УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ЛИНЕЙНОГО УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМЫ АВТОСОПРОВОЖДЕНИЯ ПОДСВЕЧЕННЫХ ЛАЗЕРОМ ОБЪЕКТОВ

УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ЛИНЕЙНОГО УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМЫ АВТОСОПРОВОЖДЕНИЯ ПОДСВЕЧЕННЫХ
ЛАЗЕРОМ ОБЪЕКТОВ
Полезная модель относится к области онтоэлектроники и может быть использована в оптоэлектронных системах поиска, обнаружения и автосопровождения объектов, подсвеченных лазером.
Известно устройство 1, которое содержит координатночувствительный приемник излучения, внутренние чувствительные площадки которого подключены через соответствующие усилители каждая к своему аналоговому входу блока обработки, выходы которого через соответствующие усилители мощности подключены к обмоткам коррекции гироскопа. Недостатком данного устройства является невысокий динамический диапазон входных сигналов, что ограничивает применение устройства в большом диапазоне дальностей до подсвеченного лазером объекта.
Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемой полезной модели является устройство 2, содержащее гирооптический блок, на кардане которого укреплен позиционно-чувствительный фотоприемник отраженных от цели лазерных импульсов. Фотоприемник подключен ко входам четырехканального усилителя, к выходам которого подключены входы блока пиковых детекторов (НД). Входы управления НД соединены с выходами распределителя импульсов, являющегося управляющим устройством (УУ). Выходы блока НД соединены с входами суммарно-разностного устройства и устройства автоматического
МПК7О01 S3/78
регулирования усиления (АРУ), подключенного ко входу регулировки коэффициентов передачи каналов усиления.
Известное устройство 2 обладает следующими недостатками.
Вследствие утечки зарядов конденсаторов в блоке ПД, запоминающих амплитуды выходных сигналов усилителей в паузах между вспышками отраженного от объекта лазерного излучения, возникает ошибка вычисления углового местоположения цели в блоке измерения азимута и угла места цели. Эта погрешность увеличивается при увеличении паузы между вспышками, а при больших паузах устройство оказывается непригодным для длительного хранения координат светового пятна. При этом в известном устройстве 2 возможному увеличению постоянной времени паразитного разряда запоминающих конденсаторов препятствует требование высокой скорости их заряда весьма короткими входными лазерными импульсами, отраженными от цели.
Кроме того, АРУ замкнутого типа, примененная в устройстве прототипе, обладает запаздыванием, вызывая динамическую ошибку в определении положения цели, возрастаюшую при уменьшении частоты вспышек.
Задачей предлагаемой полезной модели является увеличение точности определения координат местонахождения объекта при большом динамическом диапазоне амплитуд лазерных импульсов, отраженных от объекта.
Для достижения этого технического результата предлагается устройство формирования линейного управления системы автосопровождения подсвеченных лазером объектов, которое как и наиболее близкое к нему, выбранное в качестве прототипа, содержит фотоприемное устройство, состоящее из координатно-чувствительного фотоприемника, чувствительные площадки которого через усилители и
пиковые детекторы подключены ко входам д,вух суммарно-разностных и суммирующего устройств. Заявляемое устройство содержит также нормирующие устройства, соединенные через усилители мощности с обмотками коррекции гироскопа. Выходы усилителей подключены ко входам устройства управления, выходы которого подключены к устройству автоматического регулирования усиления. Особенностью предлагаемой полезной модели, отличающей ее от известного устройства 2, является то, что в него дополнительно введены три схемы выборки-хранения. В фотоприемное устройство дополнительно введены предусилители, связывающие выходы чувствительных площадок фотоприемников со входами усилителей, а устройство автоматического регулирования усиления состоит из компаратора, трех триггеров, двух схем «И, ключа и трех резисторов. Выходы первого и второго суммарно-разностных устройств подключены через первую и вторую схемы выборки-хранения к основным входам соответствующих нормирующих устройств. Выход суммирующего устройства подключен через третью схему выборки-хранения к опорным входам нормирующих устройств и ко входу компаратора с порогом Unop- Один выход устройства управления подключен ко входам управления схем выборки-хранения, второй - ко входам управления пиковых детекторов, третий и четвертый соответственно ко входам «R и «С трех Ж - триггеров, входы К которых соединены с нулевым проводом. Выход компаратора подключен ко входу J первого триггера и к первым входам первой и второй схем И. Выход первого триггера подключен ко второму входу первой схемы И и ко входам переключения коэффициентов усиления усилителей. Выход первой схемы И подключен ко входу J второго триггера, выход которого подключен ко второму входу второй схемы И и ко входам переключения усиления предусилителей фотоприемного
устройства. Выход второй схемы И подключен ко входу J третьего триггера. Выход третьего триггера подключен ко входу управления ключом, выход которого соединен с нулевым проводом, а вход через первый резистор соединен с вводом питающего напряжения фотоприемника, а так же со вторым резистором, второй вывод которого подключен к нулевому проводу, и с третьим резистором, второй вывод которого подключен к батарее питания фотоприемника.
Выполнение задач, поставленных при создании предлагаемой полезной модели, стало возможным благодаря следующему. В устройство введены дополнительные блоки: три схемы выборки-хранения и предусилители, связывающие выходы чувствительных площадок фотоприемников с входами усилителей и улучшающие отношение сигнал/помеха, а также увеличивающие динамический диапазон устройства (введены в фотоприемное устройство). СВХ запоминают и хранят в течение требуемого времени с высокой точностью координатные сигналы и суммарный сигнал с выходов ПД. Новым является и схемное решение устройства (АРУ), которое состоит из компаратора с Ж триггерами, схемами И, ключом и резисторами, и обеспечивает высокий динамический диапазон входных сигналов благодаря трехступенчатому переключению коэффициентов передачи каналов.
Таким образом, совокупность указанных выше признаков позволяет решить поставленные задачи.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется структурной схемой, представленной на фиг.
Устройство формирования линейного управления системы автосопровождения подсвеченных лазером объектов, состоит из фотоприемного устройства (ФПУ) 1, содержащего координатночувствительный фотоприемник (ФП) 2 с переключаемым напряжением
питания. Чувствительные площадки а, Ь, с, d ФПУ 1 через предусилители 3 и усилители 4 подключены ко входам ПД 5 и импульсным входам управляющего устройства (УУ) 6. К неинвертирующим входам первого суммарно-разностного устройства 7 подключены выходы А иВПД 5, а к инвертирующим входам - выходы В и С ПД 5. К неинвертирующим входам второго суммарно-разностного устройства 8 подключены выходы А и В ПД 5, а к инвертирующим входам - выходы С и Д. Выходы А, В, С, D ПД 5 подключены ко входам суммирующего устройства 9. Выходы суммарно-разностных устройств 7, 8 и суммирующего устройства 9 подключены соответственно ко входам СВХ 10, 11, 12, при этом выходы первой 10 и второй 11 СВХ подключены соответственно к входам первого 13 и второго 14 нормирующих устройств (ПУ), выходы которых через усилители мощности 15, 16 подключены к обмоткам коррекции 17, 18 гироскопа (на фиг. не показан), а опорные входы ПУ 13, 14 подключены к выходу третьей СВХ 12 и ко входу компаратора 19с порогом Unop., выход которого подключен ко входу J первого JK триггера 20 и к первым входам двух схем И 21 и 22. Выход первого триггера 20 подключен ко второму входу первой схемы И 21 и ко входам переключения усиления усилителей 4, выход второго триггера 23 подключен ко второму входу второй схемы И 22 и ко входам переключения усиления предусилителей 3 ФПУ 1, при этом выход первой схемы П 21 подключен ко входу J второго Ж триггера 23, а выход второй схемы И 22 - ко входу J третьего JK триггера 24, выход которого подключен к входу управления ключа 25, выход которого подключен к нулевому проводу, а вход через первый резистор 26 ко вводу питания фотоприемника 2 ФПУ 1, соединенного через второй резистор 27 с нулевым проводом и через третий резистор 28 с батареей питания фотоприемника Ефп. Первый выход УУ 6 подключен к входам управления ПД 5, второй - ко входам
управления СВХ 10, 11, 12, третий - ко входам «R установки в ноль триггеров 20, 23, 24, четвертый - к счетным входам «С триггеров 20, 23, 24, входы К которых подключены к нулевому проводу.
Устройство работает следующим образом.
Отраженный от объекта пучок излучения импульсного лазера фокусируется оптической системой (на рис. не показана) на плоскость ФП 2 в виде аберрационного пятна 29. Распределение энергии пятна на чувствительных площадках ФП 2 соответствует координатам расположения объекта в поле зрения устройства.
Задача устройства состоит в том, чтобы после приема отраженных от объекта лазерных импульсов и проведения управляющим устройством 6 процедуры обнаружения своей частоты следования этих импульсов обеспечивать точное измерение амплитуд электрических импульсов с выходов чувствительных площадок а, Ь, с, d ФП 2, являющихся откликами на принятые лазерные импульсы, запоминание их на время, равное периоду следования лазерных импульсов, выделение координатной информации путем проведения суммарно-разностной обработки, нормирование координатных сигналов для исключения их зависимости от величины отраженного сигнала, формирование пропорциональных координатам токов коррекции в катушках коррекции 17, 18 гироскопа (на фиг. не показан), ось которого сопряжена с осью оптической системы и под воздействием токов коррекции должна совмещать центр пятна 29 с центром ФП 2. При этом устройство должно работать линейно в большом динамическом диапазоне входных сигналов, для чего в нем реализована кусочно-линейная апроксимация динамического диапазона.
усиленные предусилителями 3 ФПУ 1, настраиваются одинаковыми на входах усилителей 4. Для получения высокой точности усиления и запоминания сигналов в каналах применены прецизионные элементы и использована глубокая обратная связь, обеспечивающая стабильность характеристик каналов при всех внешних воздействиях.
Задача запоминания амплитуды коротких лазерных импульсов и хранения ее с высокой точностью в течение длительного времени, определяемого периодом следования лазерных импульсов, решена в предлагаемом устройстве в две ступени. При этом первая ступень обеспечивает весьма малую величину постоянной времени заряда в ПД 5 Сзар.пд 100 НС для исключения амплитудных потерь в течение переднего фронта импульса с выхода ФПУ 1 и одновременно с этим благодаря фиксации времени хранения ПД 5 управляющими сигналами с выхода УУ 6 на относительно небольшом уровне (25 мкс) обеспечена высокая точность хранения амплитудной информации в течение 25 мкс. В результате с выходов ПД 5 снимаются прямоугольные импульсы длительностью 25 мкс стабильной амплитуды, пропорциональной освещенности соответствующей чувствительной площадки а, Ь, с или d ФП 2. Далее эти импульсы подаются на входы суммарно-разностных устройств 7, 8 для получения координатных сигналов(А+В)-(В+С) и (A+B)-(C+D) и на входы сумматора 9 для получения суммы сигналов (A+B+C+D). Полученные сигналы также имеют длительность 25 мкс и подаются на СВХ, то есть на вторую ступень запоминания. При этом столь значительная величина времени - 25 мкс, отводимого для заряда запоминающих емкостей СВХ, позволила выбрать высококачественные запоминающие конденсаторы больщой емкости 30000 пФ и обеспечить с одной стороны, полный их заряд за время 25 мкс, а с другой стороны весьма малый разряд за время, равное периоду следования лазерных
импульсов  50000 мкс, то есть высокую точность координатной информации. Нормирование координатных сигналов, то есть устранение зависимости от амплитуды при ее изменении в процессе работы устройства, производится схемами нормирования 13, 14 в соответствии с формулами:
Ux(A+D)-(B+C)/(A+B+C+D); UY(A+B)-(C+D)/(A+B+C+D)
Усилители мощности 15, 16 создают необходимые токи коррекции  и  для управления магнитными потоками катушек коррекции 17,18 гироскопа.
Задача расширения динамического диапазона (кусочно-линейная апроксимация) решена путем выработки компаратором 19 управляюш;его потенциала, соответствуюп ;его верхней границе каждого из трех линейных участков диапазона (контролируется величина сигнала (A+B+C+D)). Так, при увеличении входных сигналов, начиная от их минимального значения, происходит последовательное переключение триггеров 20, 23, 24 с О в 1. Высокие потенциалы с выходов триггеров последовательно скачками уменьшают коэффициенты усиления усилителей 4 и предусилителей 5, а затем, путем переключения ключа 25, скачком уменьшается напряжение питания фотоприемника ФП 2 и, как следствие, уменьшается его чувствительность. Благодаря этому удалось получить высокий динамический диапазон входных сигналов устройства.
Электронная часть устройства выполнена с использованием микросхем серий: 134, 504, 521, 574, 590 и некоторых других ЭРИ. При этом все ЭРИ широкого применения. Объем устройства не превышает 2 дм
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет осуш,ествлять прием лазерных импульсов в большом динамическом диапазоне амплитуд более 10000, запоминать амплитудную информацию
в ЭТОМ диапазоне за время  0,2 мкс, вырабатывать координатную информацию о подсвеченном лазером объекте в поле зрения устройства и хранить ее с высокой точностью в течение требуемого времени  50000 МКС, обеспечивая по сравнению с прототипом значительно больший динамический диапазон сигналов, более высокую точность и большее время хранения координатной информации.
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ НСТОЧННКИ:
1.Полезная модель РФ, свидетельство № 15610, кл. G 01 S 3/78, оп. 2000 г.
2.Патент США № 3696248 кл. G 01 J 1/20, оп. 1972 г.