Способ определения углового положения слабоизлучающего малоразмерного источника и устройство его реализующее

 

Изобрете ние относится к оптикоэлектронной технике. Цель изобретения - повышение точности Способ заключается в кодировании прямого и перевернутого изображений источника во временные последовательности оптических сигналов и определении углового положения по последовательностям сигналов. Использование перевернутого изображения позволяет повысить точность 2 с п ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 G 01 В 21/22

"t 1 0 94

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4826132/28 (22) 28.03,90 (46) 15,07.92. Бюл. N 26 (71) Производственное объединение

"Уральский оптико-механический завод" (72) В.И.Воронин и Н.Д.Дедкова (53) 531,7 (088.8) (56) Заявка ЕПВ М 0216571, кл, G 01 В 3/78. 1987, Авторское свидетельство СССР

N 1259112, кл. G 01 В 21/00, 1985

Патент США

М 3541335, кл. 6 01 О 5/36, 1970.

Изобретение относится к оптико-электронной технике и может быть использовано при создании приборов, служащих для определения угловых координат слабоизлучающих малоразмерных источников.

Известны способы и устройства определения углового положения источника.

Однако их использование ограничено тем, что они имеют невысокую точность, вследствие того, что за время анализа поля зрения формируется только один импульс от источника, Наиболее близким по технической сущности и достйгаемому результате к изобретению является способ для определения углового положения источника, обеспечивающий формирование изображения источника и фона. кодирование изображения в последовательность оптических сигналов, преобразование излучения в электрическое напряжение, определение положения корреляционной функции последовательности

ЫХ„, 1747898 А1 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛОВОГО

ПОЛОЖЕНИЯ СЛАБОИЗЛУЧАЮЩЕГО МАЛОРАЗМЕРНОГО ИСТОЧНИКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к оптикоэлектронной технике, Цель изобретения — повышение точности, Способ заключается в кодировании прямого и перевернутого изображений источника во временные последовательности оптических сигналов и определении углового положения по последовательностям сигналов. Использование перевернутого изображения позволяет повысить точность. 2 с.п. ф-лы, 2 ил, сигналов и нахождение углового положения источника излучения по величине времен. ного интервала между началом отсчета и д

° пиком корреляционной функции, а устройство для осуществления указанного способа, р содержит последовательно установленные в ходе лучей оптическую систему, анализатор иэображения со щелями, расположен- 0 ными в виде кодовой последовательности. Q фотодетектор и коррелятор изображения, QQ

Недостатком этого способа и устройства является низкая точность определения угловых координат источника излучения в наиболее характерном случае, когда основную долю в общих помехах составляют помехи, вызванные засветкой фотоприемника фоном. Это обусловлено тем, что при увеличении числа импульсов в кодовой последовательности пропорционально растет мощность засветки фотоприемника, в результате чего отношение сигнал/шум не улучшается.

1747898

Цель изобретения — повышение точности определения углового положения источника.

Поставленная цель достигается тем, что формируют перевернутое изображение по- 5 следовательности оптических сигналов, осуществляют кодирование перевернутого изображения, аналогичное кодированию изображения источника во вторую временную последовательность оптических сигна- 10 лов, преобразуют в электрический сигнал вторую последовательность оптических сигналов, а угловое положение источника определяют по времени максимума проинтегрированного сигнала. В устройстве постав- 15 ленная цель достигается тем, что между анализатором изображения и фотодетектором дополнительно установлены оптически связанные вторая оптическая система и второй анализатор с кодовой последовательностью 20 щелей, аналогичный первому анализатору.

На фиг,1 изображена принципиальная схема устройства; на фиг.2 в качестве примера представлены различные варианты взаимного положения источника и анализа- 25 торов иэображения.

Предлагаемое устройство (фиг.1) содержит последовательно расположенные в ходе лучей оптическую систему 1. анализатор изображения 2, оптическую систему 3, ана- 30 лизатор изображения 4, фотодетектор 5 и интегрирующую RC-цепь.

Предлагаемый способ заключается в следующем, Оптическая система 1 формирует в пло- 35 скости Х 0 Y ïðÿìoå изображение источника и постоянного фона. В этой плоскости расположен анализатор изображения 2, представляющий собой непрозрачный экран со щелями, расположенными в виде ко- 40 довой последовательности, кодирующий изображение источника и фона в пространственно-временную последовательность оптических сигналов и движущийся по оси

О Х со скоростью v, За анализатором 2 на 45 определенном расстоянии установлена оптическая система 3, формирующая перевернутое иэображение. источника. фона и анализатора 2 на дополнительном анализаторе 4. также представляющем собой не- 50 прозрачный экран со щелями. движущийся по оси О Х с той же скоростью v. причем положение каждой щели, их размер. а также вектор скорости v и ее абсолютное значение совпадает с аналогичными характеристика- 55 ми анализатора 2. Перевернутое иэображение анализатора 2 (обозначено пунктиром) также движется по оси О X со скоростью v, но в противоположном направлении. Анализатор 4 повторно кодирует последовательность оптических сигналов по закону кодирования прямого изображения, Выход фотоприемника 5 подключен к интегрирующей RC-цепи. По временному интервалу между началом отсчета и максимумом напряжения определяют угловое положение источника.

Точность определения угловых координат повышается за счет повышения чувствительности предлагаемого устройства, которое достигается в результате снижения мощности засветки фотоприемника фоном при одинаковой амплитуде сигнала от источника, Излучение от источника поступает на фотодетектор только в том случае, когда изображение щели анализатора 2 и щель анализатора 4 совпадают с изображением источника. Число таких совпадений зависит от величины смещения источника от оптичеI ской оси Х>. Совпадение положения источника со щелями анализатора соответствует (+) изменению амплитуды поля Е 1от источника на выходе фотоприемника 5.

Амплитуда сигнала на выходе устройства максимальна при совмещении источника

4 с оптической осью устройства О 0 .

Дисперсия помехи на выходе фотоприемника для предлагаемого способа имеет вид где Pi — постоянный коэффициент:

oy — энергия фона а плоскости изображения Х 0 У;

m — коэффициент, характеризующий максимальную энергию засветки фотоприемника фоном, равный числу совпадений изображения щели анализатора 2 со щелями анализатора 4; д — ширина щели;

P — длина щели анализатора;

Для прототипа дисперсия помехи имеет аид c3=P> ф Кт и д /3, (2) где n — число щелей анализатора.

Отношение среднеквадратической ошибки определения углового положения источника, вычисленное для прототипа к среднеквадратической ошибке, вычисленное для данного способа равно флр я и (3)

<фл г, 4п г лр <Я

1747898 где q, qnp — отношение сигнал/помеха на выходе устройства, соответственно для данного способа и для прототипа.

Например, для анализатора изображения, в котором щели расположены по закону Шермана (по аналогии с прототипом) в случае А(фиг.2), когда положение источника совпадает с оптической осью устройства

0 0", за время анализа поля зрения излучение от источника поступает на фотодетектор четырежды, в то время как в случае В, когда источник смещен относительно оптической оси 0 О на величину Х, излучение поступает на фотодетектор только один раз.

То есть, при совмещении источника с оптической осью устройства амплитуда сигнала от источника на выходе устройства превышает амплитуду сигнала от источника, смеу I щенного относительно оптической оси О О на величину Х,, в 4 раза и имеет максималь ное значение.

При этом засветка фотоприемника фоном для предлагаемого способа и прототипа различна.

В прототипе излучение фона поступает на фотоприемник (так же как и излучение источника), засвечивая все щели анализато- ра, т.е. и = 4.. в предлагаемом способе излучение фона поступает на фотоприемник только при совпадении изображения -й щели анализатора 2 с i-й щелью анализатора 4, т,е. коэффициент, характеризующий максимальную энергию засветки фотоприемника фоном, принимает значения m =О, 1, 2, а-при максимальной амплитуде сигнала от источника излучения m = 1. Следовательно, при максимальной амплитуде сигнала на выходе устройства дисперсия помехи для и рототипа в 4 раза больше. чем для устройства, реализующего данный способ.

Таким образом. при использовании анализатора изображения, в котором щели расположены согласно коду Шермана, в случае, когда положение источника совпа дает с оптической осью устройства, предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет повысить точность определения угловых координат источника в 4 раза (р= 4).

При использовании любой другой кодовой последовательности щелей анализатора точность определения углового положения источника оценивается согласно выражению (3) и она тем выше. чем больше отношеи ние — при этом m всегда меньше и, так как гп при одинаковом с прототипом количестве щелей анализатора, находящихся Ъ поле

5 зрения прибора, излучение фона поступает на фотодетектор предлагаемого устройства только в определенные моменты времени, т.е, при совпадении изображения 1-й щели анализатора 2 с j-й щелью анализатора 4.

10 Кроме того, данный способ позволяет упростить конструкцию устройства, TBK как отпадает необходимость в элементах электронного коррелятора, выполняющих функцию линии задержки и перемножения

15 задержанного и незадержанного сигналов, Формула изобретения

1. Способ определения углового положения слабоизлучающего малоразмерного источника, заключающийся в формирова20 нии изображения источника. кодировании изображения во временную последовательность оптических сигналов, преобразовании оптических сигналов в электрические, интегрировании электрических сигналов и

25 определении углового положения источника по проинтегрированному сигналу, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точндсти, формируют перевернутое изображение последовательности оптических сиг30 налов, осуществляют кодирование перевернутого изображения. аналогичное кодированию изображения источника, во вторую временную последовательность оптических сигналов, преобразуют в электри35 ческий сигнал вторую последовательность оптических сигналов, а угловое положение источника определяют по времени максимума проинтегрированного сигнала, 2. Устройство для определения углового

40 положения слабоиэлучающего малоразмерного источника. содержащее оптически связанные оптическую систему, анализатор изображения с кодовой последовательностью щелей, фотодетектор и интегратор, 45 вход которого подключен к выходу фотодетектора, о.т. л и ч à ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено оптически связанными и установленными между анализатором изображения и фото50 детектором второй оптической системой и вторым анализатором с кодовой,последовательностью щелей, аналогичным первому анализатору.

1747898

17Л 7898

Г: ! (1

f ) Г

I !

1 — +L

Х

1

L ю

Х"

Составитель H.Äåäêoàà

Редактор Н.Каменская Техред М.Моргентал Корректор Э.лончакова

Заказ Z493 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101