СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЙ С ПОМОЩЬЮ ИМПУЛЬСНОГО ИСТОЧНИКА СВЕТА Советский патент 1969 года по МПК G01S17/08 G01C3/06 

Изобретение относится к области светолокационной измерительной техники и иредиазначено для измерений расстояний до диффузно-отражающих объектов, а также для больших расстояний с установленными в конечных точках отражателями.

Известны фазовые способы измерения расстояний фазовыми светолокационпыми системами, из которых дальномеры с импульсными источниками излучения, с точки зрения их дальности действия, более эффективны по сравнению с системамн непрерывного излучеиия. Как и в неирерывиом, в имиульснофазовом дальномере дистанцня определяется сравнением фазы модуляции отраженного имиульсного сигнала с фазой опорного непрерывного колебаиня. При этом на выходе фазового детектора вырабатываются импульсы напряжения с амплитудой, пропорциоиальной функции взаимной корреляции - R (ф) этих сигналов.

При синусоидальной форме модуляции R (ф) представляет также синусоиду, следовательно, в зависимости от разности фаз амплитуда импульсов будет также изменяться по синусондальиол1у закону.

При модуляциоином способе приема, обеспечивающем наибольшую точность, отсчет фазы производится ио равенству амплитуд продетектированных импульсов, т. е. в точке

максимальной крутизны R (ф), что и обеспечивает высокую точность измерения.

Синусоидальная форма сигналов, между которыми измеряется разность фаз, необязательна. Для обесиечения высокой точности возможно применение сигналов любой формы, необходимо только, чтобы их функция взаимной корреляцни существовала и имела высокую крутизну в точке отсчета.

Такнм образом, как непрерывную, так и имиульсную фазовые системы объединяет одно общее качество - необходимость дополнительной модуляции излучения сигналом высокой частоты. Это условие накладывает

определенные ограничения на возможности исиользования имеющихся оптических квантовых генераторов (ОКГ) и.снижает дальность действия импульсно-фазовых систем ио сравнению с чисто импульсными дальномерами.

Действительно, в оптической локации дальность действия апиаратуры при одинаковой энергии излучения тем выше, чем меньше длительность импульса излучения, т. е. чем выше его пиковая мощность.

В настоящее время в импульсных дальномерах с ОКГ исиользуется излучение длительностью в несколько десятков наносекунд. В импульсно-фазовой системе минимальная длительность излучения ограничивается велиПрименение высокой частоты модуляции и иснользование коротких имнульсов излучения при измерении больших расстояний значительно усложняет анпаратуру и удлиняет процесс однозначного определения дистанции.

В нолупроводниковых ОКГ (ПКГ) высокочастотная модуляция может осуществляться током питания, однако получение импульсных токов в несколько десятков ампер с частотой модуляции свыше десяти мегагерц при технически приемлемой конструкции является сложной задачей. В то же время чисто импульсные токи длительностью 20-30 нее/с, величиной в несколько сотен ампер могут быть получены простыми средствами. В соответствии с изложенным мош,нос7и излучения с ПКГ, достигнутые в импульсных системах, в десять и более раз выше, чем в имиульспофазовых.

Предлагаемый способ позволяет обеспечить дальность действия, соответствуюндую импульсным методам при повышении точности измерений. Для этого иа дистанцию посылают импульсы без дополнительной модуляции, фаза излучения которых жестко привязана к фазе колебания, когерентного опорному, а определение расстояния ироизводят по фазе опорного колебания, при которой обеспечивается равенство амплитуд сигналов на выходе модуляционного фазового детектора.

Импульсы излучения ОКГ не модулируются Бообш,е. Они могут рассматриваться как часть периода высокочастотной модуляции. В этом случае отсчет «фазы модуляции сигнала производится сравнением амплитуд сигналов, пропорциональных функции корреляции, между принятым импульсом и опорным синусоидальным напряжением, фаза которого регулирз ется фазовращателем. При этом период опорного сигнала равен примерно удвоенной или несколько большей длительности импульса излучения, а его фаза скачком с частотой излучения импульсов изменяется па 180°.

Для измерения расстояния с высокой точностью надо, чтобы крутизна R (ф) в точке отсчета была высокой, а кроме того, необходима жесткая привязка момента излучения к фазе опорного сигнала.

На фиг. 1 приведепа блок-схема устройства для осуществления способа; на фиг. 2 -эпюры нанряжений в различных точках схемы.

Схема содержит генератор /, канал 2 формирования излучаемого сигнала, делители 3 н 4 частоты, каскад 5 выделения, излучатель 6, фотоприемник 7, импульсный усилитель 8, фазовый модуляционный детектор 9, синхронный детектор 10, индикатор 11, фазовращатель 12, фазовый модулятор 13 и триггер 14.

Схема работает следующим образом. Высокочастотные колебания от генератора / поступают в опорный канал и в канал Сформирования излучаемого сигнала. Делитель 3

частоты работает с небольшим коэффициентом деления, вырабатывает импульсы с периодом Т и скважностью, достаточной для уверенной работы блока выделения имиульса. Делитель 4 вырабатывает стробирующие импульсы длительностью, примерно равной Т, следующие с частотой излучения сигиала. С выходов делителей 3 и 4 сигналы поступают на каскад 5 выделения, на выходе которого образуются имиульсы от делителя 3,

но с частотой, определяемой делителем 4. Поскольку этот сигнал поступает на излучатель 6, то нестабильность запуска делителя 3 полностью характеризует степень когерентности излучаемого и опорного сигналов. Отраженный сигнал ноступает на фотоприемпик 7, импульсный усилитель 8, фазовый модуляционный детектор 9, синхронный детектор 10, индикатор 11. Эиюры напряжений в различных точках

схемы приведены на фиг. 2, где «1 - импульсы на выходе формирующей цепочки, следующие с частотой высокочастотного генератора; «2 и 3 - импульсы на выходах делителей 3 к 4 соответственно; «4 - сигналы на

выходе блока выделення; «5 - нрннятый с дистанцни сигиал; «6 - напряжение триггера и синхронная ему форма нереключения фазы опорного напряжения; «7 -- форма импульсов после коррелятора (фазовый детектор).

Предмет изобретения

Способ измереиия расстояний с помощью импульсного источника света, отличающийся

тем, что, с целью обеспечеиия дальиости действия, соответствующей импульспым методам при повышепии точпости измерений, на дистанцию посылают импульсы без дополнительной модуляции, фаза излучения которых

жестко привязана к фазе колебания, когерентного онорному, а определенне расстояния нронзводят но фазе онорного колебания,при которой обеспечивается равенство амплитуд сигналов на выходе модуляционного фазового

детектора.

u u

ifftl l80

JL,