RU2048687C1

RU2048687C1 - Device for search of objects

Info

Publication number: RU2048687C1
Application number: RU92004952A
Authority: RU
Inventors: Александр Абрамович Часовской
Original assignee: Александр Абрамович Часовской
Priority date: 1992-11-05
Filing date: 1992-11-05
Publication date: 1995-11-20

Abstract

FIELD: optics. SUBSTANCE: invention refers to observation and search systems. Device for search of objects has opticomechanical scanning gear 3, lens 4, working photodetector 5, amplitude selector 8 and indicator 10. It is supplemented with two test radiators 1,2, two test photodetectors 6,7, coordinator 9 and coordinate corrector 11 incorporating signal duration-to-code converters 12, 16, unit 13 of parallel delay lines, subtracter 14, decoders 15, 17, adders 18,19. EFFECT: enhanced operational efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к оптической технике и может быть использовано в обзорно-поисковых системах. The invention relates to optical technology and can be used in search and search engines.

Известно устройство поиска объектов, в котором с помощью оптико-механического сканирующего устройства осуществляется сканирование теплового или инфракрасного поля по строкам и кадру и осуществляется регистрация обнаруженных излучателей. Однако точность определения координат зависит от времени обзора и уменьшается с увеличением времени обзора. A device for finding objects is known, in which, using an optical-mechanical scanning device, a thermal or infrared field is scanned in rows and frames, and detected emitters are registered. However, the accuracy of determining the coordinates depends on the viewing time and decreases with increasing viewing time.

Известно устройство поиска объектов, в котором с помощью оптико-механического сканирующего устройства осуществляется сканирование теплового или инфракрасного поля по строкам и кадру. От оптико-механического сканирующего устройства тепловая или инфракрасная энергия через объектив поступает в рабочий фотоприемник, где преобразуется в электрический сигнал. Далее осуществляется выделение этого сигнала по максимальной амплитуде относительно других сигналов с помощью селектора по амплитуде. Отображение координат излучателей осуществляется на индикаторе. Однако точность определения вертикальной координаты в результате сканирования по кадру зависит от скорости сканирования, угла поля зрения объектива, т.е. точность определения координат при увеличении скорости сканирования уменьшается в связи с тем, что уменьшается количество строк, пересекающих излучатель. Таким образом, нельзя уменьшить время поиска, сохранив при этом точность определения координат. A device for finding objects is known, in which, using an optical-mechanical scanning device, a thermal or infrared field is scanned in rows and frames. From the optical-mechanical scanning device, thermal or infrared energy through the lens enters the working photodetector, where it is converted into an electrical signal. Next, this signal is extracted according to the maximum amplitude relative to other signals using the amplitude selector. The coordinates of the emitters are displayed on the indicator. However, the accuracy of determining the vertical coordinate as a result of scanning over the frame depends on the scanning speed, the angle of the field of view of the lens, i.e. the accuracy of determining coordinates with increasing scanning speed decreases due to the fact that the number of lines crossing the radiator is reduced. Thus, it is impossible to reduce the search time, while maintaining the accuracy of determining the coordinates.

Цель изобретения уменьшение времени поиска без уменьшения точности определения координат. The purpose of the invention is the reduction of search time without reducing the accuracy of determining the coordinates.

Достигается это тем, что в устройство поиска объектов, содержащее оптико-механическое сканирующее устройство, объектив, рабочий фотоприемник и селектор по амплитуде, установленные на одной оптической оси, а также индикатор, дополнительно введены два контрольных излучателя, два контрольных фотоприемника, координатор и корректор координат, содержащий два преобразователя длительности сигнала в код, блок параллельных линий задержек, вычитатель, два дешифратора и два сумматора, при этом выход объектива оптически связан с первым и вторым контрольными фотоприемниками, а выход первого контрольного фотоприемника соединен с первым входом корректора координат, соединенным с входом первого преобразователя длительности сигнала в код, группа выходов которого соединена с группой входов первого дешифратора, группа выходов которого соединена с первой группой входов первого сумматора, вторая группа входов которого соединена с группой выходов второго дешифратора, группа входов которого соединена с группой выходов вычитателя, первая группа входов которого соединена с группой выходов блока параллельных линий задержек, группа входов которого соединена с группой выходов второго преобразователя длительности сигнала в код, а вторая группа входов вычитателя соединена с этой же группой выходов второго преобразователя, вход которого соединен с вторым входом корректора координат, соединенным с выходом селектора по амплитуде, соединенным также с первым входом координатора, а группа выходов первого сумматора соединена с первой группой входов второго сумматора, вторая группа входов которого соединена с группой третьих входов корректора координат, соединенной с первой группой выходов координатора, а группа выходов второго сумматора корректора координат соединена с группой выходов корректора координат, а второй и третий входы координатора соединены соответственно с выходами первого и второго контрольных фотоприемников, при этом первый и второй контрольные излучатели оптически связаны по выходам соответственно с первым и вторым оптическими входами оптико-механического сканирующего устройства. This is achieved by the fact that in the object search device containing an optical-mechanical scanning device, a lens, a working photodetector and an amplitude selector mounted on one optical axis, as well as an indicator, two control emitters, two control photodetectors, a coordinator and a coordinate corrector are additionally introduced containing two converters of signal duration to code, a block of parallel delay lines, a subtracter, two decoders and two adders, while the output of the lens is optically coupled to the first and second by photodetectors, and the output of the first control photodetector is connected to the first input of the corrector, connected to the input of the first converter of the signal duration into a code, the group of outputs of which is connected to the group of inputs of the first decoder, the group of outputs of which is connected to the first group of inputs of the first adder, the second group of inputs of which connected to the group of outputs of the second decoder, the group of inputs of which is connected to the group of outputs of the subtractor, the first group of inputs of which is connected to the group of output s block of parallel delay lines, the group of inputs of which is connected to the group of outputs of the second converter of the signal duration into the code, and the second group of inputs of the subtractor is connected to the same group of outputs of the second converter, the input of which is connected to the second input of the coordinate corrector, connected to the output of the selector in amplitude, also connected to the first input of the coordinator, and the group of outputs of the first adder is connected to the first group of inputs of the second adder, the second group of inputs of which is connected to the group of third inputs The coordinate corrector is connected to the first group of outputs of the coordinator, and the group of outputs of the second adder of the coordinate corrector is connected to the group of outputs of the coordinate corrector, and the second and third inputs of the coordinator are connected respectively to the outputs of the first and second control photodetectors, while the first and second control emitters are optically coupled outputs respectively with the first and second optical inputs of the optical-mechanical scanning device.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства поиска объектов; на фиг. 2 зона сканирования и расположение излучателей; на фиг. 3 поле зрения объектива. In FIG. 1 is a structural diagram of an object search apparatus; in FIG. 2 scanning zone and location of emitters; in FIG. 3 field of view of the lens.

Устройство содержит контрольные излучатели 1 и 2, оптически связанные по выходу с оптико-механическим сканирующим устройством 3, имеющим оптическую связь по выходу через объектив 4 с рабочим фотоприемником 5 и с контрольными фотоприемниками 6 и 7. Выход рабочего фотоприемника 5 соединен с входом селектора по амплитуде 8, имеющим выход, соединенный с первым входом координатора 9, вторые и третьи входы которого соединены с выходами контрольных фотоприемников 6 и 7. Одна из групп выходов координатора 9 соединена соответственно с одной из групп входов индикатора 10. Выход контрольного фотоприемника 7 соединен с первым входом корректора координат 11, а выход селектора по амплитуде 8 через второй вход корректора координат 11 соединен с входом второго преобразователя длительности сигнала в код 12, группа выходов которого через блок параллельных линий задержек 13 и непосредственно соединена с первой и второй группами входов вычитателя 14 соответственно, группа выходов которого соединена с группой входов второго дешифратора 15. Выход контрольного фотоприемника 7 соединен с входом первого преобразователя длительности сигнала в код 16, группа выходов которого через первый дешифратор 17 соединена с первой группой входов первого сумматора 18, вторая группа входов которого соединена с группой выходов второго дешифратора 15, а группа выходов с первой группой входов второго сумматора 19, вторая группа входов которого через группу третьих входов корректора координат 11 соединена с другой из групп выходов координатора 9. Группа выходов второго сумматора 19 через группу выходов корректора координат 11 соединена с другой из групп входов индикатора 10. The device comprises control emitters 1 and 2, optically coupled by the output with an optical-mechanical scanning device 3, which is optically coupled via the output 4 through the lens with a working photodetector 5 and with control photodetectors 6 and 7. The output of the working photodetector 5 is connected to the input of the selector in amplitude 8, having an output connected to the first input of the coordinator 9, the second and third inputs of which are connected to the outputs of the control photodetectors 6 and 7. One of the groups of outputs of the coordinator 9 is connected respectively to one of the input groups indicator 10. The output of the control photodetector 7 is connected to the first input of the coordinate corrector 11, and the output of the amplitude selector 8 through the second input of the coordinate corrector 11 is connected to the input of the second signal duration converter in code 12, the group of outputs of which through the block of parallel delay lines 13 and directly connected to the first and second groups of inputs of the subtractor 14, respectively, the group of outputs of which is connected to the group of inputs of the second decoder 15. The output of the control photodetector 7 is connected to the input of the first a signal duration generator into code 16, the group of outputs of which through the first decoder 17 is connected to the first group of inputs of the first adder 18, the second group of inputs of which is connected to the group of outputs of the second decoder 15, and the group of outputs with the first group of inputs of the second adder 19, the second group of inputs of which through a group of third inputs of the corrector 11 is connected to another of the groups of outputs of the coordinator 9. The group of outputs of the second adder 19 through a group of outputs of the corrector 11 is connected to another of the groups of inputs ind locator 10.

Работа устройства осуществляется следующим образом. The operation of the device is as follows.

С помощью оптико-механического сканирующего устройства 3 осуществляется сканирование теплового или инфракрасного поля по строкам и кадру. От оптико-механического сканирующего устройства тепловая или инфракрасная энергия через объектив 4 поступает на рабочий фотоприемник 5, принимающий излучение от излучателя, и контрольные фотоприемники 6 и 7, принимающие излучение от контрольных излучателей 1 и 2, где они преобразуются в электрические сигналы. Выделение сигналов от объектов по максимальной амплитуде относительно других сигналов осуществляется в селекторе по амплитуде 8. Для определения координат излучения объектов с выхода этого селектора 8 выделенные сигналы поступают в координатор 9, измеряющий интервал между видеосигналами от излучателей и началом измерительной системы координат. В частности, он определяет координаты в результате сканирования по строкам и кадру. Using the optical-mechanical scanning device 3, a thermal or infrared field is scanned in rows and frames. From the optical-mechanical scanning device, thermal or infrared energy is supplied through the lens 4 to the working photodetector 5, which receives radiation from the emitter, and the control photodetectors 6 and 7, which receive radiation from the control emitters 1 and 2, where they are converted into electrical signals. The selection of signals from objects by maximum amplitude relative to other signals is carried out in the selector by amplitude 8. To determine the coordinates of the radiation of objects from the output of this selector 8, the selected signals are sent to the coordinator 9, which measures the interval between the video signals from the emitters and the beginning of the measuring coordinate system. In particular, it determines the coordinates as a result of scanning by lines and frame.

Синхронизация осуществляется с помощью контрольных излучателей 1 и 2. Контрольный излучатель 1 выполнен в виде стержня 20 (см. фиг. 2) и расположен вертикально, в одном и том же положении относительно зоны сканирования, обеспечивая выдачу строчного синхроимпульса контрольным фотоприемником 6 в координатор 9 в момент начала каждой строки, а контрольный излучатель 2 является точечным излучателем 21, расположен в верхней части зоны сканирования в одном и том же положении (фиг. 2) и обеспечивает выдачу кадрового синхроимпульса контрольным фотоприемником 7 в момент начала кадра в координатор 9 и корректор координат 11. Стрелками на фиг. 2 показано направление строчного и кадрового сканирования. Каждый из контрольных фотоприемников 6 и 7 настраивается на соответствующий спектр контрольных излучателей 1 и 2, каждый из которых отличен один от другого и от спектра рабочего фотоприемника 5. Координаты относительно начала строки поступают в индикатор 10 для отображения, поэтому для отображения, поэтому длительность сигнала от контрольного излучателя будет характеризовать положение, которое занимает этот излучатель в верхней части объектива 4, относительно центра объектива. Точность определения координат относительно начала кадра зависит от скорости сканирования по кадру. The synchronization is carried out using the control emitters 1 and 2. The control emitter 1 is made in the form of a rod 20 (see Fig. 2) and is located vertically, in the same position relative to the scan zone, providing a horizontal sync pulse from the control photodetector 6 to the coordinator 9 in the moment of the beginning of each line, and the control emitter 2 is a point emitter 21, located in the upper part of the scanning zone in the same position (Fig. 2) and ensures the generation of a frame sync pulse by the control photodetector 7 nick at the beginning of the frame to the coordinator coordinates corrector 9 and 11. The arrows in FIG. 2 shows the direction of horizontal and frame scanning. Each of the control photodetectors 6 and 7 is tuned to the corresponding spectrum of the control emitters 1 and 2, each of which is different from one another and from the spectrum of the working photodetector 5. The coordinates relative to the beginning of the line go to indicator 10 for display, therefore, for display, therefore, the signal duration from the control emitter will characterize the position that this emitter occupies in the upper part of the lens 4, relative to the center of the lens. The accuracy of determining the coordinates relative to the beginning of the frame depends on the scanning speed in the frame.

На фиг. 3 показано поле зрения 22 объектива 4, которое движется в процессе сканирования по строкам и кадру (направление движений показано стрелками) и пересекает излучатель два раза последовательно по отрезкам линий 23, 24. Поэтому длительности сигналов на выходе селектора 8 будут пропорциональны этим отрезкам, а разности этих длительностей и знак разности будут характеризовать вертикальное положение точечного излучателя в поле зрения объектива 4. Для обеспечения достаточной точности измерения это поле зрения должно пересекать излучатель два раза. Следовательно, скорость сканирования по кадру должна быть постоянной и расстояние между отрезками "а" (см. фиг. 3) будет иметь строго постоянное значение. Следовательно, временное рассогласование между двумя сигналами от одного и того же излучателя будет также постоянно. In FIG. Figure 3 shows the field of view 22 of lens 4, which moves along the lines and frames during scanning (the direction of movement is shown by arrows) and crosses the emitter two times in succession along line segments 23, 24. Therefore, the signal durations at the output of selector 8 will be proportional to these segments, and the differences of these durations and the sign of the difference will characterize the vertical position of the point emitter in the field of view of the lens 4. To ensure sufficient measurement accuracy, this field of view must cross the emitter twice. Therefore, the scanning speed in the frame should be constant and the distance between the segments "a" (see Fig. 3) will have a strictly constant value. Therefore, the temporary mismatch between two signals from the same emitter will also be permanent.

Корректор координат 11 уточняет вертикальную кадровую координату излучателя при ускорении сканирования. Длительность сигнала, выделенного в селекторе по амплитуде 8, преобразуется в параллельный код во втором преобразователе длительности сигнала в код 12. Параллельный код поступает непосредственно на первую группу входов вычитателя 14 и через блок параллельных линий задержек 13 на вторую группу входов вычитателя 14. Величина задержки равна указанному временному рассогласованию между двумя сигналами от излучателя. Следовательно, разность на выходе вычитателя и ее знак будут характеризовать вертикальное положение излучателя в поле зрения объектива 4, сигнал от которого выделен по амплитуде в селекторе 8. Полученный сигнал разности преобразуется в угловую величину относительно центра объектива 4 во втором дешифратора 15. The coordinate corrector 11 refines the vertical frame coordinate of the emitter when scanning is accelerated. The duration of the signal selected in the selector by amplitude 8 is converted into a parallel code in the second converter of the signal duration to code 12. The parallel code is sent directly to the first group of inputs of the subtractor 14 and through the block of parallel delay lines 13 to the second group of inputs of the subtractor 14. The delay value is equal to the specified time mismatch between the two signals from the emitter. Therefore, the difference at the output of the subtractor and its sign will characterize the vertical position of the emitter in the field of view of the lens 4, the signal from which is selected in amplitude in the selector 8. The resulting difference signal is converted into an angular value relative to the center of the lens 4 in the second decoder 15.

С другой стороны, для определения погрешности по вертикали, связанной с положением строчной развертки оптико-механического сканирующего устройства 3, в момент начала кадра относительно точечного контрольного излучателя 2, занимающего одно и то же положение относительно этой развертки, в первом преобразователе длительности сигнала в код 16 осуществляется преобразование длительности сигнала от точечного контрольного излучателя 2 в код, так как строчная развертка в момент пересечения этого излучателя может занимать при механическом сканировании разное положение по вертикали. Это положение может быть ниже того положения, которое она занимала бы, если бы в момент начала кадра находилась в начале строки, так как в этом случае контрольный излучатель 2 находился бы в центре угла поля зрения объектив 4, поэтому угол поля зрения объектива 4 может пересекать точечный излучатель, находясь в начале кадра в различном угломестном положении относительно этого излучателя. Следовательно, на разных угломестных положениях будут разные длительности сигналов, т.е. длительность сигнала будет характеризовать угловую величину. Длительность сигнала от контрольного излучателя 2 будет характеризовать положение, которое занимает этот излучатель в верхней части объектива 4 относительно центра объектива по вертикали, которое преобразуется в соответствующую угловую величину в первом дешифраторе 17. Две угловые поправки дешифраторов 15 и 17 складываются в первом сумматоре 18. Суммарная вертикальная поправка поступает во второй сумматор 19, на который также поступает грубое значение вертикальной координаты с координатора 9, которое складывается с суммарной поправкой. Уточненные значения координаты поступают в индикатор 10 для отображения. On the other hand, to determine the vertical error associated with the position of the horizontal scan of the optical-mechanical scanning device 3, at the time of the beginning of the frame relative to the point control emitter 2, occupying the same position relative to this scan, in the first converter of the signal duration to code 16 the duration of the signal from the point control emitter 2 is converted to a code, since the horizontal scan at the time of the intersection of this emitter can take up with a mechanical scan Rovani different vertical position. This position may be lower than the position that it would have occupied if it had been at the beginning of the line at the beginning of the frame, since in this case the control emitter 2 would be in the center of the angle of view of the lens 4, so the angle of the field of view of the lens 4 could a point radiator, being at the beginning of the frame in a different elevation position relative to this radiator. Therefore, at different elevation positions there will be different signal durations, i.e. the duration of the signal will characterize the angular value. The duration of the signal from the control emitter 2 will characterize the position that this emitter occupies in the upper part of the lens 4 relative to the center of the lens vertically, which is converted to the corresponding angular value in the first decoder 17. The two angular corrections of the decoders 15 and 17 are added to the first adder 18. The total vertical correction enters the second adder 19, which also receives a rough value of the vertical coordinate from the coordinator 9, which is added up with the total correction. The adjusted coordinate values are sent to indicator 10 for display.

П р и м е р. При размере зоны сканирования теплового или инфракрасного поля 90^ох90^о и угле поля зрения объектива 1^о для определения вертикальной координаты с точностью до 3' в известном устройстве потребуется 1800 строк. Если принять время одной строки 10 мс, то время одного кадра будет составлять 18 с. Изобретение позволяет получить такую же точность при увеличении скорости сканирования по вертикали, обеспечив при этом два пересечения излучателя 2 углом поля зрения объектива 4. В результате количество строк в одном кадре может быть уменьшено в 10 раз и составит 180 строк. Следовательно, время поиска также уменьшится в 10 раз и будет составлять 1,8 с.PRI me R. When the amount of the scanning zone of the heat or infrared field ⁹⁰ ^of X90 and angle field of view lens 1 ^on to determine the vertical coordinates accurate to 3 'in the known device require 1800 row. If we take the time of one line of 10 ms, then the time of one frame will be 18 s. The invention allows to obtain the same accuracy with increasing scanning speed vertically, while ensuring two intersections of the emitter 2 with the angle of the field of view of the lens 4. As a result, the number of lines in one frame can be reduced by 10 times and will be 180 lines. Consequently, the search time will also decrease by 10 times and will be 1.8 s.

Изобретение может быть использовано при создании устройств для обнаружений излучателей самолетов, ракет и других движущихся скоростных излучателей, систем предупреждения столкновений и обеспечит повышение качества работы подобных систем благодаря уменьшению времени поиска объектов. The invention can be used to create devices for detecting emitters of aircraft, missiles and other moving high-speed emitters, collision avoidance systems and will improve the quality of work of such systems by reducing the search time of objects.

Claims

DEVICE FOR SEARCHING OBJECTS, including an optical-mechanical scanning device, a lens, a working photodetector and an amplitude selector mounted on one optical axis, as well as an indicator, characterized in that the device additionally contains two control emitters, two control photodetectors, a coordinator and a corrector, containing two converters of signal duration to code, a block of parallel delay lines, a subtracter, two decoders and two adders, while the lens output is optically coupled to the first and control photodetectors, and the output of the first control photodetector is connected to the first input of the corrector, connected to the input of the first converter of the signal duration into a code, the group of outputs of which is connected to the group of inputs of the first decoder, the group of outputs of which is connected to the first group of inputs of the first adder, the second group of inputs which is connected to the group of outputs of the second decoder, the group of inputs of which is connected to the group of outputs of the subtractor, the first group of inputs of which is connected to the groups the outputs of the block of parallel delay lines, the group of inputs of which is connected to the group of outputs of the second converter of the signal duration to the code, and the second group of inputs of the subtractor is connected to the same group of outputs of the second converter, the input of which is connected to the second input of the coordinate corrector, connected to the output of the selector in amplitude also connected to the first input of the coordinator, and the group of outputs of the first adder is connected to the first group of inputs of the second adder, the second group of inputs of which is connected to the group of these inputs of the coordinate corrector connected to the first group of outputs of the coordinator, and the group of outputs of the second adder of the coordinate corrector is connected to the group of outputs of the coordinate corrector, and the second and third inputs of the coordinator are connected respectively to the outputs of the first and second control photodetectors, while the first and second control emitters are optically connected at the outputs, respectively, with the first and second optical inputs of the optical-mechanical scanning device.