ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ КООРДИНАТОР Российский патент 1999 года по МПК G01S7/483 

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения угловых координат (угла рассогласования и угла фазирования) излучающих точечных объектов.

Известны устройства для определения координат точечных целей /1, 2/, основанные на принципах непрерывной и импульсной модуляции оптического излучения целей, в которых в качестве анализатора изображения цели используются различные модулирующие диски, растры, служащие для анализа картинной плоскости (плоскости изображений) и определения координат изображения цели.

Однако указанные устройства имеют ряд недостатков. В координаторе с частичной модуляцией недостатком является то, что он фиксирует наличие только угла рассогласования, так как реагирует на смещение изображения цели вдоль одной из координатных осей. Для того, чтобы координатор реагировал на изменение составляющих угла рассогласования в двух плоскостях управления, необходимо при одном приемнике излучения - два модулирующих диска, а это увеличивает размеры всей системы, делает конструкцию громоздкой.

В координаторах цели, основанных на амплитудно-фазовом принципе /1, 2/, недостатком является то, что с увеличением угла рассогласования цели появляется вариация несущей частоты, которая используется для введения автоматического регулирования усилителя системы.

Координаторы цели, основанные на фазовом принципе модуляции /1, 2/ также имеют существенный недостаток - сигналы, поступающие на приемник излучения, зависят только от направления рассогласования и не зависят от величины рассогласования, причем необходимо применение в конструкции сложной электронной схемы обработки выходного сигнала.

Кроме того, известно устройство /3/, являющееся прототипом предлагаемого изобретения, основанное на амплитудно-фазовом принципе определения координат точечной цели. В координаторе цели, основанном на данном принципе используется фазовый детектор и анализатор изображений (модулирующий диск), выполненный из оптического материала, прозрачность которого изменяется по линейному закону вдоль линии, проходящей через центр диска. Для этого его покрывают пленкой, имеющей различную прозрачность или придают сечению диска форму клина. Кроме того, на диске, вращающемся со скоростью n, имеется k прозрачных и непрозрачных секторов. При расположении цели на оси координата (угол рассогласования равен нулю) изображение цели находится в центре модулирующего диска и модуляция отсутствует. Если изображение цели смещается от центра, поток оптического излучения модулируется с частотой F_нес = k • n. Кроме того, благодаря неравномерной прозрачности диска поток дополнительного модулируется с частотой f_огиб = n. Модулированный поток оптического излучения попадает на приемник излучения, сигнал с которого попадает на вход резонансного усилителя, настроенного на несущую частоту f_нес, а мгновенное значение сигнала U определяется зависимостью:

где m = (U_max - U_min)/U_max - глубина модуляции сигнала, определяемая положением изображения цели в фокальной плоскости объектива координатора (углом рассогласования);
ω = 2πf_нес;
Ω = 2πf_огиб.
Сигнал U детектируется и из него выделяется сгибающая частота f_огиб, амплитуда U_c которого пропорциональна углу рассогласования, а фаза - углу фазирования.

Однако в указанном устройстве имеется существенный недостаток - небольшое число анализируемых параметров цели, необходимых для ее идентификации в условиях наличия ложных целей, угловые размеры, спектр и уровень оптического излучения которых соизмеримы с таковыми для реальных целей.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение числа определяемых информативных параметров точечных объектов.

Поставленная задача достигается за счет того, что в известном устройстве (см. /3/), содержащем объектив и окуляр телескопической системы, анализатор изображений, конденсор, приемник излучения и электронную схему обработки сигналов согласно изобретению анализатор изображений выполнен в виде 2-х линейных поляризаторов, причем 1-й поляризатор выполнен в виде 3-х полосок поляризационной пленки, нанесенных на вращающуюся клиновую пластину вдоль ее радиуса через 45^o, а 2-й поляризатор установлен неподвижно.

Ширина каждой из 3-х полосок поляризационной пленки определяется диаметром аберрационного пятна рассеяния объектива координатора.

В предлагаемом устройстве проявляется новое техническое свойство, заключающееся в том, что угловые координаты цели (углы рассогласования и фазирования) определяются с использованием только анализатора изображений, что обуславливает положительный эффект, состоящий в определении угловых координат точечных целей без фазового детектора.

На фиг. 1 приведена схема оптико-электронного координатора, где приняты следующие обозначения: 1 - обтекатель; 2 - объектив телескопической системы; 3 - отражатель; 4 - 1-ый поляризатор с клиновой пластиной; 5 - окуляр телескопической системы; 6 - 2-ой поляризатор; 7 - конденсор; 8 - приемник оптического излучения. Элементы 4 и 6 составляют поляризационный анализатор изображений.

На фиг. 2 приведена конструкция 1-го поляризатора, состоящего из 3-х полосок поляризационной пленки, нанесенных на клиновую пластину вдоль ее радиуса через 45^o.

На фиг. 3 приведена форма выходного сигнала приемника излучения за один полный оборот клиновой пластины.

Согласно фиг. 2 поляризационные полоски ориентированы следующим образом: 1-я, 2-я и 3-я поляризационные полоски составляют соответственно углы 90^o, 135^o, 180^o с вектором градиента оптической плотности клиновой пластины (ось OY на фиг. 2). При этом азимуты поляризации 1-й, 2-й и 3-ей полосок также составляют соответственно угол 90^o, 135^o, 180^o с вектором градиента оптической плотности клиновой пластины.

Формирование рабочих сигналов осуществляется следующим образом (см. фиг. 1). Оптическое излучение от объекта, пройдя обтекатель 1, попадает на объектив 2 и направляется на отражатель 3. От отражателя излучение проходит вращающийся поляризатор 4 с клиновой пластиной, затем окуляр 5, который формирует параллельный пучок. В этом пучке находится 2-ой поляризатор 6. После него излучение конденсором 7 собирается на приемнике излучения 8, где преобразуется в электрический сигнал.

Для определения угла рассогласования ϕ воспользуемся результатами работы /4/, согласно которой поток излучения, прошедший через вращающуюся клиновую пластину имеет вид:
Φ(t) = 0,5Φ_o[1-(ρ/R)sin(ωt-ϕ_ф)], (1)
где Ф_о - энергетический поток излучения от цели;
ρ - координата цели, характеризующая угол рассогласования;
R - радиус клиновой пластины;
ϕ_ф - угол фазирования цели.

В момент времени, когда 1-я полоска поляризатора находится вне линии ОК (см. фиг. 2), соединяющий центр поля зрения с изображением цели, то сигнал имеет вид:

где τ_o - коэффициент пропускания оптических элементов координатора;
τ_a - тоже для слоя атмосферы между объектом и координатором;
P и δ - соответственно степень и азимут поляризации излучения цели;
τ_п - коэффициент пропускания поляризатора 6;
S - чувствительность приемника излучения.

Из выражения (2) максимальный сигнал равен:

При этом учли, что
(ωt-ϕ_ф) = 3π/2.
Соответственно минимальный сигнал без поляризатора 4 равен

учитывая, что (ωt-ϕ_ф) = π/2,
а также тот факт, что линия OK находится вблизи, но вне 3-й полоски поляризатора 4, то есть выполняется условие
ωt ≈ ϕ_ф+π/2.
Глубина модуляции определяется по следующей формуле:
m = (U_max - U_min)/(U_max + U_min).

Подставив в формулу (5) выражения (3) и (4), получим значение величины
ρ = mR, (6)
которая определяет угол рассогласования.

Для определения угла фазирования рассмотрим суммарное действие поляризационного анализатора и оптической системы, в результате которого получаем сигнал с приемника излучения, показанный на фиг. 3.

В момент времени, когда 1-я полоска поляризатора 4 находится вне линии ОК (см. фиг.2), сигнал имеет вид:

а в момент времени t_c1 совпадения с линией OK 1-ой полоски поляризатора 4 суммарный сигнал равен:

Аналогично в моменты времени t_c2 и t_c2 совпадения с линией OK соответственно 2-ой и 3-ей полосок поляризатора 4 суммарные сигналы соответственно будут равны:


Исходя из фиг. 2 и 3 приведенных в описании заявки на предлагаемое изобретение, моменты времени t_c1, t_c2 и t_c3, когда следует производить измерение соответственно сигналов U(1)Σ

Решением системы 3-х уравнений (8-10), где неизвестными являются P, δ и ϕ_ф определяется угол фазирования, как 2-ая координата, а также степень P и азимут δ поляризации излучения цели как дополнительная информация:






Так как получена информация о степени P и азимуте δ излучения цели, то эта дополнительная информация позволяет идентифицировать истинные цели от ложных, чем и обуславливается повышение информативных параметров точечных целей.

Таким образом поставленная задача для устройства выполняется за счет нового признака: анализатор изображений выполняется в виде 2-х линейных поляризаторов, причем 1-ый поляризатор выполнен в виде 3-х полосок поляризационной пленки, нанесенных на вращающуюся клиновую пластину вдоль ее радиуса через 45^o, а второй поляризатор установлен неподвижно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Инфракрасные и световые приборы самонаведения летательных аппаратов. Изд. 2-е Лазарев Л.П., М., "Машиностроение", 1970 г., с. 391...445. - аналог.

2. Инфракрасные системы обнаружения, пеленгации и автоматического сопровождения движущихся объектов. Криксунов Л.З., Усольцев И.Ф., М., "Советское радио", 1968 г., с. 157...239. - аналог.

3. Инфракрасные системы обнаружения, пеленгации и автоматического сопровождения движущихся объектов. Криксунов Л.З., Усольцев И.Ф., М., "Советское радио", 1968 г., с. 176...179. - прототип.

4. Теоретические основы оптико-электронных приборов: Учебное пособие для приборостроительных ВУЗов. Мирошников М.М. - 2-е изд., перераб. и допол. - Л., Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1983. - 696 с., ил.

Изобретение относится к измерительной технике. Технический результат - увеличение числа определяемых информативных параметров точечных объектов. Оптико-электронный координатор, содержащий объектив и окуляр телескопической системы, анализатор изображений, конденсор и приемник излучения. Новым решением в изобретении является поляризационный анализатор изображений, состоящий из 2 линейных поляризаторов, причем первый поляризатор выполнен в виде 3 полосок поляризационной пленки, нанесенных на вращающуюся клиновую пластину через 45^o, а второй поляризатор установлен неподвижно. 3 ил.

Оптико-электронный координатор, содержащий обтекатель, оптическое излучение после которого проходит объектив и окуляр телескопической системы, анализатор изображений, конденсор и попадает на приемник излучения, отличающийся тем, что анализатор изображений выполнен в виде 2 линейных поляризаторов, причем первый выполнен в виде 3 полосок поляризационной пленки, нанесенных на вращающуюся клиновую пластину вдоль ее радиуса через 45^o, а второй поляризатор установлен неподвижно.