RU2011207C1 - Optic ranging and detection device for determining angular position of objects - Google Patents
Optic ranging and detection device for determining angular position of objects Download PDFInfo
- Publication number
- RU2011207C1 RU2011207C1 SU5067250A RU2011207C1 RU 2011207 C1 RU2011207 C1 RU 2011207C1 SU 5067250 A SU5067250 A SU 5067250A RU 2011207 C1 RU2011207 C1 RU 2011207C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inputs
- outputs
- output
- detectors
- optical
- Prior art date
Links
Landscapes
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано в информационных и измерительных системах. The invention relates to quantum electronics and can be used in information and measuring systems.
Известны различные радиопеленгаторы - адаптивные амплитудно-моноимпульсные, фазовые, позволяющие произвести измерение угловых координат положения объекта. Various radio direction finders are known - adaptive amplitude-monopulse, phase, allowing to measure the angular coordinates of the position of the object.
Точность измерения угловых координат определяется прежде всего отношением b/λ , где b - база измерительной системы;
λ - рабочая длина волны.The accuracy of measuring the angular coordinates is determined primarily by the ratio b / λ, where b is the base of the measuring system;
λ is the working wavelength.
Для повышения точности измерения угловых координат в радиотехническом диапазоне волн необходимо увеличивать, что не всегда возможно и имеет естественные габаритные ограничения. To increase the accuracy of measuring the angular coordinates in the radio wave range, it is necessary to increase, which is not always possible and has natural overall limitations.
Это является существенным недостатком таких средств. Дальнейшее повышение точности измерения угловых координат может быть достигнуто при использовании сигналов оптического диапазона. This is a significant drawback of such funds. A further increase in the accuracy of measuring angular coordinates can be achieved using signals of the optical range.
Наиболее близким по технической сущности к данному устройству является система апертурного зондирования, содержащая лазер оптический выход которого сопряжен с системой из N зеркал, каждое из которых оптически связано с соответствующим оптическим фазовым модулятором, а также оптический приемник, выход которого подключен к входу усилителя, выход которого соединен с входами N полосовых фильтров, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих синхронных детекторов, выходы которых подключены к первым входам оптических фазовых модуляторов, к вторым входам которых подключены выходы соответствующих модулирующих генераторов, соединенные одновременно с вторыми входами синхронных детекторов. The closest in technical essence to this device is an aperture sensing system containing a laser whose optical output is interfaced with a system of N mirrors, each of which is optically coupled to a corresponding optical phase modulator, as well as an optical receiver whose output is connected to the amplifier input, the output of which connected to the inputs of N bandpass filters, the outputs of which are connected to the first inputs of the corresponding synchronous detectors, the outputs of which are connected to the first inputs of the optical phase modulators, to the second inputs of which the outputs of the corresponding modulating generators are connected, connected simultaneously with the second inputs of synchronous detectors.
Гармоническая фазовая модуляция, вводимая в каждый канал по частоте ωi , где 1 < i < N, приводит к изменению интерференционной картины, что, в свою очередь, приводит к амплитудной модуляции отраженного сигнала, который принимается оптическим приемником, усиливается усилителем и через полосовые фильтры, настроенные на модулирующие частоты, поступает на синхронные детекторы, где сигнал подвергается синхронному детектированию. Сигнал с выходов фильтров нижних частот является управляющим сигналом и подается на входы фазовых модуляторов, приводя к совмещению максимума интерференционной картины с объектом.The harmonic phase modulation introduced into each channel at the frequency ω i , where 1 <i <N, leads to a change in the interference pattern, which, in turn, leads to amplitude modulation of the reflected signal received by the optical receiver, is amplified by the amplifier and through bandpass filters tuned to modulating frequencies, is fed to synchronous detectors, where the signal is subjected to synchronous detection. The signal from the outputs of the low-pass filters is a control signal and is fed to the inputs of the phase modulators, leading to the combination of the maximum interference pattern with the object.
При смещении объекта в каждом из каналов возникнут фазовые ошибки, которые и будут компенсированы в устройстве-прототипе. В результате максимум интенсивности интерференционной картины переместится за объектом. When the object is displaced in each channel, phase errors will occur, which will be compensated in the prototype device. As a result, the maximum intensity of the interference pattern will move behind the object.
Недостатками прототипа является невозможность непосредственного выделения угломерной информации, что при больших углах отклонения объекта не позволяет вычислить требуемый угол разворота системы в целом, что приводит к снижению точности совмещения максимума интенсивности интерференционной картины с объектом. The disadvantages of the prototype is the inability to directly highlight the goniometric information, which at large angles of deviation of the object does not allow us to calculate the required angle of rotation of the system as a whole, which reduces the accuracy of combining the maximum intensity of the interference pattern with the object.
Техническим результатом, достигаемым с помощью данного изобретения является уменьшение ошибки в измерении угловых координат объекта. The technical result achieved using this invention is to reduce errors in the measurement of the angular coordinates of the object.
С этой целью в устройство-прототип дополнительно введены два угломерных канала, каждый из которых содержит 4 полосовых фильтра, настроенных на комбинационные частоты сигнала модулирующих генераторов, четыре амплитудных детектора, два инвертора и суммирующее устройство, при этом выходы полосовых фильтров соединены с выходом усилителя, а выходы - с входами амплитудных детекторов, при этом в каждом угломерном канале выходы первого и второго амплитудных детекторов соединены с входами двух инверторов соответственно, выходы которых подключены к первым и вторым входам соответствующего суммирующего устройства, а выходы третьего и четвертого амплитудных детекторов соединены с третьим и четвертым входами соответствующих суммирующих устройств, а выходы каждого из суммирующих устройств являются измерительными выходами устройства. For this purpose, two goniometric channels are additionally introduced into the prototype device, each of which contains 4 bandpass filters tuned to the combination frequencies of the modulating oscillator signal, four amplitude detectors, two inverters and a summing device, while the outputs of the bandpass filters are connected to the output of the amplifier, and the outputs are with the inputs of the amplitude detectors, while in each goniometer channel the outputs of the first and second amplitude detectors are connected to the inputs of two inverters, respectively, the outputs of which are connected us to first and second inputs of the corresponding adder and the outputs of the third and fourth amplitude detector connected to third and fourth inputs of the respective summing devices and the outputs of each of the adders are measuring device outputs.
Сущность изобретения заключается в выделении из сигнала модуляции отраженного оптического излучения комбинационных частот двух каких-либо каналов, образующих на апертуре устройства измерительную базу, в измерении их взаимной разности фаз при условии работы контура адаптивного управления как в устройстве-прототипе, который обеспечивает формирование диаграммы направленности излучающей апертуры на объекте. The essence of the invention consists in extracting from the modulation signal of the reflected optical radiation of the combination frequencies of two any channels forming a measuring base on the device aperture, in measuring their mutual phase difference provided that the adaptive control loop operates as in the prototype device, which provides the formation of a radiation pattern apertures at the facility.
Отличительными признаками данного устройства является реализация прямых измерений угловых координат объекта относительно направления максимума диаграммы направленности излучающей апертуры за счет использования информации, содержащейся в отраженном от объекта оптическом излучении на комбинационных частотах модуляции двух различных каналов. Distinctive features of this device is the implementation of direct measurements of the angular coordinates of the object relative to the direction of the maximum radiation pattern of the radiating aperture by using the information contained in the optical radiation reflected from the object at the combination frequencies of the modulation of two different channels.
На чертеже представлена структурная схема данного устройства, где обозначены: 1 - лазер; 2.1. . . 2. N - система зеркал; 3.1. . . 3. N - фазовые модуляторы; 4 - оптический приемник; 5 - усилитель; 6.1. . . 6. N - полосовые фильтры; 7.1-7. N - модулирующие генераторы; 8.1. . . 8. N - синхронные детекторы; 9.1-9. N - фильтры нижних частот; 10.1. . . 10.8 - полосовые фильтры комбинационных частот 11.1. . . . 11.4 - амплитудные детекторы, 12.1. . . 12.4 - инверторы, 13.1. . . 13.2 - суммирующие устройства. The drawing shows a structural diagram of this device, where are indicated: 1 - laser; 2.1. . . 2. N - system of mirrors; 3.1. . . 3. N - phase modulators; 4 - optical receiver; 5 - amplifier; 6.1. . . 6. N - bandpass filters; 7.1-7. N - modulating oscillators; 8.1. . . 8. N - synchronous detectors; 9.1-9. N - low-pass filters; 10.1. . . 10.8 - bandpass filters of combination frequencies 11.1. . . . 11.4 - amplitude detectors, 12.1. . . 12.4 - inverters, 13.1. . . 13.2 - summing devices.
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Излучение лазера 1 поступает на систему зеркал 2, где делится на равные по мощности пучки, отражаемые от зеркал 2.1. . . 2. N. Сигнал с выхода каждой субапертуры 2.1. . . 2. N поступает на оптические входы фазовых модуляторов 3.1. . . 3. N, на управляющие входы которых подается сигнал с выхода модулирующих генератора 7.1. . . 7. N, за счет которых производится фазовая модуляция гармоническим сигналом на частоте ωi (где i - номер канала) излучения в каждом канале/субапертуре/. Излучение с выходов модуляторов попадает на объект, где образует интерференционную картину. Отраженное от объекта излучение принимается оптическим приемником 4. С выхода оптического приемника 4 сигнал, пропорциональный интенсивности отраженного излучения, поступает на усилитель 5, где усиливается, а затем подается на полосовые фильтpы 6.1. . . 6. N и 10.1. . . 10.8. Полосовые фильтpы 6.1. . . 6. N настpоены на частоты модуляции ωi каждого канала. Сигнал с выхода полосовых фильтpов 6.1. . . 6. N поступает на синхpонные детекторы 8.2. . . 8. N, на управляющие входы которых поступают сигналы с выходов модулирующих генераторов 7.1. . . 7. N. Сигналы с выходов синхронных детекторов поступают на входы фильтров нижних частот 9.1. . . 9. N, с выхода которых сигнал, пропорциональный синусу разности фазы i-й субапертуры и опорной фазы канала, как и в устройстве-прототипе. Эти сигналы управляют фазовыми модуляторами 3.1. . . 3. N и таким образом вносят компенсирующий фазовый сдвиг в излучение субапертур, что приводит к формированию синфазного поля излучения на объекте.The radiation from the laser 1 enters the system of mirrors 2, where it is divided into beams of equal power reflected from the mirrors 2.1. . . 2. N. The signal from the output of each subaperture 2.1. . . 2. N goes to the optical inputs of the phase modulators 3.1. . . 3. N, to the control inputs of which a signal is supplied from the output of the modulating oscillator 7.1. . . 7. N, due to which phase modulation is performed by a harmonic signal at a frequency ω i (where i is the channel number) of radiation in each channel / subaperture /. The radiation from the outputs of the modulators falls on the object, where it forms an interference picture. The radiation reflected from the object is received by the optical receiver 4. From the output of the optical receiver 4, a signal proportional to the intensity of the reflected radiation is fed to an amplifier 5, where it is amplified and then fed to bandpass filters 6.1. . . 6. N and 10.1. . . 10.8. Band Pass Filters 6.1. . . 6. N are tuned to the modulation frequencies ω i of each channel. Signal from the output of bandpass filters 6.1. . . 6. N arrives at the synchronization detectors 8.2. . . 8. N, the control inputs of which receive signals from the outputs of modulating oscillators 7.1. . . 7. N. The signals from the outputs of synchronous detectors are fed to the inputs of low-pass filters 9.1. . . 9. N, the output of which is a signal proportional to the sine of the phase difference of the i-th subaperture and the reference phase of the channel, as in the prototype device. These signals control phase modulators 3.1. . . 3. N and thus introduce a compensating phase shift in the radiation of subapertures, which leads to the formation of a common-mode radiation field at the object.
Одновременно сигнал с выхода усилителя 5 поступает на входы полосовых фильтров 10.1. . . 10.8, настроенных соответственно на частоты 2 Ωj-Ωi, Ωi+2Ωj; 2Ωi-Ωj; Ωj+2Ωi; 2Ωк-Ωe, Ωк+2Ωe, 2Ωк-Ωe, Ωк+2Ωe; где i, j - номера субапертур, выбранных для измерения углов по одной из осей;
k, l - номера субапертур для измерения углов по ортогональной первой оси.At the same time, the signal from the output of amplifier 5 is fed to the inputs of bandpass filters 10.1. . . 10.8 tuned respectively to frequencies 2 Ω j -Ω i , Ω i + 2Ω j ; 2Ω i -Ω j ; Ω j + 2Ω i ; 2Ω to -Ω e , Ω to + 2Ω e , 2Ω to -Ω e , Ω to + 2Ω e ; where i, j are the numbers of subapertures selected for measuring angles along one of the axes;
k, l are the numbers of subapertures for measuring angles along the orthogonal first axis.
Полосовые фильтры 10.1. . . 10.8 настроены именно на эти комбинационные частоты, так как на этих частотах в спектре отраженного от объекта сигнала присутствуют составляющие вида:
sin Δφi,j(sin((Ωi-2Ωj)t+sin((Ωi+
+2Ωj) t)),
sin Δφi,j(sin((Ωj-2Ωi)t+sin((Ωj+
+2Ωi) t)), амплитуда которых пропорциональна разности фаз конкретно взятых i-го и j-го каналов излучения.Band-pass filters 10.1. . . 10.8 are tuned precisely for these combination frequencies, since at these frequencies in the spectrum of the signal reflected from the object there are components of the form:
sin Δφ i, j (sin ((Ω i -2Ω j ) t + sin ((Ω i +
+ 2Ω j ) t)),
sin Δφ i, j (sin ((Ω j -2Ω i ) t + sin ((Ω j +
+ 2Ω i ) t)), the amplitude of which is proportional to the phase difference of the particular i-th and j-th radiation channels.
Если принять во внимание, что происходит одновременная работа системы адаптивной оптики, которая стремится сформировать на объекте дифракционно-ограниченный пучок, то при неподвижном объекте, находящемся в направлении максимума диаграммы направленности излучения, апертуры все Δφi,j, Δφк,l равны нулю.If we take into account that the adaptive optics system is simultaneously operating, which seeks to form a diffraction-limited beam on the object, then with a stationary object located in the direction of the maximum radiation pattern, aperture, all Δφ i, j , Δφ k, l are equal to zero.
Если же объект начинает двигаться, то в каждом канале появляются фазовые искажения, что приводит к конечному значению Δφi,j, Δφк,l.If the object begins to move, then phase distortions appear in each channel, which leads to the final value Δφ i, j , Δφ k, l .
Предположим, что излучение до объекта от субапертур i и j распространяются по параллельным трассам, что справедливо при R>>b, где R - расстояние до объекта;
b - расстояние между субапертурами.Suppose that radiation to an object from subapertures i and j propagate along parallel paths, which is true for R >> b, where R is the distance to the object;
b is the distance between subapertures.
Тогда разность хода излучения от i и j субапеpтуp опpеделится как Δ R = b sin α , где α - угол отклонения от максимума ДН. Then the difference in the radiation path from i and j subaperture is defined as Δ R = b sin α, where α is the angle of deviation from the maximum of the beam.
В то же вpемя ΔR= λ/2πΔφi,j,
λ - длина волны излучения.At the same time, ΔR = λ / 2πΔφ i, j ,
λ is the radiation wavelength.
Значит, угол α = arcsin ((λ/2πbΔφi,j).Therefore, the angle α = arcsin ((λ / 2πbΔφ i, j ).
С выходов полосовых фильтpов 10.1. . . 10.8 сигналы подаются на амплитудные детектоpы 11.1. . . 11.8 соответственно. From the outputs of bandpass filters 10.1. . . 10.8 signals are fed to amplitude detectors 11.1. . . 11.8 respectively.
С выхода амплитудных детекторов 11.1, 11.2, 11.5, 11.6 сигналы через инверторы соответственно 12.1. . . 12.4, а с выхода амплитудных детекторов 11.3, 11.4, 11.7 и 11.8 пpямо поступают на входы суммирующих устройств 13.1, 13.2. За счет работы адаптивного контура, аналогичного устройству-прототипу, обеспечивается постоянная фокусировка излучения на объекте, а за счет дополнительно введенных блоков осуществляется измерение угловых координат объекта в двух ортогональных плоскостях относительно оптической оси системы. (56) Теоретические основы радиолокации. Учебное пособие для Вузов. Под ред. В. Е. Дулевича, М. : Сов. радио, с. 256. From the output of the amplitude detectors 11.1, 11.2, 11.5, 11.6 signals through inverters, respectively 12.1. . . 12.4, and from the output of the amplitude detectors 11.3, 11.4, 11.7 and 11.8 they directly go to the inputs of the summing devices 13.1, 13.2. Due to the work of the adaptive circuit, similar to the prototype device, constant focusing of radiation on the object is ensured, and due to the additionally introduced blocks, the angular coordinates of the object are measured in two orthogonal planes relative to the optical axis of the system. (56) Theoretical foundations of radar. Textbook for High Schools. Ed. V.E.Dulevich, M.: Sov. radio, p. 256.
Патент США N 3731103, кл. Н 04 В 9/00, 1973. U.S. Patent No. 3,731,103, cl. H 04, 9/00, 1973.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5067250 RU2011207C1 (en) | 1992-08-21 | 1992-08-21 | Optic ranging and detection device for determining angular position of objects |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5067250 RU2011207C1 (en) | 1992-08-21 | 1992-08-21 | Optic ranging and detection device for determining angular position of objects |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011207C1 true RU2011207C1 (en) | 1994-04-15 |
Family
ID=21615628
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU5067250 RU2011207C1 (en) | 1992-08-21 | 1992-08-21 | Optic ranging and detection device for determining angular position of objects |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2011207C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2630522C1 (en) * | 2016-05-19 | 2017-09-11 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method of single-position determining angular coordinates to laser radiation source |
-
1992
- 1992-08-21 RU SU5067250 patent/RU2011207C1/en active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2630522C1 (en) * | 2016-05-19 | 2017-09-11 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method of single-position determining angular coordinates to laser radiation source |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5125736A (en) | Optical range finder | |
| US3891321A (en) | Optical method and apparatus for measuring the relative displacement of a diffraction grid | |
| US5106192A (en) | Polarization insensitive absolute interferometeric method and apparatus for measuring position angular bearing and optical paths | |
| US4644267A (en) | Signal analysis receiver with acousto-optic delay lines | |
| US4229102A (en) | Method and apparatus for balancing out disturbances in distance measuring systems | |
| US4575247A (en) | Phase-measuring interferometer | |
| US4084907A (en) | Method and apparatus for determining the wave number of optical spectrum radiation | |
| US4822164A (en) | Optical inspection device and method | |
| US4355899A (en) | Interferometric distance measurement method | |
| US5546185A (en) | Angle detecting apparatus for detecting angle of inclination of scanning mirror provided on michelson interferometer | |
| RU2011207C1 (en) | Optic ranging and detection device for determining angular position of objects | |
| US3680101A (en) | Distance measuring device | |
| US11953627B2 (en) | Techniques for multiplexing optical beams in coherent LiDAR systems | |
| US4183671A (en) | Interferometer for the measurement of plasma density | |
| US3619057A (en) | Geodetic laser survey system | |
| EP0307451B1 (en) | Apparatus and method for locating the direction of an atomic beam | |
| JPH0915334A (en) | Laser equipment for measuring distance | |
| US3239837A (en) | Frequency modulated range and velocity measuring instrument | |
| RU2110077C1 (en) | Method determining course angle and coordinates of locations of objects by radio signals of spacecraft of satellite radio navigation systems | |
| US5867271A (en) | Michelson interferometer including a non-polarizing beam splitter | |
| GB1605217A (en) | Laser probe for detecting movement of a target | |
| US11768291B1 (en) | High dynamic range ranging interferometer | |
| SU1631459A1 (en) | Device for antenna directivity pattern measurement | |
| RU2060475C1 (en) | Method of measurement of harmonic oscillation amplitudes | |
| RU2575766C1 (en) | Laser locator |