БОРТОВОЕ СКАНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к области оптико-электронных приборов и может быть использована для наблюдения и изучения поверхности земли в одном или нескольких диапазонах оптического спектра при решении экологических и геологоразведочных задач.
Известно бортовое сканирующее устройство, включающее размещенные в корпусе симметрично относительно продольной плоскости устройства зеркала, между которыми установлен с возможностью вращения зеркальный многогранник и размещенные над ним соответственно зеркало с двумя наклонными поверхностями, соединенными основанием, и фотоприемник, а также зеркальный объектив, установленный над зеркальным многогранником (см. патент США, патент №3211046, кл. кл. 88-1, 1965 г.). Устройство, описанное в патенте США, позволяет обеспечить постоянную светосилу оптической системы при сканировании в широким углом обзора.
Недостатком известного устройства является нарушение первоначальной юстировки оптической системы из-за температурных и усталостных деформаций корпуса, что приводит к смещению друг относительно друга изображений, формируемых из двух, разделенных вращающимся зеркальным многогранником, оптических потоков (раздвоению изображения). Особенно этот недостаток проявляется при создании оптической системы с высоким угловым разрешением, достигаемым увеличением фокусного расстояния объектива и соответственно - размеров оптических деталей и корпуса прибора. Основной причиной раздвоения изображения является нарушение начального взаимного положения оптической схемы из двух, размещенных
симметрично относительно продольной плоскости устройства зеркал, и зеркала с двумя наклонными поверхностями.
Предлагаемая полезная модель направлена на решение задачи, заключающейся в получении четких изображений при сканировании поверхности земли с борта летательного аппарата перпендикулярно направлению его полета одним или несколькими, расположенными в ряд малыми углами зрения чувствительных элементов фотоприемника с помощью оптической системы.
Технический результат, получаемый в результате использования предлагаемой полезной модели - обеспечение непрерывной компенсации разъюстировки оптической схемы, из двух, размещенных симметрично относительно продольной плоскости устройства зеркал, и зеркала с двумя наклонными поверхностями.
Для получения такого технического результата предлагаемое бортовое сканирующее устройство, включающее, размещенные в корпусе симметрично относительно продольной плоскости устройства зеркала, между которыми установлен с возможностью вращения зеркальный многогранник и размещенные над ним соответственно зеркало с двумя наклонными поверхностями, соединенными основанием, и фотоприемник, а также зеркальный объектив, установленный над зеркальным многогранником, снабжают лазерным излучателем, квадрупольными фотоприемниками лазерного излучения, пьезокерамическими актюаторами и электронным блоком управления, включающим источник питания лазерного излучателя и схему управления актюаторами, при этом лазерный излучатель и один из квадруполных фотоприемников установлены на основании зеркала с двумя наклонными поверхностями, закрепленного на корпусе посредством актюаторов, и имеющего отверстия для лазерного луча, остальные квадрупольные фотоприемники устанавливают на незеркальных поверхностях симметрично размещенных зеркал, связанных с корпусом актюаторами, а зеркальные поверхности упомянутых
симметрично расположенных зеркал имеют полупрозрачные участки, причем, лазерный излучатель связан с источником питания электронного блока управления, одна из схем управления связана с квадрупольным фотоприемником одного из симметрично размещенных зеркал и актюаторами крепления зеркала с двумя наклонными поверхностями, посредством следующей схемы связаны квадрупольный фотоприемник другого симметрично расположенного зеркала и актюаторы первого из симметрично расположенных зеркал, а квадрупольный фотоприемник зеркала с двумя наклонными поверхностями и актюаторы другого симметрично расположенного зеркала также соединены схемой управления, кроме того, схема управления актюаторами содержит усилители сигналов рассогласования квадрупольных фотоприемников, связанных с формирователями сигнала управления актюаторами.
Предлагаемое бортовое сканирующее устройство иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-2.
На фиг.1 изображена функциональная схема устройства.
На фиг.2 - функциональная схема компенсации разъюстировки положения зеркала с двумя наклонными поверхностями.
Бортовое сканирующее устройство с непрерывной компенсации разъюстировки содержит вращающийся зеркальный многогранник, например, четырехгранную зеркальную призму 1 с углами между гранями 90°, два плоских зеркала 2, 3, имеющих полупрозрачные участки, зеркало с двумя наклонными поверхностями 4, соединенными основанием 5, в которых выполнены отверстия 6 для лазерного луча, зеркальный объектив 7, фотоприемное устройство 8, лазерный излучатель 9, квадрупольные фотоприемники 10, 11, 12 лазерного излучения, пьезокерамические актюаторы 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 и электронный блок 22, содержащий источник питания лазера 23 и идентичные схемы управления актюаторами 24, 25, 26, включающие усилители 27 сигнала рассогласования фотоприемников и формирователя 28 сигнала управления актюаторами.
(Размещение актюаторов относительно зеркал на фиг.1 показано условно). Фотоприемное устройство 8 может размещаться перед или за зеркалом 4 с двумя наклонными поверхностями. Во втором случае в зеркале выполняется отверстие 29 для фокусируемого на чувствительных элементах фотоприемного устройства воспринимаемого оптического потока.
Устройство работает следующим образом. Зеркальный многогранник, например, призма 1 вращается с постоянной скоростью вокруг оси, параллельной продольной оси летательного аппарата (ЛА), на котором установлено устройство, и обеспечивает сканирование местности в пределах угла обзора ±φ° в направлении, перпендикулярном движению ЛА. При этом оптический поток от обозреваемой местности двумя, обращенными вниз, гранями призмы 1 делится на две части, которые, отражаясь от зеркал 2 и 3, плоскости которых параллельны оси вращения призмы 1, поступают на наклонные поверхности зеркала 4 и, отражаясь от них, на зеркальный объектив 7. Если потоки, отраженные от граней зеркала 4, строго параллельны друг другу, изображения, формируемые зеркальным объективом 7 из этих потоков в фокальной плоскости, где расположены чувствительные элементы (ЧЭ) фотоприемного устройства 8, точно накладываются друг на друга. За один оборот четырехгранной зеркальной призмы 1 в зависимости от числа ЧЭ, располагаемых в линейку перпендикулярно направлению сканирования, формируются четыре строки или четыре группы строк развертки изображения местности. Для исключения пропусков в изображении местности число ЧЭ фотоприемного устройства согласуется с высотой и скоростью полета ЛА, и скоростью вращения четырехгранной зеркальной призмы 1.
При изготовлении устройства, в процессе юстировки его оптической схемы, взаимное положение зеркального многогранника 1, зеркала 4 с наклонными поверхностями, зеркал 2, 3, объектива 7 и фотоприемника 8 выставляются и затем фиксируются так, чтобы изображения бесконечно удаленного точечного источника излучения, совмещенного с оптической
осью объектива, фокусировались в центре фокальной плоскости объектива 7 и точно накладывались друг на друга. При этом зеркальный многогранник, например, призма 1 находится в положении, когда ее грани расположены под углом 45° к оптической оси объектива 7. Затем призма 1 разворачивается на 45°, выставляется и фиксируется в положении лазерного излучателя 9 так, чтобы его луч, отразившись от зеркал 2 и 3, попал в центр квадрупольного фотоприемника 10, закрепленного на основании 5 зеркала 4, симметрично относительно предусмотренного для него отверстия 6. После этого выставляются и фиксируются квадрупольные фотоприемники 11 и 12 так, чтобы проходящие через полупрозрачные участки отражающих поверхностей зеркал 2 и 3 лазерные лучи попадали точно в их центры. Попадание лазерного луча в центр квадрупольного фотоприемника констатируется равенством нулю сигналов рассогласования в схемах управления актюаторами 24, 25, 26. Выходные сигналы при этом должны быть отключены от актюаторов. На этом юстировка оптической схемы завершается и устройство переводится в рабочее состояние (выходы схем 24, 25, 26 подключаются к актюаторам). Отныне в процессе работы устройства любые изменения положения зеркал 2. 3 и зеркала 4 из-за температурных и усталостных деформаций корпуса будут непрерывно компенсироваться и приводиться в исходное состояние за счет управления актюаторами так, чтобы сигналы рассогласования, снимаемые с квадрупольных фотоприемников, были равны нулю.
в
г
A
B
C
D
в
A
B
C
D
На фиг.2 представлена функциональная схема компенсации разъюстировки зеркала 4, которое крепится к корпусу через актюаторы 13, 14, 15 на и основании 5, которого установлены излучатель 9 и фотоприемник 10. В схеме управления 24 усилителями 27 формируются сигналы рассогласования в вертикальной Δ и горизонтальной Δ (по чертежу фиг.2) плоскостях из напряжений U, U, U, U, снимаемых с чувствительных площадок А, В, С, D квадрупольного фотоприемника 11, установленного на зеркале 2: Δ=U+U-(U+U);
г
A
C
B
D
Δ=U+U-(U+U). Эти сигналы формирователи 28 преобразуют в сигналы управления пьзокерамическими актюаторами зеркала 4:
13
1
B
2
г
U=-K(p)Δ-K(p)Δ;
15
1
в
2
г
U=K(p)Δ-К(р)Δ;
14
2
г
U=К(р)Δ.
1
2
где K(p) и К(р) - передаточные функции контуров управления актюаторами в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Схемы компенсации разъюстировки зеркал 2 и 3 аналогичны описанной. Различные отношения коэффициентов отражения и пропускания полупрозрачных участков зеркальных покрытий (2/1 у зеркала 2 и 1/1 у зеркала 3) сделаны так, чтобы на каждый квадрупольный фотоприемник (10, 11 и 12) попадала одинаковая (1/3) часть энергии лазерного луча.
в
г
Призма 1 четыре раза за один оборот прерывает лазерный луч на время, равное или большее времени развертки одной строки. Поэтому сигналы с площадок квадрупольных фотоприемников имеют вид меандра с частотой в четыре раза большей частоты вращения призмы 1. Этой частоты вполне достаточно для формирования астатических систем регулирования с необходимой добротностью, которые будут управлять положением зеркал 2, 3 и 4 так, чтобы сигналы рассогласования Δ и Δ были равны нулю. Это означит, что при деформациях корпуса прибора будет сохраняться исходное, выставленное при юстировке устройства, положение зеркал 2, 3 и 4, что гарантирует точное совпадение изображений, формируемых объективом 7 по двум плечам оптической схемы устройства.