СПОСОБ ОДНОПОЗИЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ КООРДИНАТ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ИСТОЧНИКА ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2022 года по МПК G01S17/06 

Изобретение относится к области мониторинга (измерения) местоположений источников оптического излучения (ИОИ) и может быть использовано в системах обеспечения вхождения в связь, системах траекторных измерений, а также в системах координатометрии оптико-электронных средств различного базирования и т.п.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является способ определения местоположения ИОИ по рассеянной в атмосфере составляющей (см., например, [1]), основанный на применении двух оптико-электронных координаторов (ОЭК) с матричными фотоприемниками (МФП), приемные плоскости которых взаимно перпендикулярны, осуществлении координатной привязки фотоэлементов МФП двух ОЭК, приеме рассеянного атмосферным каналом оптического излучения ИОИ двумя ОЭК с МФП, определении крайних фотоэлементов противоположных по периметру линеек фотоэлементов двух ОЭК с МФП, сигнал на выходе которых превысил пороговое значение, и вычислении по значениям координат их местоположения координаты местоположения ИОИ.

Недостатками способа являются: требование к ортогональности взаимного расположения приемных плоскостей ОЭК, которое обуславливает использование большой базы определения местоположения ИОИ; прием рассеянного вбок излучения, ограничивающий дальность обнаружения сигналов ИОИ; определения минимум восьми координат местоположения фотоэлементов ОЭК.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является обеспечение однопозиционного определения координат ИОИ.

Технический результат достигается тем, что в известном способе однопозиционного измерения координат местоположения ИОИ, основанном на применении ОЭК с МФП, осуществлении координатной привязки фотоэлементов МФП ОЭК, приеме излучения источника оптического излучения ОЭК с МФП, определении координат фотоэлементов ОЭК с МФП, сигналы на выходе которых превысили пороговое значение, дополнительно определяют координаты местоположения элементов построения оптической системы ОЭК с МФП, изменяют координаты местоположения элементов построения оптической системы ОЭК с МФП, повторно определяют координаты местоположения элементов построения оптической системы ОЭК с МФП, повторно принимают излучение ИОИ ОЭК с МФП и определяют координаты фотоэлементов ОЭК с МФП, сигналы на выходе которых превысили пороговое значение, вычисляют по значениям, полученных при двух измерениях, координат фотоэлементов ОЭК с МФП, сигналы на выходе которых превысили пороговое значение, и координат местоположения элементов построения оптической системы ОЭК с МФП координаты местоположения ИОИ.

Сущность изобретения заключается в применении ОЭК с МФП, с изменяемыми параметрами оптической системы. Определение координат местоположения ИОИ осуществляется по значениям координат фотоэлементов МФП, сигналы на выходе которых превысили пороговое значение, координатных параметров оптической системы ОЭК с МФП.

Под угловым местоположением ИОИ в изобретении понимается местоположение ИОИ, находящегося по отношению к оси ОЭК по некоторым углом в пределах поля зрения ОЭК. При совпадении осей луча ИОИ и поля зрения ОЭК, предлагаемый в способе порядок действий не позволяет определить координаты местоположения ИОИ.

На фигуре 1 представлена схема, поясняющая способ, где: 1 - ОЭК, включающих 2 - оптическую систему и 3 - МФП; 4 - ИОИ ((x₁, 0, z₁), (x₂, 0, z₂) - координаты фотоэлементов МФП 3 ОЭК 1, сигналы на выходе которых превысили пороговое значение, (x_Ц1, 0, z_Ц1) - координаты центральных фотоэлементов МФП 3 ОЭК 1, ƒ₁, ƒ₂ - фокусные расстояния оптической системы 2, (x_ИОИ, y_ИОИ, z_ИОИ) - координаты местоположения ИОИ 4). Для упрощения описания функционирования способа ОЭК 1 представлен в виде эквивалентной оптической системы 2 с изменяемым фокусным расстоянием (ƒ₁, ƒ₂) и МФП 3.

Это обусловлено тем, что оптическая система ОЭК 1 любой сложности, состоящий из последовательно расположенных оптических элементов, может быть представлена эквивалентной системой, обеспечивающей при заданных параметрах излучения на входе такие же параметры излучения на выходе, что и реальная система (см., например, [2], стр. 26-28).

Фоточувствительные элементы МФП 3 ОЭК 1 имеют координатную привязку. Приемная плоскость МФП 3 расположена в координатной плоскости x0z. Центр оптической системы 2 может располагаться в координатах (x_Ц, ƒ₁, z_Ц), (x_Ц, ƒ₂, z_Ц). МФП 3 через объектив 2 принимает излучение ИОИ 4.

ОЭК 1, имеющий оптическую систему 2 с первоначальным значением фокусного расстояния ƒ₁, определяет МФП 3 координаты (x₁, 0, z₁), фотоэлементов, сигналы на выходе которых превысили пороговое значение (на фигуре 1 фотоэлементы обозначены черным цветом). ОЭК 1 изменяет фокусное расстояние оптической системы на значение ƒ₂ и повторно определяет МФП 3 координаты (x₂, 0, z₂), фотоэлементов, сигналы на выходе которых превысили пороговое значение. Далее вычисляют координаты (x_ИОИ, y_ИОИ, z_ИОИ) местоположения ИОИ 4 по значениям координат (x₁, 0, z₁), (x₂, 0, z₂) фотоэлементов МФП 3, координат (x_Ц, ƒ₁, z_Ц), (x_Ц, ƒ₂, z_Ц) местоположения оптической системы 2, полученных при двух измерениях.

Для подтверждения технического результата приведем основную аналитическую зависимость применительно к координатной привязке и упрощенного представления ОЭК 1, изображенной на фигуре 1. Координаты ИОИ 4 можно определить, решая систему уравнений относительно координат (x_ИОИ, y_ИОИ, z_ИОИ), как точку пресечения прямых, заданных уравнениями в координатной форме с координатами точек (x₁, 0, z₁), (x_Ц, ƒ₁, z_Ц) и (x₂, 0, z₂), (x_Ц, ƒ₂, z_Ц)

На фигуре 2 представлена блок-схема устройства, с помощью которого может быть реализован предлагаемый способ. Блок-схема устройства включает: ОЭК 1, блок обработки и управления 5, навигационный приемник 6 и блок изменения местоположения элементов построения объектива 7 (остальные обозначения соответствуют фигуре 1).

Устройство работает следующим образом. Навигационный приемник 6 определяет координаты местоположения и передает их значения в блок обработки и управления 5. Блок обработки и управления 5 осуществляет координатную привязку фотоэлементов МФП 3 и элементов построения оптической системы (объектива) 2 ОЭК 1. Блок изменения местоположения элементов построения объектива 7 изменяет местоположение элементов оптической системы 2. ОЭК 1 принимает излучение ИОИ, определяет координаты фотоэлементов, сигналы на выходе которых превысили пороговое значение, и передает их значения в блок обработки и управления 5. Блок обработки и управления 5 осуществляет, через исполнительные элементы, требуемые технические операции и определяет по поступившим данным и хранящимся данным координаты местоположения ИОИ.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет обеспечить однопозиционное определения координат ИОИ за счет использования ОЭК с МФП с изменяемыми координатными параметрами его оптической системы. Следовательно, предлагаемый авторами, способ устраняет недостатки прототипа.

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений неизвестен способ однопозиционного измерения координат местоположения ИОИ, основанный на применении ОЭК с МФП, осуществлении координатной привязки фотоэлементов МФП ОЭК, приеме излучения источника оптического излучения ОЭК с МФП, определении координат фотоэлементов ОЭК с МФП, сигналы на выходе которых превысили пороговое значение, дополнительно определении координат местоположения элементов построения оптической системы ОЭК с МФП, изменении координат местоположения элементов построения оптической системы ОЭК с МФП, повторном определении координат местоположения элементов построения оптической системы ОЭК с МФП, повторном приеме излучения ИОИ ОЭК с МФП и определении координат фотоэлементов ОЭК с МФП, сигналы на выходе которых превысили пороговое значение, вычислении по значениям, полученных при двух измерениях, координат фотоэлементов ОЭК с МФП, сигналы на выходе которых превысили пороговое значение, и координат местоположения элементов построения оптической системы ОЭК с МФП координат местоположения ИОИ.

Предлагаемое техническое решение практически применимо, так как для его реализации могут быть использованы типовые радиоэлектронные узлы и устройства.

1 Пат.2591589 RU, G01S 17/06. Способ определения местоположения источника оптического излучения по рассеянной в атмосфере составляющей / Ю.Л. Козирацкий, А.Ю. Козирацкий, И.Е. Грохотов, П.Е. Кулешов и др.; заявитель и патентообладатель ВУНЦ ВВС «ВВА им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина». - №2014154444; заявл. 30.12.2014; опубл. 20.07.2016, Бюл. №20. - 9 с.

2 Козирацкий Ю.Л., Афанасьева А.И., Гревцев А.И., и др. Обнаружение и координатометрия оптико-электронных средств, оценка параметров их сигналов. / Ю.Л. Козирацкий, А.И. Афанасьева, А.И. Гревцев, А.А. Донцов и др. М.: «ЗАО «Издательство «Радиотехника», 2015. 456 с.

Использование: изобретение относится к области мониторинга (измерения) местоположений источников оптического излучения (ИОИ) и может быть использовано в системах обеспечения вхождения в связь, системах траекторных измерений, а также в системах координатометрии оптико-электронных средств различного базирования. Сущность: в способе однопозиционного измерения координат местоположения ИОИ применяют оптико-электронный координатор (ОЭК) с матричным фотоприемником (МФП), осуществляют координатную привязку фотоэлементов МФП ОЭК, прием излучения источника оптического излучения ОЭК с МФП, определение координат фотоэлементов ОЭК с МФП, сигналы на выходе которых превысили пороговое значение, дополнительно определяют координаты местоположения элементов построения оптической системы ОЭК с МФП, изменение координат местоположения элементов построения оптической системы ОЭК с МФП, повторно определяют координаты местоположения элементов построения оптической системы ОЭК с МФП, повторно принимают излучение ИОИ ОЭК с МФП и определяют координаты фотоэлементов ОЭК с МФП, сигналы на выходе которых превысили пороговое значение, вычисление по значениям, полученным при двух измерениях, координат фотоэлементов ОЭК с МФП, сигналы на выходе которых превысили пороговое значение, и координат местоположения элементов построения оптической системы ОЭК с МФП координат местоположения ИОИ. Технический результат: обеспечение однопозиционного определения координат ИОИ. 2 ил.

Способ однопозиционного измерения координат местоположения источника оптического излучения, основанный на применении оптико-электронного координатора с матричным фотоприемником, осуществлении координатной привязки фотоэлементов матричного фотоприемника оптико-электронного координатора, приеме излучения источника оптического излучения оптико-электронным координатором с матричным фотоприемником, определении координат фотоэлементов оптико-электронного координатора с матричным фотоприемником, сигналы на выходе которых превысили пороговое значение, отличающийся тем, что осуществляют координатную привязку фотоэлементов матричного фотоприемника оптико-электронного координатора и оптической системы оптико-электронного координатора с матричным фотоприемником с первоначальным значением фокусного расстояния f₁, изменяют фокусное расстояние оптической системы оптико-электронного координатора с матричным фотоприемником на значение f₂, повторно принимают излучение источника оптического излучения оптико-электронным координатором с матричным фотоприемником и определяют координаты фотоэлементов оптико-электронного координатора с матричным фотоприемником, сигналы на выходе которых превысили пороговое значение, вычисляют по значениям, полученным при двух измерениях координат фотоэлементов оптико-электронных координаторов с матричными фотоприемниками, сигналы на выходе которых превысили пороговое значение, и координат местоположения на фокусных расстояниях f₁, f₂ оптической системы оптико-электронного координатора с матричным фотоприемником координаты местоположения источника оптического излучения.