Способ непрерывного воздействия лазерным лучом на неупорядоченно движущийся объект Российский патент 2024 года по МПК G02B26/10 

Изобретение относится к области управления системами общего назначения, оптическими системами и может быть использовано для непрерывного воздействия лазерным лучом на неупорядоченно движущийся объект.

Известно защищенное патентом изобретение - аналог: заявка №2000130748/28, МПК F16H 1/00, F16H 25/06, 2000 год «Поворотное механическое устройство» (Дудин Д.Н., Иванов В.Э., Менщиков Г.П., Кузьминов В.А.), предназначенное для точного поворота на заданный произвольный угол. Поворотное механическое устройство содержит платформу, жесткое зубчатое колесо, упорный шарикоподшипник, шаговый двигатель, втулку, телескопическое устройство и два нажимных ролика генератора волн. Платформа установлена на жестком зубчатом колесе и опирается на упорный шарикоподшипник. Гибкое зубчатое колесо крепится на основании. На фланце внутри гибкого колеса установлен шаговый двигатель. На валу двигателя жестко посажена втулка, связанная телескопическим устройством с нажимными роликами генератора волн. Ролики поджимаются пружинами в радиальном направлении. Недостатком способа является большие габариты и малое быстродействие, что связано с использованием механических конструкций.

Известно защищенное патентом изобретение - аналог: заявка №2008102253/09, МПК H01Q 3/08, 2008 год «Опорно-поворотное устройство» (Становской В.В., Казакявичюс С.М., Кузнецов В.М., Ремнева Т.А., Неволин А.Р., Федотов Е.И.), предназначенное для ориентации антенных систем по азимуту и углу места. Устройство выполнено в виде вертикальной колонны, наружный цилиндрический поворотный корпус которой посажен с возможностью вращения на неподвижную цилиндрическую опору. Двигатель привода азимутального поворота размещен в цилиндрической опоре, а планетарный редуктор размещен в нижней части поворотного корпуса. Выходное коронное колесо редуктора выполнено на внутренней поверхности поворотного корпуса. Снаружи на поворотном корпусе установлена ось вращения по углу места с поворотной платформой. Механизм поворота по углу места выполнен в виде кривошипа на выходном валу привода, связанного сферическими шарнирами и тягой с поворотной платформой, с образованием плеча относительно оси. Это позволяет использовать в угломестном приводе планетарный редуктор, который при прочих равных условиях обладает наименьшими габаритами и массой. Техническим результатом изобретения-аналога является повышение компактности конструкции, однако быстродействие конструкции остается по-прежнему невысоким.

Известно защищенное патентом изобретение - аналог: заявка №2002107476/09, МПК G02F 1/29, 2002 год «Оптико-механический дефлектор» (Ефименко А.В., Ефименко А.В., Шалобаев Е.В.), предназначенное для отклонения лазерного луча на значительный угол с частотой, превышающей 300 Гц. Зеркало, на которое предусмотрено падение луча, закреплено на роторе, способном совершать вращательно-колебательное движение вокруг продольной оси. Коаксиальное размещение упругого торсиона, возвращающего ротор в положение равновесия внутри осевой полости последнего, обеспечивает равномерное распределение нагрузок, исключает поступательное движение элементов дефлектора, их усталость и остаточную деформацию. При необходимости управления лучом в пространстве используются, например, два дефлектора. Недостатком изобретения-аналога является невозможность оперативного прицеливания лазерного луча в произвольном направлении.

Известно защищенное патентом изобретение - аналог: заявка №2003117524/28, МПК Н02К 57/00, Н02К 41/00, G05D 1/00, 2003 г.

«Способ перемещения объекта в пространстве и устройство для перемещения объекта в пространстве» (Лужных С.Н.), которое основано на воздействии электромагнитным полем на проводник, жестко связанный с перемещаемым объектом. Особенность способа состоит в том, что проводник располагают в пространстве так, чтобы он пересекал плоскость, образованную вектором распространения электромагнитного поля и вектором магнитной составляющей этого поля. В проводнике создают переменный ток с частотой, равной частоте электромагнитного поля, и фазой, определяемой направлением его перемещения по отношению к источнику поля. Проводник может быть выполнен в виде обмотки провода, витки которой имеют прямоугольную форму. Устройство содержит элементы, обеспечивающие требуемое управление фазой тока в проводнике. Недостатком изобретения-прототипа является отсутствие возможности выполнения произвольных угловых поворотов.

Известно защищенное патентом изобретение - аналог: патент №2639609, МПК G02B 26/10, 2016 г. «Способ управления лазерным лучом» (Яковлев М.В., Яковлев Д.М., Яковлева Т.М.). Согласно способу в магнитное поле помещают поворотную платформу с зеркалом для отражения падающего лазерного луча, расположенным на одной из ее сторон. На другой стороне платформы размещают проводник электрического тока и поворотный механизм. Причем проводник выполняют в виде кольцевых витков, которые располагают по периметру поворотной платформы. Поворотный механизм устанавливают в центре тяжести платформы. Магнитное поле формируют системой электромагнитов. Ток кольцевых витков и электромагнитов регулируют из условия отражения лазерного луча от зеркала в заданном направлении. Технический результат - повышение оперативности управления лазерным лучом. Недостатком способа является отсутствие возможности обнаружения и сопровождения лазерным лучом подвижных объектов.

Известно защищенное патентом изобретение - аналог: патент №2676999, МПК B64G 1/64, 2018 г. «Способ определения направления на космический объект» (Яковлев М,В.). Согласно способу сканируют лазерным лучом заданную область пространства путем отражения луча от зеркала на поворотной платформе, установленной в электромеханическом подвесе. Движение платформы по азимуту и углу места задают системой электромагнитов, питаемых током в виде пилообразной последовательности импульсов. Направление на объект определяют по параметрам импульсов развертки, при которых зарегистрирован сигнал отраженного от объекта лазерного излучения. Недостатком способа является отсутствие возможности сопровождения лазерным лучом подвижных объектов.

Известно защищенное патентом изобретение - аналог: патент №2678256, МПК F41H 3/00, 2018 г. «Способ засветки оптико-электронных приборов малогабаритных беспилотных летательных аппаратов» (Яковлев М.В.). Изобретение относится к области приема и преобразования лазерного излучения и может быть использовано для засветки оптико-электронных приборов малогабаритных беспилотных летательных аппаратов (МБЛА). Для засветки оптико-электронных приборов излучение, распространяющееся от МБЛА, принимают детекторами плоской формы, расположенными на поверхности сферической оболочки ортогонально радиус-вектору из центра оболочки к точке касания с детектором. Внутри сферической оболочки помещают материал-поглотитель излучения. Определяют направление на МБЛА по радиус-вектору на детектор с максимальной амплитудой регистрируемого сигнала. В автоматизированной системе обработки информации (АСОИ) рассчитывают мощность лазерного излучения. По сигналам АСОИ регулируют мощность лазерного излучения источника. Направление излучения регулируют зеркалом, установленным в магнитном поле на поворотной платформе с проводником электрического тока и поворотным механизмом на противоположной от зеркала стороне. Проводник выполняют в виде кольцевых витков, расположенных по периметру платформы. Поворотный механизм устанавливают в центре тяжести платформы. Магнитное поле формируют системой электромагнитов. Электрические токи электромагнитов и кольцевых витков определяют по результатам вычислений АСОИ из условия ориентации лазерного излучения источника по направлению нормали к поверхности детектора с максимальной амплитудой регистрируемого сигнала. Обеспечивается повышение оперативности засветки оптико-электронных приборов МБЛА. Недостаток изобретения состоит в том, что условие ориентации лазерного излучения источника по направлению нормали к поверхности детектора с максимальной амплитудой регистрируемого сигнала является недостаточно точным для определения угловых характеристик МБЛА.

Известно защищенное патентом изобретение - аналог: патент №2706844, МПК B64G 1/64, 2019 г. «Способ определения направления на космический объект» (Яковлев М.В.). Согласно способу сканируют лазерным лучом заданную область пространства путем отражения луча от зеркала на поворотной платформе, установленной в электромеханическом подвесе. Движение платформы по азимуту и углу места задают системой электромагнитов, питаемых током в виде пилообразной последовательности импульсов. Направление на космический объект (КО) определяют по параметрам импульсов развертки, при которых зарегистрирован сигнал отраженного от КО лазерного излучения. Интенсивность лазерного излучения в источнике модулируют гармоническим колебанием, отраженное от космического объекта лазерное излучение регистрируют фотоумножителем, а зарегистрированные сигналы усиливают радиотехническим устройством, настроенным на частоту гармонических колебаний излучения в источнике. Повышается дальность контролируемых КО. Недостатком изобретения является отсутствие возможности воздействия на контролируемые КО лазерным лучом заданной интенсивности.

Известно защищенное патентом изобретение - прототип: патент №2716610, МПК B64G 1/64, 2019 г. «Способ сопровождения космического объекта лазерным лучом» (Яковлев М.В.). Согласно способу сканируют лазерным лучом заданную область пространства путем отражения луча от зеркала на поворотной платформе, установленной в электромеханическом подвесе. Движение платформы по азимуту и углу места задают системой электромагнитов, питаемых током в виде пилообразной последовательности импульсов. Направление на космический объект (КО) определяют по параметрам импульсов развертки, при которых зарегистрирован сигнал отраженного от КО лазерного излучения. Направление на космический объект определяют в повторных сеансах. По результатам обработки данных повторных сеансов регулируется ток электромагнитов и задается режим перемещения лазерного луча соответственно направлению и скорости углового перемещения КО относительно источника лазерного излучения. Повышается дальность контролируемых космических объектов. Недостатком изобретения является отсутствие возможности воздействия на контролируемые КО лазерным лучом.

Целью предлагаемого изобретения является непрерывное воздействие лазерным лучом на неупорядоченно движущийся объект.

Указанная цель достигается в заявляемом способе непрерывного воздействия лазерным лучом на неупорядоченно движущийся объект, согласно которому направлением лазерных лучей управляют за счет поворота расположенной в магнитном поле платформы с зеркалом на одной стороне, проводником электрического тока и поворотным механизмом на противоположной стороне. Проводник электрического тока выполняют в виде кольцевых витков, расположенных по периметру платформы, поворотный механизм устанавливают в центре тяжести платформы, магнитное поле формируют системой электромагнитов, ток кольцевых витков поддерживают постоянным. Ток электромагнитов, отклоняющих луч сопровождения объекта, задают в виде последовательности импульсов, обеспечивающих развертку по азимутальному углу и углу места. Сканируют заданную область пространства и определяют направление на обнаруженный объект по отраженному от него сигналу луча сопровождения. Направление на объект регистрируют в повторных сеансах, по результатам повторных сеансов регулируют ток электромагнитов и перемещают луч сопровождения по направлению и со скоростью углового перемещения сопровождаемого объекта относительно источника лазерного излучения. В момент обнаружения объекта включают лазерный луч воздействия. По данным измерений луча сопровождения собственной системой отклоняющих электромагнитов ориентируют луч воздействия на объект с поправкой на взаимное расположение лазерных источников. Облучают объект лучом воздействия непрерывно в течение заданного интервала времени.

Обоснование реализуемости заявляемого способа заключается в следующем.

Направлением лазерных лучей управляют за счет поворота расположенной в магнитном поле платформы с зеркалом на одной стороне, проводником электрического тока и поворотным механизмом на противоположной стороне. Проводник электрического тока выполняют в виде кольцевых витков, расположенных по периметру платформы, поворотный механизм устанавливают в центре тяжести платформы, магнитное поле формируют системой электромагнитов, ток кольцевых витков поддерживают постоянным. Ток электромагнитов, отклоняющих луч сопровождения объекта, задают в виде последовательности импульсов, обеспечивающих развертку по азимутальному углу и углу места. Сканируют заданную область пространства и определяют направление на обнаруженный объект по отраженному от него сигналу луча сопровождения. Направление на объект регистрируют в повторных сеансах, по результатам повторных сеансов регулируют ток электромагнитов и перемещают луч сопровождения по направлению и со скоростью углового перемещения сопровождаемого объекта относительно источника лазерного излучения.

В момент обнаружения объекта включают лазерный луч воздействия. По данным измерений луча сопровождения собственной системой отклоняющих электромагнитов ориентируют луч воздействия на объект с поправкой на взаимное расположение лазерных источников. В реальных ситуациях временная задержка отраженных сигналов не будет превышать несколько десятков микросекунд, и в диапазоне возможных скоростей движения объекта его перемещение составит не более нескольких сантиметров, что соизмеримо с возможным размером области воздействия. Повторный сеанс сопровождения объекта соизмерим по продолжительности с временной задержкой отраженных сигналов, так что последующие коррекции обеспечат непрерывность воздействия лазерного луча на объект.

Способ отличается повышенной оперативностью управления лазерным лучом, что обеспечивается за счет отсутствия механических поворотных устройств, а также за счет использования электрической схемы управления поворотной платформой в сочетании с быстродействующим программным обеспечением регулировки токов кольцевых витков и электромагнитов для отражения лазерного луча от зеркала в заданном направлении.

Таким образом, возможность технической реализации и наличие преимуществ заявляемого способа непрерывного воздействия лазерного излучения на неупорядоченно движущийся объект не вызывают сомнений.

Изобретение относится к области управления оптическими системами. Способ непрерывного воздействия лазерным лучом на неупорядоченно движущийся объект: направлением лазерных лучей управляют за счет поворота расположенной в магнитном поле платформы с зеркалом на одной стороне, проводником электрического тока в виде кольцевых витков и поворотным механизмом на противоположной стороне, установленным в центре тяжести платформы, магнитное поле формируют системой электромагнитов, ток кольцевых витков поддерживают постоянным. Ток электромагнитов, отклоняющих луч сопровождения объекта, задают в виде последовательности импульсов, обеспечивающих развертку по азимутальному углу и углу места. Сканированием определяют направление на объект по отраженному сигналу луча сопровождения. Направление регистрируют в повторных сеансах, по результатам регулируют ток электромагнитов и перемещают луч по направлению и со скоростью углового перемещения объекта. Включают лазерный луч воздействия. Собственной системой отклоняющих электромагнитов ориентируют и облучают лучом воздействия объект, с поправкой на взаимное расположение лазерных источников, в течение заданного интервала времени. Технический результат - непрерывное воздействие лазерным лучом на неупорядоченно движущийся объект.

Способ непрерывного воздействия лазерным лучом на неупорядоченно движущийся объект, согласно которому направлением лазерных лучей управляют за счет поворота расположенной в магнитном поле платформы с зеркалом на одной стороне, проводником электрического тока и поворотным механизмом на противоположной стороне, проводник электрического тока выполняют в виде кольцевых витков, расположенных по периметру платформы, поворотный механизм устанавливают в центре тяжести платформы, магнитное поле формируют системой электромагнитов, ток кольцевых витков поддерживают постоянным, ток электромагнитов, отклоняющих луч сопровождения объекта, задают в виде последовательности импульсов, обеспечивающих развертку по азимутальному углу и углу места, сканируют заданную область пространства и определяют направление на обнаруженный объект по отраженному от него сигналу луча сопровождения, направление на объект регистрируют в повторных сеансах, по результатам повторных сеансов регулируют ток электромагнитов и перемещают луч сопровождения по направлению и со скоростью углового перемещения сопровождаемого объекта относительно источника лазерного излучения, причем в момент обнаружения объекта включают лазерный луч воздействия, по данным измерений луча сопровождения собственной системой отклоняющих электромагнитов ориентируют луч воздействия на объект с поправкой на взаимное расположение лазерных источников, облучают объект лучом воздействия непрерывно в течение заданного интервала времени.