RU2540154C2

RU2540154C2 - Apparatus for detecting optical and optoelectronic

Info

Publication number: RU2540154C2
Application number: RU2013115216/28A
Authority: RU
Inventors: Александр Анатольевич Герасимов; Валерий Васильевич Дубов; Виталий Михайлович Климов; Игорь Анатольевич Марков; Василий Васильевич Перебейнос; Сергей Дмитриевич Питик; Борис Викторович Прилепский
Original assignee: Открытое акционерное общество "Швабе - Исследования"
Priority date: 2013-04-05
Filing date: 2013-04-05
Publication date: 2015-02-10
Also published as: RU2013115216A

Abstract

FIELD: physics, optics.

SUBSTANCE: invention relates to optoelectronic instrument-making and can be used in scanning optoelectronic laser location systems. The apparatus includes an illumination channel with a laser emitter and a receiving channel with a photodetector with a lens, and a viewing device for displaying the scanned space. The optical element of the laser emitter of the illumination channel is in the form of a spherical lens. The photodetector is in the form of a CCD array and is mounted in the focal plane of the receiving channel. The photodetector is supplemented with a device for optical division of image fields into two, with field polarisation in mutually perpendicular directions. The apparatus further includes a ranging device, a monitor and an electronic control unit which comprises a navigation unit, a random-access memory and communication module.

EFFECT: providing stealth surveillance; determining coordinates of an object in a wide instantaneous angular field of vision; automatic operating mode.

1 dwg

Description

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению и может использоваться в обзорно поисковых оптико-электронных системах лазерной локации, использующих принцип отражения излучения от исследуемого объекта.The invention relates to optoelectronic instrumentation and can be used in the survey search optoelectronic laser location systems using the principle of reflection of radiation from the object under study.

Известно устройство обнаружения оптоэлектронных объектов, описанное в патенте RU №2129287, МПК G01S 17/00, опубликованном в 1999 г. Устройство содержит последовательно соединенные объектив, электронно-оптический преобразователь, блок затворных импульсов, выход которого подключен к входу ЭОП, фотоприемное устройство и видеоконтрольное устройство (монитор), частотно-импульсный лазер, модулятор и делитель кадровой частоты, синхрогенератор, блок обработки видеосигнала.A device for detecting optoelectronic objects is known, described in patent RU No. 2129287, IPC G01S 17/00, published in 1999. The device contains a series-connected lens, an electron-optical converter, a block of gate pulses, the output of which is connected to the input of the image intensifier, a photodetector and a video monitoring device device (monitor), pulse-frequency laser, modulator and frame frequency divider, clock generator, video signal processing unit.

Известно устройство обнаружения оптико-электронных объектов, описанное в патенте RU №2349929, МПК G01S 17/00, опубликованном в 2008 г. Устройство содержит объектив, электронно-оптический преобразователь, фотоприемник, телевизионный блок обработки, видеоконтрольный блок, синхрогенератор, делитель кадровой частоты, модулятор, импульсный лазер, объектив, блок затворных импульсов, пульт управления, лазер с "ножевой" диаграммой излучения. Недостатком данного устройства является использование ЭОП, обладающего высокой чувствительностью к локальным световым помехам (яркие вспышки света, свет фар автомобиля, открытого огня, другие яркие вспышки света), в результате снижается дальность наблюдения. Также "обратная" засветка ПНВ излучением ИК-прожектора, рассеянным на неоднородностях атмосферы, большие габариты и масса ограничивают область применения данного устройства.A device for detecting optoelectronic objects is described in patent RU No. 2349929, IPC G01S 17/00, published in 2008. The device includes a lens, an electron-optical converter, a photodetector, a television processing unit, a video monitoring unit, a sync generator, a frame frequency divider, modulator, pulsed laser, lens, block of shutter pulses, control panel, laser with a “knife” radiation pattern. The disadvantage of this device is the use of an image intensifier tube that is highly sensitive to local light interference (bright flashes of light, car headlights, open flames, other bright flashes of light), resulting in a reduced range. Also, the “backlight” of NVD by the radiation of an IR projector scattered by inhomogeneities of the atmosphere, large dimensions and mass limit the scope of this device.

Наиболее близким аналогом к данному изобретению является устройство обнаружения оптических и оптико-электронных приборов, описанное в патенте РФ №2223515, МПК G01S 17/00, опубликованном в 2004 г.The closest analogue to this invention is a device for detecting optical and optoelectronic devices described in RF patent No. 2223515, IPC G01S 17/00, published in 2004.

Устройство содержит лазерный излучатель с блоком питания формирующий лазерное излучение, цилиндрический объектив в виде цилиндрической асферической линзы с эллиптическим контуром образующей поверхности фотоприемников, установленную вертикально в плоскости приемного канала, входной объектив, блок обработки сигнала, устройство наблюдения в виде линейки светоиндикаторов отображения обнаруженного объекта. Но данное устройство имеет спектральный диапазон (0,8-1,0 мкм) лазерного излучателя, обеспечивающий заметность работы устройства для распространенных средств наблюдения (ПНВ, телевизионные каналы), малое угловое поле зрения, относительно большое время идентификации местоположения за счет необходимости применения ручного сканирования для обнаружения оптического и оптико-электронного прибора, невозможность точного измерения дальности, отсутствие географической привязки к местности, невозможность передачи результатов сканирования на внешние устройства сбора информации, невозможность хранения и отображения информации по ранее отсканированным объектам.The device contains a laser emitter with a power supply unit that generates laser radiation, a cylindrical lens in the form of a cylindrical aspherical lens with an elliptical contour forming the surface of the photodetectors, mounted vertically in the plane of the receiving channel, an input lens, a signal processing unit, an observation device in the form of a line of display indicators of the detected object. But this device has a spectral range (0.8-1.0 μm) of the laser emitter, which ensures the visibility of the device for common surveillance tools (NVD, television channels), a small angular field of view, a relatively long time for identifying the location due to the need for manual scanning for detecting optical and optoelectronic devices, the impossibility of accurate range measurement, the lack of geographical location, the inability to transmit scan results to eshnie device information acquisition, the impossibility of storing and displaying information previously scanned objects.

Задачей изобретения является создание устройства с повышенными эксплуатационными характеристиками.The objective of the invention is to provide a device with enhanced performance characteristics.

Технический результат - создание устройства обнаружения оптических и оптико-электронных приборов с возможностью наблюдения местности и обнаружения оптических и оптико-электронных приборов в сумерках (при освещенности от ~1 лк), скрытности работы для распространенных средств наблюдения за счет использования нетрадиционного спектрального диапазона лазерных излучателей в каналах устройства, возможности определения собственного местоположения на местности средствами устройства, повышенной помехозащищенности метода обнаружения оптических и оптико-электронных приборов за счет предварительной обработки и последующего сравнения принимаемых сигналов, зарегистрированных в различных состояниях поляризации, возможности обнаружения оптических и оптико-электронных приборов в широком угловом мгновенном поле зрения (3°×1,9°), измерения относительных координат в мгновенном поле зрения устройства, измерения обнаруженных координат оптических и оптико-электронных приборов на местности, измерения дальности до оптических и оптико-электронных приборов лазерными средствами устройства, хранения в энергонезависимой памяти устройства изображений сюжета с отметками обнаруженных оптических и оптико-электронных приборов, а также цифровых данных координатной информации и информационного обмена с внешним устройством сбора данных.EFFECT: creation of a device for detecting optical and optoelectronic devices with the possibility of observing the terrain and detecting optical and optoelectronic devices at dusk (with illumination from ~ 1 lux), secrecy of work for common surveillance tools through the use of the non-traditional spectral range of laser emitters in device channels, the ability to determine your own location on the ground by means of the device, increased noise immunity of the optical detection method optical and optical-electronic devices due to pre-processing and subsequent comparison of received signals recorded in various polarization states, the possibility of detecting optical and optical-electronic devices in a wide angular instantaneous field of view (3 ° × 1.9 °), measurements of relative coordinates in instantaneous field of view of the device, measuring the detected coordinates of optical and optoelectronic devices on the ground, measuring the distance to optical and optoelectronic devices by laser means Devices, storing plot images in the non-volatile memory of the device with marks of detected optical and optoelectronic devices, as well as digital data of coordinate information and information exchange with an external data acquisition device.

Это достигается тем, что в устройстве обнаружения оптических и оптико-электронных объектов, посредством обзора лоцируемого пространства, содержащее устройство обнаружения, выполненное в виде канала подсветки с лазерным излучателем, сопряженным с оптическим элементом, и приемного канала, содержащего фотоприемное устройство с входным объективом и устройства наблюдения для отображения лоцируемого пространства, в отличие от прототипа, оптический элемент лазерного излучателя канала подсветки выполнен в виде сферического объектива, фотоприемное устройство приемного канала устройства обнаружения выполнено в виде ПЗС матрицы и установлено в фокальной плоскости приемного канала и дополнено устройством оптического деления полей изображения на два с поляризацией полей в взаимно перпендикулярном направлениях, кроме того, в устройство обнаружения оптических и оптико-электронных объектов дополнительно введено устройство дальномерное, содержащее излучающий и приемный каналы, и электронный блок управления, содержащий блок навигации, модуль оперативной памяти и обмена информацией с внешними приемниками посредством обзора лоцируемого пространства, содержащем устройство обнаружения, выполненное в виде канала подсветки с лазерным излучателем, сопряженным с оптическим элементом, и приемного канала, содержащего фотоприемное устройство с входным объективом и видеоконтрольное устройство отображения лоцируемого пространства, в отличающие от известного, оптический элемент лазерного излучателя канала подсветки выполнен в виде сферического объектива, фотоприемное устройство приемного канала устройства обнаружения выполнено в виде матрицы приемников и установлено в фокальной плоскости приемного канала и дополнено устройством оптического деления полей изображения на два с поляризацией полей в взаимно перпендикулярных направлениях, видеоконтрольное устройство отображения лоцируемого пространства и обнаруженных объектов выполнено в виде электронного матричного экрана, кроме того, в устройство обнаружения дополнительно введено дальномерное устройство, содержащее излучающий и приемный каналы, устройство наблюдения, и электронный блок управления, содержащий блок навигации, модуль оперативной памяти и обмена информацией с внешними потребителями.This is achieved by the fact that in the device for detecting optical and optoelectronic objects, by means of a survey of the located space, the device comprises a detection device made in the form of a backlight channel with a laser emitter coupled to the optical element and a receiving channel containing a photodetector device with an input lens and devices observation for displaying the space being located, in contrast to the prototype, the optical element of the laser emitter of the backlight channel is made in the form of a spherical lens, photo the receiving device of the receiving channel of the detection device is made in the form of a CCD matrix and is installed in the focal plane of the receiving channel and is supplemented with a device for optical division of image fields into two with polarization of fields in mutually perpendicular directions, in addition, a device is additionally introduced into the device for detecting optical and optoelectronic objects rangefinder, containing emitting and receiving channels, and an electronic control unit containing a navigation unit, a memory module and an exchange of information radiation with external receivers by means of a survey of the located space containing a detection device made in the form of a backlight channel with a laser emitter paired with an optical element and a receiving channel containing a photodetector with an input lens and a video monitoring device for displaying the space being located, in contrast to the known optical The element of the laser emitter of the backlight channel is made in the form of a spherical lens, the photodetector of the receiving channel of the device The gun is made in the form of a matrix of receivers and is installed in the focal plane of the receiving channel and is supplemented with a device for optical division of the image fields into two with polarization of the fields in mutually perpendicular directions, the video monitoring device for displaying the located space and detected objects is made in the form of an electronic matrix screen, in addition, to the device a detection device, a rangefinder device has been introduced, comprising a transmitting and receiving channels, a monitoring device, and an electronic unit board comprising a navigation unit, memory module, and exchange information with external users.

На фигуре 1 изображена блок-схема устройства.The figure 1 shows a block diagram of a device.

Устройство обнаружения оптических и оптико-электронных приборов состоит из трех оптически сопряженных в пространстве цели блоков: устройства дальномерного 1; устройства обнаружения 2; устройства наблюдения 3 и электронного блока управления 4. Устройство дальномерное 1 предназначено для определении дальности до оптических и оптико-электронных устройств и состоит из канала излучателя, который в свою очередь, состоит из последовательно расположенных на одной оптической оси, лазерного излучателя 5, формирователя излучения в виде телескопической системы 6 и модуля управления излучением 7, и приемного канала, состоящего из последовательно расположенных на одной оптической оси объектива 8 фотоприемного устройства 9 и модуля обработки сигнала 10. Для обеспечения работоспособности в диапазоне длин волн 1,4-1,6 мкм в качестве лазерного излучателя предлагается использовать излучающий модуль МИ-1, генерирующий излучение на длине волны 1,54 мкм.The device for detecting optical and optoelectronic devices consists of three units that are optically paired in the target space: rangefinder devices 1; detection device 2; observation device 3 and an electronic control unit 4. Rangefinder 1 is designed to determine the distance to optical and optoelectronic devices and consists of an emitter channel, which, in turn, consists of sequentially located on one optical axis, a laser emitter 5, a radiation shaper in in the form of a telescopic system 6 and a radiation control module 7, and a receiving channel, consisting of a photodetector device 9 and a module sequentially located on the same optical axis of the lens 8 signal processing 10. To ensure operability in the wavelength range 1.4-1.6 μm, it is proposed to use the MI-1 emitting module as a laser emitter, generating radiation at a wavelength of 1.54 μm.

В устройство обнаружения 2 входят: канал подсветки, состоящий из последовательно расположенных на одной оптической оси лазерного излучателя 11, телескопической системы 12 и электронного блока управления излучателем 13, управляющие сигналы которого подаются на лазерный излучатель 11. В качестве лазерного излучателя 11 предлагается использовать лазерный диод LFO-450 фирмы «ФТИ-Оптроник», генерирующий в диапазоне длин волн 1240-1280 нм.The detection device 2 includes: a backlight channel, consisting of a laser emitter 11 sequentially located on the same optical axis, a telescopic system 12 and an electronic emitter control unit 13, the control signals of which are supplied to the laser emitter 11. It is proposed to use the laser diode LFO as a laser emitter 11 -450 of the FTI-Optronic company, generating in the wavelength range of 1240-1280 nm.

Приемный канал устройства обнаружения 2 состоит из объектива 14, устройства оптического деления полей изображения на два с поляризацией полей во взаимно перпендикулярном направлениях 15, фотоприемника 16, выполненного в виде ПЗС матрицы, установленной в фокальной плоскости объектива и с разделенной приемной площадкой и электронного блока измерения угловых координат 17, устройства оптического деления полей изображения 15, предназначенного для разделения изображения и выделения двух каналов - одного с поляризацией, совпадающей по направлению с поляризацией излучающего лазера 11 и второго с поляризацией, перпендикулярной ему. В качестве фотоприемника 16 используется ПЗС-камера, например OWL SW1.7CL320 фирмы Raptor photonics, которая обладает хорошей чувствительностью в рабочем диапазоне длин волн 900-1700 нм.The receiving channel of the detection device 2 consists of a lens 14, a device for optical division of the image fields into two with polarization of the fields in mutually perpendicular directions 15, a photodetector 16 made in the form of a CCD array mounted in the focal plane of the lens and with a divided receiving area and an electronic unit for measuring angular coordinates 17, the device of the optical field division of the image 15, designed to separate the image and highlight two channels - one with a polarization that coincides in direction w polarized emitting laser 11 and the second with polarization perpendicular to it. As the photodetector 16, a CCD camera is used, for example, OWL SW1.7CL320 from Raptor photonics, which has good sensitivity in the operating wavelength range of 900-1700 nm.

Устройство наблюдения 3 представляет собой телевизионную камеру видимого диапазона, состоящую из объектива 18 и ПЗС-камеры 19, в качестве которой используется бескорпусная камера на плате 32×32 мм с ПЗС-матрицей фирмы SONY типа EXview Had или NEW GEN EXview Had.Surveillance device 3 is a visible television camera consisting of a lens 18 and a CCD camera 19, which uses a frameless camera on a 32 × 32 mm board with a SONY CCD from EXview Had or NEW GEN EXview Had.

Электронный блок управления 4 состоит из: блока управления и синхронизации 20; блока навигации 21 в составе модуля преобразования сигнала 22, компаса электронного 23, датчика крена прибора 24, GPS-приемника 25; блока обработки видеосигнала 26; блока памяти и обмена информацией 27; пульта управления 29; монитора 30. В качестве датчиков крена и тангажа планируется использовать инклинометры разработки ЗАО «Росприбор» типа STS-301-1.The electronic control unit 4 consists of: a control and synchronization unit 20; a navigation unit 21 as part of a signal conversion module 22, an electronic compass 23, a roll sensor 24, a GPS receiver 25; video processing unit 26; block memory and exchange of information 27; control panel 29; Monitor 30. It is planned to use inclinometers developed by Rospribor CJSC of the STS-301-1 type as roll and pitch sensors.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

После включения устройства на мониторе 30, входящем в состав электронного блока управления 4, транслируется сюжет в поле зрения канала. На выходе устройства визирного 3 формируется видеосигнал, который поступает в блок обработки видеосигнала 26 для его смешения с цифровыми данными, при их наличии, (комбинированный видеосигнал) в процессе работы прибора и передачи на вход блока обработки видеосигнала 26. Комбинированный видеосигнал также поступает в блок управления и синхронизации 20 для передачи на хранение в блок памяти и обмена информацией 27. В режиме «Обнаружение» подается командный сигнал на канал устройства дальномерного 1 и устройства обнаружения 2. При наличии сигналов от обнаруженных целей электронный блок измерения угловых координат 17 выделяет полезный сигнал из видеосигнала, поступающего с фотоприемника 16, и формирует код угловых координат цели с последующей передачей на блок управления и синхронизации 20. По значениям кодов угловых координат цели блоком управления и синхронизации 20 вырабатывает сигналы, позволяющие в мгновенном поле зрения приемного канала устройства обнаружения 2 произвести индикацию соответствующей зоны на мониторе 30. Включение и функционирование устройства дальномерного 1 реализуется по логической схеме управления блока управления и синхронизации 20, которая автоматически формирует команду проведения цикла измерения дальности до обнаруженного объекта в случае совпадения следующих событий, если код угловых координат цели соответствует центральной зоне поля зрения устройства обнаружения 2 и с пульта управления 29 подается команда «Измерение» путем удержания соответствующей кнопки. При наличии импульсного эхо-сигнала на выходе фотоприемного устройства 9 устройства дальномерного 1, модуль обработки сигнала 10 формирует код дальности до обнаруженной цели и передает его в блок управления и синхронизации 20, при этом выполняется цикл опроса данных ориентации и навигации с блока навигационного 21. При наличии совокупности кодов данных о цели и положении прибора на местности в блоке управления и синхронизации 20 вычисляются абсолютные значения координат цели на местности (геодезические координаты), коды значений которых передаются на монитор 30 в виде комбинированного видеосигнала. Первый кадр комбинированного видеосигнала, содержащего изображение сюжета, численные значения координат цели и служебную информацию по текущей цели, передаются в блок памяти и обмена информацией 27.After turning on the device on the monitor 30, which is part of the electronic control unit 4, the plot is broadcast in the field of view of the channel. At the output of the sighting device 3, a video signal is generated, which enters the video signal processing unit 26 for mixing it with digital data, if any, (combined video signal) during operation of the device and transmission to the input of the video signal processing unit 26. The combined video signal also enters the control unit and synchronization 20 for transmission to the memory unit and exchange of information 27. In the "Detection" mode, a command signal is sent to the channel of the rangefinder device 1 and the detection device 2. If there is a signal From the detected targets, the electronic unit for measuring the angular coordinates 17 extracts the useful signal from the video signal coming from the photodetector 16, and generates a code of the angular coordinates of the target, followed by transmission to the control and synchronization unit 20. Based on the values of the codes of the angular coordinates of the target, the control and synchronization unit 20 generates signals allowing in the instantaneous field of view of the receiving channel of the detection device 2 to indicate the corresponding zone on the monitor 30. The inclusion and operation of the rangefinder 1 is implemented according to the control logic circuit of the control and synchronization unit 20, which automatically generates a command for conducting a cycle of measuring the distance to the detected object in the event of the following events coinciding, if the code of the angular coordinates of the target corresponds to the central zone of the field of view of the detection device 2 and the command “Measurement” is sent from the control panel 29 »By holding the corresponding button. If there is a pulse echo signal at the output of the photodetector device 9 of the rangefinder 1 device, the signal processing module 10 generates a range code to the detected target and transmits it to the control and synchronization unit 20, and the orientation and navigation data are polled from the navigation unit 21. When the presence of a set of codes of data about the target and the position of the device on the ground in the control and synchronization unit 20 calculates the absolute values of the coordinates of the target on the ground (geodetic coordinates), the codes of which are not edayutsya on the monitor 30 as a composite video signal. The first frame of the combined video signal containing the plot image, numerical values of the target coordinates and service information for the current target are transmitted to the memory and information exchange unit 27.

Таким образом, создано устройство обнаружения оптических и оптико-электронных приборов, в котором устройство обнаружения выполнено, в виде телевизионного канала на ПЗС матрице, обладающей чувствительностью в диапазоне длин волн 900-1700 нм, обеспечивает мгновенное поле зрения размером 3°×1,9°. Выполнение устройства обнаружения с лазерным излучателем на длине волны 1,3 мкм, устройства дальномерного, работающего на длине волны 1,5 мкм, обеспечивают скрытность обзора. Встроенные средства ориентации и навигации, ЭВМ обеспечивающая обработку, хранение и обмен информацией с внешними ЭВМ, обеспечивают работу в автоматическом режиме.Thus, a device for detecting optical and optoelectronic devices has been created, in which the detection device is made in the form of a television channel on a CCD matrix having a sensitivity in the wavelength range of 900-1700 nm, provides an instantaneous field of view of 3 ° × 1.9 ° . The implementation of the detection device with a laser emitter at a wavelength of 1.3 μm, a rangefinder device operating at a wavelength of 1.5 μm, provide stealth visibility. Built-in means of orientation and navigation, a computer that provides processing, storage and exchange of information with external computers, provide automatic operation.

Claims

A device for detecting optical and optoelectronic objects through a survey of the space being located, comprising a detection device made in the form of a backlight channel with a laser emitter coupled to an optical element and a receiving channel containing a photodetector with an input lens, and an observation device for displaying the space being navigated characterized in that the optical element of the laser emitter of the backlight channel is made in the form of a spherical lens, a photodetector receiving device of the channel of the detection device is made in the form of a CCD matrix and is installed in the focal plane of the receiving channel and is supplemented with a device for optical division of image fields into two with polarization of fields in mutually perpendicular directions; in addition, a rangefinder is additionally introduced into the device for detecting optical and optoelectronic objects, containing emitting and receiving channels, and an electronic control unit containing a navigation unit, a memory module and the exchange of information with external receivers ikami.