RU2058034C1 - Automatic tracking device - Google Patents
Automatic tracking device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2058034C1 RU2058034C1 SU5066302A RU2058034C1 RU 2058034 C1 RU2058034 C1 RU 2058034C1 SU 5066302 A SU5066302 A SU 5066302A RU 2058034 C1 RU2058034 C1 RU 2058034C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- outputs
- inputs
- output
- emitter
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к оптико-электронным приборам, предназначенным для осуществления автоматического слежения за объектом, и может быть использовано в производстве кино- и видеофильмов, когда при съемке требуется автоматическое отслеживание движущегося объекта. The invention relates to optoelectronic devices intended for automatic tracking of an object, and can be used in the production of film and video films, when automatic tracking of a moving object is required when shooting.
Известна система автоматического слежения, содержащая установленные по ходу луча излучатель, расположенный на объекте слежения, объектив и квадрантный фотоприемник, три сумматора и два дифференциальных усилителя, причем линии раздела элементов квадрантного фотоприемника расположены в горизонтальной и вертикальной плоскостях [1]
Принцип действия основан на анализе смещения изображения светового пятна на поверхности квадрантного фотоприемника, формируемого при помощи объектива световым потоком, идущим от излучателя. За счет попарного суммирования и вычитания сигналов соответствующих элементов фотоприемника формируются два сигнала ошибки слежения: по оси Х и по оси Y. Сигналы ошибки управляют работой приводов, осуществляющих поворот оптической оси системы автоматического слежения.A known automatic tracking system containing installed along the beam emitter located on the tracking object, a lens and a quadrant photodetector, three adders and two differential amplifiers, and the dividing lines of the elements of the quadrant photodetector are located in horizontal and vertical planes [1]
The principle of operation is based on the analysis of the displacement of the image of the light spot on the surface of the quadrant photodetector, formed with the lens by the light flux coming from the emitter. Due to the pairwise summation and subtraction of the signals of the corresponding elements of the photodetector, two tracking error signals are generated: along the X axis and along the Y axis. Error signals control the operation of drives that rotate the optical axis of the automatic tracking system.
Недостатком такой системы можно считать использование постоянного (немодулированного) светового потока излучателя, что затрудняет селекцию объекта на фоне помех и, следовательно, уменьшает точность слежения. The disadvantage of such a system can be considered the use of a constant (unmodulated) light flux of the emitter, which makes it difficult to select an object against a background of interference and, therefore, reduces tracking accuracy.
Наиболее близким по принципу действия является устройство для автоматического слежения за объектом, содержащее излучатель, объектив и расположенные последовательно с ним на одной оптической оси оптический фильтр и квадрантный фотоприемник, первый и второй дифференциальные усилители, двухканальный привод, выходы которого кинематически связаны с оптической осью устройства, причем выходы попарно противоположных элементов квадратного фотоприемника соединены соответственно с входами первого и второго дифференциальных усилителей, а линии раздела элементов квадрантного фотоприемника ориентированы под углом 45о к горизонту. В данном устройстве сигнал ошибки формируется, как разность сигналов элементов квадрантного фотоприемника, расположенных на одной координатной оси. Оптическая ось излучателя соосна с оптической осью устройства. Использование немодулированного светового потока и отсутствие в устройстве подстройки тракта обработки принятого фотоприемником сигнала под частоту излучения излучателя затрудняет селекцию объекта на фоне помех и, следовательно, не позволяет получить высокую точность слежения [2]
Изобретение направлено на улучшение селекции объекта на фоне помех и, следовательно, на повышение точности слежения. Кроме того, оно направлено на достижение возможности слежения за несколькими объектами.The closest to the principle of operation is a device for automatically tracking an object, containing a radiator, a lens and an optical filter and a quadrant photodetector located in series with it on the same optical axis, the first and second differential amplifiers, a two-channel drive, the outputs of which are kinematically connected to the optical axis of the device, moreover, the outputs of the pairwise opposite elements of the square photodetector are connected respectively to the inputs of the first and second differential amplifiers, SRI section quadrant photodetector elements are oriented at an angle of 45 ° to the horizon. In this device, an error signal is generated as the difference between the signals of the elements of the quadrant photodetector located on the same coordinate axis. The optical axis of the emitter is aligned with the optical axis of the device. The use of unmodulated light flux and the absence in the device of the tuning of the processing path of the signal received by the photodetector for the radiation frequency of the emitter makes it difficult to select an object against a background of noise and, therefore, does not allow to obtain high tracking accuracy [2]
The invention is aimed at improving the selection of the object against the background of interference and, therefore, to improve tracking accuracy. In addition, it aims to achieve the ability to track multiple objects.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройство для автоматического слежения за объектом, содержащее излучатель, объектив и расположенные последовательно с ним на одной оптической оси оптический фильтр и квадрантный фотоприемник, первый и второй дифференциальные усилители, двухканальный привод, выходы которого кинематически связаны с оптической осью устройства, причем выходы попарно противоположных элементов квадрантного фотоприемника соединены соответственно, с входами первого и второго дифференциальных усилителей, а линии раздела элементов квадрантного фотоприемника ориентированы под углом 45о к горизонту, введены первый, второй и третий полюсовые фильтры, первый, второй и третий синхронные детекторы, первый, второй и третий сумматоры, фазовый детектор, управляемый фильтр низкой частоты, генератор, триггер Шмидта и пульт управления, причем излучатель выполнен излучающим модулированный световой поток и расположен на объекте слежения, выходы элементов квадрантного фотоприемника соединены с соответствующими входами первого сумматора, выходы первого и второго дифференциальных усилителей и первого сумматора соединены соответственно с входами первого, второго и третьего его полосовых фильтров, выходы которых соединены соответственно с первыми входами первого, второго и третьего синхронных детекторов, к вторым входам которых и к первому входу фазового детектора подключен выход генератора, входом подключенного к выходу управляемого фильтра низкой частоты, выход третьего полосового фильтра подключен также к второму входу фазового детектора, выходом подключенного к входу управляемого фильтра низкой частоты, выходы первого и второго синхронных детекторов подключены соответственно к первым входам второго и третьего сумматоров, к вторым входам которых подключены соответственно первый и второй выходы пульта управления, к входу которого подключен выход триггера Шмидта, подключенный также к управляющему входу управляемого фильтра низкой частоты, выход третьего синхронного детектора подключен к входу триггера Шмидта и к управляющим входам первого и второго дифференциальных усилителей и первого сумматора, выходы второго и третьего сумматоров подключены к соответствующим входам двухканального привода.The specified technical result is achieved by the fact that in the device for automatic tracking of the object containing the emitter, the lens and located in series with it on the same optical axis, an optical filter and a quadrant photodetector, the first and second differential amplifiers, two-channel drive, the outputs of which are kinematically connected to the optical axis devices, and the outputs of pairwise opposite elements of the quadrant photodetector are connected respectively to the inputs of the first and second differential amplifiers spruce, and a line section elements quadrant photodetector are oriented at an angle of 45 ° to the horizontal, introduced first, second and third polyusovye filters, the first, second and third synchronous detectors, the first, second and third combiners, phase detector, with a low-pass filter, the oscillator, Schmidt trigger and control panel, the emitter being made emitting a modulated light flux and located on the tracking object, the outputs of the elements of the quadrant photodetector are connected to the corresponding inputs of the first adder, the outputs the first and second differential amplifiers and the first adder are connected respectively to the inputs of the first, second and third band-pass filters, the outputs of which are connected respectively to the first inputs of the first, second and third synchronous detectors, the generator output is connected to the second inputs of which and to the first input of the phase detector, the input connected to the output of the managed low-pass filter, the output of the third band-pass filter is also connected to the second input of the phase detector, the output connected to the input of the control of the low-pass filter, the outputs of the first and second synchronous detectors are connected respectively to the first inputs of the second and third adders, the second inputs of which are connected respectively to the first and second outputs of the control panel, the input of which is connected to the output of the Schmidt trigger, also connected to the control input of the controlled low filter frequency, the output of the third synchronous detector is connected to the input of the Schmidt trigger and to the control inputs of the first and second differential amplifiers and the first adder, output The second and third adders are connected to the corresponding inputs of the two-channel drive.
Выполнение излучателя излучающим модулированный световой поток с установкой его на объекте слежения обеспечивает попадание в объектив устройства модулированного светового потока от объекта, а фильтрация постоянных и фоновых засветок осуществляется за счет введенных электронных блоков. Таким образом, все отличительные признаки неразрывно связаны между собой для достижения селекции объекта на фоне помех и следовательно, повышения точности слежения. The implementation of the emitter emitting a modulated luminous flux with its installation on the tracking object ensures that the modulated light flux from the object gets into the lens of the device, and the filtering of constant and background illuminations is carried out due to the introduced electronic units. Thus, all the distinguishing features are inextricably linked with each other to achieve the selection of the object on the background of interference and, consequently, improve tracking accuracy.
Кроме того, для слежения за несколькими объектами в устройство дополнительно введены один или более излучателей, причем, генератор выполнен управляемым напряжением, пульт управления выполнен с управляющим выходом, соединенным с управляющим входом генератора, управляемого напряжением. Данные отличия позволяют осуществить обработку световых потоков, идущих от разных излучателей и слежение за излучателем с выбранной частотой модуляции светового потока. In addition, to monitor several objects, one or more emitters are additionally introduced into the device, moreover, the generator is made by controlled voltage, the control panel is made with a control output connected to the control input of the voltage controlled generator. These differences allow the processing of light fluxes coming from different emitters and tracking the emitter with a selected modulation frequency of the light flux.
Кроме того, для маскировки излучателя на объекте предложено излучатель выполнять излучающим инфракрасный световой поток. При этом поток излучателя не виден глазом и не является засветкой (помехой) при кино- или телесъемке. In addition, to mask the emitter at the object, the emitter is proposed to perform emitting an infrared light stream. In this case, the emitter flux is not visible to the eye and is not a flare (interference) during film or television shooting.
На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 один из возможных вариантов выполнения пульта управления; на фиг. 3 один из возможных вариантов выполнения управляемого фильтра низкой частоты; на фиг. 4 один из возможных вариантов выполнения блока управления генератором, дополнительно включаемого в пульт управления устройства автоматического слежения за несколькими объектами. In FIG. 1 shows a block diagram of the proposed device; in FIG. 2 one of the possible options for the implementation of the control panel; in FIG. 3 is one of the possible embodiments of a controlled low-pass filter; in FIG. 4 is one of the possible embodiments of the generator control unit, additionally included in the control panel of the device for automatic tracking of several objects.
Предлагаемое устройство содержит излучатель 1, объектив 2, оптический фильтр 3, квадрантный фотоприемник 4, первый дифференциальный усилитель 5, второй дифференциальный усилитель 6, первый сумматор 7, первый полосовой фильтр 8, второй полосовой фильтр 9, третий полосовой фильтр 10, фазовый детектор 11, управляемый фильтр 12 низкой частоты, генератор 13, первый синхронный детектор 14, второй синхронный детектор 15, третий синхронный детектор 16, триггер Шмидта 17, второй сумматор 18, третий сумматор 19, двухканальный привод 20, пульт 21 управления, кинематическую связь 22, оптическую ось 23 устройства. The proposed device comprises a
Излучатель 1 располагается на объекте слежения и представляет собой, например, светодиод, в частности ИК-светодиод, управляемый от автономного генератора. Объектив 2 фокусирует модулированный световой поток, идущий от излучателя 1, на светочувствительной поверхности квадрантного фотоприемника 4, перед которым установлен оптический фильтр 3, предназначенный для спектральной фильтрации излучения, например, отрезающий излучение видимого диапазона и пропускающий ИК-излучение. Дифференциальные усилители 5 и 6 предназначены для формирования разности сигналов противоположных элементов квадрантного фотоприемника. Сигналы на выходе дифференциальных усилителей 5 и 6 характеризуют положение светового пятна на поверхности квадрантного фотоприемника 4 по координатам Х и Y соответственно. Первый сумматор 7 предназначен для формирования суммарного сигнала всех элементов квадрантного фотоприемника 4. Этот сигнал характеризует величину светового потока, попавшего на квадрантный фотоприемник 4, и используется для автоматической регулировки усиления. Полосовые фильтры 8, 9 и 10 пропускают сигналы только с частотами, близкими к частоте излучения излучателя 1. Таким образом, осуществляется частичная селекция объекта на фоне постоянных помех ("засветок"). Генератор 13 генерирует сигнал с частотой, близкой к частоте модуляции излучения излучателем 1. Фазовый детектор 11 предназначен для сравнения по частоте и по фазе сигналов генератора 13 и сигнала на выходе полосового фильтра 10. Управляемый фильтр низкой частоты 12 предназначен для подстройки частоты генератора 13. Один из возможных вариантов выполнения фильтра 12 представлен на фиг. 3. Синхронные детекторы 14 и 15 осуществляют детектирование сигнала ошибки из модулированного разностного сигнала. В синхронных детекторах осуществляется основная селекция сигналов объекта от сигналов помех. Амплитуда модулированного сигнала несет информацию о величине ошибки, а его фаза о знаке ошибки. Синхронный детектор 16 осуществляет детектирование суммарного сигнала элементов квадрантного фотоприемника 4 и предназначен для выработки сигнала, управляющего усилением дифференциальных усилителей 5 и 6 и первого сумматора 7. Таким образом, поддерживается постоянным коэффициент передачи всего устройства, что, в свою очередь, увеличивает точность слежения за объектами, расположенными на различных расстояниях до устройства. Триггер Шмидта 17 предназначен для формирования сигнала, несущего информацию о том, что световой поток излучателя попал в объектив 2 устройства и предназначенного для управления полосой пропускания управляемого фильтра 12 низкой частоты и управления индикаторным светодиодом HL1 в пульте 21 управления (фиг. 2). Сумматоры 18 и 19 предназначены для суммирования сигналов, управляющих двухканальным приводом 20 и поступающих от синхронных детекторов 14 и 15 в режиме автоматического слежения за объектом и от пульта 21 управления в режиме предварительной наводки на объект слежения. Двухканальный привод 20 осуществляет поворот оптической оси устройства относительно двух координатных осей. Под оптической осью устройства понимается общая оптическая ось объектива 2, светофильтра 3 и квадрантного фотоприемника 4. Поворот оптической оси осуществляется за счет поворота оптической части устройства, заключенной в корпусе, установленном, например, в карданном подвесе. Пульт 21 управления предназначен для предварительной наводки устройства оператором на объект и индикации о том, что излучатель 1, расположенный на объекте, попал в поле зрения устройства. Один из возможных вариантов выполнения пульта 21 управления представлен на фиг. 2. The
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Излучатель, расположенный на объекте слежения, излучает модулированный световой поток, который объективом 2 фокусируется на поверхности квадрантного фотоприемника 4. Сигналы противоположных элементов квадрантного фотоприемника 4 поступают на соответствующие входы дифференциальных усилителей 5 и 6, на выходе которых образуются разностные сигналы, содержащие информацию о смещении светового пятна относительно центра квадрантного фотоприемника 4. Первый сумматор 7 формирует суммарный сигнал всех элементов квадрантного фотоприемника. Полосовые усилители 8, 9 и 10 служат для дополнительного усиления суммарного и разностных сигналов на частоте модуляции. Фазовый детектор 11 сравнивает по частоте и фазе сигналы генератора 13 и сумматора 7 и при помощи управляемого фильтра 12 низкой частоты подстраивает частоту и фазу генератора 13 в соответствии с сигналом сумматора 7. Синхронный детектор 16 детектирует совпадение частоты и фазы генератора 13 и сумматора 7 и формирует сигнал, управляющий усилением дифференциальных усилителей 5 и 6 и сумматора 7 и переключающий триггер Шмидта 17. Выходной сигнал триггера Шмидта 17 сужает полосу пропускания управляемого фильтра 12 низкой частоты, тем самым повышая помехозащищенность генератора 13, что обеспечивает более точную селекцию излучателя на фоне помех. Кроме того, выходной сигнал триггера Шмидта 17 поступает на вход пульта 21 управления (фиг. 2). В результате чего светится индикаторный светодиод HL1, индицируя попадание светового потока излучателя 1 в объектив 2 устройства. Синхронные детекторы 14 и 15 из разностного сигнала вырабатывают напряжения соответствующего знака, пропорциональные ошибке слежения, которые через сумматоры 18 и 19 управляют работой двухканального привода 20, осуществляющего поворот оптической оси 23 устройства относительно двух координатных осей. Таким образом, осуществляется автоматическое слежение за объектом, на котором расположен излучатель 1. Для предварительной наводки на объект используется пульт управления 21, один из возможных вариантов выполнения которого представлен на фиг. 2. Для этого оператор при помощи сдвоенного потенциометра R1-R2 устанавливает скорость слежения по координатам Х и Y и нажатием на кнопки SB1-SB4 осуществляет поворот оптической оси 23 устройства. Стрелками на фиг. 2 показаны направления поворота оптической оси устройства. The emitter located on the tracking object emits a modulated light flux, which is focused by the
Слежение за несколькими объектами, например тремя, может быть обеспечено следующим образом. Tracking of several objects, for example three, can be ensured as follows.
На каждом из объектов слежения устанавливается свой излучатель, излучающий модулированный световой поток в своем частотном диапазоне. Причем, частоты модуляции излучателей не перекрываются. Полосы пропускания полосовых фильтров 8, 9 и 10 достаточно широки и включают частоты излучения всех трех излучателей. Генератор 13 выполняется управляемым напряжением, а в пульт управления 21 добавляется блок управления генератором 13, управляемым напряжением. Один из возможных вариантов выполнения этого блока представлен на фиг. 4. Оператор выбирает при помощи переключателя S1 на пульте 21 управления объект. Соответствующее напряжение подается на управляющий вход генератора 13, управляемого напряжением, который генерирует сигнал с частотой, соответствующей частоте излучения одного из излучателей, расположенных на объектах. Назначение и работа остальных блоков описана выше. В результате устройство осуществляет слежение только за одним (выбранным оператором) объектом. Each tracking object has its own emitter emitting a modulated light flux in its frequency range. Moreover, the modulation frequencies of the emitters do not overlap. The passbands of the
Введение в известное устройство полосовых фильтров 8, 9 и 10, синхронных детекторов 14, 15 и 16, сумматоров 7, 18 и 19, фазового детектора 11, управляемого фильтра 12 низкой частоты, генератора 13, триггера Шмидта 17 и пульта 21 управления и выполнение излучателя расположенным на объекте слежения и излучающим модулированный световой поток позволяет осуществить селекцию объекта на фоне помех и увеличить точность слежения за объектом. Введение дополнительных излучателей и выполнение генератора 13 управляемым напряжением позволяет осуществлять селекцию и слежение за двумя и более объектами слежения. Использование излучателя, излучающего ИК световой поток, позволяет замаскировать излучатель на объекте, т.е. осуществить, например, съемку объекта слежения на кино- или видеокамеру в видимом спектральном диапазоне. Introduction to the known device of band-
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5066302 RU2058034C1 (en) | 1992-08-10 | 1992-08-10 | Automatic tracking device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5066302 RU2058034C1 (en) | 1992-08-10 | 1992-08-10 | Automatic tracking device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2058034C1 true RU2058034C1 (en) | 1996-04-10 |
Family
ID=21615171
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5066302 RU2058034C1 (en) | 1992-08-10 | 1992-08-10 | Automatic tracking device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2058034C1 (en) |
-
1992
- 1992-08-10 RU SU5066302 patent/RU2058034C1/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. Криксунов Л.З. Следящие системы с оптико-электронными координаторами. К.: Техника, 1991. * |
2. Криксунов Л.З. и Усольцев И.Ф. ИК-устройства самонаведения управляемых снарядов. М.: Сов.радио, 1963. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4365896A (en) | Optical attenuation monitor system and method | |
US4946277A (en) | Opto-electronic device for detecting and locating a radiant source | |
US3696248A (en) | Laser tracking method and apparatus | |
GB1468237A (en) | Automatic optical target tracking | |
US3877816A (en) | Remote-angle-of-rotation measurement device using light modulation and electro-optical sensors | |
JPS60211510A (en) | Position detecting method of mobile body | |
KR20050078654A (en) | Security sensor device having optical axis adjustment capability | |
US4028544A (en) | Radiant energy detection system | |
US4287412A (en) | Photoelectric direction finder | |
EP0938684B1 (en) | Improvements in or relating to an orientation detector arrangement | |
RU2058034C1 (en) | Automatic tracking device | |
JP2004212283A (en) | Surveying airplane, target for surveying airplane, and automatic collimation surveying system | |
US3557372A (en) | Guidance system with optically nutated reticle having geometry which obviates the need for frequency discriminators | |
EP0100357B1 (en) | Methods and means for utilizing apodized beams | |
US5696578A (en) | Frequency tracking method and apparatus, and Doppler velocity meter using the same | |
US4849634A (en) | Modulation device | |
RU2169373C2 (en) | Device controlling range and velocity of travel of objects | |
US4655586A (en) | Adjustable zone proximity sensor | |
US4842247A (en) | Method and apparatus for the detection of helicopters | |
JP2518066B2 (en) | Laser beam direction control device | |
US4745271A (en) | Apparatuses for automatic focusing of lens systems, in particular microscopes and instruments for the electronic acquisition of microscope images | |
JPS629996B2 (en) | ||
SU1430779A1 (en) | Device for checking modulation gain factors of objective lenses | |
KR940007078Y1 (en) | Automatic focus apparatus of video projector | |
JP3590104B2 (en) | Laser distance measuring device |