RU2788943C1 - Method for pointing a laser beam at an object - Google Patents
Method for pointing a laser beam at an object Download PDFInfo
- Publication number
- RU2788943C1 RU2788943C1 RU2022116042A RU2022116042A RU2788943C1 RU 2788943 C1 RU2788943 C1 RU 2788943C1 RU 2022116042 A RU2022116042 A RU 2022116042A RU 2022116042 A RU2022116042 A RU 2022116042A RU 2788943 C1 RU2788943 C1 RU 2788943C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- polar
- optical
- wedges
- coordinates
- coordinate system
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical Effects 0.000 claims abstract description 32
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 241001442055 Vipera berus Species 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к оптико-механическому приборостроению, в частности к устройствам для наведения лазерного луча на объекты в пространстве, и может быть использовано для работы в ограниченных углах точных контуров наведения двухконтурных систем наведения лазерных комплексов.The invention relates to optical-mechanical instrumentation, in particular to devices for pointing a laser beam at objects in space, and can be used to work in limited angles of precise guidance loops of double-loop guidance systems for laser complexes.
Известен способ управления оптическим лучом в пространстве, основанный на применении оптического клина с переменным преломляющим углом, образующимся в результате поворота одной из линз двухлинзовой системы вокруг точки, находящейся на оптической оси. Этот способ позволяет развертывать оптический луч по любой траектории, однако его применение ограничено сложной оптико-механической конструкцией, и уже при малых величинах угла поворота подвижной линзы происходит ухудшение качества оптического изображения из-за возникновения в линзах нецентрированных аберраций [1].A known method of controlling an optical beam in space, based on the use of an optical wedge with a variable refractive angle, resulting from the rotation of one of the lenses of the two-lens system around a point located on the optical axis. This method makes it possible to deploy an optical beam along any trajectory, however, its use is limited by a complex optical-mechanical design, and even at small values of the angle of rotation of the movable lens, the quality of the optical image deteriorates due to the appearance of non-centered aberrations in the lenses [1].
Известен способ отклонения оптического луча раздельным поворотом двух оптических клиньев вокруг оптической оси оптического прибора, параллельной развертываемому лучу [2]. Этот способ позволяет развертывать оптический луч по любой траектории и, в частности, по одной из следующих: розеточной, спиральной, циклоидальной, круговой и строчной, каждая из которых может быть получена только при определенном отношении скоростей вращения оптических клиньев. Такой способ развертывания оптического луча требует больших углов поворота оптических клиньев для обеспечения развертывания оптического луча по любой траектории, в том числе и для малых амплитуд развертки. Кроме того, недостатком способа является отсутствие возможности осуществлять в автоматическом режиме сопровождение и наведение луча на подвижные пространственные объекты.A known method of deflection of the optical beam separate rotation of the two optical wedges around the optical axis of the optical device, parallel to the deployable beam [2]. This method allows the optical beam to be deployed along any trajectory and, in particular, along one of the following: rosette, helical, cycloidal, circular and horizontal, each of which can be obtained only at a certain ratio of optical wedge rotation speeds. This method of deploying an optical beam requires large angles of rotation of the optical wedges to ensure the deployment of the optical beam along any trajectory, including for small sweep amplitudes. In addition, the disadvantage of this method is the inability to automatically track and point the beam at moving spatial objects.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ развертывания оптического луча [3] путем раздельного поворота двух оптических клиньев, установленных по ходу луча, ребра оптических клиньев предварительно ориентируют непараллельно друг другу, и угол поворота одного из оптических клиньев определяют из соотношения: F1=K1A 2 х-Ax(K2+K3A 2 х)+K4AyA 2 х, а угол поворота другого оптического клина определяют из соотношения: F2=K5A 2 у-Ay(K6+Y7A 2 у)+K8AxA 2 у, где F1, F2 - углы поворота оптических клиньев относительно исходного состояния; K1 …. K8 - коэффициенты, определяемые оптическими характеристиками каждого из клиньев; Ах, Ау - приращения угловых координат луча на траектории развертывания, х, у - угловые координаты точки на траектории развертывания.The closest in technical essence to the proposed method is the method of deploying an optical beam [3] by separately rotating two optical wedges installed along the beam, the edges of the optical wedges are preliminarily oriented non-parallel to each other, and the angle of rotation of one of the optical wedges is determined from the ratio: F 1 \u003d K 1 A 2 x-A x (K 2 +K 3 A 2 x) + K 4 A y A 2 x, and the angle of rotation of the other optical wedge is determined from the relationship: F 2 \u003d K 5 A 2 y-A y ( K 6 +Y 7 A 2 y)+K 8 A x A 2 y, where F 1 , F 2 - angles of rotation of the optical wedges relative to the initial state; K 1 .... K 8 - coefficients determined by the optical characteristics of each of the wedges; A x , A y - increments of the angular coordinates of the beam on the deployment trajectory, x, y - angular coordinates of a point on the deployment trajectory.
Недостатками способа являются низкое быстродействие и точность ввиду громоздкости необходимых вычислительных процедур для углов поворота клиньев и сложности предварительных процедур по ориентировке ребер оптических клиньев. Кроме того, недостатком способа является отсутствие возможности осуществлять в автоматическом режиме сопровождение и наведение луча на подвижные пространственные объекты с высокой точностью.The disadvantages of this method are low speed and accuracy due to the cumbersomeness of the necessary computational procedures for the angles of rotation of the wedges and the complexity of the preliminary procedures for orienting the edges of the optical wedges. In addition, the disadvantage of this method is the inability to automatically track and point the beam at moving spatial objects with high accuracy.
Задачей изобретения является создание способа наведения лазерного луча на объект с повышенными эксплуатационными характеристиками за счет увеличения его быстродействия, точности и возможности осуществлять в автоматическом режиме сопровождение и наведение луча на подвижные пространственные объекты.The objective of the invention is to create a method for pointing a laser beam at an object with improved performance by increasing its speed, accuracy and the ability to automatically track and point the beam at moving spatial objects.
Поставленная задача решается тем, что в известном способе наведения лазерного луча, включающем поворот двух оптических клиньев, установленных по ходу луча, определение угла поворота каждого оптического клина по заданным соотношениям для необходимого приращения координаты луча в прямоугольной системе координат, значение необходимого приращения координаты луча определяют как ошибку наведения луча из соотношений:The problem is solved by the fact that in the known method of pointing a laser beam, including the rotation of two optical wedges installed along the beam, determining the angle of rotation of each optical wedge according to the given ratios for the required increment of the beam coordinate in a rectangular coordinate system, the value of the required increment of the beam coordinate is determined as beam pointing error from the relations:
Δρ=ρ1-ρ2, где: Δρ - ошибка наведения полярного радиуса отметки луча; ρ1 - полярный радиус отметки объекта; ρ2 - полярный радиус отметки луча; Δϕ=ϕ1-ϕ2, где: Δϕ - ошибка наведения полярного угла отметки луча; ϕ1 - полярный угол отметки объекта; ϕ2 - полярный угол отметки луча; при этом координаты объекта и луча в полярной системе координат определяют по координатам в прямоугольной системе координат из соотношений:Δρ=ρ 1 -ρ 2 , where: Δρ - pointing error of the polar radius of the beam mark; ρ 1 - polar radius of the mark of the object; ρ 2 - polar radius of the mark of the beam; Δϕ=ϕ 1 -ϕ 2 , where: Δϕ - pointing error of the polar angle of the beam mark; ϕ 1 - polar angle mark of the object; ϕ 2 - polar angle mark of the beam; in this case, the coordinates of the object and the beam in the polar coordinate system are determined by the coordinates in the rectangular coordinate system from the relations:
ϕ1=arctg Y1/X1; ϕ2=arctg Y2/X2, ϕ 1 =arctg Y 1 /X 1 ; ϕ 2 \u003d arctg Y 2 /X 2 ,
где: X1, Y1 и X2, Y2 - координаты соответственно объекта и луча в прямоугольной системе координат, отработку необходимого приращения координаты осуществляют в автоматическом режиме, связанно поворачивая два оптических клина, одновременно управляя полярным радиусом, поворачивая клинья на одинаковые углы в разные стороны, и полярным углом, поворачивая те же клинья на одинаковые углы в одну сторону.where: X 1 , Y 1 and X 2 , Y 2 are the coordinates of the object and the beam, respectively, in a rectangular coordinate system; different sides, and a polar angle, turning the same wedges at the same angles in one direction.
Предлагаемый способ наведения лазерного луча на объект осуществляется в соответствии со структурной схемой системы наведения лазерного луча следующим образом (фиг. 1). Для поворота клиньев 1 и 2 используются два безредукторных привода 3 и 4 на базе кольцевых электродвигателей (для каждого клина свой двигатель). Для управления приводами используется информация с телевизионного приемного устройства 5 о координатах объекта и отметки луча, полученная в прямоугольной системе координат (координаты X и Y), эти значения в преобразователе координат 6 преобразуют в значения полярных радиусов ρ1 и полярных углов ϕ1 отметок объекта и полярных радиусов ρ2 и полярных углов ϕ2 отметок луча, используя соотношения:The proposed method of aiming a laser beam at an object is carried out in accordance with the block diagram of the laser beam guidance system as follows (Fig. 1). To rotate
ϕ1=arctg Y1/X1; ϕ2=arctg Y2/Х2, ϕ 1 =arctg Y 1 /X 1 ; ϕ 2 \u003d arctg Y 2 /X 2 ,
где: X1, Y1 и X2, Y2 - координаты соответственно объекта и луча в прямоугольной системе координат. Значения полярных координат объекта и отметки луча подаются на дискриминаторы 7 и 8, в которых вычисляются ошибки наведения луча на объект в поле зрения приемника как рассогласование между отметкой объекта (в приемном устройстве полярные координаты ρ1 ϕ1) и отметкой луча (в приемном устройстве полярные координаты ρ2 ϕ2) (фиг. 2). Причем дискриминатор 7 определяет рассогласование (ошибку наведения) полярных радиусов Δρ, а дискриминатор 8 - рассогласование (ошибку наведения) полярных углов Δϕ. Сигналы с выхода дискриминаторов поступают в сумматоры 9 и 10, причем в сумматоре 9 суммируются сигналы Δρ и Δϕ с одинаковыми знаками, а в сумматоре 10 суммируются сигналы Δρ и Δϕ с противоположными знаками. То есть вычисляются и подаются для управления приводами просуммированные ошибки наведения Δρ и Δϕ. На фиг. 2 показано нахождение отметки объекта и отметки луча в первом квадранте координатной плоскости, когда координаты X и Y положительны, в противном случае при определении величины полярного угла необходимо учитывать, в каких квадрантах эти отметки находятся.where: X 1 , Y 1 and X 2 , Y 2 - coordinates respectively of the object and the beam in a rectangular coordinate system. The values of the polar coordinates of the object and the marks of the beam are fed to the
Система наведения лазерного луча в соответствии со структурной схемой работает по предлагаемому способу следующим образом. Верхняя ветвь схемы будет управлять величиной полярного радиуса отметки луча путем синхронного разворота клиньев в разные стороны, для чего на один привод подается «+Δρ», а на другой «-Δϕ». Одновременно с этим нижняя ветвь схемы, формируя дополнительный сигнал для тех же двигателей, будет управлять синхронным поворотом тех же клиньев на величину Δϕ в одну и ту же сторону, тем самым осуществляя управление полярным углом отметки луча. Здесь в сумматорах 9 и 10 алгебраически суммируются сигналы управления, приводы (каждый!) отрабатывают итоговый суммарный (Δϕ+/-Δρ) сигнал своего канала, реализуя слежение по ошибкам, пересчитанным в полярные координаты. Таким образом осуществляется автоматический режим наведения. Существенно, что для работы в автоматическом режиме по предлагаемому способу достаточно одной пары оптических клиньев, в то время как независимое отклонение луча в автоматическом режиме в прямоугольнных координатах X и Y требует двух пар клиньев, что может вызывать взаимное влияние приводов по координатам X и Y и привести к дополнительным ошибкам наведения.The laser beam guidance system in accordance with the block diagram works according to the proposed method as follows. The upper branch of the circuit will control the value of the polar radius of the beam mark by synchronously turning the wedges in different directions, for which “+Δρ” is applied to one drive, and “-Δϕ” to the other. At the same time, the lower branch of the circuit, generating an additional signal for the same engines, will control the synchronous rotation of the same wedges by Δϕ in the same direction, thereby controlling the polar angle of the beam mark. Here, in the
Возможность работы устройства в автомагическом режиме по ошибке, замеряемой непосредственно в приемном устройстве, позволяет обеспечить высокое быстродействие и точность наведения луча. Благодаря исключению сложных процедур по предварительной юстировке ребер клиньев, наличию жестких кинематических связей между вращающимися частями устройства, исключающих люфты и упругие деформации в элементах конструкции, передающих вращающий момент, обеспечивается высокая точность конструкции, что повышает точность наведения.The ability of the device to operate in auto-magic mode by an error measured directly in the receiving device makes it possible to ensure high speed and accuracy of beam guidance. Due to the exclusion of complex procedures for preliminary adjustment of the edges of the wedges, the presence of rigid kinematic connections between the rotating parts of the device, which exclude backlash and elastic deformations in the structural elements that transmit torque, a high accuracy of the structure is ensured, which increases the accuracy of guidance.
Источники информацииSources of information
1. Еськов Д.Н. Автоматическая стабилизация оптического изображения. - Л.: Машиностроение, 1988, с. 54-58, рис. 3.2(a).1. Eskov D.N. Automatic optical image stabilization. - L .: Mashinostroenie, 1988, p. 54-58, fig. 3.2(a).
2. Катыс Г.П. Автоматическое сканирование. - М.: Машиностроение, 1969, с. 227-230.2. Katys G.P. Automatic scanning. - M.: Mashinostroenie, 1969, p. 227-230.
3. Патент RU 2097811 С1 опубл. 1997.11.27 - прототип.3. Patent RU 2097811 C1 publ. 1997.11.27 - prototype.
Claims (14)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2788943C1 true RU2788943C1 (en) | 2023-01-26 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2807586C1 (en) * | 2023-03-31 | 2023-11-16 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Method of aiming a laser beam at an object |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2097811C1 (en) * | 1995-02-27 | 1997-11-27 | Санкт-Петербургский государственный институт точной механики и оптики (технический университет) | Optical ray developing method |
RU2224270C2 (en) * | 2001-11-06 | 2004-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Уральский оптико-механический завод" | Laser beam guidance device |
RU2428777C1 (en) * | 2010-04-01 | 2011-09-10 | Олег Леонидович Головков | Laser radiation control system (versions) |
US8415600B2 (en) * | 2009-03-27 | 2013-04-09 | Optical Physics Company | Laser beam control system and method |
RU2706292C2 (en) * | 2015-04-30 | 2019-11-15 | Таль | Optical system and method for guiding laser beam through atmosphere |
RU2706912C9 (en) * | 2016-12-16 | 2020-01-16 | Федеральное государственное унитарное предприятие Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем | Method for adaptive scanning of underlying surface with laser locator beam in low-altitude flight information support mode |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2097811C1 (en) * | 1995-02-27 | 1997-11-27 | Санкт-Петербургский государственный институт точной механики и оптики (технический университет) | Optical ray developing method |
RU2224270C2 (en) * | 2001-11-06 | 2004-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Производственное объединение "Уральский оптико-механический завод" | Laser beam guidance device |
US8415600B2 (en) * | 2009-03-27 | 2013-04-09 | Optical Physics Company | Laser beam control system and method |
RU2428777C1 (en) * | 2010-04-01 | 2011-09-10 | Олег Леонидович Головков | Laser radiation control system (versions) |
RU2706292C2 (en) * | 2015-04-30 | 2019-11-15 | Таль | Optical system and method for guiding laser beam through atmosphere |
RU2706912C9 (en) * | 2016-12-16 | 2020-01-16 | Федеральное государственное унитарное предприятие Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем | Method for adaptive scanning of underlying surface with laser locator beam in low-altitude flight information support mode |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2807586C1 (en) * | 2023-03-31 | 2023-11-16 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Method of aiming a laser beam at an object |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6559931B2 (en) | Three-dimensional (3-D) coordinate measuring method, 3-D coordinate measuring apparatus, and large-structure building method | |
US11614524B2 (en) | LiDAR system and method of operating the same | |
US3378687A (en) | Scanning system which optically locks on object and mechanically scans surrounding field | |
CN112904766B (en) | Rotating double-prism pointing control system and method based on pixel error feedback | |
US8098893B2 (en) | Moving object image tracking apparatus and method | |
CN107272015A (en) | High-precision vision guides laser tracking | |
JP2011191167A (en) | Inclined pile installation management method | |
US20150268346A1 (en) | Optical axis directing apparatus | |
US6449012B1 (en) | Scanning type image pick-up apparatus and a scanning type laser beam receive apparatus | |
RU2788943C1 (en) | Method for pointing a laser beam at an object | |
CN110243345A (en) | It is a kind of that analysis calculation method is moved based on the picture for rotating big breadth optical imagery | |
CN111628823A (en) | Carrier-borne laser communication scanning and capturing method | |
CN103885458A (en) | Fast reflection mirror scanning tracking system for aerospace imaging field and method thereof | |
CN113721256A (en) | Angle splicing laser radar system | |
JPS5857108A (en) | Optical scanning system | |
CN111263898A (en) | Light beam scanning system, distance detection device and electronic equipment | |
CN115793722B (en) | High-precision tracking method and system for ground level type solar telescope storehouse de-focus surface | |
US20220082665A1 (en) | Ranging apparatus and method for controlling scanning field of view thereof | |
US3002097A (en) | Dispersion scanner | |
RU2807586C1 (en) | Method of aiming a laser beam at an object | |
CN113237439B (en) | Decoupling tracking method of periscopic laser communication terminal | |
CN108226952A (en) | A kind of laser scanning imaging system | |
CN114157852A (en) | Virtual camera array three-dimensional imaging method and system based on rotating double prisms | |
KR102014191B1 (en) | Spatial image drawing system of aerial photograph | |
RU2794869C9 (en) | Method for scanning space with a laser beam and determining the coordinates of detected objects |