Способ определения углового положения слабоизлучающего малоразмерного источника и устройство его реализующее Советский патент 1992 года по МПК G01B21/22 

Изобретение относится к оптико-электронной технике и может быть использовано при создании приборов, служащих для определения угловых координат слабоизлучающих малоразмерных источников.

Известны способы и устройства определения углового положения источника.

Однако их использование ограничено тем, что они имеют невысокую точность, вследствие того, что за время анализа поля зрения формируется только один импульс от источника.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результате к изобретению является способ для определения углового положения источника, обеспечивающий формирование изображения источника и фона, кодирование изображения в последовательность оптических сигналов, преобразование излучения в электрическое напряжение, определение положения корреляционной функции последовательности

сигналов и нахождение углового положения источника излучения по величине временного интервала между началом отсчета и пиком корреляционной функции, а устройство для осуществления указанного способа содержит последовательно установленные в ходе лучей оптическую систему, анализатор изображения со щелями, расположенными в виде кодовой последовательности, фотодетектор и коррелятор изображения

Недостатком этого способа и устройства является низкая точность определения угловых координат источника излучения в наиболее характерном случае, когда основную долю в общих помехах составляют помехи, вызванные засветкой фотоприемника фоном. Это обусловлено тем. что при увеличении числа импульсов в кодовой последовательности пропорционально растет мощность засветки фотоприрмника, в результате- чего отношение сигнал/шум не улучшается.

VI

N

4 00 ЧЭ 00

Цель изобретения - повышение точности определения углового положения источника.

Поставленная цель достигается тем, что формируют перевернутое изображение последовательности оптических сигналов, осуществляют кодирование перевернутого изображения, аналогичное кодированию изображения источника во вторую временную последовательность оптических сигналов, преобразуют в электрический сигнал вторую последовательность оптических сигналов, а угловое положение источника определяют по времени максимума проинтегрированного сигнала. В устройстве поставленная цель достигается тем,что между анализатором изображения и фотодетектором дополнительно установлены оптически связанные вторая оптическая система и второй анализатор с кодовой последовательностью щелей, аналогичный первому анализатору.

На фиг.1 изображена принципиальная схема устройства; на фиг.2 в качестве примера представлены различные варианты взаимного положения источника и анализаторов изображения

Предлагаемое устройство (фиг. 1) содержит последовательно расположенные в ходе лучей оптическую систему 1, анализатор изображения 2. оптическую систему 3, анализатор изображения 4, фотодетектор 5 и интегрирующую RC-цепь

Предлагаемый способ заключается в следующем.

Оптическая система 1 формирует в плоскости х О Y прямое изображение источника и постоянного фона В этой плоскости расположен анализатор изображения 2, представляющий собой непрозрачный экран со щелями, расположенными в виде кодовой последовательности, кодирующий изображение источника и фона в пространственно-временную последовательность оптических сигналов и движущийся по оси О Х со скоростью v За анализатором 2 на определенном расстоянии установлена оптическая система 3, формирующая перевернутое изображение источника, фона и анализатора 2 на дополнительном анализаторе 4, также представляющем собой непрозрачный экран со щелями движущийся по оси той же скоростью причем положение каждой щели, их размер, а также вектор скорости Ги ее абсолютное значение совпадает с аналогичными характеристиками анализатора 2. Перевернутое изображение анализатора 2 (обозначено пунктиром также движется по оси скоростью v, но в противоположном направлении. Анализатор 4 повторно кодирует последовательность оптических сигналов по закону кодирования прямого изображения Выход фотоприемника 5 подключен к интегрирующей RC-цепи. По временному интервалу

между началом отсчета и максимумом напряжения определяют угловое положение источника.

Точность определения угловых координат повышается за счет повышения чувствительности предлагаемого устройства, которое достигается в результате снижения мощности засветки фотоприемника фоном при одинаковой амплитуде сигнала от источника,

Излучение от источника поступает на фотодетектор только в том случае, когда изображение щели анализатора 2 и щель анализатора 4 совпадают с изображением источника. Число таких совпадений зависит

от величины смещения источника от оптической оси Хо. Совпадение положения источника со щелями анализатора соответствует изменению амплитуды поля источника на выходе фотоприемника 5.

Амплитуда сигнала на выходе устройства максимальна при совмещении источника с оптической осью устройства О о

Дисперсия помехи на выходе фотоприемника для предлагаемого способа имеет

вид

о Рю|п m -(5 /, (1)

где PI - постоянный коэффициент:

о|п - энергия фона в плоскости изображения X O Y

m - коэффициент, характеризующий максимальную энергию засветки фотопри- емника фоном, равный числу совпадений изображения щели анализатора 2 со щелями анализатора 4; д - ширина щели: длина щели анализатора. Для прототипа дисперсия помехи имеет вид

о Pi о|п vr п /3.

(2)

где п - число щелей анализатора

Отношение среднеквадратической ошибки определения углового положения источника, вычисленное для прототипа к среднеквадратической ошибке, вычисленное для данного способа равно

. q o| п 02 qnp fi m

(3)

где q, qnp - отношение сигнал/помеха на выходе устройства, соответственно для данного способа и для прототипа

Например, для анализатора изображения, в котором щели расположены по зако- ну Шермана (по аналогии с прототипом) в случае А (фиг.2), когда положение источника совпадает с оптической осью устройства О , за время анализа поля зрения излучение от источника поступает на фотодетек- тор четырежды, в то время как в случае В, когда источник смещен относительно оптической оси О О на величину Хд излучение поступает на фотодетектор только один раз То есть, при совмещении источника с опти- ческой осью устройства амплитуда сигнала от источника на выходе устройства превышает амплитуду сигнала от источника, смещенного относительно оптической оси О О на величину Хо, в 4 раза и имеет максималь- ное значение

При этом засветка фотоприемника фоном для предлагаемого способа и прототипа различна.

В прототипе излучение фона поступает на фотоприемник (так же как и излучение источника), засвечивая все щели анализатора, т е. п 4 , в предлагаемом способе излучение фона поступает на фотоприемник только при совпадении изображения i-й ще- ли анализатора 2 с i-й щелью анализатора 4 т е коэффициент, характеризующий максимальную энергию засветки фотоприемника фоном, принимает значения m 0 1 2 а при максимальной амплитуде сигнала от источ- ника излучения m 1 Следовательно при максимальной амплитуде сигнала на выходе устройства дисперсия помехи для прототипа в 4 раза больше чем для устройства реализующего данный способ

Таким образом при использовании анализатора изображения в котором щели расположены согласно коду Шермана, в случае, когда положение источника совпадает с оптической осью устройства, предла- гаемый способ по сравнению с прототипом позволяет повысить точность определения угловых координат источника в 4 раза (р А). При использовании любой другой кодовой последовательности щелей анализатора точность определения углового положения источника оценивается согласно выражению (3) и она тем выше чем больше отношение - при этом m всегда меньше п, так как

npi/; одинаковом с прототипом количестве щелей анализатора, находящихся Ъ поле зрения прибора, излучение фона поступает на фотодетектор предлагаемого устройства только в определенные моменты времени, т.е. при совпадении изображения 1-й щели анализатора 2 с j-й щелью анализатора 4.

Кроме того, данный способ позволяет упростить конструкцию устройства, так как отпадает необходимость в элементах электронного коррелятора, выполняющих функцию линии задержки и перемножения задержанного и незадержанного сигналов

Формула изобретения

1. Способ определения углового положения слабоизлучающего малоразмерного источника, заключающийся в формировании изображения источника, кодировании изображения во временную последовательность оптических сигналов, преобразовании оптических сигналов в электрические, интегрировании электрических сигналов и определении углового положения источника по проинтегрированному сигналу, отличающийся тем, что. с целью повышения точнбсти. формируют перевернутое изображение последовательности оптических сигналов, осуществляют кодирование перевернутого изображения, аналогичное кодированию изображения источника, во вторую временную последовательность оптических сигналов преобразуют в электрический сигнал вторую последовательность оптических сигналов, а угловое положение источника определяют по времени максимума проинтегрированного сигнала

2 Устройство для определения углового положения слабоиэлучающего малоразмерного источника содержащее оптически связанные оптическую систему, анализатор изображения с кодовой последовательностью щелей, фотодетектор и интегратор, вход которого подключен к выходу фотодетектора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено оптически связанными и установленными между анализатором изображения и фотодетектором второй оптической системой и вторым анализатором с кодовой последовательностью щелей, аналогичным первому анализатору.

I

Изобрете ние относится к оптикоэлект- ронной технике. Цель изобретения - повышение точности Способ заключается в кодировании прямого и перевернутого изображений источника во временные последовательности оптических сигналов и определении углового положения по последовательностям сигналов. Использование перевернутого изображения позволяет повысить точность 2 с п ф-лы, 2 ил.