Электронно-цифровое устройство измерения угловых координат

Электронно-цифровое устройство измерения угловых координат

Реферат

Изобретение относится к технике измерений, может использоваться в локации и геодезическом приборостроении и предназначено для использования при угловых измерениях.

Известен электронный теодолит, содержащий пульт управления и объектив канала наблюдения, установленный на опорно-поворотном устройстве, механизмы горизонтального и вертикального наведения которого содержат соответственно горизонтальный и вертикальный диски с кодовыми дорожками, оптически связанные с ними соответственно блок считывания с горизонтального диска и блок считывания с вертикального диска, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам преобразователя угол-код, выход которого соединен с входом цифрового табло [1].

Известный электронный теодолит обеспечивает высокую точность измерения угловых координат и удобство их считывания оператором при геодезических измерениях. Однако известный электронный теодолит не позволяет выполнять дистанционные измерения угловых координат геодезических объектов, поскольку оператор должен находиться в месте установки электронного теодолита.

Известно электронно-цифровое устройство измерения угловых координат, содержащее пульт управления и объектив канала наблюдения, установленный на опорно-поворотном устройстве, механизмы горизонтального и вертикального наведения которого содержат соответственно горизонтальный и вертикальный диски с кодовыми дорожками, оптически связанные с ними соответственно блок считывания с горизонтального диска и блок считывания с вертикального диска, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам преобразователя угол-код, выход которого соединен с входом цифрового табло, а также блок синхронизации, видеоконтрольное устройство, видеоконтрольный адаптер, закрепленное в опорно-поворотном устройстве, оптически связанное с объективом канала наблюдения и содержащее матрицу фотодетекторов фотоприемное устройство канала наблюдения, выполненное в виде матрицы фотодетекторов, выходы которых соединены с входной шиной устройства считывания информации, пульт управления выполнен дистанционным, его первый и второй выходы подключены к управляющим входам соответственно механизмов горизонтального и вертикального наведения, третий и четвертый выходы - к управляющим входам соответственно блока считывания с горизонтального диска и блока считывания с вертикального диска, выход блока синхронизации подключен к синхровходам видеоконтрольного адаптера и устройства считывания информации, электрические выходы которого соединены с входной шиной видеоконтрольного адаптера, выход которого подключен к входу видеоконтрольного устройства.

Известное электронно-цифровое устройство измерения угловых координат (электронный теодолит) обеспечивает высокую точность измерения угловых координат, удобство их считывания и позволяет выполнять дистанционные измерения, поскольку оператор может находиться в месте, удаленном от места установки электронного теодолита.

Однако известное электронно-цифровое устройство измерения угловых координат (электронный теодолит) не позволяет выполнять дистанционные измерения угловых координат быстро движущихся объектов, поскольку за один цикл измерения оператором угловых координат движущегося объекта в одной точке его траектории движения движущийся объект выходит из поля зрения оператора.

Наиболее близким к предлагаемому является известное электронно-цифровое устройство измерения угловых координат, содержащее объектив канала наблюдения, установленный на опорно-поворотном устройстве, механизмы горизонтального и вертикального наведения которого содержат соответственно горизонтальный и вертикальный диски с кодовыми дорожками, оптически связанные с ними соответственно блок считывания с горизонтального диска и блок считывания с вертикального диска, выход которого подключен к входу первого преобразователя угол-код, закрепленное в опорно-поворотном устройстве, оптически связанное с объективом канала наблюдения и содержащее матрицу фотодетекторов фотоприемное устройство канала наблюдения, выполненное в виде матрицы фотодетекторов, выходы которых соединены с входной шиной устройства считывания информации, пульт дистанционного управления, первый и второй выходы которого подключены к управляющим входам соответственно механизмов вертикального и горизонтального наведения, видеоконтрольное устройство, видеоконтрольный адаптер и блок синхронизации, выход которого соединен с синхровходами видеоконтрольного адаптера и устройства считывания информации, выход которого соединен с информационным входом видеоконтрольного адаптера, выход которого подключен к входу видеоконтрольного устройства, аналого-цифровой преобразователь, второй преобразователь угол-код, устройство регистрации информации, блок формирования отсчетов и блок управления и преобразования информации, содержащий преобразователь кодов и преобразователь время-код, аналого-цифровой преобразователь включен в состав фотоприемного устройства канала наблюдения, его информационный вход и синхровход соединены соответственно с выходом и синхровходом устройства считывания информации, а выход подключен к первой входной шине устройства регистрации информации, вторая входная шина которого соединена с выходом преобразователя кодов, первый, второй и третий входы которого подключены к выходам соответственно первого преобразователя угол-код, второго преобразователя угол-код и преобразователя время-код, вход которого является информационным входом блока управления и преобразования информации, в состав которого включен блок синхронизации, выход которого соединен с входом блока формирования отсчетов, первый и второй выходы которого подключены к управляющим входам соответственно первого и второго преобразователей угол-код.

Известное электронно-цифровое устройство измерения угловых координат обеспечивает высокую точность дистанционных измерений угловых координат быстро движущихся объектов, например летательных аппаратов.

Однако известное электронно-цифровое устройство измерения угловых координат (электронный теодолит) имеет малый угол поля зрения, что обусловлено ограниченным числом фоточувствительных элементов матрицы фотодетекторов (пикселей) фотоприемного устройства канала наблюдения.

Технический результат состоит в увеличении угла поля зрения электронно-цифрового устройства измерения угловых координат быстро движущихся объектов, например, летательных аппаратов.

Для достижения указанного технического результата в электронно-цифровое устройство измерения угловых координат, содержащее опорно-поворотное устройство, механизмы вертикального и горизонтального наведения которого содержат соответственно вертикальный и горизонтальный диски с кодовыми дорожками, оптически связанные с ними соответственно блок считывания с вертикального диска и блок считывания с горизонтального диска, выходы которых подключены к входам соответственно первого и второго преобразователей угол-код, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам блока управления и преобразования информации, закрепленное в опорно-поворотном устройстве и содержащее матрицу фотодетекторов фотоприемное устройство канала наблюдения, аналоговый выход которого соединен с информационным входом видеоконтрольного адаптера, а цифровой выход подключен к первой входной шине устройства регистрации информации, вторая входная шина которого соединена с цифровым выходом блока управления и преобразования информации, третий вход которого является информационным входом устройства, блок формирования отсчетов, первый и второй выходы которого подключены к управляющим входам соответственно первого и второго преобразователей угол-код, видеоконтрольное устройство и пульт дистанционного управления, первый и второй выходы которого подключены к управляющим входам соответственно механизмов вертикального и горизонтального наведения, введены блок формирования синхросигналов, блок преобразования видеосигналов, закрепленные в опорно-поворотном устройстве и содержащие соответствующие матрицы фотодетекторов дополнительные фотоприемные устройства канала наблюдения, дополнительные видеоконтрольные адаптеры, составной оптико-механический блок, содержащий несколько однотипных оптических объективов с компланарными визирными осями, оптически связанных с соответствующими фотоприемными устройствами канала наблюдения, матрицы фотодетекторов которых покрываются соответствующей частью рабочего светового пятна в фокальной плоскости, аналоговые выходы дополнительных фотоприемных устройств канала наблюдения соединены с информационными входами соответствующих дополнительных видеоконтрольных адаптеров, а цифровые выходы подключены к первой входной шине устройства регистрации информации, вход блока формирования синхросигналов соединен с первым синхровыходом блока управления и преобразования информации, первый выход подключен к входу блока формирования отсчетов, второй выход - к синхровходам всех фотоприемных устройств канала наблюдения, третий выход - к синхровходам всех видеоконтрольных адаптеров, выходы которых соединены с соответствующими информационными входами блока преобразования видеосигналов, выход которого подключен к входу видеоконтрольного устройства, а синхровход - ко второму синхровыходу блока управления и преобразования информации.

В предпочтительном варианте исполнения электронно-цифровое устройство измерения угловых координат содержит составной оптико-механический блок, в состав которого входят четыре однотипных оптических объектива, установленные соответствующим образом для обеспечения компланарности их визирных осей. Все оптические объективы формируют в соответствующих фокальных плоскостях одинаковые рабочие световые пятна, имеют заданный широкий угол обзора и оптически связаны с соответствующими фотоприемными устройствами канала наблюдения.

При этом электронно-цифровое устройство измерения угловых координат содержит четыре фотоприемных устройства канала наблюдения и четыре видеоконтрольных адаптера.

Оптическим входом каждого фотоприемного устройства канала наблюдения являются оптические входы матрицы фотодетекторов, выходы которых соединены с входной шиной устройства считывания информации, выход которого является аналоговым выходом фотоприемного устройства канала наблюдения и подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого является цифровым выходом фотоприемного устройства канала наблюдения, а синхровход соединен с синхровходом устройства считывания информации и является синхровходом фотоприемного устройства канала наблюдения.

Матрицы фотодетекторов фотоприемных устройств канала наблюдения в отдельности не могут покрыть рабочее световое пятно в фокальной плоскости. Поэтому в каждом фотоприемном устройстве канала наблюдения матрицу фотодетекторов устанавливают таким образом, чтобы она покрывала в фокальной плоскости соответствующую часть рабочего светового пятна, формируемого соответствующим оптическим объективом составного оптико-механического блока. В результате составной оптико-механический блок и все фотоприемные устройства канала наблюдения обеспечивают суммарное полное покрытие рабочего светового пятна в фокальной плоскости.

Блок управления и преобразования информации содержит блок синхронизации, первый и второй выходы которого являются соответственно первым и вторым синхровыходами блока управления и преобразования информации, преобразователь кодов, выход, первый и второй входы которого являются соответственно цифровым выходом, первым и вторым входами блока управления и преобразования информации, а третий вход соединен с выходом преобразователя время-код, вход которого является третьим входом блока управления и преобразования информации.

Видеоконтрольное устройство включает либо телевизионный монитор, либо жидкокристаллический монитор. Соответственно видеоконтрольный адаптер выполнен с возможностью формирования либо аналогового видеосигнала, либо цифрового видеосигнала.

Предлагаемое электронно-цифровое устройство измерения угловых координат обеспечивает высокую точность дистанционного измерения угловых координат летательных аппаратов с использованием составного канала наблюдения, формирующего общее поле обзора за счет суммарного покрытия рабочего светового пятна матрицами фотодетекторов нескольких фотоприемных устройств канала наблюдения.

При этом достигается положительный технический результат - увеличение угла поля зрения электронно-цифрового устройства измерения угловых координат быстро движущихся объектов, например летательных аппаратов.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включая поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного технического решения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам заявленного технического решения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков заявленного электронно-цифрового устройства измерения угловых координат, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует критерию "новизна".

Проведенный заявителем дополнительный поиск не выявил известные решения, содержащие признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного электронно-цифрового устройства измерения угловых координат. Следовательно, заявленное техническое решение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного технического решения преобразований для достижения технического результата. Заявленное техническое решение не основано на изменении количественного признака (признаков), представлении таких признаков во взаимосвязи, либо изменении ее вида. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемое электронно-цифровое устройство измерения угловых координат может быть реализовано с помощью известных функциональных элементов.

На чертеже приведена функциональная схема предпочтительного варианта исполнения заявленного электронно-цифрового устройства измерения угловых координат.

Электронно-цифровое устройство измерения угловых координат содержит составной оптико-механический блок, включающий четыре однотипных оптических объектива 1, 2, 3 и 4, оптически сопряженных с четырьмя соответствующими фотоприемными устройствами 5, 6, 7 и 8 канала наблюдения, четыре видеоконтрольных адаптера 9, 10, 11 и 12, устройство 13 регистрации информации, блок 14 преобразования видеосигналов, блок 15 формирования синхросигналов, блок 16 управления и преобразования информации, блок 17 формирования отсчетов, первый и второй преобразователи 18 и 19 угол-код, блоки 20 и 21 считывания с вертикального и горизонтального дисков, опорно-поворотное устройство 22, механизм 23 вертикального наведения, который содержит вертикальный диск 24 с кодовой дорожкой, механизм 25 горизонтального наведения, который содержит горизонтальный диск 26 с кодовой дорожкой, пульт 27 дистанционного управления и видеоконтрольное устройство 28.

Однотипные оптические объективы 1, 2, 3 и 4 составного оптико-механического блока установлены на опорно-поворотном устройстве 22 с обеспечением компланарности их визирных осей и оптически связаны с соответствующими фотоприемными устройствами 5, 6, 7 и 8 канала наблюдения, матрицы фотодетекторов которых установлены так, чтобы они покрывались соответствующей частью рабочего светового пятна и образовали в результате общее поле обзора составного канала наблюдения устройства с полным покрытием рабочего светового пятна в фокальной плоскости.

Вертикальный и горизонтальный диски 24 и 26 с кодовыми дорожками механизмов 23 и 25 вертикального и горизонтального наведения опорно-поворотного устройства 22 оптически связаны с блоками 20 и 21 считывания соответственно с вертикального и горизонтального дисков, выходы которых подключены к входам соответственно первого и второго преобразователей 18 и 19 угол-код, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами блока 16 управления и преобразования информации, а их управляющие входы подключены соответственно к первому и второму выходам блока 17 формирования отсчетов, вход которого соединен с первым выходом блока 15 формирования синхросигналов.

Первый и второй выходы пульта 27 дистанционного управления подключены к управляющим входам соответственно механизмов 23 и 25 вертикального и горизонтального наведения. Второй выход блока 15 формирования синхросигналов подключен к синхровходам фотоприемных устройств 5, 6, 7 и 8 канала наблюдения, цифровые выходы которых подключены к первой входной шине устройства 13 регистрации информации, вторая входная шина которого соединена с цифровым выходом блока 16 управления и преобразования информации, третий вход которого является информационным входом устройства. Третий выход блока 15 формирования синхросигналов подключен к синхровходам видеоконтрольных адаптеров 9, 10, 11 и 12, выходы которых соединены с соответствующими информационными входами блока 14 преобразования видеосигналов, выход которого подключен к входу видеоконтрольного устройства 28, а синхровход - ко второму синхровыходу блока 16 управления и преобразования информации, первый синхровыход которого соединен с входом блока 15 формирования синхросигналов.

Видеоконтрольное устройство 28 включает либо телевизионный монитор, либо жидкокристаллический монитор. Соответственно видеоконтрольные адаптеры 9, 10, 11 и 12 выполнены с возможностью формирования либо аналогового видеосигнала, либо цифрового видеосигнала.

Предлагаемое электронно-цифровое устройство измерения угловых координат обеспечивает высокую точность дистанционного измерения угловых координат летательных аппаратов с использованием составного канала наблюдения, формирующего общее поле обзора за счет применения нескольких, например четырех, однотипных оптических объективов 1, 2, 3 и 4 составного оптико-механического блока с компланарными визирными осями и оптически связанных с соответствующими фотоприемными устройствами 5, 6, 7 и 8 канала наблюдения, матрицы фотодетекторов которых покрывают соответствующую часть рабочего светового пятна и образуют в результате общее поле обзора с полным покрытием рабочего светового пятна в фокальной плоскости.

Устройство работает следующим образом.

Электронно-цифровое устройство измерения угловых координат устанавливают и горизонтируют в точке стояния, видеоконтрольное устройство 28 и пульт 27 дистанционного управления размещают на необходимом для решения задач измерений расстоянии в месте нахождения оператора.

Изображение движущихся объектов, например летательных аппаратов, расположенных в точке наблюдения на заданной траектории их движения, проецируется через однотипные оптические объективы 1, 2, 3 и 4 составного оптико-механического блока с компланарными визирными осями на фотоприемные устройства 5, 6, 7 и 8 канала наблюдения, матрицы фотодетекторов которых формируют изображения в соответствующих частях рабочего светового пятна, которые являются частями общего изображения в поле обзора с полным покрытием рабочего светового пятна.

Для передачи изображений, формируемых фотоприемными устройствами 5, 6, 7 и 8 канала наблюдения и отображения их на стандартном видеоконтрольном устройстве 28, предназначены видеоконтрольные адаптеры 9, 10, 11 и 12 и блок 14 преобразования видеосигналов, который позволяет осуществить выбор любого из поступающих на его вход видеосигналов или их комбинаций и отображать на экране видеоконтрольного устройства 28 изображение, формируемое любым из фотоприемных устройств 5, 6, 7 или 8 канала наблюдения, или комбинационное изображение из этих изображений.

Блок 15 формирования синхросигналов синхронизирует работу всех фотоприемных устройств 5, 6, 7 и 8 канала наблюдения и видеоконтрольных адаптеров 9, 10, 11 и 12 и обеспечивает установку заданного стандарта (частоту кадров, число строк и число элементов на строке) при формировании видеосигнала для видеоконтрольного устройства 28.

Оператор наблюдает на экране видеоконтрольного устройства 28 движущиеся по заданной траектории объекты, например летательные аппараты, и наводит на них электронно-цифровое устройство измерения угловых координат с помощью пульта 27 дистанционного управления, воздействуя на механизмы 23 и 25 вертикального и горизонтального наведения опорно-поворотного устройства 22.

Взятие необходимого числа вертикальных или горизонтальных отсчетов координат движущихся объектов в различных точках траектории движения летательных аппаратов и их привязку к системе единого времени (СЕВ) осуществляют путем одновременной покадровой регистрации изображения движущихся объектов, значений соответствующих каждому кадру углов (угла места и азимута) и меток времени СЕВ в устройстве 13 регистрации информации. Для этого цифровые сигналы последовательных кадров изображения движущихся объектов, например, в виде параллельного двоичного восьмиразрядного кода подают с выходов фотоприемных устройств 5, 6, 7 и 8 канала наблюдения на первую входную шину устройства 13 регистрации информации. Одновременно на вторую входную шину устройства 13 регистрации информации с цифрового выхода блока 16 управления и преобразования информации подают цифровые сигналы со значениями соответствующих каждому кадру изображения углов (угла места и азимута) и меток времени СЕВ.

Значения соответствующих каждому кадру изображения углов (угла места и азимута) поступают на первый и второй входы блока 16 управления и преобразования информации с выходов соответственно первого и второго преобразователей 18 и 19 угол-код, входы которых соединены с выходами соответственно блоков 20 и 21 считывания с вертикального и горизонтального дисков. При этом блоки 20 и 21 считывания соответственно с вертикального и горизонтального дисков, первый и второй преобразователи 18 и 19 угол-код работают известным из прототипа образом.

Моменты времени, в которые производят отсчеты значений указанных выше углов, определяются по сигналам, поступающим на управляющие входы первого и второго преобразователей 18 и 19 угол-код соответственно с первого и второго выходов блока 17 формирования отсчетов, вход которого соединен с первым синхровыходом блока 16 управления и преобразования информации. Эти моменты времени могут быть привязаны к началу, середине или концу соответствующего кадра изображения движущихся объектов.

Включение и выключение режима записи устройства 13 регистрации информации могут осуществлять как автономно, так и дистанционно. В последнем случае пульт 27 дистанционного управления может иметь третий выход, а устройство 13 регистрации информации - управляющий вход, которые соединены между собой.

Изложенные выше сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- средства, воплощающие заявленное электронно-цифровое устройство измерения угловых координат при их осуществлении, предназначены для использования в промышленности, а именно в локации и геодезическом приборостроении;

- для заявленного электронно-цифрового устройства измерения угловых координат в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует критерию "промышленная применимость".

При использовании предлагаемого электронно-цифрового устройства измерения угловых координат достигается увеличение угла поля зрения при высокой точности дистанционного измерения параметров траектории движения движущихся объектов, например летательных аппаратов.

Литература

1. SU 1610272 А1 (ШУЛЬЦ В.Г. и др.), 30.11.1990.

1. Электронно-цифровое устройство измерения угловых координат, содержащее опорно-поворотное устройство, механизмы вертикального и горизонтального наведения которого содержат соответственно вертикальный и горизонтальный диски с кодовыми дорожками, оптически связанные с ними соответственно блок считывания с вертикального диска и блок считывания с горизонтального диска, выходы которых подключены к входам соответственно первого и второго преобразователей угол-код, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам блока управления и преобразования информации, закрепленное в опорно-поворотном устройстве и содержащее матрицу фотодетекторов фотоприемное устройство канала наблюдения, аналоговый выход которого соединен с информационным входом видеоконтрольного адаптера, а цифровой выход подключен к первой входной шине устройства регистрации информации, вторая входная шина которого соединена с цифровым выходом блока управления и преобразования информации, третий вход которого является информационным входом устройства, блок формирования отсчетов, первый и второй выходы которого подключены к управляющим входам соответственно первого и второго преобразователей угол-код, видеоконтрольное устройство и пульт дистанционного управления, первый и второй выходы которого подключены к управляющим входам соответственно механизмов вертикального и горизонтального наведения, отличающееся тем, что введены блок формирования синхросигналов, блок преобразования видеосигналов, закрепленные в опорно-поворотном устройстве и содержащие соответствующие матрицы фотодетекторов дополнительные фотоприемные устройства канала наблюдения, дополнительные видеоконтрольные адаптеры, составной оптико-механический блок, содержащий несколько однотипных оптических объективов с компланарными визирными осями, оптически связанных с соответствующими фотоприемными устройствами канала наблюдения, матрицы фотодетекторов которых покрываются соответствующей частью рабочего светового пятна в фокальной плоскости, аналоговые выходы дополнительных фотоприемных устройств канала наблюдения соединены с информационными входами соответствующих дополнительных видеоконтрольных адаптеров, а цифровые выходы подключены к первой входной шине устройства регистрации информации, вход блока формирования синхросигналов соединен с первым синхровыходом блока управления и преобразования информации, первый выход подключен к входу блока формирования отсчетов, второй выход - к синхровходам всех фотоприемных устройств канала наблюдения, третий выход - к синхровходам всех видеоконтрольных адаптеров, выходы которых соединены с соответствующими информационными входами блока преобразования видеосигналов, выход которого подключен к входу видеоконтрольного устройства, а синхровход - ко второму синхровыходу блока управления и преобразования информации.

2. Электронно-цифровое устройство измерения угловых координат по п.1, отличающееся тем, что оно содержит четыре однотипные оптические объектива в составе составного оптико-механического блока, четыре фотоприемные устройства канала наблюдения и четыре видеоконтрольные адаптера.

3. Электронно-цифровое устройство измерения угловых координат по п.1, отличающееся тем, что оптическим входом каждого фотоприемного устройства канала наблюдения являются оптические входы матрицы фотодетекторов, выходы которых соединены с входной шиной устройства считывания информации, выход которого является аналоговым выходом фотоприемного устройства канала наблюдения и подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого является цифровым выходом фотоприемного устройства канала наблюдения, а синхровход соединен с синхровходом устройства считывания информации и является синхровходом фотоприемного устройства канала наблюдения.

4. Электронно-цифровое устройство измерения угловых координат по п.1, отличающееся тем, что блок управления и преобразования информации содержит блок синхронизации, первый и второй выходы которого являются соответственно первым и вторым синхровыходами блока управления и преобразования информации, преобразователь кодов, выход, первый и второй входы которого являются соответственно цифровым выходом, первым и вторым входами блока управления и преобразования информации, а третий вход соединен с выходом преобразователя время-код, вход которого является третьим входом блока управления и преобразования информации.