СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ Российский патент 2001 года по МПК G01C3/08 

Изобретение относится к измерению дальности с помощью дальномеров, использующих для измерения дальности отраженную от цели лучевую энергию. Изобретение может использоваться и в подсветчиках целей для самонаводящихся снарядов.

Известен способ измерения дальности, заключающийся в периодическом излучении электромагнитной энергии в направлении цели и синхронном приеме отраженного от нее излучения. На основе этого способа реализованы, например, лазерные дальномеры, описанные в [1-4].

Вследствие рассеяния и поглощения излучения в атмосфере, а также малых коэффициентов отражения целей (обычно не превышающих 20%) при таком способе измерения дальности используются высокоэнергетические излучатели и высокочувствительные фотоприемные устройства (ФПУ). При использовании данного способа имеется опасность выхода из строя ФПУ дальномера. Это может произойти в том случае, если в створ излучения попадет поверхность с зеркальным характером отражения излучения на рабочей длине волны. Это явление используется для противодействия дальномеру при помощи уголковых отражателей, расположенных непосредственно на объекте. Посредством таких отражателей осуществляется практически полное возвращение излучения, грозящее выведением дальномера из строя. Известные способы измерения дальности не позволяют произвести измерение дальности до объекта, оказывающего упомянутый способ противодействия.

Задачей изобретения является создание автоматизированного способа измерения дальности, позволяющего измерять дальность до объектов как с естественным, так и зеркальным характером отражения излучения дальномера и предотвращающего выход дальномера из строя при таких измерениях.

Для решения поставленных задач предлагается способ измерения дальности, основанный на циклическом излучении электромагнитной энергии в направлении цели и синхронном приеме отраженного от нее излучения. Предлагаемый способ отличается тем, что в начале измерений определяют и устанавливают уровень излучаемой электромагнитной энергии, определяют условия завершения или продолжения измерений и производят цикл измерения дальности, после чего при невыполнении условий завершения измерений изменяют уровень излучаемой электромагнитной энергии и производят повторный цикл или серию циклов измерения дальности. В предпочтительной реализации способа повторный цикл измерения дальности производят с максимальной энергией излучения.

Начальный уровень энергии выбирается исходя из отражающей способности цели и характеристик фотоприемного устройства дальномера.

Условием завершения измерений является получение одного или серии значений измеренной дальности. Другим условием завершения измерений является наличие зафиксированного сигнала отраженного излучения с заданными параметрами.

Уровень электромагнитной энергии изменяют предпочтительно путем изменения мощности накачки лазера в канале излучения лазерного дальномера.

Начальный уровень энергии может устанавливаться путем искусственно вводимого ослабления максимальной излучаемой энергии дальномера, например - с помощью светофильтров или диафрагм, и далее изменяться коэффициент ослабления. Начальный уровень энергии выбирается исходя из отражающей способности цели и характеристик фотоприемного устройства дальномера таким, чтобы при стандартном коэффициенте отражения цели отраженный импульс не превышал порога чувствительности ФПУ. Необходимость получения единичного замера дальности определяет следующий дальнейший порядок действий.

После завершения цикла измерений анализируется результат на выполнение условий завершения или продолжения измерений. По результатам анализа либо завершают измерения, либо изменяют установленный уровень излучаемой электромагнитной энергии и производят повторный цикл измерения с повышенной энергией излучения.

Повторное измерение не производится, если при предыдущем измерении получен результат измерений (значение измеренной дальности), что свидетельствует о наличии зафиксированного ФПУ отраженного от цели излучения даже при малом уровне излучаемой энергии. Такой результат говорит о том, что цель имеет повышенный коэффициент отражения (ОПАСНАЯ ЦЕЛЬ) и проведение повторного измерения с повышенным уровнем энергии излучения может привести к выходу из строя ФПУ дальномера. В данном случае цель измерений (получение значения измеренной дальности) достигнута, поэтому проведения повторного цикла и не требуется.

В дальномерах, использующих режим стробирования, на выходе ФПУ может присутствовать сигнал отраженного излучения от постороннего ОПАСНОГО объекта, попадающего в створ луча, но находящегося в стробе. В таком случае, хотя мы можем и не получить значения измеренной дальности, мы не можем производить повторное измерение с повышенным уровнем энергии излучения из-за возможного повреждения ФПУ отражением от ОПАСНОГО объекта, поэтому рекомендуется произвести перенацеливание. Для этого случая в качестве условия прекращения измерений предусмотрено наличие зафиксированного фотоприемным устройством сигнала отраженного излучения от любого объекта в самом широком диапазоне дальностей.

Повторное измерение производится в том случае, если в результате первого измерения ФПУ не зафиксировало отраженного излучения. Такой результат говорит о том, что все объекты в створе луча имеют обычный коэффициент отражения и для получения значения измеренной дальности необходимо произвести измерение с повышенным уровнем энергии.

При проведении анализа, в качестве условия прекращения измерений, может учитываться не только наличие зафиксированного сигнала отраженного излучения или наличие измеренного значения дальности - могут рассматриваться параметры полученных при проведении цикла сигналов (на соответствие предварительно заданным величинам). Могут анализироваться параметры как самого отраженного сигнала, так и сигналов, преобразованных из него путем обработки. В простейшем случае может анализироваться уровень отраженного сигнала.

Вышеописанная логика измерений предполагает получение единичных замеров дальности с проведением анализа результата после каждого второго цикла. При необходимости проведения серии измерений (режим работы дальномера - СЕРИЯ) логика меняется.

Режим СЕРИЯ используется в дальномерах для определения скорости и траектории движения объектов. Кроме того, режим СЕРИЯ применяется при использовании дальномера в качестве подсветчика цели для самонаводящихся снарядов. В режиме СЕРИЯ посылки излучения производятся с постоянной частотой, порядок которой может достигать нескольких десятков герц. В таком случае проведение анализа и изменение уровня энергии на каждый второй цикл излучения приведет к снижению точности измерения динамических характеристик цели и ухудшению частотных характеристик дальномера.

При серийной работе предлагается использовать следующий порядок измерения дальности. После проведения первого цикла серии, произведенного с установленным уровнем энергии, анализируют результат, и по результатам анализа все последующие до конца серии циклы измерений производят либо с неизменным уровнем энергии, либо с измененным. Если в первом цикле получен результат измерения, то все последующие до конца СЕРИИ циклы измерения проводят с неизменным уровнем энергии. Если же в первом цикле на ФПУ не зафиксировано сигнала отраженного излучения, то все последующие до конца СЕРИИ циклы производят с повышенным уровнем энергии (без ослабления). Можно использовать и ступенчатое изменение энергии от цикла к циклу в течение СЕРИИ.

Отметим, что если дальномер используется в качестве подсветчика цели для самонаводящихся снарядов, при таком способе возможно ослабление только отраженной энергии (на входе ФПУ), иначе произойдет падение энергетического потенциала на входе приемного устройства самонаводящегося снаряда. Далее, поскольку при ПОДСВЕТЕ цели иногда бывает достаточно одного измерения дальности (например, если цель неподвижна), то можно использовать и следующий способ: если в первом цикле не получено результата измерений, то второй цикл производят без ослабления энергии, а все последующие до конца СЕРИИ циклы с ослаблением энергии. Такой способ защитит дальномер-подсветчик от возникновения противодействия (выставления уголковых отражателей) в процессе цикла ПОДСВЕТА.

Заявляемый способ предпочтительно реализуется при помощи импульсного лазерного дальномера, в котором уровень излучаемой энергии легко изменяется с помощью изменения энергии накачки лазера. Реализация способа с помощью механически вводимого ослабителя имеет свои недостатки: механические элементы могут вносить задержки в работу и приводить к снижению надежности и ресурса дальномера.

Упрощенная структурная схема импульсного лазерного дальномера, позволяющего осуществить одну из возможных реализаций заявляемого способа, представлена на чертеже.

В первом цикле измерения блок управления (БУ) устанавливает в блоке питания (БП) пониженный уровень накачки лазерного излучателя (ЛИ). По сигналу ЗАПУСК с блока управления блок питания излучателя вырабатывает сигнал ПОДЖИГА, по которому лазер вырабатывает световой импульс, излучаемый в направление цели. Часть энергии излучения заводится на фотоприемное устройство (ФПУ) в качестве стартового импульса, где преобразуется в электрический сигнал СТАРТ. При повышенном уровне отражения от цели ФПУ зафиксирует отраженный лазерный импульс, преобразуя его в электрический сигнал СТОП. Сигналы СТАРТ и СТОП с ФПУ поступают на блок управления и на измеритель временных интервалов (ИВИ). ИВИ измеряет временной интервал между импульсами СТАРТ и СТОП и переводит его в код дальности, который поступает на выход дальномера. По получении сигнала СТАРТ блок управления анализирует наличие сигнала СТОП и принимает решение об изменении уровня накачки лазера в следующем цикле измерения. Величина накачки в первом цикле излучения подбирается таким образом, чтобы при нормальном уровне отражения от цели отраженный импульс не превышал порога чувствительности ФПУ. В таком случае, отсутствие сигнала СТОП на входе будет являться для БУ сигналом к повышению уровня накачки в следующем цикле измерения.

Источники информации
1. Унифицированный лазерный бинокль-дальномер модульной конструкции, индекс 1Д18. Паспорт АЭП 36.48.077 ПС, 1991 г.

2. International Defense Review, 1975, 8, # 5.

3. International Defense Review, 1978, 11, # 1.

4. Defense Material, 1979, 4, # 1.

Изобретение относится к измерению дальности с помощью дальномеров, использующих отраженную от цели лучевую энергию. Способ основан на циклическом излучении электромагнитной энергии в направлении цели и синхронном приеме отраженного от нее излучения, где определяется и устанавливается уровень излучаемой электромагнитной энергии, определяются условия завершения измерений и производится цикл измерения дальности, после чего при невыполнении условий завершения измерений изменяется уровень излучаемой электромагнитной энергии, предпочтительно - до максимального значения, и производятся повторно один или серия циклов измерения дальности. Уровень электромагнитной энергии измеряют путем изменения мощности накачки лазера в канале излучения лазерного дальномера. Технический результат - создание автоматизированного способа измерения дальности, позволяющего измерять дальность до объектов как с естественным, так и зеркальным характером отражения излучения дальномера и предотвращающего выход дальномера из строя при таких измерениях. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ измерения дальности, основанный на излучении электромагнитной энергии в направлении цели и синхронном приеме отраженного от нее излучения, отличающийся тем, что определяют и устанавливают уровень излучаемой электромагнитной энергии, определяют условия завершения измерений и производят цикл измерения дальности, после чего при невыполнении условий завершения измерений, изменяют установленный уровень излучаемой электромагнитной энергии и производят повторно один или серию циклов измерения дальности. 2. Способ измерения дальности по п.1, отличающийся тем, что после проведения одного повторного цикла измерения дальности при невыполнении условий завершения измерений вновь изменяют установленный уровень излучаемой электромагнитной энергии, предпочтительно до максимального значения, и вновь производят повторно один или серию циклов измерения дальности. 3. Способ измерения дальности по п.1 или 2, отличающийся тем, что уровень излучаемой электромагнитной энергии определяют, исходя из отражающей способности цели и характеристик фотоприемного устройства дальномера. 4. Способ измерения дальности по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что условием завершения измерений является получение одного или серии значений измеренной дальности. 5. Способ измерения дальности по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что условием завершения измерений является наличие зафиксированного сигнала отраженного излучения с заданными параметрами. 6. Способ измерения дальности по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что уровень электромагнитной энергии изменяют путем изменения мощности накачки лазера в канале излучения лазерного дальномера.