Параллактический способ определения координат объекта

 

Использование: оптическая локация. Сущность изобретения заключается в том, что принимают излучение от объекта с помощью двух оптико-механических трактов, разнесенных на расстоянии L и имеющих параллельные оси, одновременно формируют два пространственно разнесенных изображения в блоках регистрации, совмещенных с приемными плоскостями, поточечно преобразуют зарегистрированные изображения в двухградационные в блоках пороговой обработки, получают разностное изображение путем вычитания двухградационных изображений в блоке вычитания, определяют координаты геометрических центров областей разностного изображения, имеющих противоположные знаки, в блоках определения координат объекта и измеряют величину параллактического смещения путем вычитания координат геометрических центров областей разностного изображения и сферические координаты объекта в процессоре. 2 ил.

Изобретение относится к локации, в частности к пассивным способам определения координат космического объекта преимущественно относительно другого космического объекта.

Известен описанный в [1] оптический коррелятор, реализующий способ измерения параллактических смещений на стереопаре. Данный способ основан на получении стереопары изображений, формировании гологографического фильтра для первого кадра стереопары, последовательном диафрагмировании второго кадра стереопары, перемещающейся щелевой диафрагмой, фильтрации диафрагмированного второго кадра стереопары голографическим фильтром, преобразовании отфильтрованного изображения в выходное яркостное корреляционное поле сравнения, измерении параллактического смещения путем измерения смещения максимумов яркостного корреляционного поля. Причем параллактическое смещение однозначно связано с расстоянием до объекта D.

Данный способ характеризуется следующими недостатками: невысоким быстродействием вследствие последовательного способа формирования выходного яркостного корреляционного поля из-за последовательного диафрагмирования второго кадра стереопары; сложностью и невысокой точностью, обусловленными трудностью точного совмещения каждой стереопары с оптической осью в операциях получения голографического фильтра и фильтрации.

Известен также описанный в [2] способ измерения расстояний, основанный на определении дальности за счет раздельного анализа обозреваемого пространства с находящимися в нем объектами, причем анализ заключается в поиске и определении на каждом изображении стереопары идентичных объектов или деталей объектов и определении координат выделенных объектов в системе отсчета каждого изображения, использовании полученных координат для ориентации оптической системы на выделенные объекты и вычислении расстояния до объекта на основе оценки взаимного смещения объекта на каждом изображении стереопары.

Данному способу присущи следующие недостатки: сложность и трудоемкость процессов поиска и выделения на каждом изображении стереопары идентичных объектов или деталей объектов; невысокое быстродействие вследствие последовательного характера выполнения операций анализа.

Наиболее близок к изобретению и выбран за прототип авторами описанный в [3] параллактический способ определения дальности до светящегося объекта, основанный на приеме излучения от объекта в двух разнесенных на расстояние L точках пространства, визуальном измерении углового положения объекта в каждой точке наблюдения, определении параллактического смещения как разности угловых положений объекта в первой и второй точках приема, т.е. = ₁-₂ и определении дальности до объекта D как: D = - 2 Данный параллактический способ определения дальности имеет следующие недостатки.

Во-первых, должны быть априорно известны признаки объекта, дальность до которого определяется, чтобы найти объект на фоне звезд. Как следствие, необходимо затрачивать время на поиск объекта.

Во-вторых, при измерении дальности до протяженных объектов из-за их конечных размеров возникает погрешность определения углового положения объекта .

В-третьих, при произвольном перемещении объекта его сопровождение для определения углового положения объекта затруднено, что приводит к динамическим ошибкам и к малой точности определения дальности до движущихся объектов.

В-четвертых, данный способ позволяет определить только одну координату объекта - дальность.

На основании вышеперечисленных недостатков можно сделать вывод об ограниченной области применения данного способа и его низкой точности и быстродействии.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия известного способа и расширение его функциональных возможностей, заключающееся в обеспечении возможности определения, кроме дальности, остальных сферических координат объектов.

Цель достигается тем, что в известном параллактическом способе, основанном на приеме излучения от объекта в двух разнесенных на расстояние L точках пространства и измерении параллактического смещения объекта, после приема излучения одновременно формируют два пространственно разнесенных изображения, регистрируют их в приемной плоскости, преобразуют зарегистрированные изображения в двухградационные, фоpмиpуют pазностное изобpажение путем вычитания двухгpадационных изобpаже- ний, определяют координаты геометрических центров областей разностного изображения, имеющих противоположные знаки, измерение параллактического смещения объекта осуществляют путем вычитания координат геометрических центров областей разностного изображения, а сферические координаты объекта вычисляют по формулам D = + (2) = x_1ц - х_2ц = arccos (2а) = arccos (2б) где D - дальность; - угол места; - азимут; х_1ц, х_2ц - координаты в угловой мере геометрических центров областей разностного изображения по оси, совпадающей с направлением разнесения изображений в пространстве;
y_1ц, y_2ц - координаты в угловой мере геометрических центров областей разностного изображения по оси, перпендикулярной направлению разнесения изображений в пространстве.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства, реализующего данный способ, где показаны оптико-механический тракт 1, блок 2 регистрации, совмещенный с приемной плоскостью, блок 3 пороговой обработки, блок 4 вычитания изображений, блок 5 разделения разностного изображения, блок 6 определения параллактического смещения, процессор 8.

Каждый из двух оптико-механических трактов 1, разнесенных на расстояние L, содержит приемный телескоп с фокусным расстоянием f' и привод, причем привод является общим для обоих оптико-механических трактов, а оптические оси первого и второго оптико-механических трактов параллельны между собой.

Оптико-механические тракты формируют в приемных плоскостях два пространственно разнесенных изображения.

Каждая из двух приемных плоскостей сопряжена с задней фокальной плоскостью соответствующего оптико-механического тракта 1. В блоках 2 регистрации, совмещенных с приемными плоскостями, регистрируют двумерные изображения об- ластей космического пространства f₁(x₁,y₁), f₂(x₂, y₂), попадающих в поле зрения соответствующего оптико-механического тракта 1. При этом размер изображения космического объекта пропорционален его соответствующему угловому размеру при условии, если этот размер превышает предел углового разрешения оптико-механического тракта. Соответственно расстояние от геометрического центра изображения космического объекта до начала координат пропорционально углу, под которым виден геометрический центp объекта из центра входного зрачка оптико-механического тракта.

Зарегистрированные в блоках 2 регистрации изображения поточечно преобразуют в блоках 3 пороговой обработки в двухградационные изображения по закону:
(x_i,y_i) = (3) i = 1, 2.

Преобразованные таким образом изображения поступают на блок 4 вычитания изображений, где осуществляется операция пространственного поточечного вычитания
f_p(x,y) = (x₁,y₁)-(x₂,y₂) (4)
В блоке 5 разделения разностного изображения разностное изображение f_р(х, y) разделяют на две области изображения f_p1(x, y) и f_p2(x, y):
f_p1(x,y) =
(5)
f_p2(x,y) =
Изображения f_p1(x, y), f_p2(x, y) поступают на соответствующие блоки 6 определения координат объекта, где определяют координаты геометрических центров областей разностного изображения х_1ц, х_2ц y_1ц, y_2ц, имеющих противоположные знаки. В случае оптической обработки координаты геометрических центров определяют, например, с помощью позиционно-чувствительного приемника, в случае электронной обработки координаты определяют по формулам
x_iц=
(6)
y_iц= где х_imin, x_imax, y_imin, y_imax - координаты границ области f_pi(x, y).

Для точного соответствия координат x_iц и y_iц геометрическим центрам областей разностного изображения с противоположными знаками расстояние L (при реализации способа соответствует расстоянию между центрами входных зрачков оптико-механических трактов) должно выбираться из условия
L > (7) где R - максимальный размер лоцируемого объекта;
_n - угловое поле зрения оптико-механического тракта.

В блоке 7 определения параллактического смещения измеряют параллактическое смещение как разность х_1ц - х_2ц и выдают величину на процессор 8, куда одновременно поступают значения х_1ц, х_2ц, y_1ц, y_2ц для вычисления сферических координат объектов D, , по формулам (2), (2а), (2б).

Параллакс звезд и планет при величинах L порядка нескольких метров _ф = 0, следовательно, способ по изобретению позволит на этапе формирования разностного изображения отселектировать изображение звездного фона от изображения, находящегося на конечном расстоянии D объекта.

Выходной сигнал, снимаемый с приемной плоскости, может быть как оптическим, так и электрическим (при использовании фотоприемника).

В случае оптического выходного сигнала "1" в формулах (3), (5) соответствует яркой точке изображения. В случае электрического выходного сигнала "1" соответствует уровню потенциала логической единицы. Очевидно, что формирование электронных изображений f_эл может осуществляться последовательным, параллельно-последовательным или параллельным способом, а переход от оптической к электронной обработке информации может быть осуществлен на любой из операций от одновременного формирования двух пространственно разнесенных изображений до определения координат геометрических центров областей разностного изображения, имеющих противоположный знак, что позволяет достичь максимального технически реализуемого быстродействия.

Пусть расстояние между осями двух оптико-механических трактов L (см. фиг. 2). АХYZ - прямоугольная система координат, ось Х которой совпадает с направлением разнесения оптико-механических трактов в пространстве, ось Y коллинеарна направлению оптических осей оптико-механических трактов. Координаты геометрических центров изображений в приемной плоскости соответствующих оптико-механических трактов х_1ц, х_2ц, y_1ц, y_2ц задают соответственно углы ₁, ₂, ₁, ₂ в пространстве предметов.

О_i - центр входного значка i-го оптико-механического тракта.

По теореме синусов из треугольника О₁В¹О₂
= = =
преобразуя, имеем: = = (8) Откуда
R = = (cos₁=cos₂)
Используя формулы
cos+cos = 2coscos
sin(-) = 2sincos имеем R = L
Из формулы (8)
R = L
R = L
Из треугольников О₁ВВ¹ и О₂ВВ¹
R₁= R ; R₂= R
Тогда
D = R= = +
Из треугольника АВ¹О₂ по теореме синусов
=
Тогда
= arccos
Из треугольника АВ¹В
= arccos = arccos
Из вышеизложенного следует, что способ по изобретению, в сравнении с прототипом, обладает следующими преиму- ществами: повышенным быстродействием вследствие одновременного приема излучения от объекта в двух разнесенных на расстояние точках пространства, автома- тического поиска и параллельной обработки сформированных изображений вплоть до операции нахождения координат геометрических центров областей разностного изображения; повышенной точностью, так как в способе определяется параллактическое смещение геометрического центра объекта, который при выполнении условия (7) находят автоматически с большой степенью точности; расширенными функциональными возможнос- тями, поскольку способ применим к произвольно перемещающимся лоцируемым объектам и дополнительно определяет угловые сферические координаты лоцируемого объекта.

Дополнительно данный способ позволяет определять линейные размеры лоцируемого объекта а и b:
a b = RR

Формула изобретения

ПАРАЛЛАКТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ОБЪЕКТА, включающий прием излучения от объекта в двух разнесенных на расстояние точках пространства, измерение параллактического смещения объекта, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, после приема излучения от объекта одновременно формируют два пространственно разнесенных изображения, регистрируют их в приемной плоскости, преобразуют зарегистрированные изображения в двухградационные, формируют разностное изображение вычитанием двухградационных изображений, определяют координаты геометрических изображений, определяют координаты геометрических центров областей разностного изображения, имеющих противоположные знаки, измерение параллактического смещения объекта осуществляют вычитанием координат геометрических центров областей разностного изображения, а сферические координаты объекта вычисляют по формулам



где L - расстояние между точками приема излучения от объекта;
- параллактическое смещение объекта;
D - дальность;
e - угол места;
b - азимут;
e₁,₂ - координаты в угловой мере геометрических центров областей разностного изображения по оси, совпадающей с направлением разнесения изображений в пространстве;
₁,₂ - координаты в угловой мере геометрических центров областей разностного изображения по оси, перпендикулярной к направлению разнесения изображений в пространстве.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2