Устройство лазерной локации заданной области пространства

Полезная модель относится к измерительной технике, конкретно к лазерной локации, и может быть использована в измерительной аппаратуре, системах предупреждения столкновения транспортных средств, в навигационных устройствах и в системах охранной сигнализации.
Известно устройство оптической локации, содержащее импульсный передатчик, блок обзора пространства, приемоответчик, блок обработки информации, индикатор дальности и распознавания. Указанное устройство обеспечивает автоматическое распознавание и сопровождение движущего объекта, оснащенного приемоответчиком, выполненным в виде кодируемой матрицы и матрицы уголковых отражателей. Авторское свидетельство СССР № 1649270, МПК G01C 3/08, 15.05.1991. Недостатком данного устройства является то, что оно может быть применено только при обнаружении и сопровождении заранее подготовленных объектов.
Известен измеритель малых расстояний, содержащий блок обзора пространства, включающий передающую и приемную оптические системы с пересекающимися полями зрения, источник светового излучения, фотоприемное устройство и вычислительное устройство (регистратор). Передающая оптическая система выполнена в виде коллиматора с узким полем зрения. Поле зрения принимающей оптической системы характеризуется значительно большим углом обзора. Узкое поле излучения передающей оптической системы обеспечивает достаточно высокую точность измерения расстояния до наблюдаемого объекта за счет значительной плотности световой энергии и позволяет системе иметь высокое пространственное разрешение. Авторское свидетельство СССР № 491029, МПК G01C 3/00, 04.06.1973. Недостатком данного устройства является то, что широкое поле зрения приемной оптической системы увеличивает величину принимаемых фоновых помех.
Известно также устройство для лазерной локации заданной области пространства, содержащее блок управления, соединенный с импульсным лазерным источником света и фотоприемником, передающую оптическую систему, содержащую объектив в виде цилиндрической линзы, в фокальной плоскости которой расположен источник света, приемную оптическую систему, в фокальной плоскости которой установлен фотоприемник, при этом зона чувствительности образована пересечением поля излучения передающей оптической системы и поля зрения приемной оптической системы. Кроме того, для расширения области пространства, в которой проводится лазерная локация, передающая и приемная оптические системы установлены на панели, которая может изменять пространственную ориентацию. Патент РФ на изобретение № 2375724, МПК G01S 17/02, 10.12.2009. Недостатком устройства является то, что для расширения области пространства, в которой проводится лазерная локация, вводится механический привод ориентирования. Это усложняет устройство и увеличивает его габариты.
Известно также устройство для лазерной локации заданной области пространства, содержащее блок управления, выход которого соединен с импульсным лазерным источником света, а вход с фотоприемником. Устройство содержит также передающую оптическую систему с полем зрения, выполненную в виде цилиндрической линзы, в фокальной плоскости которой установлен источник света, приемную оптическую систему с полем зрения, выполненную в виде цилиндрической линзы, в фокальной плоскости которой установлен фотоприемник. При этом зона чувствительности образована пересечением поля излучения передающей оптической системы и поля зрения приемной оптической системы. Устройство снабжено выпуклым коническим зеркалом, размещенным перед передающей и принимающей оптическими системами. Передающая оптическая система составлена из n идентичных пар перпендикулярно скрещенных цилиндрических линз с совпадающими главными оптическими осями и фокальными плоскостями. Пары цилиндрических линз размещены равномерно по окружности, в центре которой закреплена приемная оптическая система с главной оптической осью, совпадающей с осью симметрии зеркала и параллельной главным оптическим осям пар цилиндрических линз передающей оптической системы. Перед фотоприемником установлен узкополосный светофильтр, пропускающий в узком спектральном диапазоне излучение импульсных лазерных источников света. Патент РФ на изобретение № 2516376, МПК G01S 17/02, 20.05.2014.
Недостатком указанного устройства является чрезмерная сложность устройства лазерной локации заданной области пространства, заключающаяся в необходимости использовать n лазеров и n пар цилиндрических линз в передающей оптической системе.
Известно также устройство лазерной локации заданной области пространства, содержащее блок управления, лазер, передающую оптическую систему, образованную конусом с внешней отражающей поверхностью и усеченным конусом с внутренней отражающей поверхностью, приемную оптическую систему, в фокальной плоскости которой расположен приемник излучения, выполненный в виде матричного фотоприемного устройства, интерференционный фильтр, установленный перед приемником излучения, и коническое зеркало, размещенное перед передающей и приемной оптическими системами, при этом зона чувствительности образована пересечением поля излучения передающей оптической системы и поля зрения приемной оптической системы. Патент РФ на полезную модель № 173766, МПК G01S 17/02, 11.09.2017. Данное устройство выбрано в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является отсутствие управления полем излучения передающей оптической системы устройства лазерной локации, так как в прототипе поле излучения имеет круговую диаграмму направленности.
Техническим результатом полезной модели является осуществление управления диаграммой направленности устройства лазерной локации.
Технический результат достигается тем, что в устройстве лазерной локации заданной области пространства, содержащем блок управления, лазер, передающую оптическую систему, образованную конусом с внешней отражающей поверхностью и усеченным конусом с внутренней отражающей поверхностью, приемную оптическую систему, в фокальной плоскости которой расположен приемник излучения, выполненный в виде матричного фотоприемного устройства, интерференционный фильтр, установленный перед приемником излучения, и коническое зеркало, размещенное перед передающей и приемной оптическими системами, при этом зона чувствительности образована пересечением поля излучения передающей оптической системы и поля зрения приемной оптической системы, конус с внешней отражающей поверхностью передающей оптической системы установлен основанием на двухкоординатном столике, поверхность которого расположена по нормали к лазерному пучку.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлен продольный разрез устройства лазерной локации заданной области пространства.
На фиг. 2 приведено сечение А–А.
Устройство содержит внешний цилиндрический корпус 1 со светопрозрачным окном 2, блок управления 3, соединенный кабелями 4 с лазером 5 и приемником излучения 6, размещенными во внутреннем цилиндрическом корпусе 7, который через пилоны 8 соединен с внешним корпусом 1. В качестве приемника излучения 6 используют матричное фотоприемное устройство (МФПУ) с требуемым количеством чувствительных элементов в матрице. Во внутреннем цилиндрическом корпусе 7 расположена приемная оптическая система 9, в фокальной плоскости которой расположен приемник излучения 6, перед которым установлен интерференционный фильтр 10. Оптическая ось приемной оптической системы 9 совпадает с оптической осью лазера 5. Симметрично относительно оптической оси расположены конус 11 с внешней отражающей поверхностью и усеченный конус 12 с внутренней отражающей поверхностью, соединенные с внешним корпусом 1.
Конус 11 установлен основанием на поверхности двухкоординатного столика 18 (фиг. 2), который жестко связан с внешним корпусом 1. Поверхность двухкоординатного столика 18 с закрепленным конусом 11 может перемещаться в плоскости, расположенной по нормали к лазерному пучку. Указанное перемещение осуществляется по программе от блока управления 3.
Работа устройства осуществляется следующим образом. Блок 3 формирует сигналы на включение лазера 5, которые передаются по кабелю 4 на лазер 5, работающий в импульсно-периодическом режиме. Лазерный пучок круглого сечения конусом 11 и усеченным конусом 12 преобразуется в пучок кольцевого сечения, параллельный оптической оси, и направляется на коническое зеркало 13, которое формирует поле излучения 15, которое распространяется через светопрозрачное окно 2 в окружающее пространство. Лазерный пучок, отраженный от конического зеркала 13 и прошедший окно 2, образует коническую фигуру. Зона чувствительности 14 образована пересечением поля излучения 15 лазера 5, прошедшего через окно 2, и поля зрения 16 приемной оптической системы 9. Угол α полураствора при вершине конического зеркала 13 и угол β обзора приемной оптической системы 9 выбирают исходя из требуемой конфигурации зоны чувствительности 14. Часть излучения 15, отразившись от детектируемого объекта 17, находящегося в зоне чувствительности 14, поступает через окно 2 обратно внутрь корпуса 1, отражается от зеркала 13 и попадает на входную апертуру приемной оптической системы 9. Приемная оптическая система 9 формирует изображение объекта 17 на поверхности МФПУ 6, расположенного в фокальной плоскости оптической системы 9. Интерференционный фильтр 10 уменьшает фоновую засветку МФПУ 6. При этом в зависимости от положения детектируемого объекта 17 в зоне чувствительности 14 задействуются те или иные чувствительные элементы МФПУ 6. МФПУ 6 трансформирует световое излучение в электрический сигнал, передаваемый в блок 3 по кабелю 4.
В блоке 3 по заложенному алгоритму фиксируются: факт нахождения объекта 17 в зоне чувствительности 14; угловое положение объекта 17 – по факту задействования тех или иных чувствительных элементов МФПУ 6; расстояние до объекта 17 – по времени задержки между переданным и принятым импульсами излучения. При необходимости изменения диаграммы направленности блок управления 3 передает необходимые сигналы на электрические приводы координатного столика 18. Перемещение конуса 11 вместе с поверхностью координатного столика 18 в плоскости, расположенной по нормали к лазерному пучку, приведет к сужению диаграммы направленности поля излучения 15 в требуемом направлении. Целесообразность управления диаграммной направленности обусловлена потребностью осуществлять поиск объекта при широкой диаграмме и осуществлять его сопровождение при более узкой диаграмме направленности. Возможность перемещения поверхности двухкоординатного столика 18 по двум осям обеспечивает управление полем излучения 15 и, следовательно, диаграммой направленности устройства лазерной локации во всем диапазоне углов.
Таким образом, вышеописанные отличия устройства лазерной локации от прототипа позволяют управлять диаграммой направленности устройства лазерной локации.