СПОСОБ ЮСТИРОВКИ ПРИЕМО-ПЕРЕДАЮЩЕЙ ЛАЗЕРНОЙ ЛОКАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ Российский патент 1998 года по МПК G01S17/00 G02B17/00 

Изобретение относится к области лазерной локации, в частности к системам с удаленными КО для высокоточного наведения излучения в процессе юстировки.

Известен способ юстировки приемо-передающей лазерной локационной системы (ППЛЛС) [1] , заключающийся в формировании тестового светового пучка через передающий канал, наблюдении отраженного пучка, измерении углового рассогласования тестового и отраженного пучков и его компенсации.

К недостаткам известного способа относится невысокая точность, обусловленная тем, что для компенсации используется точно определенная ориентация подвижных частей системы относительно топоцентрической системы координат [1], с. 176, 162. Это приводит к тому, что юстировка ППЛЛС не может быть осуществлена непосредственно для всей верхней полусферы, т.е. при произвольном направлении на лоцируемый ИСЗ предварительная юстировка будет сопровождаться ошибками.

Наиболее близок к изобретению и выбран авторами за прототип "Способ юстировки ППЛЛС" [2], заключающийся в формировании юстировочного лазерного пучка через передающий канал, визуализации направления в точку прицеливания, отражении юстировочного лазерного пучка в приемный канал и совмещении отраженного лазерного пучка с визуализированным направлением в точку прицеливания. Схема ППЛЛС, реализованной в [2], приведена на чертеже (фиг. 1).

К недостаткам прототипа относится низкая точность. Это обусловлено тем, что при одновременном наведении излучения по двум угловым координатам (азимуту β и углу места ε ) с помощью одного опорно-поворотного устройства (ОПУ), как это наиболее часто реализуется в ППЛЛС, возникают эффекты взаимного влияния координат (ε,β), приводящие к взаимному развороту соответствующих координатных осей. Это может быть проиллюстрировано фиг. 2, где показан взаимный разворот приемного и передающего каналов, отъюстированных в отдельности, относительно топоцентрической системы координат O_εβ для ε_ц = 50^o, β_ц-β_пер = 45^o, где (ε_ц,β_ц) - координаты точки прицеливания, β_пер - азимут передающего канала ППЛЛС.

Из приведенного примера следует, что разворот осей координат может достигать значительных (до 21^o) величин, что в общем случае приводит к разъюстировке ППЛЛС при отличных от координат точки прицеливания ε_ц,β_ц и, следовательно, к снижению точности известного способа.

Вторым источником снижения точности и быстродействия является трудность вывода в точку прицеливания при ее задании абсолютными топоцентрическими координатами (εтц

, βтц). Это вызвано тем, что в известных способах [2, 1] визуализацию направления в точку прицеливания осуществляют с помощью теодолита, выставляя его в заданном направлении (εтц, βтц), оборачивая и наблюдая через приемный канал изображение марки теодолита.

Совмещение осей приемного и передающего каналов осуществляют путем отражения юстировочного лазерного пучка в противоположном направлении (в приемный канал), например, с использованием уголкового отражателя. В этом случае возникают как систематические погрешности, вызванные неточным изготовлением уголкового отражателя, так и трудности, вызванные совмещением оси юстировочного лазерного пучка с осью приемного канала. Последние обусловлены тем, что направление отраженного юстировочного лазерного пучка зависит от углового положения ОПУ. При отражении юстировочного лазерного пучка возникают ошибки, связанные с конкретным исполнением ППЛЛС, а именно необходимостью учета конкретного месторасположения приемного канала, параллельно передающему, как в [2], либо совмещенных, что вызывает необходимость в смене алгоритма юстировки и снижении ее точности из-за требований учета углового положения подвижных элементов.

Технической задачей является повышение точности, что достигается тем, что в известном способе, заключающемся в формировании юстировочного лазерного пучка через передающий канал, визуализации направления в точку наведения (ε_н, β_н) и совмещении юстировочного лазерного пучка с визуализированным направлением в точку прицеливания перед совмещением юстировочного лазерного пучка с визуализированным направлением определяют текущее положение юстировочного лазерного пучка (ε∧т

, β∧т), определяют требуемое положение зеркала наведения ППЛЛС:


выставляют зеркало наведения, после совмещения юстировочного лазерного пучка с визуализированным направлением в точку прицеливания визуализируют направление линии визирования, формируют в направлении, обратном точке прицеливания, марку, ориентированную относительно осей топоцентрической системы координат, формируют изображение марки через приемный канал и компенсируют линейное и угловое рассогласование марки и ее изображения.

На фиг. 1 приведена схема ППЛЛС, используемая в прототипе. На фиг. 2 приведены зависимости величины взаимного разворота отъюстированных приемного и передающего каналов при угловом рассогласовании оси ППЛЛС и линии прицеливания.

На фиг. 3 приведена оптическая схема юстировки ППЛЛС по предлагаемому способу.

На фиг. 4 приведен вид поля зрения в процессе юстировки.

Введены следующие обозначения:
1 - селектор угловых мод
2 - юстировочный лазер
3 - активная среда ППЛЛС
4 - опорно-поворотное устройство (ОПУ)
5 - уголковый отражатель
6 - объектив приемного канала ППЛЛС
7 - фотоприемное устройство (ФПУ)
8 - 10 - размещение теодолита в процессе юстировки при определении текущего положения юстировочного лазерного пучка, выставке зеркала наведения (ОПУ) и формировании марки соответственно
11 - решающее устройство
12 - устройство управления.

Предложенный способ реализуется следующим образом.

Рассмотрим оптическую схему ППЛЛС (см. фиг. 3). На первом этапе с помощью юстировочного лазера 2 через передающий канал (1, 3) формирует юстировочный лазерный пучок (AB). С помощью теодолита, установленного в поз. 8, осуществляют его привязку к местной топоцентрической системе координат OXYZ и определяют в этой системе координат азимут и угол места юстировочного лазерного пучка (фиг. 6). Полученные значения вводят в решающее устройство 11, в котором по данным внешнего целеуказания (направление точки прицеливания (ε_н,β_н) определяют требуемое положение нормали к поверхности зеркала наведения (ОПУ):


(Вывод зависимостей

Решающее устройство 11 представляет собой микропроцессор, состыкованный через устройства ввода на базе АЦП, реализующий решение зависимостей


Реализация блока 11 на стандартной элементарной базе не представляет затруднений, а для автоматизации процесса юстировки могут быть использованы фотоэлектрические автоколлимационные теодолиты типа 2T - 2A или им аналогичные.

Выставка зеркала наведения (ОПУ 4) может быть осуществлена с помощью двухкоординатного шагового привода, управляемого от устройства управления 12, структурная схема которого (вариант) приведена на фиг. 5. Контроль положения ОПУ осуществляют с помощью теодолита 9, располагаемого за зеркалом наведения ОПУ (4).

По окончании выставки зеркала наведения юстировочный лазерный пучок (AB) и направление на точку прицеливания (CД) оказываются оптически сопряженными, что контролируют с помощью теодолита 10, установленного по направлению (ДC) (от точки прицеливания). В процессе контроля с помощью теодолита 10 может быть проконтролировано совпадение юстировочного лазерного пучка с направлением на точку прицеливания.

При азимутальном рассогласовании не равном нулю, как уже было указано ранее, существует взаимное влияние обоих ортогональных компонентов β,ε. Если реальные координаты ИСЗ (β_ц, ε_н) отличаются от координат точки прицеливания (β_н,ε_н), то при юстировке ППЛЛС по известному способу сигналы рассогласования δε = ε_ц - ε_н, δβ = β_ц - β_н непосредственно трансформируются в сигналы управления Uε ~ δε, Uβ ~ δβ,, что вследствие разворота системы координат при Δβ ≠ 0 приводит к неустранимым ошибкам.

Приведем без вывода выражения, связывающие сигналы управления ОПУ с сигналами рассогласования δε, δβ

Для устранения перекрестного влияния рассогласований δ_ε и δ_β на управляющие сигналы U_ε и U_β с помощью теодолита 10 формируют марку, оси которой ориентированы соответственно в азимутальной и угломестной плоскостях по нормали к направлению линии визирования (см. фиг. 4). Изображение светящейся марки М проецируется в приемный канал и наблюдается на экране ВКУ, подключенного к фотоприемному устройству 7 (в случае телевизионного регистратора).

Путем подвижек ФПУ (аналогично известным способам) осуществляется совмещение центра ФПУ (нулевого отсчета) с центром изображения марки (фиг. 4).

Для компенсации взаимного влияния рассогласований δ_ε,δ_β осуществляют разворот ФПУ на угол α, величина которого может быть определена по взаимному угловому рассогласованию изображения марки М и самой марки М. В случае ТВ ФПУ это осуществляют поворотом отклоняющей системы передающей ТВ камеры либо разворотом ФПУ в целом.

В качестве критерия точности компенсации углового рассогласования может служить совпадение направления строчной развертки с ориентацией горизонтальной оси изображения марки М.

Преимуществами заявляемого способа по сравнению с прототипом является повышенная точность, обусловленная компенсацией следующих основных факторов:
- устранением взаимного влияния азимутальной и угломестной составляющей рассогласования точки прицеливания и реального положения лоцируемого ИСЗ;
- устранением влияния на точность юстировки погрешностей изготовления ретроотражателей, а также
- повышением точности и быстродействия при выводе в точку прицеливания за счет управления положением зеркала наведения по направлению нормали к его поверхности.

Количественная оценка повышения точности, например, для случая неточного отражения юстировочного пучка определяется удвоенной ошибкой изготовления ретроотражателя и достигает единиц угловых минут.

Использование: в области лазерной локации. Сущность изобретения: в способе, основанном на формировании юстировочного лазерного пучка через передающий канал, визуализации направления в точку наведения с координатами ε_н, β_н и совмещении юстировочного лазерного пучка с визуализированным направлением в точку прицеливания, перед совмещением юстировочного лазерного пучка с визуализированным направлением определяют текущее положение юстировочного лазерного пучка ε_т, β_т, определяют требуемое положение зеркала наведения, выставляют его, после совмещения юстировочного лазерного пучка с визуализированным направлением в точку прицеливания визуализируют направление линии визирования, формируют марку, ориентированную относительно осей топоцентрической системы координат в направлении, противоположном точке прицеливания, формируют изображение марки через приемный канал и компенсируют линейное и угловое рассогласование марки и ее изображения. 6 ил.

Способ юстировки приемо-передающей лазерной локационной системы, основанный на формировании юстировочного лазерного пучка через передающий канал, визуализации направления в точку наведения с координатами ε_н, β_н и совмещении юстировочного лазерного пучка с визуализированным направлением в точку прицеливания, отличающийся тем, что перед совмещением юстировочного лазерного пучка с визуализированным направлением определяют текущее положение юстировочного лазерного пучка εлт

, βлт, определяют требуемое положение зеркала наведения


Δβ=βлт-β_н,
выставляют зеркало наведения, после совмещения юстировочного лазерного пучка с визуализированным направлением в точку прицеливания визуализируют направление линии визирования, формируют марку, ориентированную относительно осей топоцентрической системы координат в направлении, противоположном точке прицеливания, формируют изображение марки через приемный канал и компенсируют линейное и угловое рассогласование марки и ее изображения.