RU2322371C2 - Method of orientation of transport facility moving in space by light beam and device for realization of this method - Google Patents

Method of orientation of transport facility moving in space by light beam and device for realization of this method Download PDF

Info

Publication number
RU2322371C2
RU2322371C2 RU2006102907/28A RU2006102907A RU2322371C2 RU 2322371 C2 RU2322371 C2 RU 2322371C2 RU 2006102907/28 A RU2006102907/28 A RU 2006102907/28A RU 2006102907 A RU2006102907 A RU 2006102907A RU 2322371 C2 RU2322371 C2 RU 2322371C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
light beam
space
photodetector
electrically connected
output
Prior art date
Application number
RU2006102907/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006102907A (en
Inventor
Виктор Григорьевич Ошлаков (RU)
Виктор Григорьевич Ошлаков
Original Assignee
Виктор Григорьевич Ошлаков
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Виктор Григорьевич Ошлаков filed Critical Виктор Григорьевич Ошлаков
Priority to RU2006102907/28A priority Critical patent/RU2322371C2/en
Publication of RU2006102907A publication Critical patent/RU2006102907A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2322371C2 publication Critical patent/RU2322371C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)

Abstract

FIELD: orientation of transport facilities moving in space by light beam.
SUBSTANCE: light beam is transmitted in definite direction to preset zone of space and radiation from lateral sides of this beam is received on transport facility. Position of this beam in space is determined by said radiation, after which transport facility is oriented relative to position of this light beam in space. Transport facility moving in space receives radiation from lateral sides of light beam with the aid of first optical system which is also used for transmitting the radiation to first photo-sensitive screen made in form of photo detector matrix mounted on moving transport facility. Optical projection of light beam is formed on photo-sensitive screen. Electrical signals arising due to action of optical projection of light beam on photo-sensitive screen are transmitted to personal computer which forms image of light beam on video screen. Video screen shows direction of motion of transport facility whose motion is further oriented by mutual position of light beam image on this screen and direction of motion of transport facility. Device proposed for realization of this method has computer, synchronization unit and light beam recording circuit including the objective, photo detector matrix, memory matrix, differential amplifier, cell number forming unit and threshold unit. Device is additionally provided with monitor; light beam recording circuit is provided with controller of photo detector matrix. Provision is also made for inverter and electric switch.
EFFECT: enhanced accuracy of orientation of moving transport facility at retained high visualizing and ease of orientation; enhanced efficiency in determination of distance between observer and light beam.
7 cl, 2 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к средствам для определения местоположения объектов в пространстве с использованием переизлучения оптических волн и может быть использовано для ориентирования самолетов при посадке или для проведения судов в прибрежных зонах.The present invention relates to means for determining the location of objects in space using re-emission of optical waves and can be used to orient aircraft during landing or to conduct ships in coastal areas.

Известен способ ориентирования воздушного и водного транспорта по пучку светового излучения, по которому в пространство навстречу движущемуся транспорту с помощью лазера посылают остронаправленные пучки оптического излучения красного и зеленого цветов. Указанные пучки излучения построчно перемещают в заданных зонах ориентирования таким образом, чтобы каждый из этих пучков перекрывал свою зону ориентирования полностью (см. В.Е.Зуев, В.Я.Фадеев, Лазерные навигационные системы. Москва, 1987 г., с.153-155).A known method of orienting air and water transport along a beam of light radiation, through which highly directional beams of optical radiation of red and green colors are sent to the space towards a moving transport with a laser. These beams of radiation are moved line by line in the specified orientation zones so that each of these beams completely overlaps its orientation zone (see V.E. Zuev, V.Ya. Fadeev, Laser navigation systems. Moscow, 1987, p.153 -155).

Этот способ обеспечивает визуальное восприятие световых сигналов на значительном удалении от их источника. Однако он не дает возможности ориентироваться транспортному средству внутри зоны, в которой перемещается световой пучок, т.к. внутри этой зоны пучок не меняет своих характеристик, а определить положение этого пучка в каждый заданный момент времени визуально не представляется возможным. Все это значительно снижает точность ориентирования в целом.This method provides a visual perception of light signals at a considerable distance from their source. However, it does not allow the vehicle to navigate inside the area in which the light beam moves, because inside this zone, the beam does not change its characteristics, and it is not visually possible to determine the position of this beam at each given point in time. All this significantly reduces the accuracy of orientation in general.

Наиболее близким является способ ориентирования воздушного и водного транспорта по пучку светового излучения "Глиссада" (см. В.Е.Зуев, В.Я.Фадеев, Лазерные навигационные системы. Москва, 1987 г., с.89-90). По этому способу из близко расположенных друг к другу источников в заданную зону пространства посылают, по меньшей мере, три световых пучка. В качестве источников световых пучков можно использовать либо лазеры либо прожекторы. Указанные световые пучки посылают в заданную зону пространства таким образом, чтобы два из них расходились в стороны друг от друга под углом, не превышающим 90 градусов. При этом третий световой пучок посылают в заданную зону пространства по биссектрисе угла между расходящимися в стороны световыми пучками. На движущемся транспорте - корабле или самолете - наблюдают все эти световые пучки со стороны их боковой поверхности, а движущийся транспорт ориентируют таким образом, чтобы наблюдаемые световые пучки образовывали симметричную фигуру.The closest is the method of orienting air and water transport along the Glissada light beam (see V.E. Zuev, V.Ya. Fadeev, Laser navigation systems. Moscow, 1987, p. 89-90). According to this method, at least three light beams are sent from sources close to each other to a given area of space. As sources of light beams, you can use either lasers or spotlights. These light beams are sent to a predetermined area of space so that two of them diverge to the sides of each other at an angle not exceeding 90 degrees. In this case, the third light beam is sent to the specified area of space along the bisector of the angle between the diverging light beams. On a moving transport — a ship or an airplane — all these light beams are observed from the side of their lateral surface, and the moving transport is oriented so that the observed light beams form a symmetrical figure.

Данный способ не применим в сильнозамутненной атмосфере - сильные туман, снег, или дождь. В этом случае световые пучки не будут восприниматься визуально как пучки с достаточно резко очерченной направленностью. Они будут восприниматься в лучшем случае как овальные световые зоны, перекрывающие друг друга и не позволяющие определить симметричность образуемой ими фигуры. При очень сильном замутнении атмосферы все три пучка будут сливаться в одно световое пятно. Но даже в достаточно хороших погодных условиях наблюдателю, особенно пилоту, сложно установить момент, когда образуемая световыми пучками фигура будет симметричной. Это обусловлено тем, что наблюдатель находится на достаточно далеком расстоянии от светового пучка и визуально ему сложно спроектировать световой пучок в ту же плоскость, в которой находится он сам. Здесь все будет зависеть от тренированности наблюдателя в восприятии этой световой фигуры, от его психического состояния и других субъективных факторов. При этом сложность оценки симметричности образованной световыми пучками фигуры будет возрастать по мере приближения движущегося транспортного средства к источникам этих световых пучков. Кроме того, находящийся на движущемся воздушном или водном транспорте наблюдатель не может определить, на каком расстоянии от наблюдаемых световых пучков оно находится, и местоположение транспорта он определяет только качественно, устанавливая всего лишь верное направления движения этого транспорта. Все это сильно снижает возможности и точность ориентирования, особенно в сложных условиях видимости.This method is not applicable in a highly cloudy atmosphere - heavy fog, snow, or rain. In this case, light beams will not be perceived visually as beams with a rather sharply defined directivity. At best, they will be perceived as oval light zones overlapping each other and not allowing to determine the symmetry of the figure they form. If the atmosphere is very turbid, all three beams will merge into one light spot. But even in fairly good weather conditions, it is difficult for an observer, especially a pilot, to find out when the figure formed by the light beams will be symmetrical. This is due to the fact that the observer is at a fairly far distance from the light beam and visually it is difficult for him to project the light beam in the same plane in which he himself is. Everything will depend on the observer’s training in the perception of this light figure, on his mental state and other subjective factors. In this case, the complexity of assessing the symmetry of the figure formed by the light beams will increase as the moving vehicle approaches the sources of these light beams. In addition, an observer located in a moving air or water transport cannot determine at what distance from the observed light beams it is located, and he determines the location of the transport only qualitatively, establishing only the right direction of movement of this transport. All this greatly reduces the capabilities and accuracy of orientation, especially in difficult visibility conditions.

Задачей заявляемого способа является значительное повышение точности и возможностей ориентирования движущегося транспорта при сохранении высокой наглядности и простоты ориентирования. При этом другой задачей будет являться возможность оперативного определения расстояния от наблюдателя до светового пучка.The objective of the proposed method is to significantly improve the accuracy and orientation capabilities of a moving vehicle while maintaining high visibility and ease of orientation. In this case, another task will be the ability to quickly determine the distance from the observer to the light beam.

Поставленная задача решается тем, что как и в известном, в предлагаемом способе ориентирования движущегося объекта в пространстве по световому лучу в заданную зону пространства в определенном направлении посылают световой пучок, на движущемся транспорте принимают излучение, идущее от боковых сторон этого пучка, и по этому излучению определяют положение этого пучка в пространстве, после чего ориентируют движение транспорта относительно положения в пространстве этого светового пучка.The problem is solved in that, as in the known, in the proposed method of orienting a moving object in space along a light beam, a light beam is sent in a certain area of space in a certain direction, radiation moving from the sides of this beam is received on a moving vehicle, and this radiation determine the position of this beam in space, and then orient the movement of transport relative to the position in space of this light beam.

В отличие от известного в данном способе на движущемся транспорте излучение, идущее от боковых сторон светового пучка, принимают с помощью первой оптической системы и с помощью этой же оптической системы это излучение посылают на фоточувствительный экран, выполненный в виде фотоприемной матрицы и установленный на движущемся транспорте, и формируют на этом фоточувствительном экране оптическую проекцию светового пучка; возникшие от воздействия сформированной на фоточувствительном экране оптической проекции светового пучка электрические сигналы посылают на персональную ЭВМ, с помощью которой затем формируют на видеоэкране изображение светового пучка; на этом же видеоэкране показывают направление движения данного транспорта и в дальнейшем ориентируют движение этого транспорта по показанному на этом же видеоэкране взаимному расположению изображения светового пучка и направлению движения указанного транспорта.In contrast to the method known in this method in a moving vehicle, radiation coming from the sides of the light beam is received using the first optical system and using the same optical system this radiation is sent to a photosensitive screen made in the form of a photodetector array and mounted on a moving vehicle, and form on this photosensitive screen the optical projection of the light beam; electrical signals arising from the action of the optical projection of the light beam formed on the photosensitive screen are sent to a personal computer, with which then an image of the light beam is formed on the video screen; on the same video screen they show the direction of movement of the given transport and further orient the movement of this transport according to the relative position of the image of the light beam and the direction of movement of the specified transport shown on the same video screen.

Излучение, идущее от боковых сторон светового пучка, одновременно с первой оптической системой целесообразно принимать так же и с помощью второй оптической системы, расположенной от первой оптической системы на расстоянии не меньше, чем на 0,5 метра; с помощью второй оптической системы указанное излучение посылают на второй фоточувствительный экран, также выполненный в виде фотоприемной матрицы и установленный на движущемся транспорте; на втором фоточувствительном экране также формируют оптическую проекцию светового пучка, возникшие при этом электрические сигналы посылают на ту же персональную ЭВМ, на которую посылают электрические сигналы, идущие от первого фоточувствительного экрана; определяют направление оптической оси каждой из фотоприемных систем в момент получения изображения проекции светового пучка и угол наклона этой оптической оси каждой из фотоприемных систем к заданной плоскости, проходящей через вторые главные точки обеих фотоприемных систем, и по этим углам наклона, а так же по расстоянию между вторыми главными точками обеих фотоприемных систем и по положению изображения проекции светового пучка на фоточувствительном экране определяют расстояние до светового пучка и характеристики положения его в пространстве.The radiation coming from the sides of the light beam, simultaneously with the first optical system, it is advisable to receive the same with the help of a second optical system located from the first optical system at a distance of not less than 0.5 meters; using a second optical system, said radiation is sent to a second photosensitive screen, also made in the form of a photodetector array and mounted on a moving vehicle; an optical projection of the light beam is also formed on the second photosensitive screen, the resulting electrical signals are sent to the same personal computer to which electric signals are sent coming from the first photosensitive screen; determine the direction of the optical axis of each of the photodetection systems at the time of obtaining the image of the projection of the light beam and the angle of inclination of this optical axis of each of the photodetection systems to a given plane passing through the second principal points of both photodetection systems, and by these angles of inclination, as well as by the distance between the second main points of both photodetection systems and the position of the image projection of the light beam on the photosensitive screen determine the distance to the light beam and the characteristics of its position in the rest.

При ориентировании по данному способу световой пучок целесообразно посылать в виде импульсов. В этом случае дальность приема излучения от светового пучка будет гораздо выше.When orienting according to this method, it is advisable to send the light beam in the form of pulses. In this case, the range of reception of radiation from the light beam will be much higher.

В настоящее время не известны способы ориентирования по световому пучку, в которых световой пучок и направление движения ориентирующегося объекта проецируют в одну и ту же плоскость. Все известные способы предусматривают наблюдение светового пучка из другой плоскости (из плоскости движения ориентирующегося объекта) с дальнейшим умозрительным сопоставлением расположения этого пучка с направлением движения объекта.Currently, there are no known methods of orientation along the light beam, in which the light beam and the direction of motion of the orienting object are projected into the same plane. All known methods provide for the observation of a light beam from another plane (from the plane of motion of the orienting object) with further speculative comparison of the location of this beam with the direction of movement of the object.

Способ может быть реализован следующим образом. Рассмотрим, например, как он осуществляется для самолета.The method can be implemented as follows. Consider, for example, how it is carried out for an airplane.

У начала взлетно-посадочной полосы устанавливают источник коллимированного излучения видимого диапазона спектра, например лазер, и направляют генерируемый этим источником световой пучок по глиссаде снижения самолета. На самолете устанавливают оптическую систему приема оптического излучения с большой глубиной резкости, например объектив, установленный на гиперфокальном расстоянии, и направляют эту систему вниз. При подлете к взлетно-посадочной полосе оптическая система принимает оптическое излучение, идущее от боковых сторон светового пучка, и проецирует ее на экран, который установлен также на самолете против выходного зрачка оптической системы. Поскольку экран находится на самолете и закреплен неподвижно, то на него можно нанести линию, которая будет совпадать с направлением движения самолета. При этом, если самолет будет находиться в стороне от посылаемого со взлетно-посадочной полосы светового пучка и направление его движения не будет совпадать с направлением светового пучка, то на экране проекция этого светового пучка также будет находиться в стороне от направления движения самолета, показанного на экране, и пилоту останется только изменить направление движения самолета таким образом, чтобы оно совпало с направлением светового пучка.At the beginning of the runway, a collimated radiation source of the visible spectrum, such as a laser, is installed and the light beam generated by this source is directed along the glide path of the aircraft’s descent. On an airplane, an optical system for receiving optical radiation with a large depth of field is installed, for example, a lens mounted at a hyperfocal distance, and this system is directed downward. When approaching the runway, the optical system receives optical radiation coming from the sides of the light beam and projects it onto the screen, which is also mounted on an airplane against the exit pupil of the optical system. Since the screen is on the plane and fixed motionless, then you can draw a line on it that will coincide with the direction of movement of the aircraft. Moreover, if the aircraft is located away from the light beam sent from the runway and the direction of its movement does not coincide with the direction of the light beam, then the projection of this light beam on the screen will also be away from the direction of movement of the aircraft shown on the screen , and the pilot will only have to change the direction of the aircraft so that it coincides with the direction of the light beam.

Однако ориентироваться непосредственно по изображению светового пучка на экране представляется довольно неудобным, т.к., во-первых, установка экрана на самолете должна быть выполнена таким образом, чтобы он хорошо просматривался визуально, что сопряжено со значительными трудностями, и, во-вторых, непосредственное наблюдение проекции светового пучка на экране значительно снижает дальность восприятия светового пучка, а значит, снижает дальность ориентирования. Поэтому целесообразно преобразовать проекцию светового пучка на экране в определенную последовательность электрических сигналов и передать последовательность этих сигналов через компьютер на экран монитора. Для преобразования получаемой на экране проекции светового пучка в последовательность электрических сигналов в качестве экрана можно использовать фотоприемную матрицу. Тогда при проецировании пучка создаваемое на таком экране изображение светового пучка будет преобразовываться в последовательность электрических сигналов, которые можно передать через компьютер на экран монитора. В этом случае на экране монитора, который может быть установлен в удобном для наблюдения месте, будет воспроизводиться проекция светового пучка и направление движения самолета. Далее ориентирование будет осуществляться так же, как описано выше, т.е. пилот изменяет направление движения самолета таким образом, чтобы на экране монитора изображение этого направления совпало с направлением светового пучка. При этом возможности ориентирования значительно расширятся, т.к. метод статистической обработки сигнала делает чувствительность фотоприемной матрицы несравненно более высокой, чем чувствительность глаза. Это значит, что с хорошей точностью и надежностью ориентирование можно будет осуществлять в условиях очень слабой видимости. При этом световой пучок может быть импульсным, в этом случае возможности ориентирования в условиях плохой видимости еще больше расширятся, т.к. появляется возможность исключить световые помехи и тем самым увеличить чувствительность приема светового излучения, идущего от светового пучка.However, navigating directly to the image of the light beam on the screen seems rather inconvenient, because, firstly, the installation of the screen on an airplane must be done so that it is clearly visible visually, which is associated with significant difficulties, and, secondly, direct observation of the projection of the light beam on the screen significantly reduces the range of perception of the light beam, and therefore reduces the orientation range. Therefore, it is advisable to convert the projection of the light beam on the screen into a specific sequence of electrical signals and transfer the sequence of these signals through a computer to the monitor screen. To convert the projection of the light beam obtained on the screen into a sequence of electrical signals, a photodetector matrix can be used as a screen. Then, when projecting the beam, the image of the light beam created on such a screen will be converted into a sequence of electrical signals that can be transmitted through a computer to the monitor screen. In this case, the projection of the light beam and the direction of movement of the aircraft will be reproduced on the monitor screen, which can be installed in a convenient place for observation. Further orientation will be carried out in the same way as described above, i.e. the pilot changes the direction of the aircraft so that on the screen of the monitor the image of this direction coincides with the direction of the light beam. At the same time, orientation opportunities will expand significantly, as the method of statistical signal processing makes the sensitivity of the photodetector matrix incomparably higher than the sensitivity of the eye. This means that with good accuracy and reliability, orientation can be carried out in conditions of very low visibility. In this case, the light beam can be pulsed, in this case, the possibility of orientation in conditions of poor visibility will expand even more, because it becomes possible to eliminate light noise and thereby increase the sensitivity of reception of light radiation coming from the light beam.

Излучение, идущее от светового пучка, можно принимать на две фотоприемные системы, установленные на самолете. При этом указанные фотоприемные системы должны быть разнесены друг от друга, по меньшей мере, на 0,5 метра. Каждая из фотоприемных систем проецирует изображение светового пучка на свой экран, который выполнен, например, в виде фотоприемной матрицы. Изображения, проецируемые на каждую фотоприемную матрицу, можно также передавать через компьютер на экран монитора, тогда на экране монитора будет видно два разнесенных изображения светового пучка, ориентирование можно будет производить по расположению изображений обоих световых пучков.The radiation coming from the light beam can be received on two photodetector systems mounted on an airplane. Moreover, these photodetector systems should be separated from each other by at least 0.5 meters. Each of the photodetector systems projects an image of the light beam on its screen, which is made, for example, in the form of a photodetector matrix. The images projected onto each photodetector matrix can also be transmitted through a computer to the monitor screen, then two separated images of the light beam will be visible on the monitor screen, orientation can be made by the location of the images of both light beams.

Принимая излучение от светового пучка на две фотоприемные системы, разнесенные друг от друга на заданное расстояние, можно в то же время определить положение светового пучка в прямоугольной системе координат XYZ, связанной с плоскостью, проходящей через вторые главные точки объективов фотоприемных систем. Определение положения оптических осей фотоприемных систем относительно этой заданной плоскости предполагает возможность определения координат направляющих векторов прямых линий, совпадающих с этими оптическими осями.By receiving radiation from a light beam into two photodetector systems spaced apart by a predetermined distance, one can at the same time determine the position of the light beam in a rectangular coordinate system XYZ associated with a plane passing through the second main points of the lenses of the photodetector systems. Determining the position of the optical axes of the photodetector systems relative to this given plane suggests the possibility of determining the coordinates of the directing vectors of straight lines coinciding with these optical axes.

Возьмем прямоугольную систему координат XYZ так, что плоскость XOY совпадает с заданной плоскостью, проходящей через вторые главные точки объективов. Поскольку положение экрана в системе координат XYZ также определено, то могут быть определены в этой системе координат также координаты точек изображения светового пучка на экране и координаты точек пересечения оптических осей с плоскостью экрана.We take a rectangular coordinate system XYZ so that the XOY plane coincides with the given plane passing through the second main points of the lenses. Since the position of the screen in the XYZ coordinate system is also determined, the coordinates of the points of the image of the light beam on the screen and the coordinates of the points of intersection of the optical axes with the plane of the screen can also be determined in this coordinate system.

Пусть в системе координат XYZ вторая главная точка объектива первой фотоприемной системы имеет координаты (X1, 0, 0), а направляющий вектор ее оптической оси имеет координаты {a1, b1, с1}, где а1, b1, с1 - координаты направляющего вектора по осям X, Y, Z соответственно. Пусть также в этой в второй системе координат XYZ вторая главная точка объектива второй фотоприемной системы имеет координаты (0, Y2, 0), а направляющий вектор ее оптической оси имеет координаты {а2, b2, c2}, где а2, b2, c2 - координаты направляющего вектора по осям X, Y, Z соответственно.Suppose that in the coordinate system XYZ the second principal point of the lens of the first photodetector system has coordinates (X 1 , 0, 0), and the direction vector of its optical axis has coordinates {a 1 , b 1 , s 1 }, where a 1 , b 1 , s 1 - coordinates of the guide vector along the axes X, Y, Z, respectively. Suppose also that in this second coordinate system XYZ, the second principal point of the lens of the second photodetector system has coordinates (0, Y 2 , 0), and the direction vector of its optical axis has coordinates {a 2 , b 2 , c 2 }, where a 2 , b 2 , c 2 - coordinates of the guide vector along the axes X, Y, Z, respectively.

Когда оптическая ось фотоприемных систем проходит через свои изображения светового пучка и выполняется условиеWhen the optical axis of the photodetector systems passes through its images of the light beam and the condition

Figure 00000002
Figure 00000002

то координаты (х1, у1, z1) точки пересечения оптическими осями светового пучка определяются формуламиthen the coordinates (x 1 , y 1 , z 1 ) of the intersection point of the optical axes of the light beam are determined by the formulas

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Аналогично можно найти координаты (х11, y11, z11) другой точки, лежащей на световом пучке, изменив положение оптических осей фотоприемных систем относительно заданной плоскости. Эти две точки полностью определяют положение светового пучка системе координат XYZ.Similarly, you can find the coordinates (x 11 , y 11 , z 11 ) of another point lying on the light beam by changing the position of the optical axes of the photodetector systems relative to a given plane. These two points completely determine the position of the light beam to the XYZ coordinate system.

Реализацию данного способа можно осуществить с помощью специально разработанного устройства, которое относится к средствам для определения местоположения объектов в пространстве с использованием переизлучения оптических волн, и может быть использовано для ориентирования самолетов при посадке или для проведения судов в прибрежных зонах.The implementation of this method can be carried out using a specially designed device, which relates to means for determining the location of objects in space using re-emission of optical waves, and can be used to orient aircraft during landing or to conduct vessels in coastal areas.

Ближайшим из известных является устройство для ориентирования по световому лучу, описанное в Авторском свидетельстве СССР №1155067, МКИ G01S 7/48, с приоритетом от 17.02.83 г. Данное устройство включает, по меньшей мере, три фотоприемных блока, три блока обработки и ЭВМ, причем каждый из блоков обработки подключен через устройство "ввода-вывода" к указанной ЭВМ. Каждый из фотоприемных блоков содержит объектив, фотоприемную матрицу, блок формирования номера ячейки фотоприемной матрицы, пороговое устройство, дифференциальный усилитель, блок формирования фаз и матрицу памяти, причем фотоприемная матрица соединена с одним из входов матрицы памяти, второй вход которой подключен к одному из выходов блока формирования фаз, а другой выход этого блока формирования фаз подключен к фотоприемной матрице. Третий выход блока формирования фаз подключен к одному из входов блока формирования номера ячейки фотоприемной матрицы, а выход этого блока формирования номера ячейки фотоприемной матрицы подключен к введенному в состав устройства блоку синхронизации. Выход же матрицы памяти подключен к одному из входов дифференциального усилителя, другой вход которого подключен к выходу фотоприемной матрицы, а выход этого дифференциального усилителя подключен ко входу порогового устройства. Выход же порогового устройства подключен к другому входу блока формирования номера ячейки фотоприемной матрицы, выход которого, в свою очередь, подключен к ЭВМ.The closest known device is a light-beam orientation device described in USSR Author's Certificate No. 1155067, MKI G01S 7/48, priority date 02/17/83. This device includes at least three photodetector units, three processing units, and a computer and each of the processing units is connected via an input / output device to the specified computer. Each of the photodetector blocks contains a lens, a photodetector matrix, a cell number formation unit of the photodetector matrix, a threshold device, a differential amplifier, a phase formation unit and a memory matrix, the photodetector matrix connected to one of the inputs of the memory matrix, the second input of which is connected to one of the outputs of the block phase formation, and the other output of this phase formation unit is connected to a photodetector array. The third output of the phase forming unit is connected to one of the inputs of the photodetector array cell number forming unit, and the output of this photodetector matrix cell number forming unit is connected to the synchronization unit included in the device. The output of the memory matrix is connected to one of the inputs of the differential amplifier, the other input of which is connected to the output of the photodetector matrix, and the output of this differential amplifier is connected to the input of the threshold device. The output of the threshold device is connected to another input of the unit for generating the cell number of the photodetector matrix, the output of which, in turn, is connected to a computer.

Данное устройство обладает существенными ограничениями по надежности и по точности. Объясняется это тем, то оно получает изображение светового пучка вследствие обсчета проекций, получаемых с помощью трех объективов на трех фотоприемных матрицах. В этом случае измерения координат проекций светового пучка должны строго синхронизоваться между собой, а ошибки в результате рассинохронизации этих измерений приводят и к ошибкам в получении изображения, причем ошибки эти будут возрастать по мере приближения этого устройства, а значит, самого транспортного средства к световому пучку. Кроме того, каждый из измерительных блоков будет вносить свои ошибки, обусловленные уже конструкцией этих блоков, в математических расчетах линии пересечения плоскостей тоже будут присутствовать свои ошибки, и все указанные ошибки будут складываться. К этому следует добавить, что наличие трех блоков обработки и трех фотоприемных систем существенно снижает и надежность работы всего устройства в целом. Кроме того, данное устройство является сложным по конструкции, т.к. должно содержать не менее трех фотоприемных блоков и не менее трех блоков обработки.This device has significant limitations in reliability and accuracy. This is explained by the fact that it receives an image of the light beam due to calculation of projections obtained using three lenses on three photodetector arrays. In this case, the measurements of the coordinates of the projections of the light beam must be strictly synchronized with each other, and the errors resulting from the desynchronization of these measurements also lead to errors in obtaining the image, and these errors will increase as this device approaches, and therefore, the vehicle itself to the light beam. In addition, each of the measuring blocks will make its own mistakes, due to the design of these blocks, in the mathematical calculations of the line of intersection of the planes there will also be its own errors, and all these errors will add up. It should be added that the presence of three processing units and three photodetector systems significantly reduces the reliability of the entire device as a whole. In addition, this device is complex in design, because must contain at least three photodetector units and at least three processing units.

Задачей изобретения является повышение точности и надежности ориентирования при одновременном упрощении конструкции устройства.The objective of the invention is to increase the accuracy and reliability of orientation while simplifying the design of the device.

Поставленная задача решается тем, что, как известное, данное устройство содержит компьютер, блок синхронизации и схему регистрации светового пучка, в состав которой входят объектив, фотоприемная матрица, матрица памяти, дифференциальный усилитель, блок формирования номера ячейки, пороговое устройство, причем содержащийся в схеме регистрации светового пучка объектив оптически связан с указанной фотоприемной матрицей, выход этой фотоприемной матрицы электрически связан со входом указанной матрицы памяти и параллельно с одним из входов дифференциального усилителя указанной схемы регистрации светового пучка; выход же дифференциального усилителя электрически связан со входом указанного порогового устройства, выход которого электрически связан со входом указанного блока формирования номера ячейки фотоприемной матрицы, а выход этого блока формирования номера ячейки электрически связан с портом компьютера.The problem is solved in that, as you know, this device contains a computer, a synchronization unit and a light beam registration circuit, which includes a lens, a photodetector, a memory matrix, a differential amplifier, a cell number generating unit, a threshold device, and this is contained in the circuit the registration of the light beam, the lens is optically connected to the specified photodetector matrix, the output of this photodetector matrix is electrically connected to the input of the specified memory matrix and in parallel with one of the inputs a differential amplifier of said light beam registration circuit; the output of the differential amplifier is electrically connected to the input of the indicated threshold device, the output of which is electrically connected to the input of the indicated unit for generating the cell number of the photodetector matrix, and the output of this unit for generating the cell number is electrically connected to the computer port.

В отличие от известного в данном изобретении установлен монитор, а в схему регистрации светового пучка введен контроллер фотоприемной матрицы, при этом указанный монитор своим входом электрически связан с выходом компьютера, блок синхронизации своим выходом электрически связан со свободным портом компьютера, а контроллер фотоприемной матрицы своим входом электрически связан с другим свободным портом компьютера, причем одним своим выходом этот же контроллер электрически связан со входом самой фотоприемной матрицы, а другим своим выходом - с матрицей памяти.In contrast to the known invention, a monitor is installed, and a photodetector matrix controller is introduced into the light beam registration circuit, while the specified monitor is electrically connected to the computer output by its input, the synchronization unit is electrically connected to a free port of the computer by its output, and the photodetector controller by its input it is electrically connected to another free port on the computer, and with one output the same controller is electrically connected to the input of the photodetector itself, and the other exits home - with a memory matrix.

В данном устройстве впервые сформирована такая схема соединения фотоприемной матрицы с компьютером, которая обеспечивает получение на экране монитора изображения проекции светового пучка, формируемого объективом непосредственно на фотоприемной матрице, исключая при этом проведение каких-либо математических расчетов.In this device, for the first time, such a scheme for connecting the photodetector matrix to a computer is formed, which provides for obtaining on the monitor screen an image of the projection of the light beam generated by the lens directly on the photodetector matrix, excluding any mathematical calculations.

Для обеспечения возможностей ориентирования по непрерывному световому пучку в данном устройстве могут быть установлены инвертор и электрический переключатель, при этом инвертор своим входом электрически связан с выходом фотоприемной матрицы, а своим выходом через электрический переключатель так же электрически связан с инверсным входом дифференциального усилителя, причем электрический переключатель установлен таким образом, чтобы он мог осуществлять переключение выхода фотоприемной матрицы на инверсный вход дифференциального усилителя либо через инвертор, либо минуя инвертор.In order to be able to orient along a continuous light beam, an inverter and an electric switch can be installed in this device, while the inverter is electrically connected to the output of the photodetector with its input, and its output through the electric switch is also electrically connected to the inverse input of the differential amplifier, moreover, the electric switch set so that it can switch the output of the photodetector matrix to the inverse input of the differential amplifier or through the inverter, or bypassing the inverter.

Для повышения точности и увеличения дальности ориентирования в данном устройстве объектив, содержащийся в схеме регистрации светового пучка, выполнен с возможностью поворота вокруг двух взаимно ортогональных осей, в самой схеме регистрации светового пучка установлены два управляемых привода, два датчика угла поворота и контроллер приводов, причем каждый из управляемых приводов механически связан с указанным объективом и таким образом, чтобы он обеспечивал поворот этого объектива только вокруг своей оси; своим управляющим входом каждый из указанных приводов электрически связан с управляющими выходами контроллера приводов, а сам контроллер приводов своим входом электрически связан со своим портом компьютера; указанные же датчики угла поворота механически связаны с осями вращения своих управляемых приводов, а своими выходами они также электрически связаны со своими портами этого же компьютера.To increase the accuracy and increase the orientation range in this device, the lens contained in the light beam registration circuit is rotatable around two mutually orthogonal axes, two controlled drives, two rotation angle sensors and a drive controller are installed in the light beam registration scheme itself, each from controlled drives is mechanically connected to the specified lens and so that it provides rotation of this lens only around its axis; with its control input, each of these drives is electrically connected to the control outputs of the drive controller, and the drive controller with its input is electrically connected to its computer port; the indicated angle-of-rotation sensors are mechanically connected with the rotation axes of their controlled drives, and with their outputs they are also electrically connected with their ports of the same computer.

Для определения расстояния до светового пучка в данном устройстве выполнена вторая такая же схема регистрации светового пучка; при этом управляющие входы управляемых приводов, содержащихся во второй схеме регистрации светового пучка, электрически связаны через свои контроллеры приводов с управляющим портом компьютера; выходы датчиков угла поворота второй схемы регистрации светового пучка электрически связаны со своими портами этого же компьютера.To determine the distance to the light beam in this device, the second same registration scheme of the light beam is made; wherein the control inputs of the controlled drives contained in the second light beam registration circuit are electrically connected through their drive controllers to the control port of the computer; the outputs of the angle sensors of the second light beam registration circuit are electrically connected to their ports on the same computer.

На фиг.1 показана схема устройства с одной схемой регистрации светового пучка, в которой выполнены управляемые приводы и датчики угла поворота.Figure 1 shows a diagram of a device with a single registration scheme of the light beam, which is made of controlled drives and angle sensors.

На фиг.2 показана схема устройства с двумя, в каждой из которых выполнены управляемые приводы и датчики угла поворота.Figure 2 shows a diagram of a device with two, in each of which are controlled drives and angle sensors.

Устройство содержит:The device contains:

- объектив - 1, в обеих схемах регистрации светового пучка;- lens - 1, in both schemes of registration of a light beam;

- фотоприемную матрицу - 2, в обеих схемах регистрации светового пучка;- photodetector array - 2, in both light beam registration schemes;

- приводы - 3 и 5, в обеих схемах регистрации светового пучка;- drives - 3 and 5, in both schemes of registration of a light beam;

- датчики угла поворота - 4 и 6, в обеих схемах регистрации светового пучка;- rotation angle sensors - 4 and 6, in both light beam registration schemes;

- матрицу памяти - 9, в обеих схемах регистрации светового пучка; можно использовать, например, матрицу, применяемую в цифровых фотоаппаратах;- memory matrix - 9, in both light beam registration schemes; You can use, for example, the matrix used in digital cameras;

- дифференциальный усилитель - 10, в обеих схемах регистрации светового пучка; можно использовать, например, усилитель 140УД14;- differential amplifier - 10, in both light beam registration schemes; You can use, for example, an amplifier 140UD14;

- пороговое устройство - 11, в обеих схемах регистрации светового пучка; можно использовать, например, устройство 554СА1;- threshold device - 11, in both light beam registration schemes; you can use, for example, the device 554CA1;

- блок формирования номера ячейки фотоприемной матрицы - 12, в обеих схемах регистрации светового пучка; можно использовать, например, устройство 155ИЕ2;- unit for generating the cell number of the photodetector matrix - 12, in both light beam registration schemes; You can use, for example, the device 155IE2;

- контроллер фотоприемной матрицы - 13, в обеих схемах регистрации светового пучка; можно использовать любой контроллер, обеспечивающий вывод сигнала с фотоприемной матрицы;- photodetector matrix controller - 13, in both light beam registration schemes; You can use any controller that provides output from the photodetector matrix;

- компьютер - 16;- computer - 16;

- монитор - 17;- monitor - 17;

- контроллер приводов - 18, в обеих схемах регистрации светового пучка; можно использовать любой контроллер, обеспечивающий плавное регулирование угла поворота привода;- drive controller - 18, in both light beam registration schemes; You can use any controller that provides smooth control of the angle of rotation of the drive;

- инвертор - 19, в обеих схемах регистрации светового пучка; можно использовать, например, операционный усилитель 140УД14;- inverter - 19, in both light beam registration schemes; You can use, for example, operational amplifier 140UD14;

- электрический переключатель - 20;- electric switch - 20;

- блок синхронизации 21.- block synchronization 21.

Кроме того, на фиг.1 и 2 на фотоприемной матрице 2 показано изображение проекции 15 светового пучка, а так же сам световой пучок.In addition, in figures 1 and 2 on the photodetector matrix 2 shows the image of the projection 15 of the light beam, as well as the light beam itself.

При этом объектив 1 оптически связан с фотоприемной матрицей 2, на которой показано изображение проекции 15 светового пучка. Фотоприемная матрица 2 своим выходом электрически связана со входом матрицы памяти 9 и параллельно через электрический переключатель 20 с инверсным входом дифференциального усилителя 10, прямой вход которого электрически связан с выходом матрицы памяти 9. Выход же дифференциального усилителя 10 электрически связан со входом порогового устройства 11. Пороговое устройство 11, в свою очередь, своим выходом электрически связано со входом блока 12 формирования номера ячейки фотоприемной матрицы, а другой выход этого блока 12 формирования номера ячейки фотоприемной матрицы 2 электрически связан с одним из портов компьютера 16. Другой порт компьютера 16 электрически связан со входом контроллера 13 фотоприемной матрицы 2. Один из выходов контроллера 13 фотоприемной матрицы 2 электрически связан со входом самой фотоприемной матрицы 2, а другой выход этого контроллера 13 электрически связан со свободным входом матрицы памяти 9. Инвертор 19 своим входом электрически связан с выходом фотоприемной матрицы 2, а своим выходом через электрический переключатель 20 электрически связан с инверсным входом дифференциального усилителя 10. Установленный в устройстве блок синхронизации 21 своим выходом электрически связан с одним из портов компьютера 16 и представляет собой радиоприемное устройство, обеспечивающее прием радиосигналов, обозначающих момент генерации каждого импульса излучения светового пучка в случае, если для ориентирования движущегося транспорта используется импульсное излучение. Для светового пучка непрерывного излучения блок синхронизации 21 не используется.In this case, the lens 1 is optically coupled to the photodetector 2, which shows an image of the projection 15 of the light beam. The photodetector array 2 is electrically connected to the input of the memory matrix 9 by its output and in parallel through an electric switch 20 with an inverse input of the differential amplifier 10, the direct input of which is electrically connected to the output of the memory matrix 9. The output of the differential amplifier 10 is electrically connected to the input of the threshold device 11. The threshold the device 11, in turn, is electrically connected to the input of the photodetector array cell number forming unit 12 by its output, and the other output of this cell number forming unit 12 The photodetector array 2 is electrically connected to one of the ports of the computer 16. Another computer port 16 is electrically connected to the input of the photodetector matrix controller 13. One of the outputs of the photodetector matrix controller 13 13 is electrically connected to the input of the photodetector matrix 2, and the other output of this controller 13 electrically connected to the free input of the memory matrix 9. The inverter 19 is electrically connected to the output of the photodetector 2 by its input, and is electrically connected to the inverse input via an electric switch 20 house of the differential amplifier 10. The synchronization unit 21 installed in the device with its output is electrically connected to one of the ports of the computer 16 and is a radio receiving device for receiving radio signals indicating the moment of generation of each radiation pulse of the light beam if pulsed radiation is used to orient the moving vehicle . For a continuous beam, the synchronization unit 21 is not used.

Установленный в схеме регистрации светового пучка объектив 1 выполнен с возможностью его поворота вокруг двух ортогональных осей, а приводы 3 и 5 механически связаны с этим объективом 1 и таким образом, чтобы они обеспечивали поворот объектива вокруг указанных осей. При этом приводы 3 и 5 выполнены управляемыми, а их управляющие входы электрически связаны через контроллер приводов 18 с портом компьютера 16. Кроме того оси вращения приводов 3 и 5 механически связаны с датчиками угла поворота 4 и 6 - каждый привод 3 и 5 связан только со своим датчиком угла поворота 4 или 6. При этом выход каждого из датчиков угла поворота 4 и 6 электрически связан со свободными портами компьютера 16.The lens 1 installed in the light beam registration circuit is rotatable around two orthogonal axes, and the actuators 3 and 5 are mechanically connected to this lens 1 and so that they rotate the lens around these axes. In this case, the actuators 3 and 5 are made controllable, and their control inputs are electrically connected through the controller of the actuators 18 to the computer port 16. In addition, the axis of rotation of the actuators 3 and 5 are mechanically connected to the angle sensors 4 and 6 - each actuator 3 and 5 is connected only with its rotation angle sensor 4 or 6. Moreover, the output of each of the rotation angle sensors 4 and 6 is electrically connected to the free ports of the computer 16.

Устройство работает следующим образом (см. фиг.1). Устройство устанавливают на движущемся транспорте, например на самолете, таким образом, чтобы объектив смотрел в сторону формируемого в пространстве светового пучка. При наличии в пространстве сильноколлимированного светового пучка объектив 1 принимает излучение, идущее от боковых сторон этого пучка, и формирует по закону центральной проекции на фотоприемной матрице 2 изображение 15 светового пучка. Для того чтобы обеспечить возможность поворота объектива 1 вокруг двух взаимно ортогональных осей, он устанавливается на двухстепенных координатных подвесах. Установка объектива 1 с возможностью его поворота вокруг двух взаимно ортогональных осей позволяет производить поиск светового пучка, обеспечив направление поля зрения объектива 1 таким образом, чтобы в него не попадали мешающие источники излучения, что существенно повышает помехоустойчивость данного устройства. При этом контроллер фотоприемной матрицы 13 обеспечивает последовательное считывание электрических сигналов с каждой ячейки фотоприемной матрицы 13 и матрицы памяти 9 через определенный интервал времени: если световой пучок является непрерывным, то этот интервал времени составляет 0,01÷1 секунд, если же световой пучок является импульсным, то этот интервал времени должен совпадать с периодом повторения импульсов этого светового пучка.The device operates as follows (see figure 1). The device is installed on a moving vehicle, for example on an airplane, so that the lens looks towards the light beam formed in space. If there is a strongly collimated light beam in space, the lens 1 receives radiation coming from the sides of this beam and forms, according to the law of the central projection on the photodetector matrix 2, the image 15 of the light beam. In order to enable the lens 1 to rotate around two mutually orthogonal axes, it is mounted on two-stage coordinate suspensions. The installation of the lens 1 with the possibility of rotation around two mutually orthogonal axes allows you to search for the light beam, ensuring the direction of the field of view of the lens 1 so that it does not get into the interfering radiation sources, which significantly increases the noise immunity of this device. The controller of the photodetector matrix 13 provides sequential reading of electrical signals from each cell of the photodetector matrix 13 and the memory matrix 9 after a certain time interval: if the light beam is continuous, then this time interval is 0.01 ÷ 1 seconds, if the light beam is pulsed , then this time interval should coincide with the pulse repetition period of this light beam.

В случае, если световой пучок является импульсным, блок синхронизации 21 принимает по радиоканалу посылаемый от источника генерации светового пучка сигналы о моменте генерации каждого импульса светового излучения и передает эти сигналы на компьютер 16, а компьютер 16 по этим сигналам управляет работой контроллера 13 фотоприемной матрицы 2. При этом электрический переключатель 20 устанавливается таким образом, чтобы электрические сигналы с фотоприемной матрицы 2 попадали на инверсный вход дифференциального усилителя 10, минуя инвертор 19. При этом с матрицы памяти 9 электрические сигналы попадают на прямой вход этого же дифференциального усилителя 10. Таким образом, поскольку световой пучок является импульсным, вывод информации с фотоприемной матрицы 2 и матрицы памяти 9 в компьютер 16 происходит с частотой повторения импульсов этого светового пучка в тот момент, когда на фотоприемной матрице 2 объектив 1 формирует изображение фона в присутствие светового пучка. В матрицу памяти 9 переписывается информация с фотоприемной матрицы 2, когда отсутствует импульс светового пучка, т.е. переписывается изображение фона, формируемого объективом 1. Электрические сигналы, идущие с матрицы памяти 9 и с фотоприемной матрицы 2, попадают в дифференциальный усилитель 10 через входы с разными полюсами и там взаимовычитаются, причем вычитаются все фоновые сигналы, а сигналы с ячеек, на которых была сформирована проекция светового пучка, остаются и усиливаются. Усиленные электрические сигналы с дифференциального усилителя 10 попадают на пороговое устройство 11, которое пропускает электрические сигналы с величиной, превышающей заданный порог, что дополнительно позволяет очистить проекцию светового пучка от помех. Блок 12 формирования номера ячейки фотоприемной матрицы 2, связанный с выходом контролера 13 фотоприемной матрицы 2 и с выходом порогового устройства 11, определяет номера ячеек фотоприемной матрицы 2, на которые объективом 1 был спроецирован световой пучок, и передает эти данные на компьютер 16, который по этим данным строит изображение проекции светового пучка на мониторе 17. Т.о. на экране монитора 17 создается хорошо визуально воспринимаемое изображение проекции светового пучка, полностью соответствующее положению проекции этого пучка, получаемое на фотоприемной матрице 2. В то же самое время на экране монитора 17 можно отобразить направление движения транспортного средства, например самолета. При этом направление движения транспортного средства на экране монитора 17 будет всегда постоянным, как бы не перемещалось это транспортного средство в пространстве, т.к. экран монитора 17 неподвижно закреплен на этом транспортном средстве. Если же изменять положение транспортного средства, например самолет, в пространстве относительно светового пучка, то положение изображения проекции светового пучка на экране монитора 17 будет также изменяться. Положение изображения проекции светового пучка не будет изменяться в том случае, если направление движения, например самолета, будет совпадать с направлением самого светового пучка. Указанное транспортное средство, например самолет, можно переместить в пространстве таким образом, чтобы изображение направления его движения и изображении проекции светового пучка полностью перекрывали друг друга - это будет в том случае, если самолет будет лететь над световым пучком и вдоль него. При этом наблюдение за положением транспортного средства относительно светового пучка является очень простым и понятным, а точность самого ориентирования вследствие этого существенно повышается.If the light beam is pulsed, the synchronization unit 21 receives by radio the signals sent from the light beam generation source about the moment of generation of each light pulse and transmits these signals to computer 16, and computer 16 controls the operation of the photodetector matrix controller 13 using these signals 2 . In this case, the electric switch 20 is set so that the electrical signals from the photodetector array 2 fall on the inverse input of the differential amplifier 10, bypassing the inverter 19. and from the matrix of the memory 9, the electrical signals are fed to the direct input of the same differential amplifier 10. Thus, since the light beam is pulsed, the information from the photodetector matrix 2 and the memory matrix 9 is output to computer 16 with the pulse repetition rate of this light beam the moment when the lens 1 on the photodetector matrix 2 forms a background image in the presence of a light beam. Information from the photodetector matrix 2 is copied to the memory matrix 9 when there is no pulse of the light beam, i.e. the image of the background formed by the lens 1 is rewritten. The electric signals coming from the memory matrix 9 and from the photodetector 2 get into the differential amplifier 10 through inputs with different poles and are mutually subtracted, all background signals are subtracted, and the signals from the cells on which projection of the light beam is formed, remain and amplify. The amplified electrical signals from the differential amplifier 10 fall on the threshold device 11, which transmits electrical signals with a value exceeding a predetermined threshold, which additionally allows you to clean the projection of the light beam from interference. Block 12 of the formation of the cell number of the photodetector array 2, associated with the output of the controller 13 of the photodetector matrix 2 and with the output of the threshold device 11, determines the cell numbers of the photodetector matrix 2 onto which the light beam was projected by the lens 1, and transmits this data to the computer 16, which This data builds the image of the projection of the light beam on the monitor 17. Thus on the screen of the monitor 17, a well visually perceived image of the projection of the light beam is created, which fully corresponds to the position of the projection of this beam, obtained on the photodetector matrix 2. At the same time, the direction of movement of the vehicle, for example, an airplane, can be displayed on the screen of the monitor 17. In this case, the direction of movement of the vehicle on the monitor screen 17 will always be constant, no matter how this vehicle moves in space, because the monitor screen 17 is fixedly mounted on this vehicle. If you change the position of the vehicle, for example an airplane, in space relative to the light beam, then the position of the image projection of the light beam on the monitor screen 17 will also change. The position of the image projection of the light beam will not change if the direction of movement, for example of an airplane, coincides with the direction of the light beam itself. The indicated vehicle, for example, an airplane, can be moved in space so that the image of its direction of movement and the image of the projection of the light beam completely overlap each other - this will be the case if the aircraft flies above and along the light beam. Moreover, monitoring the position of the vehicle relative to the light beam is very simple and straightforward, and the accuracy of the orientation itself is therefore significantly increased.

В случае, если световой пучок является непрерывным, то ключ 20 устанавливается таким образом, чтобы электрические сигналы с фотоприемной матрицы 2 попадали на инверсный вход дифференциального усилителя 10 через инвертор 19. При этом поступающие с матрицы памяти 9 и с фотоприемной матрицы 2 электрические сигналы будут не вычитаться, а складываться, поскольку прошедшие через инвертор 19 сигналы меняют знак на противоположный. Т.к. и на матрице памяти 9 и на фотоприемной матрице 2 будет отображаться проекция светового пучка, то сигналы, поступающие с тех ячеек этих матриц 9 и 2, на которых отобразилась проекция светового пучка, будут усилены в два раза, а со всех остальных ячеек этих матриц 9 и 2 электрические сигналы будут усилены в меньшей степени, поскольку время корреляции интенсивности фоновых источников меньше интервала времени между моментом записи информации с фотоприемной матрицы 2 в матрицу памяти 9 и моментом вывода информации с фотоприемной матрицы 2 и матрицы памяти 9 в компьютер 16. Поэтому на пороговом устройстве 11 можно будет установить достаточно определенный порог пропускания, который позволит выводить на компьютер электрические сигналы, идущие только от тех ячеек матриц 2, на которые был спроецирован световой пучок. Дальше все процессы в устройстве пойдут так, как они описаны выше. При этом блок синхронизации 21 не используется.If the light beam is continuous, then the key 20 is set so that the electrical signals from the photodetector matrix 2 fall on the inverse input of the differential amplifier 10 through the inverter 19. In this case, the electric signals coming from the memory matrix 9 and from the photodetector matrix 2 will not subtract, and add, because the signals passed through the inverter 19 change the sign to the opposite. Because and the projection of the light beam is displayed on the memory matrix 9 and on the photodetector 2, the signals coming from those cells of these matrices 9 and 2, on which the projection of the light beam is displayed, will be doubled, and from all other cells of these matrices 9 and 2, the electrical signals will be amplified to a lesser extent, since the correlation time of the intensity of background sources is less than the time interval between the moment of recording information from the photodetector matrix 2 in the memory matrix 9 and the moment of outputting information from the photodetector matrix 2 and matrices memory 9 to the computer 16. Therefore, the pickup device 11 can be set sufficiently certain cutoff threshold, which enables the computer display to electrical signals from only those cells matrices 2 on which the light beam was projected. Then all the processes in the device will go as described above. In this case, the synchronization unit 21 is not used.

Следует отметить, что в обоих описанных выше случаях компьютер 16 получает сигналы о положении объектива 1 от датчиков 4 и 6 угла поворота приводов 3 и 5 и через контроллер 18 этих приводов 3 и 5 он осуществляет в автоматическом режиме наведение объектива 1 на световой пучок.It should be noted that in both cases described above, the computer 16 receives signals about the position of the lens 1 from the sensors 4 and 6 of the angle of rotation of the actuators 3 and 5 and through the controller 18 of these actuators 3 and 5, it automatically directs the lens 1 to the light beam.

При наличии в устройстве двух схем регистрации светового пучка (см. фиг.2) каждая из этих схем работает так же, как это описано выше. При этом на компьютер 16 будут поступать сигналы от датчиков угла поворота 4 и 6, установленных в каждой из этих схем, т.е. компьютер 16 будут получать сведения о величине угла наклона оптических осей объективов 1, установленных в каждой из схем регистрации светового пучка, к плоскости, проходящей через вторые главные точки объективов 1 в первой и второй схемах регистрации сетевого пучка. Получая сведения о величине указанных углов наклона оптических осей объективов 1 в каждой из схем регистрации светового пучка и имея сведения о расстоянии между этими объективами 1, компьютер легко вычислит расстояние от движущегося транспортного средства до светового пучка и передаст эти сведения на соответствующий индикатор.If the device has two schemes for registering a light beam (see Fig. 2), each of these schemes works in the same way as described above. At the same time, signals from the angle sensors 4 and 6 installed in each of these circuits, i.e. computer 16 will receive information about the angle of inclination of the optical axes of the lenses 1 installed in each of the light beam registration schemes to a plane passing through the second main points of the lenses 1 in the first and second network beam registration schemes. Obtaining information about the magnitude of the indicated tilt angles of the optical axes of the lenses 1 in each of the light beam registration schemes and having information about the distance between these lenses 1, the computer can easily calculate the distance from the moving vehicle to the light beam and transmit this information to the corresponding indicator.

Claims (7)

1. Способ ориентирования в пространстве движущегося транспорта по световому лучу, по которому в заданную зону пространства в определенном направлении посылают световой луч, а на движущемся транспорте принимают излучение, идущее от боковых сторон этого луча, и по этому излучению определяют положение этого луча в пространстве, после чего ориентируют движение транспорта относительно положения в пространстве этого светового луча, отличающийся тем, что на движущемся транспорте излучение, идущее от боковых сторон светового луча, принимают с помощью первой оптической системы и с помощью этой же оптической системы это излучение посылают на первый фоточувствительный экран, выполненный в виде фотоприемной матрицы и установленный на движущемся транспорте, и формируют на этом фоточувствительном экране оптическую проекцию светового луча; возникшие от воздействия сформированной на фоточувствительном экране оптической проекции светового луча электрические сигналы посылают на персональную ЭВМ, с помощью которой затем формируют на видеоэкране изображение светового луча; на этом же видеоэкране показывают направление движения данного транспорта и в дальнейшем ориентируют движение этого транспорта по показанному на этом же видеоэкране взаимному расположению изображения светового луча и направлению движения указанного транспорта.1. A method of orienting in space a moving transport along a light beam, through which a light beam is sent to a given area of space in a certain direction, and radiation moving from the sides of this beam is received on a moving transport, and the position of this beam in space is determined by this radiation, then orient the movement of transport relative to the position in space of this light beam, characterized in that on a moving transport radiation coming from the sides of the light beam is received with using the first optical system and using the same optical system, this radiation is sent to the first photosensitive screen, made in the form of a photodetector array and mounted on a moving vehicle, and form on this photosensitive screen an optical projection of the light beam; electrical signals arising from the action of the optical projection of the light beam formed on the photosensitive screen are sent to a personal computer, with which then an image of the light beam is formed on the video screen; on the same video screen they show the direction of movement of the given transport and further orient the movement of this transport according to the relative position of the image of the light beam shown on the same video screen and the direction of motion of the specified transport. 2. Способ ориентирования в пространстве движущегося транспорта по световому лучу по п.1, отличающийся тем, что излучение, идущее от боковых сторон светового луча, одновременно с первой оптической системой принимают так же и с помощью второй оптической системы, расположенной от первой оптической системы на расстоянии не меньше, чем на 0,5 метра; с помощью второй оптической системы указанное излучение посылают на второй фоточувствительный экран, также выполненный в виде фотоприемной матрицы и установленный на движущемся транспорте; на втором фоточувствительном экране также формируют оптическую проекцию светового луча, а возникшие при этом электрические сигналы посылают на ту же персональную ЭВМ, на которую посылают электрические сигналы, идущие от первого фоточувствительного экрана; определяют направление оптической оси каждой из фотоприемных систем в момент получения изображения проекции светового луча и угол наклона этой оптической оси каждой из фотоприемных систем к заданной плоскости, проходящей через вторые главные точки объективов обеих фотоприемных систем, и по этим углам наклона, а так же по расстоянию между вторыми главными точками объективов обеих фотоприемных систем и по положению изображения проекции светового луча на фоточувствительном экране определяют расстояние до светового луча и характеристики положения его в пространстве.2. The method of orientation in space of a moving vehicle along a light beam according to claim 1, characterized in that the radiation coming from the sides of the light beam, simultaneously with the first optical system, is also received using the second optical system located from the first optical system at a distance of not less than 0.5 meters; using a second optical system, said radiation is sent to a second photosensitive screen, also made in the form of a photodetector array and mounted on a moving vehicle; on the second photosensitive screen, an optical projection of the light beam is also formed, and the electrical signals that arise in this case are sent to the same personal computer to which electric signals are sent coming from the first photosensitive screen; determine the direction of the optical axis of each of the photodetection systems at the time of obtaining the image projection of the light beam and the angle of inclination of this optical axis of each of the photodetection systems to a given plane passing through the second main points of the lenses of both photodetection systems, and these angles, as well as the distance between the second main points of the lenses of both photodetection systems and the position of the image projection of the light beam on the photosensitive screen determine the distance to the light beam and characteristics and its position in space. 3. Способ ориентирования в пространстве движущегося транспорта по световому лучу по п.1, отличающийся тем, что в заданную зону пространства в определенном направлении посылают импульсный световой луч.3. The method of orientation in space of a moving vehicle along a light beam according to claim 1, characterized in that a pulsed light beam is sent to a given area of space in a certain direction. 4. Устройство для ориентирования в пространстве движущегося транспорта по световому лучу, содержащее компьютер, блок синхронизации и схему регистрации светового луча, в состав которой входят объектив, фотоприемная матрица, матрица памяти, дифференциальный усилитель, блок формирования номера ячейки, пороговое устройство, причем содержащийся в схеме регистрации светового луча объектив оптически связан с указанной фотоприемной матрицей, выход этой фотоприемной матрицы электрически связан со входом указанной матрицы памяти и параллельно - с одним из входов дифференциального усилителя указанной схемы регистрации светового луча; выход же дифференциального усилителя электрически связан со входом указанного порогового устройства, выход которого электрически связан со входом указанного блока формирования номера ячейки фотоприемной матрицы, а выход этого блока формирования номера ячейки электрически связан с портом компьютера, отличающееся тем, что в нем установлен монитор, а в схему регистрации светового луча введен контроллер фотоприемной матрицы, выход которого связан с блоком формирования номера ячейки, при этом указанный монитор своим входом электрически связан с выходом компьютера, блок синхронизации своим выходом электрически связан со свободным портом компьютера, а контроллер фотоприемной матрицы своим входом электрически связан с другим свободным портом компьютера, причем одним своим выходом этот же контроллер электрически связан со входом самой фотоприемной матрицы, а другим своим выходом - с матрицей памяти.4. A device for orienting in the space of a moving vehicle along a light beam, comprising a computer, a synchronization unit and a light beam registration circuit, which includes a lens, a photodetector, a memory matrix, a differential amplifier, a cell number generating unit, a threshold device, and In the light-beam registration scheme, the lens is optically coupled to the specified photodetector array, the output of this photodetector array is electrically connected to the input of the indicated memory matrix and in parallel - with one of the inputs of the differential amplifier circuit of said recording light beam; the output of the differential amplifier is electrically connected to the input of the indicated threshold device, the output of which is electrically connected to the input of the indicated unit for generating the cell number of the photodetector matrix, and the output of this unit for generating the cell number is electrically connected to the computer port, characterized in that a monitor is installed in it, and in a photo-beam registration circuit, a photodetector matrix controller is introduced, the output of which is connected to the cell number generating unit, and the specified monitor is electrically connected to the computer output, the synchronization unit with its output is electrically connected to the free port of the computer, and the photodetector matrix controller is connected by its input to the other free port of the computer, and with its output the same controller is electrically connected to the input of the photodetector itself, and by its other output - with a memory matrix. 5. Устройство для ориентирования в пространстве движущегося транспорта по световому лучу по п.4, отличающееся тем, что в нем установлены инвертор и электрический переключатель, при этом инвертор своим входом электрически связан с выходом фотоприемной матрицы, а своим выходом через электрический переключатель так же электрически связан с инверсным входом дифференциального усилителя, причем электрический переключатель установлен таким образом, чтобы он мог осуществлять переключение выхода фотоприемной матрицы на инверсный вход дифференциального усилителя либо через инвертор, либо минуя инвертор.5. A device for orienting in the space of a moving vehicle according to a light beam according to claim 4, characterized in that an inverter and an electric switch are installed in it, while the inverter is electrically connected to the output of the photodetector with its input, and also electrically through its output through the electric switch connected to the inverse input of the differential amplifier, and the electrical switch is installed so that it can switch the output of the photodetector matrix to the inverse input of the differential A personal amplifier either through the inverter, or bypassing the inverter. 6. Устройство для ориентирования в пространстве движущегося транспорта по световому лучу по п.5, отличающееся тем, что в нем объектив, содержащийся в схеме регистрации светового луча, выполнен с возможностью поворота вокруг двух взаимно ортогональных осей, в самой схеме регистрации светового луча установлены два управляемых привода, два датчика угла поворота и контроллер приводов, причем каждый из управляемых приводов механически связан с указанным объективом и таким образом, чтобы он обеспечивал поворот этого объектива только вокруг своей оси; своим управляющим входом каждый из указанных приводов электрически связан с управляющими выходами контроллера приводов, а сам контроллер приводов своим входом электрически связан со своим портом компьютера; указанные же датчики угла поворота механически связаны с осями вращения своих управляемых приводов, а своими выходами они также электрически связаны со своими портами этого же компьютера.6. The device for orienting in the space of a moving vehicle along a light beam according to claim 5, characterized in that the lens contained in the registration scheme of the light beam is made with the possibility of rotation around two mutually orthogonal axes, in the registration scheme of the light beam there are two controlled drives, two rotation angle sensors and a drive controller, each of the controlled drives being mechanically connected to the specified lens and so that it provides rotation of this lens only around oy axis; with its control input, each of these drives is electrically connected to the control outputs of the drive controller, and the drive controller with its input is electrically connected to its computer port; the indicated angle-of-rotation sensors are mechanically connected with the rotation axes of their controlled drives, and with their outputs they are also electrically connected with their ports of the same computer. 7. Устройство для ориентирования в пространстве движущегося транспорта по световому лучу по п.6, отличающееся тем, что в нем выполнена вторая схема регистрации светового луча, которая является такой же, как и первая; при этом управляющие входы управляемых приводов, содержащихся во второй схеме регистрации светового луча, электрически связаны через свои контроллеры приводов с управляющим портом компьютера; выходы датчиков угла поворота второй схемы регистрации светового луча электрически связаны со своими портами этого же компьютера.7. A device for orienting in the space of a moving vehicle along a light beam according to claim 6, characterized in that a second registration scheme for the light beam is made in it, which is the same as the first; wherein the control inputs of the controlled drives contained in the second light beam registration circuit are electrically connected through their drive controllers to the control port of the computer; the outputs of the angle sensors of the second light beam registration circuit are electrically connected to their ports on the same computer.
RU2006102907/28A 2006-02-01 2006-02-01 Method of orientation of transport facility moving in space by light beam and device for realization of this method RU2322371C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006102907/28A RU2322371C2 (en) 2006-02-01 2006-02-01 Method of orientation of transport facility moving in space by light beam and device for realization of this method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006102907/28A RU2322371C2 (en) 2006-02-01 2006-02-01 Method of orientation of transport facility moving in space by light beam and device for realization of this method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006102907A RU2006102907A (en) 2007-08-20
RU2322371C2 true RU2322371C2 (en) 2008-04-20

Family

ID=38511582

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006102907/28A RU2322371C2 (en) 2006-02-01 2006-02-01 Method of orientation of transport facility moving in space by light beam and device for realization of this method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2322371C2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2491204C1 (en) * 2009-12-15 2013-08-27 Виталий Гаврилович Савельев Method of conning sea and river ships along preset course
RU2494932C1 (en) * 2012-04-26 2013-10-10 Сергей Владимирович Фещенко Method of aircraft landing optical path formation
RU2539039C1 (en) * 2013-06-27 2015-01-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет) Method of preparation of take-off runway of flight basin of water aerodrome for take-off and water landing of hydro-airplane
WO2021087594A1 (en) * 2019-11-08 2021-05-14 Уавлас Сп. Зо.О. System and method for precision landing

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЗУЕВ В.Е., ФАДЕЕВ В.Я. ЛАЗЕРНЫЕ НАВИГАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ. - М., 1987, с.89-90, 153-155. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2491204C1 (en) * 2009-12-15 2013-08-27 Виталий Гаврилович Савельев Method of conning sea and river ships along preset course
RU2494932C1 (en) * 2012-04-26 2013-10-10 Сергей Владимирович Фещенко Method of aircraft landing optical path formation
RU2539039C1 (en) * 2013-06-27 2015-01-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет) Method of preparation of take-off runway of flight basin of water aerodrome for take-off and water landing of hydro-airplane
WO2021087594A1 (en) * 2019-11-08 2021-05-14 Уавлас Сп. Зо.О. System and method for precision landing

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006102907A (en) 2007-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10989537B2 (en) Sonar sensor fusion and model based virtual and augmented reality systems and methods
US9841503B2 (en) Optical ground tracking apparatus, systems, and methods
US9223025B2 (en) Underwater platform with LIDAR and related methods
JP2017502258A (en) System for monitoring the marine environment
US20140313321A1 (en) Optical ground tracking apparatus, systems, and methods
US10527423B1 (en) Fusion of vision and depth sensors for navigation in complex environments
EP2824418A1 (en) Surround sensing system
US11892298B2 (en) Navigational danger identification and feedback systems and methods
RU2591875C1 (en) Method of constructing map of exogenous geological processes of area along route of main oil line
KR101880437B1 (en) Unmanned surface vehicle control system for providing wide viewing angle using real camera image and virtual camera image
US10073165B2 (en) Distance measurement instrument with scanning function
RU2322371C2 (en) Method of orientation of transport facility moving in space by light beam and device for realization of this method
RU2137149C1 (en) Gear for target detection
RU2559332C1 (en) Method of detecting small unmanned aerial vehicles
KR102372446B1 (en) Method for water level measurement and obtaining 3D water surface spatial information using unmanned aerial vehicle and virtual water control points
CN207249118U (en) The laser scanning range-finding device of glasses for guiding blind
JP3443106B2 (en) Floating object detection / monitoring method and device
KR101406061B1 (en) System for River Management
RU2314229C2 (en) Method of complex illumination of external underwater situation of habitable submersible vehicles
WO2018140645A1 (en) Three dimensional target selection systems and methods
RU121941U1 (en) DEVICE FOR VISUALIZATION OF UNDERWATER OBJECTS
RU148255U1 (en) LASER OPTICAL AND LOCATION STATION
RU2626244C1 (en) Method and system of positioning group of submarine objects in limited water volume
JP2000346856A (en) Method and device for measurement of speed of traveling body
US20210302545A1 (en) Adaptive method and mechanisms for fast lidar and positioning applications