СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ И ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ
METHOD FOR DETECTING OPTICAL AND OPTO-ELECTRONIC DEVICES

Изобретение относится к области лазерной локационной техники, системам обеспечения безопасности и может быть использовано для дистанционного обнаружения и измерения координат оптических и оптико-электронных приборов: биноклей, зрительных труб, фотоаппаратов, видеокамер, стрелковых оптических прицелов, кинокамер, любых других приборов, снабженных оптическими объективами и имеющих в фокальной плоскости отражающий элемент (измерительная сетка, фотокатод электронно-оптического преобразователя, фотоприемник, матрица и др.).
Под лазерной локацией понимается режим функционирования лазерного локатора (ЛЛ), включающий в себя обзор заданной области пространства (в общем случае - по всем измеряемым координатам), обработку отраженных сигналов, принятие решения о наличии или отсутствии объектов во всей зоне в целом, либо с указанием конкретных элементов разрешения, в которых они присутствуют.
Способ обзора пространства характеризуется конфигурацией зоны обзора, последовательностью осмотра угловых позиций и длительностью зондирования.
пер
пр
По способам обзора пространства, включающим методы сканирования и соотношения диаграмм направленности источника и приемника оптического излучения, характеризуемых телесными углами полей зрения передающей оптической системы (ω) и принимающей оптической системы (ω), различают три варианта построения ЛЛ (Карасик В.Е, Орлов В.М. "Лазерные системы видения". - М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001, с. 46-53; Малашин М.С., Каминский Р.П., Борисов Ю.Б. «Основы проектирования лазерных локационных систем». - М.: Высшая школа, 1983 г, с. 5-25, 118-135).
пер
пр
В первом варианте источник оптического излучения имеет узкое конусообразное поле зрения, а приемник оптического излучения - широкое, т.е. ω<<ω.
Изображение формируется в результате последовательного сканирования конусообразным полем зрения передающей оптической системы (ПОС) в пределах конусообразного поля зрения принимающей оптической системы (ПрОС). В качестве фотодетектора используется одноэлементный фотоприемник (фотодиод, фотоэлектронное устройство).
К достоинствам первой системы следует отнести простоту конструкции и малую вероятность ложного обнаружения объекта, т.к. даже в случае неравнояркого фона его значение на входе приемника постоянно по полю растра из-за его интегрирования по пространству. Недостатком системы является то, что отношение сигнал/шум в таких системах, как правило, невелико из-за отсутствия пространственной фильтрации.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ лазерной локации второго типа, принятый за прототип (Карасик В.Е, Орлов В.М. "Лазерные системы видения". - М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001, с. 46-53).
пер
пр
В прототипе ПОС имеет широкое поле зрения, освещающее все поле обзора, а ПрОС - узкое поле зрения, т.е. ω>>ω.
В этом ЛЛ сканирование отсутствует, а в качестве фотодетектора используется матричный ФПУ.
Для реализации этого метода помимо мощного импульсного источника подсвета требуется преобразователь изображения. Широкое поле подсвета позволяет за один импульс охватить большую площадь пространства и зафиксировать одновременно несколько целей, попавших в угловое поле пучка подсвета.
Недостатками такой системы являются относительно большие масса и габариты, а также невозможность сразу определить дальность до каждой из обнаруженных целей.
Цель изобретения - повышение эффективности обнаружения оптических и оптико-электронных приборов путем сокращения времени поиска при большом количестве обнаруживаемых оптико-электронных приборов (ОЭП) в заданном секторе и определения их 3-D координат.
Заявленный технический результат реализуется применением двух систем обнаружения: системы предварительного обнаружения и системы основного обнаружения ОЭП, ТВ-канала, системы определения координат.
Этот результат достигается следующим образом.
г
в
Система предварительного обнаружения, состоящая из передающей системы на базе импульсного полупроводникового лазера 4 с передающей оптической системой 3 и приемной системы 5, состоящей из приемного объектива и ФПУ на базе лавинного фотодиода 6, формирует узкую вертикальную полосу размером ω × ω, расположенную посередине мгновенного поля обнаружения системы основного обнаружителя, сканирует поле обзора, при обнаружении вероятной цели измеряет до нее дальность.
г
в
в
в
Система основного обнаружения, состоящая из передающей системы на базе полупроводниковой лазерной решетки 8 с передающей оптической системой 7 и приемной системы 9, состоящей из приемного объектива и высокочувствительного матричного ФПУ 10 типа камеры IMX-250. Мгновенное поле зрения камеры совпадает с полем лазерного подсвета и составляет Ω × Ω, причем Ω = ω. Система обнаружения осуществляет не только поиск световозвращенных бликов от ОЭП, но и вычисление координат обнаруженной цели.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлена возможная структурная схема реализации предлагаемого способа обнаружения, состоящая из ТВ-канала содержащего объектив 1 и ТВ-модуль 2, блоков предварительного и основного обнаружения, платы коммутации и питания 11, углоповоротного устройства 14, платы управления и обработки информации 13, блока навигации 12 и платы питания 15.
На фиг. 2 изображение относительного положения рабочих угловых полей систем предварительного и основного обнаружения ОЭП.
Рассмотрим обнаружение ОЭП с помощью предлагаемого способа.
В заданном с помощью платы управления и обработки информации секторе обзора углоповоротное устройство начинает линейное движение от одного края до другого. Блок предварительного обнаружения осуществляет непрерывное сканирование поля обзора без вынужденных остановок и дискретных механических смещений системы в ходе обзора. Остановка сканирования производится только при наличии сигнала об обнаружении вероятной цели с одновременным измерением дальности, при достижении углоповоротным устройством требуемого уровня погрешности стабилизации приступает к работе блок основного обнаружения ОЭП с дальнейшей обработкой сигналов и вычислением угловых координат с помощью блока навигации световозвращателя. Для достижения большой дальности обнаружения очень важно увеличивать именно энергию импульса подсвета, так как приемный канал на основе матричного ФПУ регистрирует энергию (экспозицию) излучения в течение времени накопления (времени экспонирования). Широкое поле подсвета у данной системы позволяет за один импульс охватить большую площадь пространства и зафиксировать одновременно десятки целей, попавших в угловое поле пучка подсвета. При этом время накопления принятых отраженных от цели импульсов практически совпадает с длительностью лазерного импульса, что обеспечивает снижение влияния фонового излучения. После регистрации излучения происходит электронная обработка сигнала (включающая селекцию на основе морфологической обработки), которая позволяет провести селекцию «ложных» целей и определить координаты «истинных». Далее движение углоповоротного устройства возобновляется до обнаружения следующей цели.
Необходимо отметить, что блок предварительного обнаружения помимо непосредственно обнаружения ОЭП вычисляет и дальность до него.
В отличие от блока основного обнаружения (с лазерной решеткой в качестве излучателя), одного лазерного импульса недостаточно для обнаружения сигнала световозвращения на фоне шумов, так как мощность одноэлементного полупроводникового лазера мала. С целью обеспечения необходимого уровня отношения сигнал/шум используется метод накопления принятых отраженных от цели импульсов. Данный метод заключается в формировании источником лазерного излучения последовательности импульсов с последующим согласованным суммировании отраженных сигналов. Амплитуда накопленного отраженного сигнала при этом увеличивается пропорционально числу суммирований N. Среднеквадратическое отклонение накопленной суммарной выборки увеличивается пропорционально  раз при предположении, что шум в каждой реализации гауссовый с нулевым средним значением. Таким образом, отношение сигнал/шум μ в одной выборке при таком методе увеличивается в  в суммарной выборке:
Все вышесказанное позволяет достичь заявленный технический результат, а именно повышение эффективности обнаружения оптических и оптико-электронных приборов путем сокращения времени поиска при большом количестве обнаруживаемых оптико-электронных приборов (ОЭП) в заданном секторе и определения их 3-D координат.