СИСТЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ Российский патент 2001 года по МПК B63B49/00 G01C3/00 

Изобретение относится к области телевизионной техники и может быть использовано в навигационных системах и в системах предупреждения столкновений судов.

Известна система определения дальности, описанная в книге "Радиотехнические системы", Ю.М.Казаринов, М., Высшая школа, 1990, стр.183, рис.7.1.

В ней для определения дальности используется угломерный метод. При этом может быть использован и телевизионный датчик, который по углу между направлениями на два объекта, расстоянием между объектами и расположениями объектов определяет дальность до объектов.

В качестве объектов наблюдения могут быть использованы два края одного и того же неподвижного объекта. Однако дальность не может быть определена, если не известно расположение объекта.

Известна система определения размеров и дальности, описанная в книге А. Е. Гершберг "Электронные глаза телевидения", Массовая радиобиблиотека, 1989 г. , М., Радио и связь, вып.1137, стр.21,22,75. Эта система используется как прототип данного изобретения. В ней с помощью телевизионного датчика определяется ширина огненной полосы горячего металла, которая наблюдается на видеоконтрольном устройстве. При этом телевизионный датчик расположен на известном расстоянии от полосы. С помощью рабочего селектора автоматически выделяется полезный сигнал, соответствующий ширине полосы, который отличается от уровней его окружающих. Ширина полосы занимает определенную часть поля зрения телевизионного датчика. Следовательно, по известной дальности определяется и размер объекта. Поэтому, по известному размеру объекта может быть так же определена и дальность, что используется в навигации и артиллерии. При этом размер объекта (например, высота корабля), поле зрения телевизионного датчика, длительность видеосигнала от объекта вводятся с панели выдачи данных в вычислитель, который вычисляет дальность методом соотношения сторон, углов треугольника. Она отображается на индикаторе дальности. Однако точность определения дальности до объекта уменьшается, если размер его неизвестен и определяется визуально и если изменяется положение объекта, то есть он наклоняется или поворачивается, в частности, во время качки.

С помощью предлагаемой системы увеличивается точность определения дальности.

Достигается это тем, что используется в качестве объекта наблюдения контрастный шар с фиксированным размером и вводится анализатор диаметра шара, блок из двух преобразователей координат в напряжение и следящее устройство, при этом выход амплитудного селектора через анализатор диаметра шара соединен с третьим входом вычислителя и с входом координатора центра шара, первый и второй выходы которого через блок из двух преобразователей координат в напряжение соединены с первым и вторым входами следящего устройства, жестко связанного с телевизионным датчиком.

На чертеже и в тексте приняты следующие обозначения:
1 - контрастный шар с фиксированным размером;
2 - телевизионный датчик;
3 - видеоконтрольное устройство;
4 - следящее устройство;
5 - амплитудный селектор;
6 - блок из двух преобразователей координат в напряжение;
7 - анализатор диаметра шара;
8 - координатор центра шара;
9 - вычислитель;
10 - панель выдачи данных;
11 - индикатор дальности,
при этом оптический выход контрастного шара с фиксированным размером 1 имеет оптическую связь по выходу с оптическим входом телевизионного датчика 2, выход которого соединен с входом видеоконтрольного устройства 3 и через амплитудный селектор 5, анализатор диаметра шара 7 с входом координатора центра шара 8 и третьим входом вычислителя 9, первый и второй входы которого соединены с первым и вторым выходами панели выдачи данных 10, выход которого соединен с входом индикатора дальности 11, а первый и второй выходы координатора центра шара 8 соединены через блок из двух преобразователей координат в напряжение 6 с первым и вторым входами следящего устройства 4, жестко связанного с телевизионным датчиком 2.

Устройство работает следующим образом.

С помощью телевизионного датчика 2 осуществляется наблюдение за другими судами, двигающимися встречным курсом.

Предварительно осуществляется определение грубой дальности с помощью видеоконтрольного устройства 3. При этом определяется размер отображения высоты судна по количеству меток на экране, пересекающих ее, и визуально определяется размер высоты судна. Эти данные вместе с величиной поля зрения телевизионного датчика вводятся с панели выдачи данных 10 в вычислитель 9, который методом соотношения сторон и углов треугольника вычисляет дальность, отображающуюся на индикаторе дальности 11.

Для более точного определения дальности на судах устанавливается контрастный шар с фиксированным размером 1, который крепится к верхней части надстройки. Контрастный шар имеет строго постоянный диаметр, например 0,5 м или 1 м, и должен быть изготовлен из прозрачного материала для осуществления свечения в ночное время.

Световая энергия от контрастного шара 1 поступает в телевизионный датчик 2 наблюдающего судна. Отображение контрастного шара наблюдается на видеоконтрольном устройстве 3. Размер его регулируется изменением угла поля зрения телевизионного датчика 2. Характерной особенностью шара является то, что независимо от положения судна, которое может меняться в связи с качкой или изменением курса, размер его отображения, то есть его диаметр не меняется. Поэтому на разных направлениях наблюдения размер контрастного шара один и тот же. Следовательно, на одних и тех же дальностях на разных направлениях размер отображения контрастного шара 1 на видеоконтрольном устройстве 3 будет постоянным. В ночное время контрастный шар светится благодаря включению электрической лампочки, находящейся внутри шара. Поэтому обеспечивается его обнаружение и в ночное время, которое может осуществляться и автоматически.

Таким образом, размер отображения диаметра контрастного шара с фиксированным размером 1 при постоянном поле зрения телевизионного датчика 2 есть величина, обратно пропорциональная дальности. С выхода телевизионного датчика 2 видеосигналы поступают в амплитудный селектор 5, который выделяет видеосигналы, отличные от сходственных окружающих уровней. Это может обеспечиваться расположением контрастного шара выше других надстроек на наблюдаемом судне. Анализатор 7 диаметра шара выделяет последовательность видеосигналов, характерных для шара, и определяет наиболее длительный видеосигнал, соответствующий диаметру шара.

(Примеры исполнения таких анализаторов, автоматически выделяющих объекты по их известной конфигурации, представлены, например, в книгах Барсуков и др. "Телевизионные системы летательных аппаратов". М.,1979 г., и А.Е. Гершберг "Электронные глаза телевидения". М.: Радио и связь, выпуск 1137, 1989 г. , стр.36, рис.22).

Код видеосигнала, соответствующий размеру отображения диаметра контрастного шара, с выхода анализатора диаметра шара поступает в вычислитель 9, куда также поступают с панели выдачи данных код поля зрения телевизионного датчика 2 и код, соответствующий размеру диаметра контрастного шара с фиксированным размером 1. В результате вычислитель 9 на основании соотношения сторон треугольника определяет дальность до контрастного шара. (Пример исполнения такого вычислителя, который может входить в состав бортовой ЭВМ, представлен, например, в книге "Радиотехнические системы". 1990 г., М., Высшая школа - Казаринов Ю.М., стр.481, рис. 22.21).

Значение дальности до судна отображается на индикаторе дальности 1.

Для осуществления слежения координатор центра шара 8 выделяет середину видеосигнала, поступающего с анализатора диаметра шара 7, и определяет строчные и кадровые координаты этой середины, являющейся центром шара. В блоке из двух преобразователей кода в напряжение 6 осуществляется преобразование строчных и кадровых координат центра шара в соответствующие напряжения, которые поступают в следящее устройство 4.

(Пример исполнения координатора представлен, например, в книге Барсуков и др. "Телевизионные системы летательных аппаратов". М., 1979 г., а преобразователей кода в напряжение -- в книге Г.Н.Горбачев, Е.Е.Чаплыгин "Промышленная электроника". М., Энергоатомиздат, 1988 г., стр.166).

Следящее устройство 4 на основании поступающих напряжений на его вход осуществляет автоматическое удержание в центре поля зрения телевизионного датчика 2 контрастного шара с фиксированным размером 1. Следовательно, осуществляется автоматический захват контрастного шара телевизионным датчиком 2.

(Пример исполнения следящего устройства представлен, например, в книге "Радиотехнические системы". Ю.М.Казаринов. М., Высшая школа, 1990 г., стр. 400, рис. 18.13 и 18.14).

Точность определения дальности зависит от разрешающей способности передающей трубки телевизионного датчика 2.

С уменьшением поля зрения телевизионного датчика 2 точность определения дальности увеличивается. Например, при уменьшении поля зрения телевизионного датчика 2 в процессе слежения за контрастным шаром 1 до 20 минут на расстоянии 5 км точность определения дальности составляет 15 метров. В ночное время дальность определяется с помощью светящегося контрастного шара 1.

Предлагаемое устройство может быть использовано в судовых навигационных системах при отсутствии радиолокатора или его неэффективности (например, в ближней зоне, в узкостях или при наличии мешающих объектов). В связи с этим его можно использовать при судовождении и на внутренних водных путях.

Телевизионный датчик при установке на берегу может быть использован для контроля передвижения судов в портах и узкостях.

Система может быть использована также и для предупреждения столкновений поездов.

Изобретение относится к области телевизионной техники и может быть использовано в навигационных системах и системах предупреждения столкновения судов. В системе определения дальности используется в качестве объекта наблюдения контрастный шар с фиксированным размером и вводится анализатор диаметра шара, координатор центра шара, блок из двух преобразователей координат в напряжение и следящее устройство, при этом выход амплитудного селектора через анализатор диаметра шара соединен с третьим входом вычислителя и входом координатора центра шара, первый и второй выходы которого через блок из двух преобразователей координат в напряжение соединены с первым и вторым входами следящего устройства, жестко связанного с телевизионным датчиком. Технический результат: увеличение точности определения дальности до судна. 1 ил.

Система определения дальности, состоящая из телевизионного датчика, видеоконтрольного устройства, амплитудного селектора, вычислителя, панели выдачи данных и индикатора дальности, где выход телевизионного датчика соединен с входами видеоконтрольного устройства и амплитудного селектора, а первый и второй выходы панели выдачи данных соединены с первым и вторым входами вычислителя, имеющего выход, соединенный с входом индикатора дальности, отличающаяся тем, что используется в качестве объекта наблюдения контрастный шар с фиксированным размером и вводится анализатор диаметра шара, координатор центра шара, блок из двух преобразователей координат в напряжение и следящее устройство, при этом выход амплитудного селектора через анализатор диаметра шара соединен с третьим входом вычислителя и с входом координатора центра шара, первый и второй выходы которого через блок из двух преобразователей координат в напряжение соединены с первым и вторым входами следящего устройства, жестко связанного с телевизионным датчиком.