МНОГОКАНАЛЬНАЯ СИСТЕМА НАВЕДЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК F41G7/26 

Изобретение относится к технике оптического приборостроения и может быть использовано, в частности, при разработке многоканальных обзорно-поисковых систем, осуществляющих обнаружение цели в контролируемой зоне, ее выделение на различных фонах, определение ее координат и отслеживание, а также определение отдельных параметров движения цели, например дальности до нее.

Известны системы, осуществляющие поиск, обнаружение цели и измерение дальности до нее (см., например, патент США 432449, кл. G 01 В 11/26, F 41 G 7/00, G 01 I 1/20; патент РФ по заявке 97110183/28, кл. G 02 В 23/04, 23/20 от 16.06.97 и заявку РФ 2000103180/02, кл. G 01 В 11/26, F 41 G 7/26 от 08.02.2000).

Из известных систем наиболее близкой к заявляемой по технической сущности является многоканальная система наведения по вышеупомянутой заявке РФ 2000103180. Она содержит два канала наведения: телевизионный, работающий в видимом диапазоне длин волн, и инфракрасный, а также лазерный дальномер. При этом в инфракрасном канале применен фотоприемник, чувствительная площадка которого выполнена в виде линейки из N элементов, опрос которых осуществляется с постоянной частотой, кратной частоте сканирования плоского зеркала. Выходные сигналы телевизионного и инфракрасного каналов в ней используются для управления наведением на цель всего комплекса аппаратуры. Достоинством этой системы является то, что в ней предусмотрена возможность управления положением оптической оси дальномера по координатам цели, выработанных инфракрасным каналом обнаружения и наведения. Кроме этого, в ней, благодаря оригинальному способу спектроделения, достигнут достаточно большой коэффициент пропускания в пассивном и дальномерном каналах.

Но, несмотря на отмеченные достоинства, система не лишена и недостатков. Один из них вытекает из того факта, что при повороте плоского зеркала вокруг оси сканирующий луч, как и само сканирующее зеркало, движется с переменной скоростью (см. М. М. Мирошников. Теоретические основы оптико-электронных приборов. Л.: Машиностроение, 1977, с.61-63). К этому можно добавить появление люфтов из-за износа трущихся поверхностей. Вследствие этого в прототипе скорость движения сканирующего луча может не совпадать со скоростью опроса чувствительных элементов фотоприемника, в результате чего появится ошибка в определении координат цели. При этом ошибка тем больше, чем больше угол обзора оптической системы.

Второй недостаток прототипа состоит в том, что при увеличении количества чувствительных элементов, имеющих, как правило, разброс чувствительности от элемента к элементу, усложняется алгоритм обработки сигналов, увеличиваются габариты и возникают технологические трудности, вследствие чего снижается надежность, технологичность и быстродействие многоканальной системы в целом.

И наконец, третий недостаток заключается в ограничение спектрального диапазона управления положением оптической оси дальномера.

Таким образом, целью предлагаемого изобретения является повышение точности определения координат, расширение диапазона управления оптической осью дальномера и совершенствование технологичности многоканальной системы.

Поставленная цель достигается тем, что в известной многоканальной системе наведения, включающей в себя лазерный дальномер, содержащий последовательно расположенные источник излучения, первое и второе плоские зеркала с приводом вращения каждое и первый объектив, и по меньшей мере, два канала обнаружения, один из которых выполнен телевизионным, а другой инфракрасным, при этом отражающие поверхности первого и второго зеркал обращены друг к другу и расположены под углом к оптической оси первого объектива, а инфракрасный канал содержит второй объектив, оптически сопряженный через плоское сканирующее зеркало с оптическим входом N-элементного фотоприемника, блок выработки координат и датчик положения сканирующего зеркала, при этом первый и второй выходы блока выработки координат соединены с первым и вторым входами ключа соответственно, первый и второй выходы телевизионного канала обнаружения соединены с третьим и четвертым входами ключа соответственно, выход ключа соединен со входом привода слежения, а управляющий вход ключа соединен со входом блока управления, дополнительно введен аналого-цифровой преобразователь, при этом (1...N)-й выход N-элементного фотоприемника соединен с соответствующим входом аналого-цифрового преобразователя, дополнительный вход которого соединен с выходом датчика положения сканирующего зеркала, первый и второй выход ключа дополнительно соединен с приводом вращения первого и второго зеркала соответственно.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого изобретения, где приняты следующие обозначения:
1 - телевизионный канал обнаружения предназначен для определения координат цели в видимом диапазоне длин волн, при этом диаметр входного зрачка приемного объектива D_тв= 90 мм, а фокусное расстояние f_тв = 200 мм, и может быть выполнен по одной из схем, приведенных в справочнике Авиационные системы информации. Под ред. Л.З. Криксунова. - М.: Машиностроение, 1985, с. 162-167;
2 - лазерный дальномер предназначен для измерения расстояний до 40 км с точностью (3. . .5) м и может быть выполнен по одной из схем, приведенных в вышеназванном справочнике под ред. Л.З. Криксунова на с.5-28,
3 - источник излучения предназначен для облучения наблюдаемой цели и может быть выполнен на базе твердотельного лазера на основе YAG, имеющего световой пучок диаметром (8...10) мм;
4 и 5 - первое и второе плоские зеркала соответственно предназначены для отклонения лазерного излучения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях;
6 - первый объектив предназначен для коллимирования лазерного излучения и может быть выполнен в виде телескопической системы с диаметром входного зрачка D_вх= 12 мм, диаметром выходного зрачка D_вых=85 мм и увеличением Г= 0,14;
7 - инфракрасный канал обнаружения предназначен для обнаружения и определения координат цели в контролируемом пространстве, имеющей тепловой контраст, например, в спектральном диапазоне (3...5) мкм или (8...13) мкм;
8 - второй объектив предназначен для приема инфракрасного излучения цели и фокусировки его на чувствительные площадки фотоприемника 10 и может быть выполнен в виде зеркала с диаметром входного окна D_вх=250 мм, фокусным расстоянием f=360 мм и полем зрения 1,5^oх1,5^o;
9 - плоское зеркало предназначено для сканирования поля зрения объектива 8 в плоскости, перпендикулярной линейке фотоприемников 10, и может быть выполнено со световым диаметром примерно 125 мм;
10 - N-элементный фотоприемник предназначен для преобразования инфракрасного излучения цели в электрический сигнал и может быть выполнен в виде линейки из 192 чувствительных элементов (см. патент США 4221966, кл. G 01 J 1/00 от 09.09.1980), при этом линейка расположена в плоскости чертежа;
11 - аналого-цифровой преобразователь предназначен для усиления и преобразования аналоговых сигналов в сигналы, квантованные по времени и амплитуде, и может быть выполнен на микросхемах типа 1108П1А и К140УД284;
12 - блок выработки координат по сути дела является цифровым процессором обработки сигналов и предназначен для цифро-аналогового преобразования сигналов, квантованных но времени и амплитуде, и выработки координат, и может быть выполнен на микросхеме типа TMS320C50;
13 - датчик положения сканирующего зеркала представляет собой оптико-электронное устройство на базе однокоординатного фотоэлектрического автоколлиматора с погрешностью измерения не более 20 угл. сек;
14 - электронный ключ предназначен для переключения телевизионного и инфракрасного каналов и может быть выполнен на базе мультиплексоров серии 1553.

Работает предлагаемое изобретение следующим образом.

Допустим, что не нарушает общности рассуждений, цель попала в поле зрения телевизионного 1 и инфракрасного 7 каналов обнаружения и что контраст между ней и окружающим ее фоном в обоих каналах присутствует. Тогда координаты U_xт и U_ут цели с первого и второго выходов телевизионного канала поступают на третий и четвертый входы ключа 14, который находится в разомкнутом состоянии.

В инфракрасном канале обнаружения излучение цели улавливается объективом 8 и после отражения от плоского зеркала 9 фокусируется на чувствительной площадке N-элементного фотоприемника 10. Плоское зеркало 9 колеблется вокруг оси ОМ, лежащей в плоскости чертежа, и тем самым осуществляет сканирование поля зрения в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа.

С выхода фотоприемника 10 сигнал поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 11, где он усиливается и преобразуется из аналогового в цифровой, т. е. дискретизируется и квантуется. При этом здесь, в отличие от прототипа, где процесс квантования осуществлялся с постоянной частотой, равной частоте колебания плоского зеркала 9, этот процесс управляется выходными сигналами датчика положения сканирующего зеркала. Выходные сигналы цифроаналогового преобразователя 11 поступают на вход блока выработки координат 12, где преобразуется из цифрового в аналоговый сигнал, несущий информацию о координатах U_хи и U_уи обнаруженной цели в инфракрасном канале. Сигналы U_хи и U_уи поступают на первый и второй вход уже упомянутого ключа 14, управление работой которого осуществляется автоматически или вручную с помощью оператора. С выхода ключа 14 сигналы телевизионного или инфракрасного каналов обнаружения поступают на входы приводов зеркал 4 и 5 и привода слежения всего комплекса аппаратуры.

Техническая эффективность предлагаемого изобретения достаточно очевидна и состоит в повышении точности выработки координат при возможной нестабильности частоты колебания сканирующего зеркала и расширении спектрального диапазона работы многоканальной системы наведения.

Изобретение относится к технике оптического приборостроения и может быть использовано при разработке многоканальных обзорно-поисковых систем. Технический результат изобретения заключается в повышении точности определения и координат и расширении диапазона управления оптической осью дальномера. Многоканальная система наведения содержит два канала обнаружения: телевизионный и инфракрасный дальномер, а также расположенный между фотоприемником и блоком определения координат АЦП, управляемый выходными сигналами датчика положения сканирующего зеркала. 1 ил.

Многоканальная система наведения, включающая в себя лазерный дальномер, содержащий последовательно расположенные источник излучения, первое и второе плоские зеркала с приводом вращения каждое и первый объектив и, по меньшей мере, два канала обнаружения, один из которых выполнен телевизионным, а другой - инфракрасным, при этом отражающие поверхности первого и второго зеркал обращены друг к другу и расположены под углом к оптической оси первого объектива, инфракрасный канал содержит второй объектив, оптически сопряженный через плоское сканирующее зеркало с оптическим входом N-элементного фотоприемника, блок выработки координат и датчик положения сканирующего зеркала, а также ключ, управление работой которого осуществляется автоматически или с помощью оператора, отличающаяся тем, что в нее введен аналого-цифровой преобразователь, при этом выходы с первого по N-ный N-элементного фотоприемника соединены с соответствующими входами аналого-цифрового преобразователя, управляющий вход которого соединен с выходом датчика положения сканирующего зеркала, выход аналого-цифрового преобразователя соединен со входом блока выработки координат, первый и второй выходы блока выработки координат соединены с первым и вторым входами ключа, третий и четвертый входы которого соединены с первым и вторым выходами телевизионного канала обнаружения соответственно, а первый и второй выходы ключа соединены с первым и вторым входами привода слежения и с приводами вращения первого и второго плоских зеркал соответственно.