ЛАЗЕРНАЯ СИСТЕМА ОБНАРУЖЕНИЯ ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ ОБЪЕКТОВ Российский патент 1998 года по МПК G01S17/06 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в качестве индикаторного устройства для обнаружения оптоэлектронных объектов при попадании в их поле зрения.

Наиболее близким к изобретению является лазерный маркер PEQ-IA (James International Defense Review, 1996, N 2, p. 19 - 20), содержащий ночной прицел (LVNVS), включающий лазер и фоточувствительное приемное устройство (ФУ).

Этот прибор позволяет видеть ночью направленное на цель лазерное излучение (а точнее лазерное пятно на цели), что повышает вероятность успешного целеуказания.

К недостаткам прототипа можно отнести:
малое поле обзора;
невозможность работы в динамическом режиме наблюдения;
ограниченные возможности работы в дневное (в особенности в солнечное) время суток;
неавтономность конструкции (с точки зрения отстройки от блоков электропитания и охлаждения);
большие весогабаритные параметры.

Цель изобретения - повышение эффективности обнаружения опто-электронных объектов, в том числе и в динамическом режиме наблюдения.

Принципиально это достигается за счет:
замены лазера с блоками питания и охлаждения из прототипа на малогабаритный полупроводниковый частотно-импульсный лазер (ЧИЛ) с малогабаритными батарейкой питания (ЗV) и радиатором;
замены фоточувствительного устройства прототипа на малогабаритный светодиод с чувствительностью до 10^-3 мкА/люкс;
размещения лазера и фоточувствительного устройства (светодиода) на вращающейся платформе с закреплением на шарнире в центре платформы так, что их оптические оси параллельны между собой;
введения в электрическую цепь фоточувствительного устройства дополнительных элементов - порогового устройства интенсивности лазерного излучения, счетчика импульсов излучения ЧИЛ, датчика углового положения ФУ и ЧИЛ, блока определения координат ОЭО и звукового сигнального устройства, причем так, что, во-первых, все эти элементы соединены между собой последовательно, а во-вторых, выход ЧИЛ соединен с входом счетчика импульсов излучения ЧИЛ, вход порогового устройства интенсивности лазерного излучения соединен с выходом ФУ, а выходы вращающейся платформы и шарнира соединены с входом датчика углового положения ФУ и ЧИЛ.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где:
1 - частотно-импульсный лазер с объективом;
2 - фотоприемное устройство с объективом;
3 - узкополосный интерференционный фильтр;
4 - оптоэлектронный объект;
5 - вращающаяся вокруг вертикальной оси платформа;
6 - шарнир колебательно-вращательного движения ЧИЛ и ФУ;
7 - пороговое устройство интенсивности лазерного излучения;
8 - счетчик импульсов излучения ЧИЛ;
9 - датчик углового положения ФУ и ЧИЛ;
10 - блок определения координат ОЭО;
11 - звуковое сигнальное устройство.

Лазерная система работает следующим образом.

Импульсы излучения ЧИЛ 1 через объектив "просматривают" пространство вокруг защищаемого объекта за счет сканирования луча по горизонту от 0 до 360^o при вращении платформы 5 вокруг вертикальной оси и по углу азимута при колебательно-вращательном движении шарнира 6, при этом пятно излучения этого лазера можно менять за счет осевого перемещения объектива.

При выполнении соотношений для угловых скоростей вращения платформы (ω_г) и колебательно-вращательного движения в вертикальной плоскости (ω_в) :
ω_г= θ_г•ν и ω_в= (θ_г•θ_в•ν)/2π,
где
θ_г, θ_в - расходимости излучения ЧИЛ в горизонтальной и вертикальной плоскости,
ν - частота следования импульсов ЧИЛ,
верхнее полупространство плотно (без пропусков) заполняется вокруг защищаемого объекта за время π²/ν•θ_г•θ_в, что составляет (при θ_г = 10^-2 рад, θ_в = 10^-1 рад, ν = 10⁴ Гц) около 1 с.

При наличии ОЭО в верхнем полупространстве и наведенного на защищаемый объект (т. е. объектив ЧИЛа находится в поле зрения ОЭО) лазерный свет ЧИЛ сбликует, т.е. отразится строго в обратном направлении.

В том случае, когда расстояние между оптическими осями объективов ЧИЛ и ФУ меньше радиуса поперечного сечения пришедшего пучка
Δ < λ/D•l+D/2,
где
λ - длина волны излучения ЧИЛ,
D - апертура ОЭО,
l - расстояние между ФУ и ОЭО,
часть излучения от ОЭО попадет через объектив и интерфильтр на ФУ 2. Для отсечения всех ложных бликов от посторонних источников света объектив ФУ снабжен узкополосным интерференционным фильтром с полосой пропускания, равной ширине спектра ЧИЛ.

Полученный световой сигнал на ФУ преобразуется в электрический, поступает последовательно на пороговое устройство интенсивности 7, где происходит сравнение поступавшего электрического сигнала с пороговым (установленным на уровне электрических сигналов, поступающих от ложных целей) и в случае превышения над пороговым сигнал поступает на счетчик импульсов 8 и датчик углового положения 9, и по информации о количестве прошедших импульсов ЧИЛ и сигнала с датчика углового положения в блоке определения координат 10 определяются угловые координаты платформы 5 и шарнира 6 в момент прихода бликующего сигнала.

Так определяются угловые координаты ОЭО, которые выводятся на индикаторное устройство. После определения координат ОЭО электрический сигнал поступает на звуковое сигнальное устройство, которое создает сигнал тревоги для защиты охраняемого объекта.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для обнаружения оптоэлектронных объектов по фиксации блика отраженного сигнала. Устройство содержит частотно-импульсный лазер (ЧИЛ) и фотоприемное устройство (ФУ) с параллельными оптическими осями, установленные на шарнире, обеспечивающем их колебательно-вращательное движение с угловой скоростью, определяемой по приведенной формуле. Шарнир закреплен в центре платформы, вращающейся вокруг вертикальной оси с угловой скоростью, определяемой расходимостью излучения ЧИЛ в горизонтальной плоскости и частотой излучения импульсов ЧИЛ. К выходу ФУ подключены последовательно соединенные пороговое устройство интенсивности лазерного излучения, счетчик импульсов излучения ЧИЛ, датчик углового положения ФУ и ЧИЛ, блок определения координат и сигнальное устройство, а объектив ФУ снабжен узкополосным интерференционным фильтром. 1 ил.

Лазерная система обнаружения оптоэлектронных объектов, содержащая частотно-импульсный лазер (ЧИЛ) и фотоприемное устройство (ФУ) с объективами, имеющими параллельные оптические оси, а также устройство обработки сигналов, отличающаяся тем, что ЧИЛ и ФУ установлены на шарнире, обеспечивающем возможность их колебательно-вращательного движения в вертикальной плоскости и закрепленном в центре вращающейся вокруг вертикальной оси платформы, устройство обработки сигналов выполнено в виде последовательно соединенных порогового устройства интенсивности лазерного излучения, счетчика импульсов излучения ЧИЛ, датчика углового положения ФУ и ЧИЛ, связанного с вращающейся вокруг вертикальной оси платформой и шарниром колебательно-вращательного движения ЧИЛ и ФУ, блока определения координат оптоэлектронного объекта и звукового сигнального устройства, при этом вход порогового устройства интенсивности лазерного излучения связан с выходом ФУ, второй вход счетчика импульсов излучения ЧИЛ связан с ЧИЛ, объектив ФУ снабжен узкополосным интерференционным фильтром с полосой пропускания, равной ширине спектра ЧИЛ, расстояние Δ между оптическими осями объективов ЧИЛ и ФУ выбрано из условия
Δ ≤ λ/D•l + D/2,
где D - апертура оптоэлектронного объекта;
λ - длина волны излучения ЧИЛ;
l - расстояние от входного зрачка ФУ до оптоэлектронного объекта,
угловая скорость вращения платформы вокруг вертикальной оси равна
ω_г= θ_г•ν,
а угловая скорость колебательно-вращательного движения шарнира в вертикальной плоскости определяется из выражения:
ω_в= (θ_г•θ_в•ν)/2π,
где θ_г, θ_в - расходимость излучения ЧИЛ в горизонтальной и вертикальной плоскостях соответственно;
ν - частота следования импульсов ЧИЛ.