Телевизионное поисково-следящее устройство Советский патент 1979 года по МПК G05D1/12 G06K15/20 

Изобретение относится к приборостроению и может быть применено в фотоэлектрических следящих системах, фотоэлектрических гидах телескопов, приборов для изучения качества звездных изображений, измерения размеров изображений светящихся объектов; с его помощью молсно записать и обработать процесс ведения телескопа за звездной по двум осям в диапазоне частот до сотен герц, регистрируя положения изображения звезды в плоскости фотокатода датчика.

Известны телевизионные поисково-следящие устройства со спиральной разверткой, с крестообразной траекторией развертки 1-2.

Из известных устройств наиболее близким к изобретению по технической сущности является телевизионное поисково-следящее устройство, содержащее блоки строчной и кадровой разверток, каждый пз которых состоит из последовательно соединенных формирователя, триггера, ключа, интегратора, выход которого соединен с входами преобразователя сигналов и сглаживающего фильтра и первыми входами первого и второго компараторов, вторые входы которых подключены к выходам соответствующих источников опорного напряжения, а выходы - соответственно к второму и третьему входам триггера. Выход сглаживающего фильтра соединен с первыми входами источников опорного напряжения. Кроме того, устройство содержит коммутатор, входы которого соединены с выходами преобразователей сигналов блоков кадровой и строчной разверток, выходы - с входами отклоняющего устройства передающей телевизионной трубки, соединенной с видеоусилителем, выход которого подключен к входу формирователя блока строчной развертки .

К недостаткам устройства относятся невысокое быстродействие из-за конечного времени осреднения выходного напряжения и формы траектории сканирования и малая надежность работы.

Цель изобретения - повышение быстродействия и надежности работы устройства и расщирение области применения его.

Эта цель достигается тем, что в известное телевизионное поисково-следящее устройство введены фильтр нижних частот, последовательно соединенные пиковый детектор, усилитель, высоковольтный источник напряжения и последовательно соединенные полосовой фильтр и пороговый элемент, первый и второй выходы которого связаны соответственно с вторым и третьим

входами первого и второго источников опорного напряжения блоков строчной п кадровой разверток. Выход видеоусилителя через фильтр нижних частот соединен с входом формирователя блока кадровой развертки и непосредственно с входом пикового детектора, выход которого соедипен с входом полосового фильтра, а высоковольтный источник напряжения подключен к передакнцей телевизионной трубке. К выходу интегратора блока строчной развертки нодключсн фильтр верхних частот. Кроме того, каждый источник онорного напряжения содержит два ключа, сумматор и два источника эталонного напряжения. Выходы ключей подсоединены к первому и второму входам сумматора, третий вход которого подключен к первому источнику эталонного напряжения, выход - к выходу источника опорного напряжения. Выход второго источника эталонного напряжения соединен с входом первого ключа, другим входом связанного с вторым входом источника опорного напряжения, третий вход которого подключен к входу второго ключа, другой вход которого соединен с нервым входом источника опорного напряжения. На чертеже представлена функциональная схема телевизионного поисково-следящего устройства. Она содержит передающую телевизионную трубку 1, отклоняющее устройство 2 передающей трубки, состоящее из отклоняющих катущек 3 и 3, коммутатор 4, видеоусилитель 5, пиковый детектор 6, зсилитель 7 и высоковольтный источник 8 питания, составляющие блок 9 автоматической регзлировки усиления, пороговый элемент 10, блок 11 строчной развертки, содержащий первый источник 12 опорного напряжения, состоящий из первого 13 и второго 14 ключей, сумматора 15 и первого 16 и второго 17 источников эталонного напряжения, ключ 18, интегратор 19, второй источник 20 опорного напряжения, состоящий из первого 21 и второго 22 ключей, сумматора 23 и первого 24 и второго 25 источников эталонного напряжения, формирователь 26, триггер 27, сглал ивающий фильтр 28, первый 29 и второй 30 компараторы и преобразователь 31 сигналов, блок 32 кадровой развертки, выполненный аналогично блоку И строчной развертки, фильтр 33 нижних частот, полосовой фильтр 34 и фильтр 35 верхних частот. Выход сглаживающего фильтра 28 служит первым выходом блока 11 строчной развертки и всего устройства. К выходу интегратора 19, который является третьим выходом блока строчной развертки, подключен фильтр 35 верхних частот. Выход фильтра 35 верхних частот является вторым выходом устройства. К выходу интегратора 19 подключен вход преобразователя 31 сигналов, которого соединен с вторым выходом блока 11 строчной развертки. Коммутатор 4 подключен к отклоняющим катущкам 3 и 3 строчной (X) и кадровой (У) разверток. Элементы и связи между ними блока 11 строчной развертки полностью повторяются в блоке 32 кадровой развертки. Первым выходом блока кадровой развертки является выход сглаживаюншго фильтра. Разница между каналами та, что в блоке кадровой развертки отсутствует выход, соответствующий третьему выходу в блоке строчной развертки. Устройство работает следующим образом. При включсиии устройства каналы X и У начина)от работать автономно в режиме поиска объекта. Их работа одинакова, поэтому рассмотрим только работу канала X. При отсутствии сигнала с передающей телевизионной трубки 1 триггер 27 блока 11строчной развертки находится в одном из устойчивых положений. Соответственно на выходе двухнолярного ключа 18 устанавливается нацрял ение +Е или -Е. Это напряжение поступает на вход интегратора 19 и интегрируется по времени. На выходе интегратора 19 возникает линейно возрастающее напряжение той или другой полярности. Когда его величина достигает уровня срабатывания одного из компараторов 29 или 30 в зависимости от полярности нанряжения на выходе интегратора 19, на второй вход (R) или третий вход (S) триггера 27 ноступает имнульс, перебрасывающий его в другое устойчивое состояние. После этого процесс повторяется, только на выходе интегратора 19 появляется напряжение другого знака. В отклоняющей катушке 3 канала X возникает ток, линейно связанный с напряжением на интеграторе 19 благодаря преобразователю 31 сигналов. Эффективный катод нередающей телевизионной трубки 1 перемещается по фотокатоду по координате X. Зона поиска по координате X может задаваться напряжением на выходах сумматоров 15 и 23 первого 12и второго 20 источников опорного напряжения и масщтабом преобразователя 31 сигналов. В режиме поиска напряжение на выходе поискового детектора 6 блока 9 автоматической регулировки усиления отсутствует, поэтому пороговый элемент 10 включает первый ключ 13 источника 12 опорного напряжения и второй ключ 22 источника 20 опорного напряжения и выключает соответственно их второй 14 и первый 21 ключи. Благодаря этому на входы сумматоров 15 и 23 подаются напряжения с источников 16, 17 и 24, 25 эталонного напряжения. Суммы этих напряжений поступают на вторые входы компараторов 29 и 30 и определ я ют зону поиска по координате X.

Если в процессе сканиронаиия траектории движения эффективного фотокатода передаюи1,ей телсвизно1 нои трубки 1 пересекает освещенную площадку, то на выходе передающей телевизпопной трубки появляется сигнал, длительность которого определяется скоростью сканирования вырезывающего отверстия передающей телевизионной трубки п размером освещепной площадки. Этот сигнал усиливается видеоусилителем 5 и поступает на формирователь 26. В момент схода эффективного фотокатода с границы освещенной площадки формируется отрицательный перепад на выходе формирователя 26 и переключается триггер 27.

Сканирование идет в обратном направлении до следующего срабатывания триггера 27 по первому (счетному) входу, и процесс повторяется. Схема осуществляет поиск обтзскта и переходит в режим слежения. Прп этом резко уменьшается амплитуда сканирования и увеличивается частота. Предельная скорость перемещения объекта в этом режиме определяется лишь скоростью сканирования, которая постоянна при всех режимах п может быть выбрана по величине порядка 1000-10000 мм/с без специальных требований к видеоусилителю и к отклоняюнгей системе.

В момент появления устойчивого сигнала на выходе видеоусилителя 5, что означает переход в режим слежения, на выходе пикового детектора 6 возникает напряжение, которое, пройдя полосовой фильтр 34, иереключает пороговый элемент 10 в другое устойчивое состояние. При этом меняются местами открытые и закрытые ключи, связанные с входами сумматоров 15 и 23. На входы сумматоров 15 и 23 теперь подается через открытые ключи 14 и 21 напряжение с выхода сглаживающего фильтра 28, которое суммируется соответственно с напряжениями источников 16 и 24 эталонного наиряжения. Напряжения сравнения для компараторов 29 и 30, равные выходным напряжениям сумматоров 15 и 23, образуют следящую узкую зону относительно текущего значения координаты. Величина этой зоны задается напряжениями источников 16 и 24 эталонного напряжения и выбирается больще амнлитуды возможного возмущения.

Совместная работа каналов X и Y приводит к тому, что размер следящей зоны имеет форму квадрата, центрированного относительно объекта и по размерам составляющего около 10% от максимальной зоны поиска.

Наличие следящей зоны повышает надежность работы схемы в условиях помех и предотвращает переход в режим поиска нри одиночном сбое.

Режим слежения по координате У полностью аналогичен описанному, но скорость

развертки по этой координате пыоирастся в 20-30 раз ниже, чем по координате А , п между выходом видеоусилителя 5 п входом формирователя 26 блока 32 кадровой развертки включен фильтр 33 нижних частот, выделяющий огибающую В1 деосигналл, промодулпрованного пмп льсами следяп, развертки канала Л . Порог отпускания формирователя 26 в блоке 32 кадровой

развертки вь1бран таким образом, чтобы модуляция по амплитуде строчных видеоимпульсов, возникающих при сканировании по кадру, не превышала 50%. Прп этом обеспечивается нормальная, без срывов,

работа обоих каналов.

Выбором скорости развертки но координате У обеспечивается частотный разнос каналов X и У и возможгюсть захвата обп екта при однократном сканировании по

площади фотокатода передаюпюй телевизионной 1 рубки 1.

Переход устройства из режима поиска в режим после обнаружения объекта, а также обратный переход в случае

его потери пропсходят авто латическп, без всяких переключений. Среднее значение токов в огклоняющих катушках или, что то же, напряжений на выходах интеграторов 19 каналов Л н У определяет координаты

объекта.

Для определения частотных границ слсженпя, например но координате X, положим: Дл: - размер эффективного фотокатода; объект точечный; v - скорость развертки; период сканирования -

г -

Ск

.f

А - амплитуда перемещения. Предельная частоты, при которой амплитуда скорости объекта равна скорости сканирования,

/.V 1 V

J макс - : 2 А

Другое ограничение накладывается размером эффективного фотокатода

2Лл50

где /M;u;r Cfnre,i - условие нормальной работы.

Частотная граннца слеження по каналу У значительно меньше.

При необходимости границу можно расширить в сторону более высоких частот, соответственно увеличив скорости сканирования по обеим координатам.

С помощью коммутатора 4 можно менять местами отклоняющие катушки 3 и 3 и получать широкополосное слежение по координате У, а узкополосное - по координате Л .

Выходом канала Л является первый выход сглаживающего фильтра 28 блока 11

7

строчной разверткн, который не пропускает высокочастотные колебания. Второй выход канала X - вспомогательный. На выходе с фильтра 35 верхних частот можно регистрировать амплитуду следящей развертки, которая линейно связана с диаметром изображения светящегося объекта на фотокатоде телевизионной передающей трубки.

Для обеспечения линейной зависимости между амплитудой следящей развертки по каналам А и У и размером светящегося объекта, независимо от его яркости и защиты телевизионной передающей трубки 1 от перегрузок, введен блок 9 автоматической регулировки усиления, в контуре которого находятся видеоусилитель 5, пиковый детектор б, усилитель 7 и высоковольтный источник 8 питания.

Наличие пикового детектора 6 в контуре обеспечивает привязку амплитуды видеосигнала к одному уровню, независимо от яркости объекта в щироком диапазоне, тем самым стабилизируется амплитуда следящей развертки при сканировании объектов одинакового углового размера, но различной яркости. Этот размер может быть измерен па втором выходе устройства по формуле

(U,-U,),

где d - диаметр изображения;

k - коэффициент пропорциональности;

f/9 - папряжепне на втором выходе; UQ - напряжение на втором выходе при точсчиом изображении на фотокатодс телевизионной передающей трубки.

Величина /7э завиеит от величины вырезывающего отверстия телевизионной передающей трубки.

Использование кзобретенил позволит увеличить быстродейств с устройства по сравиеиию с известными устройствами в два раза за счет того, что траектория сканирования по координатам ие крестообразная, а линейная и повысить 1адсжность работы ycTi)()i icTBa .оггжиичепия лопы поJiCKa в poivnMe слежения и впедепия блок л автоматичсчко регулировки усилеиия, дает возможное ) слежении за малоразмерными 3()браже11ияг.Г11, что рас1ииряет облас ) ;|р(.;с 1сния устроПстпа.

Фор м у л а I 3 о б р е т е и и я

1. Телевизионное поисково-следящее уетройство, содержа цес блоки строчной и кадровой разверток, каждый из которых состоит из последовательно соединенных формирователя, триггера, ключа, интегратора, выход которого соединен с входами преобразователя сигналов и сглаживающего фильтра и первыми входами первого н

второго компараторов, вторые входы которых подключены к выходам соответствующих источников 01:ориого напряжения, а выходы - соответственно к второму и

третьему входам триггера, выход сглаживаюпдего фильтра соединен с первыми входами источников опорного напряжения, п коммутатор, входы которого соединены с выходами преобразователей сигналов блоков кадровой и строчной разверток, выходы - е входами отклоняющего устройства передающей телевизионной трубки, соединенной с видеоусилителем, выход которого подключен к входу формирователя

блока строчной развертки, отличающееся тем, что, с целью иовыщения быстродействия и надежности, устройство содержит фильтр нижних частот, последовательно соединенные пиковый детектор, усилитель,

высоковольтный источник наиряжения и последовательно соединенные полосовой фильтр и пороговый элемент, первый и второй выходы которого соединены соответственно с вторым и третьим входами первого и второго источников опорного напряжения блоков строчной и кадровой разверток, выход видеоусилителя через фильтр нижних частот соединен с входом формирователя блока кадровой развертки, а непосредственно - с входом пикового детектора, выход которого соединен с входом полосового фильтра, а высоковольтный источник нагряжения подключен к передающей телевизионной трубке.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью раешнренпя области нримеиеппя устройства, в нем к выходу интегратора блока строчной развертки подклюue i фильтр верхних частот.

3. Устройство по п. I, отличающеес я тем, что каждый источник опорного напряжеиия содер;кит два ключа, сумматор и два источника эталонного напряжения, причем выходы ключей подсоединены к

первому и второму входам сумматора, тре- тий вход которого соединен с первым источником эталонного напряжения, выход - с выходом псточпика опорного напряжения, а выход второго источника эталонного наиряженья сооди1 еп г входом первого ключа, другой вход которого соединен с втоp i: i входом источп 1ка опорного напряжеппя, тре1ий вход которого соединен с входом второго ключа, другой вход которого

соединен с г ервым входом источника опор- Д иого напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР jYg 250254, кл. G 06К 15/20, 1968.

2.Авторское свидетельство СССР ,№ 274511, кл. G ОбК 15/20, 1969 (прототип).