УСТРОЙСТВО ОБНАРУЖЕНИЯ НАЗЕМНЫХ ОБЪЕКТОВ
GROUND OBJECT DETECTION DEVICE

Изобретение относится к боеприпасам и может быть использовано в пассивных сканирующих координаторах (обнаружителях) цели.
Известно устройство для автоматизированного прицеливания и выстрела из стрелкового оружия, содержащее оптико-электронное устройство, схему обработки сигнала и дальномер (патент РФ RU 2240485, F41G 3/00, 04.09.2002). Недостатком устройства является низкая помехозащищенность и сложность.
Ближайшим аналогом, принятым за прототип предлагаемого изобретения, является устройство обнаружения наземных объектов (патент РФ RU 2350889, 27.03.2009 г.), содержащее оптическую систему, выход которой соединен с входом делителя оптических сигналов, выход в спектральном диапазоне 7-14 мкм и выход в спектральном диапазоне 0,8-1,1 мкм которого соединены с входами двухканального фотоприемного устройства, первый выход которого соединен с первым инерционным детектором и первым входом первого сумматора, а второй выход двухканального фотоприемного устройства через регулируемый усилитель соединен со входом второго инерционного детектора и вторым входом первого сумматора, при этом выходы первого и второго инерционных детекторов соединены соответственно с первым и вторым входами второго сумматора, а также соответственно с первым и вторым входами вычитающего устройства, выход которого соединен с управляющим входом регулируемого усилителя, причем выход первого сумматора через делитель напряжения соединен с прямым входом компаратора, имеющего также инверсный и дополнительный входы и выполненного с возможностью обработки сигналов по прямому и инверсному входам после поступления сигнала по дополнительному входу, причем выход второго сумматора соединен через устройство выделения максимального сигнала с инверсным входом компаратора, дополнительный вход которого соединен с высотомером.
Характерной особенностью данного двухканального устройства является то, что оно позволяет при совместной обработке сигналов двух спектральных диапазонов определить наличие цели по контрасту отраженных сигналов от подстилающей поверхности и цели. В устройстве применена система автоматической регулировки усиления дополнительного канала по уровню сигнала основного канала, а с целью исключения ложных срабатываний по фоновым образованиям отслеживаются максимальные значения сигналов от фоновой поверхности, совпадающие по знаку с сигналом от цели по обоим каналам, и в зависимости от этого формируется плавающий порог на выходе второго сумматора. Компаратор "срабатывает" в случае превышения суммарного сигнала с выхода делителя напряжения над суммарным плавающим порогом, что свидетельствует о наличии цели в поле зрения устройства.
Недостатком такого устройства является низкая достоверность обнаружения цели заданных размеров. Известным устройством можно обнаружить только контраст между отраженными сигналами от подстилающей поверхности и цели и принять решение о том, что при сканировании поверхности найден какой-то прогретый объект. Этим объектом может быть дом, горящая трава или отдельно стоящее горящее дерево, автомобиль и т.д. Отсутствие количественной информации не позволяет распознать наземные объекты заданных размеров.
Задачей изобретения является повышение информативности устройства для распознавания наземных объектов заданных размеров.
Технический результат - повышение достоверности обнаружения наземных объектов заданных размеров.
Сущность изобретения состоит в следующем. Устройство обнаружения наземных объектов содержит оптическую систему, выход которой соединен с входом делителя оптических сигналов, выход в спектральном диапазоне 7-14 мкм и выход в спектральном диапазоне 0,8-1,1 мкм которого соединены с входами двухканального фотоприемного устройства, первый выход которого соединен с первым инерционным детектором и первым входом первого сумматора, а второй выход двухканального фотоприемного устройства через регулируемый усилитель соединен со входом второго инерционного детектора и вторым входом первого сумматора, при этом выходы первого и второго инерционных детекторов соединены соответственно с первым и вторым входами второго сумматора, а также соответственно с первым и вторым входами вычитающего устройства, выход которого соединен с управляющим входом регулируемого усилителя, причем выход первого сумматора через делитель напряжения соединен с прямым входом первого компаратора, имеющего также инверсный и дополнительный входы и выполненного с возможностью обработки сигналов по прямому и инверсному входам после поступления сигнала по дополнительному входу, причем выход второго сумматора соединен через устройство выделения максимального сигнала с инверсным входом первого компаратора, дополнительный вход которого соединен с высотомером. Отличительные признаки состоят в том, что в устройство введены амплитудный детектор, второй компаратор и таймер, причем первый выход двухканального фотоприемного устройства соединен с входом амплитудного детектора и первым входом второго компаратора, выход первого компаратора соединен с входом разрешения счета таймера и разрешающим входом амплитудного детектора, выход которого соединен со вторым входом второго компаратора, а выход таймера подключен ко входу разрешения второго компаратора.
Применение такой схемы построения позволяет обнаружить при сканировании наземной поверхности объекты, имеющие положительный температурный контраст относительно подстилающей поверхности и имеющих заданный размер.
Изобретательский уровень предлагаемого решения подтверждается появлением нового свойства предлагаемого устройства, заключающегося в возможности получения одновременно как качественных, так и количественных характеристик наземной цели, что и определяет достижение технического результата - повышения достоверности обнаружения цели заданных размеров.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 показана функциональная схема устройства обнаружения наземных объектов.
На фиг.2 показано изображение сигнала от цели, поясняющее работу предлагаемого устройства, когда длительность сигнала от цели меньше, чем строб таймера, при этом происходит срабатывание второго компаратора.
На фиг.3 показано изображение сигнала от цели, поясняющее работу предлагаемого устройства, когда длительность сигнала от цели больше, чем строб таймера, при этом срабатывание второго компаратора не происходит.
На фиг.4 показано изображение сигнала от цели, поясняющее работу предлагаемого устройства, когда длительность сигнала от цели меньше, чем задержка между срабатыванием первого компаратора и передним фронтом строба таймера, при этом срабатывание второго компаратора не происходит.
На фиг.2÷4 приняты следующие обозначения:
1
t - момент времени, когда произошло срабатывание первого компаратора и разрешена работа амплитудного детектора,
2
t - момент времени, когда таймер разрешает работу второго компаратора,
3
t - момент времени, когда произошло срабатывание второго компаратора,
4
t - момент времени, когда таймер снимает разрешение на работу второго компаратора,
Тм - длительность сигнала с выхода таймера (окончание сигнала от цели должно совпадать по времени с сигналом Тм),
Тс - длительность сигнала от цели,
Uт - сигнал основного "теплового" канала,
А - амплитуда основного "теплового" канала,
A1 - 60÷80% амплитуды основного "теплового" канала.
Устройство обнаружения наземных объектов работает следующим образом (фиг.1). Оптическая система 1 принимает сигналы в достаточно широком диапазоне. Поскольку дополнительно к основному "тепловому" каналу в спектральном диапазоне (7-14) мкм введен дополнительный канал в спектральном диапазоне (0,8-1,1) мкм, формируемый делителем оптических сигналов 2, повышается вероятность обнаружения цели в дневное время суток, так как воспринимается отраженное от объектов излучение и повышается помехозащищенность устройства в любое время суток, реагирующее на "светящиеся" объекты.
Сигнал от цели, формируемый делителем оптических сигналов 2 и двухканальным фотоприемным устройством 3, по тепловому каналу Uт определяется степенью прогрева цели, а по дополнительному каналу определяется отражательной способностью цели относительно фона.
Совместная обработка сигналов, получаемых на двух выходах двухканального фотоприемного устройства 3, осуществляется путем сложения этих сигналов первым сумматором 6, причем сигнал дополнительного канала предварительно проинвертирован, пройдя через регулируемый усилитель 13. Аналогично сигнал с выхода основного канала двухканального фотоприемного устройства 3 через первый инерционный детектор 4 подается на первый вход второго сумматора 7, на второй вход которого подается сигнал с выхода дополнительного канала через последовательно включенные регулируемый усилитель 13 и второй инерционный детектор 5.
Далее сигнал с выхода второго сумматора 7 через устройство выделения максимального сигнала 9 поступает на инверсный вход первого компаратора 10 (устройства сравнения), являясь "плавающим" пороговым уровнем. На прямой вход первого компаратора 10 через делитель напряжения 8 поступает выходной сигнал первого сумматора 6 и в случае превышения им порогового уровня происходит "срабатывание" первого компаратора 10, свидетельствующее о наличии цели в поле зрения устройства. На фиг.2÷4 это момент времени t1.
Коэффициент передачи делителя напряжения 8 составляет 0,7-0,9, исключая срабатывание устройства от случайных помеховых выбросов, имеющих незначительное превышение над "плавающим" порогом.
"Плавающий" пороговый уровень сигнала с выхода второго сумматора 7 сравнивается в устройстве выделения максимального сигнала 9 с сигналом с постоянным пороговым уровнем Uпор. Устройство выделения максимального сигнала 9 осуществляет передачу на выход большего из двух этих сигналов. В случае "спокойной" фоновой обстановки, когда значение Uпор превышает значение "плавающего" порога, это значение Uпор и определяет пороговую чувствительность всего устройства обнаружения. При повышении уровня флуктуации фонового сигнала, когда значение "плавающего" порога (сигнала на выходе сумматора 7) превышает значение Uпор, на выход устройства выделения максимального сигнала 9 подается сигнал, соответствующий значению "плавающего" порога.
Одновременно в вычитающем устройстве 12 из выходного сигнала первого инерционного детектора 4 основного канала вычитается выходной сигнал второго инерционного детектора 5 дополнительного канала, а получаемый разностный сигнал играет роль управляющего сигнала регулируемого усилителя 13. За счет этого осуществляется "адаптация" устройства обнаружения к изменяющимся внешним условиям применения, обеспечивая подстройку уровня сигнала дополнительного канала под уровень сигнала основного канала. Такая обработка сигналов позволяет анализировать возможные сочетания характеристик сигналов двух спектральных диапазонов. Использование же "плавающего" порога позволяет отслеживать уровень флуктуации сигналов от подстилающей поверхности, уменьшая вероятность ложного срабатывания по фону в случае сильных флуктуаций сигнала ("сложный" фон) и исключая загрубление устройства при "спокойном" фоне.
Следует отметить, что описанная выше обработка сигналов осуществляется после получения сигнала с высотомера 11, входящего в состав устройства обнаружения и определяющего заданную высоту над поверхностью земли, повышая эффективность применения самоприцеливающегося боеприпаса.
Для определения размера объектов производится измерение длительности сигнала от объектов. Длительность сигнала зависит от геометрических размеров объекта и скорости сканирования поверхности земли. За начало объекта принимается передний фронт сигнала от объекта, а за конец объекта принимается спад сигнала от объекта (фиг.2÷4). Передний фронт сигнала определяет первый компаратор 10 и на своем выходе в момент времени t1 формирует сигнал, по которому разрешается работа амплитудного детектора 14 и таймера 16. Таймер 16 на своем выходе устанавливает сигнал заданной длительности Тм, на время действия которого разрешается работа второго компаратора 15. Этот сигнал задает длительность сигнала от объекта, который должен быть обнаружен. Если в течение времени действия сигнала разрешения таймера 16 для второго компаратора 15 последний не сработал, значит длительность сигнала от цели Тс слишком мала или слишком велика, то есть объект имеет геометрические размеры, большие или меньшие заданных. Во время сканирования местности устройством обнаружения наземных объектов первый компаратор 10 срабатывает по контрасту между отраженными сигналами от подстилающей поверхности и цели, и тем самым определяется передний фронт сигнала (импульса), а окончание (задний фронт) сигнала определяется вторым компаратором 15. Определение заднего фронта происходит, когда значение сигнала основного «теплового» канала становится меньше 60-80% амплитуды, причем измерение амплитуды А основного канала начинается по сигналу разрешения первого компаратора 10 в момент времени t1. Срабатывание второго компаратора 15 означает, что найден наземный объект заданных размеров (фиг.2), в противном случае объект не найден (фиг.3, фиг.4), и продолжается сканирование местности.
Под амплитудным детектором подразумевается аналоговое (или аналого-цифровое) запоминающее устройство для отслеживания и хранения максимума входного сигнала в течение заданного промежутка времени до прихода сигнала более высокого уровня.
Применение такой схемы позволяет отсеять объекты малых и больших размеров и обнаружить наземный объект заданного размера.
Устройство обнаружения наземных объектов может быть реализовано как на дискретных элементах, так и на базе микропроцессоров.