Оптико-электронное локационное устройство

Полезная модель относится к локационным системам обнаружения и может использоваться для обнаружения оптических приборов с бликующими элементами и определения их координат и местоположения. Оптико-электронное локационное устройство, содержит N-канальный лазерный передатчик, фотоприемный канал, N-входовую схему ИЛИ, N элементов задержки, N формирователей временной зоны, N первых схем И, N тактовых одновибраторов, N-1 схем совпадения, N-1 электронных ключей, 2N-1 индикаторов углового положения, N генераторов строба, М формирователей опорного напряжения, М сигнальных компараторов, М вторых схем И и М-входовую схему ИЛИ. Многоканальная обработка принятых сигналов с отдельных усилительных ячеек позволяет расширить динамический диапазон линейного участка, повысить вероятность обнаружения объектов на фоне ложных, а также повысить точность определения местоположения объектов. 1н.з. п.ф., 1з.п.ф., 3 ил.

Полезная модель относится к малогабаритным активным локационным системам обнаружения и может использоваться для обнаружения оптических приборов с бликующими элементами и определения их координат и местоположения.

Известна лазерная сканирующая система наблюдения и обнаружения, содержащая лазер с оптической системой, фотоприемник с оптической системой и оптическим фильтром, усилитель с ВАРУ, электронный блок обработки (В.В.Молебный Оптико-электронные системы», М., Машиностроение, 1981 г., стр.14).

Данное устройство может использоваться для решения задач автоматического быстродействующего обнаружения требуемых бликующих объектов, т.к. в нем не производится селекция объектов с бликующими свойствами, например, прицелов, оптических приборов наблюдения и т.п., относительно диффузно отражающих объектов. Кроме того, недостатками устройства являются пониженное быстродействие из-за необходимости сканирования по двум координатам, громоздкость, дороговизна и сложность реализации систем развертки луча лазера, что не позволяет реализовать малогабаритный недорогой прибор широкого применения.

Для реализации требуемого класса малогабаритных приборов обнаружения используются полупроводниковые лазеры (пат. РФ 2324145). Дальномер-обнаружитель, выбранный в качестве прототипа, содержит лазерный передатчик из двух полупроводниковых излучателей с оптической системой и двухканальным усилителем накачки каждый, фотоприемник на базе лавинного фотодиода (ЛФД) с оптической системой, последовательно соединенные усилитель импульсов, пороговую схему АРУ, компаратор, измеритель временных интервалов, индикатор измерения расстояния, синхронизатор, соединенный с двухканальным усилителем накачки, второй компаратор, управляемый регулятор питания ЛФД, сумматор, управляемый счетчик, генератор строба, формирователь импульсов запрета, синтезатор речевой информации, индикатор обнаружения объекта.

Данное устройство обеспечивает просмотр пространства ножевидной диаграммой излучения путем ручного сканирования, амплитудно-временную селекцию сигналов, отраженных от оптических объектов, относительно сигналов от паразитных диффузно отражающих объектов и выдачу голосовой информации о факте обнаружения и дальности до объекта, кроме того, устройство позволяет селектировать точечные объекты от протяженных.

Существенным недостатком данного устройства является малая точность определения положения объекта, т.к. она определяется длиной по вертикали поля захвата, например, при поле y=2° точность (неопределенность) составит также ~ 2°. Кроме того, недостатком является большая вероятность обнаружения ложных целей, близких по своим отражающим характеристикам к бликующим оптическим приборам, например, биноклям, прицелам и т.п.

Как показывают натурные исследования, показатель световозвращения (ПСВ) так называемых квазиоптических целей, например, автодорожных и железнодорожных знаков, катафотов, фар машин, стеклянных изделий, бутылок, шаров, близок к ПСВ реальных целей. Поэтому в обнаружителях оптических объектов необходим точный амплитудно-временной анализ принимаемых сигналов в большом динамическом диапазоне. При этом, динамический диапазон входных сигналов, например, на типовых дистанциях (50÷1000)м достигает более 10⁴ раз, что не позволяет производить в известном устройстве амплитудно-временной анализ, т.к. в ближней и средней зонах обрабатываемые сигналы находятся в режиме насыщения-ограничения.

Решаемой технической задачей является повышение вероятности обнаружения требуемых объектов на фоне ложных тревог и снижение вероятности ложных тревог, а также повышение точности определения пространственного положения обнаруживаемого объекта по углу места, т.е. ориентации на объект при прицеливании.

Эти проблемы очень актуальны при необходимости оперативного обнаружения и определения местоположения приборов наблюдения и прицеливания.

Заявляемое устройство является малогабаритным и обеспечивает обнаружение оптических приборов, таких как прицелы, наблюдательные приборы и т.п., на фоне паразитных маскирующих объектов, например, светоотражающих знаков, катафотов, фар, стеклянных изделий, снега, листвы и т.п. в большом диапазоне расстояний и уровней сигналов. Техническим результатом данного решения также является расширение функциональных возможностей, а именно, обеспечение углового разрешения, и улучшение избирательности и точности при селектировании типов обнаруживаемых объектов.

Поставленная задача достигается тем, что в оптико-электронном локационном устройстве, содержащем лазерный передатчик, последовательно соединенные генератор импульсов запуска, измеритель временных интервалов и индикатор расстояния, последовательно соединенные фотоприемник с объективом на входе, усилитель фототока и пороговую схему АРУ, выход которой подсоединен к входу питания фотоприемника, согласно заявляемой полезной модели лазерный передатчик выполнен N-канальным, каждый из каналов которого состоит из последовательно соединенных модулятора, полупроводникового излучателя и передающего объектива, при этом диаграммы излучения каналов съюстированы в одной плоскости с частичным перекрытием диаграмм излучения соседних каналов, усилитель фототока состоит из М последовательно соединенных усилительных каскадов, перед оптическим входом фотоприемника размещена оптическая маска со щелевой зоной просветления, при этом, в устройство введены N-входовая схема ИЛИ, N элементов задержки, N формирователей временной зоны, N первых схем И, N тактовых одновибраторов, N-1 схем совпадения, N-1 электронных ключей, 2N-1 индикаторов углового положения, N генераторов строба, М формирователей опорного напряжения, М сигнальных компараторов, М вторых схем И и М-входовая схема ИЛИ, при этом входы N элементов задержки подсоединены к выходу генератора импульсов запуска, а выход каждого элемента задержки соединен с соответствующим входом N-входовой схемы ИЛИ, входом соответствующего формирователя временной зоны и входом соответствующего модулятора лазерного передатчика, выходы N формирователей временной зоны подсоединены соответственно к входам N первых схем И, входы N генераторов строба соединены с выходом N-входовой схемы ИЛИ, а выход каждого из N генераторов строба подключен к входу соответствующего формирователя опорного напряжения и первому входу соответствующей второй схемы И, вторые входы вторых схем И подсоединены соответственно к выходам сигнальных компараторов, а их выходы подключены соответственно к входам М-входовой схемы ИЛИ, выход которой соединен с вторым входом измерителя временных интервалов и вторыми входами N первых схем И, выходы М формирователей опорного напряжения соединены соответственно с первыми входами сигнальных компараторов, второй вход каждого из которых подключен к выходу соответствующего усилительного каскада усилителя фототока, выходы тактовых одновибраторов соединены соответственно с входами ключей и входами соседних схем совпадения, выходы схем совпадения подсоединены соответственно к входам соседних электронных ключей и входам четных индикаторов углового положения, а выходы электронных ключей - соответственно к входам нечетных индикаторов углового положения.

Кроме того, в оптико-электронное локационное устройство введены последовательно соединенные генератор тестовых импульсов, схема И-НЕ, светодиод подсветки, съюстированный с чувствительной площадкой фотоприемника, а также дополнительная М-входовая схема ИЛИ, входы которой соединены соответственно с выходами генераторов стробов, а выход подключен к второму входу схемы И-НЕ, образующие канал тестирования.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 приведена структурная электрическая схема оптико-электронного локационного устройства; на фиг.2 - эпюры сигналов, поясняющие принцип работы устройства; на фиг.3 - приведена суммарная диаграмма излучения лазерных излучателей.

Оптико-электронное локационное устройство (фиг.1) содержит передающие объективы 1-1, 1-2, 1-N, информационные индикаторы углового положения 2-1, 2-2, 2-(2N-l), приемный объектив 3, светодиод подсветки 4, лазерные излучатели 5-1, 5-2, , 5-N, электронные ключи 6-1, 6-2, , 6-(N-l), лавинный диод 7, модуляторы 8-1, 8-2, , 8-N, схемы совпадения 9-1, 9-2, , 9-(N-l), однотактовые одновибраторы 10-1, 1-2, , 10-N, усилители фототока 11-1, 11-2, , 11-М, интерференционный фильтр 12, щелевая оптическая маска 13, формирователи временной зоны 14-1, 14-2, , 14-N, схемы И 15-1, 15-2, , 15-N, пороговую схему АРУ 16, элементы задержки 17-1, 17-2, , 17-N, схему И-НЕ 18, генератор импульсов запуска 19, схему ИЛИ 20, генераторы строба 21-1, 21-2, , 21-N, схему ИЛИ 22, сигнальные компараторы 23-1, 23-2, , 23-М, измеритель временных интервалов (ИВИ) 24, формирователи опорного напряжения 25-1, 25-2, , 25-М, генератор тактовых импульсов 26, схемы И 27-1, 27-2, , 27-М, индикатор расстояний 28, схему ИЛИ 29. Передающие объективы 1-1, 1-2, , 1-N, лазерные излучатели 5-1, 5-2, , 5-N и модуляторы 8-1, 8-2, , 8-N образуют лазерный передатчик.

Оптико-электронное локационное устройство работает следующим образом.

Тактовые импульсы с частотой следования F_след. с генератора импульсов запуска 19 подаются на входы N элементов задержки 17, в каждом из которых сигнал задерживается на свое значение _задi.. При этом, задержка текущего N_i импульса относительно предыдущего _i - _i-1S_max/2·с (фиг.2б), в), г), где S_max - максимальная дальность до объектов, с - фазовая скорость (с=3·10 ⁸ м/сек.).

Максимальная задержка _NТ_след тактовых импульсов.

Задержанные N импульсов подаются на N модуляторов 8, с помощью которых запускаются N лазерных излучателей 5. Лазерные излучатели 5 устанавливаются в фокусе своих объективов 1, чтобы сформировать изображения светящихся p-n переходов в дальней зоне. Так как размеры одиночного перехода составляют 1 мкм x (200÷600)мкм, то формируется ножевидная диаграмма с расположением вертикально по длинной стороне. Объективы 1 лазерных излучателей 5 съюстированы относительно друг друга таким образом, чтобы сформированные в вертикальной плоскости ножевидные диаграммы образовывали длинную ножевидную диаграмму с частичным перекрытием смежных лазерных диаграмм (фиг.3б). Зона перекрытия выбирается, исходя из требований, предъявляемых к условиям захвата объекта при сканировании. Например, для равномерного углового разрешения выбираем зону перекрытия 1/3_у, где _у - угловая расходимость одного канала по вертикали.

Суммарно получаем зону облучения по вертикали: _у=1/3_у(2N+1), а количество зон углового разрешения К_ау=2N-1.

По сравнению с прототипом угловое разрешение увеличено в 2N-1 раз.

Рассмотрим вариант использования, например, 3÷4 лазерных каналов. Габариты одного канала не превышают 1÷2 см³; при использовании 4-х каналов габариты передающего блока не превышают 4÷8 см³. При этом, суммарное поле захвата 2° разрешение составит _y=2°/(2·4-1)0,3°, по сравнению с прототипом _y=_у=2°.

Одновременно решается задача селекции оптических объектов, так как плотность излучения на объекте увеличивается, а сигнал от диффузных объектов уменьшается, поскольку засвечивается от каждого лазера только участок диффузного объекта, а в прототипе - весь диффузный объект, например, стена дома и т.п.)

Селекция сигналов от своих лазеров производится за счет внесения своей постоянной временного сдвига (своего временного положения) и выделения принятого от цели сигнала в своих временных воротах, соответствующих возможным задержкам сигнала на трассе (фиг.2е, 2ж, 2з).

Формирование N временных ворот для каждого N_i лазерного сигнала производится формирователями временной зоны 14, входы которых подключены к выходам соответствующих элементов задержки 17. Выходы формирователей временной зоны 14 подключены к первым входам стробирующих схем И 15, на вторые входы которых подаются сигналы обнаружения со схемы ИЛИ 29 фотоприемного канала. При попадании сигнала обнаружения от соответствующего лазерного излучателя 5 в свои временные ворота (стробы) появляется сигнал совпадения на выходе соответствующей стробирующей схемы И. Далее из этого сигнала формируется длинный тактовый импульс своим тактовым одновибратором 10 (фиг.2и). Этот тактовый импульс подается через электронный ключ 5 на соответствующий элемент индикатора углового положения 2. В случае наличия тактовых импульсов одновременно со смежных тактовых одновибраторов 10 эти сигналы подаются на входы схем совпадения 9, выходной сигнал с которых подается на дополнительные элементы углового индикатора 2, расположенного между смежными. Также в этом случае этими сигналами электронные ключи 6 размыкаются и смежные элементы углового индикатора 2 отключаются. Благодаря данному техническому решению имеем увеличение разрешения по углу в (2N-1) раз. даже при наличии N диаграмм излучателей имеем увеличение разрешения на N - 1 элементов.

За счет осуществления параллельной обработки усиливаемых сигналов, снимаемых с отдельных усилительных ячеек приемно-усилительного канала, расширяется динамический диапазон линейного участка в К^(М-1), где К - коэффициент усиления ячейки усилителя фототока, М - количество усилительных ячеек. Например, при К=10, и М=3 имеем увеличение динамического диапазона в 10² раз.

1. Оптико-электронное локационное устройство, содержащее лазерный передатчик, последовательно соединенные генератор импульсов запуска, измеритель временных интервалов и индикатор расстояния, последовательно соединенные фотоприемник с объективом на входе, усилитель фототока и пороговую схему АРУ, выход которой подсоединен к входу питания фотоприемника, отличающееся тем, что лазерный передатчик выполнен N-канальным, каждый из каналов которого состоит из последовательно соединенных модулятора, полупроводникового излучателя и передающего объектива, при этом диаграммы излучения каналов съюстированы в одной плоскости с частичным перекрытием диаграмм излучения соседних каналов, усилитель фототока состоит из М последовательно соединенных усилительных каскадов, перед оптическим входом фотоприемника размещена оптическая маска со щелевой зоной просветления, при этом в устройство введены N-входовая схема ИЛИ, N элементов задержки, N формирователей временной зоны, N первых схем И, N тактовых одновибраторов, N-1 схем совпадения, N-1 электронных ключей, 2N-1 индикаторов углового положения, N генераторов строба, М формирователей опорного напряжения, М сигнальных компараторов, М вторых схем И и М-входовая схема ИЛИ, при этом входы N элементов задержки подсоединены к выходу генератора импульсов запуска, а выход каждого элемента задержки соединен с соответствующим входом N-входовой схемы ИЛИ, входом соответствующего формирователя временной зоны и входом соответствующего модулятора лазерного передатчика, выходы N формирователей временной зоны подсоединены соответственно к входам N первых схем И, входы N генераторов строба соединены с выходом N-входовой схемы ИЛИ, а выход каждого из N генераторов строба подключен к входу соответствующего формирователя опорного напряжения и первому входу соответствующей второй схемы И, вторые входы вторых схем И подсоединены соответственно к выходам сигнальных компараторов, а их выходы подключены соответственно к входам М-входовой схемы ИЛИ, выход которой соединен с вторым входом измерителя временных интервалов и вторыми входами N первых схем И, выходы М формирователей опорного напряжения соединены соответственно с первыми входами сигнальных компараторов, второй вход каждого из которых подключен к выходу соответствующего усилительного каскада усилителя фототока, выходы тактовых одновибраторов соединены соответственно с входами ключей и входами соседних схем совпадения, выходы схем совпадения подсоединены соответственно к входам соседних электронных ключей и входам четных индикаторов углового положения, а выходы электронных ключей - соответственно к входам нечетных индикаторов углового положения.

2. Оптико-электронное локационное устройство по п.1, отличающееся тем, что в устройство введены последовательно соединенные генератор тестовых импульсов, схема И-НЕ, светодиод подсветки, съюстированный с чувствительной площадкой фотоприемника, а также дополнительная М-входовая схема ИЛИ, входы которой соединены соответственно с выходами генераторов стробов, а выход подключен к второму входу схемы И-НЕ.