СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПОСТОЯННЫХ РАЗМЕРОВ ИНФОРМАЦИОННОГО ПОЛЯ ЛАЗЕРНОЙ СИСТЕМЫ ТЕЛЕОРИЕНТАЦИИ В ПЛОСКОСТИ УПРАВЛЯЕМОГО ОБЪЕКТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G01S1/70 G01S17/87 

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для формирования информационного поля лазерных систем телеориентации и навигации, оптической связи и может использоваться при управлении, посадке и стыковке летательных аппаратов, проводке судов через узости или створы мостов, дистанционном управлении робототехническими устройствами в опасных для человека зонах и т. д.

Для формирования информационного поля (ИП) лазерной системы телеориентации (ЛСТ) широко используется способ, основанный на пространственном кодировании светового поля модулирующим растром (Великобритания, заявка N 1395246, заявл. 17.10.72, опубл. 21.05.75, G 01 S 1/70). Однако такому способу и аппаратуре его реализующей присущи значительные световые потери на модулирующем растре, закон кодирования информационного поля определяется типом модулирующего растра, а размеры информационного поля в плоскости управляемого объекта определяются фокусным расстоянием выходной оптической системы с электромеханическим изменением фокусного расстояния.

Перестройка фокусного расстояния выходной оптической системы за счет электромеханических подвижек оптических элементов обеспечивает работу лишь с объектом, для управления которым спроектирована ЛСТ, так как она рассчитана на заданную динамику движения управляемого объекта. Так же велико время обратного хода такой оптической системы, что ограничивает быстродействие ЛСТ.

Для формирования информационного поля лазерной системы телеориентации перспективен способ, основанный на сканировании в двух ортогональных направлениях лазерного пучка с "иглообразной" диаграммой направленности. (Великобритания, заявка N 2133652, заявл. 14.11.83, N 8330302, опубл. 24.07.84, F 41 G 7/00, G 01 S 1/70). (Великобритания, заявка N 2113939, заявл. 15.11.82, N 8232554 опубл. 10.08.83, G 01 S 1/70). В таком способе и аппаратуре его реализующей для увеличения диапазона дальности работы системы с помощью оптического расщепителя полупрозрачного зеркала разделяют сканируемый лазерный пучок на два растра. Каждый из растров, проходя через выходные оптические системы с разным увеличением, имеет разные углы сканирования и, следовательно, разные угловые размеры. Однако при таком построении ЛСТ невозможно управлять размерами растра в плоскости управляемого объекта, что снижает точность наведения управляемого объекта, который измеряет линейное отклонение своего положения от центра растра, а совмещение двух растров (кадров) разных размеров на оси визирования вызывают пояснение дополнительных импульсов, ухудшающих работу бортовой аппаратуры управляемого объекта.

Целью настоящего изобретения является повышение информативности и быстродействия системы телеориентации при формировании заданных размеров информационного растра в плоскости управляемого объекта и упрощения конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе формирования информационного поля лазерной системы телеориентации, основанном на поочередном формировании двух прямоугольных растров, размерами lxl на дальности L, образованных за счет сканирования лазерного пучка в каждом растре по N строкам и развернутых друг относительно друга на 90 градусов, угол сканирования лазерного пучка α_i при формировании растра дискретно изменяют по закону α_i= l/[(1+Δ)ⁱ L_min] где Δ [(l_max/l)-1] неравномерность растра, задаваемая в интервале значений 0,01.2, L_min наименьшая дальность управления, i-текущий номер интервала дискретизации дальности, задаваемый в интервале 1.1024 и выбираемый из условия L_min×(1+Δ)^i-1< L_т≅ L_min×(1+Δ)ⁱ где L_т - текущая дальность до управляемого объекта, причем сканирование по строкам в растре осуществляют дискретно с числом дискретов K_i для i-го интервала дальностей, удовлетворяющем условию K_i=32.1028, а длительность формирования строки T_i в i-м интервале дальностей удовлетворяет условию T_i= T_c± ΔT где T_c расчетное время сканирования строки, а ΔT (0.0,1) T_c.

Траектория движения лазерного пучка при формировании двух кадров информационного поля (ИП) для случая строк и трех тактов строки представлена на фиг. 1. Временные эпюры положения лазерного пучка и распределения временных интервалов между первым и вторым кадрами представлены на фиг. 2. Временные эпюры сканирования лазерного пучка по строкам и импульсы фотоприемного устройства (ФПУ) управляемого объекта представлены соответственно на фиг. 3а, б. Лазерный пучок дискретно сканирует по горизонтальным строкам ИП согласно фиг. 1 до заполнения кадра, а затем по вертикальным строкам. По каждой строке лазерный пучок сканирует три раза согласно фиг. 3а, причем время задержки T₄ является переменным и дискретным. Величина задержки определяет признак координаты (Z или Y). Временные интервалы сканирования тактов строк равны T₁=T₃=T₅=T_c. Временной интервал T₂ для растров с горизонтальными и вертикальными строками является постоянным, т.е. Tz,y2

T₂.

ФПУ, находящееся в точке (Z_k, Y_k), при сканировании по нему лазерным пучком формирует три импульса (фиг. 3б). Временной интервал T_и между первым и вторым импульсами определяет координату ФПУ (величину отклонения ФПУ относительно центра ИП). Временной интервал T_п определяет признак координаты (Z, Y). Лазерный пучок сканирует по каждой строке дискретно (поз. 1, фиг. 3а), причем число дискретов K при формировании строки определяет потенциальную точность выделения координат ЛСТ.

В предлагаемом способе для обеспечения постоянных размеров ИП в плоскости управляемого объекта независимо от его дальности L осуществляют изменение угла сканирования α_i лазерного пучка так, чтобы выполнялось условие: l = α_i×L где l линейный размер ИП, α_i текущее значение угла сканирования осуществляют дискретно, при этом дистанция управления разбивается на n участков. На фиг. 4 показан принцип формирования постоянных размеров ИП в плоскости управляемого объекта.

Наибольшая L_max и наименьшая L_min дальности управления связаны соотношением:
L_max= (1+Δ)ⁿ×L_min,
где n число интервалов дискретизации дальности,
Δ [(l_max-l)/1] задаваемая неравномерность размеров ИП,
l_max и l соответственно наибольший и наименьший размеры ИП.

Наименьшая дальность при заданных размерах ИП определяется максимально возможным углом a_м сканирования лазерного пучка и равна
L_min= l/α_м.
Величина дистанции ΔL_i на которой формируется ИП за счет углового сканирования α_i равна:
ΔL_i= L_min×[(1+Δ)ⁱ-(1+Δ)^i-1],
где i номер текущего интервала дискретизации дальности.

При формировании ИП ЛСТ по каждой строке осуществляется три такта сканирования, причем каждый такт сканирования по строке осуществляется дискретно, с числом дискретов К. Для разных интервалов дальности число дискретов К_i может быть различным, что связано с техническими возможностями реализации предлагаемого способа формирования ИП, но время формирования каждого дискрета строки Δτ_i связано с расчетным временем формирования строки T_с соотношением: K_iΔτ_i= T_c± ΔT Величина ΔT определяет точность ЛСТ и для ряда технических применений может быть величиной не более 0,1 Т_с. Число дискретов K_i для большинства технических применений может находиться в интервале 32.1024, что при технически потребных размерах ИП l=10.300 м обеспечит ошибку выделения координат от единиц до десятка сантиметров.

Технически удобно на дистанции управления L_max/L_min=2 использовать восемь дискретизаций дальности, при этом величина каждого интервала ΔL_i равна:

а угол сканирования α_i необходимо уменьшать от максимального α_м по закону:
α_i= α_м/(1,0905)ⁱ.
После завершения управления объектов на последнем, восьмом дискрете дальности угол сканирования необходимо уменьшить ровно в два раза.

Поэтому удобно дистанцию управления разбить на участки, начало и конец каждого участка связаны соотношением L_max,s/L_min,s=2, где s - текущий номер участка, а вся дистанция управления L_max-L_min может быть определена как
L_max/L_min=L_min•2^s.

Угол сканирования лазерного пучка при этом изменяется по закону:
α_i,s= α_м/[(1,0905)ⁱ×2^s-1].
Таким образом для всех дистанций управления необходимо лишь восемь точных угловых положений лазерного пучка, а дополнительные углы образуются из этих углов путем их уменьшения равно 2, 4, 8 и т.д. раз, что удобно технически. Неравномерность размеров ИП при описанном способе формирования ИП составляет величину Δ 0,09, т.е. около 9% что пригодно для всех практических применений.

В качестве примера рассмотрим ЛСТ для работы на дальностях L_min=100, L_max=800 м при размерах ИП равных l=10 м.

При этом a_м l/L_min=0,1 рад.

Определим число участков L_max/L_min=8, т.е. 2^s=8, следовательно S=3. Три участка дистанции имеют следующие величины: 100.200 м, 200.400 м, 400.800 м. Каждый из участков разбит на восемь интервалов. Для первого участка величины интервалов равны: 100.109,05 м; 109,5.119,9 м и т.д.

Так же нетрудно подсчитать требуемые углы сканирования для каждого интервала заданного участка.

Таким образом, в сравнении с прототипом, предлагаемый способ формирования управляемого объекта с заданной неравномерностью размеров в ИП.

Реализация заявленного способа и поставленной цели достигается тем, что в устройство формирования ИП лазерной системы телеориентации, включающее последовательно установленные лазерный излучатель и двухкоординатный акустооптический дефлектор, а также генератор тактовой частоты, формирователь кодов строк, формирователь кодов номеров строк, первый и второй преобразователь код-частота, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами дефлектора, введены управляемый делитель частоты, преобразователь кодов, формирователь временных интервалов, управляемый инвертор, формирователь структуры строк, два мультиплексора и два умножителя кодов, информационные выходы формирователя кодов строк через управляемый инвертор соединены с первой входной шиной первого мультиплексора и второй входной шиной второго мультиплексора, выходы которых через умножители кодов соединены со входами преобразователей код-частота, выход признака конца такта строки формирователя кодов строк соединен с первым установочным входом формирователя временного интервала и через формирователь структуры строк соединен с управляющим входом управляемого инвертора, вторым установочным входом формирователя временных интервалов и счетным входом формирователя кодов номеров строк, информационные выходы которого соединены со второй входной шиной первого мультиплексора и первой входной шиной второго мультиплексора, а выход признака длительности кадра соединен с управляющими входами мультиплексора и третьим установочным входом формирователя временных интервалов, выход которого соединен со входом выбора режима формирователя кодов строк, при этом выход генератора тактовой частоты соединен со счетным входом формирователя временных интервалов и через делитель частоты со счетным входом формирователя кодов строк, выходы преобразователя кодов соединены со входами начальной установки формирователя кодов строк и формирователя кодов номеров строк, входная шина управления делителя частоты, предназначенная для подключения внешнего источника кода M_d дробного масштабирования, соединена параллельно со входной шиной преобразователя кодов, а вторые входные шины умножителей кодов, соединенные параллельно, предназначены для подключения внешнего источника M_к кратного масштабирования.

На фиг. 5 представлена блок-схема устройства формирования ИП ЛСТ.

Оно содержит лазерный излучатель 1, включающий лазер 2 и телескопическую систему 3, двухкоординатный акустооптический дефлектор 4, включающий две акустооптические ячейки 5 и 6, генератор тактовой частоты 7, преобразователь кодов 8, делитель частоты 9, формирователь кодов строк 10, формирователь структуры строк 11, управляемый инвертор 12, мультиплексоры 13 и 18, умножители кодов 14 и 19, преобразователи кодов частоты 15 и 20, формирователь временных интервалов 16 и формирователь кодов номеров строк 17.

Выходной пучок лазера 2 проходит телескоп 3 и двухкоординатный акустооптический дефлектор (АОД) 4. Тактовые импульсы генератора 7 подаются на счетный вход С формирователя временных интервалов (ФВИ) 16 и через делитель частоты 9 на счетный вход формирователя кодов строк (ФКС) 10. Выходы преобразователя кодов 8 соединены с шинами данных D ФКС 10 и формирователя кодов номеров строки (ФКНС) 17. Информационные выходы ФКС 10 через управляемый инвертор 12 соединены с первой входной шиной D 1 мультиплексора 13 и второй входной шиной D 2 мультиплексора 18. Выходные шины мультиплексоров 13 и 18 через умножители кодов 14 и 19 соединены с преобразователями код-частота 15 и 20, выходы которых подключены к управляющим входам акустооптических ячеек 5 и 6 дефлектора 4. Выход признака такта строки ФКС 10 соединен с установочным входом А 1 ФВИ 16 через формирователь структуры строк (ФСС) 11 соединен с управляющим входом E инвертора 12, установочным входом А 2 ФВИ 16 и счетным входом ФКНС 17. Информационные выходы ФКНС 17 соединены со второй входной шиной D 2 мультиплексора 13 и первой входной шиной D 1 мультиплексора 18. Выход признака длительности кадра ФКНС 17 соединен с управляющими входами E мультиплексоров 13 и 18 и с установочным входом А 3 ФВИ 16. Выход ФВИ 16 соединен со входом V выбора режима ФКС 10. Входы A преобразователя кодов 8 и входов управления делителя частоты 9 соединены параллельно и предназначены для подключения к внешнему источнику кодов M_d дробного масштабирования. Управляющие входы A умножителей кодов 14 и 19 включены параллельно и предназначены для подключения к внешнему источнику кодов M_к кратного масштабирования.

Электронные схемы 7-14, 16-19 формируют два цифровых кода Z_т и Y_т, закон изменения которых осуществляется в соответствии с временными диаграммами, представленными ан фиг. 2, а амплитуда их изменений задается внешними кодами M_d и M_k, т.е.

Z_т Z_т.max/(M_к•M_d)
Y_т Y_т.max/(M_к•M_d),
где Z_т.max и Y_т•max- максимальная амплитуда изменения сигналов Z_т и Y_т, M_к 1, 2, 4, 8, и т.д. .

Цифровые коды управляют работой преобразователей код-частота 15 и 20 таким образом, что высокочастотные выходные сигналы преобразователей 15 и 20 имеют частоты f_z и f_y, удовлетворяющие условиям:
f_z K₁ + K₂ • Z_т;
f_y K₁ + K₂ • Y_т,
где K₁ и K₂ коэффициенты пропорциональности.

Высокочастотные сигналы преобразователей 15 и 20 подаются на пьезоэлектрические преобразователи акустооптических ячеек (АОЯ) дефлектора 4, возбуждая в них акустические волны. Лазерный пучок 2 уширяется коллиматором 3 для получения требуемой световой апертуры и угловой расходимости и, проходя АОЯ дефлектора 4, отклоняется в двух направлениях, пропорционально частотам f_z и f_y. Так как частоты переменные, то лазерный пучок при сканировании образует прямоугольный растр (фиг.1), являющийся информационным полем для управления. Величина амплитуды углового отклонения определяется диапазоном изменения частот f_z и f_y и уменьшается при увеличении коэффициентов управления M_к и M_d, обеспечивая тем самым постоянные размеры ИП при увеличении дальности (фиг. 4).

Работа электронных схем формирования цифровых кодов Z_т и Y_т происходит согласно временным диаграммам, представленным на фиг. 6. ФКС 6, представляющий собой, например, синхронный счетчик со входом начальной установки D, при поступлении на его счетный вход импульсов с выхода делителя частоты 9, формирует двоичные коды, величина которых U периодически изменяется от минимального Uнп

до максимального Udп значения (фиг. 6а), которые симметрично расположены относительно среднего значения Umп/2, где Umп максимально возможное значение кода U_п, равное в пределе 2ⁿ, где n - разрядность счетчика 10. Иначе можно записать: Uyп+Udп = Umп/2 Период изменения данных ФКС 10 равен T_c времени формирования такта строки. Выбор начала и конца счета ФКС 10 задается кодом D_n ФКС 10 перед началом отсчета периода. Данные D_n формируются ПК 8, на вход которого извне подается сигнал M_d- код дробного масштабирования. Код M_d подается также и на вход управления делителя частоты, обеспечивая на его выходе период повторения тактовых импульсов T_гd=T_г/K_d, где T_г - период повторения импульсов генератора 7, K_d коэффициент деления, определяемый внешним кодом M_d. Код D_n, определяющий начало и конец счета ФКС 10, т. е. определяющий число N_d отсчетов при формировании такта строки, и период T _гd выбираются так, чтобы обеспечить условие: N_d•T_гd=T_c+ΔT где ΔT ошибка времени такта счета строки, достигающая, в зависимости от требуемой точности ЛСТ, до 0,1 Т_c.

Коэффициент M_d может принимать восемь значений: 0, 1, 2.7 в десятеричном коде. При M_d=0 на выходе ПК устанавливается максимальное значение D_n и ФКС формирует коды от 0 до максимального значения Umп

2ⁿ, где n число разрядов ФКС 10. При n 9 Umп 511, а число отсчетов в такте строки N_d 512 (фиг. 6а, поз. 1). Если положить Т_c 128 мкс, то при M_d 0 необходимо тактовая частота F_гd на счетном входе ФКС 10, равная 4 МГц, так как Т_c=Nd/F_гd. Для обеспечения простоты реализации делителя частоты тактовая частота F_г генератора 7 выбрана равной 20 МГц, т.е. коэффициент делителя частоты 9 при M_d=0 равен 5. В таблице сведены значения коэффициента M_d и потребные значения числа отсчетов N_d периода, потребные значения коэффициента деления K_d делителя частоты 9 и ошибки ΔT формирования периода такта строки значений Т_c=128 мкс, F_г= 20 Мгц.

Для предельного значения M_d=7 амплитуда изменения выходного кода ФКС 10 в 2^7/8 1,8 раза меньше максимального значения (фиг. 6а, поз. 2). После окончания каждого периода счета такта ФКС 10 на его выходе признака конца такта строки появляется импульс U_кс (фиг.ю 6в), поступающий на вход A 1 ФВИ 16 и на счетный вход ФСС 11.

ФСС 11, представляющий собой, например, делитель частоты на 3 на основе сдвигающих регистров, формирует сигнал U_c (фиг. 6д) управления инвертором 12. Период повторения сигнала U_c равен времени T_пc формирования строки, содержащей три такта, включая задержки между тактами.

Управляемый инвертор 12, представляющий собой, пример, логическую схему Исключающее ИЛИ, осуществляют либо прямую передачу кодов ФКС 10 (U_c=0), либо инверсию кодов (U_c=1) ФКС 10, при этом величина кодов изменяется от максимального до максимального, что обеспечивает обратное сканирование лазерного пучка в строке (фиг. 6г).

ФКНС 17, на счетный вход которого поступает выходной сигнал U_c ФСС 11, осуществляется за счет числа строк в кадре ИП, причем диапазон счета, как и в ФКС 10, задается кодом D_n, устанавливаемым преобразователем кодов 8. ФКНС 17, в диапазоне кодов Uнп

и Uвп определяемом как и в ФКС 10, осуществляет счет K_s числа строк. Число строк в кадре ИП может быть равным 4.32, и устанавливается либо извне кодом K_s, либо определяется структурой ФКНС 17. Величина изменения выходных кодов при отсчете одной строки изменяется на величину ΔN_к= (Uyп-Udп)/K_s Например, при M_d=0 и K_s=8 выходной код Y_м ФКНС 17 изменяется с дискретом ΔN_к 512/8=64. При увеличении M_d, т.е. уменьшении диапазона изменений кода Y_м, величина ΔN_k также будет уменьшаться, но ее среднее значение, так же как и у кода U_п ФКС 10 будет равно Umп/2 что для данного примера будет равно 256, что обеспечивает местоположение каждой строки кадра согласно временных диаграмм, представленных на фиг. 2а,б. После отсчета ФКНС 17 K_s строк на его выходе U_к длительности кадра формируется строб, период которого равен T_п=T^z+T_y, где T_z время формирования кадра с горизонтальными строками и T_y время формирования кадра с вертикальными строками, а длительность T_п (фиг. 2в). Этот строб, подаваемый на управляющие входы мультиплексоров 13 и 18 используется для переключения мультиплексорами 13 и 18 выходных сигналов Z_б инвертора 12 либо на вход умножителя кодов (УК) 14 и, следовательно, на вход преобразователя код-частота (ПКЧ) 15, и выходных сигналов Y_м ФКНС 17 через 19 на вход ПКЧ 20, при этом формируется кадр ИП с горизонтальным сканированием строк, либо переключением сигналов Z_б на вход Y_м на вход ПКЧ 15, при этом формируется кадр ИП с вертикальными строками.

Умножители кодов 14 и 19 управляются внешним кодом M_к кратного масштабирования. Они обеспечивают уменьшение величины входных кодов, подаваемых на их входы с мультиплексоров 13 и 18 в 2^p раз, где p 0, 1, 2.8, при этом размеры астра ИП либо остаются постоянными (М_к=1, p=0), либо уменьшаются в два (М_к, p=1), четыре (М_к=3, p=2) и т.д. раз.

Формирователь временных интервалов 16 под воздействием входных сигналов на установочных входах А1-А3 формирует строб U_т (фиг. 6б), используемый для записи данных D_n в ФКС 10. Во время подачи строба на вход V запись/чтение ФКС 10 счет входных импульсов T_гd в ФКС прекращается, чем и формируются временные задержки T₂, T₄ и T₆. Длительность строба U_т зависит от состояния сигналов на его установочных входах А1-А3, определяющих признак, т.е. длительность задержек T₀ Tz4

, Ty4 и T₆.

Вариант блок-схемы ФКС 10 приведены на фиг. 7, а временные диаграммы его сигналов на фиг. 9. ФКС 10 состоит из n-разрядных элементов: инвертора 10.1, синхронного счетчика 10.2 и схемы сравнения 10.3. На вход ФКС поступает n-разрядный код D_n данных начала и конца такта строки, инверсное значение которого при сигнале U_т=1 от ФВИ 16 записывается в счетчик 10.2 под управлением импульсов Т_гд генератора 7. При U_т=0 счетчик 10.2 переключается в режим счета и его выходной код U_n изменяется в диапазоне от D_n до D_n. При достижении выходным кодом счетчика 10.2 значения U_n=D_n схема сравнения 10.3 формирует импульс высокого уровня U_кc (фиг. 9.2) длительностью не более периода тактовой частоты T_гд, имеющий признак конца такта строки, который используется для синхронизации работы ФВИ 16 и ФСС 11.

Выходной код счетчика 10.2 соответствует текущему коду строк U_n ФКС 10.

Вариант блок-схемы ФВИ 16 представлен на фиг. 10, а эпюры его сигналов - на фиг. 9. ФВИ 16 содержит мультиплексор 16.1, передатчики 16.2, 16.3 и 16.4, логическую схему 2И 16.5, реверсивный счетчик 16.6, n-разрядную логическую схему ИЛИ 16.7, сдвиговый регистр 16.8. Передатчики 16.2-16.4 имеют инверсные выходы, отключаемые в третье (высокоимпендансное) состояние. На информационных входах B и D мультиплексора 16.1 устанавливаются коды Tz4

и Ty4 определяющие временные задержки Т₄ для кадров ИП с горизонтальными и вертикальными строками. Выбор кодов на выходе мультиплексора 16.1 и, следовательно, на входе D передатчика 16.3 определяется сигналом U_к, подаваемого от ФКНС 17. На входах D передатчиков 16.2 и 16.4 устанавливаются коды Т₀ и Т₆, определяющие задержки после каждого первого и третьего такта строки.

При поступлении на счетный вход С сдвигового регистра 16.8 импульсов U_кс от ФКС 10 (фиг. 9.2) и сигналов U_c от ФСС 11 на информационный вход D_o (фиг. 9.1) сдвиговый регистр осуществляет последовательный сдвиг информации, формируя на своих выходах F₁, F₂ и F₃ стробы (фиг. 9.3.-9.5), используемые для установки кода T_i начальных данных счетчика 16.6.

Первый импульс U_кс формирует на выходе F₁ сдвигового регистра 16.8 сигнал F₁= 1, т.к. на информационном входе D регистра 16.8 в это время сигнал U_c=1 (фиг. 9.1, 9.2). Сигнал F₁=1 включает передатчик 16.2, на входе которого установлен код Т₆ и под действием первого импульса U_кс код Т₆ записывается в счетчик 16.6, установленный в режим вычитания. На выходе счетчика 16.6 появляется код, отличный от нуля, и на выходе n-разрядной схемы ИЛИ 16.7 устанавливается сигнал высокого уровня, разрешая прохождение через схему 2И 16.5 импульсов от делителя частоты 9 на счетный вход счетчика 16.6. Счетчик 16.6 начинает отсчет. Через время Т₆ выходной код счетчика 16.6 устанавливается в нулевое состояние, запрещая тем самым прохождение через схему 16.5 на вход С счетчика 16.6 импульсов делителя частоты 9.

При появлении второго импульса U_кс происходит установка высокоуровнего сигнала на выходе F₂, при этом в счетчике 16.6 записывается код Т₀ и формируется интервал Т₀ (фиг. 9.6). По третьему импульсу U_кс происходит установка высокоуровнего сигнала на выходе F₃, при этом в счетчик 16.6 записываются коды Tz2

или Ty2 в зависимости от величины сигнала U_к, и процесс повторяется.

Выходной сигнал n-разрядной схемы ИЛИ 16.7 является выходным сигналом U_т ФВИ 16 (фиг. 9.6).

Блок-схема ФКНС 17 представлена на фиг. 8, а эпюры его сигналов на фиг. 9. ФКНС содержит дешифратор 17.1, делитель 17.2, умножитель 17.3, инвертор 17.4, сумматор 17.5, управляемый инвертор 17.6, счетчики 17.7 и 17.10, схему сравнения 17.9 и элементы задержки 17.8. Дешифратор 17.1 преобразует входные данные K_s числа строк в код K_s/2, т.е. уменьшенный в два раза, подаваемый на входную шину А делителя 17.2. На входную шину B делителя 17.2 поступает (n-1)-разрядный код данных D_n преобразователя кодов 8, величина которого численно соответствует половине кода N_d (см. таблицу), задаваемого внешним кодом M_d дробного масштабирования. Делитель 17.2 вычисляет код ΔD интервалов между строками, равный N_d/K_s, величина которого численно равна интервалу между строками растра (кадра) ИП. Счетчик 17.7, переключаемый сигналами U_c (фиг. 9.1), поступающими от ФСС 11, осуществляет счет текущего номера строки, код S_т которого изменяется в диапазоне значений 0.2^s. На входные шины A и B умножителя 17.3 поступают соответственно код текущего номера строки S_т счетчика 17.7 и код ΔD интервалов между строками от делителя 17.2. Умножитель 17.3 формирует код D_p ΔD • S_т, который подается на входную шину B сумматора 17.5. На вторую входную шину A сумматора 17.5 подаются инвертированные схемой 17.4 данные D_n от ПК 8, которые после инверсии равны значению Uнп

номеру нижней строки в растре (фиг. 6а) при заданном значении M_d. Выходной код D_т сумматора 17.5, определяемый выражением D_т= Uyп+D_p= Uyп+ΔD×S_т под управлением младшего разряда счетчика 17.7 либо инвертируется инвертором 17.6, либо не инвертируется, чем достигается формирование текущего номера строки Y_м, изменяемого в полноразмерном кадре, при обеспечении переходов лазерного пучка по строкам согласно траектории и временным диаграммам представленным на фиг. 1 и 2 соответственно.

При совпадении выходных кодов счетчика 17.7 и входных данных K_s схема сравнения 17.9 формирует сигнал высокого уровня PR (фиг. 9.7), который переключает счетчик 17.10 и через элемент задержки 17.8 устанавливает в нулевое состояние выходы счетчика 17.7. При сбросе данных счетчика 17.7 сигнал PR переключается в состояние низкого уровня. Длительность импульса PR определяется задержкой, вносимой элементами 17.8, 17.7 и 17.9. Выходной сигнал счетчика 17.20 является выходным сигналом U_к ФКНС 17 (фиг. 9.8).

В качестве акустооптического дефлектора описываемого устройства может быть использован дефлектор со светозвукопроводами из парателлурита (TeO₂), обеспечивающий сканирование лазерных пучков видимого и ближнего ИК-спектров.

В качестве генератора 7 целесообразно использовать кварцевые генераторы для обеспечения стабильных временных характеристик.

В качестве умножителей кодов 14 и 15 могут быть использованы k-передатчиков, имеющие (n+k) разрядов, и выходы отключаемые в третье состояние. Выходы передатчиков соединены параллельно. На входы передатчиков подают от мультиплексоров n-разрядный код. Входы передатчиков соединены между собой параллельно со смещением на один разряд в сторону младших разрядов для каждого последующего передатчика, а незадействованные k входов передатчиков установлены, например, в состояние низкого уровня. Включение соответствующего передатчика сигналом управления можно обеспечить выходной код, уменьшенный от 1 до 2^k раз относительно входного кода.

В качестве преобразователей код -частоты 15 и 20 целесообразно использовать синтезаторы частоты. Диапазон генерирующих частот синтезаторами при использовании дефлекторов из парателлурита может быть равным 60.90 МГц.

В качестве делителя частоты 9, могут быть использованы программируемые делители частоты, коэффициент деления которых и коды управления выбраны, например, в соответствии с вышеприведенной таблицей.

В качестве преобразователей кодов 8, могут быть использованы управляемые дешифраторы, выходные данные которых D_n=K_d/2 и коды управления выбраны, например, в соответствии с таблицей.

Использование новых электронных узлов и связей выгодно отличает предлагаемое устройство от прототипа, так как оно обеспечивает постоянные размеры ИП в плоскости объекта управления на всех рабочих дальностях с неравномерностью размеров ИП, не превышающей 10%

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для формирования информационного поля лазерных систем телеориентации и навигации, оптической связи и может быть использовано при управлении, посадке и стыковке летательных аппаратов, проводке судов через узости или створы мостов, дистанционном управлении робототехническими устройствами в опасных для человека зонах и т. д. Способ и устройство его реализующее основаны на сканировании акустооптическими дефлекторами излучения лазера с "иглообразной" диаграммой направленности по заданной траектории, причем угол сканирования дефлектора изменяется при удалении объекта управления так, чтобы линейный размер информационного поля в плоскости объекта управления оставался постоянным и не превышал заданную ошибку. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 10 ил.

1. Способ формирования постоянных размеров информационного поля лазерной системы телеориентации в плоскости управляемого объекта, основанный на поочередном формировании двух прямоугольных растров размерами l•l на дальности L, образованных за счет сканирования лазерного пучка в каждом растре по N строкам и развернутых относительно друг друга на 90^o, отличающийся тем, что угол сканирования лазерного пучка α_i при формировании растра дискретно изменяют по закону
α_i= l/[(1+Δ)ⁱL_min],
где Δ = [(l_max/l)-1] - неравномерность размеров растра, задаваемая в интервале 0,01 2,0;
l_m a x наибольший размер растра;
L_m i n наименьшая дальность управления;
i номер текущего интервала дискретизации дальности, задаваемый в интервале 1 1024 и выбираемый из условия
L_min(1+Δ)^i-1< L_т< L_min(1+Δ)ⁱ,
где L_т текущая дальность до управляемого объекта,
причем сканирование по строкам в растре осуществляют дискретно с числом дискретов K_i для i-го интервала дальности, удовлетворяющим условию K_i 32 1024, а длительность формирования строки T_i в i-м интервале дальности удовлетворяет условию T_i= T_c± ΔT, где T_c расчетное время сканирования строки, а ΔT = (0-0,1)T_c.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при этом отношение R наибольшей L_m a x и наименьшей L_m i n дальностей работы системы равно R L_m i n • 2^S, где S целое положительное число. 3. Устройство для формирования информационного поля лазерной системы телеориентации, включающее последовательно установленные лазерный излучатель и акустооптический дефлектор, а также генератор тактовой частоты, формирователь кодов строк, формирователь кодов номеров строк, первый и второй преобразователи код частота, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами дефлектора, отличающееся тем, что в него введены управляемый делитель частоты, преобразователь кодов, формирователь временных интервалов, управляемых инвертор, формирователь структуры строк, два мультиплексора и два умножителя кодов, информационные выходы формирователя кодов строк через управляемый инвертор соединены с первой входной шиной первого мультиплексора и второй входной шиной второго мультиплексора, выходы которых через умножители кодов соединены с входами преобразователей код - частота, выход признака конца такта строки формирователя кодов строк соединен с первым установочным входом формирователя временного интервала и через формирователь структуры строк с управляющим входом управляемого инвертора, вторым установочным входом формирователя временных интервалов и счетным входом формирователя кодов номеров строк, информационные выходы которого соединены с второй входной шиной первого мультиплексора и первой входной шиной второго мультиплексора, а выход признака длительности кадра с управляющими входами мультиплексоров и третьим установочным входом формирователя временных интервалов, выход которого соединен с входом выбора режима формирователя кодов строк, при этом выход генератора тактовой частоты соединен со счетным входом формирователя временных интервалов и через делитель частоты со счетным входом формирователя кодов строк, выходы преобразователя кодов соединены с входами начальной установки формирователя кодов строк и формирователя кодов номеров строк, входная шина управления делителя частоты, предназначенная для подключения внешнего источника кода M_d дробного масштабирования, соединена параллельно с входной шиной преобразователя кодов, а вторые входные шины умножителей кодов, соединенные параллельно, предназначены для подключения внешнего кода M_k кратного масштабирования.