Устройство для вычисления координат светового пятна Советский патент 1976 года по МПК G01S3/78 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ КООРДИНАТ СВЕТОВОГО ПЯТНА ков подключены к соответствующим входам блока выбора мантисс к ко входам блока сравнения порядков, выходы которого подключены к управляющим входам блока.формирования мантисс, выходы второго блока задержки через последовательно соединенные блок выбора мантисс, блок разделения каналов, блок пиковь х детекторов и блок нормирования мантисс подключены ко входу алгебраического сумматора, выходы распре делителя импульсов соединены с управляющими входами блока разделения каналов и блока храненгш порядков, Ма фиг. 1 показана структурная схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 - npH дипиальная схема блока выбора мантисс и блока разделения каналов; на фиг. 3 - временная диаграмма работы устройства. Устройство для вычисления координат светового пятна (фиг, 1) содержит объектив 1, позиционно-чувстЕительнь й фотоприемник 2, расположенгкий в d30Ka.nr-,4oE плоскости объектива 1 и подключенный к входам блока усиления 3, выхоаы которого соедине нь с входами первого блока задержки 4 и распределителя импульсов 5. К выходам бл ка задержки 4 подключен вход первого уси лителя-ограничителя 6, Выходы каждого усилителя-ограничителя 6 соединены через второй блок, задержки 7 с входами блока выбора мантисс 8. и, кроме того, непосред ственно соединены с соответств5ющими вхо дами порогового блока 9, Выходы блока 8 связаны через блок разделения канаюв 10 с блоком пиковых детекторов 11. Выходы блока 9 СБЯзань с входами бпока хранения порядков 12., вь5ходы которого подключены к входам управления блока выбора мантисс 8 и к входам б.пока равнекия порядков 13 Управляющие входы блоков 10, 11, 12 соядинень с Bbixo.aaiviH распределителя 5. Вы- соды блока пиковых детекторов 11 подключены к входам блока нормирования мантисс 14, связанного управляющими входами с вы ходами блока сравнеьшя пбрядков 13„ Выхо- ды блока 14 соединены с входагуш алгебраического сумматора 15, выход.ы которого служат выходами устройства вычисления координат. Блок выбора мантисс 8 выполнеа (см. фиг, 2) в виде аналоговых ключей .16-20, управляющие входы которых соединены через Бенхк.Т1И 21-26 с Б.ыходами Ьлока хранения порядков 12. Сигнальные входы ключей подключены к Е.ыходам блока задержки 7. Блок разделешта каналов 1О включает в себя (фиг. 2) буферный усилитель 27, вход которого связан с .выходами ключей 16-20 а его выход- с первыми входами аналоговых ключей 28-31, вторые входы которых соединены с выходами строб-импульсов распределителя 5. БДОК нормирования мантисс 14 представляет собой группу из четырех аттенюаторов с коэффициентами передачи, принимшощйми одно из трех фиксированных значений (1, 1/К и О, где К - коэффициент передачи усилителя - ограничителя 6 в линейной области) в зависимости от кода на выходе блока сравнения порядков 13, Устройство работает следующим образом. Изображение источника света в момент вспыщки проецируется объективом 1 на фотоприемник 2, Пятно света делится зонами раздела светочувствительных площадок фотоприемника 2 на четыре части. При этом на выходах фотоприемника 2 возникают одновремен.но четыре импульса, амплитуды которых пропорциональны площадям освещенных частей фотоприемника. Все четыре импульса проходят через блок усиления 3 и суммируются в распределителе 5 (фиг. За), который по сумматорному сигналу 1рормирует импульс управления (фиг. 36), предназначенный для установки в исходное состояние блока хранения порядков 12 и блока пиковых детекторов 11, Блок задержки 4 обеспечивает развертку выходных импульсов блока 3 в последовательность из четырех равноотстоящих огнш от дру гого по времени импульсов (фиг. Зв), поступающих по одной щине на вход первого усилителя-ограничителя 6, На выходах усилителей-ограничителей 6 появляются импульсы с амплитудами: где: I - номер светочувствительной площадки фотоприемника; i 1, 2, 3 4; j - порядковый номер усилителя 6; К - коэффениент передачи уснлителя 6 в линейной области. Еслк Ujj превышает уровень ограниче НИИ и о амплитуды выходного напряжения усйДИ1еля 6, то на j -ом выходе порогового блока 9 в интервале времени, заданном S-ым строб-импульсом (фиг. Зг), появляется и xrayльc5 записывающий единицу в j -ом разряде блока хранения порядков 12. Если FjjjXLi 1 ID в j -ОМ разряде блока 12 сохраняется цифра О, В результате в олоке 12 запоминается комбинация нулей и единиЦг образующая единичный код Рч порядка i -го икшульса поступившего на пл первого усилителя-ограйичитёля 6. .Алшпиту|аы икетгульсовигг запоминаются в бноке задержки Y на время формирования кода порядка, а затегМ импульсыил одновременно поступают на входы блока 8, который в соответствии с кодом порядка из них выбирает только один, а именно тот, который отвечает условшо записи амплитуды й. форме с плавающей занятой в нормализованном виде: а. гя.к где: тП; - мантисса числа а - , удовлетворякяцая двум условиям: )iUy и Pj- - порядок числа а, по модулю равный номеру j -го усилителя 7, с выхода которого снимается импульс с амплитудой . Выбор импульса nij осуществляется в блоке 8 следующим образом. Код порядка р поступает из блока 12 на входы вентилей 21-26 блока 8. Указанные вентили преобразуют единичный код порядка в из j и тем самым открывают только оди из ключей 16-20 для импульсов j . Импульсу, прошедшему через ключи 16-20, пр сваивается наименование tYii , С помощью аналоговых ключей 2&-31 блока 10 (фиг, Зд, е, ж, и) импульсы т распределяются по четз&фем каналам в соответствии с индексами 1 и затем запоминаются в аналогово или цифровой форме в блоке пиковых детекторов 11 (фиг. 3 к, л, м, н). Для вычисления координат светового пят на по результатам измерений импульсов UL их амплитуды необходимо предварительно привести к одному порядку. С этой целью порядки Pj , хранящиеся в блоке 12, поступают в блок 13, где выделяется наибольший из них и определяются разности - Pj. i №« л 1где р Обе операции выполняют путем логических сравнений, не прибегая к арифметически действиям, что позволяет получать результа практически одновременно с формированием кодов порядков. Приведение мантисс к одному порядку вы полаяется в блоке 14 путем выбора коэффиВйентов передачи аттенюаторов в соответстИИ с выражением: П. , еслидр; о Wi 4 1/К, еслиЛр 1 (О , еслидр- - 2. Сигналы на выходах блока 14 имеют вид tj,j Wi m ia на выходах алгебраического сумматора 15 из них формируются напряжения (фиг, Зп, р), пропорциональные прямоугольным координатам центра светиоого пятна: n j- n j-fna- nj и к, u,K, где Kji. - масштабный коэффициент напряжения. Благодаря тому, что для измерения амппитуд всех четырех импульсов фотоприемника используются одни и те же усилители-ограничители, полностью устраняются статические ошибки, возникающие в прототипе из-за неидентичности коэффициентов передачи отдельных каналов усиления. Благодаря наличию блока выбора мантисс, блоков формирования, хранения и сравнения порядков, а также блока нормирования мантисс, aгvIплитyды импульсов фотопркемника измеряются для каждой вспышки света при нулевых начальных условиях, то есть независимо от результатов предыдущих измерений , Следовательно, отсутствует зависимость точности измерений от частоты вспышек, полностью устраняются динамические ошибки и обеспечивается возможность измерения координат пятна по одиночным вспышкам света. Так как усилитель состоит из каскадов с фиксированными коэффициентами передачи, для обработки информации не требуется предварительная ручная или автоматическая настройка усилителя на ожидаемый уровень сигнала и время выхода на режим; устройство готово к работе сразу после включения питагшя. Поскольку отсчеты амплитуд и.мпульсов фотоприемш1ка выполняются в форме с плавающей запятой, обеспечивается работоспособность устройства в широком динамическом диапазоне изменения лучистого ;ютока. Предлагаемое устройство более технологично по сравнению с прототипом, так как все аналоговые элементы (усилители и аттенюаторы) имеют фиксированные коэффициенты передачи, не в дополнительной настройке при изготовлении. Благодапо этому, ожидается повышение надежности, снижение трудоемкости при сборке и уменьшение расходов на эксплуатацию устройства. Формула изобретения Устройство для вычисления координат светового пятна, содержащее объектив, в фокальной плоскости которого расположен фотоприемнкК; выходы фотоприемшгка через блок усиления подключень ко входу первого |бгаока задержки и ко входам распределителя импульсов, выход которого соединен с управляющим входом блока пиковых детекторов, алгебраический сумматор и второй блок задержки, отличающееся тем, что, с целью повышения точности вычисления координат, в устройство введены пороговый блок, блок хранения порядков, блок сравнения порядков, блок разделения каналов, блок нормирования мантисс, блок выбора мантисс и цепочка из последовательно соединенных усилителей-ограничителей, вход первого из которых подключен к выходу первого блока задержки, а выходы каждого соединены со входами второго блока задержки и порогового блока, выходы которого через блок хранения порядков подключены к соответствующим входам блока выбора мантисс и ко входам блока сравнения порядков, выходы которого подключены к управляющим входам блока дормирования мантисс, выходы второго блока задержки через последовательно соединенные блок выбора мантисс, блок разд&ления каналов, блок пиковых детекторов и блок нормирования мантисс подключены ко входу алгебраического сумматора, выходы распределителя импульсов соединены с управляющими входами блока разделения каналов и блока хранения порядков.