Устройство определения направления на источник излучения Советский патент 1992 года по МПК G01S3/00 G01J1/04 

Изобретение относится к фотометрии, а именно к регистрации оптического излучения и технике определения направления на источник излучения, и может быть использовано при разработке бортовых фотоприемных устройств в целях ориентации и навигации,

Известно устройство измерения угловых координат, которое содержит фотопри- емник и оптический модулятор изображения. Оптические модуляторы изображения при вращении в окрестности изо- браженияцелипроизводят

преобразование оптических сигналов в электрические и фильтрацию малоразмерной цели на мешающих фонах. Недостатком данного устройства является ограниченное поле обзора из-за последовательного расположения двух растров и невозможности измерения угловых координат источника импульсного излучения, если частота следования импульсов совпадает с частотой вращения растра.

Известно устройство определения координат источника излучения, которое содержит фотоприемник и оптическую систем, Оптическая система воспринимает поток лучистой энергии от источника и концентрирует ее в виде изображения источни- ка в картинной плоскости. Угловое отклонение оптической от направления линии визирования на источник излучения сопровождается смещением изображения источника относительно центра фокальной плоскости на величину равную произведению фокусного расстояния на тангенс угла рассогласования. Угловое отклонение изображения источника преобразовывается в пропорциональное ему изменение электрического сигнала Недостатком известного устройства является ограниченное поле зрения, обусловленное наличием оптической системы

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности является устройство грубой ориентации на Солнце (определения направления на источник), содержащее 6 каналов, каждый из которых содержит связанные друг с другом фотоприемник, предусилитель, формирователь. Взаимным расположением фотоприемников сформировано сферическое поле зрения. При этом сфера трансформирована на плоскость, поверхность которой равна поверхности, получаемой разверткой граней куба Плоскости, проходящие через ребра куба и центр сферы, совпадающей с центром куба, делят сферу на 6 равных шаровых секторов, опирснощих на грани куба Телесный угол каждого сектора, выделенного

гранью куба, имеет величину 90 х 90°. Во избежание мертвых зон поля зрения фотоприемников незначительно перекрываются. Недостатком известного устройства

является недостаточная точность определения направления на излучатель, так как с помощью него можно определить расположение источника лишь в одном из 6 участков сферического пространства, что соответствует точности+45°.

Цель изобретения - повышение точности при одновременном упрощении устройства за счет сокращения количества фотоприемников.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство определения направления на источник излучения, содержащее 6 каналов, каждый из которых содержит фотоприемник, предусилитель,

формирователь, причем фотоприемники установлены с перекрытием полей зрения, выполнено четырехканальным, введен дешифратор, четыре входа которого соединены с выходами четырех преобразооателей, а угол наклона фотоприемников определяется из условия наименьшего отклонения величин контролируемых зон полусферического пространства от их среднего значения:

л , . л/9 I макс ()

где со 1 - телесный угол участка, ограниченный тремя поверхностями, две из которых являются плоскостями, проходящими через вертикальную ось, а третья является боковой поверхностью конуса с углом при вершине равным я/2а/а Ј:1/. высота

которого совпадает с нормалью к поверхности фотоприемника

Предлагаемое устройство определения направления на источник излучения отличается от прототипа следующими существенными признаками: устройство выполнено четырехканальным; введен дешифратор, четыре входа которого соединены с выходами четырех преобразователей; угол наклона фотоприемников определяется из условия

наименьшего отклонения величин контролируемых зон полусферического пространства от их среднего значения в математической формулировке.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 представлен вид телесного угла участка, ограниченного тремя поверхностями; на фиг. 3 показано расположение и количества зон, образованных полями зрения четырех фотоприемников; на фиг. 4 даны расчетные кривые зависимости пространственных зон от угла наклона приемников для случая косинусной угловой диаграммы фотоприемников; на фиг. 5 представлен график функции неравномерности пространственных зон по величине.

Функциональная схема устройства Состоит из:

1- фотоприемники,

2- предусилители,

3- преобразователи,

4- дешифратор.

Выходы фотоприемников подключены к входам предусилителей выходы предусили- телей - к входам преобразователей, выходы преобразователей - к входам дешифратора. Выхода дешифратора являются выходами устройства.

Излучение от источника попадает на приемные площадки фотоприемников 1, засвечивая в зависимости от угла падения либо все фотоприемники, либо часть из них. Электрический сигнал с их выходов усиливается в предусилителях 2, поступает на вход преобразователей 3, где аналоговый сигнал превращается в двоичный код (есть сигнал 1. нет сигнала О). Двоичная информация с выходов преобразователей 3 подается на вход дешифратора 4, который в зависимости от комбинаций входных сигналов указывает номер пространственной зоны, откуда приходит излучение. Механизм разбиения полусферического пространства таков, что величина пространственных зон и. следовательно, разрешающая способность зависит от угла наклона фотоприемников. Для определения этой зависимости приведем расчет телесного угла участка ограниченного тремя поверхностями, две из которых являются плоскостями (фиг. 2), проходящими через ось OZ и образуют угол а. Третьей поверхностью является боковая поверхность конуса с углом при вершине равным я /2а (а 1), высота конуса совпадает с нормалью к поверхности фотоприемника, которая образует угол р с осью 02. В общем случае телесный угол рассчитывается по формуле

in Vd S

w-/ s

Для данного конкретного случая можно записать

а

-л

sinVd V

л

где V определяется из уравнения

cosVsln р + slnVsjn p cos a cos Ј-Г--л--.-ти-ж Q

Используя полученные выражения, за- пишем формулы для вычисления пространственных зон четырех фотоприемников. Для удобства номер зоны примем равным количеству работающих в этой зоне фотоприемников, а расположение и количество зон приведено в виде проекции линий пересечения телесных углов со сферой единичного радиуса на плоскость (фиг. 3).

ЪЬ W4-8j f-cosV4(et,(f)(J,

где ( a, р ) является решением уравнения

20

cosVsln f - slnVsin p cos if a cos лг/2а

am

ал 2/ cos V 1 («.99)0 x ,

где Vi( a , p) является решением уравнения cosVsln p - slnVsjn (p cos a - sin/fr /2a «определяется из уравнения sin p cos а со8лг /2а

wb ft) з 2 / (cosV4 - cosVi) d a

о

Учитывая, что сумма всех зон образует угол 2 п стерадиан, запишем

(2tt-ft)/i-4«3-4ftM)

Расчетные кривые зависимости пространственных зон от угла наклона приемников для случая косинусной угловой

диаграммы фотоприемников (а 1) приведены на фиг. 4. Из рисунка следует, что существуют углы, при которых зоны по величине примерно равны между собой.

Определим неравномерность пространственных зон по величине как отношение максимального отклонения величины зоны от среднего значения к среднему значению как функцию

5()i2 лг .

I I макс

2 л/9

График функции 5(у) представлен на фиг. 5. Анализ графика показывает, что функция неравномерности зон имеет минимум 10% при угле 60°. Разрешающая способность при этом составляет 25°. Аналогичный расчет показывает, что для пяти фотоприемников разрешающая способность 21,5°. Таким образом, использую заявляемое устройство определения направления на источник возможно, при уменьшении количества фотоприемников (4 шт.), повысить точность определения направления примерно вдвое.

Использование предлагаемого устройства определения направления на источник излучения по сравнению с существующими устройствами позволяет существенно повысить точность, без увеличения массы и габаритов, что дает возможность расширить область применения описанных устройств, например, в качестве лазерного фотоприемника.

Формула изобретения

Устройство определения направления на источник излучения, содержащий шесть каналов, каждый из которых содержит фотоприемник, предусилитель, преобразователь, причем фотоприемники установлены с перекрытием полей зрения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности при одновременном упрощении устройства за счет сокращения количества фотоприемников, устройство выполнено, четы рехка- нэльным, введен дешифратор, четыре входа которого соединены с выходами четырех преобразователей, а угол наклона фотоприемников определяется условием наименьшего отклонения величин контролируемых зон полусферического пространства от их среднего значения

d(p)i2я,

I О) |д- I макс

2я7§

где о) - телесный угол участка, ограниченного тремя поверхностями, две из которых являются плоскостями, проходящими через вертикальную ось. а третья является боковой поверхностью конуса с углом при вершине, равным тг/2а (а : 1), высота которого совпадает с нормалью к поверхности фотоприемника.

Изобретение относится к фотометрии, а именно к регистрации оптического излучения и технике определения направления на источник излучения и может быть использовано в бортовых фотоприемкых устройствах в целях ориентации и навигации. Цель изо ЯЯ. бретения - повышение точности при одновременном упрощении устройства за счет сокращения количества фотоприемников. Устройство содержит четыре канала, каждый из которых содержит последовательно соединенные фотоприемник 1, предусили- тель 2 и преобразователь 3. выходы преобразователей соединены с входами дешифратора 4. Угол наклона фотоприемников 1 определяется условием наименьшего отклонения величин контролируемых зон полусферического пространства от их среднего значения: д(р) -(йН-2я /9) я /9, где а) I - телесный угол участка, ограниченного тремя поверхностями, две из которых являются плоскостями, проходящими через вертикальную ось, а третья является боковой поверхностью конуса с углом при вершине равным п /2а (а - 1), высота которого совпадает с нормалью к поверхности фотоприемника. 5 ил. / V W ЛУ ,Г- - Ф У EZ23

Фиг 2

(с.

1-е .6 .6 .« .2

2в

30

495в

U.4

100 Х

Ы вв 40 20

5В

55

Ч

ОН&4

v

эоназ

V

68 л

ее

6578