Способ определения направления на источник лазерного излучения по проекции луча в плоскости наблюдения Российский патент 2023 года по МПК G01S17/06 

Изобретение относится к области оценки угловых координат источника излучения оптического диапазона длин волн и может быть использовано в системах связи, наведения оптических лучей, корректировки положения оптического приемника, траекторных измерений.

Наиболее близким по технической сущности (прототипом) к заявляемому изобретению является способ определения угловых координат на источник направленного оптического излучения (см., например, Гревцев А.И., Капитанов В.В., Козирацкий А.Ю., Козирацкий Ю.Л. и др. Способ определения угловых координат на источник направленного оптического излучения. Заявка патента на изобретение № 2016119418 от 19.05.2016, Россия, G01S 17/06, бюллетень № 2 от 18.01.2018), основанный на применении одного
оптико-электронного координатора (ОЭК) с матричным фотоприемником (МФП), привязке положения фоточувствительных элементов МФП к декартовой системе координат, приеме излучения источника оптического излучения (ИОИ) ОЭК с МФП, выделении не менее шести фотоэлементов МФП, сигналы на выходе которых равны между собой, определении их координат, вычислении по их значениям угла места и азимута ИОИ, определении суммы интенсивностей сигналов выбранных шести элементов, осуществлении наклона ФЧП МФП в плоскости угла места, повторном определении суммы интенсивностей сигналов выбранных шести элементов, сравнении полученных значений суммарных сигналов, определении принадлежности угла места источника оптического излучения одному из верхних полупространств, ограниченных плоскостью ФЧП МФП. Основным недостатком способа является необходимость осуществления механического наклона площадки ФЧП МФП в плоскости угла места, что влечет за собой появление дополнительных ошибок в измерениях и низкое быстродействие системы.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является устранение возможных ошибок измерений, вызванных механическим наклоном площадки ФЧП МФП и повышение быстродействия системы.

Технический результат достигается тем, что в известном способе определения угловых координат на ИОИ, основанном на применении ОЭК с МФП, привязке положения фоточувствительных элементов МФП к декартовой системе координат, принимают излучение ИОИ ОЭК с МФП, выделяют не менее шести фотоэлементов МФП, сигналы на выходе которых равны между собой, определяют их координаты, вычисляют по их значениям углы места и азимута ИОИ, определяют малую и большую полуоси эллипса, определяют левую и правую полуплоскости, образованные малой полуосью, определяют суммарный сигнал S1 всех элементов МФП, входящих в состав одной из полуплоскостей ФЧП МФП, определяют суммарный сигнал S2 всех элементов МФП, входящих в состав второй полуплоскости, сравнивают полученные значения сигналов S1 и S2, если S1>S2, то устанавливают принадлежность ИОИ тому полупространству, в состав которого входят элементы МФП, сумма интенсивности которых равна S1, если S1<S2, то устанавливают принадлежность ИОИ тому полупространству, в состав которого входят элементы МФП, сумма интенсивности которых равна S2.

Сущность изобретения заключается в применении одного ОЭК с МФП, осуществляющего прием части основного оптического излучения. Угол места и азимут ИОИ определяются по значениям координат фотоэлементов МФП, сигналы на выходе которых равны между собой. Определяют малую и большую полуоси эллипса. Определяют левую и правую полуплоскости, образованные малой полуосью. Суммируют сигналы всех элементов МФП, входящих в состав одной из полуплоскостей ФЧП МФП, образованных малой полуосью эллипса пятна оптического излучения, затем суммируют сигналы всех элементов, входящих в состав второй полуплоскости. Сравнивают полученные значения суммарных сигналов и по результатам сравнения определяют принадлежность угла места ИОИ одному из верхних полупространств, ограниченных плоскостью ФЧП МФП.

На фигуре 1 приведены схемы, поясняющие способ (где обозначены: 1 – ИОИ, 2 – плоскость МФП, 3 – малая полуось эллипса пятна оптического излучения, 4 – изображение оптического излучения на поверхности МФП, 5 − левое полупространство, 6 – правое полупространство). Оптический луч от ИОИ 1 падает на ФЧП МФП 2, при этом образуется изображение 4 оптического излучения с линиями равной интенсивности в виде эллипса. Выходные сигналы фотоэлементов МФП сравнивают между собой. По результатам сравнения выбирают минимум шесть фотоэлементов МФП, имеющих равные значения выходных сигналов, суммируют значения полученных шести сигналов, определяют координаты этих фотоэлементов МФП, по которым вычисляют значения угловых координат ИОИ 1. Суммируют сигналы всех элементов МФП, входящих в состав одной из полуплоскостей ФЧП МФП, образованных малой полуосью 3 эллипса пятна оптического излучения S1, затем суммируют сигналы всех элементов, входящих в состав второй полуплоскости S2. Сравнивают полученные значения суммарных сигналов и по результатам сравнения определяют принадлежность угла места ИОИ одному из верхних полупространств, ограниченных плоскостью ФЧП МФП. Если S1>S2, то устанавливают принадлежность ИОИ тому полупространству, в состав которого входят элементы МФП, сумма интенсивности которых равна S1, если S1<S2, то устанавливают принадлежность ИОИ тому полупространству, в состав которого входят элементы МФП, сумма интенсивности которых равна S2.

На фигуре 2 приведена схема устройства, реализующего предложенный способ. Устройство включает формирующую оптику (7), МФП (8), микроконтроллер (9).

Устройство функционирует следующим образом. Входное излучение фокусируется формирующей оптикой 7 на поверхности МФП 8, каждый элемент которого имеет привязку к декартовой системе координат. На поверхности МФП 8 формируется изображение ИОИ в виде части эллипса. Выходные сигналы фотоэлементов МФП 8 поступают на вход микроконтроллера 9, где происходит их сравнение между собой. По результатам сравнения определяются не менее шести фотоэлементов МФП 8, имеющих равные значения выходных сигналов, и определяются их координаты, по которым происходит формирование (см. например, А.Ю. Козирацкий, Ю.Л. Козирацкий, В.В. Капитанов, П.Е. Кулешов и др. Способ определения угловых координат ИОИ по рассеянной в атмосфере составляющей. Заявка патента на изобретение
№ 2016119418 от 19.05.2016, Россия, G01S 17/06, бюллетень № 2 от 18.01.2018) недостающей части эллипса. Далее микроконтроллер (9) осуществляет сравнение сигналов от каждого элемента МФП 8 выявляет области с большей и меньшей интенсивностью. Если результирующая интенсивность в области S1>S2, то устанавливают принадлежность ИОИ верхнему полупространству ограниченному плоскостью ФЧП МФП диапазона углов от 0⁰ до 90⁰, если S1<S2 – верхнему полупространству диапазона углов от 90⁰ до 180⁰.

Предлагаемое техническое решение практически применимо, так как для его реализации могут быть использованы типовые оптические и радиотехнические узлы и устройства. Например, для вычисления угловых координат на ИОИ, могут быть использованы микроконтроллеры, осуществляющие алгоритмы вычисления по поступающим данным о значениях координат фотоэлементов и их сигналов МФП. Сравнение значений результирующих интенсивностей также может осуществляться при помощи микроконтроллерного устройства. Фокусирование излучения от ИОИ выполняется при помощи системы линз и зеркал (см. например, Криксунов Л.З. Справочник по основам инфракрасной техники. - М.: Сов. радио, 1978, стр. 210).

Использование: изобретение относится к области оценки угловых координат источника оптического излучения и может быть использовано в системах обеспечения вхождения в связь, нацеливания оптических лучей, траекторных измерений. Технический результат: устранение возможных ошибок измерений, вызванных механическим наклоном площадки ФЧП МФП, и повышение быстродействия системы. Сущность: способ заключается в применении одного ОЭК с МФП, осуществляющим прием части основного излучения. Угол места ИОИ определяется по значениям координат фотоэлементов МФП, сигналы на выходе которых равны между собой. Определяют малую и большую полуоси эллипса. Определяют левую и правую полуплоскости, образованные малой полуосью. Суммируют сигналы выделенных шести элементов областей S1 и S2 МФП. Сравнивают полученные значения суммарных сигналов и по результатам сравнения определяют принадлежность угла места источника оптического излучения одному из верхних полупространств, ограниченных плоскостью ФЧП МФП. 2 ил.

Способ определения угловых координат источника направленного оптического излучения, основанный на применении оптико-электронного координатора с матричным фотоприемником, привязке положения фоточувствительных элементов матричного фотоприемника к декартовой системе координат, приеме излучения источника оптического излучения оптико-электронным координатором с матричным фотоприемником, выделении не менее шести фотоэлементов матричного фотоприемника, сигналы на выходе которых равны между собой, определении их координат и вычислении по их значениям угла места источника оптического излучения, отличающийся тем, что определяют малую и большую полуоси эллипса, разделяют малой полуосью эллипс на две области, одна из которых принадлежит левой, а другая - правой полуплоскости, образованных малой полуосью, определяют суммарный сигнал S1 от фотоэлементов матричного фотоприемника, находящихся в одной из областей, и суммарный сигнал S2 от фотоэлементов матричного фотоприемника, находящихся в другой области, сравнивают полученные значения суммарных сигналов от областей S1 и S2; если S1>S2, то устанавливают принадлежность источника оптического излучения верхнему полупространству, ограниченному плоскостью фоточувствительной поверхности матричного фотоприемника диапазона углов от 0 до 90°, если S1<S2 - верхнему полупространству диапазона углов от 90 до 180°.