RU2081440C1

RU2081440C1 - Tv device to determine range

Info

Publication number: RU2081440C1
Application number: RU94036637A
Authority: RU
Inventors: Александр Абрамович Часовской
Original assignee: Александр Абрамович Часовской
Priority date: 1994-09-22
Filing date: 1994-09-22
Publication date: 1997-06-10
Also published as: RU94036637A

Abstract

FIELD: optics. SUBSTANCE: invention is meant for use in measuring optico-electronic systems. TV device to determine range includes two TV pickups from which signals go to duration check selectors, coincidence circuits, comparison circuit and through delay line to input of flip-flop. Second input of the latter is coupled through counter and line decoder to synchronizer. Output signal of flip-flop is fed into two electron commutators to which signals from TV pickups are also supplied through amplitude and duration selectors. Outputs of electron commutators are connected to input of unit determining time mismatch which finds range. Interaction of units of device is ensured by operation of synchronizer. EFFECT: improved operational reliability. 4 dwg

Description

Изобретение относится к области оптической техники, в частности к телевизионной технике и может быть использовано в измерительных оптико-электронных системах. The invention relates to the field of optical technology, in particular to television technology and can be used in measuring optoelectronic systems.

Известно устройство, описанное в книге Грейм И.А. "Оптические дальномеры и высотомеры" М. "Недра" 1983, с. 21-26. Оно состоит из двух объективов, жестко связанных и разнесенных друг относительно друга на базовое расстояние. Дальность определяется с помощью оператора путем совмещения меток правого и левого объективов с изображением измеряемого объекта. Однако устройство имеет низкую точность определения дальности до смещающихся по направлению объектов. A device is described in the book I. I. "Optical rangefinders and altimeters" M. "Nedra" 1983, p. 21-26. It consists of two lenses, rigidly connected and spaced relative to each other at a base distance. The range is determined using the operator by combining the marks of the right and left lenses with the image of the measured object. However, the device has a low accuracy in determining the range to moving objects in the direction.

Известно устройство определения дальности, измеряющее расстояние с помощью базы, описанное в вышеупомянутом источнике с. 101-114. В нем используются оптико-электронные схемы, в частности могут быть использованы два телевизионных датчика, жестко связанные с базой. Развертка телевизионных датчиков может двигаться синхронно и формироваться с помощью синхронизатора. Контрастный объект выделяется с помощью двух селекторов по длительности и амплитуде. Дальность определяется в измерительном устройстве по временному рассогласованию между двумя выделенными сигналами, находящимися на одних и тех же строках. Однако при расхождении по углу места из-за разъюстировки или вибрации уменьшается достоверность измерений и точность определения дальности. A device for determining the range, measuring the distance using the base described in the aforementioned source c. 101-114. It uses optoelectronic circuits, in particular, two television sensors that are rigidly connected to the base can be used. Scan television sensors can move synchronously and be formed using a synchronizer. A contrast object is highlighted using two selectors in duration and amplitude. The range is determined in the measuring device by a temporary mismatch between two selected signals located on the same lines. However, when there is a discrepancy in elevation due to misalignment or vibration, the reliability of the measurements and the accuracy of determining the range decreases.

С помощью предлагаемого устройства увеличивается достоверность измерений и точность определения дальности. Достигается это введением горизонтальных контрольных меток на объективах телевизионных датчиков и введением: счетчика строк, двух контрольных селекторов по длительности, дешифратора строк, двух элементов совпадения, схемы сравнения, линии задержки, триггера и двух электронных коммутаторов, при этом второй выход синхрогенератора соединен с входом счетчика строк, группа выходов которого соединена с группами входов дешифратора строк и первого и второго блоков элементов совпадения, первые входы которых соединены с выходом дешифратора строк, а вторые входы соответственно соединены через первый и второй контрольные селекторы по длительности с выходами первого и второго телевизионных датчиков, а группы выходов первого и второго блоков элементов совпадения соответственно соединены с первой и второй группой входов схемы сравнения, имеющей выход, соединенный через линию задержки с первым входом триггера, второй вход которого соединен с выходом дешифратора строк, а выход с первыми входами первого и второго электронных коммутаторов, вторые входы которых соответственно соединены с выходами первого и второго селектора по амплитуде и длительности, а выходы соответственно соединены с первым и вторым входами измерительного устройства. Using the proposed device increases the reliability of the measurements and the accuracy of determining the range. This is achieved by introducing horizontal reference marks on the lenses of the television sensors and introducing: a line counter, two control selectors in duration, a line decoder, two matching elements, a comparison circuit, a delay line, a trigger and two electronic switches, while the second output of the clock is connected to the counter input lines, the group of outputs of which is connected to the groups of inputs of the line decoder and the first and second blocks of matching elements, the first inputs of which are connected to the output of the decoder st rock, and the second inputs are respectively connected through the first and second control selectors in duration with the outputs of the first and second television sensors, and the output groups of the first and second blocks of matching elements are respectively connected to the first and second group of inputs of the comparison circuit having an output connected via a delay line with the first input of the trigger, the second input of which is connected to the output of the line decoder, and the output with the first inputs of the first and second electronic switches, the second inputs of which are respectively connected Nena with outputs of the first and second selector in amplitude and duration, and outputs respectively connected to first and second inputs of the measuring device.

На фиг. 1 и в тексте приняты следующие обозначения: 1 электронный коммутатор; 2 устройство определения временного рассогласования; 3 - электронный коммутатор; 4 5 телевизионные датчики; 6, 7 селекторы по амплитуде и длительности; 8 синхрогенератор; 9 счетчик строк; 10, 11 - контрольные селекторы по длительности; 12 дешифратор строк; 13, 14 блоки элементов совпадения; 15 схема сравнения; 16 линия задержки; 17 триггер, при этом, второй выход синхрогенератора 8 соединен с входом счетчика строк 9, группа выходов которого соединена с группами входов дешифратора строк 12 и с блоком элементов совпадения 13 и 14, группы выходов которых соответственно соединены с первой и второй группой входов схемы сравнения 15, имеющей выход, соединенный через линию задержки 16 с первым входом триггера 17, второй вход которого соединен с выходом дешифратора строк 12, а выход с первыми входами электронных коммутаторов 1 и 3, вторые входы которых соответственно соединены с выходами селекторов по амплитуде и длительности 6 и 7, а выходы соответственно соединены с первым и вторым входами измерительного устройства 2, а входы вышеупомянутых селекторов по амплитуде и длительности 6 и 7, соединены с выходами жестко связанных между собой телевизионных датчиков 4 и 5, которые также соответственно соединены через контрольные селекторы по длительности 10 и 11 со вторыми входами вышеупомянутых блоков элементов совпадения 13 и 14, первые входы которых соединены с выходом дешифратора строк 12, к тому же первые и вторые входы телевизионных датчиков 4 и 5 соответственно соединены с первым и вторым выходами синхрогенератора 8. In FIG. 1 and the following notation is used in the text: 1 electronic switch; 2 device for determining the temporary mismatch; 3 - electronic switch; 4 5 television sensors; 6, 7 selectors in amplitude and duration; 8 sync generator; 9 line counter; 10, 11 - control selectors for duration; 12 line decoder; 13, 14 matching element blocks; 15 comparison chart; 16 delay line; 17 trigger, while the second output of the clock 8 is connected to the input of the line counter 9, the group of outputs of which is connected to the groups of inputs of the line decoder 12 and to the block of matching elements 13 and 14, the groups of outputs of which are respectively connected to the first and second group of inputs of the comparison circuit 15 having an output connected via a delay line 16 to the first input of the trigger 17, the second input of which is connected to the output of the line decoder 12, and the output with the first inputs of electronic switches 1 and 3, the second inputs of which are respectively connected to the output the odes of the selectors in amplitude and duration 6 and 7, and the outputs are respectively connected to the first and second inputs of the measuring device 2, and the inputs of the aforementioned selectors in amplitude and duration 6 and 7 are connected to the outputs of the rigidly interconnected television sensors 4 and 5, which also respectively connected through control selectors of duration 10 and 11 with the second inputs of the above blocks of coincidence elements 13 and 14, the first inputs of which are connected to the output of the line decoder 12, in addition, the first and second inputs of the TV -precision sensors 4 and 5 are respectively connected to first and second clock outputs 8.

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

С помощью двух телевизионных датчиков 4 и 5, жестко связанных между собой и разнесенных на базовое расстояние, осуществляется преобразование световой энергии в электрические сигналы. Центральные оси телевизионных датчиков параллельны между собой и углы поля зрения равны. На первый и второй входы телевизионных датчиков 4 и 5 подаются соответственно кадровые и строчные синхроимпульсы, формируемые сингронизатором 8. Таким образом, строчные и кадровые развертки телевизионных датчиков движутся синхронно, и каждый строке соответствует одно и то же угломестное положение. Электрические сигналы с выходов телевизионных датчиков поступают соответственно на входы селекторов по длительности и амплитуде 6 и 7, которые выделяют сигналы, длительности и амплитуды которых характерны для ожидаемых объектов (например, самолетов). Такие объекты имеют контрастность отличную от контрастности окружающих их фонов. Одновременно с телевизионных датчиков электрические сигналы поступают на входы контрольных селекторов по длительности и амплитуде 13 и 14, которые выделяют сигналы, имеющие строго определенную длительность. Эти сигналы образуются от горизонтальных контрольных меток, нанесенных на объективы телевизионных датчиков 4 и 5 так, как показано на фиг. 2. Эти метки 18 и 19 расположены, например, в верхней части углов полей зрения 20 и 21 и могут занимать по ширине две или три строки. Однако, в случае разъюстировки или в результате вибрации или при качке (на корабле), одному и тому же номеру строки будут соответствовать равные углы места. Как показано на фиг.3, равные метки 22 и 23 пересекаются строками 24, 25, номера которых выделяются в дешифраторе 12. В результате разъюстировки по углу места контрольную метку 22 будет пересекать только строка 24, контрольную метку 23 и строка 24 и 25. С выходов контрольных селекторов по длительности 10 и 11 выделенные сигналы поступают в соответствующие блоки элементов совпадения 13 и 14, выдавая разрешение на прохождение через эти элементы кодов со счетчика строк 9. Счетчик строк 9 считает количество строчных синхроимпульсов в кадре, поступающих с синхрогенератора 8, и сам устанавливается в исходное состояние. Дешифратор 12 выделяет те номера строк, которые соответствуют расположению контрольных меток 22 и 23 (см. фиг. 3), и в момент наличия этих строк выдает сигнал, устанавливающий триггер 17 в исходное состояние. В единичное состояние же этот триггер устанавливается при фиксации совпадения кодов с выходов блоков элементов совпадения 13 и 14 в схеме сравнения 15. В этом случае сигнал с выхода схемы сравнения 15 через линию задержки 16 поступает на установку триггера 17 в единичное состояние. Величина линии задержки равна времени установки триггера в нулевое состояние. В случае разъюстировки телевизионных датчиков 4 и 5 по углу места после установки триггера 17 в исходное состояние сигнал установки триггера в единичное состояние с выхода схемы сравнения 15 не поступит. В результате после строк, выделенных дешифратором 12, с выхода триггера не будет выдаваться разрешающий сигнал электронным коммутаторам 1 и 3 на прохождение через них сигналов, выделенных в селекторах по длительности и амплитуде 6 и 7 в измерительное устройство 2. В случае же отсутствия разъюстировки по углу места номерам строк, выделенных дешифратором 12, будут соответствовать одни и те же угломестные значения, и после окончания сигнала установки в исходное состояние триггера 17 с выхода дешифратора 12 поступит сигнал установки его в единичное состояние на время одного кадра с выхода схемы сравнения 15 до прихода следующего сигнала установки в исходное состояние. В результате в измерительное устройство 2 в течение одного кадра будут поступать выделенные сигналы от измеряемых объектов. Измерительное устройство 2 определяет временное рассогласование между этими сигналами, которое будет обратно пропорционально дальности. Таким образом, при вибрации или качке дальность будет определяться только в моменты, соответствующие кадрам, когда отсутствует разъюстировка по углу места, то есть когда угломестные значения строк в телевизионных датчиках 4 и 5 будут равны. В случае же длительной разъюстировки по углу места в результате, например, изменения температуры или после замены передающих трубок или объективов в телевизионных датчиках дальность в измерительном устройстве определяться не будет, что означает необходимость проведения юстировки. Юстировка производится до контрольного объекта, расстояние до которого заранее известно. Далее сравнивается измеренная и фактическая дальность, и в случае расхождения измеренной и фактической дальности осуществляется разворот по углу места передающих трубок телевизионных датчиков 4 и 5 до тех пор, пока это расхождение не исчезнет. Необходимо отметить, что исполнение электронного коммутатора представлено, например, в книге А.Я. Хесин. Импульсная техника. М. Энергия, 1971, с. 155, рис. 123, а измерительное устройство работает так же, как преобразователь дальности, измеряющий временное рассогласование между двумя сигналами. В процессе работы измеряемый объект устанавливают в центре растра и далее может осуществляться его сопровождение по направлению. Using two television sensors 4 and 5, rigidly interconnected and spaced at the base distance, light energy is converted into electrical signals. The central axes of the television sensors are parallel to each other and the angles of the field of view are equal. At the first and second inputs of television sensors 4 and 5, frame and line sync pulses generated by the synchronizer 8 are supplied respectively. Thus, line and frame scans of television sensors move synchronously, and each line corresponds to the same angular position. Electrical signals from the outputs of the television sensors are respectively supplied to the inputs of the selectors in duration and amplitude of 6 and 7, which emit signals whose duration and amplitude are characteristic of the expected objects (for example, airplanes). Such objects have a contrast different from the contrast of the surrounding backgrounds. At the same time, from the television sensors, electrical signals are fed to the inputs of the control selectors in duration and amplitude 13 and 14, which emit signals having a strictly defined duration. These signals are generated from horizontal reference marks applied to the lenses of the television sensors 4 and 5 as shown in FIG. 2. These marks 18 and 19 are located, for example, in the upper part of the corners of the fields of view 20 and 21 and can occupy two or three lines in width. However, in case of misalignment or as a result of vibration or during rolling (on the ship), the same elevation numbers will correspond to equal elevation angles. As shown in FIG. 3, equal marks 22 and 23 intersect with lines 24, 25, the numbers of which are highlighted in the decoder 12. As a result of misalignment, the check mark 22 will be crossed only by line 24, check mark 23 and line 24 and 25. C the outputs of the control selectors for a duration of 10 and 11, the selected signals are sent to the corresponding blocks of coincidence elements 13 and 14, giving permission to pass through these elements of codes from the line counter 9. Line counter 9 counts the number of line clock pulses coming from the clock generator 8, and itself is reset. The decoder 12 selects those line numbers that correspond to the location of the control marks 22 and 23 (see Fig. 3), and at the time of the presence of these lines gives a signal that sets the trigger 17 to its original state. In the single state, this trigger is set when the codes match from the outputs of the blocks of matching elements 13 and 14 in the comparison circuit 15. In this case, the signal from the output of the comparison circuit 15 passes through the delay line 16 to set the trigger 17 to the single state. The value of the delay line is equal to the time the trigger is set to zero. In the case of misalignment of the television sensors 4 and 5 in elevation after setting the trigger 17 to its initial state, the signal to set the trigger to a single state from the output of the comparison circuit 15 will not arrive. As a result, after the lines highlighted by the decoder 12, an enable signal will not be issued from the trigger output to the electronic switches 1 and 3 for the signals transmitted in the selectors in duration and amplitude 6 and 7 to the measuring device 2 to pass through them. If there is no misalignment places the line numbers allocated by the decoder 12 will correspond to the same elevation values, and after the end of the installation signal to the initial state of the trigger 17 from the output of the decoder 12 will receive a signal to set it to one state at the time of one frame output from the comparator circuit 15 until the next set signal to its original state. As a result, the selected device 2 will receive the selected signals from the measured objects within one frame. The measuring device 2 determines the temporal mismatch between these signals, which will be inversely proportional to the range. Thus, when vibrating or rolling, the range will be determined only at moments corresponding to frames when there is no misalignment in elevation, that is, when the elevation values of the lines in the television sensors 4 and 5 are equal. In the case of a long misalignment in elevation as a result of, for example, a temperature change or after replacing the transmitting tubes or lenses in the television sensors, the range in the measuring device will not be determined, which means the need for adjustment. Adjustment is made to the control object, the distance to which is known in advance. Next, the measured and actual range is compared, and in the case of a discrepancy between the measured and actual range, a turn is made in the elevation angle of the transmitting tubes of the television sensors 4 and 5 until this discrepancy disappears. It should be noted that the performance of the electronic switch is presented, for example, in the book by A.Ya. Hesin. Impulse technique. M. Energy, 1971, p. 155, fig. 123, and the measuring device works in the same way as a range converter that measures the temporal mismatch between two signals. In the process, the measured object is installed in the center of the raster and then it can be followed in the direction.

Приведем пример конкретного исполнения. Пусть два телевизионных датчика, имеющие углы полей зрения 30 мин, разнесены на базовое расстояние 1 м. Когда для дальностей 20, 10 и 1 км, временные рассогласования между двумя сигналами от одного и того же объекта при длительности строки 60 мкс будет соответственно составлять 0,4; 0,8; и 8 мкс. При определении дальности до движущегося объекта (например, самолета) на разных строках, длительности сигналов будут разные из-за сложной формы объекта. Поэтому обеспечение измерений одного и того же участка объекта, находящегося на одних и тех же строках, обеспечит достоверность и точность определения дальности. We give an example of a specific implementation. Suppose that two television sensors having angles of field of view of 30 min are spaced a basic distance of 1 m. When for ranges of 20, 10 and 1 km, the time differences between two signals from the same object with a line duration of 60 μs will be 0 respectively. 4; 0.8; and 8 μs. When determining the distance to a moving object (for example, an airplane) on different lines, the signal durations will be different due to the complex shape of the object. Therefore, providing measurements of the same area of the object located on the same lines, will ensure the reliability and accuracy of determining the range.

Однако, если база превышает 1 м, то во время качки для исключения прогиба объектов необходимо базу делать более прочную. Например, при базе 2-6 м, для исключения прогибов во время качки, база должна быть снабжена наклонными и продольными брусьями или выполнена в виде фермы, что увеличивает громоздкость. Поэтому для уменьшения громоздкости базы предлагаемое устройство позволяет применить схему, представленную на фиг.4. В ней световая энергия с объективов 26 и 27, разнесенных на 1-6 м соответственно, отразившись от отражательных зеркал 28, 29 и 30, 31 поступает соответственно в передающие трубки 32 и 33, которые расположены рядом. При качке информация о дальности будет измеряться только в том случае, если объективы 26 и 27, относящиеся соответственно к телевизионным датчикам 4 и 5 (фиг.1), будут иметь один и тот же угол места. Однако при сохранении в базе наклонных и продольных брусьев количество измерений за один и тот же промежуток времени увеличится, так как влияние качки уменьшится, а следовательно и уменьшатся рассогласования по углу места. Тем не менее при базе, не превышающей 1 м, вероятность влияния качки сводится только к усилению вибрации. However, if the base exceeds 1 m, then during pitching to avoid deflection of objects, it is necessary to make the base more solid. For example, with a base of 2-6 m, to exclude deflections during pitching, the base should be equipped with inclined and longitudinal bars or made in the form of a truss, which increases bulkiness. Therefore, to reduce the bulkiness of the base of the proposed device allows you to apply the scheme shown in figure 4. In it, the light energy from the lenses 26 and 27, spaced 1-6 m, respectively, reflected from the reflective mirrors 28, 29 and 30, 31 enters the transmitting tubes 32 and 33, respectively, which are located nearby. When pitching, information about the range will be measured only if the lenses 26 and 27, respectively related to the television sensors 4 and 5 (figure 1), will have the same elevation angle. However, if the inclined and longitudinal bars are kept in the database, the number of measurements for the same period of time will increase, since the influence of the pitching will decrease, and therefore the discrepancies in elevation will decrease. Nevertheless, with a base not exceeding 1 m, the probability of pitching is reduced only to increased vibration.

Предлагаемое устройство может быть использовано для определения дальности до движущихся объектов, в том числе и имеющих сложную конфигурацию. Оно может быть применено в системах сопровождения движущегося объекта и в телевизионных системах измерения расстояния. Оно может осуществлять и поиск объекта в процессе вращения в режиме кругового обзора или в секторном режиме. Из-за малого временного рассогласования между двумя сигналами от одного и того же объекта скорость его движения не скажется на точности измерений. The proposed device can be used to determine the distance to moving objects, including those having a complex configuration. It can be used in tracking systems of a moving object and in television systems for measuring distance. It can also search for an object during rotation in the circular view mode or in the sector mode. Due to the small time mismatch between two signals from the same object, its speed will not affect the measurement accuracy.

Устройство может быть размещено в корабельных и бортовых условиях. Для увеличения точности измерений в измерительном устройстве можно использовать схему, представленную в "Устройстве дискретного измерения времени радиолокационной станции", патент N 2007743, 3 бюллетень за 1994 год, автор Часовской А.А. The device can be placed in ship and onboard conditions. To increase the accuracy of measurements in the measuring device, you can use the scheme presented in "Device for discrete measurement of time of the radar station", patent N 2007743, 3 bulletin for 1994, by A. Chasovskaya

Claims

A television range determination device, consisting of two television sensors rigidly connected and spaced apart at the base distance, a clock generator, two selectors in duration and amplitude, and a time mismatch detection device, while the first and second outputs of the clock generator are connected respectively to the first and second inputs of the first and second television sensors having outputs, respectively connected to the inputs of the first and second selectors in duration and amplitude, characterized in that in a line counter, two control duration selectors, a line decoder, two match elements, a comparison circuit, a delay line, a trigger, and two electronic switches, and the second output of the clock generator is connected to the line counter input, the group output of which is connected to the group input of the line decoder and with group inputs of the first and second blocks of matching elements, the first inputs of which are connected to the output of the line decoder, and the second inputs are respectively connected through the first and second control selectors durations with the outputs of the first and second television sensors, and the group outputs of the first and second blocks of matching elements are respectively connected to the first and second group inputs of a comparison circuit having an output connected via a delay line to the first input of the trigger, the second input of which is connected to the output of the line decoder, and the output with the first inputs of the first and second electronic switches, the second inputs of which are respectively connected to the outputs of the first and second selectors in duration and amplitude, and the outputs with responsibly connected to the first and second inputs of the device for determining the temporary mismatch.