Электрооптический дальномер Советский патент 1983 года по МПК G01C3/08 G01S17/32 

N3

О

2. Дальномер по п,1, отличающийся тем, что схема запоминания формы сигнала реализована как прибор с зарядной связью, выполняющий функции регистра сдвига, с

интегрирующим фильтром на выходе, а также генератором тактовых импульсов и ключами на входе, подключенными к схеме управления режимом работы Дсшьномера,

.1. ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ДАЛЬНОМЕР, содержащий источник излучения оптического диапазона, подключеннь(й к выходу генератора масштабных частот, соединенного с одним из входов фазового детектора непосредственно, а с другим - через смеситель, подключенный также к генератору гетеродинных частот, и фотоприемник, воспринимающий тсветовой поток, прошедший измеряемое расстояние, вход которого соединен с генератором гетеродинных частот, а выход - через узкополосный фильтр настроенный на промежуточную частоту, с фазойзмерительной пересчетной схемой с выходным цифровым индикатором, к которой подключены также генератор масштабных частот и выход смесителя, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности измерения за исключением влияния нестабильности принимаемого сигнала, на выход узкополосного фильтра дополнительно включена схема запоминания формы сигнала, соединенная с фазойзмерительной схемой через ключ и элемент ИЛИ, к которой также через ключ подсоединен W узкополосный фильтр, приэтом ключи связаны со схемой управления режимом работы дальномера.

Изобретение относится к измерению расстояний прежде всего при геодезических работах, а конкретнее к элект ронно-оптическим фазовым дальномерам Известны электронно-оптические дальномеры,в которых измерение фазового сдвига осуществляется на промежуточной частоте с помощью цифрового фазометра при коммутации измерительного и опорного каналов На точность результатов измерения расстояний с помощью таких дальномеров существенное влияние оказывают помехи, исключение которых требует заметного усложнения схемы цифрового фазометра. Наиболее близким к предлагаемому 1является электронно-оптический дальномер, содержащий источник излучения оптического диапазона, подключенный к выходу генератора масштабных частот, соединенного с одним из входов фазового детектора непосредственно, а с другим - через смеситель, подключенный также к генератору гетеродинных частот, и фотоприемник, воспринимающий световой поток прощедший измеряемое расстояние,вход которого соединен с генератором гете родинных частот, а выход - через узкополосный фильтр, настроенный на промежуточную частоту, а фазоизмерительной пересчетной схемой с выходны цифровым измерителем, к которой подключены также генератор масштабных частот и выход смесителя f2j. Исследования дальномера показывают значительное воздействие формы принимаемого сигнаила в различных режимах .работы на точность измерения расстояния. В режиме измерения расстояния на форме принимаемого сигна-: ла заметно сказывается воздействие фоновой засветки, турбулентных процессов в атмосфере и т.п. Цель изобретения - повышение точнести измерений путем исключения вли яния нестабильности формы сигнала. Для достижения поставленной цели в электронно-оптическом дальномере, содержащем источник излучения, подключеннвлй к выходу генератора масштабных частот, соединенного с одним из входов фазового детектора непосредственно, а с другим - через смеситель, подключенный также к генератору гетеродинных частот, и фотоПриемник, вход которого соединен с генератором гетеродинных частот, а выход - через узкрполосный; фильтр, настроенный на промежуточную частоту, с фазоизмерительной пересчетной схемой с выходным цифровым индикатором, к которой подключены также генератор масштабных частот и выход смесителя, на выход узкополосного фильтра дополнительно подключена схема запоминания формы сигнала, соединенная с фазоизмери-тельной схемой через ключ и элемент ИЛИ, к которому также через ключ подсоединен узкополосный фильтр, при этом ключи связаны со схемой управления режимом работы дальноме ра. Схема запоминания формы сигнала может быть реализована как прибор с зарядной связью, выполняющий функции регистра сдвига, с интегрирующим фильтром на выходе, генератором тактовых импульсов и ключами на входе, подключенными к схеме управления режимом работы дальномера. На фиг. 1 представлена структурная схема электронно-оптического дальномера; на фиг. 2 - цредпочтительный вариант релизации схемы запоминания формы сигнала. Генератор 1 масштабных частот подает на источник 2 излучения сигналы с частотами fj, и f , синхронизированными по фазе. Генератор 3 гетеродинных частот вырабатывает высокочастотные сигналы с частотой |- и , Для обеспечения соблюдения соотношенияf f -f f f n мг. ra np з используется система фазовой авто подстройки частоты, поддерживающая стабильность частот f.f. и , вырабатываемых генератором 3, и включающая в себя кроме генераторов масштабных и гетеродинных частот фазовый детектор 4 и смеситель 5.На выходе смесителя 5 при поступлении на его входы сигналов с частотами ,1, и fj образуется сигналЦ частоты fnp, который поступает на один из входов фазового детектора 4, на другой вход которого поступает сигнал U; частоты f . На выходе фазового детектора 4 образуется сигнал .,величина которого определяется разностью фаз сигналов Ц, и U, , для управления частотой генератора гетеродинных частот. При изменении по какой-либо причине величины частоты j- изменяется величина ., становясь отличной от требуемого значения. Это ведет к изменению величины сигнала изменению величины f до тех пор, пока величи на ff не будет равна . Высокочастотным сигналом с частотой f модулируетбя по интенсивности оптическое излучение, создаваемое источником оптического излучения 2, которое посылается на дистанцию, отражается от отрс1жателя и возвращается на фотоприемник 6f на который одновременно поступает сигнал с частото fj.. На выходе фотоприемника 6 выделяется сигнал и частоты fnp f - t Через узкополосный фильтр 7, наст- роенный на частоту , сигнал частоты fnp с выхода фотоприемника б поступает на схему 8 запоминания формы сигнала. Схема 8 через ключ 9 соединена с элементом ИЛИ 10, к которому через ключ 11 непосредственно подключен фильтр 7. Элемент ИЛИ 10 пропускает сигнал на фазоизмерительную схему 12 с цифровым табло 13. Схема 14 управления режимом работы управляет ключами 9 и 11..

В режиме измерения расстояния сигнал с выхода, узкополосного фильтра 7 поступает, на вход о| ключа 15 схемы 8. Наего вход в течение некоторого определенного и наперед заданного-времени измерения поступает сигнгш со схемы управ ления 14, открыва оций ключ 15 на время Т . С выхода ключа 15 сигнал частоты fnp поступает на вход генератора 16 тактовых импульсов, который вырабатывать пачки тактовых импульсов, следующих с частотой f-rf fnp Одновременно с входа ключа 15 сигнал поступает на .вход ключа 17. В режиме измерения расстояния на вход Q ключа 17 поступает сигнал со схемы управления 14, открывающий ключ 17 на время работы в режиме измерения расстояния. Сигнал с выхода ключа 15 через ключ 17 поступает на регистр 18 сдвига, который может быть выполнен на приборе с зарядной связью. В регистре 18 сдвига записывается и запоминается форма исследуемого аналогового сигнала, поступающего с выхода узкополосного фильтра 7. Если фазовый сдвиг, несущий информацию об измеряемом расстоянии, определяется по

моментам пересечения нулевого уррвня.. передними фронтами исследуемого

Uj и опорного сигналов U , имеет смысл запоминать только передний фронт исследуемого сигнала.На управляющий вход регистра 18 сдвига,с выхода генератора 16 тактовых импульсов

(Поступают импульсы,управляющие работой регистра 18 и обеспечивающие продвижение записанной информации с вхо-да на выход регистра.После окончания режима измерения расстояния сигналами с выхода схемы управления 14 закрываются ключи 15 и 17 и сигнал УЗ не поступает на вход регистра 18 сдвига. Одновременно прекращается работа генератора тактовых импульсов 16. В

пересчетной фазоизмерительной схеме 12 определяется фазовый сдвиг Д- между сигналами Ц, , и иц, поступающими с выходов смесителя 5 и узкополосНого фильтра 7:

20

. j2D. ,

N

где D - измеряемое расстояние; с - скорость света.

Фазовыйсдвиг в схеме 12 преобразуется во временной интервал, который в целях его измерения заполняется счетными импульсами, следующими с-частотой вырабатываемыми из сигнала частоты ff, поступающего на один из входов схемы 12. В режиме калибровки дальномера (режим оптического короткого замыкания) ойтический сигнал от источника 2 оптического излучения, пройдя некоторое расстояние

внутри прибора, поступает на фотоприемник 6 и через узколосный фильтр 7 на вход схемы 8 запоминания формы сигнала. В режиме калибровки, однако ключ 17 закрыт. Поэтому сигнал не

поступает на вход регистра 18 сдвига. Тактовые: импульсы от генератора поступают на управлякндий вход регистра 18 сдвига и обеспечивают получение на выходе регистра 18 сдвига информации, записанной в режиме измерения расстояния. Таким образом, в режиме калибровки с выхода интегрирующего фильтра 19 на вход ключа 9 поступает сигнал, форма которого .соответствует

форме сигналов, поступающего на этот ключ в режиме измерения расстояния, а фаза соответствует фазе сигнала, полученного на выходе узкополосного фильтра 7, в режиме калибровки или оптического короткого згиуикания. -С

выхода схемы 8 через второй ключ 9, открываемый по сигналу со схемы управления 14, и схему ИЛИ 10 поступает на один из входов схемы 12 сигнал, имеющий форму сигл1ала, получаеMQro на выходе узкополосного фильтра 7 в режиме .измерения расстояния до отражателя, а по фазе жестко гфивязанной к сигналу на-выходе узкополосного фильтра 7 в режиме калибровки. Ключ 11 закрыт по сигналу со

схемл управления. Измерение фазовогс сдвига производится также, как и в режиме измерения до отражателя.

Введение в электронно-оптический дальномер схема запоминания формы сигнала йозволяет повысить точность

измерений за счет того, что на вход фазоизмерительнйй схемы поступают, в режимах измерения расстояния до отражателя и калибровки, сигналыодинаковой формы.

Ф1п.2

Проведенные испытания макета предлагаемого электронно-оптического/ дальномера показывают, что он обеспечивает измерения расстояний от 2 до 2000 м со среднеквадратической погрешностью измерения 12 мм. Таким образом, погрешность измерения предлагаемого дальномера на 40% меньше, чем погрешность известного светодальномера, при практическом сохранении весогабаритных-характеристик и незначительном усложнении схемы дальномера.

Входа