КООРДИНАТОР
COORDINATOR

Предлагаемое изобретение относится к области пеленгационных средств и приборов управления и может быть использовано при разработке систем, работающих в инфракрасной области спектра излучения в активном режиме работы.
Любой координатор, работающий в активном режиме, содержит в себе приемный и передающий каналы. Приемный канал содержит, как правило, объектив, оптические узел, приемник лучистой энергии и систему обработки информации, передающий канал - источник излучения, оптический узел и коллиматор.
В аналогах и прототипах предлагаемого устройства обычно описывается приемный или передающий канал, иногда оба канала вместе.
В заявках ФРГ №1498001 и Великобритании №1468237 описаны системы слежения за единичной целью на базе квадрантного приемника излучения.
Недостатком этих устройств является то, что эти устройства определяют не координаты цели, а отслеживают направление на нее.
В оптической системе сопровождения /см. Великобритания, акц. заявка №1343351/ луч лазера преобразуется в ″веерный″ луч с помощью цилиндрического рефлектора. С цилиндрического рефлектора лазерный луч отражается на первый барабан, который вращается вокруг оси, лежащей в плоскости веерного луча. Каждая грань барабана состоит из прозрачной и непрозрачной частей. Непрозрачная часть грани покрыта серебром и представляет собой зеркало для излучения лазера. Непрозрачной частью грани веерный луч сканируется в одном направлении, причем плоскость луча перпендикулярна направлению сканирования. Когда веерный луч попадает на прозрачную часть грани, то он проходит внутрь барабана и там отражается зеркалом вдоль его оси. Луч, отраженный зеркалом в первом барабане, попадает на идентичный второй барабан, который вращается вокруг оси, перпендикулярной оси первого барабана. Таким образом, площадь объектов сканируется веерными лучами поочередно в ортогональных направлениях.
Недостатком данного устройства является сложность оптической схемы и ее изготовление, а также сканирование в двух ортогональных плоскостях пространства.
В состав координатора, который принят за прототип /см. авт. свид. № 1841001, заявка №3156652/ входит приемный объектив 1, в фокальной плоскости которого размещена главная плоскость 2 оптического узла 3, состоящего из двух плоско-выпуклых одинаковых по радиусу оптически сопряженных и жестко связанных между собой линз 4. На внутренней стороне одной из них по всей ее площади нанесено покрытие из не прозрачного для видимого и инфракрасного излучений материала. В покрытии сделан вырез 5 в виде узкой щели /шириной 200÷250 мкм/, выполненной по спирали Архимеда. Вырез 5 начинается с оптической оси устройства и, пересекая ось - Y, кончается на оси - X, в точке максимального радиуса оптического узла 3, т.е. вырез 5 сделан на 180°. Держатель 6 оптического узла имеет по оси Х синхронизирующее отверстие 7, которое расположено на расстоянии большем, чем максимальный радиус оптического узла 3. С одной стороны держателя 6 напротив синхронизирующего отверстия 7 расположен светодиод 8, а с другой стороны фотодиод 9. Оптическая ось светодиод 8 - фотодиод 9 параллельна оптической оси устройства. Держатель 6 через редуктор 10 подключен к исполнительному электродвигателю 11. На входной оси редуктора 10 расположен оптическо-механический датчик углового положения 12.
После оптического узла 3 на оптической оси устройства расположен четырехэлементный квадрантный приемник лучистой энергии 13. Выход фотодиода 9 подключен через схему выреза импульсов 14 и линии задержки 15, 16, 17 к входам источников питания 19, 20, 21, кроме источника питания 18, вход которого непосредственно подключен к выходу схемы выреза импульсов 14. Выходы источников питания 18, 19, 20, 21 соединены соответственно с питающими входами четырехэлементного квадрантного приемника лучистой энергии 13, сигнальные выходы которого поступают на счетно-решающее устройство 22. Выходы источников питания 18, 19, 20, 21 также поступают на счетно-решающее устройство 22, девятый вход которого связан с оптико-механическим летчиком углового положения 12.
Недостатком данного устройства является невозможность обнаружения неизлучающих или слабо излучающих объектов.
Целью предлагаемого изобретения является повышение вероятности обнаружения неизлучающих или слабоизлучающих объектов с одновременным упрощением устройства.
Поставленная цель достигается тем, что в координаторе, состоящем из приемного и передающего каналов, содержащем в приемном канале последовательно установленные на одной оси приемный объектив, оптический узел в держателе, состоящий из двух плоско-выпуклых одинаковых по радиусу оптически сопряженных и жестко связанных между собой линз, внутренняя площадь одной из которых выполнена с не прозрачным покрытием для видимого и инфракрасного излучений, в котором сделана щель на 180° по спирали Архимеда с началом на оптической оси и окончанием на оси X в точке максимального радиуса линз оптического узла, четырехэлементный квадрантный приемник лучистой энергии и устройство обработки информации, а в передающем канале - последовательно установленные на одной оптической оси источник излучения, например, лазер, оптический узел, коллиматор, при этом оптические оси приемного и передающего каналов параллельны, оптический узел передающего канала выполнен на основе световолокон, которым жестко закреплен в держателе, выполненном аналогично держателю оптического узла приемного канала, при этом держатель передающего канала механически соединен с редуктором приемного канала, а световолокна со стороны коллиматора равномерно уложены в щель, выполненную по спирали Архимеда, и жестко закреплены в нем, расположение которой относительно осей декартовых координат аналогично расположению выреза приемного оптического узла, а со стороны источника излучения световолокна собраны в жгут, торцовая часть которого выполнена в виде круга, который оптически согласован и сопряжен с выходной апертурой источника излучения.
Предлагаемое устройство существенно отличается по своим функциональным возможностям по сравнению с известными устройствами подобного типа. По сравнению с ними оно определяет координаты многих целей /как в пассивном режиме, так и в активном/, имеет хорошую синхронизацию между приемным и передающим каналами, оптимальным образом решен вопрос подсвета объектов, проще как в конструктивном плане, так и в оптическом.
Данное техническое решение отличается от всех существующих новой совокупностью признаков, которые взаимосвязаны между собой, необходимы и достаточны для обеспечения поставленной задачи. На основании изложенного заявляемое техническое решение соответствуют критерию ″существенные отличия″.
На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого координатора.
В состав приемного канала предлагаемого устройства входит приемный объектив 1, в фокальной плоскости которого размещена главная плоскость 2 оптического узла 3, состоящего из двух плоско-выпуклых одинаковых по радиусу оптически сопряженных и жестко связанных между собой линз 4. На внутренней стороне одной из них по всей ее площади нанесено покрытие из не прозрачного для видимого и инфракрасного излучений материала. В покрытии сделан вырез 5 в виде узкой щели /ширине 200÷250 мкм/, выполненный по спирали Архимеда. Вырез 5 начинается с оптической оси устройства и, пересекая ось Y, кончается на оси X, в точке максимального радиуса оптического узла 3, т.е. вырез 5 сделан на 180°. Держатель 6 оптического узла имеет на оси Х синхронизирующее отверстие 7, которое расположено на расстоянии, большем, чем максимальный радиус оптического узла 3. С одной стороны держателя 6, напротив синхронизирующего отверстия 7 расположен светодиод 8, а с другой стороны фотодиод 9. Оптическая ось светодиод 8 - фотодиод 9 параллельна оптической оси устройства. Держатель 6 через редуктор 10 подключен к исполнительному электродвигателю 11. На входной оси редуктора 10 расположен оптико-механический датчик углового положения 12.
После оптического узла 3 на оптической оси устройства расположен четырехэлементный квадрантный приемник лучистой энергии 13. Выход фотодиода 9 подключен через схему выреза импульсов 14 и линии задержки 15, 16, 17 к входам источников питания 19, 20, 21, кроме источника питания 18, вход которого непосредственно подключен к выходу схемы выреза импульсов 14. Выходы источников питания 18, 19, 20, 21 соединены соответственно с питающими входами элементов приемника 13, сигнальные выходы которого поступают на счетно-решающее устройство 22. Выходы источников питания 18, 19, 20, 21 также поступают на счетно-решающее устройство 22, девятый вход которого связан с оптико-механическим датчиком углового положения 12.
В состав передающего канала предлагаемого устройства входят источник излучения 23, например, лазер, оптический узел 24 и коллиматор 25, расположенные на одной оптической оси, которая параллельна оптической оси приемного канала. Держатель 26 оптического узла 24 механически подсоединен к редуктору 10 приемного канала. Оптический узел 24 жестко закреплен в держателе 26. Выполнен оптический узел 24 на основе световолокон 27. Со стороны источника излучения 23 световолокна 27 собраны в жгут, торцовая часть которого выполнена в виде круга 28. Диаметр круга 28 согласован с диаметром выходной апертуры источника излучения 23 и оптически сопряжен с последним.
Со стороны коллиматора 25 световолокна 27 равномерно уложены в щель 29, выполненную по спирали Архимеда, и жестко закреплены в ней, расположение которой относительно осей декартовых координат аналогично расположению выреза 5 приемного оптического узла 3.
Предлагаемый координатор работает следующим образом.
Излучение от источника излучения 23 попадает на круг 28, состоящий из торцов световолокон 27. По световолокнам 27 излучение поступает на противоположные торцы, уложенные в щель 29. С этих торцов излучение поступает на коллиматор 25, а с него излучается в пространство объектов.
Вырез 5 и щель 29 находятся в одинаковом положении. Держатели 6 и 26 синхронно вращаются против часовой стрелки от редуктора 10. В процессе вращения держателей 6 и 26 производится по квадрантам декартовой системы координат анализ пространства объектов, которые находятся в поле зрения объектива 1 и коллиматора 25. Углы поля зрения объектива 1 и коллиматора 25 равны.
В начальном положении синхронизирующее отверстие находится на оптической оси светодиод 8 - фотодиод 9. При этом непосредственно со схемы выреза импульсов 14 и через линии задержки 15, 16, 17 на блоки питания 18, 19, 20 и 21, поступают сигналы их последовательного запуска. Напряжения питания с блоков питания 18, 19, 20, 21 поступают соответственно на первый элемент приемника излучения /находящийся в первом квадранте/, на второй элемент /находящийся в 4-м квадранте/, на третий элемент /находящийся в 3-м квадранте/, на четвертый элемент /находящийся во 2-м квадранте/ и снова на первый элемент /находящийся в 1-м квадранте/.
В момент подачи напряжения на элемент приемника излучения производится подсвет пространства и поиск целей в одном квадранте. Устройство при повороте его от начального положения на 270° анализирует пространство одного квадрата. За три оборота произойдет анализ четырех квадрантов.
Когда вырез 5 при его вращении пересекает подсвеченный излучением объект, то с соответствующего элемента приемника лучистой энергии 13 на счетно-решающее устройство 22 поступает электрический сигнал. Одновременно с ним на счетно-решающее устройство 22 с выхода оптико-механического датчика угловых положений 12 поступает сигнал, соответствующий угловому повороту держателя 6 от соответствующего начального положения. На счетно-решающее устройство 22 поступают также импульсы с выходов блоков питания 18, 19, 20, 21.
В предложенном устройстве схема выреза импульсов выполнена на трех микросхемах /155ИЕ5, 155ЛА3, 155ЛА4/, схема задержки - на трех микросхемах 564ТМ2, а схима питания элементов приемника излучения - на одной микросхеме 584ТР2 /см. Е.А. Зельдин ″Цифровые интегральные микросхемы в информационно-измерительной аппаратуре″, Л., изд-во ″Энергоатомиздат″, 1986, стр. 266-273/.
Пара светодиод-фотодиод выполнена соответственно на АЛ107Б и ФД-256.
В качестве исполнительного электродвигателя используется ДАДЧ-60-12.
Приемником лучистой энергии является ФР-15.
Источником излучения служит лазер ″Каспий″. Могут быть использованы лазеры типа ″Плунжер″ и ″Каштан″.
Б качестве световодов используются поликристаллические световоды из кристаллов КРС-5, КРС-6 /см. ″Квартовая электроника″, 11 №1, 1984 г., стр. 5-6/.
a
a
В предложенном устройстве применен фотоэлектрический преобразователь типа ОЭПМК-16 /см. ″Фотоэлектрические преобразователи информации″, М., изд-во ″Машиностроение″, 1974 г., стр. 367/. С выхода ОЭМПК-16 поступает натуральный двоичный параллельный код, характеризующий угол поворота вала анализатора изображения. Цифровой код находится в линейной зависимости от угла поворота вала. Код поступает на счетно-решающее устройство, которым является ЭВМ. На ЭВМ поступают импульсы с выводов блоков питания и сигнальных выходов элементов приемника излучения. В момент прихода на ЭВМ импульса цели, выдаются его координаты. Зная по коду в каждый данный момент угол поворота вала φ, определяются его полярный радиус r=·φ, где  - постоянная.
a
Полярные координаты φ и r далее преобразуют в декартовые координаты x=rcosφ=φcosφ и y=rsinφ=aφsinφ. ЭВМ в пределах своего разрешения может обрабатывать большое количество целей.
В качестве ЭВМ можно применить К1-20, К1-30, ДВК-2М, ЕС 1840 или любую другую, функциональные возможности которой позволяют проделать вышеописанные операции /см. ″Микропроцессорные устройства и системы″, М., №4, 1986 г., стр. 7, 15/.