УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ БЛИКУЮЩЕГО ОБЪЕКТА Советский патент 2016 года по МПК G01S17/66 G01S3/78 

Изобретение относится к области оптической локации и может быть использовано в следящих системах для определения координат бликующих объектов в присутствии помех фона наблюдения.

Известно устройство для определения координат бликующего объекта (см. патент ФРГ №2524846, G01S 3/78, 9/62, опубл. 08.07.1976 г.), состоящее из источника зондирующего излучения и приемника отраженного объектом излучения.

Приемник содержит оптическую систему для формирования изображения, многоэлементный фотоприемник, размещенный в плоскости изображения оптической системы и анализирующий электронный блок, подключенный к выходу фотоприемника. Координату бликующего объекта определяют из соотношения амплитуд сигналов, вырабатываемых каждым из элементов фотоприемника.

Известное устройство не позволяет определять координату бликующего объекта в присутствии фона наблюдения, поскольку изображение фона наблюдения располагается совместно с изображением бликующего объекта и является помехой по отношению к изображению бликующего объекта.

Известно также устройство для определения координат бликующего объекта (см. патент Великобритании №1595587, НКИ Н4Д, МКИ G01S 3/78 опубл. 12.08.1981 г.) позволяющее определять координаты бликующего объекта в присутствии помех фона наблюдения. Известное устройство наиболее близко по технической сущности к заявляемому и является прототипом.

Известное устройство-прототип содержит последовательно размещенные на одной оптической оси первый модулирующий элемент, первый объектив, второй модулирующий элемент, расположенный в задней фокальной плоскости первого объектива, второй объектив и фотоприемник, выход которого подсоединен к электронному анализирующему блоку.

Отраженный бликующим объектом световой поток, преимущественно когерентный, достигая поверхности первого модулирующего элемента, (например, двумерной решетки) модулируется им. Первый объектив осуществляет преобразование Фурье модулированного когерентного светового потока, при этом изображение спектра Фурье, локализованное в задней фокальной плоскости первого объектива, модулируется расположенным в задней фокальной плоскости первого объектива вторым модулирующим элементом, например, диском с прозрачными и непрозрачными секторами.

При вращении или сканировании одного из модулирующих элементов относительно другого световой поток, достигающий поверхности фотоприемника после прохождения через второй объектив, изменяется во времени. Координаты бликующего объекта определяются по амплитуде и фазе электрического сигнала, вырабатываемого фотоприемником.

Отраженный объектами фона наблюдения световой поток является преимущественно некогерентным и не создает изображения спектра Фурье первого модулирующего элемента на поверхности второго модулирующего элемента.

Устройство позволяет определить координаты бликующего объекта в присутствии фона наблюдения, так как закон модуляции когерентного светового потока, пришедшего через два модулирующих элемента, отличается от закона модуляции некогерентного светового потока. Выделение сигнала с известным законом модуляции производится электронным анализирующим блоком, учитывающим, например, различие в частоте модуляции сигналов, вырабатываемых фотоприемником.

Известное устройство не позволяет определять координату бликующего объекта однократного действия, поскольку для осуществления измерения координат в известном устройстве необходима регистрация модулированного светового потока, отраженного бликующим объектом, по крайней мере за один цикл сканирования модулирующих элементов.

Недостатком известного устройства является также невозможность одновременного измерения спектра излучения бликующего объекта с помощью одного фотоприемника. Использование в устройстве-прототипе каскадного включения светофильтров, выделяющих определенные спектральные компоненты светового потока бликующего объекта, и применение для регистрации каждой спектральной компоненты отдельного фотоприемника (см. пункты 19, 20, 21 формулы изобретения устройства прототипа) значительно усложняет устройство, увеличивает его габариты и усложняет процесс обработки сигнала.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, а именно: определение координат бликующего объекта однократного действия в присутствии помех фона наблюдения с одновременным измерением спектра светового потока, отраженного бликующим объектом.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем последовательно расположенные на одной оптической оси модулирующий элемент, объектив и фотоприемник, размещенный в задней фокальной плоскости объектива и соединенный с электронным анализирующим блоком, модулирующий элемент выполнен в виде голограммы Фурье-спектра визирной метки, при этом перед модулирующим элементом введена дифракционная решетка, пространственная частота которой равна пространственной частоте голограммы, штрихи дифракционной решетки ориентированы параллельно штрихам голограммы и модулирующий элемент расположен в минус первом порядке дифракции дифракционной решетки.

Устранение из устройства вращающихся или сканируемых элементов, что стало возможным в результате выполнения модулирующего элемента в виде голограммы Фурье-спектра визирной метки, позволяет осуществить измерение координат бликующего объекта однократного действия. Кроме того, выполнение модулирующего элемента в виде голограммы Фурье-спектра визирной метки позволяет одновременно измерять спектр светового потока, отраженного бликующим объектом, так как масштаб восстановленных голограммой визирных меток на входной поверхности фотоприемника оказывается различным для отличающихся спектральных компонент светового потока, отраженных бликующим объектом. Дифракционная решетка, расположенная перед модулирующим элементом, предназначена для компенсации хроматизма голограммы. С этой целью дифракционную решетку выполняют с пространственной частотой, равной пространственной частоте голограммы, штрихи дифракционной решетки и голограммы ориентируют взаимно параллельно, а модулирующий элемент располагают в минус первом порядке дифракции дифракционной решетки.

При выполнении перечисленных требований изображения визирных меток, восстановленные с голограммы когерентным световым потоком, отраженным бликующим объектом, располагаются соосно друг другу, причем центр изображений совпадает с положением бликующего объекта в поле зрения устройства, а масштаб каждой воспроизведенной визирной метки оказывается пропорциональным длине волны спектральной компоненты светового потока бликующего объекта.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображена оптическая схема устройства для измерения координат бликующего объекта; на фиг.2 представлено изображение визирной метки.

Устройство для селекции бликующих объектов (см. фиг.1) содержит последовательно размещенные на одной оптической оси голограмму 1 Фурье-спектра визирной метки, например, изображенной на фиг.2, объектив 2, например, типа ТВК-1, фотоприемник 3, например, передающую телевизионную камеру, выход которой соединен с электронным анализирующим блоком, например, с видеоконтрольным устройством 4 типа ПТУ-32.

Перед голограммой 1 размещена дифракционная решетка 5, пространственная частота которой равна пространственной частоте голограммы, штрихи решетки ориентированы взаимно параллельно штрихам голограммы, а модулирующий элемент расположен в минус первом порядке дифракции дифракционной решетки.

Устройство работает следующим образом. Когерентный световой поток, отраженный бликующим объектом, падает на поверхность дифракционной решетки 5, и, дифрагируя, освещает расположенную в минус первом порядке дифракции голограмму 1.

Восстановленной голограммой 1 световой поток, амплитудно-фазовое распределение которого пропорционально спектру Фурье визирной метки, а угловая ориентация совпадает с угловой ориентацией светового потока на входе устройства, поступает на вход объектива 2. Объектив 2 осуществляет преобразование Фурье светового потока, восстановленного голограммой 1. Результат преобразования, представляющий собой изображение визирной метки, восстанавливается на поверхности фотоприемника 3. Пространственное положение изображения визирной метки, в результате проведенного преобразования когерентных световых потоков, совпадает с угловым положением бликующего объекта в поле зрения устройства, что позволяет измерять координаты бликующего объекта, измеряя, например, пространственное положение центра визирной метки на поверхности экрана видеоконтрольного устройства 4.

Некогерентный световой поток объектов фона наблюдения рассеивается поверхностью голограммы 1 и не создает на поверхности фотоприемника изображения визирной метки.

При изменении длины волны светового потока, отраженного бликующим объектом, изображение визирной метки воспроизводится с измененным масштабом, что позволяет определить спектр светового потока, например, наблюдая размер воспроизведенной голограммой визирной метки на экране видеоконтрольного устройства 4.

В качестве дифракционной решетки в предлагаемом устройстве использованы голографически полученные дифракционные решетки или фазовые дифракционные решетки. Голограмму спектра Фурье получают методами, изложенными, например, в книге "Оптическая голография" под редакцией Г. Колфилда, Москва, "Мир", 1983 г. Например, это может быть голограмма визирной метки, полученная методом случайного фазового сдвига в объектном пучке.

Предлагаемое изобретение технологично, не содержит движущихся элементов и позволяет определять координаты бликующих объектов, в том числе однократного действия в присутствии фона наблюдения при одновременном измерении спектра светового потока, отраженного бликующим объектом с помощью одного фотоприемника.

Изобретение относится к области оптической локации и может быть использовано для определения координат бликующего объекта на фоне помех. Сущность: устройство содержит последовательно расположенные на одной оптической оси модулирующий элемент (1), выполненный в виде голограммы Фурье визирной метки, объектив (2) и фотоприемник (3), размещенный в задней фокальной плоскости объектива (2). Выход фотоприемника (3) электрически соединен со входом электронного анализирующего блока (4). Перед голограммой (1) установлена дифракционная решетка (5), пространственная частота которой равна пространственной частоте голограммы (1). Штрихи дифракционной решетки (5) ориентированы параллельно штрихам голограммы (1). Голограмма (1) расположена в минус первом порядке дифракции дифракционной решетки (5). Технический результат: повышение быстродействия определения координат бликующего объекта и спектрального состава отраженного оптического излучения на фоне помех. 2 ил.

Устройство для определения координат бликующего объекта, содержащее последовательно расположенные на одной оптической оси модулирующий элемент, объектив и фотоприемник, размещенный в задней фокальной плоскости объектива, выход которого электрически соединен со входом электронного анализирующего блока, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия определения координат бликующего объекта и спектрального состава отраженного оптического излучения на фоне помех, модулирующий элемент выполнен в виде голограммы Фурье визирной метки, а перед модулирующим элементом установлена дифракционная решетка, пространственная частота которой выбрана равной пространственной частоте голограммы, и штрихи дифракционной решетки ориентированы параллельно штрихам голограммы Фурье визирной метки, причем модулирующий элемент расположен в первом порядке дифракционной решетки.