Способ определения угловых координат на источник направленного оптического излучения
METHOD OF DETERMINING ANGULAR COORDINATES TO DIRECTED OPTICAL RADIATION SOURCE

Изобретение относится к области оценки угловых координат источника оптического излучения и может быть использовано в системах обеспечения вхождения в связь, нацеливания оптических лучей, траекторных измерений.
Наиболее близким по технической сущности (прототипом) к заявляемому изобретению является способ определения направления на источник оптического излучения (ИОИ) по рассеянной в атмосфере составляющей (см., например, А.Ю. Козирацкий, Ю.Л. Козирацкий, В.В. Капитанов, П.Е. Кулешов и др. Способ определения угловых координат источника оптического излучения по рассеянной в атмосфере составляющей. Заявка патента на изобретение №2013129420 от 26.06.2013, Россия, G01S 17/06, бюллетень №1 от 27.01.2015), основанный на применении оптико-электронного координатора (ОЭК) с матричным фотоприемником (МФП), привязке положения фоточувствительных элементов МФП к декартовой системе координат, приеме излучения ИОИ ОЭК с МФП, выделении не менее шести фотоэлементов МФП, сигналы на выходе которых равны между собой, определении их координат и вычислении по их значениям угла места ε и азимута β ИОИ. Основным недостатком способа является невозможность определения принадлежности ИОИ верхним полупространствам, ограниченным плоскостью фоточувствительной поверхности (ФЧП) МФП и плоскостью, образованной малой осью эллипса изображения ИОИ и нормалью, проведенной из центра эллипса (справа, слева относительно малой оси эллипса изображения ИОИ).
Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является снятие ограничений на неоднозначность определения угла места на ИОИ.
Технический результат достигается тем, что в известном способе определения угловых координат на ИОИ, основанном на применении ОЭК с МФП, привязке положения фоточувствительных элементов МФП к декартовой системе координат, принимают излучение ИОИ ОЭК с МФП, выделяют не менее шести фотоэлементов МФП, сигналы на выходе которых равны между собой, определяют их координаты, вычисляют по их значениям углы места ε и азимута β ИОИ, определяют суммарный сигнал S1 выделенных шести фотоэлементов МФП, осуществляют наклон плоскости МФП по углу места ε в направлении его увеличения, повторно определяют суммарный сигнал S2 выделенных шести фотоэлементов МФП, сравнивают полученные значения сигналов S1 и S2, если S1>S2, то устанавливают принадлежность ИОИ верхнему полупространству, ограниченному плоскостью ФЧП МФП диапазона углов от 0° до 90°, если S1<S2 - верхнему полупространству диапазона углов от 90° до 180°.
Сущность изобретения заключается в применении одного ОЭК с МФП, осуществляющим прием части основного оптического излучения. Угол места и азимут ИОИ определяются по значениям координат фотоэлементов МФП, сигналы на выходе которых равны между собой. Суммируют сигналы выделенных шести элементов МФП, осуществляют наклон ФЧП МФП в плоскости угла места и повторно определяют сумму значения сигналов выделенных шести элементов. Сравнивают полученные значения суммарных сигналов и по результатам сравнения определяют принадлежность угла места ИОИ одному из верхних полупространств, ограниченных плоскостью ФЧП МФП.
На фигуре 1 приведена схема, поясняющая способ (где обозначены: 1 - исходное положение ФЧП МФП, 2 - положение ФЧП МФП, имеющее наклон под углом ϕ в плоскости угла места, 3 - плоскость МФП, 4 - изображение оптического излучения на поверхности МФП, 5 - ИОИ, 6 - левое полупространство, 7 - правое полупространство). Оптический луч от ИОИ 5 падает на ФЧП МФП 3, при этом образуется изображение 4 оптического излучения с линиями равной интенсивности в виде части эллипса. Выходные сигналы фотоэлементов МФП сравнивают между собой. По результатам сравнения выбирают минимум шесть фотоэлементов МФП, имеющих равные значения выходных сигналов, суммируют значения полученных шести сигналов S1, определяют координаты этих фотоэлементов МФП, по которым вычисляют значения угловых координат (угол места ε и азимут β) ИОИ 5. Осуществляют наклон ФЧП в плоскости угла места ε на угол β, позволяющий отследить смещение изображения оптического излучения 4 на ФЧП МФП 3. Повторно определяют суммарный сигнал S2 выделенных шести фотоэлементов МФП. Сравнивают полученные значения сигналов S1 и S2, если S1>S2, то устанавливают принадлежность ИОИ верхнему полупространству, ограниченному плоскостью ФЧП МФП диапазона углов от 0° до 90°, если S1<S2 - верхнему полупространству диапазона углов от 90° до 180°.
На фигуре 2 приведена схема устройства, реализующего предложенный способ. Устройство включает МФП с формирующей оптикой (8), микроконтроллер (9), блок управления сканирующим устройством (10), сканирующее устройство (11).
Устройство функционирует следующим образом. Каждый элемент МФП 8 имеет координатную привязку в декартовой системе координат. На поверхности МФП 8 формируется изображение ИОИ в виде части эллипса. С выхода МФП 8 выходные сигналы фотоэлементов поступают в микроконтроллер 9, где происходит их сравнение между собой. По результатам сравнения определяются не менее шести фотоэлементов МФП 8, имеющих равные значения выходных сигналов, и определяются их координаты, по которым происходит вычисление (см., например, А.Ю. Козирацкий, Ю.Л. Козирацкий, В.В. Капитанов, П.Е. Кулешов и др. Способ определения угловых координат ИОИ по рассеянной в атмосфере составляющей. Заявка патента на изобретение №2013129420 от 26.06.2013, Россия, G01S 17/06, опубликована в бюллетене №1 от 27.01.2015) угловых координат (угол места ε и азимут β) ИОИ.
Для определения принадлежности угла места ИОИ одному из верхних полупространств, ограниченных плоскостью ФЧП МФП, микроконтроллер 9 вычисляет суммарный сигнал S1 выделенных шести фотоэлементов, а значение угла места передает в блок управления 10. Блок управления 10 формирует управляющий сигнал, который поступает на вход сканирующего устройства 11. Сканирующее устройство 11 осуществляет наклон ФЧП МФП 4 в плоскости угла места в направлении его увеличения на угол, позволяющий отследить смещение изображения оптического излучения на ФЧП МФП 8. С выхода МФП 8 с тех же самых выделенных фотоэлементов выходные сигналы поступают в микроконтроллер 9, где происходит их суммирование S2. Далее микроконтроллер 9 осуществляет сравнение значений полученных сумм сигналов S1 и S2 и по результатам сравнения устанавливает принадлежность угла места ИОИ одному из верхних полупространств.
Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений неизвестен способ определения угловых координат на ИОИ, основанный на применении ОЭК с МФП, привязке положения фоточувствительных элементов МФП к декартовой системе координат, приеме излучения ИОИ ОЭК с МФП, выделении не менее шести фотоэлементов МФП, сигналы на выходе которых равны между собой, определении их координат, вычислении по их значениям угла места ε и азимута β ИОИ, определении суммарного сигнала S1 выделенных шести фотоэлементов МФП, осуществлении наклона плоскости матричного фотоприемника по углу места ε в направлении его увеличения, повторном определении суммарного сигнала S2 выделенных шести фотоэлементов МФП, сравнении полученных значений сигналов S1 и S2, если S1>S2, то устанавливается принадлежность ИОИ верхнему полупространству, ограниченному плоскостью ФЧП МФП диапазона углов от 0° до 90°, если S1<S2 - верхнему полупространству диапазона углов от 90° до 180°.
Предлагаемое техническое решение практически применимо, так как для его реализации могут быть использованы типовые оптические и радиотехнические узлы и устройства. Например, для вычисления угловых координат на ИОИ, могут быть использованы контроллеры, осуществляющие алгоритмы вычисления по поступающим данным о значениях координат фотоэлементов и их сигналов МФП. Наклон ФЧП МФП может осуществляться с использованием механических сканирующих платформ различного типа (см., например, Криксунов Л.З. Справочник по основам инфракрасной техники. - М.: Сов. радио, 1978, стр. 210).