RU2042156C1 - Method of guidance of laser radiation on object - Google Patents

Method of guidance of laser radiation on object Download PDF

Info

Publication number
RU2042156C1
RU2042156C1 SU4541973A RU2042156C1 RU 2042156 C1 RU2042156 C1 RU 2042156C1 SU 4541973 A SU4541973 A SU 4541973A RU 2042156 C1 RU2042156 C1 RU 2042156C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
time
values
coordinates
signals
laser radiation
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.М. Казанский
В.А. Кочкин
Ю.Ф. Кутаев
Original Assignee
Товарищество с ограниченной ответственностью "Астрам"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Товарищество с ограниченной ответственностью "Астрам" filed Critical Товарищество с ограниченной ответственностью "Астрам"
Priority to SU4541973 priority Critical patent/RU2042156C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2042156C1 publication Critical patent/RU2042156C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: laser detection and ranging. SUBSTANCE: present angular coordinates and range of object are determined for five moments of time in compliance with method of guidance of laser radiation of object, values of coordinates for moment t′ of time are found by them for which signals of pointing are formed proportional to values of angle coordinates. In addition angular speed of movement of object is determined for moment t′ of time and values of error signals with due account of angular speed of object are found and compared with predetermined threshold Values of pointing signals are rendered more precise with allowance for error signals. EFFECT: increased precision of guidance of laser radiation. 1 dwg

Description

Изобретение относится к лазерной локации и может быть использовано в высокоточных системах оптической связи с высокоорбитальными искусственными спутниками Земли (ИСЗ), при зондировании лазерным излучением удаленных космических объектов. The invention relates to laser ranging and can be used in high-precision optical communication systems with high-orbit artificial Earth satellites (AES), when probing remote space objects with laser radiation.

Известен способ наведения лазерного излучения на объект, заключающийся в сканировании поля обзора лазерным лучом, регистрации интенсивности светового потока, отраженного от объекта, формировании сигналов управления, пропорциональных составляющим ошибки наведения в двух взаимно перпендикулярных направлениях и коррекции ориентации зеркала наведения. There is a method of pointing laser radiation at an object, which consists in scanning the field of view with a laser beam, recording the intensity of the light flux reflected from the object, generating control signals proportional to the components of the pointing error in two mutually perpendicular directions, and correcting the orientation of the pointing mirror.

К недостаткам способа относится необходимость работы в активном режиме, а также низкая точность, что обусловлено необходимостью постоянного перенацеливания оси лазерного излучения. The disadvantages of the method include the need to work in active mode, as well as low accuracy, which is due to the need for constant re-targeting of the axis of the laser radiation.

Наиболее близким к изобретению является способ наведения лазерного излучения на объект, заключающийся в определении последовательности текущих координат объекта в моменты времени ti, i 1,N, определении по ним значений координат для момента времени t*, формировании сигналов целеуказания, пропорциональных значениям угловых координат

Figure 00000001
(t*),
Figure 00000002
(t*)и дальности
Figure 00000003
(t*), наведении оси диаграммы направленности излучения на объект с угловыми координатами
Figure 00000004
(t*),
Figure 00000005
(t*).Closest to the invention is a method of pointing laser radiation at an object, which consists in determining the sequence of the current coordinates of the object at time t i , i 1, N, determining the coordinate values from them for time t *, generating target signals proportional to the values of the angular coordinates
Figure 00000001
(t * )
Figure 00000002
(t * ) and range
Figure 00000003
(t * ), hovering the axis of the radiation pattern on an object with angular coordinates
Figure 00000004
(t * )
Figure 00000005
(t * ).

К недостаткам способа-прототипа относится низкая точность наведения, обусловленная ограничениями используемой полиноминальной аппроксимации участков траектории. The disadvantages of the prototype method include the low accuracy of guidance, due to the limitations of the polynomial approximation used for sections of the trajectory.

Целью изобретения является повышение точности наведения. The aim of the invention is to improve the accuracy of guidance.

Это достигается тем, что по способу наведения лазерного излучения на объект, заключающемуся в определении последовательности текущих координат объекта в моменты времени ti, i 1,N, определении по ним значений координат для момента времени t*, формировании сигналов целеуказания, пропорциональных значениям угловых координат

Figure 00000006
(t*),
Figure 00000007
(t*)для момента времени t*, наведении оси диаграммы направленности лазерного излучения на объект в момент времени t*, текущие координаты объекта определяют для пяти различных моментов времени ti, i 1,5, определение координат объекта для момента времени t* осуществляют по формулам
Figure 00000008
(t*)=φ(ti, t*, εi)
Figure 00000009
(t*)=φ(ti, t*, βi)
Figure 00000010
(t*)= φ(ti, t*, Di) где Di дальность до объекта, дополнительно определяют угловую скорость движения объекта
Figure 00000011
(ωε, ωβ) для момента времени t*, определяют величины сигналов рассогласования по величине угловых скоростей движения объекта, определяют ширину диаграммы направленности Ω, сравнивают величины сигналов рассогласования с порогом Ω/k, k > 2, уточняют величины сигналов целеуказания
Figure 00000012
(t*),
Figure 00000013
(t*) с учетом сигналов рассогласования.This is achieved by the fact that by the method of pointing laser radiation at an object, which consists in determining the sequence of the current coordinates of the object at time t i , i 1, N, determining from them the coordinate values for time t *, the formation of targeting signals proportional to the values of the angular coordinates
Figure 00000006
(t * )
Figure 00000007
(t * ) for time t *, pointing the axis of the laser radiation pattern at the object at time t *, the current coordinates of the object are determined for five different times t i , i 1,5, the coordinates of the object for the time t * are determined according to the formulas
Figure 00000008
(t * ) = φ (t i , t * , ε i )
Figure 00000009
(t * ) = φ (t i , t * , β i )
Figure 00000010
(t * ) = φ (t i , t * , D i ) where D i is the distance to the object, additionally determine the angular velocity of the object
Figure 00000011
(ω ε , ω β ) for time t *, determine the values of the mismatch signals from the magnitude of the angular velocities of the object, determine the width of the radiation pattern Ω, compare the values of the mismatch signals with a threshold Ω / k, k> 2, specify the values of the target designation signals
Figure 00000012
(t * )
Figure 00000013
(t * ) taking into account the mismatch signals.

На чертеже приведена структурная схема устройства наведения лазерного излучения на объект. The drawing shows a structural diagram of a device for pointing laser radiation to an object.

Оно содержит отслеживаемый объект 1, зеркало системы наведения 2, светоделитель 3, приемный объектив 4, телевизионное фотоприемное устройство 5, радиодальномер 6, блок обработки сигналов 7, блок логической обработки 8, блок формирования сигналов целеуказания 9, лазер 10, азимутальный и угломестный приводы 11, 12, задатчик временных интервалов 13. It contains a monitored object 1, a mirror of the guidance system 2, a beam splitter 3, a receiving lens 4, a television photodetector 5, a radio range finder 6, a signal processing unit 7, a logical processing unit 8, a target designation unit 9, a laser 10, azimuthal and elevation drives 11 , 12, time slider 13.

Сущность изобретения заключается в следующем. The invention consists in the following.

Уравнение кривой второго порядка, аппроксимирующей участок пространственной траектории объекта, имеет вид
х2(t,x) A1x2 + A2xt + A3t2 +
+A4x + A5t + A6 0 (1) Для ее однозначного определения необходимо определение координат объекта в пяти точках. Определенные значения координат хi, i 1,5, и соответствующие значения времени ti позволяют разрешить относительно неизвестных матричное уравнение вида

Figure 00000014
Figure 00000015
Figure 00000016
Figure 00000017
Figure 00000018
Figure 00000019
Figure 00000020
0 (2)
Разрешая данный определитель, можно получить значения коэффициентов Аi (i 1,6) для аппроксимирующего участка траектории объекта уравнения кривой (1).The equation of a second-order curve approximating a portion of the spatial trajectory of an object has the form
x 2 (t, x) A 1 x 2 + A 2 xt + A 3 t 2 +
+ A 4 x + A 5 t + A 6 0 (1) For its unambiguous determination, it is necessary to determine the coordinates of the object at five points. Certain values of the coordinates x i , i 1,5, and the corresponding values of time t i allow solving relatively unknown matrix equation of the form
Figure 00000014
Figure 00000015
Figure 00000016
Figure 00000017
Figure 00000018
Figure 00000019
Figure 00000020
0 (2)
By resolving this determinant, one can obtain the values of the coefficients A i (i 1.6) for the approximating section of the trajectory of the object of the equation of the curve (1).

Осуществляя обработку полученных в результате пятикратного измерения координат объекта значений координатεi, βi, Di} по уравнению задаваемого в неявном виде уравнением (2) функционала Х φ (ti, t, xi) для произвольного момента времени t*, получим явное выражение для оценки угловых координат объекта и дальности.By processing the coordinates εε , β i , D i } obtained as a result of five-fold measurement of the object’s coordinates according to the equation of the functional X φ (t i , t, x i ) implicitly defined by equation (2) for an arbitrary time t *, we obtain an explicit expression for evaluating the angular coordinates of the object and range.

Figure 00000021
Figure 00000022
Figure 00000023
≡ φ(ti, t*, xi) (3)
где Aj Aj (ti, xi), i 1.5, j 1.6
В силу значительных расстояний до объекта (ИСЗ) необходимо учитывать время распространения излучения по каналу лазер-ИСЗ-лазер. Поэтому определяют значение угловой скорости объекта
Figure 00000024
(ωε, ωβ), где значения ωε,ωβ определяются по формулам дискретного дифференцирования:
ωε
Figure 00000025
ωβ
Figure 00000026
(4)
Тогда величины сигналов рассогласования δε,δβ пропорциональные изменению углового положения объекта относительно точки прицеливания
Figure 00000027
,
Figure 00000028
, могут быть определены, как
δε
Figure 00000029
δβ=
Figure 00000030
где tp
Figure 00000031
оценка времени распространения излучения до объекта.
Figure 00000021
Figure 00000022
Figure 00000023
≡ φ (t i , t * , x i ) (3)
where A j A j (t i , x i ), i 1.5, j 1.6
Due to the significant distances to the object (satellite), it is necessary to take into account the propagation time of the radiation through the laser-satellite-laser channel. Therefore, determine the value of the angular velocity of the object
Figure 00000024
(ω ε , ω β ), where the values of ω ε , ω β are determined by the discrete differentiation formulas:
ω ε
Figure 00000025
ω β
Figure 00000026
(4)
Then the values of the mismatch signals δε, δβ are proportional to the change in the angular position of the object relative to the aiming point
Figure 00000027
,
Figure 00000028
can be defined as
δε
Figure 00000029
δβ =
Figure 00000030
where t p
Figure 00000031
Estimation of the propagation time of radiation to the object.

Определяя по геометрии используемого резонатора ширину диаграммы направленности Ω и распределение в пределах нее интенсивности излучения I(ε,β), можно получить зависимость интенсивности излучения на объекте Воот ошибок δε, δβ. Тогда для конкретного используемого источника лазерного излучения может быть однозначно определено значение коэффициента k, связанного с определенным по какому-либо уровню значением ширины диаграммы направленности Ω и обеспечено достижение уровня сигнала на объекте не менее заданного уровня Bmin от максимального Bmax (для Bmin 0,95 Вmax k= 4).By determining the width of the radiation pattern Ω and the distribution of the radiation intensity I (ε, β) within the geometry of the cavity used, it is possible to obtain the dependence of the radiation intensity at object B on the errors δε, δβ. Then, for a particular laser source used, the value of the coefficient k associated with the radiation pattern width Ω determined at a certain level can be uniquely determined, and the signal level at the object can be achieved at least at a given level B min from the maximum B max (for B min 0 , 95 V max k = 4).

При этом рассогласование линии визирования с текущим положением объекта по соответствующей угловой координате менее Ω/k приводит к снижению интенсивности излучения на объекте меньше, чем на 5% (меньше заданного уровня). Поэтому, осуществляя раздельное сравнение определенных сигналов рассогласования δε,δβ с порогом Ω/k по правилу

Figure 00000032
Figure 00000033
Figure 00000034
Figure 00000035
Figure 00000036
Figure 00000037
Figure 00000038
Figure 00000039
можно уточнить сигналы целеуказания
Figure 00000040
(t*),
Figure 00000041
(t*), обеспечивая максимизацию интенсивности излучения на объекте и повышая точность наведения излучения на объект.In this case, the mismatch of the line of sight with the current position of the object in the corresponding angular coordinate less than Ω / k leads to a decrease in the radiation intensity at the object by less than 5% (less than the specified level). Therefore, by separately comparing certain mismatch signals δ ε , δ β with the threshold Ω / k according to the rule
Figure 00000032
Figure 00000033
Figure 00000034
Figure 00000035
Figure 00000036
Figure 00000037
Figure 00000038
Figure 00000039
target signals can be clarified
Figure 00000040
(t * )
Figure 00000041
(t * ), ensuring maximization of the radiation intensity at the object and increasing the accuracy of pointing radiation to the object.

Описанный принцип наведения реализован в схеме, показанной на чертеже. The described guidance principle is implemented in the circuit shown in the drawing.

С помощью комбинированной системы, включающей радиодальномер 6 и пассивное устройство определения угловых координат, включающее приемный объектив 4, телевизионное фотоприемное устройство 5 и блок обработки сигналов 7, определяются координаты объекта 1. Using a combined system including a radio range finder 6 and a passive device for determining angular coordinates, including a receiving lens 4, a television photodetector 5 and a signal processing unit 7, the coordinates of object 1 are determined.

Блок логической обработки 8 содержит аналого-цифровые преобразователи для ввода величин Di, εi, βi; вычислитель, реализующий операции, описываемые уравнениями (2)-(4), и цифроаналоговые преобразователи для вывода величин

Figure 00000042
,
Figure 00000043
,
Figure 00000044
, ωε,ωβ, поступающих на блок 9 формирования сигналов целеуказания.The logical processing unit 8 contains analog-to-digital converters for entering the values of D i , ε i , β i ; a calculator that implements the operations described by equations (2) - (4), and digital-to-analog converters for outputting quantities
Figure 00000042
,
Figure 00000043
,
Figure 00000044
, ω ε , ω β arriving at block 9 of the formation of target designation signals.

Блок 9 формирования сигналов целеуказания осуществляет определение сигналов рассогласования δε,δβ их сравнение с порогом Ω /k и выработку уточненных сигналов целеуказания

Figure 00000045
,
Figure 00000046
, поступающих на угломестный 11 и азимутальный 12 приводы зеркала 2 системы наведения.Block 9 of the formation of target signals carries out the determination of the mismatch signals δε, δβ, their comparison with the threshold Ω / k and the generation of refined target signals
Figure 00000045
,
Figure 00000046
entering angular 11 and azimuthal 12 drives of mirror 2 of the guidance system.

После отработки сигналов целеуказания в момент времени t* задатчик временных интервалов 13 выдает сигнал формирования диаграммы направленности (генерации лазерного излучения), по которому происходит возбуждение активной среды лазера и формирование излучения в направлении объекта. After working out the target designation signals at time t *, the time interval adjuster 13 generates a beamforming signal (laser radiation generation), along which the laser active medium is excited and radiation is generated in the direction of the object.

Claims (1)

СПОСОБ НАВЕДЕНИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОБЪЕКТ, заключающийся в определении последовательности текущих координат объекта в моменты времени ti (i 1, N), определении по ним значений координат для момента времени t*, формировании сигналов целеуказания, пропорциональных значениям угловых координат
Figure 00000047
для момента времени t*, наведении оси диаграммы направленности лазерного излучения на объект в момент времени t*, отличающийся тем, что, с целью повышения точности наведения, текущие координаты объекта определяют для пяти различных моментов времени ti (i 1, 5), определение координат объекта для момента времени t* по формулам
Figure 00000048

Figure 00000049

Figure 00000050

где Di дальность до объекта; дополнительно определяют угловую скорость движения объекта
Figure 00000051
для момента времени t*, определяют величины сигналов рассогласования по величине угловой скорости движения объекта, определяют ширину диаграммы направленности Ω сравнивают величины сигналов рассогласования с порогом W/k(k>2), уточняют величины сигналов целеуказания
Figure 00000052
с учетом сигналов рассогласования.METHOD FOR GUIDING LASER RADIATION TO THE OBJECT, which consists in determining the sequence of the current coordinates of the object at time t i (i 1, N), determining from them the coordinates for the time t * , the formation of targeting signals proportional to the values of the angular coordinates
Figure 00000047
for time t * , pointing the axis of the laser radiation pattern onto the object at time t * , characterized in that, in order to improve the accuracy of pointing, the current coordinates of the object are determined for five different times t i (i 1, 5), the definition the coordinates of the object for time t * by the formulas
Figure 00000048

Figure 00000049

Figure 00000050

where D i the distance to the object; additionally determine the angular velocity of the object
Figure 00000051
for time t * , the values of the mismatch signals are determined by the magnitude of the angular velocity of the object, the width of the radiation pattern Ω is determined, the values of the mismatch signals are compared with the threshold W / k (k> 2), the values of the target signals are specified
Figure 00000052
taking into account the mismatch signals.
SU4541973 1991-05-17 1991-05-17 Method of guidance of laser radiation on object RU2042156C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4541973 RU2042156C1 (en) 1991-05-17 1991-05-17 Method of guidance of laser radiation on object

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4541973 RU2042156C1 (en) 1991-05-17 1991-05-17 Method of guidance of laser radiation on object

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2042156C1 true RU2042156C1 (en) 1995-08-20

Family

ID=21407024

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4541973 RU2042156C1 (en) 1991-05-17 1991-05-17 Method of guidance of laser radiation on object

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2042156C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2444028C2 (en) * 2009-03-10 2012-02-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Device for single-position measurement of direction of electro-optical apparatus
RU2744040C1 (en) * 2020-02-28 2021-03-02 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") Laser beams guidance method and device for implementation thereof

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР N 321891, кл. G 01S 17/00, 1988. *
Радиотехнические системы. /Под ред.Ю.М.Казаринова. М.: Высшая школа, 1990, с.449-450. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2444028C2 (en) * 2009-03-10 2012-02-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Device for single-position measurement of direction of electro-optical apparatus
RU2744040C1 (en) * 2020-02-28 2021-03-02 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") Laser beams guidance method and device for implementation thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109141223B (en) PSD-based laser interferometer light path efficient and accurate calibration method
KR930009457B1 (en) Method and apparatus for determining the position and velocity of a target in inertial space
Hebert et al. 3D measurements from imaging laser radars: how good are they?
EP2405285B1 (en) Self-compensating laser tracker
US9766326B2 (en) Laser tracker with calibration unit for self-calibration
US20100141932A1 (en) Controlling A Projected Pattern
EP1794620A1 (en) Absolute distance meter that measures a moving retroreflector
EP2275775A3 (en) Laser-based coordinate measuring device and laser-based method for measuring coordinates
US10816646B2 (en) Distance measurement instrument
CN109520425B (en) Precise tracking error testing device and testing method
Kaisto et al. Laser range-finding techniques in the sensing of 3-D objects
CN110030969B (en) Optical measuring device, method for coordinating target object using same, and storage medium
RU2042156C1 (en) Method of guidance of laser radiation on object
Hanto et al. Time of flight Lidar employing dual-modulation frequencies switching for optimizing unambiguous range extension and high resolution
CN110687545A (en) High-precision laser radar system
US4187422A (en) Internal reference for stellar tracker
JPS5745406A (en) Three-dimensional coordinate measuring device
English et al. The complementary nature of triangulation and ladar technologies
US7150428B2 (en) Beam laser atmospheric scattering trajectory guidance
US3491969A (en) Motion sensing system having a coherent light beam as a reference
RU2795367C1 (en) Method of software adjustable target support
Denisov et al. Three-beam triangulating sensor
JP2972880B1 (en) Measurement method of telescope origin position and intra-station delay time
WO2016190921A1 (en) Fiber optic based laser range finder
JP2005090965A (en) Telescope having collimation function, function to be collimated, and reflecting function for optical instrumentation