Лазерная оптико-локационная станция

Лазерная оптико-локационная станция предназначена для постоянного обзора передней полусферы по направлению движения летательного аппарата, обнаружения и визуализации препятствий, мешающих пилотированию (проводов и опор линий электропередач, дымовых труб, мачт и других высоких объектов). Станция включает в себя передающий канал, формирующий короткие импульсы лазерного излучения, приемный канал с быстродействующим фотоприемным устройством и телевизионной камерой, устройство обработки сигналов. Сканирование пространства осуществляется с помощью сканирующего устройства, отклоняющего лазерный луч и отраженный сигнал в двух плоскостях. Приемник излучения производит последовательный прием отраженных импульсов от окружающего пространства, в результате система получает ряд сигналов по дальности, при этом осуществляется точное измерение дальности и углов положения до каждого объекта, отразившего лазерный луч. Предлагаемая полезная модель позволяет повысить обнаружительную способность системы в условиях ограниченной видимости.

Полезная модель относится к лазерной локации, а именно к бортовому авиационному оборудованию, предназначенному для обнаружения и визуализации объектов, таких как провода, опоры ЛЭП, трубы, мачты и т.д. в условиях низкой освещенности и ограниченной видимости.

Системы лазерной локации, как правило, содержат лазер, работающий в импульсном режиме, оптический канал для передачи лазерного излучения в исследуемое пространство, оптический канал для приема отраженного от объекта лазерного излучения, фотоприемное устройство, обеспечивающее прием отраженного от объекта лазерного излучения, сканирующее устройство и блок управления, в общем случае содержащий вычислительное устройство для обработки сигналов, выдачи пространственных координат объекта и управляющих команд [«Лазерная локация», под ред. Н.Д. Устинова, М.: Машиностроение, 1984].

Известна оптико-локационная система для определения местоположения движущихся объектов [см. RU 2292566, G01S 17/00, 27.01.2007], включающая последовательно расположенные на оптической оси передающего канала оптически сопряженные лазерный передатчик, формирующий зондирующий пучок лазерного излучения, включающий в себя частотно-импульсный лазер с блоком накачки, первый светоделитель, устройство, отклоняющее пучок лазерного излучения, управляемое приводами по командам от блока управления устройством, отклоняющим пучок лазерного излучения, выходной телескоп, первое, неподвижное, отражательное плоское зеркало и второе, подвижное, отражательное плоское зеркало, установленные так, что плоскости зеркал параллельны друг другу и расположены в нулевом положении под углом 45° к вертикальной оси, последовательно расположенные на оптической оси приемного канала оптически сопряженные приемный телескоп и фотоприемное устройство, а также аналого-цифровой преобразователь сигналов, блок обработки сигналов и выдачи данных по местоположению объектов, центральный блок управления, средство целеуказания.

Указанная оптико-локационная система способна вести поиск объектов в пассивном и активном режимах, осуществлять сопровождение многих объектов без наличия внешнего целеуказания, определять местоположение и скорости движущихся объектов с высокой точностью. Однако такая система малопригодна для летательных аппаратов, где требуется высокое быстродействие и работа в условиях ограниченной видимости.

Известна также система предотвращения столкновений на земле (см. WO 200907568, G01S 17/00, G01C 5/06, опубл. 18.06.2009), включающая множество лазерных датчиков, установленных на периферийных частях самолета и подключенных к интерфейсу контроллера, одну или несколько видеокамер, расположенных на оперении, средства визуального и звукового оповещения, находящиеся в кабине самолета. Когда на интерфейс контроллера поступает сигнал хотя бы с одного датчика, указывающий на наличие объекта в пределах области обнаружения, то активируется как минимум одно средство оповещения и видеокамера, оповещающие экипаж о возможном столкновении.

Недостатками системы являются отсутствие указателя координат объектов, ограниченный диапазон дальностей обнаружения и быстродействия.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является квантовая оптико-локационная станция [см. RU 59016, B64D 33/00, G01C 3/00, 10.12.2006], состоящая из теплопеленгатора, лазерного дальномера, включающего блок излучения (канал передачи лазерного излучения) и приемный блок (канал приема излучения) с фоточувствительным элементом. Данное бортовое оборудование имеет меньший вес и габариты, увеличенную дальность действия.

К недостаткам системы следует отнести неприспособленность для сложных метеоусловий, и недостаточную обнаружительную способность, т.к. основой системы является теплопеленгатор, который не сможет различить объекты с одинаковой температурой и близкой излучающей способностью.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение обнаружительной способности системы в условиях ограниченной видимости.

Поставленная цель достигается тем, что используется активная лазерная оптико-локационная станция, состоящая из передающего канала, включающего лазерный излучатель, и оптическую систему сканирования, приемного канала, включающего объектив, быстродействующий приемник излучения, телевизионную камеру и преобразователь оптико-электронный, а также устройства обработки сигналов и блока питания, подключаемого к бортовой сети. В состав системы сканирования входят: коллиматор, зеркала, оптические дефлекторы вертикальной и горизонтальной развертки, блок управления дефлекторами. Изображение телевизионной камеры и лазерного локатора накладываются в устройстве обработки сигналов, выводится и отображается на индикаторе видеоизображения летательного аппарата.

На чертеже фиг. 1 представлена блок-схема лазерной оптико-локационной станции, где:

1 - объект наблюдения;

2 - оптико-локационная система;

3 - телевизионная камера;

4 - система сканирования;

5 - преобразователь оптико-электронный;

6 - объектив;

7, 8 - зеркала;

9, 10 - оптические дефлекторы;

11 - коллиматор;

12 - блок управления дефлекторами;

13 - импульсный лазер;

14 - устройство обработки сигналов;

15 - блок питания;

16 - индикатор видеоизображения;

17 - бортовая сеть.

Станция работает следующим образом:

Импульсный источник света 13 совместно с формирующей оптикой 11, 7, 8 создают импульсную подсветку окружающего пространства. Фотоприемник 5 с объективом 6 принимают отраженный от объекта 1 сигнал лазерного излучения. Сканирование пространства осуществляется с помощью сканирующего устройства 9, 10, 12, отклоняющего лазерный луч и направляющего в приемный канал излучения. Приемник излучения производит последовательный прием отраженных импульсов от окружающего пространства за счет развертки лазерного луча и приемной оптики в пространстве. Осуществляя последовательный прием отраженных от окружающего пространства импульсов света, система получает ряд сигналов по дальности, при этом осуществляется точное измерение дальности до каждого объекта, отразившего лазерный луч. Далее в устройстве обработки сигналов осуществляется суммирование и обработка всех принятых сигналов и формируется видеоизображение окружающего пространства. Используя цветовую окраску можно выделить красным цветом наиболее опасные, близкорасположенные объекты, а расположенные дальше и не представляющие опасность в данный момент - зеленым. Таким образом, станция будет предупреждать экипаж летательного аппарата о приближении к препятствиям, представляющим опасность, что позволит повысить уровень безопасности круглосуточного и всепогодного выполнения полетов на малой высоте в ночных условиях и в условиях ограниченной видимости (дождь, снег, туман).

Принципиальное отличие предлагаемой станции от прототипа заключается в том, что обнаружение объекта осуществляется при сканировании и приеме отраженного луча лазера. Другое отличие связано с быстродействием системы и дальностью обнаружения. В системах обнаружения и сопровождения объектов, к которым относится и прототип, важно увеличить дальность действия, при этом можно сканировать кадры с невысокой скоростью. В предлагаемой системе наоборот наибольшую актуальность имеют близкорасположенные, наиболее опасные объекты. Поэтому для их обнаружения и распознавания нужны более высокие скорости сканирования изображения.

Лазерная оптико-локационная станция, состоящая лазерного излучателя, коллиматора, оптической системы сканирования, объектива, преобразователя оптико-электронного, телевизионной камеры и устройства обработки сигналов, отличающаяся тем, что оптическая система сканирования состоит из двух качающихся зеркал-дефлекторов, обеспечивающих развертку лазерного луча по спирали, преобразователь оптико-электронный производит последовательный прием отраженных импульсов от окружающего пространства, при этом его выход и выход телевизионной камеры соединены с входами устройства обработки изображений, в котором производится точное определение дальности и углов положения до каждого объекта, отразившего лазерный луч, а с выхода устройства обработки изображений информация передается на индикатор видеоизображения летательного аппарата.

РИСУНКИ