RU2729802C1 - High-speed objects detection method and device for its implementation - Google Patents

High-speed objects detection method and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2729802C1
RU2729802C1 RU2019145488A RU2019145488A RU2729802C1 RU 2729802 C1 RU2729802 C1 RU 2729802C1 RU 2019145488 A RU2019145488 A RU 2019145488A RU 2019145488 A RU2019145488 A RU 2019145488A RU 2729802 C1 RU2729802 C1 RU 2729802C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radiation source
reflected
laser
signals
pulses
Prior art date
Application number
RU2019145488A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юлия Андреевна Миронова
Дмитрий Юрьевич Черепко
Вадим Валерьевич Шмыгин
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина"
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 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом"), Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина" filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Priority to RU2019145488A priority Critical patent/RU2729802C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2729802C1 publication Critical patent/RU2729802C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S17/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/4808—Evaluating distance, position or velocity data

Abstract

FIELD: optics.SUBSTANCE: invention relates to the field of optical location of space and a method of detecting high-speed objects. Method includes scanning of space with a sequence of laser signals, recording of scattered and / or reflected laser signals and determination of distance and angular position of object. In standby mode, laser radiation source generates single pulses with rated frequency. After the object falls into the sensitivity zone, the photodetector detects the reflected signal, which processes the computing device, signal is transmitted to the logic element which switches the radiation source to operating mode with frequency several times higher than the rated frequency. At that, the radiation source generates a pulse train, the computing device compares the number of emitted pulses and the number of reflected signals and transmits information to the logic element, which makes a conclusion on presence of object in sensitivity zone and transmits information to data processing unit, which determines parameters of object movement.EFFECT: technical result consists in increase in pulse generation frequency, acceleration of object detection, reduction of time for signal processing after object detection and device simplification.4 cl, 2 dwg

Description

Область техникиTechnology area

Изобретение относится к системам, определяющим местоположение или обнаруживающим объекты с использованием отражения электромагнитных волн, а также измеряющих расстояния до объектов по линии визирования.The invention relates to systems that determine the position or detect objects using the reflection of electromagnetic waves, as well as measuring the distance to objects along the line of sight.

Более конкретно изобретение относится к оптической локации пространства и может быть использовано в измерительной аппаратуре, системах предупреждения столкновения транспортных средств, в навигационных устройствах и в системах охранной сигнализации, а также в оптических устройствах обнаружения объектов и препятствий для обеспечения движения транспортных средств в условиях ограниченного пространства.More specifically, the invention relates to optical location of space and can be used in measuring equipment, vehicle collision avoidance systems, in navigation devices and in security alarm systems, as well as in optical devices for detecting objects and obstacles to ensure the movement of vehicles in a confined space.

Предшествующий уровень техникиPrior art

Под оптической локацией понимается режим функционирования локатора, включающий в себя обзор заданной области пространства, обработку отраженных сигналов, принятие решения о наличии или отсутствии объектов и препятствий в зоне чувствительности.Optical location is understood as the operating mode of the locator, which includes an overview of a given area of space, processing of reflected signals, making a decision on the presence or absence of objects and obstacles in the sensitivity zone.

Известен способ, описанный в патенте РФ №2385471 «Способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта», G01S 17/50, G01С 3/08, приоритет: 27.10.2009, опубликовано 27.03.2010, авторы: Вильнер В.Г. (RU), Волобуев В.Г. (RU), Казаков A.A. (RU), Рябокуль Б.К. (RU), патентообладатель: Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" (RU).The known method is described in the patent of the Russian Federation No. 2385471 "Method for determining the range and / or speed of a distant object", G01S 17/50, G01C 3/08, priority: 27.10.2009, published on 27.03.2010, authors: Vilner V.G. (RU), Volobuev V.G. (RU), Kazakov A.A. (RU), Ryabokul B.K. (RU), patentee: Federal State Unitary Enterprise "Research Institute" Polyus "named after MF Stelmakh" (RU).

Способ определения скорости и дальности удаленного объекта, включающий многократное зондирование объекта путем посылки на него серии n лазерных импульсов и определения в каждом i-м зондировании временного интервала ti и между моментами излучения лазерного импульса, и приема отраженного объектом излучения. При каждом зондировании определяют и регистрируют значения моментов текущего времени Тi, в которые производят посылки лазерных импульсов, регистрируют значения измеренных интервалов ti в серии n зондирований, после завершения серии для каждого зондирования определяют отсчеты дальности Ri=c⋅ti/2, где с - скорость света, интерполируют полученные выборочные значения Ri линейной зависимостью вида R*(T)=R*0+V*T, где R*0 - оценка дальности в начальный момент периода измерения, V* - оценка средней скорости объекта за время измерения, Т - текущее время, устанавливают величину ΔR допустимого отклонения измеренных значений от интерполирующей функции. После этого определяют модули ΔRi=/Ri(Ti)-Ri*(Ti)/ отклонения замеров Ri(Ti) от соответствующих интерполированных значений Ri*(Ti), аннулируют замеры, в которых ΔRi>ΔR, и повторно интерполируют оставшиеся выборочные значения дальности зависимостью вида R**(T)=R**0+V**T, по которой судят об уточненных значениях дальности R0 и скорости V объекта.A method for determining the speed and range of a distant object, including multiple probing of the object by sending a series of n laser pulses to it and determining in each i-th probing the time interval t i and between the moments of the laser pulse radiation and receiving the radiation reflected by the object. At each sounding, the values of the current time moments T i are determined and recorded, at which the laser pulses are sent, the values of the measured intervals t i in a series of n soundings are recorded, after the end of the series for each sounding, the range readings R i = c⋅t i / 2 are determined, where c is the speed of light, the obtained sampled values of R i are interpolated by a linear dependence of the form R * (T) = R * 0 + V * T, where R * 0 is the estimate of the range at the initial moment of the measurement period, V * is the estimate of the average speed of the object for measurement time, T - current time, set the value ΔR of the permissible deviation of the measured values from the interpolating function. After that, the modules ΔR i = / R i (T i ) -R i * (T i ) / the deviation of the measurements R i (T i ) from the corresponding interpolated values R i * (T i ) are determined, the measurements are canceled, in which ΔR i > ΔR, and the remaining sampled values of the range are re-interpolated by the dependence of the form R ** (T) = R ** 0 + V ** T, which is used to judge the refined values of the range R 0 and the velocity V of the object.

Признаками, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются определение скорости и дальности удаленного объекта, многократное зондирование объекта путем посылки на него серии n лазерных импульсов, определение в каждом i-м зондировании временного интервала ti между моментами излучения лазерного импульса и приема отраженного объектом излучения. При каждом зондировании определяют и регистрируют значения моментов текущего времени Тi, в которые производят посылки лазерных импульсов.Signs that coincide with the essential features of the claimed invention are the determination of the speed and range of a distant object, repeated sensing of the object by sending a series of n laser pulses to it, determination in each i-th sensing of the time interval t i between the moments of the laser pulse emission and the reception of the radiation reflected by the object ... At each probing, the values of the moments of the current time T i at which the laser pulses are sent are determined and recorded.

Недостатком данного способа является то, что необходимо обрабатывать большое количество измеренных величин, поскольку временной интервал между излученным и отраженным сигналом определяется в каждом зондировании. Также необходимо учитывать величину ΔR допустимого отклонения измеренных значений от интерполирующей функции, учитывать коэффициент вероятности безошибочного измерения q, а также среднеквадратическую ошибку измерения дальности в каждом измерении. Таким образом, для обработки полученных данных необходимо использовать сложную схемотехнику, что увеличивает время срабатывания устройства и, соответственно, не позволяет детектировать высокоскоростные объекты.The disadvantage of this method is that it is necessary to process a large number of measured values, since the time interval between the emitted and reflected signal is determined in each sounding. It is also necessary to take into account the value ΔR of the permissible deviation of the measured values from the interpolating function, take into account the probability coefficient of error-free measurement q, as well as the root-mean-square error of measuring the range in each measurement. Thus, to process the obtained data, it is necessary to use a complex circuitry, which increases the response time of the device and, accordingly, does not allow the detection of high-speed objects.

Известно устройство, описанное в патенте РФ №2546219 «Оптический блок неконтактного взрывателя боеприпаса», МПК: F42C 13/02, опубликовано 10.04.2015, авторы: Алямов А.Э. (RU), Баннов В.Я. (RU), Батурин А.Г. (RU), Камнев Ю.В. (RU).You know the device described in the patent of the Russian Federation No. 2546219 "Optical unit of the proximity fuse of ammunition", IPC: F42C 13/02, published on 10.04.2015, authors: Alyamov A.E. (RU), Bannov V.Ya. (RU), Baturin A.G. (RU), Kamnev Yu.V. (RU).

Оптический блок неконтактного взрывателя боеприпаса содержит источник оптического излучения, коллимирующую линзу, фокусирующую линзу и фотоприемник. За коллимирующей линзой установлена цилиндрическая линза. Фоточувствительный элемент фотоприемника выполнен в виде матрицы из М≥1 независимых рядов по N≥1 независимых фоточувствительных элементов в каждом ряду, имеющих индивидуальные выходы. Длина матрицы из N элементов, расположенной вдоль экваториальной плоскости боеприпаса, соизмерима с фокусным расстоянием фокусирующей линзы.The optical unit of the proximity fuse of the ammunition contains an optical radiation source, a collimating lens, a focusing lens and a photodetector. A cylindrical lens is installed behind the collimating lens. The photosensitive element of the photodetector is made in the form of a matrix of M≥1 independent rows of N≥1 independent photosensitive elements in each row having individual outputs. The length of the matrix of N elements located along the equatorial plane of the ammunition is commensurate with the focal length of the focusing lens.

Признаками, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются источник оптического излучения, фокусирующая линза, фотоприемник, цилиндрическая линза, фоточувствительный элемент, состоящий из n сегментов.The features that coincide with the essential features of the claimed invention are an optical radiation source, a focusing lens, a photodetector, a cylindrical lens, and a photosensitive element consisting of n segments.

Недостатком данного устройства является то, что при увеличении числа каналов, состоящих из источника излучения, коллимирующей линзы, цилиндрической линзы, защитных стекол, фокусирующей линзы, фотоприемника, происходит усложнение конструкции, что ухудшает ее надежность и массогабаритные характеристики.The disadvantage of this device is that with an increase in the number of channels consisting of a radiation source, a collimating lens, a cylindrical lens, protective glasses, a focusing lens, a photodetector, the design becomes more complex, which worsens its reliability and weight and size characteristics.

В качестве прототипа для способа был выбран патент РФ №2456637 «Способ лазерной локации», МПК: G01S 17/42, дата подачи заявки: 26.10.2010, опубликовано 20.07.2012, авторы: Лопота В.A. (RU), Легостаев В.П. (RU), Рудой И.Г. (RU), Сорока А.М. (RU), Зеленщиков А.Н. (RU), патентообладатель: Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" (RU).As a prototype for the method was chosen RF patent No. 2456637 "Method of laser ranging", IPC: G01S 17/42, filing date: 26.10.2010, published on 20.07.2012, authors: V.A. Lopota. (RU), Legostaev V.P. (RU), Rudoy I.G. (RU), Soroka A.M. (RU), Zelenshchikov A.N. (RU), patentee: Open Joint Stock Company SP Korolev Rocket and Space Corporation Energia (RU).

Способ лазерной локации, включает сканирование пространства последовательностью лазерных сигналов, генерируемых лазерным локатором, регистрацию отраженных объектом лазерных сигналов, определение расстояния до объекта по времени задержки между излученными и принятыми сигналами, а углового положения объекта - по направлению соответствующего излученного сигнала. В качестве генерируемого лазерным локатором сигнала используют цуг из, по меньшей мере, двух импульсов с изменяемым промежутком времени между импульсами и/или соотношением амплитуд импульсов в каждом цуге.The method of laser location includes scanning the space with a sequence of laser signals generated by a laser locator, registering the laser signals reflected by the object, determining the distance to the object by the time delay between the emitted and received signals, and the angular position of the object in the direction of the corresponding emitted signal. A train of at least two pulses with a variable time interval between pulses and / or the ratio of pulse amplitudes in each train is used as a signal generated by a laser locator.

Признаками, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются сканирование пространства последовательностью лазерных сигналов, регистрацию рассеянных и/или отраженных объектом лазерных сигналов, определение расстояния до объекта по времени задержки между излученными и принятыми сигналами, а углового положения объекта - по направлению соответствующего излученного сигнала.Signs that coincide with the essential features of the claimed invention are space scanning with a sequence of laser signals, registration of scattered and / or reflected laser signals by the object, determination of the distance to the object by the time delay between the emitted and received signals, and the angular position of the object in the direction of the corresponding emitted signal.

Недостатком данного способа является то, что для реализации данного способа необходимо использовать высокочастотный лазерный локатор в течение продолжительного временного периода, что неизбежно приводит к необходимости охлаждения локатора и, следовательно, усложнению конструкции устройства. Для определения параметров движения объекта необходимо использовать несколько цуг волн, состоящих из двух или более импульсов с разными амплитудами и промежутками по времени, что увеличивает время на обработку сигнала после обнаружения объектов и накладывает ограничение на возможность детектирования высокоскоростных объектов. Также недостатком является то, что для определения углового положения объекта в пространстве необходимо использовать механический привод, что усложняет возможную конструкцию устройства и ограничивает его применимость и соответственно увеличивает время на обнаружение объекта.The disadvantage of this method is that for the implementation of this method it is necessary to use a high-frequency laser locator for a long time period, which inevitably leads to the need to cool the locator and, consequently, to complicate the design of the device. To determine the parameters of an object's motion, it is necessary to use several wave trains consisting of two or more pulses with different amplitudes and time intervals, which increases the time for signal processing after object detection and imposes a limitation on the possibility of detecting high-speed objects. Also, the disadvantage is that to determine the angular position of an object in space, it is necessary to use a mechanical drive, which complicates the possible design of the device and limits its applicability and, accordingly, increases the time to detect the object.

В качестве прототипа для устройства был выбран патент РФ №2375724 «Способ лазерной локации заданной области пространства и устройство для его осуществления», МПК: G01S 17/02, опубликовано 10.12.2009, авторы: Вышиваный И.Г. (RU), Галченко Б.И. (RU), Израилев Б.И. (RU), Перевалов А.И. (RU), Ткач А.Я. (RU), Патентообладатели: ГК «Росатом» (RU), ФГУП "РФЯЦ-ВНИИТФ им. академ. Е.И. Забабахина" (RU), НИИИС (RU).As a prototype for the device was chosen RF patent No. 2375724 "Method of laser location of a given area of space and a device for its implementation", IPC: G01S 17/02, published on 10.12.2009, authors: Vyshyvaniy I.G. (RU), Galchenko B.I. (RU), Izrailev B.I. (RU), Perevalov A.I. (RU), Tkach A.Ya. (RU), Patent holders: State Corporation Rosatom (RU), FSUE RFNC-VNIITF named after academician EI Zababakhin (RU), NIIIS (RU).

Устройство для лазерного обнаружения постороннего объекта в заданной области пространства, содержит вычислительное устройство, выход которого соединен с индикатором распознавания объекта, передающую и приемную оптические системы с пересекающимися полями зрения, образующие зону чувствительности, снабженные объективами, в фокальной плоскости которых размещены источник светового излучения и фотоприемное устройство. Источник светового излучения выполнен лазерным и импульсным. В объективах передающей и принимающей оптических систем установлены цилиндрические линзы. Цилиндрические линзы сориентированы относительно друг друга таким образом, что их плоскости сечения наибольшей кривизны параллельны друг другу.A device for laser detection of a foreign object in a given area of space, contains a computing device, the output of which is connected to an object recognition indicator, transmitting and receiving optical systems with intersecting fields of view, forming a sensitivity zone, equipped with lenses, in the focal plane of which a light source and a photodetector are located. device. The light source is made of laser and pulsed. Cylindrical lenses are installed in the lenses of the transmitting and receiving optical systems. Cylindrical lenses are oriented relative to each other in such a way that their cross-sectional planes of greatest curvature are parallel to each other.

Признаками, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются вычислительное устройство (ВУ), передающая и приемная оптические системы с пересекающимися полями зрения, образующие зону чувствительности, источник светового излучения и фотоприемное устройство (ФПУ), источник светового излучения выполнен лазерным и импульсным.Signs that coincide with the essential features of the claimed invention are a computing device (VU), transmitting and receiving optical systems with intersecting fields of view, forming a sensitivity zone, a light source and a photodetector (PDD), the light source is laser and pulsed.

В качестве недостатка можно отметить, что для расширения области пространства, в которой проводится лазерная локация, вводится механический привод ориентирования. Это усложняет устройство и увеличивает его габаритные размеры. Также устройство не позволяет определять скорость высокоскоростных объектов.As a disadvantage, it can be noted that a mechanical orientation drive is introduced to expand the area of space in which the laser ranging is carried out. This complicates the device and increases its overall dimensions. Also, the device does not allow determining the speed of high-speed objects.

Раскрытие изобретения.Disclosure of the invention.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка способа и создание компактного устройства для осуществления регистрации высокоскоростных объектов.The problem to be solved by the claimed invention is to develop a method and create a compact device for registering high-speed objects.

Технический результат, достигаемый при решении этой задачи, заключается в увеличении частоты генерации импульсов, уменьшении времени на обнаружение объекта и времени на обработку сигнала после обнаружения объекта, при одновременном уменьшении количества деталей в составе устройства и упрощении конструкции устройства.The technical result achieved by solving this problem is to increase the frequency of pulse generation, reduce the time for object detection and the time for signal processing after object detection, while reducing the number of parts in the device and simplifying the device design.

Указанный технический результат в устройстве достигается тем, что устройство для обнаружения высокоскоростных объектов, содержащее вычислительное устройство, передающую и приемную оптические системы, с пересекающимися полями зрения, образующие зону чувствительности, и фотоприемное устройство, лазерный и импульсный источник светового излучения, согласно изобретению, устройство снабжено блоком обработки данных. Вычислительное устройство снабжено логическим элементом и соединено с источником излучения и блоком обработки данных, в состав которого включен индикатор распознавания объекта. Приемная оптическая система снабжена фокусирующей линзой, в фокальной плоскости которой размещено фотоприемное устройство. Передающая оптическая система снабжена цилиндрической линзой, в фокальной плоскости которой размещен источник излучения. Системы установлены в одной вертикальной плоскости друг под другом, с центральными оптическими осями, параллельными друг другу.The specified technical result in the device is achieved in that a device for detecting high-speed objects, comprising a computing device, transmitting and receiving optical systems, with intersecting fields of view, forming the sensitivity zone, and a photodetector, laser and pulsed light source, according to the invention, the device is equipped with data processing unit. The computing device is equipped with a logic element and is connected to a radiation source and a data processing unit, which includes an object recognition indicator. The receiving optical system is equipped with a focusing lens, in the focal plane of which a photodetector is placed. The transmitting optical system is equipped with a cylindrical lens, in the focal plane of which the radiation source is located. The systems are installed in the same vertical plane, one below the other, with central optical axes parallel to each other.

Указанный технический результат в способе достигается тем, что способ обнаружения высокоскоростных объектов, включающий сканирование пространства последовательностью лазерных сигналов, регистрацию рассеянных и/или отраженных объектом лазерных сигналов, определение расстояния до объекта по времени задержки между излученными и принятыми сигналами, а углового положения объекта - по направлению соответствующего излученного сигнала, согласно изобретению, лазерный источник излучения генерирует единичные импульсы в дежурном режиме с паспортной частотой. После попадания объекта в зону чувствительности фотоприемное устройство регистрирует отраженный сигнал, который обрабатывает вычислительное устройство. От него сигнал поступает в логический элемент, который переключает источник излучения в рабочий режим с частотой, в несколько раз большей, чем паспортная частота. При этом источник излучения генерирует пачку импульсов. Отраженные от объекта сигналы проходят фотоприемное устройство и вычислительное устройство, которое сравнивает количество излученных импульсов в пачке и количество отраженных сигналов. Далее ВУ передает информацию в логический элемент, который делает вывод о наличии высокоскоростного объекта в зоне чувствительности и передает информацию в блок обработки данных, который определяет параметры движения объекта.The specified technical result in the method is achieved in that the method for detecting high-speed objects, including scanning the space with a sequence of laser signals, registering scattered and / or reflected laser signals by the object, determining the distance to the object by the time delay between the emitted and received signals, and the angular position of the object according to the direction of the corresponding emitted signal, according to the invention, the laser radiation source generates single pulses in standby mode with the passport frequency. After the object enters the sensitivity zone, the photodetector registers the reflected signal, which is processed by the computing device. From it, the signal enters the logic element, which switches the radiation source to the operating mode with a frequency several times higher than the rated frequency. In this case, the radiation source generates a burst of pulses. The signals reflected from the object pass through a photodetector and a computing device, which compares the number of emitted pulses in the burst and the number of reflected signals. Further, the VU transmits information to the logic element, which concludes that there is a high-speed object in the sensitivity zone and transmits the information to the data processing unit, which determines the parameters of the object's motion.

Совокупность перечисленных существенных признаков обеспечивает получение технического результата - уменьшение количества деталей в составе устройства, упрощение конструкции устройства, увеличение частоты генерации импульсов, уменьшение времени на обнаружение объекта, экономия времени на обработку сигнала после обнаружения объекта.The combination of the above essential features provides a technical result - a decrease in the number of parts in a device, a simplified device design, an increase in the pulse generation frequency, a decrease in the time for object detection, and time savings for signal processing after object detection.

Это позволяет разработать способ и создать компактное устройство обнаружения объектов для осуществления регистрации высокоскоростных объектов.This makes it possible to develop a method and create a compact object detection device for registering high-speed objects.

Вычислительное устройство может делать вывод о наличии объекта в зоне чувствительности при наличии отраженных сигналов из пачки излученных импульсов.The computing device can make a conclusion about the presence of an object in the sensitivity zone in the presence of reflected signals from a burst of emitted pulses.

Это дополнительно улучшает технический результат - уменьшение времени на обнаружение объекта, уменьшение времени на обработку сигнала после обнаружения объекта.This further improves the technical result - reducing the time for detecting an object, reducing the time for signal processing after detecting an object.

Логический элемент при отсутствии отраженных сигналов из пачки излученных импульсов может переключать источник излучения в дежурный режим.The logic element in the absence of reflected signals from the burst of emitted pulses can switch the radiation source into standby mode.

Это дополнительно улучшает технический результат - увеличение частоты генерации импульсов.This further improves the technical result - an increase in the pulse generation frequency.

Краткое описание фигур и чертежей.Brief description of figures and drawings.

На фиг. 1 представлена функциональная схема оптического устройства обнаружения объектов.FIG. 1 is a functional diagram of an optical object detection device.

На фиг. 2 представлена блок-схема работы устройства.FIG. 2 shows a block diagram of the device operation.

Варианты осуществления изобретения.Embodiments of the invention.

Как показано на фиг. 1, устройство обнаружения объектов, которое состоит из корпуса 1, включающего в себя приемную оптическую систему и передающую оптическую систему.As shown in FIG. 1, an object detection device, which consists of a housing 1 including a receiving optical system and a transmitting optical system.

Приемная оптическая система состоит из фотоприемного устройства ФПУ 2, фокусирующей линзы 3 и обладает полем зрения 4. Передающая оптическая система состоит из лазерного источника излучения 5, цилиндрической линзы 6 и имеет поле излучения 7. Пересечение поля зрения 4 приемной оптической системы и поля излучения 7 передающей оптической системы образует зону чувствительности 8.The receiving optical system consists of a photodetector FPU 2, a focusing lens 3 and has a field of view 4. The transmitting optical system consists of a laser radiation source 5, a cylindrical lens 6 and has a radiation field 7. The intersection of the field of view 4 of the receiving optical system and the radiation field 7 of the transmitting of the optical system forms a sensitivity zone 8.

Передающая и приемная оптические системы установлены в одной вертикальной плоскости устройства друг под другом, как показано на фиг. 1. Центральные оптические оси X и Y этих систем лежат в этой же плоскости и параллельны друг другу.The transmitting and receiving optical systems are installed in the same vertical plane of the device, one below the other, as shown in FIG. 1. The central optical axes X and Y of these systems lie in the same plane and are parallel to each other.

Вычислительное устройство 9 с помощью логического элемента 10 передает сигнал на лазерный источник излучения 5 и в блок обработки данных 11.The computing device 9, using the logic element 10, transmits a signal to the laser radiation source 5 and to the data processing unit 11.

По сравнению с прототипом, устройство не содержит объектива принимающей оптической системы с установленной цилиндрической линзой, фоточувствительного элемента, выполненного в виде фотодетектора для формирования видеоимпульса. Также изобретение не имеет сканирующего устройства, сервопривода с платформой. Это позволяет уменьшить количество деталей в составе устройства, упростить конструкцию устройства и уменьшить время на обнаружение объекта.Compared to the prototype, the device does not contain a lens of the receiving optical system with a cylindrical lens installed, a photosensitive element made in the form of a photodetector for forming a video pulse. Also, the invention does not have a scanning device, a servo drive with a platform. This reduces the number of parts in the device, simplifies the design of the device and reduces the time for object detection.

Работа устройства обнаружения высокоскоростных объектов осуществляется следующим образом.The operation of the device for detecting high-speed objects is as follows.

Лазерный источник излучения 5 генерирует единичные импульсы в дежурном режиме с паспортной частотой, которые, проходя через цилиндрическую линзу 6, образуют поле излучения 7. Устройство сканирует пространство последовательностью лазерных сигналов.The laser radiation source 5 generates single pulses in standby mode with a passport frequency, which, passing through the cylindrical lens 6, form the radiation field 7. The device scans the space with a sequence of laser signals.

Поле зрения 4 приемной оптической системы устройства образовано полем зрения линзы 3.The field of view 4 of the receiving optical system of the device is formed by the field of view of the lens 3.

Пересечение поля зрения 4 приемной оптической системы и поля излучения 7 передающей оптической системы образует зону чувствительности 8. При попадании высокоскоростного объекта 12 в зону чувствительности 8 отраженные от объекта 12 сигналы проходят фокусирующую линзу 3, регистрируются ФПУ 2 и передаются в ВУ 9. Логический элемент 10, входящий в состав ВУ 9, выдает команду на переключение лазерного источника излучения 5 в рабочий режим, при котором происходит генерация излучения с частотой, в несколько раз большей, чем паспортная частота. Источник излучения 5 генерирует пачку импульсов, которая осуществляет локацию заданного пространства. После этого ВУ 9 сравнивает количество излученных импульсов в пачке и количество отраженных сигналов от объекта 12 и передает информацию в логический элемент 10. Логический элемент 10 делает вывод о наличии или отсутствии высокоскоростного объекта 12 в зоне чувствительности 8. В случае отсутствия объекта 12 логический элемент 10 переключает источник лазерного излучения 5 в дежурный режим. При наличии объекта 12, источник излучения 5 продолжает находиться в рабочем режиме, а информация о принятых импульсах передается логическим элементом 10 в блок обработки данных 11.The intersection of the field of view 4 of the receiving optical system and the radiation field 7 of the transmitting optical system forms the sensitivity zone 8. When a high-speed object 12 enters the sensitivity zone 8, the signals reflected from the object 12 pass the focusing lens 3, are recorded by the FPU 2 and transmitted to the VU 9. Logic element 10 , which is part of the VU 9, issues a command to switch the laser radiation source 5 to the operating mode, in which radiation is generated with a frequency several times higher than the rated frequency. The radiation source 5 generates a burst of pulses, which locates a given space. After that, VU 9 compares the number of emitted pulses in the packet and the number of reflected signals from the object 12 and transmits the information to the logical element 10. The logical element 10 concludes that there is or is not a high-speed object 12 in the sensitivity zone 8. In the absence of the object 12, the logical element 10 switches the laser source 5 to standby mode. In the presence of the object 12, the radiation source 5 continues to be in the operating mode, and information about the received pulses is transmitted by the logic element 10 to the data processing unit 11.

Здесь полученный электрический сигнал обрабатывается с целью оценки параметров обнаружения и классификации объекта 12, результаты вычисления поступают в индикатор распознавания объекта 13, входящий в состав блока обработки данных 11.Here, the received electrical signal is processed in order to estimate the parameters of detection and classification of the object 12, the results of the calculation are fed to the object recognition indicator 13, which is part of the data processing unit 11.

По сравнению с прототипом увеличена частота генерации импульсов в рабочем режиме при предположительном появлении объекта 12, уменьшено время на обнаружение объекта 12, что позволяет решить задачу регистрации высокоскоростных объектов.In comparison with the prototype, the frequency of pulse generation in the operating mode is increased when the object 12 appears, the time for detecting the object 12 is reduced, which makes it possible to solve the problem of registering high-speed objects.

Также в блоке обработке данных 11 происходит определение расстояния до объекта 12 по времени задержки между излученным и принятым сигналами, а углового положения объекта - по направлению соответствующего излученного сигнала при использовании в носителе нескольких устройств, осуществляющих сканирование пространства в разных направлениях.Also, in the data processing unit 11, the distance to the object 12 is determined by the delay time between the emitted and received signals, and the angular position of the object - in the direction of the corresponding emitted signal when using several devices in the carrier that scan space in different directions.

По сравнению с прототипом, сравнение количества излученных и отраженных импульсов позволяет уменьшить время на обнаружение объекта, уменьшить время на обработку сигнала после обнаружения высокоскоростного объекта.Compared to the prototype, the comparison of the number of emitted and reflected pulses makes it possible to reduce the time for object detection, reduce the time for signal processing after detecting a high-speed object.

В представленной реализации устройства логический элемент 10 позволяет осуществлять обнаружение высокоскоростных объектов 12 с необходимой вероятностью согласно критерию обнаружения «k из n» (Малашин М.С., Каминский Р.П., Борисов Ю.Б. «Основы проектирования лазерных локационных систем». - М.: Высшая школа, 1983 г., с. 83-87). Поскольку возможно задавать необходимое минимальное количество принятых отраженных импульсов из пачки излученных для подтверждения обнаружения объекта 12, то это позволяет использовать устройство для решения различных задач в составе различных носителей.In the presented implementation of the device, the logical element 10 allows the detection of high-speed objects 12 with the required probability according to the detection criterion "k out of n" (MS Malashin, RP Kaminsky, Yu.B. Borisov "Fundamentals of the design of laser location systems." - M .: Higher school, 1983, p. 83-87). Since it is possible to set the required minimum number of received reflected pulses from the emitted burst to confirm the detection of the object 12, this allows the device to be used to solve various problems as part of various carriers.

При использовании данного способа обнаружения объектов, непродолжительная работа источника излучения в рабочем режиме позволяет избежать деградации источника вследствие перегрева, и, соответственно, увеличивает непрерывное время работы всего устройства при обнаружении высокоскоростных объектов.When using this method of object detection, the short-term operation of the radiation source in the operating mode avoids degradation of the source due to overheating, and, accordingly, increases the continuous operation time of the entire device when high-speed objects are detected.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

Возможно использование изобретения в оптических неконтактных датчиках, лазерных дальномерах и устройствах оптической локации пространства, а также в качестве универсального устройства обнаружения объектов и препятствий для обеспечения движения транспортных средств в условиях ограниченного пространства.It is possible to use the invention in non-contact optical sensors, laser range finders and optical location devices, as well as as a universal device for detecting objects and obstacles to ensure the movement of vehicles in a confined space.

Решение поставленной задачи и работоспособность оптического устройства обнаружения объекта была подтверждена в ходе комплекса проведенных исследований.The solution to the problem and the operability of the optical device for detecting an object was confirmed in the course of a set of studies.

Claims (4)

1. Способ обнаружения высокоскоростных объектов, включающий сканирование пространства последовательностью лазерных сигналов, регистрацию рассеянных и/или отраженных объектом лазерных сигналов, определение расстояния до объекта по времени задержки между излученными и принятыми сигналами, а углового положения объекта - по направлению соответствующего излученного сигнала, отличающийся тем, что лазерный источник излучения генерирует единичные импульсы в дежурном режиме с паспортной частотой, после попадания объекта в зону чувствительности фотоприемное устройство регистрирует отраженный сигнал, который обрабатывает вычислительное устройство, от него сигнал поступает в логический элемент, который переключает источник излучения в рабочий режим с частотой в несколько раз большей, чем паспортная частота, при этом источник излучения генерирует пачку импульсов, отраженные от объекта сигналы проходят фотоприемное устройство и вычислительное устройство, которое сравнивает количество излученных импульсов в пачке и количество отраженных сигналов и передает информацию в логический элемент, который делает вывод о наличии высокоскоростного объекта в зоне чувствительности и передает информацию в блок обработки данных, который определяет параметры движения объекта.1. A method for detecting high-speed objects, including scanning space with a sequence of laser signals, registering scattered and / or reflected laser signals by the object, determining the distance to the object by the time delay between the emitted and received signals, and the angular position of the object in the direction of the corresponding emitted signal, characterized by that the laser radiation source generates single pulses in standby mode with a passport frequency, after the object enters the sensitivity zone, the photodetector registers the reflected signal, which is processed by the computing device, from which the signal enters the logic element, which switches the radiation source to the operating mode with a frequency of several times higher than the rated frequency, while the radiation source generates a burst of pulses, the signals reflected from the object pass the photodetector and the computing device, which compares the number of emitted pulses ls in a pack and the number of reflected signals and transmits information to the logical element, which concludes that there is a high-speed object in the sensitivity zone and transmits information to the data processing unit, which determines the parameters of the object's motion. 2. Способ обнаружения высокоскоростных объектов по п. 1, отличающийся тем, что логический элемент делает вывод о наличии объекта в зоне чувствительности при наличии отраженных сигналов из пачки излученных импульсов.2. A method for detecting high-speed objects according to claim 1, characterized in that the logical element concludes that there is an object in the sensitivity zone in the presence of reflected signals from a burst of emitted pulses. 3. Способ обнаружения высокоскоростных объектов по п. 1, отличающийся тем, что логический элемент при отсутствии отраженных сигналов из пачки излученных импульсов переключает источник излучения в дежурный режим.3. A method for detecting high-speed objects according to claim 1, characterized in that the logic element, in the absence of reflected signals from the burst of emitted pulses, switches the radiation source into standby mode. 4. Устройство для обнаружения высокоскоростных объектов, содержащее вычислительное устройство, передающую и приемную оптические системы с пересекающимися полями зрения, образующие зону чувствительности, и фотоприемное устройство, лазерный и импульсный источник светового излучения, отличающееся тем, что устройство снабжено блоком обработки данных, вычислительное устройство снабжено логическим элементом и соединено с источником излучения и блоком обработки данных, в состав которого включен индикатор распознавания объекта, приемная оптическая система снабжена фокусирующей линзой, в фокальной плоскости которой размещено фотоприемное устройство, передающая оптическая система снабжена цилиндрической линзой, в фокальной плоскости которой размещен источник излучения, системы установлены в одной вертикальной плоскости друг под другом, с центральными оптическими осями, параллельными друг другу.4. A device for detecting high-speed objects, comprising a computing device, transmitting and receiving optical systems with intersecting fields of view, forming a sensitivity zone, and a photodetector, a laser and pulsed light source, characterized in that the device is equipped with a data processing unit, the computing device is equipped a logical element and connected to a radiation source and a data processing unit, which includes an object recognition indicator, the receiving optical system is equipped with a focusing lens, in the focal plane of which a photodetector is placed, the transmitting optical system is equipped with a cylindrical lens, in the focal plane of which the radiation source is located, the systems are installed in the same vertical plane one below the other, with central optical axes parallel to each other.
RU2019145488A 2019-12-30 2019-12-30 High-speed objects detection method and device for its implementation RU2729802C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019145488A RU2729802C1 (en) 2019-12-30 2019-12-30 High-speed objects detection method and device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019145488A RU2729802C1 (en) 2019-12-30 2019-12-30 High-speed objects detection method and device for its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2729802C1 true RU2729802C1 (en) 2020-08-13

Family

ID=72086234

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019145488A RU2729802C1 (en) 2019-12-30 2019-12-30 High-speed objects detection method and device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2729802C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5365055A (en) * 1992-05-28 1994-11-15 Cincinnati Microwave, Inc. Test circuit for a pulsed-laser detector
RU2375724C1 (en) * 2008-03-24 2009-12-10 РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ, от имени которой выступает государственный заказчик - Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"(Госкорпорация "Росатом") Method for laser location of specified region of space and device for its implementation
RU2456637C1 (en) * 2010-10-26 2012-07-20 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Laser location method
US20190107606A1 (en) * 2017-10-09 2019-04-11 Luminar Technologies, Inc. Lidar system with adjustable pulse period

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5365055A (en) * 1992-05-28 1994-11-15 Cincinnati Microwave, Inc. Test circuit for a pulsed-laser detector
RU2375724C1 (en) * 2008-03-24 2009-12-10 РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ, от имени которой выступает государственный заказчик - Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"(Госкорпорация "Росатом") Method for laser location of specified region of space and device for its implementation
RU2456637C1 (en) * 2010-10-26 2012-07-20 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Laser location method
US20190107606A1 (en) * 2017-10-09 2019-04-11 Luminar Technologies, Inc. Lidar system with adjustable pulse period

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5118180A (en) Method and apparatus for determining the range of vision of a motor vehicle driver upon encountering fog or other obstacle
US10698094B2 (en) 3D-position determination method and device
CN110749898B (en) Laser radar ranging system and ranging method thereof
US9891432B2 (en) Object detection device and sensing apparatus
EP1813963B1 (en) Target detection apparatus and system
EP2453253B1 (en) A multi-directional active sensor system and a method for sensing electromagnetic radiation
JP5673753B2 (en) Target detection apparatus and system
US4926050A (en) Scanning laser based system and method for measurement of distance to a target
US9981604B2 (en) Object detector and sensing apparatus
EP2993489B1 (en) Laser radar device
EP0493651A2 (en) System for the detection of the position and orientation of an object in space
US11592561B2 (en) LIDAR system
EP3299841B1 (en) Method and apparatus for analyzing reflection signals, driver assistance system, and vehicle
RU173766U1 (en) Laser location device for a given area of space
CN108710118A (en) A kind of laser radar
US7348538B2 (en) Methods and systems for detecting proximity of an object
CN203811818U (en) Quick pass type moving target radiation inspection system
RU2729802C1 (en) High-speed objects detection method and device for its implementation
RU2516376C2 (en) Device of laser finding of specified space area
CN115480253A (en) Three-dimensional scanning laser radar based on SPAD linear array detector
ES2248411T3 (en) PROCEDURE AND DEVICE FOR ESTIMATING PARAMETERS OF MOVEMENT OF OBJECTIVES.
RU186704U1 (en) Laser location device for a given area of space
EP3761056B1 (en) Optical scanner, object detector, and sensing apparatus
GB2151871A (en) Laser weapon detector
US20190120937A1 (en) Lidar signal processing apparatus and method