ДАЛЬНОМЕР Российский патент 1997 года по МПК G01S17/00 

Изобретение относится к оптической технике, в частности к инфракрасной технике, и может быть использовано в системах поиска и многоцелевого слежения за целью.

Известен оптический локатор, описанный в книге М. Сколника, Справочник по радиолокации, том 4, М. Сов. радио, 1978, стр. 290. Он может работать в пассивном режиме и режиме кругового обзора, принимая энергию от инфракрасного излучателя, однако, в пассивном режиме он не способен определять дальность.

Известен оптический дальномер, описанный в книге Оптические дальномеры и высотомеры. И. А. Грейм, М. Недра, 1983, стр. 101 114. В нем используются электронные узлы, инфракрасные приемники, он может работать в режиме кругового обзора, при этом инфракрасные приемники вращаются с помощью привода. Дальность определяется в измерительном устройстве и корректируется с помощью панели ввода константы и вычитателя, а затем отображается на индикаторе.

Недостаток устройства необходимость наличия измерительной базы значительного размера для определения дальности до объекта.

С помощью предлагаемого устройства аналогичная задача решается при уменьшенной базе, то есть дальномер может быть выполнен более компактным.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в дальномер, содержащий приемное устройство, связанное с приводом, блок измерения длительности сигнала, блок ввода константы, вычитатель, первый и второй входы которого подключены соответственно, к выходам блока измерения длительности сигнала и блока ввода константы, а выход ко входу индикатора, в дополнительно введены первый и второй вычитатели амплитуд, первый и второй инверторы, а приемное устройство выполнено в виде трехсекционного приемника инфракрасного излучения с количеством выходов, соответствующим числу секций, при этом первый и второй выходы его соединены соответственно, с первым и вторым входами первого вычитателя амплитуд, второй и третий с первым и вторым входами второго вычитателя амплитуд, а выходы первого и второго вычитателей амплитуд через первый и второй инверторы подключены соответственно, к первому и второму входам блока измерения длительности сигнала.

Изобретение поясняется фиг.1-4.

На фиг.1 и далее в тексте приняты следующие обозначения:
1 трехсекционный инфракрасный приемник, 2 вычитатель амплитуд, 3 - инвертор, 4 измерительное устройство блок измерения длительности сигнала, 5 индикатор, 6 привод, 7 вычитатель амплитуд, 8 инвертор, 9 - вычитатель, 10 канал ввода константы.

При этом трехсекционный инфракрасный приемник 1 жестко связан с приводом 6 и первый и второй его выходы соответственно, соединены с первым и вторым входами вычитателя амплитуд 2, а второй и третий выходы соединены с первым и вторым входами вычитателя амплитуд 7, имеющего выход, соединенный с входом инвертора 8, выход которого соединен с первым входом измерительного устройства 4, имеющего второй вход, соединенный через инвертор 3 с выходом вычитателя амплитуд 2 и имеющего выход, соединенный с первым входом вычитателя 9, имеющего второй вход соединенный с выходом панели ввода константы 10 и выход, соединенный с входом индикатора 5.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Трехсекционный инфракрасный приемник 1 вращается с помощью привода 6 /фиг. 1/, обеспечивая круговой обзор пространства. Приемник разделен на три секции A, E, C, причем, A C. Указанные секции принимают инфракрасные излучения с соответствующих рабочих зон объектива.

Рабочая зона объектива приемника показана на фиг.3 /вид спереди/. Чувствительные элементы приемника работают в условиях низких температур.

Восстановим из точек a и b на виде сбоку /фиг.2/ линии 23 и 24, параллельные друг другу и разнесенные на расстояние, например 20 см. На фиг.2 также показаны три секции:
γ₂,β и γ₁..

В момент, когда инфракрасный излучатель находится в равносигнальной зоне, например, в точке на прямой 25 /фиг.2/ на выходе приемника, принимающего сигналы с секции γ₁ и приемника, принимающего информацию о секции β ограниченной линиями 22 и 25 /фиг.2/ сигналы будут иметь равную амплитуду. При этом первый приемник принимает излучение с рабочей зоны C, второй с рабочей зоны E /фиг.3/. В вычитателе амплитуд 2 осуществляется вычитание амплитуд, поступающих с первого и второго выхода трехсекционного приемника 1 и если амплитуды будут равны, то нулевой сигнал с выхода вычитателя амплитуд 2 поступает в инвертор 3, на выходе которого будет наблюдаться положительный сигнал, поступающий на первый вход измерительного устройства 4. Через некоторое время, по мере вращения приемника 1 м, в момент, когда зона излучателя будет находиться в точке на прямой 22 в вычитатель амплитуд 7 будут поступать равные сигналы со 2 и 3 выходов трехсекционного приемника 1, т.е. с приемника, принимающего сигналы с секции ограниченной линиями 22 и 25 и приемника, принимающего сигналы с секции b ограниченной линиями 21 и 22. При этом с выхода инвертора8положительный сигнал поступит на второй вход измерительного устройства 4. Временное рассогласование между этими сигналами будет равно t_общ.= t _пост.+ t_пер., где t_пост- время, зависящее от величины [(γ₃-γ₁)+(γ₁-γ₂)] /фиг.2/. Примем γ₃-γ₁= γ₅, а γ₄-γ₂= γ₆, тогда t_пост= γ₅+γ₆;; t_пер.- время, зависящее от дальности и величины ab /фиг.2/ то есть, t_пер. обратно пропорционально дальности.

Таким образом, t_общ. также является переменной величины, зависящей от расстояния ab и дальности. Чем больше дальность, тем меньшее значение t_пер. и t_общ. уточняется при юстировке до контрольного излучателя, находящегося, например, на расстоянии 100 м.

Юстировка осуществляется следующим образом.

От вычитателя 9 отключается выход измерительного устройства 4 и подключается к нему цифровой индикатор. При этом измеряется значение t_общ.. Например, при скорости вращения приемника 30 об/мин, расстояние ab=20 см и углу β = 1^° /см. фиг.2/ для дальности до контрольного объекта 100 м, t_пер. должно быть равно 640 мксек. Оптимальное значение для данного примера должно быть равно 5500 мкс. Следовательно, t_общ. должно быть равно 5500 мкс+640 мкс= 6140 мкс. Однако, фактические показания могут отличаться от расчетных. Например, если t_общ.= 6150 мксек, то t_пост=t_общ.-t_пер.=6150 мксек-640 мкс= 5510 мксек. 10 мкс есть значение t_кор. Тогда t_конст.=t_пост+t_кор.=5510 мкс.

Таким образом, на панели ввода константы вводится значение, соответствующее t_конст.= 5510 мкс. Далее, отключается цифровой индикатор от выхода измерительного устройства 4 и оно подключается к другому входу этого вычитателя 9 / как показано на фиг.1/. Измерительное устройство 4 работает аналогично преобразователю дальности. Значение t_пер в двоичном коде, равное 640 мксек для дальности 100 м, представляющее собой информацию о дальности, с выхода вычитателя 9 поступает в индикатор 5 для отображения. Далее контрольный излучать устанавливается на расстоянии, например, 1000 м. При этом значение t_пер. должно быть равно 64 мкс. Соответственно, на дальности 10 и 15 км t_пер. будет равно 6,4 мкс и 4,8 мкс. Отклонение от этого значения означает, что скорость вращения приемника не соответствует 30 об/мин. В этом случае надо отрегулировать скорость вращения и повторить юстировку. Юстировку необходимо проводить перед вводом дальномера в эксплуатацию, после замены объектива или чувствительной площадки приемника. На точность определения дальности влияет погрешность скорости вращения приемника и погрешность изготовления его чувствительной площади. Для исключения влияния на скорость вращения ветровых нагрузок, вращающийся приемник можно поместить внутрь колпака, имеющего материал, прозрачный для прохождения через него инфракрасного излучения.

На основании предоставленных двух временных диаграмм для дальностей 100 и 1000 м /фиг.3/ и изображения на фиг.2, мы видим, что углы γ₁ и γ₂ которые равны между собой, примерно в 10 раз меньше угла β Это видно по длительностям сигналов на 1, 2 и 3 выходах приемника 1. Однако, сравнивая длительности сигналов на выходах амплитудных селекторов, образованных от вращения угла поля зрения объектива, ограниченного углом b мы видим, что во второй диаграмме длительности сигнала будет меньше. Объясняется это тем, что дальность до инфракрасного излучателя во второй временной диаграмме будет не 100, а 1000 м.

Таким образом, с увеличением дальности, длительность сигнала будет уменьшаться, а следовательно, и на выходах первого и второго инверторов будет наблюдаться импульсы, временное рассогласование между которыми будет уменьшаться с увеличением дальности.

Таким образом, временное рассогласование будет уменьшаться не за счет углов g₁ и γ₂,γ₃ и γ₄, а за счет наличия расстояния ab. Причем, исходя из фиг. 3, мы видим, что для разных углов места γ₁ и γ₂ будут иметь разные значения при постоянстве углов γ₃,γ₄ и β..

Однако, при появлении сигнала на разных углах места, несмотря на изменение углов γ₁ и γ₂ не влияет на точность определения дальности.

Предлагаемое устройство может быть использовано для поиска и сопровождения инфракрасных излучателей. Отсутствие базы равной 2 метрам, уменьшает габариты устройства, благородя чему для его размещения требуется меньше места, чем для устройства-прототипа.

Использование: в оптической технике, в частности, в инфракрасной технике, для определения расстояний до инфракрасных излучателей. Сущность изобретения: дальномер производит измерение расстояний с укороченной базой, при помощи трехсекционного приемника, в котором выходы секций попарно подключены к вычитателям, выходы которых через инверторы соединены с блоком вычисления длительности, связанным с вычитетелем, куда также вводится значение константы, установленной при юстировки. 4 ил.

Дальномер, содержащий приемное устройство, связанное с приводом, блок измерения длительности сигнала, блок ввода константы, вычитатель, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам блока измерения длительности сигнала и блока ввода константы, а выход к входу индикатора, отличающийся тем, что в него дополнительно введены первый и второй вычитатели амплитуд, первый и второй инверторы, а приемное устройство выполнено в виде инфракрасного трехсекционнного приемника с количеством выходов, соответствующим числу секций, при этом его первый и второй выходы соединены соответственно с первым и вторым входами первого вычитателя амплитуд, второй и третий с первым и вторым входами второго вычитатель амплитуд, а выходы первого и второго вычитателей амплитуд через первый и второй инверторы подключены соответственно к первому и второму входам блока измерения длительности сигнала.