СПОСОБ ТЕЛЕОРИЕНТАЦИИ ДВИЖУЩИХСЯ ОБЪЕКТОВ
METHOD OF TELEORIENTATION OF MOVING OBJECTS

Изобретение относится к лазерной технике и предназначено для формирования информационного поля лазерных систем телеориентации, навигации, оптической связи и может использоваться при управлении, посадке и стыковке летательных аппаратов, корректировке траектории полета самонаводящихся снарядов и ракет, проводке судов через узости или створы мостов, дистанционном управлении робототехническими устройствами в опасных для человека зонах.
Из уровня техники известен способ формирования информационного поля лазерной системы телеориентации (Патент US N4,111,385, опубликован 16.04.1976, МПК: F42B 13/30, F41G 7/12, F41G 7/14, F41G 9/00), основанный на использовании модулирующих растров.
К недостаткам данного способа можно отнести недостаточно высокое быстродействие и низкий энергетический потенциал, что ограничивает дальность управления.
Более совершенным является способ телеориентации (Патент GB N2133652, опубликован 25.07.1984, МПК: F41G 7/00, G01S 1/70), в котором лазерный пучок совершает возвратно-поступательное сканирование, вначале по одной координате с дискретным переходом по ортогональной координате после завершения каждого возвратно-поступательного движения лазерного пучка, а затем, после заполнения прямоугольного растра, направление сканирования меняют на ортогональное. Выделение координат управляемого объекта в информационном поле лазерной системы телеориентации основано на зависимости от этих координат длительности временного интервала между двумя соседними принимаемыми лазерными сигналами, возникающими при возвратно-поступательном сканировании лазерного пучка.
Данный способ требует дополнительных затрат времени при формировании кадра информационного поля из двух взаимно перпендикулярных растров, поскольку между тактами возвратно-поступательного сканирования лазерного пучка по строкам введены временные задержки признака координат, превышающие рабочее время.
Следует отметить также низкую помехозащищенность этого способа от случайных помеховых импульсов, которые могут попасть в большие интервалы между выделяемыми импульсами координат, что приводит к сбоям в определении координат управляемого объекта и его возможному срыву с необходимой траектории.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ формирования информационного поля лазерной системы телеориентации (Патент RU №2080615, опубликовано 27.05.1997, МПК: G01S 1/70), который выбран в качестве прототипа. Способ основан на поочередном формировании двух прямоугольных лазерных растров размерами L×L, образованных путем сканирования лазерного пучка в каждом растре по N строкам и развернутых вокруг общего центра друг относительно друга на 90°. Особенностью способа является формирование строк в растре циклами по М строк в цикле, с дискретными переходами лазерного пучка между соседними строками цикла на величину L/M. Каждую строку формируют за счет не менее трех тактов сканирования, со временем сканирования такта Тс и заданными задержками между тактами, причем только два соседних такта в каждой строке имеют встречное направление сканирования и равные времена задержек для первого и второго растров. По данному способу объект управления получает информацию о своем пространственном положении в виде двух ортогональных координат относительно центра двух последовательно формируемых лазерным пучком растров, образующих кадр. При прямом сканировании, реверсировании сканирования и дублировании последнего лазерный пучок проходит трижды по одной строке, а затем его сдвигают на шаг цикла (L/M) и повторяют операции по этой строке. Далее формируют следующий цикл, смещая сканирование лазерного пучка на ширину строки относительно первой строки предыдущего цикла, до заполнения растра. Объект управления, находящийся где-либо в пределах информационного поля, при прохождении по нему лазерного луча регистрирует, в результате, по крайней мере, по три импульса в каждом растре. При этом интервал между первым и вторым импульсами зависит от удаления фотоприемного устройства объекта от начала строки, а интервал между вторым и третьим импульсами, независим от положения объекта, что служит признаком передаваемой координаты.
Принадлежность «троек» к соответствующему растру по координатам Х и Y зафиксирована различными значениями временного интервала между вторым тактом сканирования (реверс лазерного пучка) и третьим тактом - дублированием реверса.
Но данный способ имеет ряд недостатков, снижающих его функциональную надежность - это необходимость выбора компромисса между: расходимостью луча лазерного излучения, частотой обновления информации, характеристиками самого объекта управления и т.д., как правило, не позволяет добиться равномерного распределения энергетического потенциала в поле.
Неравномерность энергетических потенциалов в растре приводит к появлению в поле управления объектом энергетических «дыр» - зон, где отсутствует лазерное поле управления, и объект не управляется. Особенно нежелательна ситуация, когда объект управления попадает в энергетическую «дыру» в течение нескольких растров подряд. Т.е. плотность распределения пропусков, в определении координат, концентрируется в нескольких зонах по дистанции. В этом случае минимальная частота обновления информации о координатах может не обеспечиваться, что приводит к сбоям в управлении объекта и возможному его срыву.
Технический результат изобретения направлен на повышение надежности управления объектом в системах телеориентации, за счет уменьшения величины плотности распределения пропусков по дистанции.
Технический результат достигается тем, что способ телеориентации движущихся объектов включает последовательное формирование двух прямоугольных ортогональных растров построчным, прямым и встречным реверсивным сканированием лазерного пучка с дублированием реверсивного сканирования, между которыми выдерживают в каждой строке заданные временные задержки при гашении излучения. Причем строки пошагово сблокированы в циклы, которые поочередно смещают на ширину строки, а шаг выбирают, равным протяженности растра, отнесенной к числу строк в цикле. При этом данный способ телеориентации движущихся объектов отличается от прототипа тем, что осуществляют смещение информационного поля на величину m в направлении, исключающем искажения в информации, принимаемой объектом управления, в каждом необходимом растре.
Причем величина m выбирается исходя из размеров энергетических «дыр» информационного поля, расходимости лазерного пучка, размера формируемого растра и количества строк в растре.
Сущность изобретения поясняется рисунками (Фиг.1 - Фиг.4).
На Фиг.1 представлена траектория движения лазерного пучка при формировании первого и второго растров без смещения.
На Фиг.2 представлена диаграмма распределения энергетических потенциалов в растре при формировании первого и второго растров без смещения.
На Фиг.3 представлена траектория движения лазерного пучка при формировании третьего и четвертого растров со смещением на величину m в направлении, перпендикулярном оси сканирования в текущем растре, т.е. направлении, исключающем искажение передаваемой информации.
На Фиг.4 представлена диаграмма распределения энергетических потенциалов в растре при формировании третьего и четвертого растров, со смещением на величину m.
Рассмотрим пример осуществления предлагаемого способа телеориентации движущихся объектов. Суть данного способа заключается в осуществлении поочередного смещения информационного поля в направлениях, не искажающих передаваемую информацию.
Допустим, что в начальный момент времени формирование первого и второго растров производится без смещения (Фиг.1). Объект управления находится в точках 1 и 2 информационного поля (Фиг.2). При таком положении объект управления попадает в энергетическую «дыру» в информационном поле (Фиг.2) и не получает передаваемую на него информацию. Последующие два растра формируются со смещением на величину m, в направлении, перпендикулярном оси сканирования в текущем растре, то есть направлении, исключающем искажение передаваемой информации (Фиг.3). Объект управления находится уже в точках 3 и 4 информационного поля (Фиг.4). При таком положении объект управления не попадает в энергетическую «дыру» информационного поля (Фиг.4) и получает передаваемую на него информацию. Далее цикл смещения информационного поля повторяется. Если величину m принять, например, кратной величине, равной половине расстояния между соседними энергетическими «дырами» в информационном поле, то исключается ситуация, при которой объект управления может находиться в энергетической «дыре» информационного поля в течение нескольких растров подряд и не воспринимать передаваемую на него информацию.
Предлагаемый способ телеориентации движущихся объектов уменьшает величину плотности распределения пропусков по дистанции, что повышает надежность управления объектом. При этом скорость передачи информации сохраняется, и отсутствует необходимость доработки системы выделения координат.