моментов времени t_i, i 1,5, определение координат объекта для момента времени t* осуществляют по формулам
(t^*)=ϕ(t_i, t^*, ε_i)
(t^*)=ϕ(t_i, t^*, β_i)
(t^*)= ϕ(t_i, t^*, D_i) где D_i дальность до объекта, дополнительно определяют угловую скорость движения объекта (ω_ε, ω_β) для момента времени t*, определяют величины сигналов рассогласования по величине угловых скоростей движения объекта, определяют ширину диаграммы направленности Ω, сравнивают величины сигналов рассогласования с порогом Ω/k, k > 2, уточняют величины сигналов целеуказания (t^*), (t^*) с учетом сигналов рассогласования.

На чертеже приведена структурная схема устройства наведения лазерного излучения на объект.

Оно содержит отслеживаемый объект 1, зеркало системы наведения 2, светоделитель 3, приемный объектив 4, телевизионное фотоприемное устройство 5, радиодальномер 6, блок обработки сигналов 7, блок логической обработки 8, блок формирования сигналов целеуказания 9, лазер 10, азимутальный и угломестный приводы 11, 12, задатчик временных интервалов 13.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Уравнение кривой второго порядка, аппроксимирующей участок пространственной траектории объекта, имеет вид
х₂(t,x) A₁x² + A₂xt + A₃t² +
+A₄x + A₅t + A₆ 0 (1) Для ее однозначного определения необходимо определение координат объекта в пяти точках. Определенные значения координат х_i, i 1,5, и соответствующие значения времени t_i позволяют разрешить относительно неизвестных матричное уравнение вида
0 (2)
Разрешая данный определитель, можно получить значения коэффициентов А_i (i 1,6) для аппроксимирующего участка траектории объекта уравнения кривой (1).

Осуществляя обработку полученных в результате пятикратного измерения координат объекта значений координатε_i, β_i, D_i} по уравнению задаваемого в неявном виде уравнением (2) функционала Х ϕ (t_i, t, x_i) для произвольного момента времени t*, получим явное выражение для оценки угловых координат объекта и дальности.

≡ ϕ(t_i, t^*, x_i) (3)
где A_j A_j (t_i, x_i), i 1.5, j 1.6
В силу значительных расстояний до объекта (ИСЗ) необходимо учитывать время распространения излучения по каналу лазер-ИСЗ-лазер. Поэтому определяют значение угловой скорости объекта (ω_ε, ω_β), где значения ω_ε,ω_β определяются по формулам дискретного дифференцирования:
ω_ε ω_β (4)
Тогда величины сигналов рассогласования δε,δβ пропорциональные изменению углового положения объекта относительно точки прицеливания , , могут быть определены, как
δε δβ= где t_p оценка времени распространения излучения до объекта.

Определяя по геометрии используемого резонатора ширину диаграммы направленности Ω и распределение в пределах нее интенсивности излучения I(ε,β), можно получить зависимость интенсивности излучения на объекте В_оот ошибок δε, δβ. Тогда для конкретного используемого источника лазерного излучения может быть однозначно определено значение коэффициента k, связанного с определенным по какому-либо уровню значением ширины диаграммы направленности Ω и обеспечено достижение уровня сигнала на объекте не менее заданного уровня B_min от максимального B_max (для B_min 0,95 В_max k= 4).

При этом рассогласование линии визирования с текущим положением объекта по соответствующей угловой координате менее Ω/k приводит к снижению интенсивности излучения на объекте меньше, чем на 5% (меньше заданного уровня). Поэтому, осуществляя раздельное сравнение определенных сигналов рассогласования δ_ε,δ_β с порогом Ω/k по правилу
можно уточнить сигналы целеуказания (t^*), (t^*), обеспечивая максимизацию интенсивности излучения на объекте и повышая точность наведения излучения на объект.

Описанный принцип наведения реализован в схеме, показанной на чертеже.

С помощью комбинированной системы, включающей радиодальномер 6 и пассивное устройство определения угловых координат, включающее приемный объектив 4, телевизионное фотоприемное устройство 5 и блок обработки сигналов 7, определяются координаты объекта 1.

Блок логической обработки 8 содержит аналого-цифровые преобразователи для ввода величин D_i, ε_i, β_i; вычислитель, реализующий операции, описываемые уравнениями (2)-(4), и цифроаналоговые преобразователи для вывода величин , , , ω_ε,ω_β, поступающих на блок 9 формирования сигналов целеуказания.

Блок 9 формирования сигналов целеуказания осуществляет определение сигналов рассогласования δε,δβ их сравнение с порогом Ω /k и выработку уточненных сигналов целеуказания , , поступающих на угломестный 11 и азимутальный 12 приводы зеркала 2 системы наведения.

После отработки сигналов целеуказания в момент времени t* задатчик временных интервалов 13 выдает сигнал формирования диаграммы направленности (генерации лазерного излучения), по которому происходит возбуждение активной среды лазера и формирование излучения в направлении объекта.

Использование: в лазерной локации, в высокоточных системах оптической связи с высокоорбитальными искусственными спутниками Земли, при зондировании лазерным излучением удаленных космических объектов. Сущность изобретения: в способе наведения лазерного излучения на объект для повышения точности наведения определяют текущие угловые координаты и дальность объекта для пяти моментов времени, определяют по ним значение координат для момента времени t′ для которого формируют сигналы целеуказания, пропорциональные значениям угловых координат, дополнительно определяют угловую скорость движения объекта для момента времени t′ определяют величины сигналов рассогласования с учетом угловой скорости объекта и сравнивают их с заданным порогом, а величины сигналов целеуказания уточняют с учетом сигналов рассогласования. 1 ил.

СПОСОБ НАВЕДЕНИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОБЪЕКТ, заключающийся в определении последовательности текущих координат объекта в моменты времени t_i (i 1, N), определении по ним значений координат для момента времени t^*, формировании сигналов целеуказания, пропорциональных значениям угловых координат для момента времени t^*, наведении оси диаграммы направленности лазерного излучения на объект в момент времени t^*, отличающийся тем, что, с целью повышения точности наведения, текущие координаты объекта определяют для пяти различных моментов времени t_i (i 1, 5), определение координат объекта для момента времени t^* по формулам



где D_i дальность до объекта; дополнительно определяют угловую скорость движения объекта для момента времени t^*, определяют величины сигналов рассогласования по величине угловой скорости движения объекта, определяют ширину диаграммы направленности Ω сравнивают величины сигналов рассогласования с порогом W/k(k>2), уточняют величины сигналов целеуказания с учетом сигналов рассогласования.