СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ НА ИСТОЧНИК ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПО РАССЕЯННОЙ В АТМОСФЕРЕ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ Российский патент 2018 года по МПК G01S17/06 

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано в прецизионных системах обеспечения вхождения в связь, в системах точного нацеливания узких оптических лучей, системах траекторных измерений, а также в системах точного определения направления на источники оптического излучения техники воздушного базирования.

Известен способ определения направления на источник оптического излучения, основанный на применении оптико-электронного координатора (ОЭК) с матричными фотоприемниками [1]. Направление на источник оптического излучения определяется по координатам элемента матрицы, зарегистрировавшего сигнал. Способ может быть реализован с помощью устройства, содержащего ОЭК с матричными фотоприемниками [2]. Основными недостатками способа и устройства являются низкий уровень энергетической и помеховой защищенности, так как необходимо размещать ОЭК в апертуре оптического луча.

Наиболее близким по технической сущности (прототипом) к заявляемому изобретению является способ определения направления на источник оптического излучения по рассеянной в атмосфере составляющей [3], основанный на применении первого оптико-электронного координатора с матричными фотоприемниками, с дополнительно установленным вторым оптико-электронным координатором с матричными фотоприемниками, плоскость поля которого перпендикулярна плоскости поля первого оптико-электронного координатора, осуществляется координатная привязка фотоэлементов первого оптико-электронного координатора в координатной плоскости x0z и фотоэлементов второго оптико-электронного координатора в координатной плоскости y0z, а угловые координаты источника оптического излучения определяют по формулам:

где ε, β - угол места и азимут источника оптического излучения;

d - расстояние между верхней и нижней линейками фотоэлементов оптико-электронного координатора;

Δx=(x_1B-x_1H), Δy=(y_2В-y_2Н), x_1B и x_1H - координаты верхнего и нижнего фотоэлементов линеек первого координатора, сигнал на выходе которых имеет максимальное значение;

y_2В и y_2Н - координаты верхнего и нижнего фотоэлементов линеек второго координатора, сигнал на выходе которых имеет максимальное значение.

У прототипа имеются следующие основные недостатки:

- во-первых, область определения направления на источник оптического излучения по рассеянной в атмосфере составляющей ограничена фиксированной областью наблюдения, которая ограничена пересечением полей зрения первого и второго ОЭК;

- во-вторых, при наличии оптических помех вблизи оптического источника излучения способ не позволяет ОЭК исключать их из наблюдения путем изменения направления угла поля зрения обзора;

- в-третьих, нарушение условия взаимной перпендикулярности матричных фотоприемников двух ОЭК и их точной привязки к вертикальным координатным плоскостям приводит к дополнительной погрешности в определении углов направления на источник оптического излучения.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является увеличение секторов просмотра ОЭК, повышение помехозащищенности и точности определения углов направления на источник оптического излучения по рассеянной в атмосфере составляющей.

Технический результат достигается тем, что в заявляемом способе определения направления на источник оптического излучения по рассеянной в атмосфере составляющей, основанном на применении двух оптико-электронных координаторов с матричными фотоприемниками, причем в исходном положении плоскость поля матричного фотоприемника первого оптико-электронного координатора перпендикулярна плоскости поля матричного фотоприемника второго оптико-электронного координатора, осуществлена координатная привязка матричного фотоприемника первого оптико-электронного координатора в координатной плоскости x0z и матричного фотоприемника второго оптико-электронного координатора в координатной плоскости y0z, в процессе определения угловых координат источника оптического излучения первый и второй оптико-электронные координаторы совершают периодические колебания относительно вертикальной оси 0z, а значения угловых координат источника оптического излучения определяют по формулам

где ε, β - угол места и азимут источника оптического излучения;

d - расстояние между верхней и нижней линейками фотоэлементов матричного фотоприемника оптико-электронного координатора;

Δx=(x_1B-x_1H)cos ϕ_х, Δy=(y_2B-y_2H)cos ϕ_y, х_1В и x_1H - координаты верхнего и нижнего фотоэлементов линеек матричного фотоприемника первого оптико-электронного координатора, сигнал на выходе которых имеет максимальное значение;

y_2В и y_2H - координаты верхнего и нижнего фотоэлементов линеек матричного фотоприемника второго оптико-электронного координатора, сигнал на выходе которых имеет максимальное значение;

ϕ_x - угол поворота при колебаниях плоскости поля матричного фотоприемника первого оптико-электронного координатора относительно вертикальной оси 0z;

ϕ_y - угол поворота при колебаниях плоскости поля матричного фотоприемника второго оптико-электронного координатора относительно вертикальной оси 0z.

На чертеже приведена схема размещения ОЭК в декартовой системе координат.

Сущность изобретения заключается в применении двух ОЭК с матричными фотоприемниками, имеющих как минимум две параллельные линейки фотоэлементов, и совершающих периодические колебания относительно вертикальной оси 0z. Плоскость матричного фотоприемника первого ОЭК лежит в координатной плоскости x0z, а плоскость матричного фотоприемника второго ОЭК лежит в координатной плоскости y0z, причем нижние линейки фотоэлементов матричного фотоприемника расположены на координатных осях x00 и 0y0 соответственно для обоих ОЭК. Каждый фотоэлемент матричного фотоприемника имеет координатную привязку относительно начала координат.

Оптический луч от источника падает на плоскость x0y. Часть АВ оптической оси луча, ограниченная межлинейным расстоянием решетки матричного фотоприемника, представляется в виде проекций на плоскостях x0z и y0z, задаваемых точками с координатами (x_1B, 0, d), (х_1Н, 0, 0), (0, y_2B, d) и (0, y_2H, 0). Точки (x_1B, 0, d) и (х_1Н, 0, 0) соответствуют координатам верхнего и нижнего фотоэлементов матричного фотоприемника первого ОЭК, сигнал на выходе которых имеет максимальное значение. Точки (0, y_2B, d) и (0, y_2H, 0) соответствуют координатам верхнего и нижнего фотоэлементов матричного фотоприемника второго ОЭК, сигнал на выходе которых имеет максимальное значение. Центр пятна (точка А) подсвета имеет координаты (х_1Н, y_2Н, 0) на плоскости x0y.

Оптический луч АВ имеет проекцию АС на координатную плоскость x0y. Проекция АС имеет проекции AD и DC на вспомогательные координатные линии xy_2Н0 и x_1By0 соответственно. Угол места ε источника оптического излучения из центра пятна подсвета есть ∠BAC между отрезком оси оптического луча АВ и его проекцией АС. Из прямоугольного треугольника АСВ , где АС есть гипотенуза прямоугольного треугольника ADC, значение ее длины равно , а ВС равно межлинейному расстоянию решетки ОЭК d. Окончательное выражение для угла места будет иметь вид (3). Азимут β источника оптического излучения из центра пятна подсвета есть ∠DAC между проекциями AD и АС. Из прямоугольного треугольника ADC следует: , где DC=Δy=(y_2B-y_2H)cos ϕ_y; AD=Δx=(x_1B-x_1H)cos ϕ_х; ϕ_х - угол поворота при колебаниях плоскости поля матричного фотоприемника первого оптико-электронного координатора относительно вертикальной оси 0z; ϕ_y - угол поворота при колебаниях плоскости поля матричного фотоприемника второго ОЭК относительно вертикальной оси 0z. Окончательное выражение для угла азимута будет иметь вид (4).

Предлагаемое изобретение позволяет определить положение азимута и угловые размеры источника оптического излучения по рассеянной в атмосфере составляющей и дает возможность исключить из поля зрения ОЭК сигналы от оптических помех. Тем самым достигается высокий уровень помехозащищенности оптических систем. Значительно расширена область наблюдения за источниками оптического излучения, осуществляемая двумя ОЭК.

Библиографические данные источников информации, принятые во внимание при составлении описания и формулы изобретения

1. М.А. Тришенков Фотоприемные устройства и ПЗС. Обнаружение слабых оптических сигналов. - М.: Радио и связь, 1992. 400 с.

2. Л.З. Криксунов Следящие системы с оптико-электронными координаторами. - Киев: Техника, 1991. 155 с.

3. Патент на изобретение RU №2285275 «Способ определения направления на источник оптического излучения по рассеянной в атмосфере составляющей и устройство его реализации», МПК G01S 17/06, опубликован 10.10.2006 г.

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано в системах траекторных измерений, а также в системах точного определения направления на источники оптического излучения техники воздушного базирования. Способ определения направления на источник оптического излучения по рассеянной в атмосфере составляющей основан на применении двух оптико-электронных координаторов (ОЭК) с матричными фотоприемниками, причем в исходном положении плоскость поля фотоприемника первого оптико-электронного координатора перпендикулярна плоскости поля второго ОЭК, осуществлена координатная привязка фотоэлементов первого оптико-электронного координатора в координатной плоскости x0z и фотоэлементов второго оптико-электронного координатора в координатной плоскости y0z, в процессе определения угловых координат источника оптического излучения первый и второй оптико-электронные координаторы совершают периодические колебания относительно вертикальной оси 0z. Технический результат заключается в обеспечении возможности повышения помехозащищённости. 1 ил.

Способ определения направления на источник оптического излучения по рассеянной в атмосфере составляющей, основанный на применении двух оптико-электронных координаторов с матричными фотоприемниками, причем в исходном положении плоскость поля матричного фотоприемника первого оптико-электронного координатора перпендикулярна плоскости поля матричного фотоприемника второго оптико-электронного координатора, осуществлена координатная привязка матричного фотоприемника первого оптико-электронного координатора в координатной плоскости x0z и матричного фотоприемника второго оптико-электронного координатора в координатной плоскости y0z, отличающийся тем, что в процессе определения угловых координат источника оптического излучения первый и второй оптико-электронные координаторы совершают периодические колебания относительно вертикальной оси 0z, а значения угловых координат источника оптического излучения определяют по формулам

где ε, β - угол места и азимут источника оптического излучения;

d - расстояние между верхней и нижней линейками фотоэлементов матричного фотоприемника оптико-электронного координатора;

Δx=(x_1B-x_1H)cosϕ_х, Δy=(y_2B-y_2H)cosϕ_y, x_1B и x_1H - координаты верхнего и нижнего фотоэлементов линеек матричного фотоприемника первого оптико-электронного координатора, сигнал на выходе которых имеет максимальное значение;

y_2B и y_2H - координаты верхнего и нижнего фотоэлементов линеек матричного фотоприемника второго оптико-электронного координатора, сигнал на выходе которых имеет максимальное значение;

ϕ_х - угол поворота при колебаниях плоскости поля матричного фотоприемника первого оптико-электронного координатора относительно вертикальной оси 0z;

ϕ_y - угол поворота при колебаниях плоскости поля матричного фотоприемника второго оптико-электронного координатора относительно вертикальной оси 0z.