Устройство для определения положения объекта

 

Изобретение относится к приборостроению . Цель изобретения - повышение точности и быстродействия определения положения объекта. Если в зону обзора лазера попадает отражатель , на выходе детектора блока 22 сравнению появляется напряжение, размыкающее ключ блока 23 автопоиска. Если оба приемопередатчика нашли один и тот же отражатель, процессор 2

СО(ОЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИ4ЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) А1 (50 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

C е

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К А BTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4093587/24-10 (22) 23. 07. 86 (46) 30.03.88. Бюл. № 12 (71) Одесский политехнический институт (72) Г.Г.Андриевский, П,В,Миндра и А.И.Найденко (53) 528.489,626(088.8) (56) Батраков А.С. и др. Лазерные измерительные системы./Под ред.Лукьянова. M. Радио и связь, 1981, с. 138.

Заявка Великобритании ¹ 1582415, кл. G 01 С 5/00, 07.01.81. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТА (57) Изобретение относится к приборостроению. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия определения положения объекта. Если в зону обзора лазера попадает отражатель, на выходе детектора блока 22 сравнению появляется напряжение, размыкающее ключ блока 23 автопоиска.

Если оба приемопередатчика нашли один и тот же отражатель, процессор 2

1384952

Изобретение относится к приборостроению, в частности к устройствам для определения положения подвижных объектов.

Цель изобретения — повышение точности и быстродействия определения положения объекта.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — схема блока сравнения; на фиг.3 — схема блока нормирования; на фиг. 4 — схема блока автопоиска; на фиг. 5 — схема, поясняющая работу фотоприемника и его характеристики.

Устройство состоит из блока 1 обработки информации, процессора 2, блока 3 управления, коммутатора 4, соединенных с ним дальномерных блоков 5, двух приемопередатчиков 6, каждый из которых оснащен исполни-тельными двигателями 7 и 8 соответственно вертикального и горизонтального разворотов и датчиком 9 угла горизонтального разворота, связанным с коммутатором, каждый приемопередатчик состоит из лазера 10, генератора 11 накачки лазера, передающего объектива 12, приемного объектива 13, его регулируемой диафрагмы 14, микродвигателя 15 диафрагмы, фотоприемника 16, связанного с лазером, соединенного с фотоприемником предварительного четырехканального усилителя 17, блока

18 преобразования, состоящего из первого 19 и второго 20 блоков нормирования, входы которых параллельно соединены с выходами предварительного четырехканального усилителя, а синхровходы — с синхровыходом генератора накачки лазера, из суммирующего

40 и амплитудный детектор 35 подключены .к выходу первого входного сумматора, анализирует значение углов датчиков 9 угла горизонтального разворота, формирует сигнал поиска и передает его через коммутатор на входной сумматор блока автопоиска, т.е. происходит принудительный срыв слежения и введение приемопередатчика в режим автопоиска. По значениям углов от датчиков 9 угла горизонтального разворота процессбр 2 идентифицирует отражатели

5.

30 с измеренными дальностями, что необходимо для .определения положения объекта. По получении информации о расстояниях до отражателей и углов от дальномерных блоков и датчиков 9 угла горизонтального разворота, а также по известным координатам опорных пунктов, на которых установлены отражатели, процессор 2 определяет положение объекта. 3 э.п. ф-лы, 5 ил. усилителя 21, входы которого соединены с предварительным четырехканальным усилителем, а выход — с дальномерным блоком, из блока 22 сравнения, первый выход которого соединен с микродвигателем диафрагмы, второй выход подключен к коммутатору 4, из бло-: ка 23 автопоиска, причем выход первого блока нормирования соединен с двигателем вертикального разворота, а выход второго блока нормирования соединен с двигателем горизонтального разворота через блок автопоиска, второй и третий входы которого соединены с коммутатором и вторым выходом блока сравнения.

Блок сравнения состоит из выходного вычитающего усилителя 24, первый вход которого через последовательно соединенные нормально разомкнутый ключ 25 и амплитудный детектор

26 подключен к выходу суммирующего усилителя, к которому также подключены последовательно соединенные нор" мально замкнутый ключ 27 и амплитудный детектор 28, причем выход последнего соединен со вторым входом вычитающего усилителя, с коммутатором и третьим входом блока автопоиска.

Каждый блок нормирования состоит из входных сумматоров 29 и 30, входы которых подключены к предварительному четырехканальному усилителю, выходного вычитающего усилителя 31 и нормирующего усилителя 32, первые входы которых через нормально замкнутый ключ 33, управляемый делитель 34

1384952 а вторые входы выходного вычитающего и нормирующего усилителей подключены к выходу второго входного сумматора через нормально замкнутый ключ 36, управляемый делитель 37 и амплитудный детектор 38, при этом синхровходы ключей соединены с синхровходом генератора накачки лазера.

Блок автопоиска состоит из входного сумматора 39, входы которого соединены с выходом второго блока нормирования и коммутатором, и выходного суммирующего усилителя 40, входы которого соединены с выходом входного сумматора, причем один из них непосредственно, а другой через нелинейный элемент 41 типа "гистерезис" и ключ 42, управляющий вход которого соединен со вторым выходом 20 блока сравнения. В состав устройства входят несколько отражателей 43.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 11 накачки лазера с постоянной частотой посылает импульсы тока в лазер, световые импульсы которого через объектив 12, формирующий расходимость луча не более 1 по гоо ризонтали и 5 по вертикали, освеща- 0 ют отражатель 43, а отраженный от него световой поток через объектив 13 попадает на фотоприемник 16, при этом часть светового потока от лазера поступает непосредственно на фотоприемник, который преобразует излученные и отраженные импульсы в электрические, их усиливает и суммирует предварительный четырехканальный усилитель 17, затем они поступают на

40 дальномерный блок 5, измеряющий,расстояние до отражателя по интервалу времени между излученным и отраженным импульсами. Суммарный сигнал с выхода усилителя 17 также поступает в блок 22 сравнения, на синхровход которого поступают синхроимпульсы от генератора 11 накачки лазера. Последние на интервал времени существования импульса излучения замыкают ключ 25 и размыкают ключ 27, в результате : чего на детектор 26 поступают только импульсы излучения, а на детектор 28 только отраженные импульсы. Детекто- ры преобразуют импульсы в пропорциональные их амплитуде напряжения, 55 сравнивая которые усилитель 24 формирует напряжение управления микродвигателем 15 диафрагмы, последний прикрывает диафрагму 14 настолько, чтобы ослабить среднее значение отраженного сигнала до величины, равной поступающему от лазера на фотоприемник 16. Этим достигается компенсация медленных в широком диапазоне значений изменений уровня отраженного сиг нала, обусловленных изменением расстояния до отражателя, колебаниями поглощения светового сигнала в атмосфере, пространственным перемещением отражателя.

Быстрые флуктуации, обусловленные турбулентностью и другими факторами в атмосфере, динамической неточностью наведения из-за вибраций и рывков объекта, влияющие на качество измерения дальности, компенсируются в дальномерном блоке 5.

Приемный объектив 13 формирует изображение отражателя 43 на фотоприемнике 16. Смещение изображения относительно центра фотоприемника пропорционально углу отклонения отражателя относительно оси объектива 13, т.е. оптической оси приемопередатчика 6.

На фиг. 5а и 5б показана дифференциальная характеристика (разность уровней электрического сигнала U --U площадок Г и В) для частного случая перемещения пятна по линии Х, причем кривая Д вЂ” для большей интенсивности светового потока, кривая Š— для меньшей, центральная наклонная часть кривой характеризует положение, когда изображение попало на обе площадки В и Г и величина U -U@ пропорциональна разности площадей частей изображения, попадающих на разные площадки.

Горизонтальные участки соответствуют положениям, когда изображение попадает только на одну площадку, а "спады на концах кривой — выходу отражателя из луча лазера. В первом блоке 19 нормирования сумматор 29 суммирует импульсы площадок А и Б, а сумматор 30 — площадок В и Г, следовательно, сигналы на их выходах не зависят от горизонтального смещения пятна в пределах фотоприемника, Ключи 33 и 36 размыкаются генератором 11 накачки лазера, так что далее поступают только отраженные импульсы.

Нормирующий усилитель 32 регулирует одновременно и одинаково коэффициенты ослабления сигнала обоих управляемых делителей 34 и 37, при этом сум1384952 ма напряжений на выходах детекторов

35 и 38 остается постоянной величиной, чем достигается нормирование разностного напряжения верхних и ниж5 них площадок на выходе вычитающего усилителя 3 1, т.е. зависимость выходного напряжения только от величины вертикального смещения пятна и независимость от величины интенсивности 1р светового потока. Аналогично работает второй блок 20 нормирования, суммируя сигналы площадок А с Г и .Б с В и определяя нормированное значение горизонтального отклонения. Норми- 15 рованием достигается компенсация быстрых флуктуаций и не прохождение их в исполнительные двигатели разворотов, которые, получая сигналы отклонения, разворачивают приемопере- Zp датчик до совмещения его оптической оси с отражателем. В процессе слежения, когда световое пятно, изображающее отражатель, расположено в пределах фотоприемника, на выходе детек- 25 тора 28 блока 22 сравнения имеется напряжение, свидетельствующее о наличии отраженных импульсов, размыкающее ключ 42 блока 23 автопоиска, и сигнал рассогласования по горизонтали поступает от второго блока 20 нормирования на двигатель 8 горизонтального разворота через входной сумматор 39 и выходной суммирующий усилитель 40 без изменений.

При выходе отражателя за пределы луча по горизонтали (например, точка Ж на фиг. 5) нелинейный элемент 41 типа "гистерезис" запоминает знак последнего значения сигнала отклоне- 40 ния, который через ключ 42, замыкающийся при отсутствии отраженных импульсов, и через выходной усилитель 40 воздействует на двигатель 8, разворачивающий приемопередатчик 6 в сторону отражателя. При возврате пятна на фотоприемник размыкается ключ 42 и блок 20 управляет двигателем 8 через входной сумматор 39 и выходной суммирующий усилитель 40.

При включении устройства нелинейный элемент 41 находится в произволь ном положении, при отсутствии отраженного сигнала ключ 42 замкнут, выходное напряжение блока 23 автопоиска поступает на двигатель 8 горизонтального разворота, который вращает приемопередатчик 6; При этом (из-за отсутствия отраженного сигнала) на выходе первого блока нормирования напряжения нет и двигатель вертикального разворота неподвижен. Расходящийся лазерный пучок "просматривает" некоторую вертикальную зону при работе двигателя 8. Как только в зону обзора лазера попадает отражатель, на выходе детектора 28 .блока 22 сравнения появляется напряжение, размыкающее ключ 42, в результате чего работа устройства продолжается в режиме слежения.

Если оба приемопередатчика "нашли" один и тот же отражатель, процессор 2 анализирует значения углов датчиков 9 горизонтального разворота, формирует в соответствии с программой сигнал поиска и передает его через коммутатор на входной сумматор 39 блока автопоиска одного из приемопередатчиков, т.е. происходит принудительный срыв слежения и введение приемопере-. датчика в режим автопоиска. По значениям углов от датчиков 9 угла горизонтального разворота процессор 2 идентифицирует отражатели с измеренными дальностями, что необходимо для определения положения объекта, кроме того, возможна работа устройства с числом отражателей, большим двух.

При временном отсутствии отраженного сигнала (отражатель временно заслонен другим объектом) на процессор 2 поступает соответствующий сигнал от блока 22 сравнения, на процессоре происходит запоминание значение угла соответствующего датчика 9, предшествующее исчезновению сигнала, сравнение его с текущим значением и формирование сигналов для блока автопбиска, при этом соответствующий приемопередатчик совершает обзор небольшого горизонтального угла около ожидаемого положения отражателя до его нахождения.

По получении информации о расстояниях до отражателей и углов от дальномерных блоков 5 и датчиков 9, а также по известным координатам опорных пунктов, на которых установлены отражатели, процессор определяет положение объекта, передает соответствующую информацию на блок 3 управления.

Формула и з обретения

1. Устройство для определения положения объекта, включающее приемо1384952 передатчик с лазером, приемным и передающим объективами и блоком преобразования, отражатели и блок обработки информации, о т л и ч а ю щ е — 5 е с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, оно снабжено дополнительными приемопередатчиком и блоком преобразования, каждый приемный объектив выполнен с ре- 10 гулируемой диафрагмой и микродвигателем, каждый приемопередатчик выполнен с фотоприемником, установленным в фокальной плоскости приемного объектива, связанным с лазером све. товодом и введенным предварительным четырехканальным усилителем, каждый блок преобразования выполнен в виде первого и второго блоков нормирова ния, входы которых соединены с соот- 20 ветствующими выходами предварительного четырехканального усилителя, а синхровходы — с синхровыходом ге.нератора накачки лазера, блока автопоиска, соединенного с выходом вто- 25 рого блока нормирования, блока сравнения, соединенного с синхровыходом генератора накачки лазера, с микродвигателем регулируемой диафрагмы и блоком автопоиска, суммирующего усилителя, подключенного к соответст вующим выходам предварительного четырехканального усилителя и блоку сравнения, блок обработки информации выполнен в виде двух дальномерных блоков и связанных с каждым из них 35 соединенных последовательно коммутатора, процессора и блока управления, каждый дальномерный блок подключен к синхровыходу суммирующего усилителя приемопередатчика, коммутатор под- 40 ключен к блокам сравнения и блокам автопоиска, каждый приемопередатчик . выполнен с исполнительными двигателями вертикального и горизонтального разворотов, связанными входами соот- 45 ветственно с первым блоком нормирования и блоком автопоиска, а выходами — с коммутатором через введенный датчик угла горизонтального разворота. 50

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок сравнения выполнен в виде выходного вычитающего усилителя, выход которого соединен с микродвигателем диафрагмы, последовательно соединенных первого ключа и первого амплитудного детектора, включенных между первым выходом выходного вычитающего усилителя и выходом суммирующего усилителя, к которому подключены последовательно соединенные второй ключ и второй амплитудный детектор, причем выход последнего соединен с вторым входом выходного вычитающего усилителя, коммутатором и блоком автопоиска, а синхронизирующие входы ключей соединены с синхронизирующим выходом генератора накачки лазера.

3. Устройство по п» 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что каждый блок нормирования выполнен в ниде первого и второго сумматоров, входы которых соединены с выходами предварительного четырехканального усилителя, выходного вычитающего усилите ля и нормирующего усилителя, первые входы которых через последовательно соединенные первый ключ, первый управляемый делитель и первый амплитудный детектор подключены к выходу второго сумматора,причемвыход нормиру ющего усилителясоединен суправляю щими входамиперваго ивторого управляемых делителей, а синхронизирующие входы ключейсоединены ссинхронизнрую" щим входомгенератора накачкилазера.

4. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок авто поиска выполнен в виде входного сумматора, входы которого соединены с выходом второго блока нормирования, и коммутатором, выходного суммирующего усилителя, оба входа которого соединены с выходом входного сумматора, причем второй — через последовательно соединенные нелинейный элемент и ключ, управляющий вход которого подключен к второму выходу блока сравнения.

1384952

Фиг. Я

1384952

Составитель Л.Рудакова

Редактор А.Ревин Техред М.Ходанич Корректор Л.Пилипенко

Заказ 1402/37 Тираж 680 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 р»

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4