Устройство для измерения дальности Советский патент 1988 года по МПК G01C3/08 

ГТЛ Ц Г

г--ф--4/1 -

сд

Изобретение относится к измерительной геодезической технике оптического диагшзона волн и может быть использовано щя измерения расстояний.

соединен с первым входом осциллогра фа 18, первый вход общего компарато ра, соединен с третьим выходом БОН М выходов рабочей фотоприемной натр

Цель изобретения - повышение быст- цы 6 соединены с первыми входами М

соединен с первым входом осциллографа 18, первый вход общего компаратора, соединен с третьим выходом БОН 23, М выходов рабочей фотоприемной натрицы 6 соединены с первыми входами М

Изобретение относится к измерительной технике оптического диапазона волн и позволяет уменьшить время измерения при обеспечении неизменной точности измерения за счет использования гшоскостно-враменных особенностей излученного сигнала - неод- нородностей спекл-картины. Излучаемый сигнал с каждого элемента опорной фотоприемной матрицы 5 поступает на К блоков выборки-хранения 7, которые при подаче последовательности импульсов с первого блока управлечия 20 дискретизируют излученный сигнал во времени и запоминают эти дискреты. Рабочий сигнал с каждого элемента рабочей фотоприемной матрицы 6 поступает на К сигнальных ключей, которые последовательно подключают дискретные во времени части этого сигнала к входам соответствующих компараторов 11, Они производят сравнение рабочего сигнала и излученного. Тем самым сравнивают их плоскостно-временные формы, причем форма излученного сигна§ ла хранится Б блоках выборки-хранения поэтому для измерения достаточно излучить один световой импульс. Если на вход придет помеховьй сигнал,; то он не пройдет на выход устройства, т.к. имеет плоскостно-зременную форму, от- личную от излученного сигнала. 1 з.п. , 5 ил.

роденетВИЯ.

Па фиг. показана блок-схема уст- :poftcTBaj на фиг, 2 - блок-схема первого и второго блоков управления; на фиг. 3 - временные диаграг- мы напряжений на К выходах блоков управления; на, фиг. 4 - временные диаграммы, демонстрирующие работу блока упоавления; на фиг. 5 - временные диаграммы,5 вторых компараторов 12 соединены с М

I демонстрирующие работу блоков выбор .

Iхи-хранения.

: Устройство содержит лазерный пере: датчик 1.,, установленный на одной опвходами элемента ИЛИ 22 соответственно и с вторыми входами ключей 15 соответственно, выход элемента ИЛИ 22 соединен с входом второго блока 21 управления, выход формирователя 19 соединен с входом первого блока 20 управления, входом лазерного передатчика 1, с вторым входом осциллографа 18, третий выход БОН 23 соединен

20

;тической оси с первым 2 и вторым 3

i полупрозрач1л 1м зеркалами и отражате лe s 4, опорную 5 и рабочую 6 фотопри|емные матрицы, М-К блоков 7 выборки|хракеиия (БВХ), М-К сумматоров 8, М«К

iузлов 9 вычитания, М К сигнальных клю-25 с первьк входом общего компаратовходами элемента ИЛИ 22 соответст но и с вторыми входами ключей 15 ответственно, выход элемента ИЛИ соединен с входом второго блока 2 управления, выход формирователя 1 соединен с входом первого блока 2 управления, входом лазерного пере чика 1, с вторым входом осциллогр фа 18, третий выход БОН 23 соедин

ра 17.

|чей 10, М К первых компараторов 11, |М вторых компараторов 12, М рабочих jсумматоров 13, М интеграторов 14, |М ключей 15, общий сумматор 16, об- |ций ко паратор 17, осциллограф 18, формирователь 19, первый 20 и второй ;21 блоки управления, элемент ИЛИ 22, блок 23 опорных напряжений (БОН), причем М выходов опорной фотоприем- |Кой матрицы 5 соединены с первыми |входаки М К ББХ 7, вторые входы кото- ;рьгк соединены с К выходами первого Яблока управления 20, выходы М К БВХ :7 соединены с первыми входами М-К сумматоров 8 и первыми входами М К ;узлов 9 вычитания, вторые входы сумматоров 8 и вторые входы М-К узлов 9 вычитания соединены с первым входов БОН 23,, выходы М-К сумматора В соединены с первьми входами М-К первых компараторов 11 соответственно, вы ходы М К узлов 9 вычитания соединены с треты-ми входами М-К первых .компараторов 11 соответственно, выходы которых соединены с К входами М рабочих сумматоров 13 соответственно, выходы которых соединены с входами М интеграторов 14 соответственно выхо- дд которых соединены с первыми входа- Mf: М 15 соответственно, выходы ко горых соединены с М входами обще- г о сумматора 16 соответственно, выход которого соединен с вторым входом общего компаратора 17, которого

вторых компараторов 12 соответственно, с первыми входами М-К .сигнальных 10 соответственно, вторые входы которых соединены с К выходами второго блока 21 управления, выходы М К сигнальных ключей 10 соединены с вторыми входами М-К первьк компараторов 11 соответственно 5 выходы М

вторых компараторов 12 соединены с М

входами элемента ИЛИ 22 соответственно и с вторыми входами ключей 15 соответственно, выход элемента ИЛИ 22 соединен с входом второго блока 21 управления, выход формирователя 19 соединен с входом первого блока 20 управления, входом лазерного передатчика 1, с вторым входом осциллографа 18, третий выход БОН 23 соединен

5 с первьк входом общего компарато5

0

ра 17.

Блоки 20 и 21 управления содержат схему И 24, генератор 25 тактовьпг импульсов, делитель 26, счетчик 27 и 0 дешифратор 28, причем выход генератора 25 соединен с вторьп- входом схемы И, второй вход которой соединен с вторым входом счетчика 27 и соединен входом первого 20 и второго 21 блоков управления 5 К входами которьЕх являются К выходы дешифратора 28„

Устройство работает следующим образом.

Формирователь 19 формирует импульс запуска, который поступает на лазерный передатчик 1, запускает развертку осциллографа 18 и включает пер- вьй блок 20 управления. Лазерный передатчик 1 излучает в направлении отражателя 4 световой импульс длительностью, равной импульсу запуска формирователя 19, От лазерного передатчика 1 луч проходит через полупрозрачные зеркала 2 и 3, При помощи полупрозрачного зеркала 2 небольшая часть энергии импульса поступает на опорную матрицу 5. На М выходах опорной фотоприемной матрицы 5 образуется электрический аналог реальной спекл-картины, который изменяется в течение длительности импульса.

На К выходах первого блока 20 управления формируется последователь ность импульсов (фиг, 3), которая

5

0

5

управляет М-К ВВХ 7, Каждый из М выходов опорной матрицы 5 соединен с К БВХ 7. Каждый из К БВХ 7 запоминает свой кусок из длительности импульса (фиг, 5). Т;аким образом запоминается форма импульса в каждой области спекл-картины.

Возвращенный отражателем 4 световой импульс через полупрозрачное зеркало 3 падает на плоскость рабочей фотоприемной матрицы 6 и на ее выходе образуется электрический аналог рабочей спекл-картины. Амплитуда им- пульса на каком-либо из М выходов рабочей фотоприемной матрицы 6 превышает некоторый ш мовой порог и один из М вторых компараторов 12 вклчает второй блок 21 управления. Со своих К выходов он вьщает последовательность импульсов, аналогичных импульсам первого блока 20 управления . Эти импульсы последовательно опрашивают сигнальные ключи 10, выходы которых соединены с вторыми входами первых компараторов 11. Каждый из первых компараторов 11 сравнивает свой кусок пришедшего импульса с напряжением на соответствующем БВХ 7. В итоге К первых компараторов J 1 одного из М каналов сравнивают форму опорного и рабочего импульса элементов фотоприемных матриц 5 и 6. Сумматоры 8, узлы 9 вычитания и БОН 23 задают ширину допустимой зоны различения исходя из шумовой обстановки (день, ночь, туман). Сумматоры 13 суммируют сигналы с К первых компараторов каждого из М каналов, интеграторы 14 интегрируют сигнал по длительности импульса. М ключей 15 служат для отключения устройства в моменты времени, когда импуль отсутствует. Общий сумматор производит сложение М сигналов. Третий компаратор сравнивает эту сумму с некоторым опорным напряжением. Если сигнал превьйиает этот порог, то компаратор выдает импульс на осциллограф Расстояние от начала координат до импу.ттьса на экране осциллографа соответствует расстоянию до цели.

Первый 20 и второй 21 блоки упраления работают следующим., образом (фиг. 4). Импульс запуска, пришедши на первый вход схемы И 24, пропускает на выход тактовые, импульсы высокой частоты от генератора 25 татовых импульсов, делитель 26 делит

эту частоту на некоторое число N, что уменьшает ошибку появления переднего фронта импульсов на входе счетчика 27 в N раз. В исходном состоянии счетчик 27 стоит в обнуленном состоянии, пришедший на его второй вход импульс разрешает его работу. Счетчик 27 считает в двоичном коде, дешифратор 28 дешифрует этот код и на его К выходах появляется последовательность импульсов (фиг. 3).

Если на вход рабочей матрицы придет помеховый импульс с амплитудой Bbmie пороговой, он запустит второй блок 21 управления и произойдет сравнение опорной спекл-картины и пришедшей по времени. Так как они имеют различную временную форму то на выходе М интеграторов 14 накопления практически не будет.

Пространственную обработ су произведет общий сумматор 16 и обдий компаратор 17, который не вьщает сигна- ла, если пространственные формы опорной спекл-картины и пришедшей сильно различаются. Так как частота изменения спекл-картины в пределах импульса ограничена Fg, то согласно теореме Котельникова существует некоторое число К. на которое надо дис- кретизировать исходный импульс, чтобы точность измерения предлагаемого устройства и прототипа совпадали. Оно определяется исходя из длительнос

т и 1«мпульса 1 FB:

к 2F

и верхней частоты

ЙЛ«П

Таким образом, устройство одним световым импульсом производит измерение нужного расстояния, при этом точность измерения по сравнению с прототипом не изменяется, а время уменьшается в раз.

Формула изобрет.ения

матрицы, а выходами - с М интеграторами. М кулгачей М вторых компараторов j общий сумматор, общий компаратор и формирователь, связанный с вторым входом осциллографа, первым входом соединенного с выходом общего компаратораg первый вход которого соедкиен с третьим выходом блока опорных напряжений, первый выход которого подключен к первым входам сумматора и узлом вычитания, попарно соединенных вторьичи входами, связанными с соответствующими выходами

опорной фотоприемной матрицы, второй нальных ключей, другими входами связанных с К выходами второго блока управления, входом подключенного к элементу ИЛИ, связанному М входами с выходами вторых компараторов, связь 20 первых компараторов с интеграторами осуществлена через М введенных рабочих сумматоров, а М выходов рабочей

опорных напряжений соедрп1ен с вторыми фотоприемной матрицы соединены с

входами М вторых компараторов, выхо- первыми входами М вторых компарато,ъы М интеграторов соединены с вторыми 25 ров,

входами М ключей соответственно, первьге входы которых соединенЕл с выхо- 2, Устройство по п. 1, о т л и - I дами М вторых компараторов соотв ет- о, М ключей соединены

вход общего компаратора соединен с выходом общего cy rмaтopa, выходы М сумматоров соединены с первыми вхо- М пердзых компараторов соответ- стййнпо, третьи входы которьпс соединены с выходами М узлов вычитания со- олветствеипо, второй выход блока

чающееся тем, что каждый

из блоков управления выполнен в виде

входами общего сумматора соответ- Q последовательно.соединенных схем И,

делителя, счетчика и дешифратора, к второму входу схемы И подключен гене ратор тактовых импульсов, а первый вход схемы И соединен с вторым входом счетчика.

сгвенно, отличающееся тем,- что, с целью повышения быстро- действи515 в него введены ()М сум HHTopoEs где К целое число, (К-1)М узлсз вычитания, (К-1)М первых компараторов, первый и второй блоки управления, элемент Ш1И. выход формирователя, соединен с входами лазерного передатчика и первого блока управления, связь опорной фотоприемной матрицы с вторыми входами сумматоров и узлов вычитания осуществлена через М К введенных блоков выборки-хране- ния, другие выходы которых соединены с К выходами первого блока управления, связь рабочей и фотоприемной матрицы с вторыми входами первых компараторов осуществлена через Mr К сиг 2, Устройство по п. 1, о т л и -

чающееся тем, что каждый

из блоков управления выполнен в виде

Q последовательно.соединенных схем И,

35

делителя, счетчика и дешифратора, к второму входу схемы И подключен генератор тактовых импульсов, а первый вход схемы И соединен с вторым входом счетчика.

т.2

8ых11

Ь )Г7(

L)t2(

J/ f

Sыy.0

fi$b№.J5

9„ч. 28

.W

,/г.г#

U,2J

и

Sftw.S

li

BbiK.W

,,г SbiT(.W

a

Sbtx. 20

.Л . Bkiy.W

.l

.l I

W.7

/7 Sw.l

9l42.5