RU1841091C

RU1841091C - Anti-collision system

Info

Publication number: RU1841091C
Application number: SU3204265/28A
Authority: RU
Inventors: Александр Федорович Рипка; Зинаида Николаевна Копылова; Анатолий Андреевич Кошевой; Валентин Николаевич Куевда
Original assignee: Государственное Предприятие "Научно-Исследовательский Институт "Квант"
Priority date: 1988-07-05
Filing date: 1988-07-05
Publication date: 2015-06-10

Abstract

FIELD: physics, navigation.

SUBSTANCE: invention relates to optical search devices and can be used in navigation systems and object detection systems. The system includes a log, a gyrocompass, an autotracking unit, two optical receiving devices, a rotary device with a bearing sensor, a duration selector, an amplitude selector, a variable delay line, a range-finding unit, a range corrector and a display. In the optical receiving devices, photodetectors are in the form of a line of N discrete photosensitive areas adjoining each other in the axial direction, perpendicular to the rotation vector of the rotary device. N outputs of the first and second photodetectors are respectively connected to N inputs of first and second switches, the control inputs of which are connected to the first and second outputs of a synchroniser.

EFFECT: high information value of displaying on a screen, simple design of optical receiving devices.

3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области оптической техники, в частности, к оптическим устройствам поиска и может быть использовано в навигационных системах и в системах обнаружения объектов.The present invention relates to the field of optical technology, in particular, to optical search devices and can be used in navigation systems and in object detection systems.

Известна система предупреждения, описанная в книге "Справочник по радиолокации", М. Скольник, том 4, "Сов. радио", 1978 г., с. 114. Система состоит из радиолокатора и спецвычислителя, в ней данные об азимуте и дальности, выдаваемые радиолокатором, запоминаются через заданные интервалы времени и после этого с помощью спецвычислителя определяется точка предельно возможного сближения и время прихода в эту точку.Known warning system described in the book "Reference radar", M. Skolnik, volume 4, "Sov. Radio", 1978, p. 114. The system consists of a radar and a special calculator, in it the azimuth and range data produced by the radar are stored at predetermined time intervals and after that, using the special calculator, the point of maximum possible approach and the time of arrival at this point are determined.

Недостаток этой системы, также как и других подобных ей систем, заключается в том, что она не обеспечивает безопасности движения судов в сложных навигационных условиях из-за невозможности с помощью радиолокатора определить дальности до целей в ближней и мертвой зонах. Безопасность движения судов не может быть в достаточной мере обеспечена так же при наличии помех радиолокатору.The disadvantage of this system, as well as other similar systems, is that it does not ensure the safety of vessels in difficult navigation conditions due to the inability to determine the range to targets in the near and dead zones using a radar. The safety of ship traffic cannot be sufficiently ensured also in the presence of interference to the radar.

Известна система предупреждения столкновения, описанная в книге Г.Д. Соненберг, "Радиолокационные и навигационные системы", изд-во "Судостроение", Л., 1982 г., с. 348-353. Она состоит из радиолокатора, лага, гирокомпаса, блока автосопровождения и индикатора. Для оценки ситуации столкновения в блок автосопровождения поступает следующая информация: дистанция и пеленги на обнаруженные суда с радиолокатора, собственную скорость судна с лага, собственный курс судна с гирокомпаса. Блок автосопровождения по непрерывно поступающим текущим данным с радиолокатора осуществляет постоянное слежение за встречной целью и выдает данные в индикатор. В индикатор также вводятся данные о счисленном месте с информационной электронной карты. На экране индикатора на основании поступающих данных индицируется радиолокационная обстановка, вектор движения цели, символ, что она взята на автосопровождение и вектор движения собственного судна.Known collision avoidance system described in the book GD Sonenberg, "Radar and Navigation Systems", Publishing House "Shipbuilding", L., 1982, p. 348-353. It consists of a radar, lag, gyrocompass, auto tracking unit and indicator. To assess the collision situation, the following information is received in the auto-tracking unit: distance and bearings for the detected vessels from the radar, the vessel’s own speed from the lag, the vessel’s own course from the gyrocompass. The auto tracking unit, based on the continuously incoming current data from the radar, constantly monitors the oncoming target and issues data to the indicator. The indicator also enters data on the reckoned place from the information electronic map. On the indicator screen, based on the incoming data, the radar situation, the target's motion vector, the symbol that it was taken for auto tracking and the own ship's motion vector are indicated.

Известна также система предупреждения столкновений, взятая за прототип. Она состоит из двух оптических приемных устройств, жестко связанных с поворотным устройством, при этом инфракрасная энергия от излучающих объектов последовательно проходит внутри этих оптических приемных устройств через объективы, трапецеидальные диафрагмы полей зрения с встроенными волоконными выравнивателями, диски с интерференционными фильтрами, жестко связанные с поворотными устройствами, собирающие линзы, волоконные планшайбы на фотоприемники, причем выход фотоприемника 10 через выход оптического приемного устройства 1 соединен с входом селектора по длительности и амплитуде, первый выход которого через первый вход блока определения дальности соединен с первым входом вычислителя, имеющим выход, соединенный с первым входом умножителя, и второй вход, соединенный через второй вход блока определения дальности с первым выходом селектора длительности по амплитуде, вход которого через переменную линию задержки, вход оптического приемного устройства соединен с выходом фотоприемника, а второй выход соединен через второй вход корректора дальности со вторым входом вычитателя, имеющим первый вход, соединенный через первый вход корректора дальности со вторым выходом селектора по длительности и амплитуде и выход, соединенный с первым входом умножителя, имеющего второй вход, соединенный с выходом делителя, и выход, соединенный через дешифратор с многоадресным постоянным запоминающим устройством, первый выход корректора дальности, третий вход блока определения дальности соединены с входом вычитателя, выход которого соединен через выход блока определения дальности с шестым входом блока автосопровождения, а первый вход соединен с выходом умножителя и первый вход, соединенный с выходом умножителя, имеющим второй вход, соединенный через четвертый вход блока определения дальности, второй выход корректора дальности с выходом делителя, имеющим первый вход, соединенный с выходом одноадресного постоянного запоминающего устройства и второй вход, соединенный с выходом схемы совпадения, первый вход которой соединен с выходом счетчика, а второй вход через третий вход корректора дальности соединен с выходом жестко связанного с поворотным устройством оптических приемных устройств датчика пеленга, вышеупомянутый вход которого также соединен с пятым входом блока автосопровождения, и через вышеупомянутый третий вход корректора дальности с первым входом триггера, и через линию задержки с первым входом счетчика, имеющим второй вход, соединенный с выходом схемы совпадения, первый и второй входы которой соответственно соединены с выходом тактового генератора и выходом триггера, кроме того, выход блока автосопровождения соединен с входом индикатора, а первый, второй, третий и четвертый входы этого блока соединены соответственно с первым и вторым выходами радиолокатора, с выходом лага и выходом гирокомпаса.Also known is a collision avoidance system, taken as a prototype. It consists of two optical receiving devices rigidly connected to the rotary device, while infrared energy from radiating objects passes sequentially inside these optical receiving devices through lenses, trapezoidal diaphragms of the field of view with integrated fiber aligners, discs with interference filters, rigidly connected to the rotary devices collecting lenses, fiber plates on the photodetectors, and the output of the photodetector 10 through the output of the optical receiving device 1 connection is connected with the input of the selector in duration and amplitude, the first output of which through the first input of the range determination unit is connected to the first input of the calculator having an output connected to the first input of the multiplier, and the second input connected through the second input of the range determination unit to the first output of the duration selector the amplitude, the input of which is through a variable delay line, the input of the optical receiving device is connected to the output of the photodetector, and the second output is connected through the second input of the range corrector to the second input, a reader having a first input connected through a first input of a range corrector to a second output of the selector in duration and amplitude and an output connected to a first input of a multiplier having a second input connected to an output of the divider and an output connected through a decoder to a multicast read-only memory device the first output of the range corrector, the third input of the range determination unit is connected to the input of the subtractor, the output of which is connected through the output of the range determination unit to the sixth input of the auto tracking unit Ia, and the first input is connected to the output of the multiplier and the first input connected to the output of the multiplier having a second input connected through the fourth input of the range determination unit, the second output of the range corrector with the output of the divider having the first input connected to the output of the unicast read only memory and the second input connected to the output of the matching circuit, the first input of which is connected to the output of the counter, and the second input through the third input of the range corrector is connected to the output rigidly connected to the rotary device the optical receiving devices of the bearing sensor, the aforementioned input of which is also connected to the fifth input of the auto tracking unit, and through the aforementioned third input of the range corrector with the first trigger input, and through the delay line with the first counter input having a second input connected to the output of the matching circuit, the first and the second inputs of which are respectively connected to the output of the clock generator and the trigger output, in addition, the output of the auto tracking unit is connected to the indicator input, and the first, second, third and four the first inputs of the block are respectively connected to first and second outputs of a radar, a yield log and gyrocompass output.

Сущность работы устройства-прототипа основана на получении на выходах фотоприемников видеосигналов от наблюдаемого объекта, которые во времени отстоят друг от друга на интервал, пропорциональный дальности до объекта. Это достигается с помощью поворотного устройства оптических приемных устройств, осуществляющего вращение оптических приемных устройств, разнесенных друг относительно друга на 1 м. При этом обеспечивается жесткая связь между этими оптическими приемными и поворотными устройствами. На выходах фотоприемников образуются видеосигналы, которые соответственно поступают на вход селектора по длительности и амплитуде и через переменную линию задержки на вход селектора по длительности и амплитуде. Блок селекции по длительности и амплитуде выделяет видеосигналы от наиболее нагретой части судна, имеющей длительность, характерную для точечного излучателя. Информация о временном положении середин выделенных видеосигналов от одних и тех же излучателей поступает соответственно на первый и второй входы вычитателя и блока определения дальности. Затем определенная в блоке дальность корректируется по данным угломестного положения излучателя, определенным с помощью трапецеидальных диафрагм полей зрения с встроенными волоконными выравнивателями. В результате на выходах фотоприемников между серединами двух видеоимпульсов от одного и того же излучателя будет иметь место временное рассогласование, пропорциональное базовому расстоянию между объективами и обратно-пропорциональное их скорости вращения. Это временное рассогласование является функцией дальности до объекта.The essence of the prototype device is based on receiving at the outputs of the photodetectors video signals from the observed object, which in time are separated from each other by an interval proportional to the distance to the object. This is achieved by using a rotary device of the optical receiving devices, which rotates the optical receiving devices, spaced 1 m apart from each other. This ensures a rigid connection between these optical receiving and rotary devices. At the outputs of the photodetectors, video signals are generated, which respectively arrive at the input of the selector in duration and amplitude and through a variable delay line to the input of the selector in duration and amplitude. The selection block in terms of duration and amplitude emits video signals from the most heated part of the vessel having a duration characteristic of a point emitter. Information about the temporary position of the midpoints of the selected video signals from the same emitters is received respectively at the first and second inputs of the subtractor and the range determination unit. Then, the range determined in the block is corrected according to the angular position of the emitter, determined using the trapezoidal diaphragms of the field of view with integrated fiber equalizers. As a result, at the outputs of the photodetectors between the midpoints of two video pulses from the same emitter, there will be a temporary mismatch proportional to the base distance between the lenses and inversely proportional to their rotation speed. This temporary mismatch is a function of the distance to the object.

Недостатками устройства-прототипа являются:The disadvantages of the prototype device are:

1. Неспособность его давать оператору неискаженное изображение наблюдаемых объектов, что снижает достоверность получаемой информации о навигационной обстановке и ведет к снижению безопасности движения судов.1. Its inability to give the operator an undistorted image of the observed objects, which reduces the reliability of the received information about the navigation situation and leads to a decrease in the safety of ship traffic.

2. Сложность технической реализации оптических приемных устройств, включающих в себя ряд сложных элементов, требующих тщательной юстировки и учета многих факторов (неравномерности освещенности в фокальной плоскости объектива, аберрационных искажений и т.д.).2. The complexity of the technical implementation of optical receiving devices, which include a number of complex elements that require careful adjustment and taking into account many factors (uneven illumination in the focal plane of the lens, aberration distortions, etc.).

Целью изобретения является увеличение безопасности движения судов за счет расширения функциональных возможностей системы при одновременном ее упрощении. Такая цель достигается тем, что в системе предупреждения столкновений, состоящей из лага, гирокомпаса, блока автосопровождения, двух оптических приемных устройств, поворотного устройства с датчиком пеленга, двух селекторов по длительности и амплитуде, переменной линии задержки, блока определения дальности, корректора дальности, индикатора, в оптических приемных устройствах фотоприемники выполнены в виде однорядовой матрицы из N дискретных фоточувствительных площадок, прилегающих друг к другу в осевом направлении, перпендикулярном вектору вращения поворотного устройства, при этом выходы первого и второго фотоприемников соединены соответственно с N входами введенных первого и второго электронных коммутаторов, управляющие входы которых параллельно соединены с первым и вторым выходами введенного синхронизатора, вход которого соединен с первым выходом датчика пеленга, первый сигнальный выход первого коммутатора соединен с первым входом введенного сумматора, а сигнальный выход второго коммутатора соединен с сигнальным входом через управляемую линию задержки, первый сигнальный выход которой соединен со вторым входом сумматора, выход которого соединен с первым сигнальным входом индикатора, второй сигнальный выход первого коммутатора соединен с первым входом введенного первого пространственного селектора (декоммутатора), а второй сигнальный выход управляемой линии задержки - с первым входом введенного второго пространственного селектора (декоммутатора), вторые входы пространственных селекторов через индикатор параллельно подключены к выходу введенного генератора стробов, вход которого соединен с выходом введенного кнюпельного механизма, третьи выходы пространственных селекторов подключены ко второму выходу датчика пеленга, а их выходы - соответственно с первыми входами селекторов по амплитуде и длительности, вторые входы которых соединены параллельно с третьим выходом датчика пеленга, первые выходы - соответственно с первым и вторым входами блока определения дальности, вторые выходы - соответственно с первым и вторым входами корректора дальности, второй выход которого соединен с третьим входом блока определения дальности, подключенным первым выходом к первому входу блока автоматического сопровождения, а вторым - к третьему входу индикатора, четвертый вход которого соединен с третьим выходом синхронизатора.The aim of the invention is to increase the safety of ship traffic by expanding the functionality of the system while simplifying it. This goal is achieved by the fact that in a collision avoidance system consisting of a lag, a gyrocompass, an auto tracking unit, two optical receiving devices, a rotary device with a bearing sensor, two selectors for duration and amplitude, a variable delay line, a range determination unit, a range corrector, an indicator , in optical receivers, the photodetectors are made in the form of a single-row matrix of N discrete photosensitive pads adjacent to each other in an axial direction perpendicular to the rotation of the rotary device, while the outputs of the first and second photodetectors are connected respectively to the N inputs of the inputted first and second electronic switches, the control inputs of which are connected in parallel with the first and second outputs of the input synchronizer, the input of which is connected to the first output of the bearing sensor, the first signal output of the first the switch is connected to the first input of the entered adder, and the signal output of the second switch is connected to the signal input through a controlled delay line, the first the signal output of which is connected to the second input of the adder, the output of which is connected to the first signal input of the indicator, the second signal output of the first switch is connected to the first input of the introduced first spatial selector (de-commutator), and the second signal output of the controlled delay line is connected to the first input of the introduced second spatial selector (decommutator), the second inputs of the spatial selectors through the indicator are connected in parallel to the output of the entered strobe generator, the input of which is connected with the output of the introduced joystick mechanism, the third outputs of the spatial selectors are connected to the second output of the bearing sensor, and their outputs are respectively with the first inputs of the selectors in amplitude and duration, the second inputs of which are connected in parallel with the third output of the bearing sensor, the first outputs are respectively with the first and second the inputs of the range determination unit, the second outputs, respectively, with the first and second inputs of the range corrector, the second output of which is connected to the third input of the range determination unit, p connected by the first output to the first input of the automatic tracking unit, and the second to the third input of the indicator, the fourth input of which is connected to the third output of the synchronizer.

На чертеже фиг. 2 представлена структурная электрическая схема предлагаемой системы предупреждения столкновений.In the drawing of FIG. 2 is a structural electrical diagram of the proposed collision avoidance system.

Предлагаемая система состоит из двух оптических приемных устройств 1 и 2, жестко связанных между собой и с поворотным устройством 3 и содержащих соответственно объективы 4 и 5, наборы светофильтров 6 и 7, жестко связанных с поворотными устройствами 8 и 9, многоэлементные фотоприемники 10 и 11, установленные в фокальных плоскостях объективов 4 и 5, причем N-выходы фотоприемников 10-11 через N выходов соответственно первого и второго оптических приемных устройств 1 и 2 соединены соответственно с N входами первого и второго коммутаторов 12 и 13, управляющие входы которых параллельно соединены с первым и вторым входами синхронизатора 14, вход которого соединен с первым выходом датчика пеленга 15, первый сигнальный выход первого коммутатора 12 соединен с первым входом сумматора 16, а сигнальный выход второго коммутатора 13 соединен с сигнальным входом управляемой линии задержки 17, первый сигнальный выход которой соединен со вторым входом сумматора 14, индикатора 18, соединенным первым сигнальным входом с выходом сумматора 16, первого и второго пространственных селекторов (декоммутаторов) 19 и 20, сигнальные входы которых соединены соответственно с выходами коммутатора 12 и управляемой линии задержки 17, а управляющие входы - через индикатор 18 и генератор стробов 21 - с кнюпельным механизмом 22, а их выходы соединены с входами первого и второго селекторов по амплитуде и длительности соответственно 23 и 24, первые входы которых соединены соответственно с первым и вторым входами блока определения дальности 25, а вторыми выходами - соответственно с первым и вторым входами блока коррекции дальности 26, первый выход которого соединен с входом блока определения дальности 25, а второй - с управляющим входом управляемой линии задержки 17, блок определения дальности 25 первым выходом соединен с первым входом блока автоматического сопровождения 27, а вторым - с третьим входом индикатора 18, блок автоматического сопровождения 27 вторым, третьим и четвертым входами соединен соответственно с третьим выходом датчика пеленга 15, выходом ЛАГа 29 и выходом гирокомпаса 28.The proposed system consists of two optical receiving devices 1 and 2, rigidly connected with each other and with a rotary device 3 and containing lenses 4 and 5, respectively, sets of light filters 6 and 7, rigidly connected with rotary devices 8 and 9, multi-element photodetectors 10 and 11, installed in the focal planes of the lenses 4 and 5, the N-outputs of the photodetectors 10-11 through the N outputs of the first and second optical receiving devices 1 and 2, respectively, connected to the N inputs of the first and second switches 12 and 13, controlling the inputs of which are connected in parallel with the first and second inputs of the synchronizer 14, the input of which is connected to the first output of the bearing sensor 15, the first signal output of the first switch 12 is connected to the first input of the adder 16, and the signal output of the second switch 13 is connected to the signal input of the controlled delay line 17, the first signal output of which is connected to the second input of the adder 14, indicator 18, connected by the first signal input to the output of the adder 16, the first and second spatial selectors (de-commutators) 19 and 20, the input inputs of which are connected respectively to the outputs of the switch 12 and the controlled delay line 17, and the control inputs - through the indicator 18 and the strobe generator 21 - with the joystick mechanism 22, and their outputs are connected to the inputs of the first and second selectors in amplitude and duration respectively 23 and 24 the first inputs of which are connected respectively to the first and second inputs of the range determination unit 25, and the second outputs are respectively the first and second inputs of the range correction unit 26, the first output of which is connected to the input of the unit range determination 25, and the second with the control input of the controlled delay line 17, the range determination unit 25 with the first output connected to the first input of the automatic tracking unit 27, and the second with the third input of the indicator 18, the automatic tracking unit 27 with the second, third and fourth inputs connected respectively, with the third output of the bearing sensor 15, the output of the LAG 29 and the output of the gyrocompass 28.

Система работает следующим образом.The system operates as follows.

С помощью поворотного устройства 3 осуществляется вращение оптических приемных устройств 1 и 2, разнесенных друг относительно друга на расстояние Δl, равное, например, 1 м. При этом обеспечивается жесткая связь между этими оптическими приемными устройствами и поворотными устройствами. Каждый из оптических приемных устройств 1 (2) состоит из объектива: 4 (5), диска с интерференционными фильтрами 6 (7), поворотного устройства диска 8, 9; и фотоприемника 10 (11), выполненного в виде однорядовой матрицы из фоточувствительных элементов. Инфракрасная энергия, получаемая объектами, например, 30, проходит через объективы 4 (5) и интерференционные фильтры 6 (7), с помощью которых осуществляется выделение из общего фона спектров спектров сигнала, характерных, например, для судов 30. Каждый интерференционный фильтр занимает определенный сектор в диске и имеет определенный участок спектра пропускания. Установка интерференционных фильтров осуществляется с помощью поворотных устройств 8 (9), которые осуществляют поворот дисков. При этом выбирается тот фильтр в диске, при котором уровень фона будет наименьшим.Using the rotary device 3, the optical receiving devices 1 and 2 are rotated, spaced apart from each other by a distance Δl equal to, for example, 1 m. In this case, a rigid connection is provided between these optical receiving devices and the rotary devices. Each of the optical receiving devices 1 (2) consists of a lens: 4 (5), a disk with interference filters 6 (7), a rotary device of the disk 8, 9; and a photodetector 10 (11), made in the form of a single-row matrix of photosensitive elements. Infrared energy received by objects, for example, 30 passes through lenses 4 (5) and interference filters 6 (7), with the help of which the spectra of signal spectra characteristic of, for example, ships 30 are extracted from the general background. Each interference filter takes a certain sector in the disk and has a certain portion of the transmission spectrum. Installation of interference filters is carried out using rotary devices 8 (9), which rotate the disks. In this case, the filter in the disk is selected at which the background level will be the smallest.

Далее световая энергия попадает на фоточувствительные площадки (ФЧП) фотоприемников 10 (11), установленные в фокальной плоскости объективов 4 (5), соответственно. Каждый из фотоприемников (10 (11) имеет N одинаковые по площади и чувствительности ФЧП, расположенные в один ряд. При этом в плоскости объекта длинная ось ряда Y (см. фиг. 2) ФЧП расположена перпендикулярно направлению вращения оптических приемных устройств 1, (2) (см. фиг. 1) с помощью поворотного устройства 3. Геометрические размеры ФЧП фотоприемников 10 (11) и фокусное расстояние объективов 4 (5) определяют величину мгновенного поля зрения β (элементарное поле зрения), определяющего угловое размещение системы предупреждения столкновения (см. фиг. 2). Число N ФЧП определяет поле обзора по углу места β·N, а угол вращения поворотного устройства 3 (см. фиг. 1) - поле обзора по азимуту. Благодаря тому что ФЧП расположены вертикально, параллельно друг другу и имеют идентичные геометрические размеры и чувствительность, обеспечивается определение дальности для всех значений угломестных координат визирования объекта 30. В каждой из N ФЧП фотоприемников 10 (11) происходит независимое преобразование световой энергии в электрическую. Фотоприемники имеют инерционность 10^-6 с, что необходимо для обеспечения высоких точностных характеристик системы. На N выходах фотоприемников 10 (11), образуются видеосигналы, которые соответственно поступают на N входы коммутаторов 12 (13), которые через синхронизатор 14 управляются датчиком пеленга 15, связанного с поворотным устройством 3. С помощью коммутаторов 12 (13) дискретизируют по времени видеосигнал с фотоприемников 10, (11). Дискретизированные видеосигналы с выхода первого коммутатора 12 непосредственно и через управляемую линию задержки 17 с выхода второго коммутатора 13 поступают на сумматор 16, где суммируются, а затем подаются на вход индикатора 18, на экране которого отображается объект. Оператор с помощью кнюпельного механизма 22 через генератор меток строба 21 накладывает на выбранный участок изображения объекта 30 на экране индикатора 18 в пределах строба 18′. Сигналы о пространственном положении строба 18′ (номер канала - пеленг) поступают на вход пространственных селекторов 19 (20), с помощью которых выделяют видеосигналы от объекта 30, получаемые поверхностью, заключенной в стробе 18′, далее видеосигнал поступает на входы селекторов по амплитуде и длительности 12 (13). В блоках селекции по амплитуде и длительности выделяют видеосигналы от наиболее нагретой части поверхности в стробе 18′ и имеющие длительность, характерную для "точечного" излучателя. Информация о временном положении середин выделенных видеосигналов от одних и тех же "точечных" излучателей объекта 30 с выходов блоков селекции по длительности и амплитуде 12 (13), управляемые сигналами датчика пеленга 15, поступает параллельно на входы блоков определения дальности 25 и корректора дальности 26. Для пояснения принципа определения дальности в блоке 25 воспользуемся фигурой 3; где показаны элементарные поля зрения оптических приемных устройств 1 (2), равные в азимутальном направлении β и в угломестном - β·N соответственно. Поля зрения оптических приемных устройств 1 (2) в азимутальном направлении разнесены друг от друга на Δl, равное, например, 1 м, и имеют одинаковое число фоточувствительных площадок, равное N, одинаковые площади рабочих зон и идентичное их расположение (см. фиг. 2). При вращении оптических приемных устройств 1 (2) с помощью поворотного устройства 3 в направлении, показанном стрелкой А, световая энергия от излучателя, находящегося в стробе 18′ (фиг. 1), сначала проходит через правую диаграмму направленности 31, поле зрения которой равно β²N, а затем - через левую 32, имеющую тот же размер поля зрения. При этом световая энергия "точечного" излучателя, находящегося в стробе воспринимается единичным полем зрения, равным β², например, 1÷2 элементами каждой диаграммы направленности 31 и 32. В результате на выходах фотоприемников 10 и 11. (см. фиг. 1) между серединами двух видеосигналов 34 и 35 (см. фиг. 2) от одного и того же получателя в стробе 33 будет иметь временное рассогласование Δt, прямо пропорциональное базовому расстоянию между объективами и фотоприемниками и обратно пропорциональное их скорости вращения. Это временное рассогласование является функцией дальности до излучателя и определяется первоначально приблизительно после выделения видеосигналов в пространственных селекторах 19, (20) и селекторах по амплитуде и длительности 23 (24) (см. фиг. 1) в блоке определения дальности.Next, the light energy enters the photosensitive areas (PSF) of the photodetectors 10 (11) installed in the focal plane of the lenses 4 (5), respectively. Each of the photodetectors (10 (11) has N equal in size and sensitivity of the PSF located in one row. Moreover, in the plane of the object the long axis of the row Y (see Fig. 2) the PSP is perpendicular to the direction of rotation of the optical receiving devices 1, (2 ) (see Fig. 1) using a rotary device 3. The geometric dimensions of the PSF of the photodetectors 10 (11) and the focal length of the lenses 4 (5) determine the instantaneous field of view β (elementary field of view), which determines the angular position of the collision avoidance system (see Fig. 2). Chi layer N of the FPI determines the field of view by elevation angle β · N, and the angle of rotation of the rotary device 3 (see Fig. 1) determines the field of view in azimuth. Due to the fact that the PSF are vertically parallel to each other and have identical geometric dimensions and sensitivity, the range is determined for all values of the elevation coordinates of sighting of the object 30. In each of the N PDF photodetectors 10 (11), an independent conversion of light energy into electrical energy occurs. Photodetectors have an inertia of 10 ^-6 s, which is necessary to ensure high accuracy characteristics of the system. At the N outputs of the photodetectors 10 (11), video signals are generated, which respectively arrive at the N inputs of the switches 12 (13), which, through the synchronizer 14, are controlled by a bearing sensor 15 connected to the rotary device 3. Using the switches 12 (13), the video signal is sampled by time from photodetectors 10, (11). Sampled video signals from the output of the first switch 12 directly and through a controlled delay line 17 from the output of the second switch 13 are fed to the adder 16, where they are summed and then fed to the input of the indicator 18, on the screen of which the object is displayed. The operator using the joystick mechanism 22 through the mark generator of the strobe 21 superimposes on the selected image section of the object 30 on the screen of the indicator 18 within the strobe 18 ′. The signals about the spatial position of the strobe 18 ′ (channel number - bearing) are input to the spatial selectors 19 (20), with the help of which the video signals from object 30 are extracted, received by the surface enclosed in the strobe 18 ′, then the video signal is fed to the inputs of the selectors in amplitude and duration 12 (13). In the selection blocks, in terms of amplitude and duration, video signals are emitted from the most heated part of the surface in gate 18 ′ and having a duration characteristic of a “point” emitter. Information about the temporal position of the midpoints of the selected video signals from the same "point" emitters of the object 30 from the outputs of the selection units in duration and amplitude 12 (13), controlled by the signals of the bearing sensor 15, is fed in parallel to the inputs of the range determination units 25 and the range corrector 26. To explain the principle of determining the range in block 25, we use figure 3; where the elementary fields of view of the optical receiving devices 1 (2) are shown, which are equal in the azimuthal direction β and in the elevation direction β · N, respectively. The fields of view of the optical receiving devices 1 (2) in the azimuthal direction are spaced apart by Δl equal to, for example, 1 m and have the same number of photosensitive sites equal to N, the same area of the working areas and their identical location (see Fig. 2 ) When the optical receiving devices 1 (2) are rotated using the rotary device 3 in the direction shown by arrow A, the light energy from the emitter located in the gate 18 ′ (Fig. 1) first passes through the right radiation pattern 31, whose field of view is β ² N, and then through the left 32, which has the same size of the field of view. In this case, the light energy of the "point" emitter located in the strobe is perceived as a single field of view equal to β ² , for example, 1 ÷ 2 elements of each radiation pattern 31 and 32. As a result, at the outputs of the photodetectors 10 and 11. (see Fig. 1) between the midpoints of two video signals 34 and 35 (see Fig. 2) from the same receiver in gate 33 will have a temporary mismatch Δt, which is directly proportional to the base distance between the lenses and photodetectors and inversely proportional to their rotation speed. This temporary mismatch is a function of the distance to the emitter and is determined initially approximately after the separation of video signals in spatial selectors 19, (20) and selectors in amplitude and duration 23 (24) (see Fig. 1) in the range determination unit.

Для обоснования аналитической зависимости дальности как функции времени рассогласования с известными базой Δl и угловой скоростью ω обратимся к фиг. 3.To justify the analytical dependence of the range as a function of the time of mismatch with the known base Δl and angular velocity ω, we turn to FIG. 3.

На фиг. 3 отрезком В₁В₁′ обозначено расстояние между оптическими осями 36 и 37 оптических приемных устройств 1 и 2 соответственно (см. фиг. 1), лежащий в плоскости поворотного устройства 3. Направление вращения поворотного устройства показано стрелкой (см. фиг. 3). Линиями 36 и 37 показаны оптические оси диаграмм направленности 31 и 32 (см. фиг. 2) оптических приемных устройств 1 и 2 соответственно. Поворотное устройство 3 (см. фиг. 1) вращается вокруг точки 0 (см. фиг. 3), лежащей по середине отрезка В₁В₁′, соединяющего фокусы объективов 4 и 5 (см. фиг. 1). Пусть источник измерения объекта 30, находящийся внутри строба 33 (фиг. 2), находится в точке А (см. фиг. 3), тогда расстояние до источника определяется длиной отрезка прямой ОА.In FIG. 3, the segment B ₁ B ₁ ′ indicates the distance between the optical axes 36 and 37 of the optical receiving devices 1 and 2, respectively (see Fig. 1), lying in the plane of the rotary device 3. The direction of rotation of the rotary device is shown by an arrow (see Fig. 3) . Lines 36 and 37 show the optical axes of the radiation patterns 31 and 32 (see FIG. 2) of the optical receiving devices 1 and 2, respectively. The rotary device 3 (see FIG. 1) rotates around point 0 (see FIG. 3) lying in the middle of the segment B ₁ B ₁ ′ connecting the foci of the lenses 4 and 5 (see FIG. 1). Let the measurement source of the object 30, located inside the gate 33 (Fig. 2), be at point A (see Fig. 3), then the distance to the source is determined by the length of the straight line segment OA.

Поворотное устройство 3 (см. фиг. 1) вращается с угловой скоростью ω. В момент пересечения точки А оптической осью 37 (оптического приемного устройства 2 (фиг. 3) положение B₁B₁′, на первый вход блока определения дальности 25 (см. фиг. 1) поступает видеосигнал 34 (см. фиг. 2), а в положении В₂В₂′ через время Δt на второй вход блока определения дальности 25 (см. фиг. 1) поступает видеоимпульс 35 (см. фиг. 2), снимаемый с оптического приемного устройства 1 при визировании цели А. Дальность до цели L определяется из ∠AOB, соотношениемThe rotary device 3 (see Fig. 1) rotates with an angular velocity ω. At the moment of crossing point A with the optical axis 37 (optical receiving device 2 (Fig. 3), the position B ₁ B ₁ ′, the video signal 34 (see Fig. 2) is received at the first input of the ranging unit 25 (see Fig. 1), and in the position В ₂ В ₂ ′, after a time Δt, a video pulse 35 (see Fig. 2) is received at the second input of the range determination unit 25 (see Fig. 1), taken from the optical receiving device 1 when sighting target A. The range to the target L is determined from ∠AOB, by the relation

L=Δl/sinα·2,L = Δl / sinα2,

где α - угол поворота вращающего устройства;where α is the angle of rotation of the rotating device;

Δl - расстояние между оптическими осями оптико-приемных устройств 1 и 2 (см. фиг. 3).Δl is the distance between the optical axes of the optical receiving devices 1 and 2 (see Fig. 3).

Определяя Δt(t) в блоке определения дальности 23 и угловую скорость ω поворотного устройства 3 (см. фиг. 1), дальность L равнаBy determining Δt (t) in the range determination unit 23 and the angular velocity ω of the rotary device 3 (see Fig. 1), the range L is

L=Δl/2·sinω·τ/2L = Δl / 2 sinω τ / 2

Погрешность определения дальности из-за отличия скорости вращения оптических приемных устройств от номинальной определяется в корректоре дальности 26, для чего в корректор дальности 26 от датчика пеленга 15, жестко связанного с поворотным устройством 3 поступают на схему определения временного интервала пеленгационные метки в виде коротких импульсов, следующих друг за другом с определенным интервалом, например 500 мкс. Этот интервал между импульсами зависит от скорости вращения оптических приемных устройств в данный момент времени. При отличии скорости вращения от номинальной интервалы между импульсами с датчика пеленга 15 будут увеличиваться (скорость уменьшается) или уменьшаться (скорость увеличивается). В схеме измерения отношения фактического интервала между двумя импульсами с датчика пеленга в данный момент времени к номинальному интервалу, который имел бы место при номинальной скорости вращения, вырабатывают сигнал корректирующего коэффициента. Вторым источником погрешности измерения дальности, подлежащей учету в корректоре дальности 26 (см. фиг. 1), является разъюстировка оптических осей оптических приемных устройств 1 и 2 в процессе вращения. Для учета этой ошибки каждый раз перед началом работы объективы 4 и 5 и фоточувствительные площадки фотоприемников 10 и 11 устанавливаются в такое угломестное положение, при котором излучение от контрольного излучателя 38, расстояние до которого известно, на каждой паре равноудаленных от центра ФЧП первого и второго фотоприемников соответствовало номинальному угловому положению и временные интервалы между срединами импульсов были одинаковыми. Угломестное направление на излучатель определяется номером пары одноуровневых фоточувствительных площадок фотоприемников. Учет рассогласования оптических осей осуществляется за каждый оборот поворотного устройства 3 в момент визирования световой энергии от контрольного излучателя 38, находящегося на известном расстоянии. При вращении оптических приемных устройств с точно известной угловой скоростью измеряется отношение временного интервала между импульсами сигнала с фотоприемников 10 и 11 с номинальным временным интервалом, в результате чего вырабатывается второй корректирующий сигнал. Оба корректирующие сигналы из блока коррекции дальности 26, вводят в блок определения дальность 25, в котором определяется истинное значение дальности до излучателя 30, а также в качестве управляющего импульса - на вход линии задержки 17. Дважды откорректированная дальность с первого выхода блока определения дальности 25 поступает на вход блока автосопровождения 27. На второй вход блока автосопровождения 27 поступают пеленгационные метки с датчика пеленга 15. Каждая метка несет информацию об определенном пеленгационном направлении, третий и четвертый входы блока автосопровождения 27 соединены с ЛАГом 29 и гирокомпасом 28 соответственно. Сигнал дальности со второго выхода блока определения дальности 25 поступает также на вход индикатора 18 для отображения в цифре значения дальности 18′′.The error in determining the range due to the difference in the rotation speed of the optical receiving devices from the nominal is determined in the range corrector 26, for which the direction corrector 26 from the bearing sensor 15, which is rigidly connected with the rotary device 3, receives direction signs in the form of short pulses for determining the time interval following each other at a certain interval, for example 500 μs. This interval between pulses depends on the rotation speed of the optical receiving devices at a given time. When the rotation speed differs from the nominal, the intervals between pulses from the bearing sensor 15 will increase (speed decreases) or decrease (speed increases). In the circuit for measuring the ratio of the actual interval between two pulses from the bearing sensor at a given time to the nominal interval that would occur at the nominal speed of rotation, a correction factor signal is generated. The second source of range measurement error, which must be taken into account in the range corrector 26 (see Fig. 1), is the misalignment of the optical axes of the optical receiving devices 1 and 2 during rotation. To account for this error, each time before starting work, the lenses 4 and 5 and the photosensitive platforms of the photodetectors 10 and 11 are set in such an elevated position that the radiation from the control emitter 38, the distance to which is known, on each pair equidistant from the center of the PSF of the first and second photodetectors corresponded to the nominal angular position and the time intervals between the pulse centers were the same. The angular direction to the emitter is determined by the number of a pair of single-level photosensitive sites of photodetectors. The mismatch of the optical axes is taken into account for each revolution of the rotary device 3 at the time of visualizing light energy from the control emitter 38 located at a known distance. When the optical receiving devices rotate with a precisely known angular velocity, the ratio of the time interval between the signal pulses from the photodetectors 10 and 11 with the nominal time interval is measured, as a result of which a second correction signal is generated. Both correction signals from the range correction unit 26 are introduced into the range determination unit 25, in which the true value of the range to the emitter 30 is determined, and also as a control pulse to the input of the delay line 17. A twice adjusted range from the first output of the range determination unit 25 is received to the input of the auto tracking unit 27. At the second input of the auto tracking unit 27, direction-finding tags from the bearing sensor 15 are received. Each tag carries information about a certain direction-finding direction, the third and the fourth inputs of the auto tracking unit 27 are connected to the LAG 29 and the gyrocompass 28, respectively. The range signal from the second output of the range determination unit 25 is also fed to the input of the indicator 18 for displaying the range value 18 ″ in the digital.

С помощью предлагаемой системы увеличивается безопасность движения судов. Предлагаемую систему предупреждения столкновений наиболее эффективно можно использовать на судах в период нахождения их в сложных навигационных условиях, а также при наличии помех радиолокатору. Ночью и при плохой видимости, что характерно для арктических акваторий, эффективность использования предлагаемой системы особенно велика, особенно при невозможности использовать радиолокатор, например, из-за соблюдения скрытности, так как при этом вероятность современного визуального обнаружения целей судоводителем в ближней зоне уменьшается. Для обеспечения определения дальности до встречной цели в широком интервале расстояний (включая и минимальные), оптические приемные устройства целесообразно устанавливать на баке или полубаке в местах с минимальным затенением. Предлагаемую систему можно устанавливать также и на берегу. При использовании предлагаемой системы уменьшается время движения судов в сложных навигационных условиях, что также обеспечивает большой экономический эффект.Using the proposed system increases the safety of ship traffic. The proposed collision avoidance system can most effectively be used on ships while they are in difficult navigation conditions, as well as in the presence of interference with the radar. At night and with poor visibility, which is characteristic of the Arctic waters, the efficiency of the proposed system is especially great, especially when it is impossible to use a radar, for example, due to observance of stealth, since the probability of modern visual detection of targets by the skipper in the near zone decreases. To ensure the determination of the distance to the oncoming target in a wide range of distances (including minimum ones), it is advisable to install optical receiving devices on the tank or forecastle in places with minimal shading. The proposed system can also be installed ashore. Using the proposed system reduces the time of movement of vessels in difficult navigation conditions, which also provides a great economic effect.

Предлагаемая система предупреждения столкновения может быть реализована, например, на уже имеющейся специальной элементной базе, используемой в других системах, например, тепловизионной инфракрасно-лазерной станции наблюдения за ближней надводной и береговой обстановкой К4-1 НВТМО 474032021. Оптические приемные устройства могут быть выполнены с применением инфракрасного объектива В748, имеющего следующие характеристики: рабочий спектральный диапазон 8-14 мкм; диаметр входного зрачка - 116 мм, фокусное расстояние 150 мм; диаметр кружка наименьшего рассеяния - 0,06 мм; угловое поле зрения 6 угл. град; и фотоприемника ФР0111, состоящего из 100 фоточувствительных площадок, размером 0,1×0,1 мм² и имеющего высокую чувствительность в диапазоне спектра 8-14 мкм; поворотное устройство 3 может быть выполнено на базе изделия ДСК-1 прибора АН-12, в котором также имеется датчик пеленга, обеспечивающий высокую точность измерения угловой скорости.The proposed collision avoidance system can be implemented, for example, on an existing special element base used in other systems, for example, a thermal imaging infrared laser station for monitoring near surface and coastal conditions K4-1 NVTMO 474032021. Optical receiving devices can be implemented using B748 infrared lens having the following characteristics: working spectral range of 8-14 microns; entrance pupil diameter - 116 mm, focal length 150 mm; diameter of the smallest scattering circle - 0.06 mm; angular field of view 6 ang. hail; and a photodetector FR0111, consisting of 100 photosensitive pads, 0.1 × 0.1 mm ^{2 in} size and having high sensitivity in the spectrum range of 8-14 μm; the rotary device 3 can be performed on the basis of the DSC-1 product of the AN-12 device, which also has a bearing sensor, which provides high accuracy in measuring angular velocity.

Синхронизатор, индикатор и коммутаторы также возможно заимствовать из изделий К4-1, выполненных на основе интегральных микросхем К1104 КН1, К751 КН1-2.The synchronizer, indicator and switches can also be borrowed from K4-1 products made on the basis of integrated circuits K1104 KN1, K751 KN1-2.

Блоки определения и коррекции дальности, пространственный селектор и селектор по длительности и амплитуде могут быть выполнены с применением микропроцессорного набора серий 1810, управляемых линий задержки на основе, например, микросхемы Б528БРЗ-2.Range determination and correction units, a spatial selector, and a duration and amplitude selector can be performed using a microprocessor set of 1810 series, controlled delay lines based on, for example, B528BRZ-2 microcircuit.

Claims

A collision avoidance system comprising a lag, gyrocompass, auto tracking unit, two optical receiving devices, a rotary device with a bearing sensor, a duration selector, an amplitude selector, a variable delay line, a range determination unit and a range corrector, an indicator characterized in that, with In order to increase the safety of ship traffic in optical receiving devices, photodetectors are made in the form of a line of N discrete photosensitive pads adjacent to each other in the axial direction, p perpendicular to the rotation vector of the rotator, while the N outputs of the first and second photodetectors are connected respectively to the N inputs of the inputted first and second switches, the control inputs of which are connected to the first and second outputs of the input synchronizer, respectively, and the third output of the synchronizer is connected to the first input of the indicator, the input of the synchronizer connected to the first output of the bearing sensor, the first signal output of the first switch is connected to the first input of the input adder, and the signal output of the second of the first switch is connected to the signal input of the controlled delay line, the first signal output of which is connected to the second input of the adder, the output of which is connected to the second signal input of the indicator, the second signal output of the first switch is connected to the first input of the input first spatial selector, and the second signal output of the controlled delay line - with the first input of the entered second spatial selector, the second inputs of the first and second spatial selectors are connected to the first and second outputs and the indicator, respectively, and the fourth input of the indicator is connected to the output of the introduced strobe generator, the input of which is connected to the output of the introduced joystick mechanism, the third inputs of the first and second spatial selectors are connected to the second output of the bearing sensor, the outputs of the first and second spatial selectors are connected to the first inputs of the selectors amplitude and duration, respectively, the second inputs of which are connected to the output of the bearing sensor, the first outputs of the selectors in amplitude and duration are connected respectively, with the first and second inputs of the range determination unit, and the second outputs, respectively, with the first and second inputs of the range corrector, the output of which is connected to the third input of the range determination unit, connected by the first output to the first input of the auto tracking unit, and the second to the third input of the indicator.