RU2231080C1

RU2231080C1 - Optical direction finder

Info

Publication number: RU2231080C1
Application number: RU2003108162/09A
Authority: RU
Inventors: С.Г. Бурлуцкий (RU); С.Г. Бурлуцкий; А.Н. Сакулин (RU); А.Н. Сакулин; Е.М. Рудой (RU); Е.М. Рудой; А.В. Экало (RU); А.В. Экало; В.Г. Янов (RU); В.Г. Янов
Original assignee: Военно-Космическая Академия
Priority date: 2003-03-24
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2004-06-20

Abstract

FIELD: optics, applicable for determination of angular co-ordinates of various objects, for example, as a component of optical information-measurement systems.

SUBSTANCE: use is made of an absorbing wedge and a rotary wedge located in succession in the optical axis, the transmission gradient of the absorbing wedge is parallel with the X-axis of the focal plane of the focusing receiving optical system, and the gradient of the angle of turn of the plane of polarization of the rotary wedge is parallel with the Y-axis of the focal plane of the focusing receiving optical system.

EFFECT: enhanced service properties due to enhanced speed of response by providing the reception of monopulse signals and by simultaneous determination of two co-ordinates of the focused spot of the received optical radiation on the focal plane of the receiving optical system.

2 dwg

Description

Изобретение относится к оптической технике и может быть использовано для определения угловых координат различных объектов, например, в составе оптических информационно-измерительных систем.The invention relates to optical technology and can be used to determine the angular coordinates of various objects, for example, as part of optical information-measuring systems.

Известен угломерный инструмент, называемый астрономическим посохом [1], представляющий собой трость с визиром и с нанесенной вдоль трости шкалой. На трости укреплена с возможностью перемещения вдоль трости поперечная планка с двумя визирами на ее концах. Передвигая поперечную планку вдоль трости, необходимо совместить визир, находящийся на трости у глаза наблюдателя, и визир на левом конце поперечной планки таким образом, чтобы они совпали с направлением на первую звезду, а визир, находящийся у глаза наблюдателя, и визир на правом конце поперечной планки необходимо совместить таким образом, чтобы они совпали с направлением на вторую звезду. Отсчет положения поперечной планки по шкале, нанесенной на трость, дает угловое расстояние между звездами. Недостаток известного технического решения заключается в низкой точности измерений.Known goniometer tool, called the astronomical staff [1], which is a cane with a sight and with a scale applied along the cane. On the cane, a transverse bar with two viziers at its ends is fixed with the possibility of movement along the cane. Moving the transverse bar along the cane, it is necessary to combine the sight on the cane at the eye of the observer and the sight on the left end of the cross in such a way that they coincide with the direction to the first star, and the sight on the right of the observer and the sight on the right end of the The planks must be combined so that they coincide with the direction to the second star. Counting the position of the transverse bar on a scale printed on a cane gives the angular distance between the stars. A disadvantage of the known technical solution is the low accuracy of the measurements.

Известны также многочисленные варианты угломерных устройств, например, теодолиты [2], гониометры [3], секстанты [4], в которых измерение углов осуществляется с помощью угловой шкалы или ее части. Недостатком таких устройств является низкая точность измерений.Numerous variants of goniometric devices are also known, for example, theodolites [2], goniometers [3], sextants [4], in which angles are measured using an angular scale or part thereof. The disadvantage of such devices is the low accuracy of the measurements.

Известны различные варианты оптических пеленгаторов, например, описанное в [5] техническое решение, в котором малое зеркало телескопа, приводимое в движение электродвигателем, осуществляет круговое движение сфокусированного пятна по матрице фотоприемников. Подсветка объекта осуществляется импульсным лазером. Система обработки осуществляет подсчет числа импульсов на выходе каждого элемента матрицы фотоприемников и рассчитывает угловые координаты объекта. Недостатки описанного пеленгатора заключаются в низком быстродействии, обусловленном необходимостью механического движения малого зеркала телескопа и в сложности обработки сигналов с матрицы фотоприемников.Various variants of optical direction finders are known, for example, the technical solution described in [5], in which a small telescope mirror, driven by an electric motor, performs circular motion of the focused spot along the photodetector array. The object is illuminated by a pulsed laser. The processing system calculates the number of pulses at the output of each element of the photodetector array and calculates the angular coordinates of the object. The disadvantages of the described direction finder are its low speed, due to the need for mechanical movement of a small telescope mirror and the complexity of processing signals from an array of photodetectors.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому оптическому пеленгатору является техническое решение, описанное в [6] и содержащее последовательно расположенные на оптической оси приемную оптическую систему, приводимый в движение электродвигателем полудисковый модулятор, выполненный в форме вращающейся вокруг оптической оси непрозрачной пластины, имеющей форму полукруга, и фотоприемник, а также последовательно соединенные фильтр и измеритель разности фаз, причем выход фотоприемника соединен со входом фильтра, синхронизующий выход электродвигателя соединен со вторым входом измерителя разности фаз, середина прямого края полудиска совмещена с оптической осью, а фильтр настроен на пропускание гармонического сигнала с частотой, равной частоте вращения полу диска. На фиг.1 приведены эпюры сигнала U_ф на выходе фотоприемника, получающиеся при трех различных положениях сфокусированного пятна в фокальной плоскости, то есть при трех различных направлениях прихода оптического излучения. На фиг.1 приняты следующие обозначения: ω - угловая скорость вращения полу диска, t - время, Ф - угол отклонения сфокусированного пятна от вертикального направления по направлению вращения полу диска. Из фиг.1 видно, что в зависимости от направления отклонения изменяется фаза переменной составляющей сигнала U_ф. За начальную фазу можно принять ту, которая получается при отклонении сфокусированного пятна вверх. Тогда фаза переменной составляющей сигнала U_ф при отклонении сфокусированного пятна от вертикали под углом по направлению вращения полу диска тоже равна Ф. Фаза переменного сигнала на выходе фотоприемника U_ф соответствует направлению отклонения сфокусированного пятна на фокальной плоскости от оптической оси, следовательно, направлению отклонения волнового вектора принимаемого оптического излучения от оптической оси и, следовательно, направлению отклонения волнового вектора принимаемого оптического излучения от оптической оси. Фаза Ф определяется измерителем разности фаз путем сравнения сигнала с выхода фильтра с сигналом, формируемым синхронизирующим выходом электродвигателя. Полученное значение фазы может быть далее использовано для получения данных о направлении прихода оптического излучения, а в автоматических системах - для выработки управляющих сигналов, с помощью которых производится поворот оси оптической системы до совпадения с направлением на удаленный объект.The closest in technical essence to the claimed optical direction finder is the technical solution described in [6] and containing a receiving optical system sequentially located on the optical axis, driven by an electric motor semi-disk modulator, made in the form of an opaque plate rotating around the optical axis, having the shape of a semicircle, and a photodetector, as well as a series-connected filter and a phase difference meter, the output of the photodetector connected to the input of the filter, synchronizing the electric motor output is connected to the second input of the phase difference meter, the middle of the straight edge of the half-disk is aligned with the optical axis, and the filter is configured to transmit a harmonic signal with a frequency equal to the frequency of rotation of the disk floor. Figure 1 shows the plot of the signal U _f at the output of the photodetector obtained at three different positions of the focused spot in the focal plane, that is, at three different directions of arrival of optical radiation. In Fig. 1, the following notation is adopted: ω is the angular velocity of rotation of the disk floor, t is time, Φ is the angle of deviation of the focused spot from the vertical direction in the direction of rotation of the disk floor. From figure 1 it is seen that depending on the direction of the deviation changes the phase of the variable component of the signal U _f . For the initial phase, you can take the one that is obtained by deflecting the focused spot up. Then the phase of the variable component of the signal U _f when the focused spot deviates from the vertical at an angle in the direction of rotation of the disk floor is also equal to F. The phase of the alternating signal at the output of the photodetector U _f corresponds to the direction of the defocused spot on the focal plane from the optical axis, therefore, the direction of the wave vector the received optical radiation from the optical axis and, therefore, the direction of deviation of the wave vector of the received optical radiation from the optical axis. Phase F is determined by a phase difference meter by comparing the signal from the output of the filter with the signal generated by the synchronizing output of the electric motor. The obtained phase value can be further used to obtain data on the direction of arrival of optical radiation, and in automatic systems, to generate control signals by which the axis of the optical system is rotated to coincide with the direction to the remote object.

Недостатком известного технического решения является низкое быстродействие, обусловленное необходимостью механического вращения полудиска. Кроме того, известный оптический пеленгатор в том виде, как это описано в [6], позволяет определить только угловую полярную координату положения сфокусированного пятна на фокальной плоскости приемной оптической системы, то есть направление отклонения волнового вектора принимаемого оптического излучения от оптической оси приемной оптической системы, а для однозначного определения направления прихода оптического излучения необходимо определять также и радиальную полярную координату положения сфокусированного пятна на фокальной плоскости, то есть величину отклонения волнового вектора принимаемого оптического излучения от оптической оси приемной оптической системы.A disadvantage of the known technical solution is the low speed due to the need for mechanical rotation of the half-disk. In addition, the known optical direction finder in the form as described in [6] allows one to determine only the angular polar coordinate of the position of the focused spot on the focal plane of the receiving optical system, that is, the direction of deviation of the wave vector of the received optical radiation from the optical axis of the receiving optical system, and to uniquely determine the direction of arrival of optical radiation, it is also necessary to determine the radial polar coordinate of the position of the focused spot on the focal plane spine, i.e. the deviation of the wave vector of the received optical radiation from the optical axis of the receiving optical system.

Задачей изобретения является повышение потребительских свойств путем повышения быстродействия и путем обеспечения возможности приема моноимпульсных сигналов и за счет одновременного определения двух координат сфокусированного пятна принимаемого оптического излучения на фокальной плоскости приемной оптической системы.The objective of the invention is to increase consumer properties by improving performance and by providing the possibility of receiving monopulse signals and by simultaneously determining the two coordinates of the focused spot of the received optical radiation on the focal plane of the receiving optical system.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в известный оптический пеленгатор, содержащий последовательно расположенные фокусирующую приемную оптическую систему и первый фотоприемник, внесены следующие усовершенствования: он дополнительно содержит первый поляризатор, первый светоделитель, поглощающий клин, ротационный клин, второй светоделитель, второй поляризатор, первый усилитель, первый делитель, преобразователь, второй фотоприемник, третий фотоприемник, второй усилитель, второй делитель и вычислительный блок, при этом поляризатор, первый светоделитель, поглощающий клин, ротационный клин, второй светоделитель и второй поляризатор последовательно расположены между фокусирующей приемной оптической системой и первым фотоприемником, второй фотоприемник расположен на пути отраженного от первого светоделителя оптического излучения, третий фотоприемник расположен на пути отраженного от второго светоделителя оптического излучения, выход первого фотоприемника соединен со входом первого усилителя, выход первого усилителя соединен с первым входом первого делителя, выход первого делителя соединен со входом преобразователя, выход третьего фотоприемника соединен со входом второго усилителя, выход второго усилителя соединен с первым входом второго делителя и вторым входом первого делителя, выход второго фотоприемника соединен со вторым входом второго делителя, градиент пропускания поглощающего клина параллелен оси Х фокальной плоскости фокусирующей приемной оптической системы, градиент угла поворота ротационного клина параллелен оси Y фокальной плоскости фокусирующей приемной оптической системы, выход второго делителя соединен с первым входом регистрирующего блока, а выход преобразователя соединен со вторым входом регистрирующего блока.The solution to this problem is ensured by the fact that the following improvements are made to the well-known optical direction finder containing a sequentially located focusing receiving optical system and a first photodetector: it further comprises a first polarizer, a first beam splitter, an absorbing wedge, a rotation wedge, a second beam splitter, a second polarizer, a first amplifier , a first divider, a converter, a second photodetector, a third photodetector, a second amplifier, a second divider and a computing unit, wherein a polarizer, a first beam splitter, an absorbing wedge, a rotary beam, a second beam splitter and a second polarizer are successively arranged between the focusing receiving optical system and the first photodetector, the second photodetector is located in the path of the optical radiation reflected from the first beam splitter, the third photodetector is in the path of the optical radiation reflected from the second beam splitter , the output of the first photodetector is connected to the input of the first amplifier, the output of the first amplifier is connected to the first input of the first a divider, the output of the first divider is connected to the input of the converter, the output of the third photodetector is connected to the input of the second amplifier, the output of the second amplifier is connected to the first input of the second divider and the second input of the first divider, the output of the second photodetector is connected to the second input of the second divider, the transmission gradient of the absorbing wedge is parallel to the axis X of the focal plane of the focusing receiving optical system, the gradient of the rotation angle of the rotary wedge is parallel to the Y axis of the focal plane of the focusing receiving optical system system, the output of the second divider is connected to the first input of the recording unit, and the output of the converter is connected to the second input of the recording unit.

Такое построение заявляемого оптического пеленгатора обеспечивает значительно более высокое быстродействие за счет отсутствия механически вращающихся деталей (которые есть в прототипе). Быстродействие прототипа ограничивается скоростью механического вращения полудиска, а в заявляемом оптическом пеленгаторе отсутствуют движущиеся детали. Заявляемый оптический пеленгатор может определять угловые координаты даже моноимпульсного источника оптического излучения (или отражающего объекта при лоцировании его моноимпульсным оптическим сигналом), что принципиально недостижимо оптическим пеленгатором - прототипом. Кроме того, заявляемый оптический пеленгатор позволяет определять не одну, как в прототипе, а две координаты положения сфокусированного пятна на фокальной плоскости приемной оптической системы. Эти свойства заявляемого технического решения повышают потребительские свойства описываемого оптического пеленгатора по сравнению с прототипом.This construction of the inventive optical direction finder provides significantly higher performance due to the absence of mechanically rotating parts (which are in the prototype). The speed of the prototype is limited by the speed of the mechanical rotation of the half-disk, and in the inventive optical direction finder there are no moving parts. The inventive optical direction finder can determine the angular coordinates of even a single-pulse source of optical radiation (or a reflecting object when locating it with a single-pulse optical signal), which is fundamentally unattainable by an optical direction finder - a prototype. In addition, the inventive optical direction finder allows you to determine not one, as in the prototype, but two coordinates of the position of the focused spot on the focal plane of the receiving optical system. These properties of the claimed technical solution increase the consumer properties of the described optical direction finder in comparison with the prototype.

В частном случае (п.2 формулы изобретения) в качестве регистрирующего блока применена приемная телевизионная трубка. Применение приемной телевизионной трубки в качестве регистрирующего блока позволяет визуально определять угловые координаты лоцируемого объекта: положение по горизонтали сфокусированного пятна на экране приемной телевизионной трубки соответствует X-координате лоцируемого объекта, а положение по вертикали сфокусированного пятна на экране приемной телевизионной трубки соответствует Y-координате лоцируемого объекта.In the particular case (claim 2 of the claims), a receiving television tube is used as the recording unit. The use of a receiving television tube as a recording unit allows you to visually determine the angular coordinates of the located object: the horizontal position of the focused spot on the screen of the receiving television tube corresponds to the X-coordinate of the located object, and the vertical position of the focused spot on the screen of the receiving television tube corresponds to the Y-coordinate of the located object .

В частном случае (п.3 формулы изобретения) в качестве регистрирующего блока применена совокупность последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя и компьютера. Такое построение оптического пеленгатора позволяет перевести полученные аналоговые сигналы в цифровую форму и передать их в компьютер, который осуществляет вычисление угловых координат лоцируемого объекта.In the particular case (claim 3 of the claims), as a recording unit, a combination of a series-connected analog-to-digital converter and a computer is used. This construction of the optical direction finder allows you to translate the received analog signals into digital form and transfer them to a computer that calculates the angular coordinates of the located object.

Сущность заявляемого оптического пеленгатора поясняется описанием конкретного, но не ограничивающего заявляемое техническое решение варианта конструктивного выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:The essence of the claimed optical direction finder is illustrated by a description of a specific, but not limiting, claimed technical solution of the embodiment of the structural embodiment and the accompanying drawings, in which:

- фиг.1 поясняет принцип действия прототипа;- figure 1 explains the principle of operation of the prototype;

- на фиг.2 приведена функциональная схема заявляемого оптического пеленгатора.- figure 2 shows the functional diagram of the inventive optical direction finder.

На фиг.2 приняты следующие обозначения: 1 - фокусирующая приемная оптическая система, 2 - первый поляризатор, 3 - первый светоделитель, 4 - поглощающий клин, 5 - ротационный клин, 6 - второй светоделитель, 7 - второй поляризатор, 8 - первый фотоприемник, 9 - первый усилитель, 10 - первый делитель, 11 - преобразователь, 12 - второй фотоприемник, 13 - третий фотоприемник, 14 - второй усилитель, 15 - второй делитель, 16 - приемная телевизионная трубка.In Fig. 2, the following notation is adopted: 1 — focusing receiving optical system, 2 — first polarizer, 3 — first beam splitter, 4 — absorption wedge, 5 — rotation wedge, 6 — second beam splitter, 7 — second polarizer, 8 — first photodetector, 9 - the first amplifier, 10 - the first divider, 11 - the converter, 12 - the second photodetector, 13 - the third photodetector, 14 - the second amplifier, 15 - the second divider, 16 - the receiving television receiver.

Фокусирующая приемная оптическая система 1, первый поляризатор 2, первый светоделитель 3, поглощающий клин 4, ротационный клин 5, второй светоделитель 6, второй поляризатор 7, первый фотоприемник 8 расположены последовательно друг за другом на пути принятого оптического излучения, поглощающий клин 4 и ротационный клин 5 расположены вблизи фокальной плоскости фокусирующей приемной оптической системы 1. Поглощающий клин 4 и ротационный клин 5 ориентированы в пространстве таким образом, что градиент пропускания поглощающего клина 4 параллелен оси X, а градиент угла поворота ротационного клина параллелен оси Y. Второй фотоприемник 12 расположен на пути отраженного от первого светоделителя 3 оптического излучения. Третий фотоприемник 13 расположен на пути отраженного от второго светоделителя 6 оптического излучения. Выход первого фотоприемника 8 соединен со входом первого усилителя 9, выход первого усилителя 9 соединен с первым входом первого делителя 10, выход первого делителя 10 соединен со входом преобразователя 11. Выход третьего фотоприемника 13 соединен со входом второго усилителя 14. Выход второго усилителя 14 соединен с первым входом второго делителя 15, а выход второго фотоприемника 12 соединен со вторым входом первого делителя 10 и вторым входом второго делителя 15. Выход второго делителя 15 соединен с первым входом приемной телевизионной трубки 16, а выход преобразователя 11 соединен со вторым входом приемной телевизионной трубки 16.Focusing receiving optical system 1, first polarizer 2, first beam splitter 3, absorbing wedge 4, rotary wedge 5, second beam splitter 6, second polarizer 7, first photodetector 8 are arranged sequentially one after another in the path of the received optical radiation, absorbing wedge 4 and rotary wedge 5 are located near the focal plane of the focusing receiving optical system 1. The absorbing wedge 4 and the rotating wedge 5 are oriented in space so that the transmission gradient of the absorbing wedge 4 is parallel to and X, and the gradient angle of rotation of the rotary wedge is parallel to the axis Y. The second photodetector 12 is positioned on the path reflected from the first beam splitter 3 of the optical radiation. The third photodetector 13 is located on the path of the optical radiation reflected from the second beam splitter 6. The output of the first photodetector 8 is connected to the input of the first amplifier 9, the output of the first amplifier 9 is connected to the first input of the first divider 10, the output of the first divider 10 is connected to the input of the converter 11. The output of the third photodetector 13 is connected to the input of the second amplifier 14. The output of the second amplifier 14 is connected to the first input of the second divider 15, and the output of the second photodetector 12 is connected to the second input of the first divider 10 and the second input of the second divider 15. The output of the second divider 15 is connected to the first input of the receiving television tube 16, and you the stroke of the Converter 11 is connected to the second input of the receiving television tube 16.

Чем ближе к фокальной плоскости фокусирующей приемной оптической системы 1 расположен поглощающий клин 4, то есть чем меньше размер сфокусированного пятна оптического излучения, тем выше крутизна зависимости мощности прошедшего через поглощающий клин 4 оптического излучения от координаты Х фокальной плоскости фокусирующей приемной оптической системы 1. Кроме того, чем ближе к фокальной плоскости фокусирующей приемной оптической системы 1 расположен ротационный клин 5, тем выше крутизна зависимости мощности прошедшего через ротационный клин 5 оптического излучения от координаты Y фокальной плоскости фокусирующей приемной оптической системы 1. Таким образом, оптимальным является положение поглощающего клина 4 перед фокальной плоскостью фокусирующей приемной оптической системы 1 вплотную к фокальной плоскости, а положение ротационного клина 5 является оптимальным при его установке за фокальной плоскостью фокусирующей оптической приемной системы 1 вплотную к фокальной плоскости.The closer to the focal plane of the focusing receiving optical system 1 the absorbing wedge 4 is located, that is, the smaller the size of the focused spot of optical radiation, the greater the steepness of the dependence of the power of the optical radiation transmitted through the absorbing wedge 4 on the X coordinate of the focal plane of the focusing receiving optical system 1. In addition the closer to the focal plane of the focusing receiving optical system 1 the rotational wedge 5 is located, the higher the steepness of the dependence of the power transmitted through the rotational optical radiation wedge 5 from the Y coordinate of the focal plane of the focusing receiving optical system 1. Thus, the position of the absorbing wedge 4 in front of the focal plane of the focusing receiving optical system 1 is optimal close to the focal plane, and the position of the rotary wedge 5 is optimal when installed behind the focal plane focusing optical receiving system 1 close to the focal plane.

Устройство работает следующим образом. Оптическое излучение от удаленного объекта принимается фокусирующей приемной оптической системой 1 и проходит через поляризатор 2, в результате чего оно становится линейно поляризованным. Пусть мощность принятого оптического излучения равна J, тогда после прохождения через первый поляризатор 2 его мощность становится равной K₁J, где K₁ - коэффициент пропускания первого поляризатора 2. Мощность прошедшего через первый светоделитель 3 оптического излучения равна K₁K₂J, где K₂ - коэффициент пропускания первого светоделителя 3, а мощность отраженного от первого светоделителя 3 оптического излучения равна K₁(1-K₂)J. Электрический сигнал U_2фп на выходе второго фотоприемника 12 будет равен α₂K₁(1-К₂ )J, где α₂ - крутизна характеристики второго фотоприемника 12. Оптическое излучение, прошедшее через первый светоделитель 3, проходит через поглощающий клин 4, градиент пропускания которого направлен вдоль координаты Х фокальной плоскости фокусирующей приемной оптической системы 1. Пусть коэффициент пропускания К₃ поглощающего клина 4 можно записать в виде К₃=К $\binom{1}{3}$ X, где К $\binom{1}{3}$ - постоянный коэффициент. Тогда мощность оптического излучения на выходе поглощающего клина 4 будет равна K₁K₂K $\binom{1}{3}$ XJ. Мощность прошедшего через ротационный клин 5 оптического излучения будет равна K₁K₂K $\binom{1}{3}$ K₄XJ, где К₄- коэффициент пропускания ротационного клина 5. Ротационный клин 5 осуществляет поворот плоскости поляризации прошедшего через него оптического излучения на угол φ, причем градиент угла поворота φ направлен вдоль оси Y фокальной плоскости фокусирующей приемной оптической системы 1. Пусть угол поворота φ плоскости поляризации оптического излучения можно записать в виде φ=K₅Y, где K₅ - постоянный коэффициент. Мощность оптического излучения, прошедшего через второй светоделитель 6, будет равна K₁К₂К $\binom{1}{3}$ К₄K₆ХJ где K₆ - коэффициент пропускания второго светоделителя 6, а мощность отраженного от второго светоделителя 6 оптического излучения будет равна К₁К₂К $\binom{1}{3}$ K₄(1-K₆)XJ. Электрический сигнал U_3фп на выходе третьего фотоприемника 13 будет равен α₃К₁К₂К $\binom{1}{3}$ K₄(1-K₆)XJ, где α₃ - крутизна характеристики третьего фотоприемника 13. После прохождения через второй светоделитель 6 оптическое излучение проходит через второй поляризатор 7. Пусть ось максимального пропускания второго поляризатора 7 параллельна оси максимального пропускания первого поляризатора 2. Тогда в соответствии с законом Малюса [7] мощность прошедшего через второй поляризатор 7 оптического излучения будет равна K₁K₂K $\binom{1}{3}$ K₄K₆K₇XJcos²(K₅Y), где К₇ - коэффициент пропускания второго поляризатора 7. Электрический сигнал U_1фп на выходе первого фотоприемника 8 будет равен α₁K₁К₂К $\binom{1}{3}$ К₄K₆К₇ХJcos²(К₅Y), где α₁ - крутизна характеристики первого фотоприемника 8.The device operates as follows. Optical radiation from a distant object is received by a focusing receiving optical system 1 and passes through a polarizer 2, as a result of which it becomes linearly polarized. Let the power of the received optical radiation be equal to J, then after passing through the first polarizer 2, its power becomes equal to K ₁ J, where K ₁ is the transmittance of the first polarizer 2. The power of the optical radiation transmitted through the first beam splitter 3 is K ₁ K ₂ J, where K ₂ - transmittance of the first beam splitter 3, and the power of the optical radiation reflected from the first beam splitter 3 is equal to K ₁ (1-K ₂ ) J. The electric signal U _{2 fp} at the output of the second photodetector 12 will be equal to α ₂ K ₁ (1-K ₂ ) J, where α ₂ is the slope of the characteristics of the second photodetector 12. The optical radiation transmitted through the first beam splitter 3 passes through an absorbing wedge 4, the transmission gradient which is directed along the X coordinate of the focal plane of the focusing receiving optical system 1. Let the transmittance K _{3 of the} absorbing wedge 4 can be written as K ₃ = K $\binom{1}{3}$ X, where K $\binom{1}{3}$ is a constant coefficient. Then the power of the optical radiation at the output of the absorbing wedge 4 will be equal to K ₁ K ₂ K $\binom{1}{3}$ Xj. The power of the optical radiation transmitted through the rotary wedge 5 will be K ₁ K ₂ K $\binom{1}{3}$ K ₄ XJ, where K ₄ is the transmittance of the rotary wedge 5. Rotary wedge 5 rotates the plane of polarization of the optical radiation transmitted through it by an angle φ, and the gradient of the angle of rotation φ is directed along the Y axis of the focal plane of the focusing receiving optical system 1. Let the rotation angle φ of the plane of polarization of optical radiation can be written in the form φ = K ₅ Y, where K ₅ is a constant coefficient. The power of the optical radiation transmitted through the second beam splitter 6 will be equal to K ₁ K ₂ K $\binom{1}{3}$ K ₄ K ₆ XJ where K ₆ is the transmittance of the second beam splitter 6, and the power of the optical radiation reflected from the second beam splitter 6 will be K ₁ K ₂ K $\binom{1}{3}$ K ₄ (1-K ₆ ) XJ. The electrical signal U _{3 fp} at the output of the third photodetector 13 will be equal to α ₃ K ₁ K ₂ K $\binom{1}{3}$ K ₄ (1-K ₆ ) XJ, where α ₃ is the slope of the characteristic of the third photodetector 13. After passing through the second beam splitter 6, the optical radiation passes through the second polarizer 7. Let the axis of maximum transmission of the second polarizer 7 be parallel to the axis of maximum transmission of the first polarizer 2. Then in accordance with the Malus law [7], the power of the optical radiation transmitted through the second polarizer 7 will be K ₁ K ₂ K $\binom{1}{3}$ K ₄ K ₆ K ₇ XJcos ² (K ₅ Y), where K ₇ is the transmittance of the second polarizer 7. The electrical signal U 1 _fp at the output of the first photodetector 8 will be α ₁ K ₁ K ₂ K $\binom{1}{3}$ K ₄ K ₆ K ₇ XJcos ² (K ₅ Y), where α ₁ is the slope of the characteristics of the first photodetector 8.

Электрический сигнал U_3фп с выхода третьего фотоприемника 13 поступает на вход второго усилителя 14, коэффициент усиления K₉ которого имеет видThe electric signal U _{3 fp} from the output of the third photodetector 13 is fed to the input of the second amplifier 14, the gain K _{9 of} which has the form

Поэтому сигнал U_2yc на выходе второго усилителя 14 будет иметь видTherefore, the signal U _2yc at the output of the second amplifier 14 will have the form

Сигнал U_2yc с выхода второго усилителя 14 поступает на первый вход второго U_2фп с делителя 15, а на второй вход второго делителя 15 поступает сигнал с выхода второго фотоприемника 12. В соответствии с этим сигнал U_2д на выходе второго делителя 15 будет равен отношению сигнала на первом его входе к сигналу на втором его входе, а именно:The signal U _2yc from the output of the second amplifier 14 is fed to the first input of the second U _{2 fp} from the divider 15, and the second input of the second divider 15 receives the signal from the output of the second photodetector 12. In accordance with this, the signal U 2 _e at the output of the second divider 15 will be equal to the ratio of the signal at its first input to a signal at its second input, namely:

Электрический сигнал U_1фп с выхода первого фотоприемника 8 попадает на вход первого усилителя 9, коэффициент усиления которого K₈ имеет видThe electric signal U 1 _fp from the output of the first photodetector 8 falls on the input of the first amplifier 9, the gain of which K ₈ has the form

Поэтому сигнал U_1yc на выходе первого усилителя 9 будет иметь видTherefore, the signal U _1yc at the output of the first amplifier 9 will have the form

Сигнал U_1yc с выхода первого усилителя 9 поступает на первый вход первого делителя 10, а на второй вход первого делителя 10 поступает сигнал U_2yc с выхода второго усилителя 14. В соответствии с этим сигнал U_1дна выходе первого делителя 10 будет равен отношению сигнала на его входе к сигналу на втором его входе, а именноThe signal U _1yc from the output of the first amplifier 9 is fed to the first input of the first divider 10, and the second input of the first divider 10 receives the signal U _2yc from the output of the second amplifier 14. In accordance with this, the signal U _1e at the output of the first divider 10 will be equal to the ratio of the signal to its input to the signal at its second input, namely

Сигнал U_1д с выхода первого делителя 10 поступает на вход преобразователя 11, который последовательно проводит следующие операции: извлечение квадратного корня, взятие арккосинуса и усиление с коэффициентом усиления, равным (К₅)^-1. Таким образом, сигнал на выходе преобразователя 11 будет равным Y.The signal U _1d from the output of the first divider 10 is fed to the input of the converter 11, which sequentially performs the following operations: extracting the square root, taking the arccosine and gain with a gain equal to (K ₅ ) ^-1 . Thus, the signal at the output of the converter 11 will be equal to Y.

Принимая значения координаты Х сфокусированного пятна на фокальной плоскости фокусирующей приемной оптической системы 1 на первый вход приемной телевизионной трубки 16 и значения координаты Y сфокусированного пятна на фокальной плоскости фокусирующей приемной оптической системы 1 на второй вход приемной телевизионной трубки 16, приемная телевизионная трубка 16 показывает на своем экране угловое положение сфокусированного сигнала от лоцированного объекта с учетом характеристик фокусирующей приемной оптической системы 1.Taking the values of the coordinate X of the focused spot on the focal plane of the focusing receiving optical system 1 to the first input of the receiving television tube 16 and the value of the coordinate Y of the focused spot on the focal plane of the focusing receiving optical system 1 to the second input of the receiving television tube 16, the receiving television tube 16 shows on its screen the angular position of the focused signal from the localized object, taking into account the characteristics of the focusing receiving optical system 1.

Реализация заявляемого оптического пеленгатора не вызывает затруднений, так как все его блоки, узлы и элементы широко применяются в оптике и электронике. Так, поглощающий клин 4 может быть выполнен из однородного поглощающего материала, толщина которого линейно изменяется вдоль оси Х либо в виде плоскопараллельной пластины, концентрация поглощающих частиц в которой линейно изменяется вдоль оси X. Ротационный клин 5 может быть выполнен из однородного материала, обладающего оптической активностью [7] в форме клина, толщина которого линейно изменяется вдоль оси Y либо в виде плоскопараллельной пластины, концентрация оптически активных частиц в которой линейно изменяется вдоль оси Y. Ротационный клин 5 может быть также выполнен из материала, обладающего электрооптическим эффектом (эффект Керра [8] или эффект Поккельса [9]) либо магнитооптическим эффектом (эффект Фарадея [10] или эффект Коттона-Мутона [11]). Следует отметить, что линейность зависимости К₃ от Х и φ от Y не является обязательным требованием, эти зависимости могут иметь более сложный вид, тогда выражения для коэффициентов усиления К₈ первого усилителя 9 и К₉ второго усилителя 14 будут иметь более сложный вид, чем указано выше.The implementation of the inventive optical direction finder does not cause difficulties, since all its blocks, nodes and elements are widely used in optics and electronics. So, the absorbing wedge 4 can be made of a homogeneous absorbing material, the thickness of which varies linearly along the X axis or in the form of a plane-parallel plate, the concentration of absorbing particles in which varies linearly along the X axis. The rotary wedge 5 can be made of a homogeneous material with optical activity [7] in the form of a wedge, the thickness of which varies linearly along the Y axis or in the form of a plane-parallel plate, the concentration of optically active particles in which varies linearly along the Y axis. The fifth wedge 5 can also be made of a material with an electro-optical effect (Kerr effect [8] or Pockels effect [9]) or a magneto-optical effect (Faraday effect [10] or Cotton-Mouton effect [11]). It should be noted that the linearity of the dependence of K ₃ on X and φ on Y is not a mandatory requirement, these dependencies can have a more complex form, then the expressions for the gain K _{8 of the} first amplifier 9 and K _{9 of the} second amplifier 14 will have a more complex form than indicated above.

Таким образом, по сравнению с прототипом заявляемый оптический пеленгатор обладает более высоким быстродействием. Быстродействие прототипа ограничивается необходимостью механического вращения полудиска, а в описанном техническом решении отсутствуют движущиеся детали. Заявляемый оптический пеленгатор может определить угловые координаты даже моноимпульсного источника оптического излучения (или отраженного объекта при лоцировании его моноимпульсным оптическим сигналом), что принципиально недостижимо оптическим пеленгатором - прототипом. Кроме того, заявляемым оптическим пеленгатором определяют две координаты положения сфокусированного пятна на фокальной плоскости фокусирующей оптической приемной системы 1, в то время как прототип определяет только одну координату положения сфокусированного пятна на фокальной плоскости фокусирующей приемной оптической системы 1, то есть заявляемый оптический пеленгатор формирует информацию, достаточную для однозначного определения угловых координат исследуемого объекта. Таким образом, заявляемый оптический пеленгатор обладает повышенными потребительскими свойствами по сравнению с оптическим пеленгатором - прототипом.Thus, compared with the prototype of the inventive optical direction finder has a higher speed. The speed of the prototype is limited by the need for mechanical rotation of the half-disk, and in the described technical solution there are no moving parts. The inventive optical direction finder can determine the angular coordinates of even a monopulse source of optical radiation (or a reflected object when locating it with a monopulse optical signal), which is fundamentally unattainable by an optical direction finder - a prototype. In addition, the claimed optical direction finder determines two coordinates of the position of the focused spot on the focal plane of the focusing optical receiving system 1, while the prototype determines only one coordinate of the position of the focused spot on the focal plane of the focusing receiving optical system 1, that is, the claimed optical direction finder generates information, sufficient to uniquely determine the angular coordinates of the investigated object. Thus, the inventive optical direction finder has improved consumer properties compared to an optical direction finder - prototype.

Как показано ранее, в частном случае (п.2 формулы изобретения) приемная телевизионная трубка позволяет определить угловые координаты лоцируемого объекта за счет того, что положение сфокусированного пятна на экране приемной телевизионной трубки несет информацию в реальном масштабе времени о координатах Х и Y положения сфокусированного пятна от лоцируемого объекта на фокальной плоскости фокусирующей приемной оптической системы 1.As shown earlier, in the particular case (claim 2), the receiving television tube allows you to determine the angular coordinates of the target object due to the fact that the position of the focused spot on the screen of the receiving television tube carries real-time information about the coordinates X and Y of the position of the focused spot from the located object on the focal plane of the focusing receiving optical system 1.

В частном случае (п. 3 формулы изобретения) поступающие на первый вход регистрирующего блока 16 сигналы с выхода второго делителя 15 и поступающие на второй вход регистрирующего блока 16 сигналы с выхода преобразователя 11, несущие информацию о координатах Х- и Y-сфокусированного пятна лоцируемого объекта превращаются в аналогово-цифровом преобразователе в цифровые сигналы, обрабатываемые компьютером, в результате чего на экране компьютера формируются сигналы, соответствующие угловым координатам лоцируемого объекта.In the particular case (paragraph 3 of the claims), the signals arriving at the first input of the recording unit 16 from the output of the second divider 15 and the signals arriving at the second input of the recording unit 16 from the output of the converter 11, carrying information about the coordinates of the X- and Y-focused spot of the target object converted into an analog-to-digital converter into digital signals processed by a computer, as a result of which signals corresponding to the angular coordinates of the located object are generated on a computer screen.

Источники информацииSources of information

1. Зигель Ф.Ю. Астрономы наблюдают, М.: Наука, 1985, с. 7-8 (рис.2).1. Siegel F.Yu. Astronomers observe, Moscow: Nauka, 1985, p. 7-8 (Fig. 2).

2. Соловьев В.А., Яхонтов В.Е. Основы измерительной техники. Л.: Изд-во Ленингр. Ун-та, 1980, с. 78-82.2. Soloviev V.A., Yakhontov V.E. Fundamentals of measuring technology. L .: Publishing house Leningra. University, 1980, p. 78-82.

3. Соловьев В.А., Яхонтов В.Е. Основы измерительной техники. Л.: Изд-во Ленингр. Ун-та, 1980, с. 73-77.3. Soloviev V.A., Yakhontov V.E. Fundamentals of measuring technology. L .: Publishing house Leningra. University, 1980, p. 73-77.

4. Советский энциклопедический словарь/ Научно-редакционный совет; А.М.Прохоров (пред.). М.: Сов. энциклопедия, 1981, с. 1201.4. Soviet Encyclopedic Dictionary / Scientific and Editorial Council; A.M. Prokhorov (previous). M .: Sov. Encyclopedia, 1981, p. 1201.

5. Патент Великобритании №1426745, МПК G 01 S 3/78.5. UK patent No. 1426745, IPC G 01 S 3/78.

6. Фукс-Рабинович Л.И., Епифанцев М.В. Оптико-электронные приборы, Л.: Машиностроение, 1979, с.90-92.6. Fuchs-Rabinovich L.I., Epifantsev M.V. Optoelectronic devices, L .: Mechanical engineering, 1979, p.90-92.

7. Яворский В.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. М.: Наука, 1971, с. 671-673.7. Yavorsky V.M., Detlaf A.A. Handbook of Physics. M .: Nauka, 1971, p. 671-673.

8. Физический энциклопедический словарь./Гл. ред. А.М.Прохоров, М.: Сов. энциклопедия, 1984, с. 280-281.8. Physical encyclopedic dictionary. / Ch. ed. A.M. Prokhorov, M .: Sov. Encyclopedia, 1984, p. 280-281.

9. Там же, с. 560.9. Ibid., P. 560.

10. Там же, с. 802-803.10. Ibid., P. 802-803.

11. Там же, с. 317.11. Ibid., P. 317.

Claims

1. An optical direction finder comprising a sequentially located focusing receiving optical system and a first photodetector, characterized in that it further comprises a first polarizer, a first beam splitter, an absorbing wedge, a rotation wedge, a second beam splitter, a second polarizer, a first amplifier, a first divider, a converter, a second a photodetector, a third photodetector, a second amplifier, a second divider and a recording unit, wherein the first polarizer, the first beam splitter, an absorbing wedge, a rotary wedge, W a swarm of the beam splitter and a second polarizer are arranged in series between the focusing receiving optical system and the first photodetector, a second pickup is located in the path of the optical radiation reflected from the first splitter, a third pickup is in the path of the optical radiation reflected from the second beam splitter, the output of the first photodetector is connected to the input of the first amplifier, the output the first amplifier is connected to the first input of the first divider, the output of the first divider is connected to the input of the converter, the output One of the third photodetector is connected to the input of the second amplifier, the output of the second amplifier is connected to the first input of the second divider and the second input of the first divider, the output of the second photodetector is connected to the second input of the second divider, the transmission gradient of the absorbing wedge is parallel to the X axis of the focal plane of the focusing receiving optical system, the angle gradient rotation of the rotation wedge parallel to the Y axis of the focal plane of the focusing receiving optical system, the output of the second divider is connected to the first input his unit, and an output inverter coupled to the second input of the recording unit.

2. The optical direction finder according to claim 1, characterized in that a receiving television tube is used as the recording unit.

3. The optical direction finder according to claim 1, characterized in that, as the recording unit, a plurality of series-connected analog-to-digital converter and a computer are used.