СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ФОРМЫ ОБЪЕКТОВ
METHOD OF DETERMINING OBJECT SPACE FORM

Изобретение относится к области неконтактного определения пространственной формы удаленных объектов и может быть использовано в океанографии для определения мгновенного состояния взволнованной поверхности моря, например, для создания телевизионных систем восстановления искаженного волнением изображения подводного объекта наблюдения, в геодезии для определения рельефа местности с борта летательного аппарата, и в военном деле для определения формы объектов лазерной локации.
Известен способ неконтактного измерения профиля поверхности, патент ФРГ №2113522 по кл. G01S 9/62 за 1971 г., в соответствии с этим способом поверхность сканируют узким лазерным лучом. Диффузно отраженное от поверхности излучение подают на детектор через фокусирующую оптику, расположенную на определенном расстоянии от излучателя. Полученный в результате детектирования сигнал подают на электронное вычислительное устройство. Точки профиля поверхности определяются из углов излучения и приема, т.е. методом триангуляции.
Однако этот способ обладает низкой разрешающей способностью по углу и по дальности из-за конечности угла расходимости излучения лазера, а также требует сложных систем сканирования при работе с большой амплитудой угла отклонения в реальном масштабе времени.
Целью настоящего изобретения является повышение разрешающей способности при определении пространственной формы удаленных объектов при лазерной локации.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения пространственной формы удаленных объектов, включающем подсвет объекта импульсами лазерного излучения, преобразование трехмерного изображения в двумерное и разделение отраженного от объекта сигнала на два, преобразуют трехмерное изображение объекта в два двумерных, используя каждый из сигналов, оба изображения записывают, причем один из сигналов в процессе записи модулируют по интенсивности по выбранному закону и определяют пространственную форму удаленного объекта по форме двух записанных изображений, выбранному закону модуляции, форме импульсов и скорости распространения лазерного излучения.
На фиг.1 изображена схема устройства, реализующего предлагаемый способ.
Способ определения пространственной формы удаленных объектов при лазерной локации заключается в том, что объект подсвечивают импульсами лазерного излучения. Отраженный от объекта сигнал разделяют на два и каждый из этих сигналов преобразуют в двумерное изображение объекта. Оба изображения записывают, причем в процессе записи один из сигналов модулируют по интенсивности по выбранному закону. При этом одно записанное изображение характеризуется формой
где φ, ψ - угловые координаты точки поверхности трехмерного объекта (начало координат, излучатель и приемник находятся в одной точке);
M - постоянная;
I(φ, ψ) - угловое распределение интенсивности лазерного излучения;
ρ(φ, ψ) - распределение коэффициента отражения поверхности объекта;
R(φ, ψ) - координата дальности точки поверхности объекта (совокупность координат дальности определяет форму трехмерного объекта);
2
f[R(φ, ψ)] - функция, вид которой зависит от рассеивающих свойств объекта;
A(t) - форма импульса лазерного излучения;
t - время;
V - скорость распространения лазерного излучения.
Пределы интегрирования взяты с учетом конечности длительности импульса лазерного излучения и расстояния до объекта.
При условии нормировки (соответствующем выборе единиц измерения)
Второе записанное изображения характеризуется формой
где K(t) - выбранный закон модуляции.
Из двух последних равенств следует, что
И если K(t) выбран так, что правая часть этого равенства взаимно-однозначная функция от R(φ, ψ), однозначно определяют R(φ, ψ), т.е. пространственную форму удаленных объектов по форме двух записанных изображений, выбранному закону модуляции, форме импульсов и скорости распространения лазерного излучения.
Устройство, реализующее указанный способ, включает в себя лазер 1, который подсвечивает объект 2, систему формирования двух двумерных изображений объекта 3, телевизионную передающую трубку 4, модулятор яркости (например, ЭОП) 5, датчик модулирующего сигнала 6, передающую телевизионную трубку 7, датчик формы импульса лазерного излучения 8 и вычислительное устройство 9.
Пусть длительность импульса излучения лазера мала по сравнению с глубиной рельефа объекта и выбран линейный закон модуляции, тогда
где δ[t] - функция Дирака;
α - постоянная.
Откуда
Определение формы объектов по форме записанных изображений, закону модуляции, скорости распространения и форме импульсов лазерного излучения позволяет повысить разрешающую способность способа до предела, обусловленного лишь уровнем собственных шумов устройства, реализующего предложенный способ.
Применение предложенного способа определения пространственной формы удаленных объектов в телевизионных системах определения формы взволнованной морской поверхности (при этом используется слабо проникающее в толщу воды излучение ИК-диапазона), позволит определить ее форму с точностью, достаточной для восстановления искаженного волнением изображения подводного объекта наблюдения, что необходимо для повышения вероятности правильного обнаружения такого объекта.
Стоимость устройства, реализующего предложенный способ, примерно равна стоимости устройств, реализующих аналогичные способы определения формы удаленных объектов при лазерной локации. Использование предложенного способа позволит создать систему восстановления искаженного волнением изображения подводного объекта, что повысит эффективность действия систем поиска подводных объектов.