Способ динамического контроля соосности пеленгационных и лазерных каналов Российский патент 2023 года по МПК G01C3/08 

Изобретение относится к лазерной локации и может быть использовано при создании средств точного наведения лазерного излучения на объект.

Известны лазерные локационные станции (ЛЛС), оптические схемы которых включают в себя несколько объективов, позиционно-чувствительных фотоприемных устройства и один или более светоделитель, разделяющий в пространстве световые пучки таким образом, чтобы каждый пучок фокусировался с помощью соответствующего объектива в апертуре своего ФПУ [1]. Поскольку параллельные лучи отображаются объективом в некоторую точку, расположенную в фокальной плоскости объектива, а свет удаленного и лазерного источников можно рассматривать как пучки параллельных лучей, положение этой точки (центра пучка) в апертуре ФПУ определяет угловое смещение пучка. Нахождение положений центров пучков, их рассогласования и выдача сигналов управления происходит в режиме реального времени.

Недостатком разделения приемного тракта на несколько каналов является, во-первых, увеличение габаритов, массы и стоимости установки. Во-вторых, воздействие внешних возмущений на элементы оптического тракта приводит к одинаковым, либо ничтожным угловым смещениям световых пучков. При установке подобной конструкции на мобильный носитель требуется принятие дополнительных мер вибрационной защиты. В-третьих, значительные трудности вызывает первоначальная юстировка ЛЛС с несколькими ФПУ, которые необходимо установить строго в оптически сопряженных плоскостях.

Известен способ наведения лазерных пучков, включающий прием пеленгационного оптического сигнала от удаленного объекта, создание изображения удаленного объекта с помощью единственного матричного ФПУ и нахождение центра пеленгационного светового пучка. При этом формируют лазерный пучок, который разделяют на две части, одну часть посылают в направлении удаленного объекта, а другую часть фокусируют в апертуре ФПУ для создания изображения лазерного источника и определяют положение центра парциального пучка [2]. По результатам измерений находят рассогласование между положениями центров пеленгационного и парциального пучков, и формируют управляющие сигналы для совмещения осей лазерного пучка и пеленгационного пучка. Известный способ предложено реализовать с помощью упрощенной следящей системы, включающей телескоп для приема оптического сигнала от удаленного объекта и передачи лазерного пучка, координатно-чувствительное ФПУ, помещенное в фокальной плоскости формирователя изображений на оптической оси телескопа, светоделитель, помещенный на упомянутой оптической оси между упомянутыми телескопом и ФПУ, ретрорефлектор, помещенный с одной стороны светоделителя, дефлектор, расположенный по другую сторону светоделителя напротив ретрорефлектора, лазерную установку, формирующую лазерный пучок, падающий на упомянутый дефлектор и отклоненный дефлектором на упомянутый светоделитель, который отражает первую часть лазерного пучка в упомянутый телескоп для передачи по направлению линии визирования, а вторую часть лазерного пучка пропускает на ретрорефлектор для отражения назад в упомянутый светоделитель и далее для отклонения светоделителем в упомянутое ФПУ. Расстояние между центрами светового пучка и второго парциального лазерного пучка, найденное с помощью матричного ФПУ в фокальной плоскости формирователя изображений и определяющее угловое смещение первого парциального (выходного) пучка относительно пеленга, используется для вычисления сигналов управления дефлектором с целью совмещения направления выходного лазерного пучка с пеленгом.

Применение указанного способа ограничено возможностью появления перекрестных помех в случаях близкого расположения центров пучков, что приводит к наложению изображений поперечных сечений пучков, ошибке в измерениях величины и знака упомянутого относительного углового смещения, и, как следствие, к срыву сопровождения. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому при использовании изобретения техническому результату - прототипом заявляемого изобретения, является способ наведения лазерного пучка на какой-либо объект, согласно которому в оптический тракт между лазером и пеленгационным фотоприемником вводят вспомогательный двунаправленный пучок оптического излучения, распространяющийся от места ввода в оптически сопряженных направлениях: в одном направлении (диагностическом) пучок идет к резонатору лазера, формируя для фотоприемника сигнал с информацией о положении оптической оси резонатора лазера, в другом направлении (опорном) пучок идет к фотоприемнику, где измеряется рассогласование между положениями диагностического, опорного и пеленгационного (т.е. несущего информацию о направлении на объект) сигналов, на основании чего осуществляют управление оптическим узлом, служащим выходным для лазерного излучения и входным для сигнала пеленга [3].

Известный способ реализуется с помощью устройства, содержащего позиционно-чувствительный фотоприемник, дефлектор с одним или несколькими исполнительными элементами контура управления, светоделитель, пропускающий к дефлектору лазерное излучение и направляющий к фотоприемнику пеленгационный сигнал и вспомогательное излучение, оптический узел, разводящий вспомогательное излучение по двум оптически сопряженным направлениям, источник вспомогательного излучения. Недостатками известного решения являются техническая сложность создания оптической схемы двунаправленного светового пучка, а также возможность появления перекрестных помех при измерениях рассогласований между положениями сигналов в случаях, когда направление лазерного излучения совпадает с пеленгом. Задача и достигаемый при использовании изобретения технический результат - обеспечение высокой точности наведения путем устранения перекрестных помех и уменьшение ошибки в измерениях углового смещения первого парциального (выходного) пучка относительно пеленга.

Поставленная цель достигается за счет того, что в способе динамического контроля соосности нескольких пеленгационных каналов и лазерного канала в оптико-электронной системе, заключающийся в формировании на нескольких матричных пеленгационных фотоприемников различного спектрального диапазона сигнала пеленга, при этом в оптический тракт между оптическим узлом, служащим выходным для лазерного излучения и входным для сигнала пеленга, и лазером вводят вспомогательный двунаправленный пучок оптического излучения, формируемый широкоспектральным оптическим маркерным излучателем, распространяющийся от места ввода в оптически сопряженных направлениях:

в одном опорном направлении пучок оптического излучения идет на вспомогательный матричный фотоприемник, формируя на вспомогательном матричном фотоприемнике, подключенном к узлу оптического сопряжения опорного пучка и деления лазерного излучения, сигнал с информацией о положении опорного направления пучка, который сравнивается с сигналом, формируемым на вспомогательном матричном фотоприемнике лазерным излучением и проходящим от лазера через двухкоординатный механизм коррекции направления лазерного излучения и через узел оптического сопряжения опорного пучка и деления лазерного излучения, причем сигналом рассогласования между опорным направлением пучка и лазерным излучением с вспомогательного матричного фотоприемника осуществляется управление двухкоординатным механизмом коррекции направления лазерного излучения для достижения коллинеарности лазерного излучения и опорного направления;

в другом информационном направлении пучок оптического излучения идет к оптическому узлу, служащему выходным для лазерного излучения и входным для сигнала пеленга, и поступает через узел оптического деления на несколько матричных пеленгационных фотоприемников различного спектрального диапазона, на которых формирует сигналы с информацией о опорном направлении, причем сигналом рассогласования между пеленгом цели и опорным направлением в каждом матричном пеленгационном фотоприемнике осуществляется управление оптическим узлом, служащим выходным для лазерного излучения и входным для сигнала пеленга, так, чтобы сигнал о пеленге цели совпал с сигналом о опорном направлении, являющимся точкой прицеливания, при назначении одного из матричных пеленгационных фотоприемников ведущим командами внешнего информационно-управляющего устройства.

Признаками, отличающими предлагаемое изобретение от известных является то, что вводят вспомогательный двунаправленный пучок:

в одном опорном направлении пучок оптического излучения идет на вспомогательный матричный фотоприемник, формируя на вспомогательном матричном фотоприемнике, подключенном к узлу оптического сопряжения опорного пучка и деления лазерного излучения, сигнал с информацией о положении опорного направления пучка, который сравнивается с сигналом, формируемым на вспомогательном матричном фотоприемнике лазерным излучением и проходящим от лазера через двухкоординатный механизм, например - пьезопривод, коррекции направления лазерного излучения и через узел оптического сопряжения опорного пучка и деления лазерного излучения, причем сигналом рассогласования между опорным направлением пучка и лазерным излучением с вспомогательного матричного фотоприемника осуществляется управление двухкоординатным механизмом коррекции направления лазерного излучения для достижения коллинеарности лазерного излучения и опорного направления;

в другом информационном направлении пучок оптического излучения идет к оптическому узлу, служащему выходным для лазерного излучения и входным для сигнала пеленга, и поступает через узел оптического деления на несколько матричных пеленгационных фотоприемников различного спектрального диапазона, на которых формирует сигналы с информацией о опорном направлении, причем сигналом рассогласования между пеленгом цели и опорным направлением в каждом матричном пеленгационном фотоприемнике осуществляется управление оптическим узлом, служащим выходным для лазерного излучения и входным для сигнала пеленга, так, чтобы сигнал о пеленге цели совпал с сигналом о опорном направлении, являющимся точкой прицеливания, при назначении одного из матричных пеленгационных фотоприемников ведущим командами внешнего информационно-управляющего устройства.

Предлагаемый способ динамического контроля соосности нескольких пеленгационных каналов и лазерного канала осуществляется с помощью оптико-электронной схемы, которая представлена на фиг. 1, где:

1 - матричные пеленгационные фотоприемники (N штук);

2 - узел оптического деления;

3 - оптический узел, служащий выходным для лазерного излучения и входным для сигнала пеленга;

4 - оптический тракт;

5 - узел оптического сопряжения опорного пучка и деления лазерного излучения;

6 - двухкоординатный механизм (пьезопривод) коррекции;

7 - лазер;

8 - вспомогательный матричный фотоприемник;

9 - источник вспомогательного пучка.

ЛИ - лазерное излучение;

ОН - опорное направление;

СП - сигнал пеленга.

Функционирование устройства происходит согласно соответствующему способу. Источники информации:

1. Барышников Н.В. Использование полунатурных методов моделирования при проектировании сложных лазерных оптико-электронных систем. «Наука и образование», 2011, №2, с. 14-25. http://engineering-science.ru/doc/16641 l.html

2. Патент US №5517016.

3. Патент RU №2343412 - прототип.

Изобретение относится к лазерной локации и точному наведению лазерного излучения. Способ заключается во введении вспомогательного двунаправленного пучка оптического излучения, в опорном направлении пучок идет на вспомогательный матричный фотоприемник, формирует сигнал о положении опорного направления пучка, сравнивается с сигналом, полученном на вспомогательном фотоприемнике лазерным излучением от лазера через двух координатный механизм коррекции направления лазерного излучения и узел оптического сопряжения опорного пучка и деления лазерного излучения, сигналом рассогласования опорного направления пучка и лазерного излучения осуществляется управление двухкоординатным механизмом коррекции направления излучения для достижения коллинеарности. В информационном направлении пучок излучения идет к оптическому узлу, выходу лазерного излучения и входу сигнала пеленга, поступает через узел деления на пеленгационные фотоприемники, формирует сигналы об опорном направлении, сигналом рассогласования между пеленгом цели и опорным направлением в каждом фотоприемнике осуществляется управление оптическим узлом так, чтобы сигнал о пеленге совпал с сигналом об опорном направлении, являющимся точкой прицеливания, при назначении одного из пеленгационных фотоприемников ведущим. Технический результат - высокая точность наведения. 1 ил.

Способ динамического контроля соосности нескольких пеленгационных каналов и лазерного канала в оптико-электронной системе, заключающийся в формировании на нескольких матричных пеленгационных фотоприемников различного спектрального диапазона сигнала пеленга, при этом в оптический тракт между оптическим узлом, служащим выходным для лазерного излучения и входным для сигнала пеленга, и лазером вводят вспомогательный двунаправленный пучок оптического излучения, формируемый широкоспектральным оптическим маркерным излучателем, распространяющийся от места ввода в оптически сопряженных направлениях:

в одном опорном направлении пучок оптического излучения идет на вспомогательный матричный фотоприемник, формируя на вспомогательном матричном фотоприемнике, подключенном к узлу оптического сопряжения опорного пучка и деления лазерного излучения, сигнал с информацией о положении опорного направления пучка, который сравнивается с сигналом, формируемым на вспомогательном матричном фотоприемнике лазерным излучением и проходящим от лазера через двухкоординатный механизм коррекции направления лазерного излучения и через узел оптического сопряжения опорного пучка и деления лазерного излучения, причем сигналом рассогласования между опорным направлением пучка и лазерным излучением с вспомогательного матричного фотоприемника осуществляется управление двухкоординатным механизмом коррекции направления лазерного излучения для достижения коллинеарности лазерного излучения и опорного направления;

в другом информационном направлении пучок оптического излучения идет к оптическому узлу, служащему выходным для лазерного излучения и входным для сигнала пеленга, и поступает через узел оптического деления на несколько матричных пеленгационных фотоприемников различного спектрального диапазона, на которых формирует сигналы с информацией о опорном направлении, причем сигналом рассогласования между пеленгом цели и опорным направлением в каждом матричном пеленгационном фотоприемнике осуществляется управление оптическим узлом, служащим выходным для лазерного излучения и входным для сигнала пеленга, так, чтобы сигнал о пеленге цели совпал с сигналом о опорном направлении, являющимся точкой прицеливания, при назначении одного из матричных пеленгационных фотоприемников ведущим командами внешнего информационно-управляющего устройства.