Светолокационный дальномер Советский патент 1993 года по МПК G01C3/08 

Изобретение относится к локационной технике и может быть использовано для лоцирования объектов и зондирования атмосферы Известно устройство лля оптического ло1|ирования по сигналам; обратного рассеяния, содержащее источник импульсного направленного излучения и расположенную ря/ioM приемную сиетему, включающую объектив, полевую диафрагму некруглой формы, светофильтры, фотодетектор и блоки обрабоТКИсПрименение полевой диафрагмы некруглой формы позволяет за счет час тичного виньетирования сохранять постоянной величину регистрируемого потока при лоцировании в пределах .определенных дальностей Однако пред ложенная в указанном устройстве форма .полевой диафрагмы обеспечивает постоянство потока лишь в небольшом диапазоне дальностей и ограничивает максимальную дальность лоцированияо Ближайшим по технической сущности является устройство, содержащее разнесенные и имеющие параллельные оптические оси излучатель и приемное устройство с оптической системой, в фокусе которой размещена полевая диа фрагма, а также светофильтрами фотоприемником и схемой обработки, где полевая диафрагма выполнена в соответствии с выражением . . (1) где X и у - координаты, описывающие профиль диафрагмы; V - фокусное расстояние обт ; ектива оптической сис . , - темы;, . ; . ..,, И - половина угла расходимости пучка излучателя; d - расстояние между оптическими осями приемного устройства и излучателя Z и Z - соответственно, начальная и конечная дальност лоцирования с приемом постоянного по величине потокао При этом дальности Z,, и Z определяются из соотношений е где oi - половине угла поля зрения приемного устройства о Недостатками светолокационного измерителя с полевой диафрагмой, выполненной в соответствии с выражением (1), являются: отсутствие возможности регулирования величины мощности регистрируемого постоянного потока, су1цествование протяженной переходной зоны нарастания сигнала, сужающей диапазон лоцируемых дальностей, низкое отношение сигнал / шум при фоновых засветках Величину принимаемого постоянного потока можно регулировать практически в этом измерителе лишь за счет изменения мо1цности источника излучения, поскольку через полевую диафрагму при любых параметрах измерителя проходит строго определенная часть энергии посыпаемого и рассеянного затем в атмосфере излучения Такая регулировка приводит к вариациям дальности зондирования и усложняет обработку сигналов. На начальной дальности лоцирования Z при форме полевой диафрагмы, выполненной в соответствии с выражением (1), в результате виньетирования фиксируется нулевой потоко Поэтому существующая переходная область нарастания сигнала не обеспечивает заданный лиапазон дальностей от Z до Полезный поток, поступающий на приемный объектив во всем диапазоне лоцируемых дальностей, проходит только через часть площади полевой диафрагмы, посколькуо|С б, а фоновые излучения - через всю площадь, уменьшая тем самым отношение сигнал/шум и ограничивая дальность лоцирования в присутствии внешних источников иэлученийо Кроме того, выполнить профиль полевой диафрагмы, удовлетворяющий с высокой точностью выражению (l), технически очень сложно изза острого протяженного и узкого конца диафрагмы. Отклонения от формы приводят к изменению динамики регистрируемого сигнала. Целью изобретения является регулирование величины постоянного потока за счет параметров полевой диафрагмы и увеличение отношения сигнал/шум„

Указанная цель достигается за счет того, что в известном устройстве полевая диафрагма выполнена в симметричной геометрической фигуры , ограниченной по оси симмет- рии -двумя разнесенными полуокружностями разного радиуса, а боковые стороны образованы кривыми, касательными к полуокружности меньшего радиуса и прямыми, касательными одновременно к кривым и к Полуокружности большего радиуса, где радиус большей . полуокружности определяется соотноше нием

.г, 0(,/2, :. : меньшей

кривые выполнены в соответствии с выражением .

а расстояние между центрами полуокружностей равно-:

ВЦ- г2 Z..

де 0 - угол расходимости источника

Излучения; tj - фокусное расстояние объектива;Р -.задаваемое значение мощности

постоянного потока; F - поток, поступающий.на объ . ектив с дальности; и у.- координаты, -описывающие профиль боковых сторон диафраг. мы; -, - . - ... 2ц - задаваемая, начальная дальность приема постоянного : потока;

Z - предельно Достижимая даль: ность постоянного потока,

определяемая из соотношения:

г

В

В расстояние между оптическими осями источника излуче ния и приемной системы в

месте их расположения Причем ось симметрии диафрагмы лежит в плоскости расположения оптических осей передатчика и приемной системы и совпадают с осью уо Заме879056

на острого конца диафрагмы на полуокружность с задаваемым радиусом, позволяет регулировать величину принимаемого постоянного потока и улучшает технологичность изготовления диафрагмы. Устранение участков диафрагмы, через которые не проходят полезные потоки от лоцируемой среды,

10 уменьшает ее площадь и сводит к минимуму величину фонового потока., Это приводит к повышению отношения си1- нал/шум и позволяет увеличить дальность лоцирования без увеличения

15 энергии источника излучения . . . . .

На фиГо1 изображена схема светолокационного дальномера, на фиг.,2 полевая диафрагма

20 Светолокациоиный дальномер включает источник направленного излучения 1, расположенную рядом приемную систему, с объективом 2 (в качестве примера приведен проЬтой линзовый

25 объектив), полевой диафрагмой 3, установленной в фокальной плоскости объектива, помещенными за диафрагмой светофильтром и фотодетектором 5 и блоком обработки 6 Полевая диафрагма ограничена по оси симметрии (ось у) двумя полуокружностями 7 и 8 разного радиусао Боковые стороны

.. диафрагмы образованы кривыми 9, касательными к полуокружности 7f меньшего радиуса и прямыми 10 одновременно касательными к кривым 9 и полуокружности 8 большего радиуса ISeHTp О системы координат х, у совпадает с центром полуокружности 8, а.

40 ось Y-является осью симметрии диафрагмы и лежит в той же плоскости, что .оптические оси источника излучения 0 oj и приемной системы , . которые могут быть параллельнь|ми или

45 образовывать между собой некоторый угол. Установлена полевая диафрагма 3 в фокальной плоскости объектива 2 так, что центр полуокружности 8 радиуса г лежит на оптической оси

50 объектива 2 при параллельных оптических осях источника 1 и приемной системы, или смещен от нее на величину, пропорциональную произведению фокуса объектива 2 на угол между оптичес55 ними осями

При посылке излучения в лоцируемую среду происходит его рассеяние по трассе на веществе среды Часть излучения, рассеянного в обратном

направлении, поступает на приемный объеЛтив-2 и создает в фокальной , плоскости последнего изображениеРассеивающего объема Пока посылаемое излучение не достигнет определенной дальности Zp, изображение лоцируемой среды не будет перекрываться полевой диафрагмой 3 и регистрируемый сигнал равен нулюо По мере удаления от дальномера лоцируемого объема его изображение, перемещаясь вдоль оси у, перекроет диафрагму 3, при этом на дальности от Zg до Zj, происходит нарастание .сигнала и при Z/ Z,oH достигнет заданной величины Ро Дальнейшее увеличение расстояний до рассеивающего объема, от Z до Zg, приводит к уменьшению поступающего на объектив 2 потока обратно пропорционально квадрату расстояния „ Однако это уменьшение компенсируется в равной степени снижением виньетирующего действия полевой диафрагмы Зо Это достигается необходимым увеличением ее размерово Поэтому величина регистрируемого потока, пришедшего на фотодетектор 5, остается в указанном промежутке дальностей постоянной - .

Начиная с расстояний Z Zg, компенсировать уменьшение поступающей на объектив 2.мощности за счет размеров полевой диафрагмы 3 невозможно, поскольку размер диафрагмы по оси х достигает максимальной величины, равной размеру пятна изображения о Поток поступаЮ1.ций с предельной дальности зондирования, проходит через часть диафрагмы 3, ограниченную полуокружностью с большим радиусоМо

Таким образом потоки, создающие полезный сигнал,проходят через полевую диафрагму 3. с различной степенью ваньектирования, чем и достигается их постоянство в пределах определен-ного диапазона дальностейо Причем величина постоянного потока задается размером части диафрагмы, ограниченной полуокружностью меньшего радиуса Tg, а сама диафрагма ма ксимально используется для пропускания полезных потоков, через светофильтр на фотоприемнико

U2.t