Устройство обнаружения оптических и оптико-электронных приборов Российский патент 2021 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.

Известно устройство обнаружения оптоэлектронных объектов, описанное в патенте RU №2129287, МПК G01S 17/00, опубликованном в 1999 г. Устройство содержит последовательно соединенные объектив, электронно-оптический преобразователь, блок затворных импульсов, выход которого подключен к входу ЭОП, фотоприемное устройство и видеоконтрольное устройство (монитор), частотно-импульсный лазер, модулятор и делитель кадровой частоты, синхрогенератор, блок обработки видеосигнала.

Известно устройство обнаружения оптико-электронных объектов, описанное в патенте RU №2349929, МПК G01S 17/00, опубликованном в 2009 г. Устройство содержит объектив, электронно-оптический преобразователь, фотоприемник, телевизионный блок обработки, видеоконтрольный блок, синхрогенератор, делитель кадровой частоты, модулятор, импульсный лазер, объектив, блок затворных импульсов, пульт управления, лазер с "ножевой" диаграммой излучения. Недостатком данных устройства является использование ЭОП, обладающих высокой чувствительностью к локальным световым помехам (яркие вспышки света, свет фар автомобиля, открытого огня, другие яркие вспышки света), в результате снижается дальность наблюдения. Также "обратная" засветка ПНВ излучением ИК-прожектора, рассеянным на неоднородностях атмосферы, большие габариты и масса ограничивают область применения данного устройства.

Превышение видеосигналом заданного порога приравнивается в данных устройствах к факту появления в зоне облучения оптического прибора. Известные устройства имеют 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.

Наиболее близким к заявляемому, выбранным за прототип, является устройство обнаружения оптических и оптико-электронных приборов (патент РФ №2568336 от 1.11.13, МПК G01S 17/06).

Устройство для обнаружения оптических и оптико-электронных приборов посредством сканирования лоцируемого пространства, 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 блок приемный в виде двухканальной системы построения изображений с s- и р-поляризаций с одинаковыми угловыми полями, содержащий объектив, поляризационный делитель и фотоприемное устройство с двухзонной чувствительной площадкой для раздельной регистрации изображений с s- и р-поляризаций, поляризационный делитель в виде склейки из призмы АР-90° или призмы БС-0° с нанесенным поляризационным покрытием и пластины, компенсатор, установленный за поляризационным делителем для лучей с р-поляризацией, поляризатор - перед фотоприемным устройством, толщина пластины поляризационного делителя равна где b - межосевое расстояние между зонами на чувствительной площадке фотоприемного устройства; устройство дальномерное, содержащее блоки передающий и приемный; электронный блок управления и обработки.

В известном устройстве используется двухканальная система построения изображений с раздельной регистрацией отраженного излучения зарегистрированных в различных состояниях поляризации на двухзонной чувствительной площадке фотоприемного устройства.

Фокусные расстояния, угловые поля и соответственно линейные поля каналов равны. Из-за небольших расстояний между каналами, которое определяется размером приемника, происходит виньетирование наклонных пучков на границе между двумя каналами и изображения накладываются друг на друга, что уменьшает угловые поля в каналах, затрудняет обработку результатов. При наложении изображений уровень сигнала, отраженного от ОП уменьшается, и 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.

Задачей изобретения является создание устройства обнаружения ОП с повышенными эксплуатационными характеристиками за счет построения в двухканальной системе качественной картины изображений без наложения на границе между каналами.

С помощью предлагаемого изобретения достигается технический результат, заключающийся в построении в двухканальной системе качественной картины изображений без наложения на границе между каналами, в повышении точности определения координат обнаруженных целей на границе между каналами, увеличении стабильности параметров, повышении эффективности обнаружения оптических и оптико-электронных приборов на границе между каналами, улучшении эксплуатационных характеристик.

Поставленная задача решается тем, что в известном 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 раздельной регистрацией s- и р-поляризаций с одинаковыми угловыми полями, содержащий объектив, поляризационный делитель и фотоприемное устройство с двухзонной чувствительной площадкой для раздельной регистрации изображений с s- и р-поляризаций, поляризационный делитель в виде склейки из призмы АР-90° или призмы БС-0° с нанесенным поляризационным покрытием и пластины, компенсатор, установленный за поляризационным делителем для лучей с р-поляризацией, поляризатор - перед фотоприемным устройством, толщина пластины поляризационного делителя равна где b - межосевое расстояние между зонами на чувствительной площадке фотоприемного устройства; устройство дальномерное, содержащее блоки передающий и приемный; электронный блок управления и обработки, отличающееся тем, что компенсатор выполнен в виде одной сферической линзы или нескольких линз, чувствительная площадка фотоприемного устройства разделена на неравные зоны, межзонная граница смещена на Δ, граница второго канала - на 2Δ, фокусное расстояние второго канала уменьшено при сохранении углового поля, где Δ - область наложения изображений двух каналов на границе зон.

На фиг. 1 приведена чувствительная площадка фотоприемного устройства: а) прототипа и б) предложенного устройства обнаружения, где I - первая и II - вторая зоны чувствительной площадки, Δ - область наложения изображений двух каналов на границе зон прототипа, 2а - линейное поле первой и второй зон прототипа, (2а+Δ) и (2а-Δ) - линейное поле соответственно первой и второй зон предложенного устройства, f₁ - фокусное расстояние первой и второй зон прототипа и первой зоны предложенного устройства, f₂ - фокусное расстояние второй зоны предложенного устройства. Из фиг. 1 видно, что у прототипа присутствует наложение изображений на границе между двумя каналами, а в предложенном устройстве это наложение устранено.

Размеры зон чувствительной площадки могут быть разные в зависимости от выбранного размера фотоприемного устройства и заданного углового поля. Для варианта, когда максимальное угловое поле для каждой зоны устанавливается описанным кругом в зоне, и радиус круга равен произведению углового поля Ω_мак на фокусное расстояние зоны f₁, фокусное расстояние второй зоны предложенного устройства f₂ равно:

f₂=(a-Δ/2)/(Ω_мак-Δ/2f₁).

Рассмотрим обнаружение оптических и оптико-электронных приборов с помощью предложенного устройства. На фиг. 2 показана блок-схема предложенного устройства, где:

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 в виде двух линз;

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 интерференционного светофильтра 1.1, объектива 1.2, камеры телевизионной 1.3, микродисплея 1.4 и электронного визира 1.5.

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 излучателя лазерного 2.1.1 и телескопа излучателя лазерного 2.1.2.

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 р-поляризаций.

Блок приемный 2.2 устройства обнаружения состоит из интерференционного светофильтра 2.2.1, объектива 2.2.2, поляризационного делителя 2.2.3, состоящего из призмы АР-90° 2.2.3.1 и пластины 2.2.3.2, компенсатора 2.2.4 в виде двух линз, поляризатора 2.2.5 и фотоприемного устройства 2.2.6.

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.

Компенсатор 2.2.4 предназначен для совмещения плоскостей фокусировки излучения с разными составляющими поляризации, уменьшения фокусного расстояния во второй зоне и уменьшения размеров второй зоны чувствительной площадки фотоприемного устройства. Компенсатор выполнен в виде одной сферической линзы или нескольких линз из стекла, например, ТФ5 с большим показателем преломления.

Конструктивно поляризационный делитель 2.2.2 представляет из себя склейку из призмы АР-90° 2.2.3.1 с нанесенным поляризационным покрытием и пластины 2.2.3.2. Толщина пластины поляризационного делителя равна 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 Предложенное устройство приведено на фиг. 3. Обозначения на фиг. 3 идентичны принятым на фиг. 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 неравные зоны для раздельной регистрации изображений с s- и р-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 излучателя лазерного 3.1.1 и телескопа 3.1.2. 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 интерференционного светофильтра 3.2.1, объектива 3.2.2, устройства фотоприемногоЗ.2.3.

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

Обнаружение ОП осуществляется следующим образом.

Посредством устройства наблюдения 1 осуществляется визуальный обзор окружающей местности. При осмотре местности определяется зона предполагаемого нахождения оптических и оптико-электронных приборов.

Обнаружение оптических и оптико-электронных объектов осуществляется путем лоцироваия выбранного объема пространства лазерным плоскополяризованным излучением. Лазерное излучение блока передающего 2.1 обнаружителя 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 приемным блоком 2.2 обнаружителя 2 и делится его поляризационным делителем 2.2.1 на две ортогонально поляризованные составляющие, первая из которых - s-поляризация отражается от первого элемента поляризационного делителя, проходит через поляризатор 2.2.5 и фокусируется на первой зоне чувствительной площадки фотоприемного устройства 2.2.6 в зоне s-поляризации, а вторая составляющая - р-поляризация - проходит первый элемент поляризационного делителя, отражается от второго элемента поляризационного делителя, проходит через компенсатор 2.2.4 и дополнительно фокусируется при компенсации оптического пути, производится уменьшение его фокусного расстояния, проходит поляризатор 2.2.5 и фокусируется во вторую зону чувствительной площадки фотоприемного устройства 2.2.6 в зоне р-поляризации. За счет дополнительной фокусировки второй составляющей в компенсаторе при компенсации оптического пути производится уменьшение его фокусного расстояния, и как следствие линейное поле этого канала и размер второй зоны чувствительной площадки фотоприемного устройства, куда она фокусируется, уменьшаются. И не происходит наложения изображений на границе между каналами.

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. Обработка результатов производится с учетом масштаба изображений в первой и второй зонах, размера пикселя и количества пикселей в зонах. 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. Лазерное излучение блока передающего 3.1 дальномера 3 с необходимой диаграммой направленностью, направляется на обнаруженные цели. Отраженное излучение от целей поступает в блок приемный дальномера. 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 масса-габаритных размеров прибора.

Использование дополнительной фокусировки в компенсаторе при компенсации оптического пути позволяет уменьшить фокусное расстояние и линейное поле второго канала, за счет этого уменьшается размер второй зоны площадки фотоприемного устройства и не происходит наложение изображений на границе между каналами.

Таким образом, предложено устройство наблюдения оптических и оптико-электронных приборов, в котором приемный блок устройства обнаружения выполнен в виде двухканальной системы построения изображений с одинаковыми угловыми полями с возможностью: осуществлять раздельную регистрацию изображений с s- и р-поляризаций с различными фокусными расстояниями каналов и линейными полями фотоприемного устройства.

Использование предложенного устройства позволяет построить в двухканальной системе качественную картину изображений без наложения на границе между каналами, повысить эффективность обнаружения оптических и оптико-электронных приборов за счет повышения помехозащищенности, и точность определения координат обнаруженных целей на границе между каналами.

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и касается устройства обнаружения оптических и оптико-электронных приборов. Устройство содержит устройство наблюдения, дальномерное устройство и устройство обнаружения. Устройство обнаружения содержит передающий блок с лазерным излучателем и телескопом и приемный блок, выполненный виде двухканальной системы построения изображений с раздельной регистрацией s- и р-поляризации с одинаковыми угловыми полями. Приемный блок содержит объектив, поляризационный делитель, компенсатор для лучей с р-поляризацией, поляризатор и фотоприемное устройство для раздельной регистрации изображений с s- и р-поляризаций. Поляризационный делитель выполнен в виде призмы с поляризационным покрытием и пластины. Компенсатор выполнен в виде сферической линзы или нескольких линз. Чувствительная площадка фотоприемного устройства разделена на неравные зоны, межзонная граница смещена на Δ, граница второго канала - на 2Δ, где Δ - область наложения изображений двух каналов на границе зон. Фокусное расстояние второго канала уменьшено при сохранении углового поля. Технический результат заключается в исключении наложения изображений на границе между каналами, улучшении качества изображений и повышении точности определения координат обнаруженных целей. 3 ил.

Устройство 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 раздельной регистрацией s- и р-поляризаций с одинаковыми угловыми полями, содержащий объектив, поляризационный делитель и фотоприемное устройство с двухзонной чувствительной площадкой для раздельной регистрации изображений с s- и р-поляризаций, поляризационный делитель в виде склейки из призмы АР-90° или призмы БС-0° с нанесенным поляризационным покрытием и пластины, компенсатор, установленный за поляризационным делителем для лучей с р-поляризацией, поляризатор - перед фотоприемным устройством, толщина пластины поляризационного делителя равна где b - межосевое расстояние между зонами на чувствительной площадке фотоприемного устройства; устройство дальномерное, содержащее блоки передающий и приемный; электронный блок управления и обработки, отличающееся тем, что компенсатор выполнен в виде одной сферической линзы или нескольких линз, чувствительная площадка фотоприемного устройства разделена на неравные зоны, межзонная граница смещена на Δ, граница второго канала - на 2Δ, фокусное расстояние второго канала уменьшено при сохранении углового поля, где Δ - область наложения изображений двух каналов на границе зон.