Импульсный дальномер Советский патент 1992 года по МПК G01C3/08 

W

Ё

Использование: измерительная техника, в геодезии, навигации, локации, геофизических исследованиях. Сущность изобретения: дальномер содержит лазерный излучатель 1, блок управления 2, 1 приемопередающий оптический блок 3, датчик 4 опорного импульса, спектральный селектор 5, два фотоприемника 6 и 9, два измерителя временных интервалов 7 и 13, вычислительный блок 8, разделительный конденсатор 10, инвертор 11 и диод 12. 2-1- 3-5-9-10-11-13-8. 5-6-7-8. 1-4-5. 2 ил.

Л/Л

Фиг.1

М о

13

VJ

8

W

Изобретение относится к области высокоточных измерений с помощью лазерного излучения и может найти применение в геодезии, навигации,локации, а также геофизических исследованиях.

Известно устройство для измерения дальности, основанное на измерении времени прохождения импульса излучения объекта и обратно.

Основным недостатком известного дальномера является его низкая помехоустойчивость, а следовательно, и низкая точность измерения. Этот недостаток обусловлен тем, что случайные помехи, например, вызванные переотражением, рассеиванием, нестационарным поглощением излучаемого сигнала, неоднородно- стями среды и т.п., не устраняются.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому дальномеру явля- ется импульсный дальномер, содержащий лазерный излучатель с блоком управления, оптически сопряженный с первым фотоприемником через оптический узел опорного импульса, а также через приемо- передающий оптический блок, вычислительный блок, соединенный с первым и вторым измерителями временных интервалов, первый из которых подключен к первому фотоприемнику.

Основным недостатком известного дальномера является большое время измерения, т.е. низкая производительность, что обусловлено применением накопления.

Цель изобретения - повышение произ- водительности при сохранении высокой помехоустойчивости.

Поставленная цель достигается тем, что в импульсный дальномер, содержащий лагерный излучатель с блоком управления, оптически сопряженный с первым фотоприемником через оптический узел опорного импульсного, а также через приемопередающий оптический блок, вычислительный блок, соединенный с первым и вторым из- мерителями временных интервалов, первый из которых подключен к первому фотоприемнику, вводятся спектральный селектор и последовательно соединенные второй приемник, разделительный конден- сатор и инвертор, выход которого подключен к второму измерителю временных интервалов, лазерный излучатель выполнен с возможностью излучения на двух длинах волн, второй фотоприемник оптически со- пряжен с лазерным излучателем через оптический узел опорного импульса и через приемопередающий оптический блок, а спектральный селектор размещен перед первым и вторым фотоприемниками, при

этом вход инвертора соединен с катодом введенного диода, анод которого подключен к шине нулевого уровня.

В качестве источника излучения в заявляемом устройстве используется полупроводниковый лазер. Блок управления задает через лазерный диод постоянный ток, величина которого несколько превышает пороговое значение, при котором начинается генерация лазерного излучения на длине волны г- На постоянное смещение накладываются токовые импульсы длительностью 50 не, в результате чего лазер начинает генерировать на другой длине волны AI . Причем за счет токовой перестройки под действием коротких импульсов тока (нано- секундной длительности) спектр сдвигается в коротковолновую область, т.е. h. Ai. (На фиг.2а показано излучение лазера на длине волны AL на фиг.26 - излучение.на длине, волны Аа ). Разность АЗ - AI может достигать 50-100 А.

Сущность изобретения заключается в том, что благодаря использованию режима работы импульсного излучателя с постоянным смещением и введению нескольких простейших элементов в схему дальномера образован дополнительный измерительный канал действующий параллельно основному каналу и одновременно с ним. Это позволяет накопить требуемое число результатов измерения, которое необходимо для достижения заданной помехоустойчивости в два раза быстрее, чем при использовании одного измерительного канала.

Заявляемое устройство отличается от прототипа тем, что в него введены спектральный селектор, второй приемник излучения, разделительный конденсатор, диод, инвертор, а также осуществлены соответствующие функциональные связи введенных блоков с элементами устройства прототипа.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого дальномера; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу дальномера. (На фиг.2а - сигнал, излучаемый на длине волны AI; на фиг.26 - сигнал, излучаемый на длине волны А2 ; на фиг.2в - сигнал на выходе первого измерителя временных интервалов; на фиг.2г - сигнал на выходе второго фотоприемника; на фиг.2д- сигнал на выходе инвертора; на фиг.2е - сигнал на входе второго измерителя временных интервалов).

Дальномер работает следующим образом.

Излучатель 1 под действием блока управления 2 излучает сигнал на двух длинах

волн попеременно через передающий оптический блок 3 в направлении объекта, В эти же моменты в датчике 4 опорного импульса формируются опорные сигналы, поступающие на спектральный селектор 5. Импульсный сигнал с дистанции поступает через приемный оптический блок 3 также на селектор 5. Спектральный селектор 5 пространственно разделяет отраженный и опорный сигналы излучения на сигнал на длине волны AI, попадающий на фотоприемник 6, и сигнал излучения на длине волны Аа, попадающий на фотоприемник 9. После регистрации оптических импульсов на длине волны AI фотоприемником 6 электрический сигнал, представленный на фиг,2в, подается на измеритель 7 временных интервалов. Сигнал на длине волны Хг , зарегистрированный фотоприемником 9, через разделительный конденсатор 10, инвертор 11 подается на измеритель 13 временных интервалов (фиг.1). На вход фотоприемника 9 поступают два оптических сигнала (опорный и стриженный) постоянной амплитуды с короткими паузами, форма которых соответствует форме сигнала, излученного на длине волны (фиг.26). Поэтому на входе фотоприемника действует сигнал, форма которого приведена на фиг.2г. .

Диод 12 служит для привязки сигнала, прошедшего через разделительный конденсатор 10, к нулевому уровню (фиг.2д). Инвертор 11 преобразует импульсы отрицательной формы (опрокинутые) (фиг.2д) в импульсы положительной формы (фиг.2е), аналогичные поступающим на вход первого измерителя 7 временных интервалов (фиг,2в). При этом в качестве инвертора 11 может быть использован цифровой элемент (НЕ) той же серии, на которой построены измерители 7 и 13 временных интервалов.

Вычислительное устройство 8 осуществляет статическую обработку результатов измерений путем их накопления. Поскольку в основном и дополнительном каналах используются оптические сигналы с разной длиной волны, следовательно, результаты измерений в основном и дополнительном каналах статистически независимы, тем самым в два раза сокращается время накопления статистической выборки требуемого объема. При этом объем статистической выборки, обеспечивающей заданную точность измерения дальности в условиях помех, определяется интенсивностью случайных по- мех.

Таким образом, благодаря использованию режима работы импульсного излучателя с постоянным смещением и введению в устройство спектрального селектора, второго приемника, разделительного конденсатора, диода и инвертора образован дополнительный статистически независимый измерительный канал, действующий параллельно основному и. одновременно с ним, что позволяет накопить требуемое

число результатов измерений, которое необходимо для достижения заданной помехоустойчивости в два раза быстрее, чем при использовании одного измерительного канала. При этом в предлагаемом устройстве

оба канала используют один и тот сложный и дорогостоящий приемопередающий блок, что позволяет сократить время измерения в два раза без существенного увеличения аппаратных затрат.

Формула изобретения

Импульсный дальномер, содержащий лазерный излучатель с блоком управления, оптически сопряженный-с первым фотоприемником через оптический узел опорного

импульса, а также через приемопередающий оптический блок, вычислительный блок, соединенный с первым и вторым измерителями временных интервалов, первый из которых подключен к первому фотоприемнику, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности, он снабжен спектральным селектором и последовательно соединенными вторым фотоприемником, разделительным конденсатором и инвертором, выход которого подключен к второму измерителю временных интервалов, лазерный излучатель выполнен с возможностью излучения на двух длинах волн, второй фотоприемник оптически сопряжен с лазерным излучателем через оптический узел опорного импульса и через приемопередающий оптический блок, а спектральный селектор размещен перед первым и эторым фотоприемниками, при

этом вход инвертора соединен с катодом введенного диода, анод которого подключен к шине нулевого уровня.

п

Щиг.2