УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАВЕДЕНИЯ ЛУЧА НА ЦЕЛЬ
DEVICE FOR GUIDING BEAM TOWARDS TARGET

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано для повышения точности наведения луча на цель в устройствах постановки активных оптических помех.
Известны устройства наведения луча на цель, содержащие приемный и передающий каналы, оптически сопряженные с зеркалами наведения, которые механически сопряжены с системой наведения. Приемный канал известного устройства выполнен на базе четырехквадрантного фотоприемника и содержит четыре канала усиления сигналов от каждого из квадрантов. Выходы каналов от диаметрально расположенных квадрантов соединены со входами схем выделения сигналов ошибки по азимуту и углу места.
Для обеспечения высокой точности наведения луча на цель устройство содержит помимо зеркал наведения второй - точный контур наведения, содержащий отдельные дефлекторы /оптические компенсаторы/, расположенные на выходе передающего канала и оптическом входе приемного канала. Дефлекторы снабжены приводами и датчиками, соединенными с блоком управления приводами. При этом входы блока управления /содержащем усилители приводов/ соединены с выходами схем выделения сигналов ошибки. Устройство содержит также блок разрешения запуска передающего канала, входы которого /шесть/ соединены с выходами приемного канала, а также с выходами схем выделения сигналов ошибки, а выход блока разрешения запуска соединен с синхронизирующим входом передающего канала.
За счет взаимного жесткого закрепления приемного и передающего каналов, а также использования точного контура наведения известное устройство обладает достаточно высокой точностью наведения луча на цель, однако имеет значительные габариты и вес, что обусловлено применением в составе устройства зеркал наведения с апертурой /диаметром/, накрывающей апертуры как передающего, так и приемного каналов одновременно. В результате апертура зеркал наведения составляет 300÷500 мм, вес устройства наведения достигает 3÷5 тонн, а для управления системой наведения требуется применение мощных двигателей и усилителей.
Вторым недостатком известного устройства является отсутствие контроля параллельности осей приемного и передающего каналов, что требует применения специального оборудования и методик юстировки для поддержания высокой точности наведения луча на цель в процессе эксплуатации устройства.
Известны также устройства для наведения луча на цель, у которых приемный канал вынесен из оптического тракта, образованного зеркалами системы наведения и механически связан непосредственно с исполнительным механизмом - приводом наведения. За счет выноса приемного канала из оптического тракта апертура зеркал системы наведения сокращается до 100÷150 мм, а вес устройства наведения снижается до 300÷400 кг.
Данное техническое решение применено в приборе 1АН12 и описано в технических условиях на прибор ГК 3803.009 ТУ, а также в оптико-локационной станции - см. М.С.Малашин, Р.П.Каминский, Ю.Б.Борисов - "Основы проектирования лазерных локационных систем", стр. 165-166.
Вынесение приемного канала из оптического тракта сопровождается снижением точности наведения луча на цель. Причинами снижения точности является увод оптической оси передающего канала из-за прогиба элементов крепления зеркал наведения и увод оси приемного канала из-за недостаточной жесткости крепления приемного канала и температурных деформаций несущей конструкции устройства.
Технически достижимый уровень точности наведения луча на цель составляет при этом 2÷3 угл. минуты.
Известное устройство, реализованное в приборе 1АН 12, а также в устройство, описанное в книге М.С.Малашина, Р.П.Каминского и Ю.Б.Борисова - "Основы проектирования лазерных локационных систем", стр. 165-166, наиболее близки по технической сущности к объекту изобретения и являются устройством-прототипом /см. ГК 3803.009 ТУ, габаритный чертеж, а также чертеж на стр. 166 упоминаемой книги/.
Устройство-прототип содержит передающий канал, оптически сопряженный с двумя зеркалами наведения, составляющими сдвоенный панорамический шарнир /СПШ/. Ось вращения первого /по ходу луча передающего канала/ зеркала СПШ соосна оси передающего канала, а плоскость самого зеркала наклонена под углом 45° к оси вращения. Ось вращения второго зеркала перпендикулярна оси вращения первого зеркала, плоскость второго зеркала наклонена под углом 45° к оси вращения второго зеркала, при этом ось вращения второго зеркала соосна оси передающего канала после ее отражения от поверхности первого зеркала. Вращение первого и второго зеркал производится с помощью приводов, механически сопряженных с зеркалами и контролируется с помощью датчиков углов поворота. Неподвижная часть привода второго /угломестного/ зеркала механически сопряжена с подвижной частью привода первого азимутального зеркала, что позволяет производить независимое отклонение оси передающего канала в двух взаимно перпендикулярных направлениях /по азимуту и углу места/ при вращении зеркал наведения.
Приемный канал устройства выполнен в виде телевизионной камеры, механически сопряженной с подвижной частью привода второго зеркала, что позволяет отклонять ось приемного канала синхронно с осью передающего канала. Выход приемного канала соединен со входом блока определения координат цели. Выходы блока определения координат цели по двум координатам /азимуту и углу места/ соединены управляющими входами блока управления приводами, а выходы блока управления приводами /по азимуту и углу места/ соединены с управляющими входами приводов наведения, соответственно, по азимуту и углу места. Блок управления приводами содержит два усилителя /соответственно для управления по азимуту и углу места/, входы каждого из которых являются входами блока, а выход каждого усилителя является выходом блока управления. При расположении цели на оси приемного канала /телевизионной камеры/ сигналы на выходе блока определения координат цели равны нулю, что достигается установкой требуемого нулевого выходного сигнала блока определения координат цели.
При отклонении цели от оси приемного канала изменяются координаты цели относительно устройства и, соответственно, изменяются уровни сигналов на выходе блока определения координат цели. Отличные от нуля сигналы с выходов блока определения координат цели поступают на входы усилителей блока управления приводами, усиливаются усилителями и поступают на управляющие входы приводов. Под действием поступивших сигналов углового рассогласования привода приводят в движение первое и второе зеркала, а также двигают одновременно и синхронно с зеркалами телевизионную камеру /приемный канал/. Движение происходит до тех пор, пока телевизионная камера займет положение, соответствующее ориентации оси камеры /приемного канала/ в направлении на цель, т.е. положения,  в котором сигналы на выходах блока определения координат цели будут равны нулю.
При достижении описанного положения, характеризующегося равенством нулю сигналов как по азимуту, так и по углу места, сигналы на выходах усилителей блока управления /воздействующие на приводы/ будут равны также нулю и движение как зеркал наведения, так и приемного канала прекратится.
Таким образом, осуществляется процесс постоянного и одновременного наведения осей пространственно разнесенных приемного и передающего каналов в направлении на цель.
Недостатками устройства-прототипа является низкая точность наведения излучения передающего канала на цель, связанная с особенностями эксплуатации устройства-прототипа.
Существует несколько факторов, снижающих потенциально высокую точность наведения излучения на цель при эксплуатации устройства в реальных условиях.
Первым фактором, снижающим точность наведения луча на цель,  является температурная и механическая /под действием статических и динамических нагрузок/ деформация корпуса устройства, на котором закреплены зеркала наведения и телевизионная камера /приемный канал/. В результате деформации корпуса /например, во время вращения его по азимуту или углу места/ нарушается пространственная ориентация плоскости зеркала по отношению к осям вращения. При этом ориентация оси передающего канала начинает отличаться от первоначальной ориентации, зафиксированной для неподвижного прибора. Аналогично проявляется действие температурной деформации корпуса.
Вторым фактором, снижающим точность наведения луча на цель, являются нестабильности оси визирования приемного канала, возникающие из-за температурных и механических деформаций корпуса приемного канала и приводящих, например, к относительному смещению объектива и видикона телевизионной камеры.
Третьим фактором, снижающим точность наведения луча на цель, является нестабильности оптических узлов телевизионной камеры.
Например, перефокусировка объектива телевизионной камеры сопровождается смещением изображения цели на поверхности видикона телевизионной камеры.
Возникающее смещение изображения цели относительно, например, центра экрана видикона, преобразуется блоком определения координат цели в сигналы, вызывающие отклонение оси устройства от первоначального /до перефокусировки/ правильного положения. Аналогичные смещения оси передающего канала возникают также и при смене объектива и/или/ видикона /или аналога видикона/.
Четвертым фактором, снижающим точность наведения, является временная нестабильность оси передающего канала, возникающая, например, вследствие температурных уходов элементов конструкции передающего канала.
Целесообразно иметь устройство, позволяющее компенсировать действие перечисленных факторов и обеспечивающее точное наведение луча на цель в присутствии механических нагрузок, температурных уводов, нестабильности элементов приемного канала и смены оптики приемного канала, разъюстировки оси передающего канала.
Целью изобретения является повышение точности наведения луча на цель.
Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство для наведения луча на цель, содержащее передающий канал, оптически сопряженный с последовательно установленными на его выходе первым и вторым зеркалами наведения сдвоенного панорамического шарнира, которые снабжены приводами наведения, а также механически сопряженный с приводом второго зеркала наведения приемный канал, выход которого соединен со входом блока определения координат цели, а также блок управления приводами, выходы которого соединены с управляющими входами приводов наведения, введены проектор строба наведения, оптически сопряженный с первым зеркалом наведения, а также узел параллельного переноса оси, расположенный на выходе второго зеркала наведения и оптически сопряженный по входу проектором строба наведения, а по выходу со входом приемного канала, а также блок выделения строба наведения, вход которого соединен с выходом приемного канала и два блока вычитания, при этом прямой и инвертирующий входы первого блока вычитания соединены, соответственно, с X выходами блока определения координат цели и блока выделения строба наведения, прямой и инвертирующий входы второго блока вычитания соединены, соответственно, с Y выходами блока определения координат цели и блока выделения строба наведения, выходы блоков вычитания по каждой из координат X и Y соединены, соответственно, с управляющими входами блока управления приводами наведения по координатам X и Y, а ось проектора строба наведения ориентирована параллельно оси передающего канала на входе первого зеркала наведения.
Кроме того, узел параллельного переноса содержит, по крайней мере, один светофильтр, спектральная область поглощения которого совпадает со спектром излучения передающего канала, а спектральная область пропускания совпадает со спектром излучения проектора строба наведения, при этом вход узла параллельного переноса оси дополнительно оптически сопряжен через второе и первое зеркала наведения с выходом передающего канала, а светофильтр расположен между оптическим входом и выходом узла параллельного переноса оси с возможностью вывода его из узла.
Кроме того, устройство содержит два компаратора и одну схему "И-НЕ", причем входи компараторов соединены с выходами блоков вычитания, первый и второй входы схемы "И-НЕ" соединены с выходами компараторов, третий вход схемы "И-НЕ" соединен с ключом запуска передающего канала, а выход схемы "И-НЕ" соединен со входом запуска передающего канала.
Введение проектора строба наведения, ось которого параллельна оси передающего канала, совместно с узлом параллельного переноса оси проектора позволяет спроецировать положение оси передающего канала на вход приемного канала.
Блок выделения строба наведения позволяет определить угловое положение оси передающего канала относительно оси приемного канала и тем самым учесть влияние температурных и механических нестабильностей элементов устройства, а также нестабильностей оптических и оптико-электронных узлов приемного канала.
Введение двух блоков вычитания необходимо для определения /по двум координатам/ разности угловых координат между направлением оси передающего канала /задаваемой проектором строба наведения/ и направлением на цель. Соединение выходов блоков вычитания с управляющими входами блока управления приводами позволяет скорректировать процесс наведения вплоть до того момента, пока направление от передающего канала не совпадет с направлением на цель.
Оптическое сопряжение входа узла параллельного переноса оси с выходом передающего канала позволяет дополнительно спроецировать направление оси излучения передающего канала на вход приемного канала. Проекция углового направления оси передающего канала одновременно с проекцией наложения строба наведения позволяет зарегистрировать в процессе, например, оперативной рабочей юстировки изделия непараллельность осей проектора строба наведения и передающего канала и скорректировать угловое рассогласование оси передающего канала вплоть до достижения ею положения, параллельного оси проектора, что обеспечивает точное наведение передающего канала на цель при наличии температурных и механических уводов от передающего канала.
Введение светофильтра (между входом и выходом узла параллельного переноса оси), поглощающего излучение передающего канала, необходимо для блокирования проникновения излучения передающего канала на вход приемного канала в процессе наведения на цель. При проведении юстировки светофильтр выводится.
Введение компараторов и схемы "И-НЕ" обеспечивает включение передающего канала при достижении совпадения оси передающего канала с направлением на цель.
Соединение входов двух компараторов с выходами блоков вычитания позволяет установить момент достижения совпадения положения оси передающего канала с направлением на цель, а соединение выходов компараторов и ключа запуска со входами схемы "И-НЕ" позволяет сформировать импульс запуска передающего канала в момент совпадения направления оси передающего канала с направлением на цель.
Данное техническое решение соответствует критерию "существенные отлития", так как признаки, введенные в отличительную часть формулы изобретения, являются существенными, взаимосвязанными между собой, а также с признаками ограничительной части.
Вся совокупность признаков является необходимой и достаточной для обеспечения поставленной цели.
Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых представлено:
на фиг. 1 - структурная схема заявляемого устройства;
на фиг. 2 - общий вид экрана приемного канала устройства.
Устройство для наведения луча на цель содержит (см. Фиг. 1) передающий канал 1, содержащий, например лазер 2, соединенный с блоком запуска 3.
1
Передающий канал 1 оптически сопряжен с первым и вторым зеркалами наведения 4, 5, составляющими сдвоенный панорамический шарнир. Зеркала 4 и 5 наведения жестко закрепляются в элементах крепления (корпусах) 6 и 7, соответственно, выполненных с возможностью взаимного вращения вокруг оси O.
2
Элементы крепления 6 и 7 (части общего корпуса устройства) выполнены с возможностью совместного вращения вокруг оси O, являющейся осью передающего канала устройства, жестко установленного на борту носителя 8. Приводы 9, 10 вращения зеркал 4 и 5 выполнены на основе моментных двигателей.
Подвижная часть 11 двигателя 9 при этом механически сопряжена с корпусом 6, а неподвижная 12 часть привода механически сопряжена с бортом 8 носителя. Подвижная часть 13 двигателя 10 механически сопряжена с корпусом 7, а неподвижная часть 14 двигателя 10 механически сопряжена с корпусом 6.
Приемный канал устройства выполнен в виде телевизионной камеры 15, например, типа ТОГ, механически сопряженной с подвижной частью 13 двигателя 10, являющегося приводом вращения зеркала 5. Объектив 16 телевизионной камеры 15 является оптическим входом приемного канала.
Проектор 17 (см. Фиг. 1а) содержит последовательно расположенные источник подсвета 18, содержащий, например, лампочку накаливания, марку строба наведения 19, а также объектив 20. В качестве марки 19 строба наведения использовано изображение кольца на темном (черном) фоне. Объектив 20 - стандартный, например, типа "Гранит".
Схема проектора 17 типична для любого слайдового проектора, ось проектора 17 определяется двумя точками - центром объектива 20 и центром марки 19 строба. Проектор 17 строба наведения оптически сопряжен с первым зеркалом 4 наведения, например, расположен под участком зеркала 4, который не задействован для отражения излучения передающего канала. В качестве незадействованного участка зеркала выбирается, например, (см. фиг. 1) центральная зона, свободная от излучения при использовании в передающем канале 1 лазера с неустойчивым телескопическим резонатором. Оптическое сопряжение проектора 17 может осуществляться также с помощью дихроичного зеркала, расположенного между лазером 2 передающего канала и зеркалом наведения 4. Дихроичное зеркало (на чертеже не показано) при этом выполнено отражающим для излучения передающего канала и пропускающим излучение проектора 17.
На выходе второго зеркала 5 наведения расположен узел 21 параллельного переноса оси проектора 17, оптически сопряженный как со входом объектива 16 приемного карала 15, так и с проектором 17 (через зеркала 4 и 5). Выход приемного канала соединен со входами блока выделения строба наведения 22 и входом блока определения координат цели 23.
В качестве блоков 22, 23 использованы однотипные блоки цифровой обработки видеосигнала, описанные, например, в книге: В.В. Молебный,  "Оптико-локационные системы", М., Машиностроение, 1981 г, стр. 151-153.
Координатные выходы блоков 22, 23 (по каждой из двух координат X и Y) соединены со входами координатных блоков вычитания 24 и 25. При этом первый (прямой) вход блока 24 вычитания соединен с координатным X выходом блока определения координат цели, а второй (инвертирующий) вход блока вычитания 24 соединен с координатным X выходом блока выделения строба сопровождения.
Аналогично подключен блок вычитания 25 сигналов по координате Y (см. фиг. 1).
Выходы X, Y блоков вычитания 24 и 25 соединены с управляющими входами X и Y блока управления 26 приводами наведения.
Блоки вычитания 24 и 25 выполнены на базе арифметико-логических устройств (АЛУ) серии 155ИМ3.
Блок управления приводами содержит два усилителя 27, 28, выходы которых являются выходами блока. Между входами X, Y блока управления 26 и входами усилителей 27, 28 включены серийные цифроаналоговые преобразователи 29, 30, выполненные, например, на базе микросхем 572 серии. В качестве усилителей 27, 28 использованы стандартные усилители мощности на транзисторах КТ 803. Выходы блока 26 по координатам X и Y соединены, соответственно, с управляющими входами приводов 9 и 10.
Выход приемного канала соединен также со входом вспомогательного видеоконтрольного устройства 31. Служебный вход "С" видеоконтрольного устройства (ВКУ) 31 соединен со служебными выходами "С" блоков 22, 23, что позволяет наблюдать на экране ВКУ пространственное положение стробов сопровождения, формируемых в блоках 22, 23. Признак о соединении выходов "С" блоков 22, 23 и ВКУ 31 не описан в формуле изобретения, поскольку подобное соединение не влияет на работу устройства и предназначено только для удобства работы оператора, позволяя визуально наблюдать совмещение цели с центром стробов (Фиг. 2). В качестве узла 21 использована призма БкР 180 (см. "Справочник конструктора оптико-механических приборов",  Ленинград, Машиностроение" 1980 г., стр. 174), обладающая способностью параллельного переноса оси из входной апертуры в выходную апертуру. В качестве узла 21 может быть использована совокупность трех отражателей 32, 33, 34 (полностью или частично отражающих зеркал), плоскости которых ориентированы аналогично отражающим плоскостям призмы БкР 180, т.е. установлены взаимоперпендикулярно.
Совокупность трех взаимоперпендикулярных отражателей является зеркальным аналогом призмы БкР 180 и предъявляет собой известный уголковый отражатель, обладающий свойством параллельного переноса оси излучения.
3
4
<mrow><msubsup><mi>O</mi><mn>4</mn><mo>'</mo></msubsup></mrow>
На фиг. 1 индексами О, О обозначены, соответственно, пространственное положение оси излучения и оси проектора 17 на выходе устройства, т.е. на выходе зеркала наведения 5. Позицией
обозначено пространственное положение оси проектора 17 на входе объектива 16 приемного канала 15. Позицией О′ обозначено направление на цель. При выполнении устройства согласно первому пункту формулы изобретения диаметр зеркала 32, 33, 34 составляет 1÷2 см и излучение передающего канала с выхода зеркала 5 проходит мимо зеркала 32, т.к. зеркало 32 (вход узла 21) оптически сопрягается только с проектором 17.
При выполнении устройства в соответствии со вторым пунктом формулы изобретения размеры зеркал 32, 33, 34 равны или превышают диаметр апертуры передающего канала, что позволяет осуществить оптическое сопряжение узла 21 как с проектором 17, так и с выходом передающего канала, что оговорено в формуле изобретения.
При выполнении устройства в соответствии со вторым пунктом формулы изобретения узел 21 содержит также светофильтр 35, расположенный между входом и выходом узла 21 (см. фиг. 1) с возможностью вывода. Светофильтр 21 выполнен, например, из стекла СЗС, поглощающего излучение передающего канала, содержащего лазер 2, излучающий одну или несколько спектральных компонент с длиной волны λ>0,5 мкм (зеленый свет).
Светофильтр 35 и полупрозрачные зеркала 32, 33, 34 с апертурой,  покрывающей апертуру передающего канала, описанные во втором пункте формулы изобретения, обозначены на фиг. 1 пунктирной линией.
Устройство содержит также (см. фиг. 1) компараторы 36, 37 входы которых соединены с выходами блоков вычитания 24, 25. Выходы компараторов 36, 37 соединены с первым и вторым входом схемы 38 "И-НЕ". Третий вход схемы 38 соединен через ключ S1 с источником +5 В (на чертеже источник не показан). Ключ S1 является ключом запуска передающего канала. Выход схемы 38 соединен со входом внешнего запуска блока запуска 3 передающего канала.
Компараторы 36, 37 и схема 38 "И-НЕ" - стандартные, выполненные на микросхемах 133 серии.
Элементы 36, 37, 38 описаны в третьем пункте формулы изобретения и на чертеже фиг. 1 обведены штрихпунктирной линией.
На фиг. 2 представлен внешний вид экрана ВКУ 31 устройства. На экране изображена цель 39 (например, яркая точка), изображение 40 строба наведения, а также служебные изображения строба сопровождения 41 блока 22. Поз. 42 обозначено положение пятна, визуализирующего ось излучения при выполнении устройства в соответствии со вторым пунктом формулы изобретения и выведенном светофильтре 35.
Устройство работает следующим образом.
4
3
Изображение марки 19 строба наведения, сформированное объективом 20 при подсветке марки 19 источником подсвета 18,  переносится зеркалами 4 и 5 на выход устройства. Поскольку ось проектора 17 и ось передающего канала до прохождения через зеркала 4, 5 ориентированы взаимопараллельно, то параллельность осей сохранится и после прохождения зеркал 4, 5. Т.о. на выходе зеркала 5 ось О проектора 17 будет параллельна оси O излучения передающего канала.
<mrow><msubsup><mi>O</mi><mn>4</mn><mo>'</mo></msubsup></mrow>
4
3
Излучение проектора 17, распространяющееся по центру зеркала 5,  отражается отражателями 32, 33, 34 и поступает на вход объектива 16 приемного канала 15. Поскольку зеркала 32, 33, 34 ориентированы взаимно перпендикулярно и составляют зеркальный аналог призмы БкР-180, то ось
излучения проектора на выходе узла 21 после отражения от зеркала 32, 33, 34 параллельна оси О и оси О излучения передающего канала. Таким образом, после прохождения узла 21 излучение проектора 17 поступает на вход приемного канала, а излучение передающего канала проходит мимо зеркала 32 узла 21 /так как зеркало 32 оптически не сопряжено с передающим каналом/ и направляется на цель.
Одновременно с излучением проектора 17 на вход объектива 16 приемного канала 15 поступает световой поток от цели, на которую осуществляется наведение передающего канала.
3
3
3
4
<mrow><msubsup><mi>O</mi><mn>4</mn><mo>'</mo></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>O</mi><mn>4</mn><mo>'</mo></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>O</mi><mn>4</mn><mo>'</mo></msubsup></mrow>
Телевизионная камера 15 формирует видеосигнал от суммы двух световых потоков, поступающих на ее вход: от потока, пришедшего от цели, и от потока, сформированного проектором 17. Изображение, сформированное видеосигналом телекамеры 15, также состоит из двух составляющих (см. фиг. 2): изображения цели 39 и изображения 40 строба 19. При расположении цели на оси передающего канала, т.е. в том случае, когда ось О′ параллельна оси O и, следовательно, ось О′ параллельна оси
- изображение цели 40 будет находиться в центре изображения строба наведения на экране ВКУ 31. Центровка цели относительно строба наведения, являющегося аналогом оптической оси O передающего канала, будет не зависимой от механических и температурных нагрузок на корпус устройства (поскольку при воздействии указанных нагрузок угловое смещение осей О, О,
одинаково, из-за прохождения через одни и те же оптические элементы - зеркала наведения 4 и 5). Центровка цели относительно строба наведения будет также не зависимой от смены типов объектива 16 приемного канала 15, перефокусировки объектива 16, при механических деформациях и смещениях приемного канала 15 относительно корпуса устройства. Причиной сохранения центровки во всех перечисленных случаях является то, что действие всех перечисленных факторов сказывается одинаково на излучение цели (имеющего ось О′) и на излучение проектора 17, имеющего ось
.
Центровка цели относительно строба наведения не изменяется также и при нестабильности разверток телевизионного канала 15, так как действие нестабильности развертки однообразно изменяет (например, из-за изменения скорости развертки) как координату цели, так и координаты строба наведения на экране видеоконтрольного устройства 31.
Таким образом, при совпадении ориентации оси передающего канала, визуализированной изображением строба наведения с направлением на цель, изображения цели и строба наведения на экране ВКУ совпадают по координатам.
Сигнал с выхода приемного канала поступает помимо входа ВКУ 31 также и на входы блоков определения координат цели и блока выделения строба наведения, измеряющие координаты (по направлениям X и Y) соответственно цели и строба наведения относительно строба сопровождения или центра развертки телевизионной трубки телекамеры 15.
3
При совпадении оси О передающего канала с направлением О′ на цель изображения цели и строба наведения совпадают, т.е. имеют совпадающие координаты. При этом измеренные блоками 23 и 22 координаты цели и строба также совпадают, т.е. сигналы как на выходах X блоков 22 и 23 равны между собой, так и сигналы на выходах Y блоков 22 и 23 равны между собой.
Разностный сигнал вдоль каждой из координат X, Y формируется с помощью блоков вычитания 24, 25 и после преобразования ЦАП 29, 30 и усиления усилителями 27, 28 подается на управляющие входы приводов 9, 10.
При точном пространственном совпадении цели и строба наведения разностные сигналы на выходах блоков 24, 25 равны нулю и, соответственно, равны нулю и сигналы на управляющих входах приводов 9, 10.
Таким образом, при точном наведении луча передающего канала на цель приводы 9, 10 обесточены и устройство неподвижно.
При наличии углового рассогласования между целью и осью передающего канала (визуализированной стробом наведения) изображения цели и строба наведения пространственно разнесены и имеют различные координаты относительно, например, центра развертки или строба сопровождения 41 (см. фиг. 2).
с
с
1
Значения координат вдоль каждой из осей X и Y измеряются с помощью блоков 23 и 22. Рассмотрим, например, формирование разностного сигнала вдоль оси X (координаты X). Пусть координата X центра строба наведения (т.е. оси передающего канала) относительно центра развертки имеет значение X=X.
1
Значение X измеряется блоком 22, действие которого основано на корреляционном способе определения координат, и выводится на выход X блока 22.
x
ц
ц
с
x
Если цель отстоит от оси передающего канала на угол φ, то координата цели X составляет Х=Х+Fφ, где F - фокусное расстояние объектива 16 приемного канала 15.
ц
Координата X измеряется блоком 23, действие которого основано также на корреляционном способе определения координат, и выводится на выход X блока 23.
ц
с
x
2
x
ц
с
Сигналы с выходов X блоков 22 и 23 подаются на входы блока вычитания 24, на выходе которого формируется разностный сигнал ΔX=Х-Х=Fφ. Разностный сигнал ΔX подается на X вход блока 26, где преобразуется ЦАП 29 в аналоговый вид (напряжение), усиливается усилителем 27 и подается на управляющий вход привода 9, вызывающий вращение корпуса 6, а также механически связанных с корпусом 6 зеркал 4, 5 приемного канала 15 и узла 21 вокруг оси O. При вращении происходит изменение координат цели φ за счет перемещения приемного канала 6 плоскости X. Движение будет происходить до тех пор, пока координаты X цели и строба X наведения не окажутся равными и привод 9 не обесточится.
Аналогичным образом происходит наведение луча передающего канала на цель в направлении Y.
При этом формирование разностного сигнала по оси Y происходит с помощью блока вычитания 25, преобразование в аналоговую форму и усиление разностного сигнала происходит с помощью ЦАП 30 и усилителя 28, а вращению вокруг оси О подвергаются корпус 7 совместно с зеркалом 5, приемным каналом 15 и узлом 21.
Таким образом, введение проектора строба наведения, привязка оси проектора к оси излучения передающего канала, перенос оси строба на вход приемного канала с последующей разностной обработкой координатных сигналов от цели и строба позволяют достичь точного наведения оси излучения передающего канала в присутствии механических и температурных деформаций (уводов) корпуса устройства и связанных с ним зеркал наведения и приемного канала, смены оптики и перефокусировки объектива приемного канала, искажений развертки и механической нестабильности оси приемного канала.
В качестве блоков 22, 23 возможно использование известных блоков определения координат цели, работа которых основана на анализе телевизионного сигнала. Наиболее целесообразно использование блоков с цифровой обработкой сигнала, в том числе основанной на установлении корреляционных связей между регистрируемым изображением, и эталонным изображением, заложенным в узел памяти блока (см.: В.В.Молебный, "Оптико-локационные системы", М., Машиностроение, 1981 г., стр. 151-153). При этом в узел памяти блока 22 постоянно заложено изображение известного строба - кольца, ромба и т.д., а в узел памяти блока 23 определения координат цели заложено изображение цели, выбранное в процессе обзора местности оператором или заложенное предварительно.
Изображение строба 19 наиболее целесообразно выполнять в форме, отличной от формы предполагаемых целей, т.е. с формой, обеспечивающей нулевую корреляционную связь между изображениями цели и строба для исключения возможности ложного измерения блоком 23 координат не цели, а координат строба сопровождения. В том случае, когда цель оператору устройства заранее неизвестна и в узле памяти блока 23 нет заранее сформированного изображения цели в качестве эталонного изображения цели - опорной выборки - может быть использован непосредственно полученный в ходе наведения один из текущих кадров, содержащих изображение цели, как это делается в блоке определения координат, описанном в книге: В.В.Молебный, "Оптико-локационные системы", М., Машиностроение, 1981 г., стр. 151-153.
Выполнение узла 21 параллельного переноса оси в виде трех зеркал 32, 33, 34, составляющих уголковый отражатель, позволяет перенести угловое положение аналога передающего канала - проектора 17 на вход приемного канала с минимальными конструктивными доработками и не приводит к снижению чувствительности приемного канала, поскольку диаметр d зеркал, обеспечивающий требуемое значение точности устройства, достаточно мал, и само зеркало перекрывает лишь незначительную часть площади объектива 16 приемного канала 15.
Так, например, при точности определения угловых координат δφ=10 угл. сек, расходимость θ пучка излучения проектора 17, несущего изображение строба 19, должна быть не хуже δφ. Расходимость θ определяется дифракционными эффектами и составляет θ≈2,44 λ/D, где D - требуемая апертура проектора 17 и диаметр зеркал 32, 33, 34.
-6
вx
<mrow><mi>K</mi><mo>=</mo><mfrac bevelled="true"><mrow><msup><mi>D</mi><mn>2</mn></msup></mrow><mrow><mi>D</mi><mi>в</mi><msup><mi>х</mi><mn>2</mn></msup></mrow></mfrac><mo>=</mo><mn>1</mn><mi>%</mi></mrow>
Отсюда требуемое значение диаметра зеркал D≈2,44 λ/δφ=2 мм при λ=0,5·10 м. Таким образом, даже при использовании зеркал 32, 33, 34 с диаметром D=1 см и применении объектива 16 с диаметром D=10 см само зеркало 34 расположено на входе объектива 16, перекрывает лишь К=1% от светового потока цели, поступающего в объектив 16,
.
Помимо описанного выше варианта выполнения узла параллельного переноса оси возможны и другие варианты, обеспечивающие параллельный перенос оси, например, применение призмы БкР-180, зеркального ромба и др.
Высокая точность наведения оси передающего канала на цель сохраняется в устройстве, описанном в первом пункте формулы изобретения при выполнении условия начальной параллельности осей проектора 17 и передающего канала на входе зеркала 4. При температурных и механических уводах оси передающего канала условие параллельности осей нарушается.
3
Измеренный увод оси передающего канала О достигает 1 угл. мин и медленно изменяется в течение суток. Коррекция увода оси требует оперативного измерения величины и направления увода с возможной коррекцией увода.
При выполнении устройства в соответствии со вторым пунктом формулы изобретения часть излучения (1÷10%) передающего канала совместно с излучением проектора 17 отражается от отражателей 32, 33, 34 и поступает на вход объектива 16 приемного канала 15.
Для ввода излучения передающего канала на вход приемного канала узел 21 оптически сопрягается (за счет увеличения размеров отражателей 32, 33, 34) с передающим каналом устройства. При этом на экране ВКУ 31 формируется изображение (см. фиг. 2) одновременно пятна фокусировки 42 излучения передающего канала и изображения 40 строба наведения. Подвижкой марки 19 проектора 17 и (или) лазера 2 добиваются симметричного положения изображений строба наведения 40 и пятна фокусировки 42.
После достижения симметричного положения в узел 21 вводят светофильтр 35, поглощающий излучение передающего канала. При этом изображение пятна 42 фокусировки исчезает (что необходимо для регистрации излучения цели) и устройство работает аналогично описанному выше.
Выполнение устройства в соответствии со вторым пунктом формулы изобретения конкретизирует исполнение узла 21 параллельного переноса оси и позволяет достичь высокой точности наведения оси передающего канала при температурных и механических уводах оси. Выполнение устройства в соответствии со вторым пунктом формулы изобретения позволяет достичь цели изобретения без использования дополнительных оптических или оптико-электронных измерительных устройств. Светофильтр 35 устройства выполняется из стекла, поглощающего излучение передающего канала, и пропускающим излучение проектора 17. В качестве светофильтра 35 может быть использован интерференционный фильтр. С целью исключения повреждения приемного канала излучением передающего канала, поступающим на его вход через узел 21, светофильтр 35 целесообразно выполнять составным, содержащим 3÷5 отдельных составляющих, выполненных /как это описано в формуле изобретения/ с возможностью вывода.
При юстировке устройства составляющие светофильтры извлекаются поочередно, вплоть до получения яркого пятна фокусировки 42 на экране ВКУ 31.
В качестве отражателей 32, 33, 34 устройства при его выполнении в соответствии со вторым пунктом формулы изобретения использованы стеклянные плоскопараллельные пластины. Отражение света от граней пластины доведено до 1% за счет нанесения просветляющих покрытий, что позволяет сохранить как чувствительность приемного канала устройства, так и энергию излучения передающего канала, распространяющуюся к цели при одновременном обеспечении высокой точности наведения.
При выполнении устройства в соответствии с третьим пунктом формулы изобретения работа устройства целиком аналогична описанному выше. Различие заключается в том, что при точном наведении оси передающего канала на цель разностные сигналы, равные нулю, с выходов блоков вычитания 24, 25 поступают на входы компараторов 36, 37 и вызывают срабатывание компараторов. На выходе компараторов формируются сигналы разрешения +5 В, которые поступают на первый и второй входы схемы 38 "И-НЕ".
В том случае, когда излучение передающего канала оператором разрешено, на третий вход схемы 38 поступает через ключ S1 напряжение +5 В, схема 38 срабатывает и выходной сигнал схемы 38 запускает блок 3 запуска передающего канала.
При наличии углового рассогласования между осью передающего канала и направлением на цель выходные сигналы на выходе блоков 24, 25 отличны от нуля, что приводит к отключению компараторов 36, 37 /одного или обоих/ и выключению схемы 38 и передающего канала 1.
Аналогичное выключение имеет место при размыкании ключа S1, запрещающего запуск лазера 2 передающего канала при любом положении оси передающего канала относительно цели.
Выполнение устройства в соответствии с третьим пунктом формулы изобретения конкретизирует устройство при использовании в качестве лазера 2 передающего канала импульсного лазера с периодом повторения импульсов
Это обстоятельство вызвано тем, что заявляемое устройство /как и прототип и другие аналоги/ представляет собой следящую систему. При движении цели устройство отрабатывает угловое рассогласование между направлением на цель и направлением оси передающего канала постепенно, с частотой замыкания контура следящей системы в диапазоне 1÷10 Герц, определяемой в первую очередь инерцией подвижных элементов устройства. Т.о. при произвольном движении цели частота точных совмещений оси передающего канала с направлением на цель находится также в диапазоне 1÷10 Герц.
Синхронизация моментов включения передающего канала с моментами точного совпадения цели с положением оси передающего канала позволяет повысить число импульсов передающего канала, попавших в цель, и тем самым повысить точность попадания /наведения/ излучения передающего канала при использовании в его составе импульсного лазера.
Заявляемое техническое решение просто, технологично и может быть использовано в широком классе целеуказателей и устройств постановки активных световых помех.