CS199068B1

CS199068B1 - Equipment for automatic evaluation of the horizon coordinates of the nuclear explosion fire ball

Info

Publication number: CS199068B1
Application number: CS693575A
Authority: CS
Inventors: Jurij Karpinsky; Jaroslav Nemec; Petr Schmiedberger; Stanislav Slaby; Jaroslav Tomek; Vaclav Vitous
Original assignee: Jurij Karpinsky; Jaroslav Nemec; Petr Schmiedberger; Stanislav Slaby; Jaroslav Tomek; Vaclav Vitous
Priority date: 1975-10-14
Filing date: 1975-10-14
Publication date: 1980-07-31

Description

Vynález se týká zařízení pro automatické vyhodnocování obzorníkových souřadnic ohnivé koule jaderného nebo obdobného výbuchu. Lze jím vyhodnocovat i souřadnice odvozené z obzorníkových souřadnic.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a device for automatically evaluating the horizon co-ordinates of a fireball of a nuclear or similar explosion. It can be used to evaluate coordinates derived from the horizon coordinate.

Známá zařízení pro tento účel mají řadu nevýhod, které spočívají v nutnosti používání rychle rotujících členů optických širokoúhlých soustav. Zvláště obtížné je uspokojivé vyřešení současného měření výšky i azimutu s potřebnou vysokou přesností pro malé úhlové hodnoty výšky nad horizontem. Nevýhodou obvykle též bývá teplotní a mechanická nestabilita složitých konstrukčních soustav a rotujícími Členy a obtížné zachování funkce schopnosti při nízkých, popřípadě vysokých teplotách. Velmi obtížné je u těchto konstrukčních soustav zajistit spolehlivý pohon rotujících členů a odstranit nebo alespoň potlačit světelné ztráty.Known devices for this purpose have a number of drawbacks, consisting in the need to use fast rotating members of optical wide-angle systems. It is particularly difficult to satisfactorily solve simultaneous height and azimuth measurements with the necessary high accuracy for small angular values above the horizon. The disadvantage is usually also the thermal and mechanical instability of complex structures and rotating members and the difficulty of maintaining the capability at low or high temperatures. In these systems it is very difficult to ensure reliable drive of the rotating members and to eliminate or at least suppress light losses.

Uvedené nedostatky odstraňuje podle vynálezu zařízení pro automatioké vyhodnocování obzorníkových souřadnic ohnivé koule jaderného výbuchu, které sestává z optické zobrazovací soustavy s kruhovým obrazovým polem a z elektrooptického měřiče obrazu na signál. Jeho podstata spočívá v tom, že obsahuje neprůsvitnou masku tvořící referenční obrazec pro vyhodnocovací obzorníkových souřadnic a optická zobrazovací soustava je tvořenaAccording to the invention, the above-mentioned drawbacks are eliminated by a device for automatic evaluation of the horizon co-ordinates of a fireball of a nuclear explosion, which consists of an optical imaging system with a circular image field and an electro-optical image meter per signal. Its essence lies in the fact that it contains an opaque mask forming a reference pattern for the evaluation of the horizon coordinate and the optical display system consists of

199 068199 068

199 068 objektivem, jehož prostorový úhel záběru je v rozmezí od 120° do 220°, v jehož obrazová rovině leží kolmo na jeho optickou osu fotocitlivá vrstva elektrooptického měniče obrazu na signál. Přitom elektrooptický měnič obrazu na signál obsahuje ve svém zapojení elektronickou soustavu pro rozklad obrazu v radiálních paprscích.199 068 through a lens whose spatial angle of view is in the range of 120 ° to 220 °, in the image plane of which the photosensitive layer of the electro-optical image-to-signal converter lies perpendicular to its optical axis. The electro-optical image-to-signal converter comprises in its circuit an electronic system for decomposing the image in radial beams.

Kromě toho, že zařízení podle vynálezu z největší míry odstraňuje nevýhody a závady dosavadních známých konstrukcí, přináSl toto zařízení mnoho dalěích výhod, z nichž za nejdůležltější lze považovat, že lze pro jeho realizaci použit dostupných známých přístrojů a optických členů a pokud tyto prvky způsobují každý o sobě nepřesnosti měřeni, pak se tyto nepřesnosti Jejich vzájemných nastavení podle vynálezu, a zvláStě pak použitím neprůsvitné masky tvořící referenční obrazec, potlačují na zanedbatelnou míru, takže výsledky měření prováděného zařízením podle vynálezu vykazují dosud nedosaženou přesnost a měření a jeho vyhodnocení vyžaduje velmi krátký časový interval. Zařízení podle vynálezu snižuje nepřesnost měření též tím, že rychlost měření dovoluje výhodnocovat ohnivou kouli v jejím zárodku, kde se jeětě jeví přibližně Jako bod, jehož obzorníkové souřadnice se mohou nejsnáze vyhodnotit, popřípadě lze vyhodnotit obzorníkové souřadnice po sobě rychle následujících několika výbuchů i směrově blízkých. Lze použít takových objektivů, které mají dostatečně velkou vzdálenost obrazové roviny od výstupní čočky objektivu, takže Je možno dobře chránit před účinkem radiace i tlakové vlny jak fotocitlivou vrstvu, tak celý elektrooptický měnič obrazu na signál. Přesnosti měřeni a vyhodnocováni obzorníkových souřadnic pak velmi napomáhá použiti elektronické soustavy v zapojení elektrooptického měniče obrazu na signál, která rozkládá obraz místo obvyklým řádkováním nebo ve spirále v radiálních paprscích, jdoucích buď od středu obrazu k jeho okraji v obrazové rovině, nebo obráěeně od okraje ke středu obrazu. Zařízení vzhledem k tomu, že má velmi málo součástí, a především, že nemá žádné pohybující se součásti, kupříkladu rotující, je velmi pevné, odolné proti otřesům a lze je instalovat i v dopravních prostředcích. Přitom použitím elektrooptického měniče obrazu na signál je samozřejmé, že obsluha zařízení může být jakkoli vzdálena od samotného zařízení, takže není vystavena účinkům jaderného výbuchu. Zařízení lze používat jak při extrémně vysokých, tak i nízkých teplotách. Široký úhel záběru objektivu umožňuje zobrazit v obrazové rovině co největší část protoru i pod vodorovnou rovinou horizontu. Konstrukce zařízení umožňuje jeho snadnou montáž i demontáž v případě jeho oprav a po opětném uvedení zařízení do chodu téměř zcela zaniká potřeba justážních operací.In addition to largely eliminating the disadvantages and defects of prior art designs, the apparatus of the present invention has many other advantages, the most important of which is that available known devices and optical elements can be used to implement it, and if these elements cause each the inaccuracies of their mutual adjustments according to the invention, and in particular by the use of an opaque mask forming a reference pattern, are reduced to a negligible extent, so that the measurement results of the device according to the invention exhibit hitherto unsatisfactory accuracy and measurement requires very short time interval. The device according to the invention also reduces the inaccuracy of the measurement by allowing the rate of measurement to evaluate the fireball in its nucleus, where it appears to be approximately as a point whose horizon coordinates can be easily evaluated, or the horizon coordinates can be evaluated . Lenses that have a sufficiently large distance of the image plane from the output lens of the objective lens can be used so that both the photosensitive layer and the entire electro-optical image converter on the signal can be well protected from radiation and pressure waves. The accuracy of measuring and evaluating the horizon coordinates then greatly facilitates the use of the electronic system in connecting the electro-optical image converter to a signal that breaks up the image instead of conventional line spacing or spiral in radial rays running either from the center center of the image. The device, since it has very few components and, above all, it has no moving parts, for example rotating parts, is very strong, shock-resistant and can be installed in vehicles. By using an electro-optical image-to-signal converter, it is obvious that the operator of the device may be at any distance from the device itself, so that it is not exposed to the effects of a nuclear explosion. The device can be used both at extremely high and low temperatures. The wide angle of the lens allows you to display as much of the image as possible in the image plane, even below the horizontal horizon. The design of the device enables its easy assembly and disassembly in case of its repair and after the device is put back into operation almost no need for adjustment operations disappears.

Z hlediska jednoduchosti a malé zranitelnosti zařízení je výhodné, když neprůsvitné maska, tvořící referenční obrazec, se umístí přímo v obrazové rovině objektivu a před objektivem je souose s jeho optickou osou uloženo světlen*ozptylující rotační těleso.From the viewpoint of simplicity and low vulnerability of the device, it is preferable that the opaque mask forming the reference image is positioned directly in the image plane of the objective and a light-dispersing rotating body is disposed coaxially with its optical axis in front of the objective.

Toto uspořádání umožňuje co největší využití obrazového pole objektivu, tudíž oo největší záběr prostoru objektivem při docílení velkého jasu a kontrastu obrazu referenčního obrazce.This arrangement allows the largest possible use of the objective field of the lens, hence the greatest possible engagement of the space by the objective lens while achieving a high brightness and contrast of the image of the reference image.

199 068199 068

Může však být výhodné, kupříkladu pro dokonalou justáž a cejchování zařízení, když ae neprůsvitná maska tvaru rotačního tělesa uloží před objektivem ve směru dopadajících světelných paprsků z prostoru. Uložení je souosé s optickou osou objektivu a vzdálenost neprůsvitné masky od objektivu je taková, aby neprůsvitná maska ležela v poli hloubky ostrosti, to znamená, že při zaostření objektivu na vzdálenost nekonečno se referenční obrazce na neprůsvitné masce zobrazuje ostře v obrazové rovině objektivu. Uspořádání podle tohoto význaku si sice vyžaduje část obrazového pole, čili neprůsvitná maska zabírá část zobrazovaného prostoru, její použití v tomto uspořádání však dává přesnější výsledky měření a Justáže zařízení. Na straně neprůsvitná masky odvrácené od objektivu se uloží světlorozptylující rotační těleso, jehož osa rotace je totožná s optickou osou objektivu. Vytvoření zařízení podle tohoto význaku dává jasný a kontrastní obraz referenčního obrazce.However, it may be advantageous, for example for perfect alignment and calibration of the device, if the opaque mask of the shape of the rotating body is placed in front of the objective in the direction of incident light rays from the space. The fit is coaxial with the optical axis of the lens and the distance of the opaque mask from the lens is such that the opaque mask lies in the field of depth of field, i.e. when the lens is focused at infinity, the reference pattern on the opaque mask is sharp. Although the arrangement according to this feature requires part of the image field, or the opaque mask occupies part of the displayed space, its use in this arrangement gives more accurate measurement results and adjustment of the device. On the side of the opaque mask facing away from the lens, a light-scattering rotating body is stored, the axis of rotation of which is identical to the optical axis of the lens. The design of the device according to this feature gives a clear and contrasting image of the reference pattern.

Konkrétní příklady provedení zařízení podle vynálezu jsou znázorněny na připojeném výkresu, kde obr. 1 představuje schéma zařízení včetně vyhodnocovaného prostoru v řezu rovinou vedenou optickou osou objektivu, obr. 2 znázorňuje pohled ve směru optické osy na fotocitlivou vrstvu a obr. 3 axonometrický pohled na část světlorozptylujícího rotačního tělesa a nanesenou na něm neprůsvitnou maskou vytvářející referenční obrazec.Specific embodiments of the device according to the invention are shown in the accompanying drawing, in which Fig. 1 is a schematic diagram of the device including the evaluated cross-sectional area through a plane through the optical axis of the objective; Fig. 2 shows an optical axis view of the photosensitive layer; a light-scattering rotating body and applied thereto by an opaque mask forming a reference pattern.

Zařízení v příkladném provedení podle obr. 1 sestává z objektivu 2, jehož zobrazovací pole zabírá vnější prostor o prostorovém úhlu 200°. V obrazové rovině objektivu £ leží fotoeitlivá vrstva 2 kolmo k optické ose £ objektivu 2· Vzhledem k tomu, že objektiv £ patří mezi širokoúhlé objektivy, má velkou hloubku ostrosti, to znamená, že v obrazové rovině objektivu 2 se při jeho nastavení na vzdálenost nekonečno zobrazují ostře předměty, vzdálené od objektivuj směrem do prostoru £ řádově jen několik decimetrů, což dovoluje, že zařízení nese kolem objektivu J v prostoru £ neprůsvitnou masku 2, která má v daném příkladu provedení válcovitý tvar a je kolem objektivu 2 rozprostřena souose s jeho optickou osou £ v prostoru hloubky ostrosti v blízkosti roviny 10 horizontu. Neprůsvitná maska 2 nese referenční obrazec 8. Kolem stěny neprůsvitná masky 2 odvrácené od objektivu J je vytvořeno světlorozptylující rotační těleso 2, v daném příkladu provedení rovněž válcového tvaru souosého s optickou osou £ objektivu 2· Světlorozptylující rotační těleso 2 přečnívá přes okraj neprůsvitné masky 2 nesoucí referenční obrazec 8. Referenční obrazec 8 v daném příkladu provedení podle obr. 3 má tvar pravoúhlých zubů 14. jejichž svislé okraje 12, odpovídají vztažným hodnotám azimutu, jež jsou kupříkladu celistvým násobkem 10°, a jejichž horní okraje 16 a spodní okraje 17 odpovídají dvěma vztažným hodnotám výšky například -11° a -12°.The apparatus of the exemplary embodiment of FIG. 1 consists of an objective 2, the imaging field of which occupies an external space with a spatial angle of 200 °. In the image plane of the lens 4, the photo-sensitive layer 2 lies perpendicular to the optical axis 4 of the lens 2. Since the lens 4 is a wide-angle lens, it has a great depth of field, i.e. in the image plane of the lens 2 infinity they show sharply objects distant from the objective towards the space 6 in the order of only a few decimeters, which allows the device to carry an opaque mask 2 around the lens in the space 6, which has a cylindrical shape and extends coaxially with its optical axis 8 in the depth of field area near the horizon plane 10. The opaque mask 2 carries a reference pattern 8. Around the wall of the opaque mask 2 facing away from the objective J a light-scattering rotary body 2 is formed, in this embodiment also a cylindrical shape coaxial with the optical axis 6 of the objective 2. reference pattern 8. The reference pattern 8 in the exemplary embodiment of FIG. 3 is in the form of rectangular teeth 14 whose vertical edges 12 correspond to azimuth reference values, which are for example an integral multiple of 10 °, and whose upper edges 16 and lower edges 17 correspond to two elevation reference values of, for example, -11 ° and -12 °.

Světlorozptylující rotační těleso 2 J® vytvořeno bu3 jako běžná známá matnice, nebo může být, jak je znázorněno v provedení podle obr. 3, z průhledného materiálu, který je svém povrchu přivráceném k objektivu 2 opatřen rýžkami 12, vytvořenými ve směru povrchových přímek světlorozptylujícího rotačního tělesa 2i a na svém povrchu odvráceném odThe light scattering rotary body 21 may be formed either as a conventional known focusing screen or may be, as shown in the embodiment of FIG. 3, of a transparent material which has its surface facing the lens 2 with scoring lines 12 formed in the direction of the light scattering rotational surface lines. the body 2i and on its surface facing away from

199 068 objektivu g je opatřen rýhami 11. vytvořenými kolmo na směr rýžek 12. Tato kombinace rýh 11 a rýžek 12 vytváří velmi dobrý rozptyl světla. Neprúavitnou masku 2 Je možno, jak je právě znázorněno v příkladu provedení podle obr. 3, nanést přímo na povrch světlorozptylujícího rotačního tělesa který je přivrácen k objektivu g.199 068 of the lens g is provided with grooves 11 formed perpendicular to the direction of the notches 12. This combination of the notches 11 and the notches 12 produces very good light scattering. Impermeable mask 2 It is possible, as just shown in the embodiment of FIG. 3, to apply directly to the surface of the light scattering rotary body which faces the objective g.

Podle příkladného provedení z obr. 2 je možno nanést neprůsvitnou masku 2 přímo do obrazové roviny objektivu g, čili přímo na fotocitlivou vrstvu g. Pak odpadá vně objektivu g umístěná neprůsvitné maska 2, jak je znázorněná v obr. 1.According to the exemplary embodiment of FIG. 2, the opaque mask 2 can be applied directly to the image plane of the objective g, or directly onto the photosensitive layer g. Then, the opaque mask 2 disposed outside the objective g, as shown in FIG.

Tato fotocitlivá vrstva g je součástí blíže nepopsaného elektrooptického měniče obrazu na signál, který je připojen na daláí elektronické přístroje pro vyhodnocování obrazu vnějšího prostoru g a ve svém zapojení obsahuje elektronickou soustavu pro rozklad obrazu zachyceného na fotocitlivé vrstvě g v radiálních paprscích 6 oscilujících mezi okrajem a středem zachyceného obrazu.This photosensitive layer g is part of a non-described electro-optical image-to-signal converter which is connected to other electronic external image gauging apparatus ga and includes an electronic system for decomposing the image captured on the photosensitive layer g in radial rays 6 oscillating between the edge and the center image.

Funkce tohoto zařízení spočívá v tom, Že ihned po jaderném výbuchu, kdy jeho ohnivá koule 1 ee jeví velmi malá, téměř bodová, dopadnou jí vyzářené paprsky přes objektiv g na fotocitlivou vrstvu g, na níž je neustále zobrazén referenční obrazec 8, at je již jím opatřena neprůsvitné maska 2 uspořádána podle obr. 1 a obr. 3 nebo podle obr. 2. Postupně probíhající radiální paprsky 6 Jednak neustále zachycují kontury obrazu referenčního obrazce 8, čímž zachycují vztažné souřadnice azimutu i výšky, jednak zachytí obraz 13 ohnivé koule 1. Z úhlové polohy radiálního paprsku 6 v okamžiku zachycení obrazu ohnivé koule 1 vůči svislému okraji 15 některého pravoúhlého zubu 14 v obrazu referenčního obrazce 8 se vyhodnotí azimut a z délky radiálního paprsku 6 mezi obrazem ohnivé koule 1 a některým z horního okraje 16 nebo dolního okraje 17 pravoúhlého zubu ee vyhodnotí úhlová výška obrazu 13 ohnivé koule nad popřípadě pod rovinou 10 horizontu podle uspořádání zařízení a jeho umístění v terénu. Vyhodnocení délky a úhlu radiálního paprsku 6 provádějí další blíže nepopsané elektronické přístroje připojené na výstup elektrooptického měniče obrazu na signál, který obsahuje fotocitlivou vrstvu g.The function of this device is that immediately after a nuclear explosion, when its fireball 1 ee appears very small, almost point-like, the radiation emitted by it through the lens g falls on the photosensitive layer g on which the reference pattern 8 is constantly displayed. 1 and 3 or 2. The successive radial beams 6, on the one hand, continuously capture the contours of the image of the reference pattern 8, thereby capturing the azimuth and height reference coordinates and, on the other hand, the image 13 of the fireball 1. From the angular position of the radial beam 6 at the time of capturing the image of the fireball 1 relative to the vertical edge 15 of a rectangular tooth 14 in the image of the reference image 8, the azimuth is evaluated and the radial beam 6 between the image tooth ee evaluates the angular height of the image 13 of the fireball over the pop for planks 10 run below the plane of arrangement according to the equipment and its location in the field. The evaluation of the length and angle of the radial beam 6 is carried out by other electronic devices, not described in detail, connected to the output of the electro-optical image converter to a signal containing a photosensitive layer g.

Funkce evětlorozptylujícího tělesa g spočívá v tom, že kontury referenčního obrazce 8 vytvořeného na neprůsvitné masce 2, jsou rozptýleným světlem v oblasti pod ohnivou koulí 1 jasně osvětleny bez promítnutí předmětů z okolního prostoru g na fotocitlivou vrstvu g, takže obraz referenčního obrazce 8 v oblasti obrazu 13 ohnivé koule 1 se jeví na fotocitlivé vrstvě g kontrastně.The function of the light scattering body g is that the contours of the reference image 8 formed on the opaque mask 2 are clearly illuminated by the diffused light in the region below the fireball 1 without projecting objects from the surrounding space g onto the photosensitive layer g. 13 of the fireball 1 appears in contrast to the photosensitive layer g.

Pokud se naprůsvitná maska 2 umístí přímo do fotocitlivé vrstvy g, jak je znázorněno na obr. 2, pak referenční obrazec 8 tvoří v obrazové rovině objektivu g přímo svůj obraz a funkce zařízení zůstává nezměněna včetně funkce evětlorozptylujícího rotačního tělesa g, které je uloženo jako v příkladu provedení podle obr. 1.If the opaque mask 2 is placed directly into the photosensitive layer g as shown in Fig. 2, then the reference pattern 8 forms its image directly in the image plane of the objective g and the function of the device remains unchanged including the function of the light diffusing rotary g. 1.

Je samozřejmé, že zařízení podle vynálezu může být opatřeno různými filtry a to jednak pro vyhodnocování ohnivé koule jen v úzkém spektrálním oboru at již viditelného nebo neviditelného světla, a Jednak pro potlačení nadměrného jasu prostoru v nadhlavníkuOf course, the device according to the invention can be provided with various filters, both for evaluating the fireball only in a narrow spectral range, whether visible or invisible light, and for suppressing the excessive brightness of the headlamp space.

199 068 vůči nižšímu jasu prostoru v těsné blízkosti horizontu. Déle může být zařízení podle vynálezu vybaveno automatickou clonovou regulací otvoru objektivu pro vyrovnání rychlého výkyvu jasu zobrazovaného prostoru.199 068 due to the lower brightness of the space close to the horizon. Furthermore, the device according to the invention may be equipped with an automatic aperture control of the lens aperture to compensate for the rapid variation of the brightness of the displayed area.

Zařízení podle vynálezu lze využít pro vyhodnocování obzorníkových souřadnic ohnivé koule zejména jaderných, ale i jiných výbuchů a to jak pro vojenské, tak i pro civilní účely. V případě spřažení dvou nebo více zařízení podle vynálezu, umístěných na stanovištích vzájemně odlehlých, a případného jejich doplnění o další vyhodnovací přístroje lze měřit i zeměpisné souřadnice ohnivé koule a její absolutní výšku nad terénem.The device according to the invention can be used for evaluating the horizon co-ordinates of a fireball, in particular nuclear but also other explosions, both for military and civilian purposes. In the case of coupling two or more devices according to the invention, located at locations remote from each other and possibly supplementing them with additional ejection devices, the geographic coordinates of the fireball and its absolute height above the terrain can also be measured.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

An apparatus for automatically evaluating the horizon coordinates of a nuclear explosion fireball, comprising an optical imaging system with a circular image field and an electro-optical image converter per signal, characterized in that it comprises an opaque mask (2) forming a reference pattern (8) for horizon coordinate evaluation; the optical display system comprising an objective (3) having a spatial viewing angle (2) of from 120 ° to 220 °, in the image plane of which lies perpendicularly to its optical oau (4) photosensitive layer (5) of an electro-optical image converter The signal-to-signal system comprises in its connection an electronic image decomposition system in radial beams (6).

Device according to claim 1, characterized in that the opaque mask (2) is arranged in the image plane of the objective (3) and a light-scattering rotating body (7) is positioned in front of the objective (3) coaxially with its optical axis (4). and a contrast image of the reference pattern (8).

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the opaque mask (2) in the shape of a rotating lens is placed in front of the objective (3) coaxially with its optical axis (4) at a distance of depth of field of the objective (3) and on the side of the opaque mask (2). facing away from the objective (3), a light-dispersing rotary body (7) is disposed coaxially with the optical axis (4) of the objective (3) to produce a clear and contrasting image of the reference image (8).