PL178831B1 - Urządzenie do wykrywania celów - Google Patents

Abstract

1 . Urzadzenie do wykrywania celów, zawierajace zespól detekcyjny obrotowy wokól prostopadlej osi przeszukiwania, skladajacy sie z detektorów i elementów ogniskujacych na de- tektorze promieniowanie emitowane lub odbijane przez cele, oraz zawierajace ekstraktor celu punktowego, dla rzedu dwu- wymiarowych macierzy X 1 , X2 ,... obrazu, wytwarzanych przez detektor i reprezentujacych otoczenie urzadzenia, znamienne tym, ze zespól detekcyjny (1) zawiera dwa detektory (8, 9) do wytwarzania na obrót co najmniej dwóch macierzy obrazu, dolaczone do ukladu kombinacyjnego (20) dla wykrywania wstepnego danych elementów tych co najmniej dwóch macie- rzy. FIG. 1 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do wykrywania celów, zawierające zespół detekcyjny zdolny do obracania się wokół prostopadłej osi przeszukiwania, składający się z detektorów i elementów ogniskujących na detektorze promieniowanie emitowane lub odbijane przez cele, oraz zawierające ekstraktor celu punktowego, pracujący w rzędzie dwuwymiarowych macierzy X_b X₂,... obrazu, wytwarzanych przez detektor i reprezentujących otoczenie urządzenia, dla dokonywania wstępnego wykrywania każdego celu punktowego wykrywanego w jednej z macierzy X_b X₂,... obrazu.

Znane jest urządzenie do wykrywania celów, przedstawione na przykład w europejskim opisie patentowym nr 0 205 794, w którym ekstraktor celu punktowego umożliwia zmniejszenie

178 831 liczby fałszywych alarmów wytwarzanych przez zespół detektora. Znany ekstraktor celu punktowego zmniejsza tę liczbę jedynie do kilku fałszywych alarmów na obrót.

Znane jest urządzenie do wykrywania celów, w którym liczbę fałszywych alarmów zmniejsza się przez zastosowanie wykrywania wstępnego obserwowanego podczas pewnej liczby kolejnych obrotów, przez co traci się cenny czas reakcji.

Znane jest z europejskiego zgłoszenia patentowego nr 0 636 901 urządzenie do kontroli obszaru i system komunikacyjny, w którym stacja bazowa jest umieszczona w kontrolowanym obszarze i jest wyposażona w laser wytwarzający wiązkę analizującą i monitor ekranowy. W stacji bazowej są umieszczone elementy odbiorcze do odbioru światła wiązki laserowej wytworzonej w tej stacji bazowej i odbitej od obszaru kontrolowanego. System zawiera elementy przetwarzające odbierane odbite światło dla wytwarzania obrazu kontrolowanego obszaru, a także pamięć do pamiętania jednego lub więcej analizowanych obrazów stosowanych jako obrazy odniesienia. System zawiera komparator do porównywania w dowolnym czasie obrazu analizowanego w czasie rzeczywistym z jednym lub więcej zapamiętanymi obrazami odniesienia, w wyniku czego zostająokreślone zmiany, które wystąpiły w obrazie, a które przekroczyły określone wartości progowe.

Znany jest z opisu patentowego USA nr 4 068 124 system detekcji, lokalizacji i rozpoznawania, ostrzegający przed przeszkodami typu przewodów. System zawiera źródło impulsowej energii elektromagnetycznej kierowanej do i odbijanej od przeszkody, a także monitor ekranowy, na którym jest tworzony obraz powracającej energii. System zawiera detektor złożony z układów liniowych ze sprzężeniem ładunkowym, stanowiący czujnik obrazu reagujący na energię świetlnąi dołączony do procesora sygnałów logicznych. Pomiędzy układem tworzącym obraz i detektorem jest włączony układ analizujący zapewniający kolejne analizy obrazu na monitorze ekranowym. Do detektora jest dołączony procesor sygnałów logicznych reagujący na każde kolejne sygnały wyjściowe z czujnika obrazu z układami liniowymi ze sprzężeniem ładunkowym dla określenia obecności sygnału ładunkowego i dostarczenia wyjściowego sygnału cyfrowego wskazującego ten sygnał ładunkowy. Do procesora jest dołączona pracująca z nim synchronicznie pamięć cyfrowa do pamiętania tego wyjściowego sygnału cyfrowego i lokalizacji go. Do pamięci jest dołączony układ dostarczający sygnał wyjściowy złożony z sygnałów cyfrowych w pamięci, zapewniający wskazanie obecności przedmiotu typu przewodu.

Znane jest z opisu patentowego USA nr 4 996 415 urządzenie do detekcji obecności i położenia przedmiotu, w którym detektor fotoelektryczny zawiera dwa źródła światła mające różne obszary promieniujące światło, przetwornik fotoelektroniczny do odbioru światła promieniowanego z tych źródeł światła i następnie odbijanego na wykrywanym przedmiocie oraz układ przetwarzający sygnały dla oddzielania sygnałów elektrycznych, odpowiadających pierwszemu i drugiemu źródłu światła, z wyjścia przetwornika fotoelektrycznego i porównywania tych dwóch oddzielnych sygnałów elektrycznych ze sobą, w wyniku czego jest wykrywana obecność lub brak oraz położenie przedmiotu na podstawie takiego porównania dwóch sygnałów elektrycznych.

Znany jest z opisu patentowego USA nr 5 270 795 system do optycznej lokalizacji wybranego punktu na powierzchni przedmiotu stanowiącego cel, która jest naświetlana, zapobiegając fałszywym sygnałom z innych źródeł w zakłócanym środowisku. System stosuje technikę obrazowania w fotodetektorze wyczuwającym położenie poprzez maskę z otworami. System zawiera układ obrazowania w tym fotodetektorze wybranego punktu na powierzchni celu napromienianej przez co najmniej wiązkę światła, która zajmuje lub śledzi wąski pasek. Układ obrazowania ma oś optyczną i maskę prostopadłą do osi optycznej. Maska ma co najmniej dwie oddalone od siebie części z otworami do tworzenia na obrazie detektora plamek wybranego punktu, przy czym zasięg wybranego punktu jest funkcją odległości pomiędzy plamkami. System zawiera układ analizy pikseli detektora do wydzielania danych o zasięgu i lokalizacji wybranego punktu. Kierunek napromieniania przez tę co najmniej jedną wiązkę światła jest taki, że zasięg jest także funkcją średniego położenia piksela w detektorze plamek obrazu. System zawiera także komputer do wyboru wartości spełniających równanie funkcji położenia, tak że te wybrane wartości reprezentują prawdziwy zasięg i lokalizację wybranego punktu.

178 831

W urządzeniu według wynalazku zespół detekcyjny zawiera dwa detektory do wytwarzania na obrót co najmniej dwóch macierzy obrazu, dołączone do układu kombinacyjnego dla wykrywania wstępnego danych elementów tych co najmniej dwóch macierzy.

Korzystnie zespół detekcyjny zawiera pierwszy detektor do wytwarzania macierzy X, obrazu i drugi detektor do wytwarzania macierzy Y, obrazu, przy czym kierunki celowania i kąty apertury obu detektorów są zgodne i detektory są dołączone do układu kombinacyjnego dla wykrywania kolejno co najmniej dwóch wykryć wstępnych elementów w rzędzie X, Y, X,+i, Y,.,,... macierzy obrazu.

Korzystnie pierwszy detektor i drugi detektor mają różne charakterystyki.

Korzystnie pierwszy detektor i drugi detektor zawierają polaryzatory.

Korzystnie co najmniej jeden polaryzator zawiera elementy regulacyjne do minimalizacji alarmów wstępnych.

Korzystnie pierwszy detektor i drugi detektor są umieszczone obok siebie dla wytwarzania różnicy paralaksy przynajmniej dla bliskich celów.

Korzystnie zespół detekcyjny jest obrotowy wokół osi celowania, którajest prostopadła do osi przeszukiwania i do linii celowania co najmniej jednego detektora.

Korzystnie zespół detektora zawierajeden detektor do wytwarzania na obrót dwóch macierzy obrazu wybranego sektora azymutu, przy wytwarzaniu następnej macierzy obrazu po połowie obrotu wokół osi przeszukiwania.

Korzystnie detektor jest umieszczony poza osią odniesienia dla wytwarzania różnicy paralaksy przynajmniej dla bliskich celów.

Korzystnie zespół detektora zawiera polaryzator regulowany dla macierzy obrazu.

Korzystnie zespół detekcyjny zawiera filtry umieszczone przed detektorem dla macierzy obrazu.

Zaletą wynalazku jest zapewnienie urządzenia do wykrywania celów, które działa niezawodnie i eliminuje fałszywe alarmy wytwarzane przez detektor.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie do wykrywania celów w widoku perspektywicznym, fig. 2 - schematycznie konstrukcję urządzenia z fig. 1 i fig. 3 - schemat blokowy urządzenia z fig. 2.

Figura 1 przedstawia przykład wykonania urządzenia do wykrywania celów, w którym zespół detekcyjny 1 jest wyposażony w dwa okna 2,3, za którymi sąumieszczone detektory do odbioru promieniowania emitowanego lub odbijanego przez te cele. Podczas pracy zespół detekcyjny 1 obraca się wokół prostopadłej osi przeszukiwania 4, która kończy się w podstawie 5. Jeżeli wynalazekjest stosowany na ruchomym pojeździe, na przykład na statku, podstawa 5 jest zamontowana na stabilnej platformie, tutaj nie pokazanej. Podstawa 5 zawiera napęd do obracania osi przeszukiwania 4 i układy do dostarczania sygnałów rozkazów, napięć zasilania i sygnałów wytwarzanych przez detektory. Zespół detekcyjny 1 jest umieszczony tak, że jest zdolny do obracania się wokół osi celowania 6 dla obserwacji przy wybranym kierunku celowania. W najbardziej uproszczonym przykładzie wykonania zespół detekcyjny 1 jest umieszczony tak, że napęd 7 obraca oba detektory równocześnie, co powoduje, że ich kierunki celowania są cały czas zgodne.

Figura 2 przedstawia schematycznie, w poziomym przekroju poprzecznym konstrukcję zespołu detekcyjnego 1, w którym okna 2, 3 stanowią soczewki, które, w uzupełnieniu do dostatecznego uszczelnienia wnętrza zespołu detekcyjnego 1, zapewniają również wytwarzanie obrazu obszaru otaczającego detektory 8, 9. Pomiędzy oknami 2, 3 i detektorami 8,9 można umieścić dodatkowe elementy optyczne 10,11, na przykład automatyczne przysłony i polaryzatory. Detektory 8,9 są przystosowane do dowolnej długości Zab zdolnej do przenikania atmosfery, na przykład detektory 8,9 sączułe na promieniowanie podczerwone i sąumieszceoae w układach liniowych, których oś podłużna jest w przybliżeniu równoległa do osi przeszukiwania 4. Przy zastosowaniu promieniowania podczerwonego soczewki 2,3 są skonstruowane w monokrysztale germanu. Podczas każdego obrotu detektor 8 wytwarza macierz X1 obrazu całego lub częściowego obszaru otaczającego, takiego jak wybrany sektor azymutu, przy czym jeden wymiar macierzy obrazu wynika

178 831 z układu liniowego jako takiego, a drugi wymiar, reprezentujący kierunek azymutu celu, uzyskany z ruchu analizującego, wynika z obracania się wokół osi przeszukiwania 4.

W podobny sposób detektor 9 wytwarza macierz Y j obrazu. Poprzez procesory wstępne 12, 13, oś przeszukiwania 4 i złącze obrotowe w podstawie 5, sygnały wyjściowe detektorów 8, 9 są dostarczane do dolnego procesora pokładowego w celu dalszegoprzctwarzania. Procesory wstępne 12,13 mają funkcje dobrze znane w stanie techniki, takie jak wzmacnianie wstępne i filtrowanie sygnałów wytwarzanych przez detektor, multipleksowanie tych sygnałów dla umożliwienia ich przesyłania przez złącze obrotowe i w razie potrzeby sterowanie dodatkowymi elementami optycznymi.

Napęd 7 zawiera elementy napędowe 14 i łożysko 15, które razem umożliwiają obracanie zespołu detekcyjnego 1 wokół osi celowania. Może być korzystne podzielenie zespołu detekcyjnego 1 zgodnie z płaszczyzną podziału 16 i zastosowanie obu podzespołów detekcyjnych z indywidualnym napędem celowania. Zapewnia to albo wybieranie jednakowych kierunków celowania detektorów 8,9 tak, że analizująone ten sam azymut, albo wybieranie kierunków celowania tak, że są analizowane przeciwne kierunku azymutu.

Figura 3 przedstawia schemat blokowy urządzenia według wynalazku, w którym detektory 8,9 dosttrczzjądane do procesora 17 sygnałów cyfrowych pi/zz proccsory wstępne 11.13. Procesor 17 sygnałów cyfrowych zawiera ekstraktor 18 celu punktowego, który realizuje wykrywanie wstępne na wyjściu w przypadku wykrywania celu punktowego w macierzy X, obrazu, wytwarzanej przez detektor 8 na obrót lub na wybrany sektor azymutu. Procesor 17 sygnałów cyfrowych zawiera ponadto drugi, zwykle identyczny ekstraktor 19 celu punktowego, który realizuje wykrywanie wstępne na wyjściu w przypadku wykrywania punktowego celu w macierzy Y, obrazu, wytwarzanej przez detektor 9 na obrót lub na wybrany sektor azymutu. Wykrywanie wstępne realizowane przez ekstraktory 18, 19 celu punktowego jest następnie wykorzystywane w układzie kombinacyjnym 20 w taki sposób, że wykrywanie jest realizowane na wyjściu układu kombinacyjnego 20, jeżeli dla dwóch elementów macierzy jest realizowane wykrywanie wstępne w macierzach X1 i Y1 obrazu, co oznacza, że dwa detektory obserwują cel w takim samym kierunku.

Podwójny detektor i dołączony do niego układ kombinacyjny zmniejszają prawdopodobieństwo fałszywego alarmu dzięki temu, że wykrywanie wstępne, spowodowane na przykład przez szum, nie powoduje wykrywania i nie oddziałuje niekorzystnie na czas reakcji. Dalsze zmniejszenie prawdopodobieństwa fałszywego alarmu jest uzyskiwane przez wybór różnego rodzaju detektorów tak, że ceagująone różnie na przykład na odbicie światła słonecznego od wody. To zmniejsza niebezpieczeństwo, że oba ekstraktory celu punktowego będą realizowały w takiej sytuacji wykrywanie wstępne. Szczególnie koczystnąopejąjest tutaj wybór innej sapowiedzi widmowej dla dwóch detektorów, uwzględniając okna widmowe w atmosferze. Wymagany skutek jest osiągany przez wybór czułości detektora 8 w zakresie 3-5 mikrometrów i detektora 9 w zakresie 8-12 mikrometrów. Układ kombinacyjny 20 jest wzmacniany przez realizację wykrywania tylko wtedy, gdy natężenia dwóch elementów macierzy, związanych z wykrywaniem wstępnym, są związane ze sobą w sposób, który odpowiada przypadkowi oczekiwanego celu. Jest to oparte na przykład na założeniu, że celem jest pocisk, którego stożek ochronny ma temperaturę wyższą niż otaczający obszar w wyniku nagrzania naskórkowego. Sposób, w jaki natężenia promieniowania podczerwonego dla dwóch różnych pól widmowych są związane ze sobą, jest wówczas uzyskiwany na podstawie temperatury znanego stożka ochronnego.

Następnym prostym i skutecznym środkiem uzyskiwania różnej odpowiedzi obu detektorów jest zastosowanie dodatkowych elementów optycznych 10, 11 z polaryzatorami, które są ustawione na przykład prostopadle. W celu zapewnienia optymalnej pracy co najmniej jeden polαrczatsc jest regulowany, na przykład przez zasilany mechanizmem, który ustawia w stanie pracy polrcyzαtsr tak, że liczba alarmów wstępnych na obrót jest zmniejszona do minimum. Szczególnie skutecznie są tłumione fałszywe alarmy powodowane przez odbicie światła słonecznego od wody.

Następnemu problemowi znanemu w stanie techniki, to jest fałszywym alarmom wywoływanym przez ptaki przelatujące w pobliżu urządzenia, przeciwdziała się skutecznie, ponieważ w wyniku różnicy parałaksy ptaki przyczyniają się do wykrywania wstępnego w różnych elementach

178 831 macierzy Xj i Y„ w wyniku czego układ kombinacyjny 20 nie realizuje wykrywania. Jest czasami niekorzystne, jeżeli oba detektory mają różne odpowiedzi widmowe. Unika się tego, przynajmniej dla wybranego sektora azymutu, dzięki temu, że po wytworzeniu macierzy X₁ i Y„ obraca się zespół detekcyjny 1 wokół osi celowania 6 tak, że macierze X„ Y1 są ponownie określane po około połowie obrotu, po którym to procesie detektory 8,9 zamieniają się skutecznie miejscami. Przez to uzyskuje się cztery macierze na obrót, które w określonych zakresach widmowych są łączone w pary w układzie kombinacyjnym 20. Ponadto współczynniki natężeń są ponownie porównywane w różnych zakresach widmowych. Macierze tak odmiennie wytwarzane przez detektor są zawsze obrazem zwierciadlanym macierzy wytworzonych poprzednio.

Ekstraktory 18, 19 celu punktowego są dołączone do ekstraktora celu jednopunktowego, który przetwarza w oparciu o podział czasu sygnały wyjściowe detektorów 8,9. Jest możliwe pominięcie detektora 9 i procesora wstępnego 13 przez obracanie zespołu detekcyjnego 1 wokół osi celowania co każdą połowę obrotu. To daje dwie macierze na obrót, które mająróżnicę paralaksy i zapobiega fałszywym alarmom wywoływanym przez bliskie przedmioty. Jest ponadto możliwa zmiana kierunku polaryzacji i/lub zmiana czułości widmowej, co umożliwia realizację wszystkich wymienionych ulepszeń jedynie w oparciu o jeden detektor, chociaż to odnosi się tylko do wybranego sektora azymutu mniejszego niż 180 stopni.

178 831

^-Ϊ7

FIG. 3

178 831

FIG.2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (11)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do wykrywania celów, zawierające zespół detekcyjny obrotowy wokół prostopadłej osi przeszukiwania, składający się z detektorów i elementów ogniskujących na detektorze promieniowanie emitowane lub odbijane przez cele, oraz zawierające ekstraktor celu punktowego, dla rzędu dwuwymiarowych macierzy X₍, X₂,... obrazu, wytwarzanych przez detektor i reprezentujących otoczenie urządzenia, znamienne tym, że zespół detekcyjny (1) zawiera dwa detektory (8,9) do wytwarzania na obrót co najmniej dwóch macierzy obrazu, dołączone do układu kombinacyjnego (20) dla wykrywania wstępnego danych elementów tych co najmniej dwóch macierzy.
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że zespół detekcyjny zawiera pierwszy detektor (8) do wytwarzania macierzy X, obrazu i drugi detektor (9) do wytwarzania macierzy Yj obrazu, przy czym kierunki celowania i kąty apertury obu detektorów (8,9) sązgodne i detektory (8, 9) są dołączone do układu kombinacyjnego dla wykrywania kolejno co najmniej dwóch wykryć wstępnych elementów w rzędzie X,, Y,, X₁₊₁, Y_i+1,... macierzy obrazu.
3. 3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że pierwszy detektor (8) i drugi detektor (9) mają różne charakterystyki.
4. 4. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że pierwszy detektor (8) i drugi detektor (9) zawierają polaryzatory.
5. 5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że co najmniej jeden polaryzator zawiera elementy regulacyjne do minimalizacji alarmów wstępnych.
6. 6. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że pierwszy detektor (8) i drugi detektor (9) są umieszczone obok siebie dla wytwarzania różnicy paralaksy przynajmniej dla bliskich celów.
7. 7. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że zespół detekcyjny (1) jest obrotowy wokół osi celowania (6), która jest prostopadła do osi przeszukiwania (4) i do linii celowania (6) co najmniej jednego detektora (8, 9).
8. 8. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że zespół detektora (1) zawiera jeden detektor do wytwarzania na obrót dwóch macierzy obrazu wybranego sektora azymutu, przy wytwarzaniu następnej macierzy obrazu po połowie obrotu wokół osi przeszukiwania.
9. 9. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że detektor jest umieszczony poza osią odniesienia dla wytwarzania różnicy paralaksy przynajmniej dla bliskich celów.
10. 10. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że zespół detektora (1) zawiera polaryzator regulowany dla macierzy obrazu.
11. 11. Urządzenie według zastrz. 9 albo 10, znamienne tym, że zespół detekcyjny (1) zawiera filtry umieszczone przed detektorem dla macierzy obrazu.