Способ определения угловых координат объекта, наблюдаемого через турбулентную атмосферу
Изобретение относится к оптической локации. Технический результат заключается в повышении точности определения угловых координат. Сущность изобретения состоит в том, что в способе, основанном на подсвете объекта электромагнитным излучением оптического диапазона и фокусировке изображения объекта, осуществляют спектральную фильтрацию сфокусированного изображения и регистрируют его за время, меньшее времени «замороженности» турбулентной атмосферы. Полученное в результате «пятенное» изображение фотометрируют, выделяют минимальное пятно с максимальной плотностью интенсивности и по нему судят об угловых координатах объекта. 1 ил. 
Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано в оптической локации.
Известен способ определения угловых координат объекта, наблюдаемого через турбулентную атмосферу, включающий подсвет объекта электромагнитным излучением оптического диапазона, получение сфокусированного изображения объекта, определение угловых координат объекта по центру тяжести изображения объекта.
К недостаткам этого способа относится невысокая точность определения угловых координат объекта вследствие неиспользования информации о турбулентных искажениях, которую несет "пятенная" структура изображения. Хотя за счет фокусировки и, как следствие, повышение отношения сигнал/фон в изображении, можно в некоторой степени снизить максимальную ошибку определения угловых координат, однако уменьшить минимальную ошибку данным способом не удается.
Целью изобретения является повышение точности определения угловых координат.
Для достижения указанной цели в способе определения угловых координат объекта, наблюдаемого через турбулентную атмосферу, путем подсчета объекта электромагнитным излучением оптического диапазона частот, фокусировки изображения и определения центра тяжести этого изображения, согласно изобретению, перед определением центра тяжести изображения осуществляют спектральную фильтрацию сфокусированного изображения объекта, регистрируют это изображение за время меньшее времени "замороженности" турбулентной атмосферы, в результате чего получают "пятенное" изображение, фотометрируют такое изображение и выделяют из него минимальное пятно с максимальной плотностью интенсивности в нем, и по нему судят об угловых координатах объекта.
Возможность повышения точности определения угловых координат объекта вышеописанным способом основывается на том, что спектрально фильтруемые короткоэкспозиционные изображения удаленных объектов, наблюдаемых через турбулентную атмосферу, представляют собой "пятенные" картины. Эти пятна физически обусловлены интерференцией световых волн, дифрагировавших на фазовом экране, создаваемом турбулентной атмосферой перед апертурой приемной оптической системы (телескопа). Случайные изменения этого экрана приводят к флуктуациям формируемого изображения. Известно, что при отклонении оси телескопа от зенита, т.е. при типовом режиме оптической локации (наблюдении на наклонных и горизонтальных трассах) профиль отдельного пятна аппроксимируется функцией Эйри системы атмосфера-телескоп, и по мере удаления пятна от центра изображения амплитуда центрального максимума этой функции уменьшается, а его ширина увеличивается, т.е. меняется плотность интенсивности (энергии) в пятне по мере удаления от центра "пятенного" изображения. Минимальными размерами и максимальной плотностью интенсивности обладает пятно при зенитном угле, равном нулю. В реальных ситуациях, когда значение зенитного угла достигает десятков градусов, положение центра тяжести "пятенного" изображения объекта может отличаться от положения центра тяжести минимального пятна с максимальной плотностью на ширину пятна из-за искажения "пятенной" структуры внутри пятна и перераспределения плотности интенсивности за счет регулярной и случайной рефракции. Определение координат минимального пятна с максимальной плотностью интенсивности в этих условиях позволяет добиться наивысшей точности.
На чертеже представлена блок-схема устройства, с помощью которого может быть реализован способ, соответствующий изобретению.
Устройство определения угловых координат объекта содержит источник подсвета 1, линзу 2, оптический фильтр 3, оптический затвор 4, фоторегистратор 5, фотометр 6, анализатор геометрических и энергетических характеристик "пятенного" изображения 7 и вычислительное устройство 8. На чертеже также условно обозначены объект 9 и турбулентная атмосфера 10.
Устройство работает следующим образом.
Излучение от источника подсвета 1, отражаясь от объекта 9, проходит через турбулентную атмосферу 10, фокусируется линзой 2 и спектрально фильтруется оптическим фильтром 3. С помощью оптического затвора 4 и фоторегистратора 5 осуществляется регистрация изображения объекта за время меньшее времени "замороженности" турбулентной атмосферы 10. В результате на фотопластинке формируется "пятенное" изображение объекта, которое фотометрируется фотометром 6. Данные с фотометра 6 и с фоторегистратора 5 поступают в анализатор геометрических и энергетических характеристик "пятенного" изображения 7, который осуществляет выделение минимального пятна с максимальной плотностью интенсивности. Вычислительное устройство 8 производит определение центра тяжести изображения этого пятна, по которому судят об угловых координатах объекта.
Предусмотренное изобретением и использование информации об искажениях, вносимых турбулентной атмосферой, содержащейся в "пятенной" структуре спектрально-отфильтрованного короткоэкспозиционного изображения объекта, и исключение влияния регулярной рефракции позволяет существенно увеличить точность определения угловых координат наблюдаемых объектов и в конечном счете повысить эффективность функционирования оптических локационных систем.
Формула изобретения
Способ определения угловых координат объекта, наблюдаемого через турбулентную атмосферу, путем подсвета объекта электромагнитным излучением оптического диапазона частот, фокусировки изображения и определение центра тяжести этого изображения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения угловых координат, перед определением центра тяжести изображения осуществляют спектральную фильтрацию сфокусированного изображения объекта, регистрируют это изображение за время меньшее времени "замороженности" турбулентной атмосферы, в результате чего получают "пятенное" изображение, фотометрируют такое изображение и выделяют из него минимальное пятно с максимальной плотностью интенсивности в нем и по нему судят об угловых координатах объекта.
РИСУНКИ
