Способ радиотехнического измерения параметров движения быстро перемещающегося объекта Советский патент 1982 года по МПК G01S13/58 

Изобретение относится к области обработки информации, получаемой радиотехническими или оптическими средствами от перемещающегося объекта. Оно может быть использовано в различных областях радиотехники при обработке информации (в том числе оптической, акустической ультразвуковой).

Известен способ радиотехнического измерения параметров движения быстро перемещающегося объекта относительно неподвижного регистрирующего устройства.

Цель изобретения - повыщение точности измерений и их автоматизация.

Для этого объект маркируют направленной отражающей пленкой и освещают лучом, например, оптического квантового генератора, а отраженное излучение регистрируют в виде траекторной кривой объекта, которую затем сравнивают с эталонами набора возможных траекторных кривых объекта.

На фиг. 1 изображена схема движения объекта по траектории; на фиг. 2 - конструкция отражающей пленки; на фиг. 3 - схемы операции изготовления фильтра (а) и осуществления фильтрации (б); на фиг. 4 - схема установки для фильтрации.

характеристик движения объекта по результатам измерений в видимом оптическом диапазоне длин волн, хотя предлагаемый способ приложим и к другим диапазонам (прежде всего к радиодиапазону, а также к инфракрасному, ультрафиолетовому и т. п.). Последнее требует лищь соответствующей модификации аппаратуры.

При выполнении измерений по предлагаемому способу производят подготовку объекта, заключающуюся в нанесении на некоторые его участки оптически хорощо отражающей пленки, обладающей направленными свойствами; облучение объекта на траектории его полета пучком света от оптического квантового генератора и. регистрацию отраженного излучения; изготовление транспаранта записанного траекторного сигнала, оптически согласованную фильтрацию транспаранта в когерентно-оптической установке с использованием предварительно изготовленных эталонов.

На измеряемые объекты предварительно наносится отражающая пленка. Если объект

движется вблизи измерительного устройства или на нем в силу конструктивных его особенностей имеются яркие «светящиеся точки, которые наблюдаются в течение большей части траектории , ее можно

Предполагается, что подсветку объекта л)чом оптического квантового генератора целесообразно вести из той же точки, где установлено приемное устройство. Поэтому отражающая пленка должна быть нанесена на ту часть объекта, которая находится в секторе видимостп из точки установки приемопередающего устройства в течение всего (или больщей части) времени пролета объекта вдоль интересующего нас участка траектории.

Если oтJэaжaющий слой 1 наносится ка заднюю часть объекта О, движущегося но траектории, то возможны подсветка и регистрация сзади вдоль траектории Г. Если слой наносится на боковую поверхность объекта 2, то регистрация возможна из положения 2. Для слоя, нанесенного на переднюю часть объекта 3, следует вести регистрацию отраженного сигнала нз положения 3.

В качестве отражающей пленки могут быть использованы пленочные отражатели, дающие отражение в обратном направленин при поворотах -f45° от нормали. Они состоят из тонкоплепочиого металлического зеркала, наклеиваемого на объект нрн помощи специального полимеризующего клея. На зеркало наносят слой сферических лннзочек, покрытый защитным полимерным слоем. Подобное покрытие действует, как зеркально-линзовый автокол л им анионный экран, переотражающий надающую па него плоскую волну в обратном направлении. Благодаря незначительной толщине и весу отражающая пленка не изменяет в скольконибудь заметной мере характеристики движения объекта по трассе. Форма пленки определяется геометрией объекта и заданной точностью последзющей обработки сигналов.

Исследуемый участок траектории освещается оитическим квантовым генератором (или прожектором). Целесообразно использование оптического квантового генератора (ОКГ), так как при этом легко исключить фоновую засветку (от неба, местных предметов). Для этого перед объективом фоторегистрирующего устройства вводится интерференционный фильтр, пропускающий только свет ОКГ. Для подсветки в видимом, диапазоне может быть использован ОКГ на ионизированном аргоне (А, 0,488 и 0,5145) или гелий-неоновый ОКГ (Я 0,6328 мкм).

Фоторегистрация осуществляется на фотопленке при помощи фотоаппарата, сфокусированного на выбранный участок траектории. Во время движения объекта затвор аппарата открывается. Поэтому перемещающийся объект экспонирует на фотоэмульсии изображение «светящейся точки (или точек) в виде характерного траекторного узора.

лировать затвор фотоаппарата или освещающий ОКГ, что приводит к расщирению пространственно-частотного спектра сигнала. При последующих фотографированиях следует сохранять относительное расположение траектории объекта и приемно-персдающей (освещающей или фотографирующей) системы, показанное на фнг. 1.

Зарегистрированное на фотопленке изображение с траекторной информацией (траекторный узор) после обработки используется как транспарант для ввода инфор.мации в когерентно-оптическую систему. При этом может быть использован как негатив, так и позитив изображения. Последний нспользовать более целесообразно (изза меньщего щума, появляющегося при оптической обработке).

Для того чтобы все последующие измерения могли быть выполнены в реальном масштабе времени, регистрацию информации о движении объекта следует производить на оперативном (во времени) модуляторе (например фототермопластнческой пленке).

Операция изготовления фильтра и осуществления фильтрации производится в когерентно-оптической установке, содержащей, лазер 4, микрообъектив 5, точечное отверстие 6, коллиматор 7, микрообъектив 8, точечное отверстие 9, апертуру 10 с входным транспарантом, перв)ю преобразующую линзу 11, плоскость 12 регистрации фильтра или фильтр, вторую преобразующую линзу 13, плоскость 14 регистрации сигнала.

Для изготовления эталонных фильтров производится запись на фотопленке изученных траекторий ряда известных объектов с различными параметрами движения и в требуемом для исследования интервале их изысканий и участка траектории. Соответствзющие кривые могут быть рассчитаны на ЭЦВМ (по известным из механики быстро движущихся тел формулам) или получены методом моделирования на оптической установке.

Рассчитанные кривые вычерчиваются на бумаге и фотографируются на нленке в одном и том масщтабе. Полученная пленка вводится в апертуру 10 установки. В плоскости 12 установки записывается такой эталонный фильтр, причем в присутствии опорного пучка, т. е. создается голограмма. В простейщем случае на кадре пленки может быть написан только один фильтр: при этом последующий анализ будет также покадровым.

При фильтрации на вход системы (апертура 10) подается кадр пленки с зарегистрированным в проведенном для изучения движения эксперимента траекторным узором, а в плоскости 12 располагается пленка или пластинка с проявленными эталонными фильтрами.

При совпадении узора, полученного при эксперименте с исследуемым объектом с узором известного эталона, на выходе систем в плоскости 14 образуется яркое пятно корреляционной функции. Его положение определяет номер эталона, характеризующего заранее известное движение эталонного образца и, следовательно, исследуемые параметры движения объекта на траектории, поскольку те и другие при этом совпадают между собой.

Для подтверждения предлагаемого способа проводят эксперименты в лабораторных условиях. Они показывают реальность осуществления предлагаемого способа измерения параметров движения объекта, его удобство и высокую надежность.

Проводят основные операции предлагаемого способа: возможность использования отражающей пленки предлагаемого вида (система уголковых отражателей), учет характера получаемой траекторной информации и особенности оптической фильтрации соответствующих изображений.

Для тех или иных конкретных задач возможны конструктивные изменения аппаратуры для регистрации траекторных узоров и фильтрации.

Возможно, в частности, создание по предлагаемому способу комбинированных

установок для осуществления измерений,, выполняемых в реальном масштабе времени. Для этих установок следует использовать не фотохимические (галоидосеребряные), а фототер.мопластические или термопластические пленки (или же электрооптический модулятор на кристалле). Установка, на которой следует проводить фильтрацию, содержит (см. фиг. 4) лучи 15 от лазера, фототермопластический модулятор 16, преобразующую линзу 17, фильтр 18, преобразующую линзу 19, приемное устройство 20, схему 21 принятия рещения.

Формула изобретения

Способ радиотехнического измерения параметров двилсения быстро перемещающегося объекта относительно неподвижного регистрирующего устройства, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности измерений и их автоматизации, маркируют объект направленной отражающей

пленкой и освещают лучом, например, оптического квантового генератора, а отраженное излучение регистрируют в виде траекторной кривой объекта, которую затем сравнивают с эталонами набора возможных

траекторных кривых объекта.

// 12

/5 i

i5

IS i9