Дисковый модулятор в.п.минаева Советский патент 1977 года по МПК G02F1/17 

1

Изобретение относится к области оптических следящих систем, предназначенных для слежения за слабыми источниками излучения на сильном фоне, и может быть использовано, например, в астронавигационных устройствах для слежения за звездами в дневное время.

Известны иолукруговые модуляторы, но они модулируют равномерно изменяющийся фон неба на той же частоте, что и полезный сигнал 1. Чтобы ослабить модуляцию равномерно изменяющегося фона применяют модуляторы со спицами 2.

Недостатком таких модуляторов является то, что требуется введение сканирования, которое усложняет конструкцию и затрудняет выделение сигнала и его накопление, так как при сканировании частота полезного сигнала -плавает и требуется применение прерывистого сканирования.

Ближайщими по технической сущности к предлагаемому модулятору являются дисковые модуляторы с информационным рисунком в виде чередующихся прозрачных и непрозрачных участков, предназначенных для модуляции светового потока, которые занимают одну половину модулятора, другая же половина либо совсем не имеет полос, либо имеет баластные полосы и промежутки, не участвующие в модуляции {3.

Одним из недостатков этих модуляторов является то, что полезный сигнал образуется только в течение одной половины оборота диска, другим недостатком является малая ширина непрозрачных участков (спнц) и промежутков вблизи центра модулирующего диска, в результате чего образуется мертвая зона, в которой ухудшена модуляция света от источника излучения, что сильно снижает точность в центре.

Целью изобретения является создание модулятора, который обеспечивает полезный модулированный сигнал в течение полного оборота модулятора.

Указанная цель достигается тем, что в модуляторе имеется сектор, в пределах которого длина участка, например прозрачного, измеренная по дуге окружности произвольного радиуса, превышает длину из остальных участков, измеренных по дуге той же окружности, iB

2-Ч-2Н-

Z - 1

раза, где Z - общее число чередующихся участков.

Предлагаемый модулятор допускает приме нение малого числа прозрачных и непрозрачных участков, что сокращает мертвую зону в

центре и тем самым способствует повышению

точности. Число таких участков может быть при необходимости сократдено, например, до одного непрозрачного и одного прозрачного участка.

С целью ослабления модуляции равномерно изменяющегося фона модулятор может быть выполнен в виде кольцевых зон с чередованием прозрачных и непрозрачных участков или в виде спиральных полос и промежутков. Кроме того, с целью улучшения качества сигнала на всех радиусах модулирующего диска, спирали на участке смещения своих образующих могут быть соединены перемычками, например кольцевой форМЫ, симметричными относительно линии симметрии широкого сектора.

На фиг. I показан дисковый модулятор, состоящий из чередующихся секторов с двумя разными коэффициентами передачи. Он содержит непрозрачные секторы 1 и прозрачные промежутки 2. Этот модулятор в качестве примера содержит по три прозрачных и непрозрачных сектора. Прозрачный сектор 3 имеет угловой размер, превышающий размер других секторов в

2-2+z

раза.

На фиг. 2 показан модулятор, который, с целью ослабления модуляции фона, например фона неба, выполнен из кольцевых зон с чередующимися прозрачными и непрозрачными элементами.

На фиг. 3 изображен модулятор, в котором с целью ослабления модуляции фона и с целью плавного изменения фазы несущей частоты при смещении изображения источника излучения относительно модулятора полосы 4 и промежутки 5 выполнены в виде спиралей, например в виде спиралей Архимеда.

На фиг. 4 показано соединение спиралей на участке их смещения с делью повышения качества сигнала перемычками 6, например .кольцевой формы, симметрично расположенными относительно радиуса 7, проходящего у центра по середине широкого сектора.

Модзляторы на фиг. 1, 2 и 4 содержат секторы 8, в пределах которых длина участка, например прозрачного, измеренная по дуге окружности 9 произвольного радиуса, превыщает длииу любых других участков, измеряемых по дуге той же оюэужности в

1

+

раза, где Z - общее число чередующихся полос.

На фиг. 5-10 представлены диаграммы формирования сигнала, где t - время, t/nc - напряжение полезного сигнала, i/on - опорное напряжение, f/ф - напряжение на выходе фазового фильтра, Т - период вращения дискового модулятора.

На фиг. И представле 1Ы диаграммы двух опорных сигналов со сдвигом 90°; на фиг. 12 - диаграммы трех опорных сигналов со сдвигом 60°, на фиг. 13 показан сигнал на выходе накопителя; на фиг. 14 - схема использования модулятора.

Фотоследящая система на фиг. 14 содержит объектив 10, модулятор II, на который фокусируется световой поток от источника излучения 12. Модулятор соединен с помощью зубчатого колеса 13 с генератором 14 опорного напряжения и двигателем 15. Для получения фотоэлектрического сигнала служит фотоприемник 16, подключенный к усилителю 17, усиленный сигнал с которого подается на фазовые детекторы 18. Фазовые детекторы 18сгруппированы в четыре группы. С генератора 14 на каждую группу фазовых детекторов подается опорное напряжение такой же формы, как и полезный сигнал, со сдвигом О, V2, V4 и 4 периода оборота модулятора с целью выделения управляющих сигналов «верхниз, «лево-право. В каждой группе фазовых детекторов олорное напряжение сдвинуто на 90° по несущей частоте с целью получения сигнала, не зависящего от положения светового пятна источника излучения относительно модулятора. Каждый фазовый детектор 18 подключен к своему накопителю (интегратору) 19, состоящему, например, из сопротивления 20 и емкости 21.

Все накопители 19 подсоединены к выпрямителям 22 для получения сигнала нужной полярности. Выпрямители, относящиеся к одной труппе фазовых детекторов, соединены вместе, образуя группы, по два выпрямителя в каладой. Группы выпрямителей, воспринимающие сигналы от группы фазовых детекторов, запитанных опорным напряжением со сдвигом на /2 периода, соединены встречно посредством нагрузочных сопротивлений 23 для получения управляющего сигнала «верх-низ и «лево-право.

Сначала можно рассмотреть работу модулятора с широкой полосой удвоенной ширины.

На фиг. 5 для наглядности в левой части изобрал ен модулятор -11 с изображениемисточника излучения 12 и схематичный диск 24 генератора 14 опорного напряжения с источником опорного сигнала 25, связанные с помощью шестерни 13. Полезный сигнал изображен в виде графика 26, представляющего собой зависимость напряжения полезного сигнала, подаваемого на фазовый детектор 18, от угла поворота модулятора в оборотах, или что тоже самое, от времени t. Полезный сигнал повторяется с периодом Г. Опорное напряжение 27 вырабатываемое с помощью диска 24 и подаваемое на фазовые детекторы, имеет форму, одинаковую с полезным сигналом.

При отсутствии фазового сдвига полезного сигнала относительно опорного напряжения на выходе фазового детектора выделится сигнал 28, который после накопления (интегрироеания) в накопителе 19 будет максимален, вследствие того, что полярность не меняется (в данном случае ноложительная). При фазовом сдвиге полезного сигнала относительно опорного напряжения 27 на V2 периода несущей частоты вследствие смещения источника излучения 12 относительно модулятора 11, как показано на графике 29 на фит. б, на фазовом детекторе выделится сигнал 30, который после нажоплепия будет меньше тто абсолютной величине накопленного сигнала 28 вследствие того, что на 6 полупериодов отрицательных приходится один положительный. Результирующая полярность сигнала после накопления, в данном случае отрицательная, значения не имеет, так как после наколителя сигнал подается на выпрямитель 22, на выходе которого полярность не меняется и сигнал .может использоваться для управления следящей системой. При сдвиге полезного сигнала 31 относительно опорного сигнала 27 на период несущей частоты (фиг. 7) вследствие смещения источника излучения 12 относительно модулятора 11 выделится сигнал 32, который посл-е накопления будет меньще накопленного сигнала 30 и сигнала 28. Минимальный сигнал на выходе фазового детектора и накопителя будет при фазовом сдвиге полезного сигнала 33 относительно опорного напряжения 27 на угол, близкий половине оборота модулятора (фиг. 8), при этом длительность сигнала 34 одной полярности будет почти такая , как длительность сигнала другой полярности и разница составит всего V2 .периода несущей частоты, тогда как на фиг. 5 все семь полупериодов на один оборот модулятора имеют одну полярность и накопление там будет в семь раз быстрее. Для получения нулевого сигнала на выходе накопителя при сдвиге полезного сигнала относительно опорного напряжения на /2 оборота модулятора необходимо уравновесить длительности сигналов разной полярности на выходе фазового детектора. Для этого предлагается сместить границы непрозрачных секторов модулятора с удвоенным широким сектором (фиг. 1) в сумме на / щирины узкого сектора в стороны, противоположные от линии симметрии широкого сектора, как показано на фиг. 1 стрелками, причем наилучшим вариантом является такой, когда узкие чередующиеся секторы останутся равными друг другу. После такого сдвига широкий сектор становится в 2 + раза шире узких чередующихся секторов, где Z - общее число чередующихся элементов в модуляторе. При этом опорное напряжение должно иметь форму такую же, как и полезный сигнал. На фиг. 9 показано формирование сигнала. вырабатываемого модулятором при сдвиге полезного сигнала 35 относительно опоррюго напряжения 36 на угол, близкий к V2 оборота модулятора. При этом на выходе фазового детектора длительность сигнала 37 одной полярности будет равна длительности сигнала ругой полярности и при накоплении суммарный сигнал окажется равным нулю. Однако модулятор с участком удвоенной угловой величины обладает более высокой точностью в центре, так как меньшие участки у него шире, поэтому угловая величина широкого участка может быть выбрана в интервале от 2 до --- раз превышающем величпну узких участков, в зависимости от требований точности и качества сигнала. При фазовых сдвигах 90°, 270° и т. д. по несушей частоте полезного сигнала 38 относительно опорного сигнала 27 (фиг. 10) сигпал 39 на выходе фазового детектора после накопления будет близок к нулю. Поэтому для выделения сигнала в реальных схемах применяется не один фазовый детектор, а группа, состоящая из нескольких, например из двух, фазовых детекторов со сдвигом опорного сигнала на 90° по несущей частоте (фиг. И), или, например, из трех фазовых детекторов со сдвигом опорного сигнала на 60° по несущей частоте (фиг. 12). Используя графики на фиг. 5-9, можно построить зависимость напряжения на выходе накопителя 19 /„ых в функции от фазового смещения полезного сигнала относительно опорного сигнала. Такой график показан на фиг. 13. Из графика видно, что при смещении полезного сигнала на полоборота модулятора относительно опорного напряжения сигнал на выходе нако.пителя минимален, либо равен нулю, а при совпадении -максимален. Эту зависимость можно использовать для управления оптической следящей системой. Для этого, как показано на фиг. 14, необходимо иметь четыре группы фазовых детекторов, на которые подаются сигналы с модулятора и опорные сигналы со сдвигом по фазе на 0°, ,90°, 180°, 270° относительно модулятора. Две группы фазовых детекторов со сдвигом опорных сигналов между собой на V2 оборота модулятора (0° и 180°) предназначены для управления одной координатой, например «верх-низ, а две другие группы со сдвигом опорных сигналов также на /2 оборота (90° и 270°) - другой координатой, например «лево-право. Изобретение позволяет получать полезный модулированный сигнал за полный оборот модулятора, что в сравнении с прототипом в 2 раза превышает скорость захвата источника излучения следящей системой. Небольшое число полос и промежутков сокращает мертвую зону в центре модулятора. Формула изобретения. Дисковый модулятор с информационным рисунком в виде чередующихся прозрачных и

7

непрозрачных участков, отличающийся тем, что, с целью обеспечения полезного сигнала в течение полного Оборота модулятора, он содержит сектор, в пределах которого длина участка, например прозрачного, измеренная по дуге окружности произвольного радиуса, превышает длину каждого из отдельных участков, из.меренных по дуге той же

окружности в раза, где Z - об 1

щее число чередующихся участков.

8

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Чечик Н. О. и др. Электронные умножители, М., 1057, с. 314.

2.Селезнев В. П., Кирет М. Л. Системы навигации летательных аппаратов, М., 1965, с. 112.

3.Патент США № 2996945, кл. 350-274, 1961.

f

Vnc

12

lJlrLrtlЛЛJtLП

1

2if

(

- 1 . . . . , 4, , . . t

Й,

lrij njvij Tnrlj Vcp

26

7

2S

I I I I I I I 29

ipui.6

31

P- 27

b-nn- J-rrrTZj-j-pinl-

e. 7

JJ

I77

УПС

I

12

.ЬРШ

f L:i --i/Л.,

q4q-jr...r±q.4:n. TjZ-CTrr

r . . . .(pus. //

ff 02S 0,07S 1,0

.38 i

PtFttF

Vo,, o

.,tP ifldfdV

I /cqflfl-pifU

,;/и

,

v

Й/г /

l/S. fj

|.

12

(рцг /f