ЛАЗЕРНЫЙ ДАЛЬНОМЕР Российский патент 2013 года по МПК F42C13/02 

Изобретение относится к области вооружений и может быть использовано в неконтактных взрывателях реактивных боеприпасов, для определения оптимального момента подрыва боеприпаса.

Известно бортовое устройство с лазерным блоком для обнаружения целей (патент США №5138947, МПК: F42C 13/02, опубл. 18.08.1992), состоящее из источника оптического излучения, коллимирующей линзы, двух зеркал и фотоприемника. Зеркала установлены на подвижную панель, которая фиксируется в двух положениях. Одно из зеркал плоское и выполнено в форме уголкового отражателя. Второе зеркало выполнено фокусирующим. В первом положении панели оба зеркала находятся внутри корпуса устройства и лазерное излучение не выходит наружу. Во втором положении панели излучение источника, установленного в фокальной плоскости коллимирующей линзы, отражается от первого зеркала и выводится наружу в направлении "вперед и вбок," относительно направления движения боеприпаса. Оптическое излучение от поверхности цели отражается вторым зеркалом на фотоприемник, установленный в фокусе этого зеркала. Фотоприемник преобразует оптический сигнал в электрический и производит его дальнейшую обработку.

Недостатком данного устройства является низкая вероятность обнаружения малогабаритных целей и, следовательно, низкая надежность срабатывания по целям такого типа, а также недостаточная защищенность от оптических помех. К недостаткам следует отнести и невысокую точность установки заданной дальности срабатывания, поскольку пересечение осей диаграммы направленности источника оптического излучения и диаграммы чувствительности фотоприемника на определенном расстоянии от боеприпаса обеспечивается только технологически, и значительное ухудшение аэродинамических параметров боеприпаса при включении данного устройства и, в результате, невозможность его использования при высоких скоростях движения боеприпаса.

Известен оптический блок (патент РФ №2151372, МПК: F42C 13/02, опубл. 27.03.2005), состоящий из источника оптического излучения, установленного в фокальной плоскости коллимирующей линзы, системы светоделения, установленной между коллимирующей линзой и защитным стеклом, фокусирующей линзы, фотоприемниками и светофильтра, установленного между фокусирующей линзой и фотоприемниками.

Указанный блок работает следующим образом.

Оптическое излучение источника, сколлимированное линзой, делится системой светоделения на два одинаковых пучка и через защитное стекло выводится наружу боеприпаса. При наличии цели на дистанции срабатывания датчика, излучение отражается от ее поверхности и через фокусирующую линзу и светофильтр попадает на фотоприемник, который преобразует оптический сигнал в электрический и производит его дальнейшую обработку. Формируемые два пучка оптического излучения, зондирует каждый свой сектор пространства вокруг боеприпаса, а фокусирующая линза и фотоприемники формируют две приемные диаграммы чувствительности оптического блока.

Недостатками указанного блока является значительные габаритные размеры из-за необходимости обеспечения базы, расстояния между приемником и излучателем. Уменьшение базы снижает точность определения дистанции. Система светоделения указанного блока требует юстировки: технологического процесса установки пересечения оси диаграммы направленности зондирующих пучков источника и оси соответствующих диаграмм чувствительности фотоприемников на требуемом расстоянии от боеприпаса, в результате чего оптический блок обнаруживает только те цели, которые находятся на заданном расстоянии от боеприпаса, что снижает его универсальность.

Известен оптический дистанционный взрыватель (патент ФРГ PS №2949521, МПК: F42C 13/02, опубл. 21.10.82), состоящий из источника оптического излучения, работающего в пульсирующем режиме, коллимирующей и фокусирующей линз, и фотоприемника.

Фотоприемник установлен таким образом, что ось диаграммы направленности источника оптического излучения пересекает ось диаграммы чувствительности фотоприемника на определенном расстоянии от боеприпаса, в результате чего дистанционный взрыватель срабатывает только при наличии цели на заданном расстоянии. Излучение от источника проходит через коллимирующую линзу, отражается от поверхности цели и, если она находится на заданном расстоянии от боеприпаса, через фокусирующую линзу попадает на фотоприемник, который преобразует оптический сигнал в электрический и производит его дальнейшую обработку.

Недостатком этого устройства являются низкая вероятность обнаружения малогабаритных целей и, в результате, низкая надежность срабатывания по целям такого типа, а также невысокая точность установки заданной дальности срабатывания, поскольку пересечение осей диаграммы направленности источника оптического излучения и диаграммы чувствительности фотоприемника на определенном расстоянии от боеприпаса обеспечивается только технологически. Кроме этого, данное устройство имеет недостаточную защищенность от оптических помех.

Задачей изобретения является создание компактного, надежного и универсального дальномера, обеспечивающего определение с высокой точностью момента достижения боеприпасом заданного расстоянии до цели, имеющего требуемую степень надежности по защищенности от оптических помех.

Решение указанной задачи достигается тем, что предложенный лазерный дальномер, согласно изобретению, содержит два и более приемоизлучающих канала, каждый из которых содержит электронный блок, импульсный источник оптического излучения, и фотоприемник, соединенные с электронным блоком, при этом оптические оси импульсного источника оптического излучения и фотоприемника, образующих приемоизлучающий канал, направлены под углом ≤90° к продольной оси боеприпаса по направлению движения и расположены со смешением друг относительно друга, преимущественно параллельно или практически параллельно, причем расстояние между оптическими осями излучателя и фотоприемника выбрано из условия l≥(d_u+d_n)/2, где d_u и d_n - наибольшие диаметры излучателя и фотоприемника соответственно, при этом приемоизлучающие каналы размещены вокруг продольной оси боеприпаса, причем угол в радиальном направлении между осями излучателей смежных приемоизлучающих каналов выбран таким образом, что световые пучки излучателей не пересекаются между собой, при этом расстояние между лучами от соседних излучающих каналов на требуемой дистанции детектирования цели равно/примерно равно минимальному размеру цели.

В варианте исполнения, необходимое количество излучателей в лазерном дальномере определено из соотношения: n≥2π/(α+b/R), где: n - количество излучателей, α - угол расхождения пучка излучения, b - минимальный размер цели, R - требуемая дистанция детектирования цели.

Техническим результатом, достигаемым заявляемым изобретением, является создание лазерного дальномера, обеспечивающего определение с высокой точностью момента достижения боеприпасом заданного расстоянии до цели, имеющего повышенную защищенность от оптических помех, уменьшенные массогабаритные характеристики и энергопотребление.

Технический результат достигается тем, что в лазерном дальномере, включающем электронный блок источник оптического излучения и фотоприемник, в качестве источника оптического излучения применен импульсный лазерный диод, а в электронном блоке для обработки отраженного сигнала применен алгоритм реализующий время - импульсный метод анализа дистанции до цели. Излученные световые импульсы отражаются от поверхности цели и регистрируются фотоприемником с последующим анализом электронным блоком. Регистрацию отраженного сигнала осуществляют через временной интервал, определяющий дистанцию идентификации цели: с момента излучения светового импульса до открытия временного окна, продолжительностью которого задают погрешность определения дистанции.

Заявляемое устройство не требует настройки в процессе производства, позволяет менять дистанцию идентификации цели непосредственно перед боевым применением боеприпаса.

Изменение дистанции обнаружения цели осуществляется изменением установок в электронном блоке, что делает предлагаемое устройство более универсальным по сравнению с прототипом.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлено схематическое изображение поперечного сечения лазерного дальномера.

Лазерный дальномер включает как минимум два приемоизлучающих канала, состоящих из источника оптического излучения 1 и фотоприемника 2, соединенных с электронным блоком 3, установленных в корпусе 4.

Лазерный дальномер работает следующим образом.

Световые импульсы от источника излучения 1, выводятся наружу корпуса 4 в сторону возможной цели. При наличии цели излучение отражается от ее поверхности и регистрируется фотоприемником 2. Далее электронный блок 3 анализирует принятый сигнал на соответствие величины t - временного интервала, отсчитываемого с момента излучения импульса до момента регистрации сигнала, заданной временной установке Т. Величина временной установки Т вводится перед боевым применением боеприпаса в электронный блок 3 и равна времени прохождения светового импульса от боеприпаса до цели и обратно в момент соответствия расстояния между боеприпасом и целью требуемой дистанции детектирования, т.е. Т=2R/c, где с - скорость света, R - требуемая дистанция детектирования цели.

При выполнении условия t=Т, с заданной точностью, электронный блок определяет принятый сигнал как «рабочий» и выдает сигнал идентификации цели.

Необходимое количество зондирующих оптических пучков в лазерном дальномере определяется характерным размером предполагаемых целей и дистанцией идентификации цели из соотношения: n≥2π/(α+b/R), где: n - количество зондирующих оптических пучков, α - угол расхождения светового пучка, b - минимальный размер цели, R - требуемая дистанция детектирования цели.

Использование предложенного технического решения позволит повысить поражающие характеристики боеприпаса путем увеличения массы взрывчатого вещества за счет уменьшения габаритных параметров лазерного дальномера, увеличить количество зондирующих оптических пучков, и, следовательно, повысить эффективность и надежность устройства при увеличении дистанции обнаружения цели. Лазерный дальномер с реализованным предложенным техническим решением не требует настройки в процессе производства, что позволяет упростить его устройство и снизить стоимость изготовления.

Изобретение относится к области вооружений и может быть использовано в неконтактных взрывателях реактивных боеприпасов, для определения оптимального момента подрыва боеприпаса. Лазерный дальномер для идентификации цели содержит шесть приемоизлучающих каналов, каждый из которых содержит электронный блок, импульсный источник оптического излучения и фотоприемник, соединенные с электронным блоком. Оптические оси импульсного источника оптического излучения и фотоприемника, образующих приемоизлучающий канал, направлены под углом ≤90° к продольной оси боеприпаса по направлению движения и расположены со смещением относительно друг друга. Расстояние между оптическими осями излучателя и фотоприемника выбрано из условия l≥(d_u+d_n)/2, где d_u и d_n - наибольшие диаметры излучателя и фотоприемника соответственно, при этом указанные приемоизлучающие каналы размещены вокруг продольной оси боеприпаса. Угол между излучателями смежных приемоизлучающих каналов в радиальном направлении выбран таким образом, что световые пучки излучателей не пересекаются между собой, при этом расстояние между лучами соседних излучающих каналов на требуемой дистанции детектирования цели равно или примерно равно минимальному размеру цели. Изобретение позволяет увеличить вероятность обнаружения малогабаритных целей, обеспечить высокую точность определения момента достижения боеприпасом заданной дальности срабатывания, повысить защищенность от оптических и малоразмерных помех, снизить массогабаритные характеристики. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Лазерный дальномер для идентификации цели, характеризующийся тем, что он содержит шесть приемоизлучающих каналов, каждый из которых содержит электронный блок, импульсный источник оптического излучения и фотоприемник, соединенные с электронным блоком, при этом оптические оси импульсного источника оптического излучения и фотоприемника, образующих приемоизлучающий канал, направлены под углом ≤90° к продольной оси боеприпаса по направлению движения и расположены со смещением относительно друг друга, причем расстояние между оптическими осями излучателя и фотоприемника выбрано из условия l≥(d_u+d_n)/2, где d_u и d_n - наибольшие диаметры излучателя и фотоприемника соответственно, при этом указанные приемоизлучающие каналы размещены вокруг продольной оси боеприпаса, причем угол между излучателями смежных приемоизлучающих каналов в радиальном направлении выбран таким образом, что световые пучки излучателей не пересекаются между собой, при этом расстояние между лучами соседних излучающих каналов на требуемой дистанции детектирования цели равно/примерно равно минимальному размеру цели.

2. Лазерный дальномер по п.1, отличающийся тем, что необходимое количество излучателей в нем определено из соотношения: n≥2π/(α+b/R), где n - количество излучателей, α - угол расхождения пучка излучения, b - минимальный размер цели, R - требуемая дистанция детектирования цели.