Светолокационный дальномер

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s 01 С 3/08

ОП И САН И Е И ЗОБ РЕТЕ Hl4

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

l 1(/

2Р

B lp э 5

Z> 1х г, 7. = Z е г й

r, =9 ) /2 меньшей

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) 1

K (21) 2520776/23. (22) 05.09.77 (46) .07.02..93. Бюл. М 5 (71) Институт оптики атмосферы СО . AH СССР и СКБ научного приборостроения нОптнка" .СО АН СССР: . (72) С.А.Раничкин и А.А.Тихомиров (53) 528.517 (088.8) (56) ФРГ..Акцентованная заявка

И 1953594, кл, 42 i 20/03, 1973.

Авторское свиретельство СССР

? 563658, кл. r- 01 W 1/00, 31.12,75. (5")(57) СВЕТОЛОКАЦИОННцй ДАЛЬНОМЕР, содержащий источник направленного излучения и приемную систему с объективом, диафрагмой, установленной в

Фокальной,плоскости объектива, светоФильтрами и Фотодетектором, и блоком обработки, отличающийся тем, что, с целью регулирования ве-. личины регистрируемого светового потока за счет параметров диафрагмы, увеличения отношения сигнал/шум, в нем диафрагма выполнена ограниченной по оси симметрии двумя разнесенными полуокружностями разного радиуса, а бо" ковые стороны образованы кривыми, касательными к полуокружности меньшего ралиуса, и прямыми, касательными одновременно к кривым и к окружностям большого радиуса, где радиус большей полуокружности определяется соотношением

„, БЦ„„687905 A 1 кривые выполнены в соответствии с выражением а расстояние межпу центрами полуокружностей равно

В И у2,— г2 н где 0 - угол расходимости источника излучения; - фокусное расстояние объектива;

P - задаваемое значение принимаемого постоянного потока;

F - поток, поступающий на объектив с дальности; х и у - координаты, описывающие профиль диафрагмы;

Ен — задаваемая начальная ральность приема постоянного по-. тока;

Z - предельно возможная дальб ность приема постоянного по" тока, определяемая из соот- . С ношения

 — расстояние между оптическими осями источника излучения. и приемной системы в месте их расположения.

6()7905 х х 1.у(х)= )() -(-) + d(— о грф

40 координаты, описывающие профиль диафрагмы;

Фокусное расстояние .объ- 4g .ектива оптической системы; половина угла расходимости пучка излучателя; расстояние между оптическими осями приемного устройства и излучателя; соответственно, началь-. ная и конечная дальности лоцирования с приемом постоянного по величине потока дальности Е и Ез опресоотношений где х и у о " ь

При этом деляются иэ

Изобретение относится к локационной технике и может быть использовано для лоцирования объектов и зондирования атмосферы. 5

Известно устройство для оптического лоцирования по сигналам; обратного рассеяния, содержащее источник импульсного направленного излучения и расположенную рялом приемную сис" тему,. включающую объектив, полевую диафрагму некруглой Формы, светофильтры, Фотодетектор и блоки обработки.

Применение полевой диафрагмы не- 15 круглой Формы позволяет за счет частицного виньетирования сохранять постоянной величину регистрируемого потока при лоцировании в пределах .определенных дальностей. Однако-пред-р0 ложенная в указанйом устройстве Фор-, .ма .полевой диафрагмы обеспечивает постоянство потока лишь в небольшом диапазоне дальностей и ограничивает максимальную дальность лоцирования.

Ближайшим по технической сущности . является устройство, содержащее разнесенные и имеющие параллельные оптицеские.оси излучатель и приемное устройство с оптической системой, в 30

Фокусе которой размещена полевая диафрагма, а также светофильтрами Фото- . приемником и схемой обработки, где полевая диаФрагма выполнена в: соот..-.ветствии с выражением 35

Z о (+ру

rpe g †.половине угла поля зрения приемного устройства.

Недостатками светолокационного измерителя с полевой диафрагмой, выполненной в соответствии с выражением (1),.являются: отсутствие возможности регулирования величины мощности регистрируемого постоянного по" тока, существование протяженной переходной зоны нарастания сигнала, сужающей диапазон лоцируемых дальностей,: низкое отношение сигнал / шум при Фоновых засветках.

Величину принимаемого постоянного потока можно регулировать практически в этом измерителе лишь за счет . изменения мощности источника излучения, поскольку через полевую диафрагму при любых параметрах иэмерителя проходит строго определенная часть энергии посылаемого и рассеянного затем в атмосфере излучения.

Такая регулировка приводит к вариациям дальности зондирования и ус-.. . ложняет обработку сигналов. На нацаЛьной дальности лоцирования Z при форме полевой диафрагмы, выполненной в соответствии с выражением (1), в результате виньетирования Фиксируется нулевой поток. Поэтому существующая переходная область нарастания сигнала не обеспечивает заданный диапазон дальностей от 7> po Z>. Полезный поток, поступающий на приемный объектив во всем диапазоне лоцируемых дальностей, проходит только через часть площади полевой диафрагмы, посколькуо(, а Фоновые излучения - через всю площадь, уменьшая тем самым отношение сигнал/шум и ограничивая дальность лоцирования в присутствии внешних истоцников излучений. Кроме того, выполнить проФиль полевой диафрагмы, удовлетво" ряющий с высокой точностью выражению (1), технически очень сложно изза острого протяженного и узкого конца диафрагмы, Отклонения от формы приводят к изменению дина" мики регистрируемого сигнала.

Целью изобретения является регулирование величины постоянного пото ка за счет параметров полевой диафрагмы и увеличение отношения сигнал/шум.

10 меньшей

2Р

r = r

Д у у полевая диафрагма.

В(Р > т

r — х

4 ЕВ х

55

5 6

Указанная цель достигается за счет того, что в известном устройстве полевая диафрагма выполнена в виде симметричной геометрической фигуры, ограниченной по оси симметрии двумя разнесенными полуокружностяни .разного радиуса, а боковые стороны образованы кривыми, касательными к полуокружности меньшего радиуса и прямыми, касательными одновременно к кривым и к полуокружности большего радиуса, где радиус большей . полуокружности определяется соотношением.кривые выполнены в соответствии с выражением а расстояние между центрами полуокружностей равно.ве я = — — r и и где 9 - угол расходимости источника

Излучения;

g — фокусное расстояние объектива;

P — задаваемое значение мощности постоянного потока;

P — поток, поступающий на 6бъ. ектив с дальности; х .и у — координаты, описывающие профиль боковых сторон диафрагмы;

Z Ä - задаваемая начальная дальность приема постоянного потока;

Z> — предельно достижимая дальность постоянного потока, опререляемая из соотношения:

B †-. . расстояние между оптическими осями источника излучения и приемной системы в месте их расположения.

Причем ось симметрии диафрагмы лежит в плоскости расположения оптических осей передатчика и приемной системы и совпадают с осью у. Заме87905 6 на острого конца диафрагмы на полуокружность с задаваемым рариусом, позволяет регулировать величину принимаемого постоянного потока и улучшает технологичность изготовления диафрагмы, Устранение участков диаФрагмы, через которые не проходят полезные потоки от лоцируемой среды, уменьшает ее площадь и сводит к минимуму величину фонового потока. Это приводит к повышению отношения сигнал/шум и позволяет увеличить даль.ность лоцирования без увеличения энергии источника излучения.

На фиг.! изображена схема светолокационного дальномера, на фиг.2Светолокационный дальномер включает источник направленного излучения 1, расположенную рядом приемную систему с объективом 2 (в качестве примера приведен простой линзовый 5 объектив), полевой диафрагмой 3, ус тановленной в фокальной плоскости объектива, помещенными. за диафрагмой светофильтром 4 и фотодетектором 5 и блоком обработки 6. Полевая диаФрагма ограничена по оси симметрии (ось у) двумя полуокружностями 7 и

8 разного радиуса. Боковые стороны диафрагмы образованы кривыми -9, касательными к полуокружности 7, мень35 шего рариуса и прямыми 10 одновременно касательными к кривым 9 и полуокружности 8 большего радиуса.

Центр A системы координат х, у совпадает с. центром полуокружности 8, а, 4Q. ось Y ..является осью симметрии диаФрагмы и лежит в той же плоскости, что .оптические оси источника излу-, чения Р О, и приемной системы 0 0, которые могут быть параллельными или образовывать между собой некоторый угол. Установлена полевая диафрагма

3 в Фокальной плоскости объектива 2 так, что центр полуокружности 8 ра- диуса г, лежит на оптической оси объектива 2 при параллельных оптичес" ких осях источника 1 и приемной системы, или смещен от нее на величину, пропорциональную произведению фокуса объектива 2 на угол между оптическими осями

При посылке излучения в лоцируемую среру происходит его рассеяние по трассе на веществе среды. Часть излучения, рассеянного в обратном направлении, поступает на приемный .объектив 2 и создает в Фокальной плоскости последнего изображение рассеивающего объема. Пока посылаемое излучение не достигнет определенной дальности Е, изображение лоцируемой среды не будет перекрываться полевой диафрагмой 3 и регистрируемый сигнал равен нулю, По мере удаления от дальномера лоцируемого. объема его изображение, перемещаясь вдоль оси у, перекроет диафрагму 3, при этом на дальности от Е до Е д происходит нарастание . сигнала и при

Z. = Е д он достигнет заданной величины Р. дальнейшее увеличение расстояний до рассеивающего объема.от Z„

pQ Е приводит к уменьшению поступающего на объектив 2 потока обратно пропорционально квадрату расстояния„ Однако это уменьшение компенсируется в равной степени снижением виньетирующего действия полевой диафрагмы 3. Это достигается необходимым увеличением ее размеров. Поэтому величина регистрируемого потока, пришедшего на фотодетектор 5, остает7905 8 ся в указанном промежутке ральностеи постоянной. начиная с расстояний Е. — Ев, К0Н пенсировать уменьшение поступающей на объектив 2.мощности за счет размеров полевой диафрагмы 3 невозможно, поскольку размер диафрагмы по оси х достигает максимальной величины, равд ной размеру пятна изображения. Поток, поступающий с предельной дальности зондирования, проходит через часть диафрагмы 3, ограниченную полуокружностью с большим радиусом.

Таким образом потоки создающие по лезный сигнал, проходят через полевую диафрагму 3 с различной степенью ваньектирования, чем и ростигается

20 их постоянство в пределах определен-ного диапазона дальностей. Причем . величина постоянного потока задается размером части диафрагмы, ограниченной полуокружностью меньшего радиуса т, а сама диафрагма макси" мально используется для пропускания полезных потоков, через светофильтр на фотоприемник.

687905

О, Гоставитель И.Андрианова

Редактор О.Филиппова Техред М.Моргентал Корректор Н.Гунько

Заказ 1093 Тираж Подписное

ИНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат Патент., г. Ужгород, ул. Гагарин н н а ина 101