Устройство для определения координат световых объектов

 

Изобретение относится к вычислительной технике. Его использование в измерительных системах позволяет измерять координаты всех светящихся объектов, находящихся одновременно в поле зрения, как неподвижных, так и перемещающихся. Устройство содержит передающую телевизионную трубку 1, блок 2 обработки сигналов, генератор 12 линейно нарастающего напряжения, перемножитель 13, блок 14 сдвига фазы на 90°, ключевые элементы 15, 16 и блок 20 определения знака координат. Технический результат достигается благодаря введению генератора 9 тактовых импульсов, делителя 10 частоты, распределителя 17 импульсов, счетчика 18 числа витков спиральной развертки, дешифратора 19 предельного значения и выполнению блока на дешифраторах 3, 4, шифраторах 5, 6, группе 7 элементов И и усилителе 8 видеоимпульсов. 2 табл, 2 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для измерения координат светящихся объектов.

Прототипом принято следящее сканирующее устройство, содержащее передающую телевизионную трубку с двухканальной отклоняющей системой, два сумматора, запоминающий блок, генератор синусоидального напряжения, интегратор, блок умножения и блок сдвига фазы, логический блок, триггер, инвертор, пороговую схему и блок преобразования. Линейно растущее напряжение с интегратора перемножается в умножителе на синусоидальное напряжение. С выхода умножителя синусоиды с линейно растущей амплитудой через блок сдвига фазы и сумматоры поступают в отклоняющие системы и осуществляют спиральную развертку луча в трубке. При сканировании объекта на выходе передающей трубки появляется импульс, поступающий на вход логического блока, производящего обработку сигнала с трубки, выявляя полярность координаты. Запоминающий блок в момент появления импульса с выхода трубки запоминает значения напряжений с сумматоров, соответствующих декартовым координатам объекта. Напряжение с запоминающего блока остается на его выходе до тех пор, пока с трубки не поступит новый импульс, приводящий к запоминанию новых координат того же объекта.

Недостатком прототипа является определение координат только одного светящегося объекта в поле зрения объектива устройства.

Целью изобретения является определение координат всех световых объектов, одновременно находящихся в поле зрения устройства.

Цель выполняется измерением поправок за внецентренность относительно электронной оси передающей телевизионной трубки как проекций на вертикальную и горизонтальную оси фотокатода трубки по всем светящимся объектам, одновременно находящимся в поле зрения объектива, и представлением их в реальном масштабе времени в двоичном коде.

Цель достигается тем, что в устройство для определения координат световых объектов, содержащее передающую телевизионную трубку, выход которой соединен с информационным входом блока обработки сигналов, первый и второй выходы которого являются выходами величины соответственно горизонтальной и вертикальной координат устройства, блок определения знака координат, первый и второй ключевые элементы, генератор синусоидального сигнала, генератор линейно нарастающего напряжения, выход которого и выход генератора синусоидального сигнала соединены с входами перемножителя, выход которого подключен к входу блока сдвига фазы на 90^о, введены распределитель импульсов, счетчик числа витков спиральной развертки, дешифратор предельного значения, генератор тактовых импульсов и делитель частоты, а блок обработки сигналов состоит из дешифраторов, шифраторов, группы элементов И и усилителя видеоимпульсов, вход которого является информационным входом блока обработки сигналов, выход подключен к первым входам элементов И группы, выходы которых соединены с соответствующими входами первой группы первого и второго дешифраторов, выходы которых подключены к входам одноименных шифраторов, при этом выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом первого ключевого элемента и входом делителя частоты, первый выход которого подключен к входу генератора нарастающего напряжения и второму входу первого и первому входу второго ключевых элементов, выходы которых соединены соответственно с входом распределителя импульсов и счетным входом счетчика числа витков спиральной развертки, выходы которого подключены к соответствующим входам второй группы первого и второго дешифраторов блока обработки сигналов и входам дешифратора предельного значения, выход которого соединен с входом начальной установки счетчика числа витков спиральной развертки, второй выход делителя частоты подключен к входу генератора синусоидального сигнала и второму входу второго ключевого элемента, выходы перемножителя и блока сдвига фазы на 90^о соединены с соответствующими управляющими входами передающей телевизионной трубки, выходы распределителя импульсов подключены к вторым входам элементов И группы в блоке обработки сигналов, вход блока определения знака координат соединен с первым выходом распределителя импульсов, первый и второй выходы блока определения знака координат являются первыми выходами знака соответственно горизонтальной и вертикальной координат устройства, третий выход блока определения знака координат является вторым выходом знака горизонтальной и вертикальной координат устройства.

Структурная схема заявляемого устройства изображена на фиг.1; принцип определения координат точки на единичной окружности показан на фиг.2.

Устройство содержит передающую телевизионную трубку 1, блок 2 обработки сигналов в составе первого 3 и второго 4 дешифраторов, первого 5 и второго 6 шифраторов, группы 7 элементов И и усилителя 8 видеоимпульсов, генератор 9 тактовых импульсов, делитель 10 частоты, генератор 11 синусоидальных сигналов, генератор 12 линейно нарастающего напряжения, перемножитель 13, блок 14 сдвига фазы на 90^о, первый 15 и второй 16 ключевые элементы, распределитель 17 импульсов, счетчик 18 числа витков спиральной развертки, дешифратор 19 предельного значения, блок 20 определения знака координат.

Передающая телевизионная трубка 1 представляет собой малоинерционную трубку с диаметром фотокатода 24 мм, изокон ЛИ801 с рабочей площадью 24х32 мм.

Генератор 11 синусоидальных сигналов совместно с генератором 12 линейно нарастающего напряжения, перемножителем 13 и блоком 14 сдвига фазы на 90^о осуществляет спиральную развертку электронного луча в трубке 1, начинающуюся от центра против часовой стрелки (фиг.2). Спиральная развертка содержит 500 витков с частотой 10 Гц. Генератор 11 формирует синусоидальные колебания с частотой 5000 Гц, генератор 12 формирует линейно нарастающее напряжение с частотой 10 Гц.

Перемножитель 13 формирует синусоидальные колебания с линейно растущей амплитудой, они подаются непосредственно и через блок 14 на управляющие входы трубки 1. Перемножитель 13 представляет собой прецизионный усилитель, коэффициент усиления которого управляется напряжением с генератора 12. Генератор 11 является генератором синусоидальных колебаний с внешним возбуждением и преобразует прямоугольные импульсы с делителя 10 частоты в синусоидальные колебания.

Блок 2 обработки сигналов преобразует временные интервалы спиральной развертки в трубке 1 в двоичные коды горизонтальных и вертикальных координат (поправок за внецентренность).

Усилитель 8 видеоимпульсов осуществляет усиление сигналов с трубки 1 и формирует их по длительности и амплитуде. Группа 7 элементов И содержит 64 элемента И. Дешифраторы 3, 4 реализованы по схеме многоступенчатого дешифратора. Шифраторы 5, 6 преобразуют входные сигналы в двоичные коды, соответствующие горизонтальным и вертикальным (Х и Y) координатам. Каждый шифратор 5, 6 формирует по 32000 кодов координат за один кадр.

Генератор 9 обеспечивает устройство тактовыми сигналами частотой 1,28 МГц. Частота определяется соотношением f= к n д=10 500 256=1280000 Гц, где к - число кадров в секунду, к= 10; n - число витков в спирали, n=500; д - разрешающая способность углового положения луча в витке спирали, д= 256, что составляет 1,40625^о.

Делитель 10 частоты производит деление частоты тактовых импульсов на первом выходе 128000:1 (10 Гц), на втором выходе 256:1 (5000 Гц).

Ключевой элемент 15 предназначен для пропуска тактовых импульсов с генератора 9 в распределитель 17 импульсов, которые определяют дискретность отсчета при развертке в трубке в 1,40625^о. Ключевой элемент 16 предназначен для пропуска за один кадр (период спирали развертки) 500 импульсов, означающих витки в спирали, в счетчик 18 витков.

Счетчик 18 числа витков осуществляет счет числа витков в каждом периоде развертки, имеет девять разрядов. При 500-м витке в счетчике 18 формируется код 111110100, который дешифрируется дешифратором 19 предельного значения. Сигнал с выхода дешифратора 19 обнуляет разряды счетчика 18, подготавливая его к счету витков в следующем периоде (кадре).

Блок 20 определения знака координат предназначен для формирования знака координаты и является блоком распределителя импульсов, входной сигнал получает с первого выхода распределителя 17. Блок 20 имеет четыре выхода, первый выход не используется, так как в первой четверти обе координаты положительны. Положительному знаку соответствует отсутствие импульса. За один виток спирали приходят четыре импульса, каждой четверти круга соответствует один импульс с первого выхода распределителя 17. С второго выхода сигнал используется как минус для координаты Х (вторая четверть, фиг.2), с третьего выхода сигнал используется как минус и для Х и для Y (третья четверть), с четвертого выхода сигнал используется как минус для Y (четвертая четверть). Принцип определения координат показан на фиг.2, где R - радиус единичной окружности, R sin - проекция на вертикальную линию перекрестия фотокатода, представляющая вертикальную координату Y, R cos - проекция на горизонтальную линию перекрестия, представляющая координату Х, - центральный угол поворота луча в витке спирали.

Величина проекции определяется моментом совпадения импульса со счетчика 18 с импульсом с распределителя 17 импульсов, т.е. числом витков спирали, укладывающихся в проекции. Координаты Х, выдаваемые шифратором 5, одной четверти круга представлены в табл.1, координаты Y, выдаваемые шифратором 6, той же четверти - в табл.2.

Величины координат для разных четвертей круга одних и тех же углов одинаковы и различаются лишь знаком. В одной четверти круга измеряются 32000 проекций по Х и 32000 проекций по Y. За один кадр измеряются 128000 координат по Х и 128000 координат по Y (32000х4), которые выдаются шифраторами 5 и 6. Каждое измерение представляется девятиразрядным кодом и одним разрядом знака: "1" знак минус и "0" знак плюс. Цена младшего разряда кода в линейной величине равна диаметру апертуры луча и составляет на фотокатоде трубки 24 мкм при кратности увеличения объектива 1^x : .

Абсолютная погрешность равна 0,5 апертуры луча и равна 12 мкм, относительная погрешность 0,1%. Наибольшее значение координаты является число 500, т.е. число всех витков в спирали 111110100.

Устройство работает следующим образом. С включением питания генератор 9 генерирует тактовые импульсы частотой 1,28 МГц. Перемножитель 13 и блок 14 формируют спиральную развертку в трубке 1, которая сканирует изображение на фотокатоде. Трубка воспринимает излучение световых объектов и производит сканирование их изображений на фотокатоде электронным лучом. Объектив формирует на фотокатоде трубки изображение всех светящихся точек, находящихся одновременно в поле зрения. Импульсы с выхода трубки 1 усиливаются и формируются одинаковыми по амплитуде и длительности 0,78 мкс усилителем 8 и поступают параллельно на первые входы элементов И группы 7. На вторые входы этих элементов И последовательно поступают импульсы с 64-х выходов распределителя 17 импульсов. С элемента И, в котором совпали импульсы, сигнал поступает на соответствующие входы дешифраторов 3, 4. Первая группа входов дешифраторов 3,4 подключена к выходам элементов И группы 7, вторая группа входов дешифраторов 3, 4 подключена к выходам счетчика 18 числа витков. С поступлением сигнала с элемента И в дешифраторах 3, 4 возбуждаются соответствующие выходы, вызывающие срабатывание шифраторов 5, 6, которые выдают на выход устройства коды координат объекта Х, Y, представленные числом витков, уложившихся в проекции Х, Y. Поэтому шифраторы 5, 6 выдают значения проекций, представленных в поле табл.1 и 2. Число выходов в каждом дешифраторе 3, 4 по 32000. Число выходов с шифраторов 5, 6 по девять. Каждой координате соответствует свой знак, который выдается блоком 20. Знаку плюс соответствует отсутствие сигнала с блока 20, знаку минус соответствует наличие импульса на выходах блока 20. При сканировании первой четверти витком идет знак плюс в обеих координатах. При сканировании витком второй четверти на выходе в течение длительности витка по второй четверти присутствует импульс на втором выходе, означающий минус для Х, при сканировании витком третьей четверти - импульс на третьем выходе блока 20, означающий минус и для Х, и для Y, при сканировании четвертой четверти - импульс для координаты Y. Передний фронт импульса с первого выхода делителя 10 открывает ключевые элементы 15, 16. Ключевой элемент 15 в открытом состоянии (0,1 с) пропускает тактовые импульсы генератора 9 частотой 1,28 МГц в распределитель 17 импульсов, с выхода которого за длительность одного витка спирали последовательно на элементы И группы 7 выходят 256 импульсов (64х4), которые определяют дискретность поворота луча в 1,40625^о. Ключевой элемент 16 в открытом состоянии пропускает импульсы частотой 5000 Гц с второго выхода делителя 10, которые и считает счетчик 18 за кадр. С приходом 500-го импульса дешифратор 19 декодирует число в сигнал Uo, обнуляющий счетчик 18 для работы счета в следующем витке спирали.

Технико-экономический эффект заявляемого устройства состоит в измерении координат всех светящихся объектов, находящихся одновременно в поле зрения.

Заявляемое устройство может быть использовано для измерения координат как неподвижных, так и двигающихся светящихся объектов, для съема координат звезд и в качестве гида для телескопа в его устройстве слежения.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ СВЕТОВЫХ ОБЪЕКТОВ, содержащее передающую телевизионную трубку, выход которой соединен с информационным входом блока обработки сигналов, первый и второй выходы которого являются выходами соответственно горизонтальной и вертикальной координат устройства, блок определения знака координат, первый и второй ключевые элементы, генератор синусоидального сигнала, генератор линейно-нарастающего напряжения, выход которого и выход генератора синусоидального сигнала соединены с входами перемножителя, выход которого подключен к входу блока сдвига фазы на 90^o, отличающееся тем, что в него введены распределитель импульсов, счетчик числа витков спиральной развертки, дешифратор предельного значения, генаратор тактовых импульсов и делитель частоты, а блок обработки сигналов состоит из дешифраторов, шифраторов, группы элементов И и усилителя видеоимпульсов, вход которого является информационным входом блока обработки сигналов, выход усилителя видоимпульсов подключен к первым входам элементов И группы, выходы которых соединены с соответствующими входами первых групп первого и второго дешифраторов, выходы которых подключены к входам одноименных шифраторов, выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом первого ключевого элемента и входом делителя частоты, первый выход которого подключен к входу генератора линейно-нарастающего напряжения и второму входу первого и первому входу второго ключевых элементов, выходы которых соединены соответственно с входом распределителя импульсов и счетным входом счетчика числа витков спиральной развертки, выходы которого подключены к соответствующим входам вторых групп первого и второго дешифраторов блока обработки сигналов и входам дешифратора предельного значения, выход которого соединен с входом начальной установки счетчика числа витков спиральной развертки, второй выход делителя частоты подключен к входу генератора синусоидального сигнала и второму входу второго ключевого элемента, выходы перемножителя и блока сдвига фазы на 90^o соединены с соответствующими управляющими входами передающей телевизионной трубки, выходы распределителя импульсов подключены к вторым входам соответствующих элементов И группы в блоке обработки сигналов, вход блока определения знака координат соединен с первым выходом распределителя импульсов, первый и второй выходы блока определения знака координат являются первыми выходами знака соответственно горизонтальной и вертикальной координат устройства, третий выход блока определения знака координат является вторым выходом знака горизонтальной и вертикальной координат устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3