СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ И ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2015 года по МПК G01S17/06 

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению и может использоваться в обзорно поисковых оптико-электронных системах лазерной локации, использующих принцип отражения излучения от исследуемого объекта.

Известен способ обнаружения оптических приборов (ОП), реализованный в лазерном детекторе SLD400, фирма CILAS Франция [Газета "Сегодня", N196 за 11.09.97 г.]. Способ основан на облучении зоны предполагаемого нахождения оптического прибора лазерным излучением, приеме отраженного излучения, формировании видеосигнала, пропорционального интенсивности отраженного излучения, сравнении видеосигнала с априорно заданным порогом. Превышение видеосигналом заданного порога приравнивается в данном способе к факту появления в зоне облучения оптического прибора. Этот способ имеет существенные недостатки, особенно при обнаружении ОП на маскирующем фоне диффузно-отражающих объектов: стены домов, горы, лес, кусты, грунт (при обнаружении ОП с летательных аппаратов). Поскольку в этом случае общая площадь диффузного объекта, освещаемая лазерным лучом, существенно превышает апертуру ОП, уровень сигнала, отраженного от ОП, становится сравнимым с уровнем сигнала, отраженного от диффузного объекта. При установке порога на низком уровне увеличивается вероятность "ложного" срабатывания за счет сигнала от диффузного объекта, при установке порога на высоком уровне увеличивается вероятность пропуска сигнала от ОП. Кроме этого, в способе отсутствует селекция ОП от уголковых и катафотных отражателей, которые в городских условиях могут создавать естественный или искусственный фон, маскирующий ОП.

Известен также способ подсвета объектов лазерным излучением и определения положения лазерного излучения на цели, реализованный в лазерном маркере PEQ-IA [James International Defense Review., 1996, N2, Feb., p.19-20], однако он имеет те же недостатки, что и предыдущий и, кроме этого, неработоспособен в дневных условиях.

Известен способ обнаружения оптико-электронных приборов (ОЭП), реализованный в лазерной системе обнаружения ОЭП [Патент России N2113717, 10.11.96 г., G01S 17/06]. В этом способе осуществляются облучение лазерным излучением и обзор пространства в верхней полусфере, прием отраженного излучения, формирование видеосигнала, пропорционального интенсивности отраженного излучения, сравнение видеосигнала с априорно устанавливаемым порогом, формирование сигнала обнаружения при превышении видеосигнала над порогом, измерение дальности до ОЭП импульсным методом и угловых координат по угловому положению диаграммы направленности лазерного излучения. Этому способу свойственны те же недостатки, что и способу [Газета "Сегодня", N196 за 11.09.97 г.].

Наиболее близким к заявляемому, выбранным за прототип, является способ обнаружения оптических и оптико-электронных приборов (патент РФ №2155357, МПК G01S 17/06, 27.08.2000), основанный на облучении зоны предполагаемого расположения оптических и оптико-электронных приборов лазерным поляризованным излучением, приеме отраженного излучения и делении отраженного излучения на две ортогонально поляризованные составляющие в поляризационном делителе, отражении первой составляющей от первого элемента поляризационного делителя и фокусировке ее на чувствительной площадке первого фотоприемного устройства, прохождении второй составляющей через поляризационный делитель и фокусировке ее на чувствительной площадке второго фотоприемного устройства, формировании сигнала, пропорционального отношению интенсивности отраженного излучения, имеющего плоскость поляризации, ортогональную плоскости поляризации облучающего излучения, к интенсивности излучения, имеющего плоскость поляризации, совпадающую с плоскостью поляризации облучающего излучения, обнаружении в поле зрения системы оптических и оптико-электронных приборов, измерении координат обнаруженных целей, измерении дальности до них.

Устройство для реализации известного способа обнаружения оптических и оптико-электронных приборов (патент РФ №2155357, МПК G01S 17/06, 27.08.2000) содержит устройство наблюдения для отображения лоцируемого пространства, устройство обнаружения, содержащее блок передающий, выполненный в виде канала подсветки с лазерным излучателем, оптически сопряженным с формирующим лазерное излучение телескопом, и блоки приемные в виде двухканальной системы построения изображений, содержащие два входных объектива, поляризационный делитель в виде кубика и два фотоприемных устройства; устройство дальномерное, содержащее блоки передающий и приемный; устройство управления и обработки.

В известном способе и известном устройстве для реализации этого способа осуществляется раздельная регистрация отраженного излучения зарегистрированных в различных состояниях поляризации. Для обнаружения оптических и оптико-электронных приборов и измерения их координат необходимо два раздельных фотоприемных устройства синхронизировать, для обеспечения тождественности изображений чувствительные площадки фотоприемных устройств должны быть с высокой точностью сьюстированы. В процессе эксплуатации происходят разъюстировки фотоприемных устройств и оптических элементов: угловые и линейные смещения, приводящие к погрешности измерения координат обнаруженных оптических и оптико-электронных приборов. Использование двух фотоприемных устройств приводит к уменьшению быстродействия из-за большого объема информации для обработки, к громоздкости конструкции и увеличению массогабаритных размеров, что делает невозможным применение известного способа в мобильных ручных приборах обнаружения оптико-электронных приборов.

Известные поляризационные кубики позволяют выполнять межосевое расстояние между каналами равной только ширине кубика. Эта возможность ограничивает светосилу объективов и размер фоточувствительной площадки фотоприемного устройства.

Кроме того, для обеспечения скрытности работы для распространенных средств наблюдения используют нетрадиционный спектральный диапазон лазерных излучателей больше 1 мкм. Фотоприемные устройства, работающие в этом спектральном диапазоне, импортного производства и имеют очень высокую стоимость.

С помощью предлагаемого изобретения достигается технический результат, заключающийся в уменьшении объема обработки информации, увеличении быстродействия и упрощении обработки информации, повышении точности определения координат обнаруженных целей, увеличении стабильности параметров, повышении эффективности обнаружения оптических и оптико-электронных приборов, улучшении эксплуатационных характеристик, упрощении конструкции и наладки прибора, уменьшении массогабаритных размеров и стоимости прибора.

В результате предложенного способа создано устройство обнаружения оптических и оптико-электронных приборов, в котором блок приемный устройства обнаружения выполнен в виде двухканальной системы построения изображений с возможностью осуществлять раздельную регистрацию изображений с s- и p-поляризаций, варьирования межосевого расстояния между каналами и компоновки прибора с целью уменьшения массогабаритных размеров.

Новый технический результат достигается тем, что в способе обнаружения оптических и оптико-электронных приборов, содержащем облучение зоны предполагаемого расположения оптических и оптико-электронных приборов лазерным поляризованным излучением, прием отраженного излучения и деление отраженного излучения на две ортогонально поляризованные составляющие в поляризационном делителе, отражение первой составляющей от первого элемента поляризационного делителя и фокусировку ее на чувствительной площадке фотоприемного устройства, формирование сигнала, пропорционального отношению интенсивности отраженного излучения, имеющего плоскость поляризации, ортогональную плоскости поляризации облучающего излучения, к интенсивности излучения, имеющего плоскость поляризации, совпадающую с плоскостью поляризации облучающего излучения, обнаружение в поле зрения системы оптических и оптико-электронных приборов, измерение координат обнаруженных целей, измерение дальности до них, в отличие от прототипа, чувствительная площадка фотоприемного устройства разделена на две зоны для раздельной регистрации первой и второй составляющих отраженного излучения, причем первая составляющая сфокусирована в первой зоне, вторая составляющая отражена от второго элемента поляризационного делителя, произведена компенсация оптического пути и сфокусирована во второй зоне чувствительной площадки фотоприемного устройства.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве обнаружения оптических и оптико-электронных приборов посредством сканирования лоцируемого пространства, содержащем устройство наблюдения для отображения лоцируемого пространства; устройство обнаружения, содержащее блок передающий, выполненный в виде канала подсветки с лазерным излучателем, оптически сопряженным с формирующим лазерное излучение телескопом, и блок приемный в виде двухканальной системы построения изображений с s- и p-поляризаций, содержащий объектив, поляризационный делитель, и фотоприемное устройство; устройство дальномерное, содержащее блоки передающий и приемный; электронный блок управления и обработки; в отличие от прототипа, чувствительная площадка фотоприемного устройства разделена на две зоны для раздельной регистрации изображений с s- и p-поляризаций, поляризационный делитель выполнен в виде склейки из призмы АР-90°, с нанесенным поляризационным покрытием и пластины, за поляризационным делителем для лучей с p-поляризацией дополнительно введен компенсатор в виде параллелепипеда, перед фотоприемным устройством установлен поляризатор, причем толщина пластины поляризационного делителя равна $$t=b/\sqrt{2}$$ , где b - межосевое расстояние между зонами на чувствительной площадке фотоприемного устройства.

Рассмотрим обнаружение оптических и оптико-электронных приборов с помощью предлагаемого способа. Устройство для реализации предложенного способа показано на рис.1, где обозначено: 1 - устройство наблюдения: 1.1 - интерференционный светофильтр; 1.2 - объектив; 1.3 - камера телевизионная; 1.4 - микродисплей; 1.5 - электронный визир; 2 - устройство обнаружения: 2.1 - блок передающий: 2.1.1 - излучатель лазерный; 2.1.2 - телескоп излучателя лазерного; 2.2 - блок приемный: 2.2.1 - интерференционный светофильтр; 2.2.2 - объектив; 2.2.3 - поляризационный делитель; 2.2.3.1. - призма АР-90°; 2.2.3.2 - пластина; 2.2.4 - компенсатор; 2.2.5 - поляризатор; 2.2.6 - фотоприемное устройство; 3 - устройство дальномера: 3.1 - блок передающий: 3.1.1 - излучатель лазерный; 3.1.2 - телескоп; 3.2 - блок приемный: 3.2.1 - интерференционный светофильтр; 3.2.2 - объектив; 3.2.3 - устройство фотоприемное; 4 - электронный блок управления и обработки.

Устройство обнаружения оптических и оптико-электронных приборов состоит из устройства наблюдения 1; устройства обнаружения 2; устройства дальномера 3 и электронного блока управления и обработки 4.

Устройство наблюдения 1 предназначено для визуального обзора окружающей местности. Устройство наблюдения состоит из 1.1 - интерференционного светофильтра; 1.2 - объектива; 1.3 - камеры телевизионной; 1.4 - микродисплея; 1.5 - электронного визира.

Блок передающий 2.1 устройства обнаружения предназначен для облучения выбранного объема пространства и облучения оптических и оптико-электронных приборов.

Блок передающий 2.1 устройства обнаружения состоит из 2.1.1 - излучателя лазерного; 2.1.2 - телескопа излучателя лазерного.

Телескоп устройства обнаружения 2.1.2 предназначен для формирования необходимой диаграммы направленности зондирующего лазера в пространстве целей.

Блок приемный 2.2 устройства обнаружения предназначен для получения изображений бликующих объектов в плоскости чувствительной площадки фотоприемного устройства. Конструктивно блок приемный выполнен в виде двухканальной системы построения изображений с возможностью осуществлять раздельную регистрацию изображений с s- и p-поляризаций.

Блок приемный 2.2 устройства обнаружения состоит из 2.2.1 - интерференционного светофильтра; 2.2.2 - обьектива; 2.2.3 - поляризационного делителя; 2.2.3.1. - призмы АР-90°; 2.2.3.2 - пластины; 2.2.4 - компенсатора; 2.2.5 - поляризатора; 2.2.6 - фотоприемного устройства.

Интерференционный светофильтр 2.2.1 состоит из светофильтра, отрезающего коротковолновую часть спектра фонового излучения, и специального светофильтра, отрезающего длинноволновую часть спектра.

Объектив 2.2.2 блока приемного предназначен для построения и получения изображений удаленных бликующих объектов в плоскости чувствительной площадки фотоприемного устройства.

Поляризационный делитель 2.2.3 и компенсатор 2.2.4 используются для выделения объектов, бликующих под действием зондирующего излучения, из других объектов, наблюдаемых через устройство наблюдения. Выделение объектов, засвечиваемых зондирующим излучением, обусловлено преимущественным состоянием поляризации отраженного от этих объектов излучения, в отличие от преимущественно неполяризованного излучения, приходящего от других наблюдаемых объектов. Для совмещения плоскостей фокусировки излучения с разными составляющими поляризации оптический компенсатор выполнен в виде параллелепипеда из стекла, например, ТФ5 с большим показателем преломления.

Конструктивно поляризационный делитель 2.2.2 представляет из себя склейку из призмы АР-90⁰ 2.2.3.1 с нанесенным поляризационным покрытием и пластины 2.2.3.2. Толщина пластины поляризационного делителя равна $$t=b/\sqrt{2}$$ , где b - межосевое расстояние между зонами на чувствительной площадке фотоприемного устройства. Изменением толщины пластины поляризационного делителя можно варьировать межосевое расстояние между каналами в плоскости изображения.

Вместо призмы в поляризационном делителе можно использовать призму БС-0°. В этом случае оптическая ось объектива блока приемного устройства обнаружения и нормаль к чувствительной площадке фотоприемного устройства параллельны. Поляризационный делитель будет представлять из себя склейку из призмы БС-0° с нанесенным поляризационным покрытием и пластины. Толщина пластины поляризационного делителя также будет равна $$t=b/\sqrt{2}$$ . Предложенное устройство приведено на рис.2.

Поляризатор 2.2.5 устанавливается перед фотоприемным устройством 2.2.6 и предназначен для подавления помех.

Чувствительная площадка фотоприемного устройства 2.2.6 разделена на две зоны для раздельной регистрации изображений с s- и p-поляризаций.

Устройство дальномера 3 предназначено для определения дальности до оптических и оптико-электронных приборов и состоит из блока передающего 3.1 и блока приемного 3.2.

Блок передающий устройства дальномера 3 состоит из 3.1.1 - излучателя лазерного и 3.1.2 - телескопа. Блок передающий устройства дальномера предназначен для облучения обнаруженных целей.

Телескоп 3.1.2 блока передающего предназначен для формирования необходимой диаграммы направленности лазерного излучателя в пространстве целей.

Блок приемный 3.2 состоит из 3.2.1 - интерференционного светофильтра; 3.2.2 - объектива; 3.2.3 - устройства фотоприемного.

Блок приемный 3.2 устройства дальномера предназначен для приема отраженного излучения от целей и определения дальности до обнаруженных целей.

Устройство работает следующим образом.

Посредством устройства наблюдения 1 осуществляется визуальный обзор окружающей местности. Объектив 1.2 устройства наблюдения строит изображения удаленных объектов в плоскости приемной площадки камеры телевизионной 1.3. Изображения удаленных объектов с камеры телевизионной через электронный блок обработки и управления 4 выводятся на экран микродисплея 1.4 и рассматриваются визуально через электронный окуляр 1.5. При осмотре местности определяется зона предполагаемого нахождения оптических и оптико-электронных приборов.

Обнаружение оптических и оптико-электронных объектов осуществляется путем лоцирования выбранного объема пространства лазерным плоскополяризованным излучением. Включается лазерный излучатель 2.1.1 блока передающего 2.1. Телескоп лазерного излучателя 2.1.2 формирует необходимую диаграмму направленности зондирующего лазера в пространстве объектов. Производят лоцирование выбранного объема пространства, где находится предполагаемый оптический и оптико-электронный прибор. Отраженное излучение от объектов принимается объективом 2.2.2 блока приемного 2.2; делится поляризационным делителем 2.2.3 на две ортогонально поляризованные составляющие, одна из которых - s-поляризация отражается от призмы АР-90° 2.2.3.1, проходит через поляризатор 2.2.5 и фокусируется на чувствительную площадку фотоприемного устройства 2.2.6 в зоне s-поляризации, а другая - p-поляризация проходит призму АР-90° 2.2.3, отражается от пластины 2.2.3.2 призмы поляризационной, проходит через компенсатор 2.2.4 и поляризатор 2.2.5 и фокусируется на чувствительную площадку фотоприемного устройства 2.2.6 в зоне p-поляризации.

Сигналы с первой и второй зон чувствительной площадки фотоприемного устройства 2.2.6 поступают в электронный блок управления и обработки 4, в котором формируется сигнал, пропорциональный отношению интенсивности отраженного излучения с плоскостью поляризации, ортогональной плоскости поляризации облучающего излучения к интенсивности отраженного излучения с плоскостью поляризации, совпадающей с плоскостью поляризации облучающего излучения. При отражении от оптических и оптико-электронных приборов поляризация не изменяется. По величине формируемого сигнала в электронном блоке управления и обработки 4 осуществляют обнаружение в поле зрения системы оптических и оптико-электронных приборов. В устройстве управления и обработки 4 производят измерение координат обнаруженных целей. На мониторе устройства наблюдения 1 производится индикация соответствующей зоны обнаруженных целей. Цель подводится в центральную зону поля зрения устройства наблюдения 1.

Подается командный сигнал с электронного блока управления и обработки 4 на включение и функционирование устройства дальномерного 3. Излучение лазерного излучателя 3.1.1 блока передающего 3.1 дальномера 3, сформированное в телескопе 3.1.2 с необходимой диаграммой направленностью, направляется на обнаруженные цели. Отраженное излучение от целей, проходя через фильтр 3.2.1 и объектив 3.2.2, поступает в фотоприемное устройство 3.2.3 блока приемного 3.2 дальномера 3. Производят измерение дальности до оптических и оптико-электронных приборов. Результаты измерений координат целей и дальности выводятся на экран монитора устройства наблюдения 1.

Изменением толщины t пластины 2.2.3.2 поляризационного делителя 2.2.3 можно варьировать межосевое расстояние между каналами в плоскости изображения, что позволяет использовать любое фотоприемное устройство как в виде ПЗС матрицы, так и в виде многоэлементных линейных ПЗС-приемников с любым числом элементов.

Использование призмы БС-0° или призмы АР-90° в поляризационном делителе делает возможным выполнять оптическую ось объектива и нормаль к чувствительной площадке фотоприемного устройства параллельно или перпендикулярно. Такая возможность позволяет варьировать компоновку прибора с целью уменьшения массогабаритных размеров прибора.

Использование одного объектива и одного фотоприемного устройства позволяет намного упростить конструкцию и настройку прибора, уменьшить массогабаритные размеры и стоимость прибора.

Таким образом, создано устройство обнаружения оптических и оптико-электронных приборов, в котором приемный блок устройства обнаружения выполнен в виде двухканальной системы построения изображений с возможностью осуществлять раздельную регистрацию изображений с s- и p-поляризаций, варьирования межосевого расстояния между каналами и компоновки прибора с целью уменьшения массогабаритных размеров. Использование предложенного способа и устройства позволяет повысить эффективность обнаружения оптических и оптико-электронных приборов за счет повышения помехозащищенности, уменьшения объема обработки информации, увеличения быстродействия и упрощения обработки информации, повышения точности определения координат обнаруженных целей. Это позволят создать компактные легкие мобильные ручные приборы обнаружения оптических и оптико-электронных объектов с высокой эффективностью.

Устройство для реализации способа обнаружения оптических и оптико-электронных приборов посредством сканирования лоцируемого пространства содержит передающий блок, выполненный в виде канала подсветки с лазерным излучателем, оптически сопряженным с формирующим лазерное излучение телескопом. Приемный блок выполнен в виде двухканальной системы построения изображений с s- и p- поляризаций и с возможностью осуществлять раздельную регистрацию изображений с s- и p-поляризаций, варьирования межосевого расстояния между каналами и компоновки. Технический результат - повышение эффективности обнаружения приборов путем повышения помехозащищенности, уменьшение объема обработки информации, увеличение быстродействия и упрощения обработки информации, повышение точности определения координат обнаруженных целей; возможность создания компактных легких мобильных ручных приборов обнаружения оптических и оптико-электронных объектов. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ обнаружения оптических и оптико-электронных приборов, основанный на облучении зоны предполагаемого расположения оптических и оптико-электронных приборов лазерным поляризованным излучением, приеме и делении отраженного излучения на две ортогонально поляризованные составляющие в поляризационном делителе, отражении первой составляющей от первого элемента поляризационного делителя и фокусировке ее на чувствительной площадке фотоприемного устройства, формировании сигнала, пропорционального отношению интенсивности отраженного излучения, имеющего плоскость поляризации, ортогональную плоскости поляризации облучающего излучения, к интенсивности излучения, имеющего плоскость поляризации, совпадающую с плоскостью поляризации облучающего излучения, обнаружении в поле зрения системы оптических и оптико-электронных приборов, измерении координат обнаруженных целей, измерении дальности до них, отличающийся тем, что чувствительная площадка фотоприемного устройства разделена на две зоны для раздельной регистрации первой и второй составляющих отраженного излучения, причем первая составляющая сфокусирована в первой зоне, вторая составляющая отражена от второго элемента поляризационного делителя, произведена компенсация оптического пути и сфокусирована во второй зоне чувствительной площадки фотоприемного устройства.

2. Устройство для реализации способа обнаружения оптических и оптико-электронных приборов посредством сканирования лоцируемого пространства, содержащее устройство наблюдения для отображения лоцируемого пространства; устройство обнаружения, содержащее блок передающий, выполненный в виде канала подсветки с лазерным излучателем, оптически сопряженным с формирующим лазерное излучение телескопом, и блок приемный в виде двухканальной системы построения изображений с s- и p-поляризаций, содержащий объектив, поляризационный делитель и фотоприемное устройство; устройство дальномерное, содержащее блоки передающий и приемный; электронный блок управления и обработки, отличающееся тем, что чувствительная площадка фотоприемного устройства разделена на две зоны для раздельной регистрации изображений с s- и p-поляризаций, поляризационный делитель выполнен в виде склейки из призмы АР-90° или призмы БС-0° с нанесенным поляризационным покрытием и пластины, за поляризационным делителем для лучей с p-поляризацией дополнительно введен компенсатор в виде параллелепипеда, перед фотоприемным устройством установлен поляризатор, причем толщина пластины поляризационного делителя равна $$t=b/\sqrt{2}$$ , где b - межосевое расстояние между зонами на чувствительной площадке фотоприемного устройства.