Способ определения координат объекта на местности и устройство для его осуществления

Способ определения координат объекта на местности и устройство для его осуществления

Реферат

Изобретение относится к приборостроению, а именно к угломерным комплексам для определения координат удаленного объекта.

Известна (см., напр., патент РФ №2123165) оптико-лазерная система для прицеливания и дальнометрирования воздушных целей. Система состоит из лазерного излучателя с блоком накачки и приемника излучения, входящих в состав оптической следящей системы и дальномерного канала, а также блока вычислений. При этом следящая система содержит зеркало, установленное с возможностью поворота, положение которого определяется по сигналу, вырабатываемому блоком вычислений. Для уменьшения расходимости луча используется телескопический объектив. Недостатком системы является ее сравнительно узкое применение - в основном для ракет класса «воздух-воздух». Кроме того, вся система является довольно сложной и дорогостоящей.

Известна (см., напр., патент РФ №2155323) оптико-электронная система поиска и сопровождения цели, которая содержит подвижное зеркало с датчиком углов и приводам, спектроделительный фильтр, пеленгационный канал, формирующий сигнал рассогласования между оптической осью системы и направлением на цель, а также передающий и приемный лазерные каналы. В режиме поиска просмотр пространства целей осуществляется подвижным зеркалом по сигналам рассогласования между информациями пеленгационного канала и внешней системой целеуказания. Сигнал рассогласования между оптической ось системы и направлением на цель по двум координатам - азимуту и высоте подается на приводы подвижного зеркала, приводя изображение цели в центр поля зрения чувствительных площадок. Далее производится переход в режим слежения и дальнометрирования. Недостатком системы является возможность ее использования только для оружия с лазерным наведением.

Наиболее близким к изобретению является локационное устройство (см. патент РФ №2032918). В него введены последовательно установленные и оптически сопряженные маломощный источник света, вращающееся однострочное оптико-механическое сканирующее устройство и контрольный фотоприемник, а также введен датчик угломестных координат, вход которого соединен с выходом контрольного фотоприемника, а выход - со вторым входом схемы сравнения, при этом вращающееся однострочное оптико-механическое сканирующее устройство также оптически сопряжено с лазерным передатчиком и механически связано с вращающимся измерителем азимута и угла места. Недостатком устройства является его ограниченное применение - для систем предупреждения столкновений. Кроме того, устройство является довольно сложным и дорогостоящим. В этом устройстве также не предусмотрена возможность уточнения и стабилизации пространственной оси визирования при наблюдении удаленного объекта.

Задачей изобретения является предварительное формирование и ориентирование полной панорамы наблюдаемой местности для последующей фиксации угловых координат объекта наблюдения с использованием созданной панорамы.

Техническим результатом является высокая надежность, точность и простота предложенного технического решения. Кроме того, значительно расширяются сферы применения изобретения, в частности, его можно использовать на самолетах при сохранении всех имеющихся преимуществ, что ранее представляло значительные трудности.

Технический результат достигается тем, что в способе определения координат удаленного объекта на местности, включающего в себя сканирование местности, измерение угловых координат объектов местности с обработкой данных в устройстве управления и вычислений, после фиксации координат места наблюдения, с этого места производят серию снимков панорамы местности и вводят их в память блока поля кадров, затем с помощью коррелятора производят объединение снимков в единую, или эталонную панораму наблюдаемой местности, причем по заранее известным параметрам оптической системы на полученной панораме фиксируют относительные угловые координаты в виде точек изображения, затем ориентируют панораму с помощью репера, координаты которого известны, находящегося в поле зрения наблюдателя, перекрываемого панорамой, репер совмещают с линией визирования, делают снимок этой части панорамы, находят аналогичный снимок на панораме, фиксируют его угловое положение и с помощью устройства управления и вычислений осуществляют соответствующую привязку всех точек панорамы, то есть определяют истинное угловое положение панорамы, после этого наблюдатель совмещает линию визирования с тем или иным наблюдаемым объектом и производит запись соответствующего кадра, кадр поступает в коррелятор, который находит место положения аналогичного снимка на эталонной панораме, а устройство управления и вычислений фиксирует истинные углы на объект наблюдения, в процессе наблюдения осуществляют также стабилизацию оптической оси визирования за счет развязки ее с корпусом оптического прибора наблюдателя.

Технический результат достигается также и тем, что в устройстве для определения координат объекта на местности, содержащем оптическую систему наблюдения для сканирования местности, устройство для определения угловых координат, устройство управления и вычислений, оптическая система наблюдения связана с устройством для фиксации оптического изображения в цифровом виде, в устройство для определения координат объекта на местности введен прибор определения собственных координат наблюдателя, соединенный своим выходом с входом устройства управления и вычислений, устройство фиксации оптического изображения в цифровом виде соединено своим выходом с входом блока памяти одного кадра, соединенного своими выходом-входом соответственно с входом-выходом коррелятора, который связан своими выходом-входом соответственно с входом-выходом блока памяти поля кадров и своим выходом-входом соответственно с входом-выходом устройства управления и вычислений, блок памяти поля кадров также соединен своим выходом с входом устройства управления и вычислений, выполняющего функции определения угловых координат, причем устройство для фиксации оптического изображения в цифровом виде размещено на корпусе оптической системы наблюдения.

Кроме того, все остальные указанные приборы, устройства и блоки размещены на корпусе оптической системы наблюдения.

Тем самым удается зафиксировать истинные углы на объект наблюдения за счет определения истинного положения оси визирования при измерении координат объекта, при этом ось визирования не привязывается к корпусу оптической системы. Достигаемые точность и надежность измерений максимальны. При этом области применения в сфере измерения угловых координат удаленных объектов практически ничем не ограничены.

На чертеже показана блок-схема устройства для определения координат объекта на местности.

Устройство содержит оптическую систему наблюдения 1, например, бинокль, характеризующуюся стабилизацией оптической оси визирования за счет развязки ее с корпусом оптического прибора наблюдения, как это предусмотрено по патенту РФ №2136030. Для сохранения стабилизации изображения и удобства компоновки устройства как единого целого со всеми своими приборами, блоками и элементами предусмотрено размещение всех их на корпусе оптической системы наблюдения. Таким образом, стабилизированное изображение объекта на местности через светоделитель или дополнительный объектив (не показаны) переносится в устройство для фиксации оптического изображения в цифровом виде 2, в качестве которого можно использовать ПСЗ (прибор зарядовой связи) - матрицы. Для осуществления записи зафиксированного в цифровом виде оптического изображения выход устройства для фиксации оптического изображения в цифровом виде соединен с входом блока памяти одного кадра 3, являющегося, например, зоной общей памяти.

Блок памяти одного кадра 3 своими выходом-входом соединен соответственно с входом-выходом коррелятора 4, являющегося частью универсального процессора и выполняющего функции выделения особых точек на изображении снимка, нахождении этих особых точек на пересекающихся частях снимков панорамы местности, сравнения особых точек одного кадра с особыми точками панорамы снимков. Коррелятор 4 подключен своими выходом-входом соответственно к входу-выходу блока памяти поля кадров 5 и к входу-выходу устройства управления и вычислений 6. Выход блока памяти поля кадров 5 соединен с входом устройства управления и вычислений 6. На этом же корпусе оптической системы наблюдения 1 может быть установлен прибор для определения собственных координат, или навигационный прибор 7, своим выходом соединенный с входом устройства управления и вычислений 6. В результате устройство при наличии указанных связей выполняет функции устройства для определения угловых координат без использования, в частности, отдельных приборов для съема азимута и измерения вертикали.

Устройство определения координат удаленного объекта на местности работает следующим образом.

Наблюдатель занимает место наблюдения и определяет его координаты с помощью навигационного прибора 7. Затем наблюдатель производит серию снимков панорамы местности и вводит ее в память поля кадров 5. После этого производится как бы «склеивание» снимков в единую панораму с помощью коррелятора 4. Таким образом, получаем эталонное изображение требующейся нам панорамы местности для дальнейшего использования.

Для ориентирования панорамы производят следующие действия. Поскольку параметры использующейся оптической системы наблюдения 1 известны, постольку в полученной панораме зафиксированы относительные угловые координаты в виде точек изображения. Но сама панорама не ориентирована. Чтобы произвести ориентирование в поле зрения наблюдателя, перекрываемого панорамой, выбирается определенный объект-репер, то есть объект, координаты которого известны. С помощью оптической системы наблюдения 1, устройства фиксации оптического изображения в цифровом виде - ПСЗ-матриц 2 и блока памяти одного кадра 3 производится еще один кадр так, чтобы репер совпадал с линией визирования. Этот кадр с помощью коррелятора 4 находят на панораме, фиксируют его угловое положение и устройство управления и вычислений 6 решает топогеодезическую задачу по определению истинного углового положения панорамы, что означает, что все точки панорамы привязаны.

После проведения этой предварительной работы наблюдатель совмещает линию визирования с наблюдаемым объектом и производит запись соответствующего кадра с вводом его в блок памяти одного кадра 3, откуда он поступает в коррелятор 4, который находит место положения снимка на эталонной панораме, а устройство управления и вычислений 6 фиксирует истинные углы на объект наблюдения.

1. Способ определения координат удаленного объекта на местности, включающего в себя сканирование местности, измерение угловых координат объектов местности с обработкой данных в устройстве управления и вычислений, отличающийся тем, что после фиксации координат места наблюдения с этого места производят серию снимков панорамы местности и вводят их в память блока поля кадров, затем с помощью коррелятора производят объединение снимков в единую эталонную панораму наблюдаемой местности, причем по заранее известным параметрам оптической системы на полученной панораме фиксируют относительные угловые координаты в виде точек изображения, затем ориентируют панораму с помощью репера, координаты которого известны, находящегося в поле зрения наблюдателя, перекрываемого панорамой, репер совмещают с линией визирования, делают снимок этой части панорамы, находят аналогичный снимок на панораме, фиксируют его угловое положение и с помощью устройства управления и вычислений осуществляют соответствующую привязку всех точек панорамы, то есть определяют истинное угловое положение панорамы, после этого наблюдатель совмещает линию визирования с тем или иным наблюдаемым объектом и производит запись соответствующего кадра, кадр поступает в коррелятор, который находит место положения аналогичного снимка на эталонной панораме, а устройство управления и вычислений фиксирует истинные углы на объект наблюдения, в процессе наблюдения осуществляют также стабилизацию оптической оси визирования за счет развязки ее с корпусом оптического прибора наблюдателя.

2. Устройство для определения координат объекта на местности, содержащее оптическую систему наблюдения для сканирования местности, устройство для определения угловых координат, устройство управления и вычислений, отличающееся тем, что оптическая система наблюдения связана с устройством для фиксации оптического изображения в цифровом виде, в устройство для определения координат объекта на местности введен прибор определения собственных координат наблюдателя, соединенный своим выходом с входом устройства управления и вычислений, устройство фиксации оптического изображения в цифровом виде соединено своим выходом с входом блока памяти одного кадра, соединенного своими выходом-входом соответственно с входом-выходом коррелятора, который связан своими выходом-входом соответственно с входом-выходом блока памяти поля кадров и своим выходом-входом соответственно с входом-выходом устройства управления и вычислений, блок памяти поля кадров также соединен своим выходом с входом устройства управления и вычислений, выполняющего функции определения угловых координат, причем устройство для фиксации оптического изображения в цифровом виде размещено на корпусе оптической системы наблюдения.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что все указанные приборы, устройства и блоки размещены на корпусе оптической системы наблюдения.