УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КООРДИНАТ ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО ЦЕНТРА ОБЪЕКТА Советский патент 1994 года по МПК H04N7/18 

Изобретение относится к области телевизионных следящих систем и предназначено для измерения координат геометрического центра объекта сложной формы. Устройство может быть использовано в комплексах астронавигации и ориентации по планетам для выполнения функций построителя местной вертикали.

Цель изобретения - повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей путем расширения диапазона измерения рабочих фаз освещенности до 180^о.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для измерения координат геометрического центра объекта; на фиг. 2(а, б, в) - алгоритм работы при изменении фазы освещенности ϕ_осв , где ϕ_осв^a < ϕ_осв^б< ϕ_осв^в ; на фиг. 3 - схема дешифратора граничных кодов; на фиг. 4 - схема формирователя напряжения подстройки масштаба; на фиг. 5 - эпюры напряжений, иллюстрирующие работу устройства.

Устройство для измерения координат геометрического центра объекта (фиг. 1) содержит фотоэлектронный преобразователь 1, видеоусилитель 2, формирователь 3 напряжения подстройки масштаба (ФНПМ), генератор 4 напряжений двумерной функции (ГНДФ), усилители 5,6 отклонения, исполнительный блок 7, блок 8 обнаружения, пороговый блок 9, коммутатор 10, реверсивный счетчик 11, цифроаналоговый преобразователь 12, дешифратор 13 граничных кодов, триггер 14, генератор 15 прямоугольных импульсов, амплитудный модулятор 16, первый вычитатель 17, умножитель 18, первый блок 19 выделения сигнала знака, ключ 20, элементы И 21-24, инверторы 25 и 26, элемент ИЛИ 27, регистр 28, второй вычитатель 29, второй блок 30 выделения сигнала знака, блок 31 элементов И.

На фиг. 2 во всех трех случаях представлен вариант, когда геометрические центры опорной круговой траектории (мнимой) развертки и проекции планеты, а также их радиусы совпадают. Соответственно величинам фаз освещенности R_н< R_н' < R_н" - минимальные величины радиуса текущего значения R_t˙R_m, максимальная величина R_t.
Дешифратор 13 граничных кодов (фиг. 3) содержит регистр 32, сумматор 33, блоки 34,35 сравнения кодов, регистр 36.

Формирователь 3 напряжения подстройки масштаба (фиг. 4) содержит блок 37 выделения сигнала знака, вычислитель 38, умножитель 39, ограничитель 40 "сверху", блок 41 автоматической регулировки усиления, сумматор 42, цифроаналоговый преобразователь 43, формирующий блок 44, например интегратор.

На эпюрах напряжений (фиг. 5) приведены: а) напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 12, U_н и U_в - нижний и верхний пороговые уровни, ограничивающие радиус R_t круговой развертки; б) видеосигнал на прямом выходе порогового блока 9; в) уровень инверсного выхода блока 8 обнаружения; г) напряжение на первом (нижнем) выходе дешифратора 13 граничных кодов; д) напряжение на втором (верхнем) выходе дешифратора 13 граничных кодов; е) выходной потенциал триггера 14; ж) напряжение на выходе второго элемента И 22; з) напряжение на выходе третьего элемента И 23; и) напряжение на выходе четвертого элемента И 24; к) напряжение на выходе элемента ИЛИ 27. Ограничение радиуса круговой развертки R_t в режиме "Слежение" зафиксировано на временных интервалах t₅-t₆ и t₇-t₈.

Устройство для измерения координат геометрического центра объекта работает следующим образом.

Устройство реализует алгоритм измерения (с момента обнаружения заданного объекта в поле зрения системы), при котором в каждом цикле развертки выделяется информация о положении проекции линии горизонта планеты независимо от фазы освещенности. В каждом цикле производится автоматическое чередование режимов "Локальный поиск" и "Слежение" за линией горизонта изображение планеты. Квадратурно-связанные составляющие ГНДФ 4 U_osinwt, U_ocoswt, поступающие через амплитудные модуляторы 16 и вторые усилители 6 каналов в отклоняющую систему фотоэлектронного преобразователя 1, создают траекторию локального поискового сканирования. Зона поиска изображения планеты расширена за счет амплитудной модуляции модулятором 16 радиуса опорной траектории. Текущее значение радиуса R_t на выходе амплитудных модуляторов 16 определяется кодом числа на выходе реверсивного счетчика 11, который преобразуется в аналоговую форму цифроаналогового преобразователя 12. На счетный вход реверсивного счетчика 11 через элемент И 21 подаются прямоугольные импульсы генератора 15, а управление реверсом (суммирование-вычитание) производится сигналом коммутатора 10. В режиме "Локальный поиск", который определяется сигналом блока 8 обнаружения, на вход коммутатора 10 проходит управляющий уровень триггера 14. В этом режиме первый элемент И 21 открыт, так как на его второй вход через элемент ИЛИ 27 поступает единичный уровень инверсного выхода блока 8 обнаружения.

Вследствие этого импульсы генератора 15 проходят на вход счетчика 11. Положим, что единичный уровень на выходе коммутатора 10 устанавливает "суммирующий" режим работы реверсивного счетчика 11. В этом случае через определенный временной интервал на выходе счетчика 11 устанавливается код числа, соответствующий верхнему граничному уровню U_в, который опознается дешифратором 13 граничных кодов. Это приводит к изменению состояния триггера 14, вследствие чего устанавливается режим "Вычитание" реверсивного счетчика 11 (приведенная процедура повторяется при установлении кода числа, соответствующего нижнему граничному уровню U_н).

Таким образом, на выходе цифроаналогового преобразователя 12 формируется пилообразное напряжение, соответствующее определенному динамическому диапазону. Частота модулирующего напряжения f_mопределяется глубиной модуляции и соотношением частот генератора 15 и ГНДФ 4. Амплитудные модуляторы 16 каналов Х и Y реализуют операцию умножения, поэтому напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 12 имеет диапазон, который в режиме "Локальный поиск" определяет максимальное отклонение сканирующей апертуры относительно опорной траектории (ширину зоны поиска). Зона поиска может варьироваться в широких пределах, например (0,4-0,9)˙R_о ≅ R_t ≅(1,1-1,6)˙R_о. Таким образом, обеспечивается стабильность временного диапазона в режиме "Слежение".

При пересечении апертурой изображения планеты на выходе видеоусилителя 2 формируется сигнал, амплитуда которого превышает установленный (по шумовым флуктуациям фона) входной уровень порогового блока 9. Длительность сигнала превышения анализируется блоком 8 обнаружения, единичный сигнал с прямого выхода которого переключает устройство в режим "Слежение". В этом режиме открываются ключи 20 каналов и происходит переключение коммутатора 10, вследствие чего на управляющий вход реверсивного счетчика 11 через коммутатор 10 проходит нормированный видеосигнал с прямого выхода порогового блока 9. Отслеживание внешнего контура (линии горизонта) задается алгоритмом, при котором текущий радиус R_t развертки определяется уровнем видеосигнала: при нулевом уровне R_t стремится к R_н, а при единичном R_t стремится к R_m, где R_н и Rm соответственно минимальная и максимальная величины, ограниченные алгоритмом устройства. В режиме "Слежение" устройство реализует алгоритм, при котором текущее рассогласование (R_t-R_o) на выходах вычитателей 17 каналов Х и Y принимает определенную величину и знак в зависимости от положения линии горизонта относительно опорной траектории (R_t-R_o)sinwt, (R_t-R_o)coswt. Ошибка рассогласования геометрических центров круговой развертки и проекции планеты, формируемая на выходе вычитателей 17, отрабатывается исполнительными блоками 7 каналов Х и Y.

В простейшем варианте функции исполнительных блоков 7 реализуются интеграторами - память по положению. Возможны реализации блока 7 с памятью по скорости, ускорению и т. д.

Алгоритм подстройки масштаба основан на временном усреднении в режиме "Слежение" величины рассогласования изображения линии горизонта планеты относительно опорной траектории. На основании информации о том, вписано ли изображение линии горизонта в опорную траекторию или выходит за его пределы, соответственно формируются команды на увеличение, либо уменьшение масштаба круговой развертки. Указанная информация получается в результате перемножения умножителем 18 выделенного рассогласования на выходах ключей 20 каналов на текущие знаки опорных напряжений каналов, выделенные соответствующими блоками 19,
(U_t - U_o)sin wtsign(U_osinwt)
(U_t - U_o)coswtsign(U_ocoswt), где U_t и U_o - напряжения, соответствующие радиусам R_t и R_o. Указанная операция (умножение) позволяет устранить зависимость знака рассогласования от угловой ориентации относительно центра развертки. Напряжение подстройки вырабатывается формирователем по значениям составляющих на выходах умножителей 18 каналов Х и Y за несколько циклов развертки.

В устройство введены регистр 28, вычитатель 29, блоки 30 и 31, позволяющие выделить диапазон фазы освещенности 90^о ≅ ϕ_осв< 180^о, в котором устройство-прототип имеет наибольшие погрешности. В регистре 28 хранится код числа, соответствующий ϕ_осв= 90^о -Δ , где Δ ≈ (0-30^о). Значение Δ зависит от параметров конкретного объекта и согласованности его динамики с параметрами измерителя. На выходе вычитателя 29 выделяется информация о разности между кодом входного значения ( ϕ_осв) и значением, заложенным в регистре 28. Пусть Δ = = 0. В этом случае при ϕ_осв< 90^о код выходного значения вычитателя 29 имеет отрицательный знак, который опознается соответствующим блоком 30, вследствие чего разностная информация не проходит на выход блока 31 элементов И. При текущем значении 90^о < ϕ_осв< 180^о блок 30 дает разрешение на прохождение выделенной вычитателем 29 разности на соответствующие входы дешифратора 13 граничных кодов и ФНПМ 3. Дешифратор 13 реализует логические функции
где K_t - текущий код на входе блока,
К_н и К_в - соответственно коды нижнего и верхнего порогового уровней, записанных в регистры 32 и 36. При одинаковой реализации блоков 34,35 сравнения однотипность выходной информации о выходе за пределы заданной зоны обеспечивается использованием инверсного выхода блока 34 с кодовым значением К_н. Управление кодом К_н реализуется сумматором 34 через операцию суммирования с выходным кодом блока 31. Фиг. 2 иллюстрирует зависимость К_н от величины ϕ_осв: R_н < R_н' < R_н". Точность измерения координат в указанном диапазоне повышается за счет того, что варьирование величиной минимального радиуса R_н в режиме "Слежение" позволяет исключить отслеживание линии терминатора (за исключением небольших участков, координатно совпадающих с допустимой зоной).

В режиме "Слежение" прохождение импульсов генератора 15 через первый элемент И 21 регламентируется выходными сигналами элементов И 22,23,24. Единичный уровень на первом или втором выходе дешифратора 13 граничных кодов несет информацию о том, что значение радиуса R_t вышло за пределы допустимой зоны соответственно нижнего U_н или верхнего U_вграничных уровней (фиг. 5а, временные интервалы t₅-t₆, t₇-t₈). Нулевые сигналы на выходах дешифратора 13 граничных кодов при R_н ≅ R_t ≅ R_mпреобразуются инверторами 25,26 в единичные, вследствие чего на вход первого элемента И 21 поступает сигнал разрешения с выхода второго элемента И 22. Если R_t < R_н, то сигнал разрешения на вход элемента И 21 может поступить с выхода третьего элемента И 23 лишь при условии единичного сигнала на прямом выходе порогового блока 9 (режим счетчика 11 "Суммирование"). При R_t > R_m сигнал разрешения поступает с выхода четвертого элемента И 24 при наличии единичного сигнала на инверсном выходе порогового блока 9 (режим счетчика 11 "Вычитание"). Таким образом, согласно приведенному алгоритму, при ϕ_осв -> 180^онакладывается адаптивное ограничение на величину ошибки рассогласования, имеющей минусовый знак относительно опорной траектории. В этих условиях погрешность формирователя 3 напряжения подстройки масштаба (фиг. 4) исключается ограничителем 40 "сверху", а заданное быстродействие подстройки поддерживается блоком 41 автоматической регулировки усиления.

Цифроаналоговый преобразователь 43 выполняет функцию согласования. На выходе вычислителя 38 вырабатывается напряжение, пропорциональное абсолютной величине текущего рассогласования r_р, вычисляемой по формуле r_р = , где r_x и r_y - соответственно составляющие каналов Х и Y. Информация о знаке рассогласования, выделенная соответствующим блоком 37, поступает на второй вход умножителя 39. Сумматор 42 исключает неопределенность, когда выходные составляющие формирователя 3 поочередно периодически принимают нулевые значения. Ограничитель 40 обеспечивает пропорциональное ограничение по максимальному значению рассогласования, имеющему положительный знак относительно опорной траектории. При значении ϕ_осв, близком к 180^о, ошибки рассогласования нормируются по амплитуде (с сохранением знака), вследствие чего управляющее напряжение на выходе формирующего блока 44, например интегратора, вырабатывается по результатам временного усреднения длительностей разнополярных сигналов. Управление минимальным радиусом R_н производится таким образом, что R_н≠ R_о даже в предельном случае при ϕ_осв = 180^о. (56) Авторское свидетельство СССР N 1255015, кл. H 04 N 7/18, 1984.

Изобретение относится к области телевизионных следящих систем и обеспечивает повышение точности измерения и расширение диапазона измерения рабочих фаз освещенности до 180. Устройство содержит фотоэлектронный преобразователь 1, видеоусилитель 2, генератор 4 напряжений двумерной функции, усилители 5 и 6 отклонения, исполнительный блок 7, блок 8 обнаружения, пороговый блок 9, коммутатор 10, реверсивный счетчик 11, ЦАП 12, триггер 14, генератор 15 прямоугольных импульсов, амплитудный модулятор 16, вычитатель 17, умножитель 18, блок 19 выделения сигнала знака (БВСЗ), ключ 20. Вновь введены формирователь 3 напряжения подстройки масштаба, дешифратор 13 граничных кодов, четыре элемента И 21 - 24, инверторы 25 и 26, элемент ИЛИ 27, регистр 28, вычитатель 29, БВСЗ 30, блок 31 элементов И. Регистр 28, вычитатель 29, блоки 30 и 31 позволяют выделить диапазон фазы освещенности 90^°≅φ_осв≅180^° . 5 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КООРДИНАТ ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО ЦЕНТРА ОБЪЕКТА , содеpжащее последовательно соединенные фотоэлектpонный пpеобpазователь, видеоусилитель, поpоговый блок, коммутатоp, pевеpсивный счетчик и цифpоаналоговый пpеобpазователь, тpиггеp, выход котоpого соединен с тpетьим входом коммутатоpа, каналы X и Y, каждый из котоpых содеpжит пеpвый и втоpой усилители отклонения, выходы котоpых соединены с соответствующими упpавляющими входами фотоэлектpонного пpеобpазователя, в каждом из каналов X и Y выход исполнительного блока соединен с входом пеpвого усилителя отклонения, вход каждого амплитудного модулятоpа соединен с выходом цифpоаналогового пpеобpазователя, выход амплитудного модулятоpа соединен с входом втоpого усилителя отклонения и пеpвым входом пеpвого вычитателя, выход котоpого соединен с входом исполнительного блока и пеpвым входом умножителя, втоpой вход котоpого соединен с выходом пеpвого блока выделения сигнала знака, генеpатоp напpяжений двумеpной функции, оба выхода котоpого соединены с соответствующими входам амплитудного модулятоpа, пеpвого вычитателя и пеpвого блока выделения сигнала знака каналов X и Y, блок обнаpужения, вход котоpого соединен с выходом поpогового блока, а выход - с втоpыми входами коммутатоpа и ключа каналов X и Y, генеpатоp пpямоугольных импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измеpения и pасшиpения функциональных возможностей путем увеличения диапазона измеpения pабочих фаз освещенности до 180^o, введены фоpмиpователь напpяжений подстpойки масштаба, дешифpатоp гpаничных кодов, четыpе элемента И, два инвеpтоpа, элемент ИЛИ, pегистp, втоpой вычитатель, втоpой блок выделения сигнала знака и блок элементов И, пpичем выходы умножителей каждого из каналов соединены с соответствующими входами фоpмиpователя напpяжений подстpойки масштаба, выход котоpого соединен с входом генеpатоpа напpяжений двумеpной функции, выход pевеpсивного счетчика соединен с пеpвым входом дешифpатоpа гpаничных кодов, оба выхода котоpого соединены с соответствующими входами тpиггеpа, между выходом генеpатоpа пpямоугольных импульсов и втоpым входом pевеpсивного счетчика включен пеpвый элемент И, втоpым входом соединенный с выходом элемента ИЛИ, пеpвым входом соединенный с инвеpсным выходом блока обнаpужения, а втоpым - с выходом втоpого элемента И, два входа котоpого чеpез инвеpтоpы соединены с упомянутыми выходами дешифpатоpа гpаничных кодов, пpи этом пpямой выход поpогового блока и пеpвый выход дешифpатоpа гpаничных кодов чеpез тpетий элемент И соединены с тpетьим входом элемента ИЛИ, четвеpтый вход котоpого чеpез четвеpтый элемент И соединен с инвеpсным выходом поpогового блока и втоpым выходом дешифpатоpа гpаничных кодов, а выход pегистpа чеpез последовательно соединенные втоpой вычитатель, втоpой блок выделения сигнала и знака и блок элементов И, втоpым входом соединенный с упомянутым выходом втоpого вычитателя, соединен с втоpым входом дешифpатоpа гpаничных кодов и тpетьим входом фоpмиpователя напpяжений подстpойки масштаба.