Устройство для определения координат объекта

Устройство для определения координат объекта

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к приборостроению. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия определения положения движущегося объекта. Если в зону обзора лазера 12 попадает движущийся объект, то на выходе блоков горизонтального 23 и вертикального наведений 24 появляется напряжение, пропорциональное смещению изображения объекта относительно центра фотоприемника, управляющее двигателями горизонтального 8 и вертикального разворотов 9, которые разворачивают принимающий объектив 15 в направлении объекта. Процессор 4 анализирует значение углов датчиков угла горизонтального 10 и вертикального разворотов 11. По значениям углов и измеренной дальности процессор 4 определяет положение объекта. Стабилизация амплитуд излучаемого и отраженного сигналов и обеспечение их равенства позволяют повысить точность и быстродействие определения положения объекта за счет исключения погрешностей измерений и временной задержки измерений, связанных с флуктуациями амплитуды излучения в атмосфере.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

„„SU„„, 53805О (51) 5 G 01 С 15/00

ОПИОАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТБНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4359304/24-10 (22) 14.12.87 (46) 23.01.90. Бюл ° 8 3 (71) Одесский политехнический институт (72) Г. Г. Андриевский, П. В. Миндра и А.И. Найденко (53) 528,489 ° 626 (088,8) (56) Батраков А.С. и др./Под ред.

Л. П ° Лукьянова Ла зерные и змерител ьные системы. М.: "Радио и связь", 1984, с. 138-139.

Авторс кое с видетел ьст во С СС P и 1384952, кл. С 01 С 15/00,23.07.86.

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ. КООРДИНАТ ОБЪЕКТА (57) Изобретение относится к приборо" строению. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия определения положения движущегося объекта. Если в зону обзора лазера 12 попадает движущийся объект, то на вь1ходе блоков горизонтального 23 и вер" ти кального на ведений 24 появляется напряжение, пропорциональное смещению изображения объекта относительно центра Фотоприемника, управляющее

1538050

10 двигателями горизонтального 8 и верти кального разворотов 9, которые разворачивают принимающий объектив 15 в направлении объекта. Процессор 4 ана.лизирует значение углов датчиков угла горизонтального 10 и вертикального разворотов 11. По значениям углов и измеренной дальности процессор 4 определяет положение объекта. СтабиИзобретение относится к приборостроению, в частности к устройствам

1 для определения положения подвижных объектов.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия определения объекта.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для определения и коррекции траектории объекта; на фиг. 2 " схема блока наведения; на фиг. 3 - схема блока стабилизации.; на фиг. 4 - схема генератора накачки; на фиг. 5 - пример конструктивного выполнения регулятора освещенности фотоприемника.

Устройство состоит из блока 1 обработки. информации, включающего последовательно соединенные измеритель

2 интервала времени, коммутатор 3, процессор 4 и накопитель 5 да нных, а также радиоканал 6 передачи данных на объект, подключенный к процессору, приемопередатчи к 7„оснащенного двигателями горизонтального 8 и вертикального 9 разворотов и датчиками горизонтального 10 и вертикального

11 положений, подключенными к коммутатору 3, и включающего импульсный лазер 12 с передающим объективом 13 и генератором 14 на ка ч ки „и ри емный объектив 15 с четырехплощадочным квадра нт ным фотоп риемни ком 16, подключенныи к фотоприемнику 16 предварительный четырехканальный усилитель

17, основание l8 с закрепленным на нем биморфным элементом 19, первый отрезок гибкого световода 20, концы которого закреплены около фотоприемника 16 и на биморфном элементе 19 и второго отрезка гибкого световода

21, концы которого закреплены около лазера 12 и на основании 18, и из блока 22 преобразований, включающего блок горизонтального 23 и блок вертилизация амплитуд излучаемого и отраженного сигналов и обеспечение их равенства позволяет повысить. точность ! и быстродействие определения положения объекта за счет исключения погрешностей измерений и временной за" держки измерений, связанных с флуктуа ция ми амплитуды и злуч ения в атмосфере. 5 ил. кального 24 наведений, соединенные с предварительным усилителем 17 и двигателями 8 и 9, суммирующий уси литель 25, соединенный с предварительным усилителем 17 и измерителем

2 интервала времени, и блок 26 ста" билизации, соединенный с суммирующим усилителем 25, биморфным элементом 19 и управляющим входом генератора 14 накачки, при этом синхровходы блоков 23, 24 и 26 соединены с син. хровходом генератора 14 накачки.

Каждый блок 23 и 24 наведения содержит последовательно соединенные первый входной сумматор 27, первый ключ 28, первый пиковый детектор 29 и выходной вычитающий усилитель 30, выход которого соединен с соответствующим двигателем разворота, и последовательно соединенные второй входной сумматор 31, второй ключ 32 и второй пиковый детектор 33, соединенный с другим входом усилителя 30, при этом входы сумматоров 27 и 31 со" единены с соответствующими выходами усилителя 17, а синхровходы ключей

28 и 32 подключены к синхровыходу генератора 14 накачки.

Блок 26 стабилизации содержит последовательно соединенные первый ключ

34, первый пиковый детектор 35 и первый вычитающий усилитель 36, выход которого с оеди не н с би морф ным элементом 19, последовательно соединенные

BTopGM ключ 37, BTopoA llHKGBbIM де" тектор 38 и второй вычитающий усилитель 39, выход которого подключен к управляющему входу генератора 14 накачки, и источник 40 опорного напря" жения, соединенный с другими входами усилителей 36 и 39, при этом входы ключей 34 и 37 соединены с выходом усилителя 25, а синхровходы ключей подключены к синхровходу генератора 14 накачки.

050 6

Блоки наведения 23 и 24 анализируют соотношения амплитуд импульсов на выходах усилителя 17 (распределение светового потока по площадкам фотоприемника) и формируют напряжения, пропорциональные углам отклонения объекта от оси приемопередатчика по вертикали и горизонтали (работа бло" ков 23 и 24 наведения совместно с квадра нт ным фотопри емни ком а налогич" на работе блоков нормирования из" вестного устройства. Напряжения отклонения поступают на двигатели 8 и

9, которые разворачивают приемопередатчик до совмещения его оптической оси с объектом, при движении которого блоки 23 и 24 с двигателями 8 и 9 обеспечи вают сопровождение оптической осью приемопередатчика объекта по азимуту и углу места.

Часть энергии излучения лазера 12 через отрезки световода 20 и 21 поступают на фотоприемник, а выходные импульсы усилителя 17 суммируются усилителем 25. Таким образом, на выходе усилителя 25 следуют как излученные, так и отраженные. импульсы, далее отступающие на измеритель 2 интервала времени, который преобразует время распространения импульса до объекта и обратно (интервал времени между импульсами), в числовой эквивалент расстояния до объекта.

Коммутатор 3 поочередно вводит информацию о расстоянии от измерителя

2 и об угловом положении объекта от датчиков 1О и 11 в процессор 4, кото" рый по расстоянию, азимуту и углу места вычисляет пространственные коор. ди на т ы объекта .

Суммарные импульсы с выхода усилителя 25 поступают на входы ключей 34 и 37 блока 26 стабилизации. Во время излучения светового импульса синхроимпульс от генератора 44 замыкает ключ 34 и размыкает ключ 37, в осталь. ное время ключ 34 разомкнут, а ключ

37 замкнут. Таким образом, на детектор 35 поступают только излученные импульсы, а на детектор 38 только отраженные. Детекторы преобразуют. импульсы в пропорциональные их амплитуде напряжения, и на входы усилителей 36 и 39 поступают напряжения, пропорци онал ьные амплитуда м и злуч енных и отраженных импульсов, соответственно, которые сравниваются с величиной напряжения опорного источника 40.

5 1538

Генератор 14 накачки состоит из накопительного конденсатора 41, зарядной цепи 42 в виде резистора, соединенного с выходом усилителя 36, ключа 43, включенного между конденсатором 41 и лазером 12, и задающего импульсного генератора 44, соединенного с синхровходами ключей 28,32,34, 37и 43 ° .

Основание 18 (фиг.5) неподвижно закреплено в приемопередатчике. Биморфный элемент 19 с помощью кронштейна 45 установлен на основании и представляет собой две скрепленные (спаянные или склеенные) пластины иэ пьезокерамики, например типа ЦТС 19 или ЦТС 23 с металлизированными по" верхностями (5), причем скреплены одноименными поВерхностями (векторы

20 поперечной поляризации направлены в противоположные стороны), а металлизированные поверхности (обкладки) со единены с выходом усилителя 36.

Отрезок гибкого световода 20 пропущен через цанговый зажим 46, .закрепленный на основании 18, внутрен|ний конец отрезка 20 закреплен на би морфном элементе 19 скобой 47, а наружный конец закреплен около фотопри" З0 емника, например, таким же зажимом.

Второй отрезок гибкого световода 21 пропущен через другой цанговый зажим

48, закрепленный на основании, торец его внутреннего конца приближен соосно к торцу внутреннего конца отрезка

20 с зазором 0,1-0,2 мм, а. наружный конец закреплен около лазера.

Устройство работает следующим образом.

Задающий генератор 44 с постоянной . 40 частотой замыкает ключ 43, и конденсатор 41 разряжается на лазер 12, который и злуча ет с ветовые импул ьсы.

В промежутках между импульсами конденсатор 41 заряжается через резистор .

42 до выходного напряжения усилителя 39. Световые импульсы через объектив 13 освещают объект, и отраженные от него световые импульсы через объектив 15 поступают на фотоприемник 16, в котором преобразуются в электри" ческие и усиливаются усилителем 17.

Приемный объектив 15 формирует на фо" топриемнике 16 изображение объекта, смещение которого относительно центра фотоприемника пропорционально углу отклонения объекта относительно оптической оси приемопередатчика.

1538050

Усилитель 39 регулирует напряжение заряда конденсатора 41, определяющее . мо цность излучения лазера, чем стремится обеспечить амплитуду отраженных импульсов на выходе усилителя 25

5 пропорциональной величине опорного напряжения. Этим дост ига ется нева висимос гь амплитуды отраженных импульсов на Фотоприемнике от степени затухания и флуктуаций свеТовых импульсов в атмосфере.

Под действием выходного напряжения усилителя 3б одна пластина биморфного элемента 19 удлиняется, другая укорачивается, а элемент 19 в целом изгибается (g) в функции подводимого к обкладкам напряжения, чем смещает торец отрезка световода 20 относительно торца 21 (фиг.5) и ослабляет величину подводимого к Фотоприемнику светового потока от лазера, так как уменьшается площадь пересе" чения торцовых поверхностей.

Усилитель 36, изгибая элемент 19, стермится обеспечить амплитуду излученных импульсов на выходе усилителя

25 пропорциональной величине того же опорного напряжения, чем достигается независимость амплитуды излученного импульса на фотоприемнике от величины мощностИ излучения лазера. Таким образом, достигается. стабилизация и равенство амплитуд излученных и отраженных импульсов на входе измерителя 2 интервала времени, а также независимость амплитуд отраженных импульсов на входах блоков наведения от затухания и Флуктуаций в атмосфере, 40 формула изобретения

Устройство для определения координат объекта, содержащее двигатели г ори зонтал ьного и верти каль ного ра з-: ворота, датчики углов горизонтального и вертикального разворотов, импульсный лазер с передающим объекти" вом и генератором накачки, фотоприем" ник с приемным объективом, предварительный 4-канальный усилитель, суммирующий усилитель, блок горизонтального на ведения, блок верти кал ьного на ведения, блок с та били за ции, регулятор освещенности фотоприемника, закрепленный на неподвижном основании и последовательно соединенные измеритель интервала времени, коммутатор и процессор, выходы датчиков углов со" единены с дополнительными входами коммутатора, лазер соединен с фотоприемником световодом, входы предварительного усилителя соединены с соответствующими выходами фотоприемника, входы суммирующего усилителя и сост" ветствующие входы блоков горизонтального и вертикального наведений соединены с соответствующими выходами предварительного усилителя, соответствующие входы блока стабилизации соединены с выходом суммирующего усилителя и синхровыходом генератора накачки, а выход соединен с регулятором освещенности, вход измерителя интервала времени соединен с выходом суммирующего усилителя, дополнительные входы блоков горизонтального и вертикального наведений соединены с синхровыходом генератора накачки,,а их выходы соединены соответствен-.

ho с д вига т елями гори зонтал ь ног о и вертикального разворотов, о т л иа ющееся тем, что, с цельюповышения точности, генератор накачки выполнен с управляющим входом, а блок стабилизации выполнен с дополнительным выходом, соединенным между собой, световод выполнен гибким в виде двух оптически сопряженных отрезков, а ре" гулятор освещенности фотопри емни ка выполнен в виде биморфного элемента, причем один из сопряженных концов световода закреплен на биморфном эле" менте, а другой - на основании, 1538050

Фиг.2 !

Фиг4

1538050

Реда ктор В. Бугренкова

Производственно-издательский комбинат Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,101

Заказ 163

ВНИИПИ Государственного

113035, Соста витель И. Суровцев

Техред M.äèäûê Корректор М. Шароши

Тираж 382 Подписное комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5