ЭЛЕКТРОННО-ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВЫХ КООРДИНАТ БЫСТРО ДВИЖУЩИХСЯ ОБЪЕКТОВ Российский патент 2008 года по МПК G01S7/40 

Изобретение относится к технике измерений, может использоваться в геодезическом приборостроении и локации и предназначено преимущественно для измерения угловых координат быстро движущихся объектов, например летательных аппаратов.

Известен электронный теодолит, содержащий пульт управления и объектив канала наблюдения, установленный на опорно-поворотном устройстве, механизмы горизонтального и вертикального наведения которого содержат соответственно горизонтальный и вертикальный диски с кодовыми дорожками, оптически связанные с ними соответственно блок считывания с горизонтального диска и блок считывания с вертикального диска, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам преобразователя угол-код, выход которого соединен с входом цифрового табло [1].

Известный электронный теодолит обеспечивает высокую точность измерения угловых координат и удобство их считывания оператором при геодезических измерениях.

Однако известный электронный теодолит не позволяет выполнять дистанционные измерения угловых координат быстро движущихся объектов, поскольку оператор должен находиться в месте установки электронного теодолита и за один цикл измерения оператором угловых координат движущегося объекта в одной точке его траектории движения движущийся объект выходит из поля зрения оператора.

Технический результат состоит в обеспечении возможности выполнять дистанционные измерения угловых координат быстро движущихся объектов, например летательных аппаратов.

Для достижения указанного технического результата в электронно-цифровое устройство измерения угловых координат быстро движущихся объектов, содержащее пульт управления, опорно-поворотное устройство, механизмы горизонтального и вертикального наведения которого содержат соответственно горизонтальный и вертикальный диски с кодовыми дорожками, оптически связанные с ними соответственно блок считывания с горизонтального диска и блок считывания с вертикального диска, выход последнего из которых подключен к входу первого преобразователя угол-код, введены второй преобразователь угол-код, вход которого соединен с выходом блока считывания с горизонтального диска, видеоконтрольное устройство, устройство регистрации информации, блок формирования отсчетов, предназначенный для взятия вертикальных или горизонтальных отсчетов координат движущихся объектов в различных точках траектории их движения, блок управления и преобразования информации, предназначенный для формирования синхросигналов и преобразования кодовой информации с привязкой к системе единого времени, блок формирования синхросигналов, блок преобразования видеосигналов, предназначенный для выбора любого из поступающих на его вход видеосигналов или их комбинаций и преобразования для отображения на экране видеоконтрольного устройства, оптико-механические блоки канала наблюдения и канала юстировки, соответствующие оптически связанные с ними фотоприемные устройства канала наблюдения и канала юстировки, соответствующие видеоконтрольные адаптеры канала наблюдения и канала юстировки, единое основание составного канала наблюдения для установки оптико-механических блоков, закрепленное в опорно-поворотном устройстве и снабженное котировочными приспособлениями для его юстировки относительно осей вращения устройства, оптико-механические блоки канала наблюдения установлены на едином основании составного канала наблюдения и снабжены юстировочными приспособлениями для их юстировки относительно единого основания составного канала наблюдения, оптико-механический блок канала юстировки жестко закреплен в центре единого основания составного канала наблюдения, пульт управления выполнен дистанционным, его первый и второй выходы подключены к управляющим входам соответственно механизмов вертикального и горизонтального наведения, аналоговые выходы фотоприемных устройств канала наблюдения подключены к информационным входам соответствующих видеоконтрольных адаптеров канала наблюдения, цифровые выходы фотоприемных устройств канала наблюдения и канала юстировки соединены с первой входной шиной устройства регистрации информации, вторая входная шина которого подключена к цифровому выходу указанного блока управления и преобразования информации, третий вход которого является информационным входом устройства, а первый синхровыход соединен с входом блока формирования синхросигналов, первый выход которого подключен к входу указанного блока формирования отсчетов, второй выход - к синхровходам фотоприемных устройств канала наблюдения и канала юстировки, третий выход - к синхровходам видеоконтрольных адаптеров канала наблюдения и канала юстировки, выходы которых соединены с соответствующими информационными входами указанного блока преобразования видеосигналов, выход которого подключен к входу видеоконтрольного устройства, а синхровход - ко второму синхровыходу указанного блока управления и преобразования информации, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго преобразователей угол-код, управляющие входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам указанного блока формирования отсчетов, при этом передачу изображения, формируемого фотоприемным устройством канала юстировки, осуществляют посредством видеоконтрольного адаптера канала юстировки.

В предпочтительном варианте исполнения электронно-цифровое устройство измерения угловых координат быстро движущихся объектов содержит четыре оптико-механических блока канала наблюдения, четыре фотоприемных устройства канала наблюдения и четыре видеоконтрольных адаптера канала наблюдения.

Каждое фотоприемное устройство канала наблюдения или канала юстировки содержит матрицу фотодетекторов, оптические входы которой являются оптическим входом фотоприемного устройства канала наблюдения или канала юстировки, а выходы соединены с входной шиной устройства считывания информации, выход которого является аналоговым выходом фотоприемного устройства канала наблюдения или канала юстировки и подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого является цифровым выходом фотоприемного устройства канала наблюдения или канала юстировки, а синхровход соединен с синхровходом устройства считывания информации и является синхровходом фотоприемного устройства канала наблюдения или канала юстировки.

Указанный блок управления и преобразования информации содержит блок синхронизации, первый и второй выходы которого являются соответственно первым и вторым синхровыходами указанного блока управления и преобразования информации, преобразователь кодов, выход, первый и второй входы которого являются соответственно цифровым выходом, первым и вторым входами указанного блока управления и преобразования информации, а третий вход соединен с выходом преобразователя время-код, вход которого является третьим входом указанного блока управления и преобразования информации.

Видеоконтрольное устройство включает либо телевизионный монитор, либо жидкокристаллический монитор. Соответственно видеоконтрольный адаптер выполнен с возможностью формирования либо аналогового видеосигнала, либо цифрового видеосигнала.

Предлагаемое электронно-цифровое устройство измерения угловых координат быстро движущихся объектов обеспечивает достаточный угол поля зрения при дистанционных измерениях угловых координат быстро движущихся объектов, например летательных аппаратов, при использовании составного канала наблюдения, формирующего общее поле обзора за счет применения нескольких, например четырех, оптически сопряженных отдельных каналов наблюдения. При этом обеспечивается требуемая точность измерения угловых координат быстро движущихся объектов за счет повышения точности юстировки составного канала наблюдения.

В результате достигается положительный технический результат - обеспечение возможности выполнять дистанционные измерения угловых координат быстро движущихся объектов, например летательных аппаратов.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включая поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного технического решения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам заявленного технического решения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков заявленного электронно-цифрового устройства измерения угловых координат быстро движущихся объектов, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует критерию "новизна".

Проведенный заявителем дополнительный поиск не выявил известные решения, содержащие признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного электронно-цифрового устройства измерения угловых координат быстро движущихся объектов. Следовательно, заявленное техническое решение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного технического решения преобразований для достижения технического результата. Заявленное техническое решение не основано на изменении количественного признака (признаков), представлении таких признаков во взаимосвязи, либо изменении ее вида. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемое электронно-цифровое устройство измерения угловых координат быстро движущихся объектов может быть реализовано с помощью известных функциональных элементов.

На чертеже приведена функциональная схема предпочтительного варианта исполнения заявленного электронно-цифрового устройства измерения угловых координат быстро движущихся объектов.

Электронно-цифровое устройство измерения угловых координат быстро движущихся объектов содержит четыре оптико-механических блока 1, 2, 3 и 4 канала наблюдения и оптико-механический блок 5 канала юстировки, оптически сопряженные соответственно с четырьмя фотоприемными устройствами 6, 7, 8 и 9 канала наблюдения и фотоприемным устройством 10 канала юстировки, четыре видеоконтрольных адаптера 11, 12, 13 и 14 канала наблюдения и видеоконтрольный адаптер 15 канала юстировки, устройство 16 регистрации информации, блок 17 преобразования видеосигналов, предназначенный для выбора любого из поступающих на его вход видеосигналов или их комбинаций и преобразования для отображения на экране видеоконтрольного устройства, блок 18 формирования синхросигналов, блок 19 управления и преобразования информации, предназначенный для формирования синхросигналов и преобразования кодовой информации с привязкой к системе единого времени, блок 20 формирования отсчетов, предназначенный для взятия вертикальных или горизонтальных отсчетов координат движущихся объектов в различных точках траектории их движения, первый и второй преобразователи 21 и 22 угол-код, блоки 23 и 24 считывания с вертикального и горизонтального дисков, опорно-поворотное устройство 25, механизм 26 вертикального наведения, который содержит вертикальный диск 27 с кодовой дорожкой, механизм 28 горизонтального наведения, который содержит горизонтальный диск 29 с кодовой дорожкой, пульт 30 дистанционного управления и видеоконтрольное устройство 31.

Единое основание составного канала наблюдения для установки оптико-механических блоков закреплено в опорно-поворотном устройстве 25 и снабжено юстировочными приспособлениями для его юстировки относительно осей вращения устройства. Оптико-механические блоки 1, 2, 3 и 4 канала наблюдения установлены на едином основании составного канала наблюдения, снабжены юстировочными приспособлениями для их юстировки относительно единого основания составного канала наблюдения, оптически связаны с соответствующими фотоприемными устройствами 6, 7, 8 и 9 канала наблюдения и образуют общее поле обзора составного канала наблюдения устройства. Оптико-механический блок 5 канала юстировки жестко закреплен в центре единого основания составного канала наблюдения.

Вертикальный и горизонтальный диски 27 и 29 с кодовыми дорожками механизмов 26 и 28 вертикального и горизонтального наведения опорно-поворотного устройства 25 оптически связаны с блоками 23 и 24 считывания соответственно с вертикального и горизонтального дисков, выходы которых подключены к входам соответственно первого и второго преобразователей 21 и 22 угол-код, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами указанного блока 19 управления и преобразования информации, а их управляющие входы подключены соответственно к первому и второму выходам указанного блока 20 формирования отсчетов, вход которого соединен с первым выходом блока 18 формирования синхросигналов. Первый и второй выходы пульта 30 дистанционного управления подключены к управляющим входам соответственно механизмов 26 и 28 вертикального и горизонтального наведения. Второй выход блока 18 формирования синхросигналов подключен к синхровходам фотоприемных устройств 6, 7, 8 и 9 канала наблюдения и фотоприемного устройства 10 канала юстировки, цифровые выходы которых подключены к первой входной шине устройства 16 регистрации информации, вторая входная шина которого соединена с цифровым выходом указанного блока 19 управления и преобразования информации, третий вход которого является информационным входом устройства. Третий выход блока 18 формирования синхросигналов подключен к синхровходам видеоконтрольных адаптеров 11, 12, 13 и 14 канала наблюдения и видеоконтрольного адаптера 15 канала юстировки, выходы которых соединены с соответствующими информационными входами указанного блока 17 преобразования видеосигналов, выход которого подключен к входу видеоконтрольного устройства 31, а синхровход - ко второму синхровыходу указанного блока 19 управления и преобразования информации, первый синхровыход которого соединен с входом блока 18 формирования синхросигналов.

Видеоконтрольное устройство 31 включает либо телевизионный монитор, либо жидкокристаллический монитор. Соответственно видеоконтрольные адаптеры 11, 12, 13 и 14 канала наблюдения и видеоконтрольный адаптер 15 канала юстировки выполнены с возможностью формирования либо аналогового видеосигнала, либо цифрового видеосигнала.

Предлагаемое электронно-цифровое устройство измерения угловых координат быстро движущихся объектов обеспечивает возможность выполнять дистанционные измерения угловых координат быстро движущихся объектов, например летательных аппаратов, с высокой точностью за счет повышения точности юстировки составного канала наблюдения, формирующего общее поле обзора с помощью нескольких, например четырех, оптически сопряженных отдельных каналов наблюдения.

Устройство работает следующим образом.

Электронно-цифровое устройство измерения угловых координат быстро движущихся объектов устанавливают и горизонтируют в точке стояния, видеоконтрольное устройство 31 и пульт 30 дистанционного управления размещают на необходимом для решения задач измерений расстоянии в месте нахождения оператора.

Передачу изображений, формируемых фотоприемными устройствами 6, 7, 8 и 9 канала наблюдения и фотоприемным устройством 10 канала юстировки и отображение их на стандартном видеоконтрольном устройстве 31 осуществляют посредством видеоконтрольных адаптеров 11, 12, 13 и 14 канала наблюдения и видеоконтрольного адаптера 15 канала юстировки и блока 17 преобразования видеосигналов, который позволяет осуществить выбор любого из поступающих на его вход видеосигналов или их комбинаций и отображать на экране видеоконтрольного устройства 31 изображение, формируемое фотоприемным устройством 10 канала юстировки, любым из фотоприемных устройств 6, 7, 8 и 9 канала наблюдения или комбинационное изображение из этих изображений.

Блок 18 формирования синхросигналов синхронизирует работу всех фотоприемных устройств 6, 7, 8 и 9 канала наблюдения и фотоприемного устройства 10 канала юстировки, а также видеоконтрольных адаптеров 11, 12, 13 и 14 канала наблюдения и видеоконтрольного адаптера 15 канала юстировки и обеспечивает установку заданного стандарта (частоту кадров, число строк и число элементов на строке) при формировании видеосигнала для видеоконтрольного устройства 31.

Перед началом измерений осуществляют юстировку составного канала наблюдения устройства, формирующего общее поле обзора за счет применения нескольких, например четырех, оптически сопряженных отдельных каналов наблюдения. Для этого наводят оптико-механический блок 5 канала юстировки на репер. Вначале изображение репера, расположенного в реперной точке, проецируют через оптико-механический блок 5 канала юстировки на фотоприемное устройство 10 канала юстировки и передают посредством видеоконтрольного адаптера 15 канала юстировки и указанного блока 17 преобразования видеосигналов на экран видеоконтрольного устройства 31. Это обеспечивает возможность юстировки канала юстировки совместно с единым основанием составного канала наблюдения относительно осей вращения устройства, которую выполняют с помощью котировочных приспособлений единого основания составного канала наблюдения. Затем изображение репера, расположенного в реперной точке, выводят на экран видеоконтрольного устройства 31 через оптико-механические блоки 1, 2, 3 и 4 канала наблюдения, фотоприемные устройства 6, 7, 8 и 9 канала наблюдения, видеоконтрольные адаптеры 11, 12, 13 и 14 канала наблюдения и указанный блок 17 преобразования видеосигналов. Это обеспечивает возможность юстировки всех оптико-механических блоков 1, 2, 3 и 4 канала наблюдения относительно единого основания составного канала наблюдения, которую выполняют с помощью соответствующих котировочных приспособлений.

В процессе измерений изображение движущихся объектов, например летательных аппаратов, расположенных в точке наблюдения на заданной траектории их движения, проецируют через отдельные оптико-механические блоки 1, 2, 3 и 4 канала наблюдения на фотоприемные устройства 6, 7, 8 и 9 канала наблюдения и передают посредством видеоконтрольных адаптеров 11, 12, 13 и 14 канала наблюдения и указанного блока 17 преобразования видеосигналов на экран видеоконтрольного устройства 31.

Оператор наблюдает на экране видеоконтрольного устройства 31 движущиеся по заданной траектории объекты, например летательные аппараты, и наводит на них электронно-цифровое устройство измерения угловых координат с помощью пульта 30 дистанционного управления, воздействуя на механизмы 26 и 28 вертикального и горизонтального наведения опорно-поворотного устройства 25.

Взятие необходимого числа вертикальных или горизонтальных отсчетов координат движущихся объектов в различных точках траектории движения летательных аппаратов и их привязку к системе единого времени (СЕВ) осуществляют путем одновременной покадровой регистрации изображения движущихся объектов, значений соответствующих каждому кадру углов (угла места и азимута) и меток времени СЕВ в устройстве 16 регистрации информации. Для этого цифровые сигналы последовательных кадров изображения движущихся объектов, например, в виде параллельного двоичного восьмиразрядного кода, подают с выходов фотоприемных устройств 6, 7, 8 и 9 канала наблюдения и фотоприемного устройства 10 канала юстировки на первую входную шину устройства 16 регистрации информации. Одновременно на вторую входную шину устройства 16 регистрации информации с цифрового выхода указанного блока 19 управления и преобразования информации подают цифровые сигналы со значениями соответствующих каждому кадру изображения углов (угла места и азимута) и меток времени СЕВ.

Значения соответствующих каждому кадру изображения углов (угла места и азимута) поступают на первый и второй входы указанного блока 19 управления и преобразования информации с выходов соответственно первого и второго преобразователей 21 и 22 угол-код, входы которых соединены с выходами соответственно блоков 23 и 24 считывания с вертикального и горизонтального дисков. При этом блоки 23 и 24 считывания соответственно с вертикального и горизонтального дисков, первый и второй преобразователи 21 и 22 угол-код работают известным из прототипа образом.

Моменты времени, в которые производят отсчеты значений указанных выше углов, определяются по сигналам, поступающим на управляющие входы первого и второго преобразователей 21 и 22 угол-код соответственно с первого и второго выходов указанного блока 20 формирования отсчетов, вход которого соединен с первым синхровыходом указанного блока 19 управления и преобразования информации. Эти моменты времени могут быть привязаны к началу, середине или концу соответствующего кадра изображения движущихся объектов.

Включение и выключение режима записи устройства 16 регистрации информации могут осуществлять как автономно, так и дистанционно. В последнем случае пульт 30 дистанционного управления может иметь третий выход, а устройство 16 регистрации информации - управляющий вход, которые соединены между собой.

Изложенные выше сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- средства, воплощающие заявленное электронно-цифровое устройство измерения угловых координат быстро движущихся объектов при их осуществлении, предназначены для использования в промышленности, а именно в локации и геодезическом приборостроении;

- для заявленного электронно-цифрового устройства измерения угловых координат быстро движущихся объектов в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует критерию "промышленная применимость".

При использовании предлагаемого электронно-цифрового устройства измерения угловых координат быстро движущихся объектов обеспечиваются требуемые угол поля зрения и точность дистанционного измерения параметров траектории движения быстро движущихся объектов, например летательных аппаратов.

Литература:

1. SU 1610272 А1, (Шульц В.Г. и др.), 30.11.1990.

Изобретение предназначено преимущественно для использования при измерениях угловых координат движущихся объектов, например летательных аппаратов. Технический результат состоит в повышении точности дистанционного измерения параметров траектории движения движущихся объектов при обеспечении требуемого угла поля зрения. Заявленное устройство содержит четыре оптико-механических блока канала наблюдения и оптико-механический блок канала юстировки, оптически сопряженные соответственно с четырьмя фотоприемными устройствами канала наблюдения и фотоприемным устройством канала юстировки, четыре видеоконтрольных адаптера канала наблюдения и видеоконтрольный адаптер канала юстировки, устройство регистрации информации, блок преобразования видеосигналов, блок формирования синхросигналов, блок управления и преобразования информации, блок формирования отсчетов, первый и второй преобразователи угол-код, блоки считывания с вертикального и горизонтального дисков, опорно-поворотное устройство, механизм вертикального наведения, который содержит вертикальный диск с кодовой дорожкой, механизм горизонтального наведения, который содержит горизонтальный диск с кодовой дорожкой, пульт дистанционного управления и видеоконтрольное устройство. Оптико-механические блоки канала наблюдения установлены на едином основании составного канала наблюдения и снабжены котировочными приспособлениями. Оптико-механический блок канала юстировки жестко закреплен в центре единого основания составного канала наблюдения, которое снабжено котировочными приспособлениями для его юстировки относительно осей вращения устройства. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Электронно-цифровое устройство измерения угловых координат быстро движущихся объектов, содержащее пульт управления, опорно-поворотное устройство, механизмы горизонтального и вертикального наведения которого содержат соответственно горизонтальный и вертикальный диски с кодовыми дорожками, оптически связанные с ними соответственно блок считывания с горизонтального диска и блок считывания с вертикального диска, выход последнего из которых подключен к входу первого преобразователя угол-код, отличающееся тем, что введены второй преобразователь угол-код, вход которого соединен с выходом блока считывания с горизонтального диска, видеоконтрольное устройство, устройство регистрации информации, блок формирования отсчетов, предназначенный для взятия вертикальных или горизонтальных отсчетов координат движущихся объектов в различных точках траектории их движения, блок управления и преобразования информации, предназначенный для формирования синхросигналов и преобразования кодовой информации с привязкой к системе единого времени, блок формирования синхросигналов, блок преобразования видеосигналов, предназначенный для выбора любого из поступающих на его вход видеосигналов или их комбинаций и преобразования для отображения на экране видеоконтрольного устройства, оптико-механические блоки канала наблюдения и канала юстировки, соответствующие оптически связанные с ними фотоприемные устройства канала наблюдения и канала юстировки, соответствующие видеоконтрольные адаптеры канала наблюдения и канала юстировки, единое основание составного канала наблюдения для установки оптико-механических блоков, закрепленное в опорно-поворотном устройстве и снабженное юстировочными приспособлениями для его юстировки относительно осей вращения устройства, оптико-механические блоки канала наблюдения установлены на едином основании составного канала наблюдения и снабжены юстировочными приспособлениями для их юстировки относительно единого основания составного канала наблюдения, оптико-механический блок канала юстировки жестко закреплен в центре единого основания составного канала наблюдения, пульт управления выполнен дистанционным, его первый и второй выходы подключены к управляющим входам соответственно механизмов вертикального и горизонтального наведения, аналоговые выходы фотоприемных устройств канала наблюдения подключены к информационным входам соответствующих видеоконтрольных адаптеров канала наблюдения, цифровые выходы фотоприемных устройств канала наблюдения и канала юстировки соединены с первой входной шиной устройства регистрации информации, вторая входная шина которого подключена к цифровому выходу указанного блока управления и преобразования информации, третий вход которого является информационным входом устройства, а первый синхровыход соединен с входом блока формирования синхросигналов, первый выход которого подключен к входу указанного блока формирования отсчетов, второй выход - к синхровходам фотоприемных устройств канала наблюдения и канала юстировки, третий выход - к синхровходам видеоконтрольных адаптеров канала наблюдения и канала юстировки, выходы которых соединены с соответствующими информационными входами указанного блока преобразования видеосигналов, выход которого подключен к входу видеоконтрольного устройства, а синхровход - ко второму синхровыходу указанного блока управления и преобразования информации, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго преобразователей угол-код, управляющие входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам указанного блока формирования отсчетов, при этом передачу изображения, формируемого фотоприемным устройством канала юстировки, осуществляют посредством видеоконтрольного адаптера канала юстировки.2. Электронно-цифровое устройство измерения угловых координат по п.1, отличающееся тем, что оно содержит четыре оптико-механических блока канала наблюдения, четыре фотоприемных устройства канала наблюдения и четыре видеоконтрольных адаптера канала наблюдения.