УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОБЪЕКТ

УСТРОЙСТВО для ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ
ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОБЪЕКТ
Полезная модель относится к технике связи и может использоваться для определения направления излучения от излучателя на объект и для определения на этом объекте направления излучения, попавшего на него.
Известны трехгранные уголковые отражатели (Оптико-электронные приборы космических аппаратов. Изнар А.Н., Павлов А.В., Федоров Б.Ф. М.: Машиностроение, 1972. -368 С4А.с.№ 1190440, Н 01 Q 15/18, опубл. Б.И. № 41, 1985), которые отражают падающий поток в направлении, противоположном направлению падения.
Уголковый отражатель выполнен в виде тетраэдра и образован тремя взаимно перпендикулярными плоскими гранями. Таким образом, по углу, под которым возвращается отраженный поток излучения, можно определить местоположение объекта, на котором находится отражатель.
Такой отражатель работоспособен только при падении на него потока излучения в секторе в несколько десятков градусов как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях.
Паиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является всенаправленный отражатель, который состоит из восьми трехгранных уголковых отражателей и сформирован так, что все грани касаются друг друга и все вершины отражателей находятся в одной точке (Патент № 2072596, nOlQ 15/18, опубл. Б.И. № 3, 1997).
г о-  ,0515
H01Q 15/18
Это устройство может определить только направление излучения от излучателя на объект, на котором оно расположено. Кроме того не всегда бывает необходимость использовать способность этого устройства всенаправленного переизлучения, как например, для связи между объектами, находящимися на суше или на море. В этом случае необходима только круговая зона отражения в горизонтальной плоскости и с шириной диаграммы направленности переизлучения в несколько десятков градусов.
Полезная модель решает задачу расширения функциональных возможностей засчет определения на объекте, на котором расположено предлагаемое устройство, направления падающего на него потока излучения с одновременным упрощением конструкции.
Поставленная задача решается тем, что устройство для определения направления излучения на объект, образованное группой уголковых отражателей, каждое из которых состоит из трех взаимно перпендикулярных плоских зеркальных граней, сгруппировано из четырех трехгранных уголковых отражателей, и представляет собой симметричную конструкцию относительно горизонтальной плоскости, состоящую из двух частей, каждая из которых образована соединением вертикальных граней двух уголков, при этом линия соединения восьми граней обеих частей является горизонтальной осью устройства, на которой расположены вершины всех четырех отражателей, через которые проходит вертикальная ось, на которой расположены плоское зеркало под углом 45°, выполненное с возможностью вращения вокруг нее, четырехплощадочный фотоприемник, светочувствительная поверхность которого
fLOClfffi
.(
перпендикулярна к вертикальной оси, проходящей через центр фотоприемника, и объектив, оптическая ось которого совпадает с вертикальной осью устройства, находящийся между фотоприемником и зеркалом, при этом зеркало, отражающее излучение в сторону объектива, расположено в непосредственной близости от уголковых отражателей.
Для симплексной связи между объектами на каждом из них расположено устройство для определения направления излучения на объект, при этом каждое из устройств дополнительно содержит излучатель, жестко связанный с плоским зеркалом, центральная ось диаграммы направленности излучения которого перпендикулярна вертикальной оси и составляет угол 45° к нормали зеркала, проходящей через вертикальную ось.
Сущность полезной модели поясняется на фигурах Фиг.1 ...Фиг.5, где:
Фиг.1 - общий вид устройства;
Фиг.2 - три проекции четырехуголкового отражателя;
Фиг.З - вид элементов 16, 17, 18 по направлению В; здесь показан ход лучей от излучателя через эти элементы;
Фиг.4 - расположение пятна потока излучения, падающего на фогоприемник в направлении HI;
Фиг.З - расположение пятна потока излучения, падающего на фотонриемник в направлении Н2.
На Фиг.4 и Фиг.З показан вид фотоприемника 18 снизу.
16; щая 184; Здесь: 1 - вертикальная ось; 2,3 - горизонтальные оси; 4... 15 - зеркала - грани уголков; 4,5,6 - первый уголок (передний слева, если смотреть по направлению 7,8,9 - второй уголок (передний справа); 10,11,12 - третий уголок (задний слева); 13,14,15 - четвертый уголок (задний справа); 16- плоское зеркало; 16, 1б2 - взаимно-перпендикулярные оси, лежащие в плоскости зеркала Оз - точка пересечения взаимно-перпендикулярных осей 16i, 162, лежаа вертикальной оси 1; OsN - направление, расположенное под углом 45° к плоскости зеркала 17- объектив; 18- четырехплощадочный фотоприемник, с площадками 18i, 182, 18;,, О - точка всех вершин уголков; Oi8 - центр фотоприемника;  Cl/C t
19- всенаправленный четырехуголковый отражатель предложенного устройства;
20- излучатель;
21- продольная ось излучателя.
В устройстве использовано двенадцать плоских зеркал 4... 15 треугольной формы или в форме четверти окружности.
Каждый уголковый отражатель (это 4,5,6 - первый уголок; 7,8,9 - второй уголок; 10,11,12-третий уголок; 13,14,15 - четвертый уголок) выполнен в виде тетраэдра, содержит три отражающие грани (зеркала), отражающие поверхности которых расположены внутрь, причем все двугранные углы между отражающими гранями равны  .
Фотоприемник 18 плоский четырехплощадочный, фоточувствительные площадки которого должны иметь одинаковую чувствительность, а центр фотоприемника Oig должен находится на вертикальной оси 1. Фоточувствительная поверхность фотоприемника перпендикулярна вертикальной оси 1 и находится в фокальной плоскости объектива 17, который в простейшей конструкции представляет собой одну собирающую линзу.
Плоское зеркало 16 должно пересекаться вертикальной осью и располагаться под углом 45° к ней. Зеркало 16 вращается вокруг вертикальной оси 1, со скоростью несколько оборотов в секунду.
5 С1/СГ7
Четырехуголковый отражатель 19, объектив 17 и фотоприемник 18 жестко соединены между собой. Отражатель 19 и зеркало 16 находятся в непосредственной близости между собой, но не закрывают друг друга.
В качестве излучателя 20 для целей оптической связи применяются излучатели с инфракрасным (ИК) излучением. В простейшем случае для небольших расстояний может быть применен излучающий ИК диод с собирающей линзой для создания узкой диаграммы направленности. Конструктивно излучатель 20 закреплен на верхнем краю зеркала 16, расположенном в сторону объектива 17. Излучатель 20 не должен ограничивать падающий и отраженный потоки зеркала 16.
Центральная ось диаграммы излучения излучателя 20 направлена по продольной оси 21 и параллельна направлению OsN (Фиг.1).
Направления OsN и И1 взаимно противоположны.
Устройство работает следующим образом.
Поток излучения Ф (Фиг.1), лежащий почти в горизонтальной плоскости, от излучателя может падать в любой уголковый отражатель, в котором после трех отражений от трех граней выходит в направлении, противоположном направлению излучения. В этот момент у излучателя с помощью фотоприемника (как будет показано далее, этот фотоприемник аналогичен фотоприемнику 18) фиксируется отраженный поток излучения от отражателя 19, который находится на объекте, положение которого определяется по известному направлению потока излучения от излучателя. Независимо от углового положения устройства вокруг вертикальной оси падающий поток будет
6iua /cf f c
отражаться одним из уголковых отражателей, т.е. устройство имеет круговую зону отражения потока излучения в горизонтальной плоскости.
Для определения ширины диаграммы отражения излучения в вертикальной плоскости рассмотрим частный случай: поток падает в направлении А на зеркала 4 и 5. Построив ход отраженных лучей от зеркал 4 и 5 по правилам геометрической оптики, заключаем, что отражатель 19 работоспособен при допустимом угле отклонения падающего потока от горизонтальной плоскости до ± 45°.
Определение направления падающего потока излучения на объекте ведут с помощью элементов 16, 17, 18, для чего проводят непрерывное вращение зеркала 16.
Допустим, что падает поток Ф в направлении HI (Фиг. 3) в горизонтальной плоскости. В некоторый момент времени зеркало 16 займет положение, приведенное на Фиг.5. В этот момент поток Ф согласно закона геометрической оптики отразиться от зеркала 16 в направлении НГ и через объектив 17 сфокусируется в центре фотоприемника 18 в виде пятна (Фиг. 4). Форма пятна будет в виде круга, так как оно представляет собой изображение источника излучения. Центр пятна Оп совпадет в этот момент с центром фотоприемника Oig. В этот момент сумма сигналов Ui+U4 равна сумме сигналов и2+из,так как сигналы пропорциональны освещаемым площадям.
При этом условии зеркало 16 останавливается, и это фиксированное положение зеркала 16 отражает падающий на него поток Ф в направлении Н1
./€Г1
Ui+U2  U3+U4(1)
будет свидетельствовать о том, что направление падающего потока лежиг в горизонтальной плоскости.
Таким образом, направление HI является зарегисгрированным на объекте направлением падающего потока на объект.
Если же пятно на фотоприемнике 18 займет другое положение (Фиг. 5). то нарущается равенство (1), так как поток от зеркала 16 согласно закона геометрической оптики отразится в другом направлении Н2. Соотношение сумм (Ui+U2) / (U3+U4) пропорционально величине смещения OnOix пятна, которое в соответствующем масщтабе отражает величину угла 6 отклонения падающего потока в вертикальной плоскости.
Предложенное устройство может использоваться для оптической связи между подвижными объектами на суще или на море, на которых располагаются предложенные устройства.
Передающий абонент А1 сканирует узким лучом потока излучения в горизонтальной плоскости (т.е. вращая излучатель 20 с зеркалом 16), а также под некоторым углом 9 автоматически или вручную, стараясь прицелиться на приемное устройство абонента А2; причем поток излучения промодулирован определенной информацией, необходимой для вызова. При попадании луча на отражатель 19 абонента А2 по отраженному потоку у абонента А1 появляется информация о местоположении абонента А2, так как отраженный поток приходит по направлению HI (Фиг. 3) в фотоприемник абонента А1. Теперь абонент А1 может передавать уже некоторую полезную информацию
Одновременно у абонента А2 происходит облучение рядом расположенного зеркала 16, которое всегда в дежурном режиме должно вращаться.
Как было описано ранее, при некотором положении зеркала 16 оно остановится и абонент А2 сможет определить угловое положение падающего потока в горизонтальной и вертикальной плоскостях. После этого абонент А2 нацеливает (автоматически или вручную) в этом направлении свой излучатель 20.
По отраженному потоку от отражателя 19 абонента А1 абонент А2 фиксирует факт наведения своего излучателя на устройство абонента А1, после чего он может передавать информацию.
Одновременно абонент А2 принимает информацию от абонента А1, которая отражается суммой сигналов Ui+U2+U3+U4 с фотоприемника. Эта сумма не зависит от положения пятна на фотоприемнике 18, так как она пропорциональна площади пятна; она зависит от облученности в пятне. А закон изменения облученности определяется законом изменения передаваемого сигнала в функции времени.
Таким образом, предложенное устройство, обладая принципиальной и конструктивной простотой, дает возможность определить не только местопололсение объекта относительно излучателя, но и на объекте определить угловое местополол ение падающего на него потока излучения.
Четырехуголковый отражатель 19 также можно применить и в радиодиапазоне.
9 -//crf ФОРМУЛА