RU2544305C1 - Laser location system - Google Patents
Laser location system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2544305C1 RU2544305C1 RU2013148446/28A RU2013148446A RU2544305C1 RU 2544305 C1 RU2544305 C1 RU 2544305C1 RU 2013148446/28 A RU2013148446/28 A RU 2013148446/28A RU 2013148446 A RU2013148446 A RU 2013148446A RU 2544305 C1 RU2544305 C1 RU 2544305C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- optical
- photodetector
- unit
- radiation
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области лазерной локации и квантовой электронике и предназначено для использования в стационарных и мобильных наземных комплексах лазерной локации для контроля окружающего пространства, обнаружения и распознавания оптических и оптикоэлектронных средств наблюдения в контролируемой области пространства.The invention relates to the field of laser ranging and quantum electronics and is intended for use in stationary and mobile ground-based complexes of laser ranging for monitoring the environment, detection and recognition of optical and optoelectronic surveillance means in a controlled area of space.
Известна лазерная система обнаружения оптикоэлектронных приборов по патенту Англии [1], содержащая импульсный лазерный генератор с блоком формирования лазерного пучка, фотоприемный блок с приемным объективом, блок памяти, блок управления. К недостаткам данного устройства следует отнести низкую эффективность обнаружения реальных объектов вследствие малой информативности данного устройства, в котором обнаружение наблюдаемого объекта осуществляется по единственному признаку объекта - величине уровня отраженного оптического сигнала в узком спектральном диапазоне подсвечивающего лазерного излучения.Known laser detection system for optoelectronic devices according to the patent of England [1], containing a pulsed laser generator with a laser beam forming unit, a photodetector unit with a receiving lens, a memory unit, a control unit. The disadvantages of this device include the low detection efficiency of real objects due to the low information content of this device, in which the observed object is detected by the only feature of the object - the level of the reflected optical signal in the narrow spectral range of the illuminated laser radiation.
Известно устройство обнаружения оптоэлектронных объектов [2], содержащее лазерный источник излучения, приемный канал, включающий объектив, фотоприемный блок, телевизионную видеокамеру, управляемую диафрагму с приводом, блок автоматической регулировки усиления, блок памяти изображения. К недостаткам устройства следует отнести невысокую эффективность обнаружения объектов, низкую вероятность правильного обнаружения и невозможность распознавания наблюдаемых объектов. Указанные недостатки обусловлены низкой информативностью устройства, в котором обнаружение объектов осуществляется по единственному наблюдаемому признаку - величине отраженного оптического сигнала в узком спектральном диапазоне подсвечивающего лазерного излучения. Известно устройство обнаружения оптических и оптоэлектронных объектов [3], содержащее импульсно-периодический лазер, модулятор лазера, электронно-оптический преобразователь с объективом, фотоприемный блок, видеоконтрольное устройство, блок обработки видеосигналов, синхронизатор, импульсный источник высокого напряжения. Одним из недостатков данного устройства является низкая эффективность автоматического обнаружения оптических средств вследствие низкой информативности устройства, в котором обнаружение объектов осуществляется по интегральной величине отраженного оптического сигнала в узком спектральном диапазоне подсвечивающего лазерного излучения. Другим недостатком устройства является низкая точность привязки обнаруженных оптических средств на местности относительно конкретных предметов на этой местности вследствие низкой эффективности определения и распознавания характерных предметов наблюдаемой местности.A device for detecting optoelectronic objects [2] is known, comprising a laser radiation source, a receiving channel including a lens, a photodetector unit, a television video camera, a controlled aperture with a drive, an automatic gain control unit, an image memory unit. The disadvantages of the device include the low detection efficiency of objects, the low probability of correct detection and the inability to recognize the observed objects. These shortcomings are due to the low information content of the device in which the detection of objects is carried out according to the only observable feature - the magnitude of the reflected optical signal in the narrow spectral range of the illuminated laser radiation. A device for detecting optical and optoelectronic objects [3], containing a pulse-periodic laser, a laser modulator, an electron-optical converter with a lens, a photodetector unit, a video monitoring device, a video signal processing unit, a synchronizer, a pulsed high voltage source. One of the disadvantages of this device is the low efficiency of automatic detection of optical means due to the low information content of the device, in which objects are detected by the integrated value of the reflected optical signal in the narrow spectral range of the illuminated laser radiation. Another disadvantage of the device is the low accuracy of the binding of the detected optical means in the area relative to specific objects in this area due to the low efficiency of determining and recognizing characteristic objects of the observed area.
В качестве прототипа выбрано устройство обнаружения оптических и оптоэлектронных средств наблюдения по патенту РФ [4], содержащее два приемных оптических канала видимого диапазона и один передающий канал на основе лазерного генератора видимого диапазона длин волн. Первый приемный канал содержит приемный объектив, отрезающий фильтр, первый фотоприемный блок на основе видеокамеры, блок памяти. Второй приемный канал содержит интерференционный фильтр, второй приемный объектив, электронно-оптический преобразователь, второй фотоприемный блок на основе видеокамеры. Устройство содержит также лазерный генератор с блоком управления, формирователь композитного сигнала, формирователь разностного сигнала, блок задержки, блок затворных импульсов, формирователь кода, блок управления и обработки видеосигналов, блок отображения информации. К недостаткам данного устройства следует отнести низкую эффективность обнаружения объектов вследствие невысокой информативности устройства, в котором обнаружение объектов осуществляется на основе одного единственного определяемого признака - интегральной величины уровня отраженного сигнала в узком спектральном диапазоне подсвечивающего лазерного излучения. Обнаружение объектов осуществляется посредством однократной пороговой обработки интегрального видеосигнала на выходе видеокамеры, работающей в режиме накопления при приеме лазерного отраженного импульсного сигнала. Это снижает эффективность обнаружения короткого по времени импульсного оптического сигнала при его регистрации фотоприемным блоком на основе видеокамеры, предназначенной для приема непрерывных оптических сигналов и работающей в режиме накопления при значительном превышении временем этого накопления длительности импульсного лазерного отраженного сигнала. В результате снижается достоверность получаемой информации и вероятность правильного обнаружения объектов, исключается возможность распознавания обнаруженных объектов и определения их принадлежности к оптикоэлектронным объектам соответствующих классов. Вследствие низкой информативности данное устройство не реализует возможности извлечения из принимаемых оптических сигналов всего объема содержащейся информации, а также не реализует возможности извлечения информации из зарегистрированного распределения интенсивности излучения подстилающей поверхности, на фоне которой осуществляется обнаружение оптикоэлектронных объектов. Другим недостатком данного устройства является низкая точность привязки координат обнаруженного объекта к характерным наблюдаемым элементам подстилающей поверхности вследствие отсутствия инструментального совмещения визирных осей двух используемых приемных каналов.As a prototype, a device for detecting optical and optoelectronic surveillance devices according to the patent of the Russian Federation [4] was selected, containing two receiving optical channels of the visible range and one transmitting channel based on a laser generator of the visible wavelength range. The first receiving channel contains a receiving lens, a cut-off filter, a first photodetector based on a video camera, a memory unit. The second receiving channel contains an interference filter, a second receiving lens, an electron-optical converter, and a second photodetector based on a video camera. The device also contains a laser generator with a control unit, a composite signal shaper, a differential signal shaper, a delay block, a shutter pulse block, a code shaper, a video signal control and processing unit, and an information display unit. The disadvantages of this device include the low detection efficiency of objects due to the low information content of the device, in which the detection of objects is carried out on the basis of one single determinable feature - the integral level of the reflected signal in a narrow spectral range of the illuminated laser radiation. Object detection is carried out by a single threshold processing of the integrated video signal at the output of a video camera operating in the accumulation mode when receiving a laser reflected pulse signal. This reduces the detection efficiency of a short-time pulsed optical signal when it is recorded by a photodetector based on a video camera designed to receive continuous optical signals and operating in the accumulation mode when the accumulation time significantly exceeds the duration of the pulsed laser reflected signal. As a result, the reliability of the received information and the probability of correct detection of objects are reduced, the possibility of recognizing detected objects and determining their belonging to optoelectronic objects of the corresponding classes is excluded. Due to the low information content, this device does not realize the possibility of extracting from the received optical signals the entire volume of the information contained, and also does not realize the possibility of extracting information from the recorded distribution of the radiation intensity of the underlying surface, against which optoelectronic objects are detected. Another disadvantage of this device is the low accuracy of the coordinates of the detected object to the characteristic observable elements of the underlying surface due to the lack of instrumental alignment of the sighting axes of the two used receiving channels.
Целью данного изобретения является устранение и преодоление указанных недостатков, повышение эффективности обнаружения оптических и оптоэлектронных объектов на фоне подстилающей поверхности, подсвеченной естественным фоновым излучением, повышение вероятности распознавания обнаруженных оптоэлектронных объектов и достоверности отнесения их к соответствующему классу известных объектов. В предлагаемой лазерной локационной системе (ЛЛС) решена задача извлечения максимального объема информации из отраженного от обнаруживаемого объекта лазерного подсвечивающего излучения. При этом подсвет объекта осуществляется в двух диапазонах длин волн - в видимом и инфракрасном диапазонах, в которых осуществляется изменение длины волны подсвечивающего лазерного излучения, обеспечиваемого применением лазерных генераторов с перестройкой длины волны излучения и применением специальных спектральных перестраиваемых фильтров в приемных каналах предлагаемой ЛЛС. Повышенная информативность предлагаемой ЛЛС достигается за счет регистрации тонкой временной структуры в отраженных от обнаруживаемого объекта сигналов лазерных излучений в видимом и ИК-диапазонах длин волн. При этом осуществляется спектральный временной анализ структуры отраженных и зарегистрированных сигналов лазерных излучений с помощью процессоров быстрого преобразования Фурье (БПФ). Одновременно с этим в предлагаемой ЛЛС осуществляется регистрация и спектральный анализ распределения интенсивности картины подстилающей поверхности, на фоне которой расположены и наблюдаются различные обнаруживаемые объекты в контролируемой области пространства. Спектральный анализ распределения интенсивности подстилающей поверхности осуществляется в видимом и инфракрасном диапазонах длин волн и позволяет получить дополнительную полезную информацию о месте расположения обнаруживаемых объектов и осуществить привязку координат объектов к характерным элементам контролируемого объема пространства (КОП). Этим обеспечивается более высокая эффективность обнаружения объектов, реализуется повышение вероятности обнаружения и распознавания объектов и повышение достоверности определения принадлежности объектов к соответствующему известному классу объектов. В предлагаемой ЛЛС осуществлено точное совмещение визирных осей действующих приемных и передающих каналов в обеих диапазонах длин волн на основе использования специальных уголковых и зеркального отражателей, чем реально обеспечивается высокая точность привязки обнаруженных оптических средств наблюдения к конкретным предметам и элементам контролируемой местности.The aim of the present invention is to eliminate and overcome these drawbacks, increase the detection efficiency of optical and optoelectronic objects against the underlying surface, illuminated by natural background radiation, increase the likelihood of recognition of detected optoelectronic objects and the reliability of their assignment to the corresponding class of known objects. In the proposed laser location system (LLS), the problem of extracting the maximum amount of information from the laser illuminating radiation reflected from the detected object is solved. In this case, the object is illuminated in two wavelength ranges - in the visible and infrared ranges, in which the wavelength of the illuminating laser radiation is changed, which is ensured by the use of laser generators with radiation wavelength tuning and the use of special tunable spectral filters in the receiving channels of the proposed LLS. The increased information content of the proposed LLS is achieved by registering a thin temporal structure in the laser radiation signals reflected from the detected object in the visible and infrared wavelength ranges. In this case, a spectral time analysis of the structure of reflected and recorded laser radiation signals is carried out using fast Fourier transform processors (FFT). At the same time, in the proposed LLS, registration and spectral analysis of the intensity distribution of the pattern of the underlying surface are carried out, against which various detectable objects are located and observed in a controlled area of space. Spectral analysis of the intensity distribution of the underlying surface is carried out in the visible and infrared wavelength ranges and allows you to obtain additional useful information about the location of the detected objects and to coordinate the coordinates of the objects to the characteristic elements of the controlled volume of space (CPC). This ensures a higher detection efficiency of objects, realizes an increase in the probability of detection and recognition of objects and an increase in the reliability of determining the belonging of objects to the corresponding known class of objects. In the proposed radar system, the target axes of the active receiving and transmitting channels are precisely aligned in both wavelength ranges based on the use of special angular and specular reflectors, which really ensures high accuracy of the detected optical observation instruments to specific objects and elements of the controlled area.
Достигаемым новым техническим результатом является повышение эффективности обнаружения и увеличение вероятности правильного обнаружения и распознавания объектов - оптических и оптикоэлектронных приборов и средств наблюдения, повышение точности определения координат обнаруженных объектов и привязки их координат к конкретным предметам и характерным элементам контролируемой местности.Achievable new technical result is an increase in the detection efficiency and an increase in the likelihood of correct detection and recognition of objects - optical and optoelectronic devices and surveillance tools, an increase in the accuracy of determining the coordinates of detected objects and linking their coordinates to specific objects and characteristic elements of a controlled area.
Указанный технический результат достигается следующим.The specified technical result is achieved as follows.
1. В лазерной локационной системе, содержащей установленные на первой оптической оси оптически связанные первый приемный объектив, первый фотоприемный блок, выход которого подключен к первому блоку памяти, установленные на второй оптической оси оптически связанные первый формирователь лазерного пучка, первый лазерный генератор с блоком управления, подключенный к блоку управления системой, установленные на третьей оптической оси оптически связанные второй приемный объектив и второй фотоприемный блок, блок отображения информации, подсоединенный к блоку управления системой, введены три фотоприемных блока, два блока памяти, два блока регистрации сигналов, два приемных объектива, шесть управляемых оптических фильтров, пять линз, четыре спектральных перестраиваемых фильтра, блок обработки локационных сигналов, второй лазерный генератор с блоком управления, второй формирователь лазерного пучка, два дефлектора лазерного излучения, два блока быстрого преобразования Фурье (БПФ), четыре уголковых отражателя с блоками перемещения, вогнутое зеркало, отражательное зеркало с блоком перемещения, люминофорный экран, при этом на первой оптической оси последовательно установлены между первым приемным объективом и первым фотоприемным блоком оптически связанные первый спектральный перестраиваемый фильтр, первая линза и первый управляемый оптический фильтр, первый дефлектор лазерного излучения установлен на второй оптической оси между первым формирователем лазерного пучка и первым генератором лазерного излучения, на третьей оптической оси между вторым приемным объективом и вторым фотоприемным блоком последовательно установлены оптически связанные второй спектральный перестраиваемый фильтр, вторая линза и второй управляемый оптический фильтр, выходы второго фотоприемного блока подключены ко входам первого блока регистрации сигналов, на четвертой оптической оси последовательно установлены оптически связанные третий приемный объектив, третий спектральный перестраиваемый фильтр, третья линза, третий управляемый оптический фильтр и третий фотоприемный блок, выход которого подключен к второму блоку памяти, на пятой оптической оси последовательно установлены оптически связанные второй формирователь лазерного пучка, второй дефлектор лазерного излучения и второй лазерный генератор с блоком управления, подключенным к блоку управления системой, на шестой оптической оси последовательно установлены оптически связанные четвертый приемный объектив, четвертый спектральный перестраиваемый фильтр, четвертая линза, четвертый управляемый оптический фильтр и четвертый фотоприемный блок, выходы которого подсоединены ко второму блоку регистрации сигналов, на седьмой оптической оси последовательно установлены оптически связанные отражательное зеркало с блоком перемещения, пятый управляемый оптический фильтр, вогнутое зеркало, люминофорный экран, пятая линза, шестой управляемый оптический фильтр и пятый фотоприемный блок, выход которого подключен к третьему блоку памяти, оптический вход пятого управляемого оптического фильтра посредством отражательного зеркала оптически связан с выходами первого и второго формирователей лазерных пучков, первый уголковый отражатель оптически связывает оптический вход первого приемного объектива с оптическим выходом первого формирователя лазерного пучка, оптический вход второго приемного объектива посредством второго уголкового отражателя оптически связан с выходом первого формирователя лазерного пучка, оптический выход второго формирователя лазерного пучка оптически связан посредством третьего и четвертого уголковых отражателей с оптическими входами третьего и четвертого приемных объективов, входы первого и второго блоков быстрого преобразования Фурье подсоединены соответственно к выходам первого и второго блоков регистрации сигналов, а выходы подключены ко входам блока обработки локационных сигналов, управляющие входы спектральных перестраиваемых фильтров подключены к блоку обработки локационных сигналов, выходы первого, второго и третьего блоков памяти и двух блоков регистрации сигналов подключены ко входам блока обработки локационных сигналов, управляющие входы управляемых оптических фильтров подсоединены к блоку обработки локационных сигналов, выходы которого подключены к блоку управления системой и к блоку отображения информации, управляющие входы блоков перемещения уголковых отражателей и блока перемещения отражательного зеркала подключены к блоку управления системой, блок управления вторым лазерным генератором подсоединен к блоку управления системой, управляющие входы дефлекторов лазерного излучения подключены к блоку управления системой.1. In a laser ranging system comprising optically coupled a first receiving lens mounted on a first optical axis, a first photodetector unit, the output of which is connected to a first memory unit, optically coupled a first laser beam former, a first laser generator and a control unit, mounted on a second optical axis connected to the system control unit, optically coupled to the second receiving lens and the second photo-receiving unit mounted on the third optical axis, the information display unit, subs Connected to the system control unit, three photodetector units, two memory units, two signal recording units, two receiving lenses, six controllable optical filters, five lenses, four spectral tunable filters, a location signal processing unit, a second laser generator with a control unit, and a second laser beam former, two laser deflectors, two fast Fourier transform (FFT) units, four corner reflectors with displacement units, a concave mirror, a reflective mirror with b with a moving eye, a phosphor screen, while the first spectrally tunable filter, the first lens and the first controllable optical filter, the first laser deflector are mounted on the second optical axis between the first laser shaper between the first receiving lens and the first photodetector block, the optically coupled first spectral tunable filter beam and the first laser radiation generator, on the third optical axis between the second receiving lens and the second photodetector the second spectral tunable filter, the second lens and the second controlled optical filter are optically coupled, the outputs of the second photodetector block are connected to the inputs of the first signal recording unit, the third receiving lens, the third spectral tunable filter, the third lens, and the third are optically coupled on the fourth optical axis controlled optical filter and a third photodetector unit, the output of which is connected to the second memory unit, on the fifth optical axis the second laser shaper, the second laser radiation deflector, and the second laser generator with the control unit connected to the system control unit are optically coupled, the fourth receiving lens, the fourth spectral tunable filter, the fourth lens, and the fourth controlled optical are optically coupled on the sixth optical axis a filter and a fourth photodetector unit, the outputs of which are connected to a second signal recording unit, on the seventh optical si are mounted in series optically coupled reflective mirror with a displacement unit, a fifth controlled optical filter, a concave mirror, a phosphor screen, a fifth lens, a sixth controlled optical filter and a fifth photodetector, the output of which is connected to the third memory unit, the optical input of the fifth controlled optical filter through a reflective mirrors are optically coupled to the outputs of the first and second laser beam former, the first corner reflector optically couples the optical input of the first of the first receiving lens with the optical output of the first laser beam former, the optical input of the second receiving lens through the second corner reflector is optically coupled to the output of the first laser beam, the optical output of the second laser beam former is optically coupled through the third and fourth corner reflectors with optical inputs of the third and fourth receiving lenses, the inputs of the first and second blocks of the fast Fourier transform are connected respectively to the outputs of the first of the second and second signal recording units, and the outputs are connected to the inputs of the location signal processing unit, the control inputs of the spectral tunable filters are connected to the location signal processing unit, the outputs of the first, second and third memory units and two signal registration units are connected to the inputs of the location signal processing unit, the control inputs of the controlled optical filters are connected to the location signal processing unit, the outputs of which are connected to the system control unit and to the display unit Nia information blocks move control inputs corner reflectors and the reflecting mirror moving unit connected to the system control unit, the control unit by the second laser generator is connected to the control system, the control inputs of the laser beam deflectors are connected to the system control unit.
2. В лазерной локационной системе по пункту 1 первый и второй лазерные генераторы выполнены на основе лазеров видимого и инфракрасного диапазонов длин волн с возможностью перестройки длин волн генерируемых лазерных излучений.2. In the laser location system according to paragraph 1, the first and second laser generators are made on the basis of lasers of the visible and infrared wavelength ranges with the possibility of tuning the wavelengths of the generated laser radiation.
3. В лазерной локационной системе по пункту 1 первый и пятый фотоприемные блоки выполнены на основе видеокамер видимого диапазона длин волн.3. In the laser location system according to paragraph 1, the first and fifth photodetector units are based on cameras of the visible wavelength range.
4. В лазерной локационной системе по пункту 1 третий фотоприемный блок выполнен на основе видеокамеры инфракрасного диапазона длин волн.4. In the laser ranging system according to paragraph 1, the third photodetector unit is made on the basis of a video camera of the infrared wavelength range.
5. В лазерной локационной системе по пункту 1 второй и четвертый фотоприемные блоки выполнены на основе многоэлементных двумерных фотоприемных матриц видимого и инфракрасного диапазонов длин волн.5. In the laser ranging system according to paragraph 1, the second and fourth photodetector blocks are based on multi-element two-dimensional photodetector arrays of the visible and infrared wavelength ranges.
6. В лазерной локационной системе по пункту 1 спектральные перестраиваемые фильтры выполнены на основе акустооптической перестраиваемой ячейки, в которой возбуждены ультразвуковые волны, взаимодействующие с принимаемым лазерным излучением.6. In the laser location system according to paragraph 1, the spectral tunable filters are based on an acousto-optic tunable cell in which ultrasonic waves are excited that interact with the received laser radiation.
7. В лазерной локационной системе по пункту 1 спектральные перестраиваемые фильтры выполнены на основе квантового (лазерного) усилителя - активного квантового фильтра, перестраиваемого по величине длины волны узкополосной фильтрации с помощью магнитного поля.7. In the laser location system according to paragraph 1, the spectral tunable filters are based on a quantum (laser) amplifier — an active quantum filter tunable by the magnitude of the narrow-band filtering wavelength using a magnetic field.
Сущность изобретения поясняется блок-схемой лазерной локационной системы, приведенной на фигурах 1, 2 и 3.The invention is illustrated by the block diagram of the laser location system shown in figures 1, 2 and 3.
В блок-схеме ЛЛС, приведенной на фиг.1 цифрами обозначены следующие элементы:In the block diagram of the LAN shown in figure 1, the numbers indicate the following elements:
1. Первый приемный объектив.1. The first receiving lens.
2. Первый спектральный перестраиваемый фильтр.2. The first spectral tunable filter.
3. Первая линза.3. The first lens.
4. Первый управляемый оптический фильтр.4. The first controllable optical filter.
5. Первый фотоприемный блок на основе видеокамеры видимого диапазона длин волн.5. The first photodetector based on a camera of the visible wavelength range.
6. Первый блок памяти.6. The first block of memory.
7. Первый формирователь лазерного пучка.7. The first laser beam former.
8. Первый дефлектор лазерного излучения.8. The first deflector of laser radiation.
9. Первый лазерный генератор видимого диапазона длин волн с блоком управления 10.9. The first laser generator of the visible wavelength range with a
11. Второй приемный объектив.11. The second receiving lens.
12. Второй спектральный перестраиваемый фильтр.12. The second spectral tunable filter.
13. Вторая линза.13. The second lens.
14 Второй управляемый оптический фильтр.14 Second controlled optical filter.
15. Второй фотоприемный блок на основе многоэлементной фоточувствительной матрицы видимого диапазона длин волн.15. The second photodetector based on a multi-element photosensitive matrix of the visible wavelength range.
16. Первый блок регистрации сигналов.16. The first block registration signals.
17. Первый блок быстрого преобразования Фурье.17. The first block of the fast Fourier transform.
18. Третий приемный объектив.18. The third receiving lens.
19. Третий спектральный перестраиваемый фильтр.19. The third spectral tunable filter.
20. Третья линза.20. The third lens.
21. Третий управляемый оптический фильтр.21. The third controlled optical filter.
22. Третий фотоприемный блок на основе видеокамеры инфракрасного диапазона длин волн.22. The third photodetector based on a video camera infrared wavelength range.
23. Второй блок памяти.23. The second block of memory.
24. Второй формирователь лазерного пучка.24. The second laser beam former.
25. Второй дефлектор лазерного излучения.25. The second deflector of laser radiation.
26. Второй лазерный генератор инфракрасного диапазона длин волн.26. Second infrared wavelength laser generator.
27. Блок управления второго лазерного генератора.27. The control unit of the second laser generator.
28. Четвертый приемный объектив.28. Fourth receiving lens.
29. Четвертый спектральный управляемый фильтр.29. The fourth spectral controlled filter.
30. Четвертая линза.30. The fourth lens.
31. Четвертый управляемый оптический фильтр.31. Fourth controlled optical filter.
32. Четвертый фотоприемный блок на основе многоэлементной фоточувствительной матрицы инфракрасного диапазона длин волн.32. Fourth photodetector based on a multi-element photosensitive matrix infrared wavelength range.
33. Второй блок регистрации сигналов.33. The second block registration signals.
34. Второй блок быстрого преобразования Фурье.34. The second block of the fast Fourier transform.
35. Первый уголковый отражатель с блоком перемещения 36.35. The first corner reflector with a moving
37. Второй уголковый отражатель с блоком перемещения 38.37. The second corner reflector with a block of
39, 41. Третий и четвертый уголковые отражатели с блоками перемещения 40, 42.39, 41. The third and fourth corner reflectors with blocks of
43. Отражательное зеркало с блоком перемещения 44.43. Reflective mirror with
45. Пятый управляемый оптический фильтр.45. The fifth controlled optical filter.
46. Вогнутое отражательное зеркало.46. Concave reflective mirror.
47. Люминофорный экран.47. Phosphor screen.
48. Пятая линза.48. The fifth lens.
49. Шестой управляемый оптический фильтр.49. Sixth controlled optical filter.
50. Пятый фотоприемный блок на основе видеокамеры.50. The fifth photodetector based on a video camera.
51. Третий блок памяти.51. The third block of memory.
52. Блок обработки локационных сигналов.52. Block processing location signals.
53. Блок управления системой.53. The control unit of the system.
54. Блок отображения информации.54. Information display unit.
55. Обнаруживаемый объект в контролируемой области пространства (КОП).55. A detectable object in a controlled area of space (CPC).
На фиг.1 нумерация оптических осей осуществляется сверху вниз от первой до седьмой оптической оси.In figure 1, the numbering of the optical axes is carried out from top to bottom from the first to the seventh optical axis.
На фиг.2 приведена часть блок-схемы лазерной локационной системы, в которой представлен вид по стрелке A на фиг.1. Показано взаимное расположение приемных каналов ЛЛС (приемные объективы поз.1, 18, 11, 28) и передающих каналов ЛЛС (формирователи лазерных пучков поз.7 и 24), а также показано расположение уголковых отражателей и отражательного зеркала по отношению к приемным объективам приемных оптических каналов и к выходным элементам первого и второго формирователей лазерных пучков (поз.7 и 24). На фиг.2 показаны также отражательные зеркала поз.56 и 57 устройства сканирования, которые не входят в состав ЛЛС.Figure 2 shows part of a block diagram of a laser ranging system, which shows a view along arrow A in figure 1. The relative position of the receiving radar channels (receiving lenses pos. 1, 18, 11, 28) and the transmitting radar channels (laser beam former pos. 7 and 24) is shown, as well as the location of the corner reflectors and reflective mirror relative to the receiving lenses of the receiving optical channels and to the output elements of the first and second laser beam former (pos. 7 and 24). Figure 2 also shows reflective mirrors pos.56 and 57 of the scanning device, which are not part of the LAN.
На фиг.3 приведена часть блок-схемы ЛЛС, в которой представлен вид по стрелке B на фиг.2. Показано взаимное расположение двух передающих каналов ЛЛС и взаимное расположение двух формирователей лазерных пучков (поз.7 и 24) и отражательного зеркала 43, ответвляющего часть лазерных излучений с выходов указанных формирователей лазерных пучков на оптический вход пятого управляемого оптического фильтра 45 и далее по направлению седьмой оптической оси на оптический вход пятого фотоприемного блока 50.Figure 3 shows part of the block diagram of the LAN, which presents a view along arrow B in figure 2. The mutual arrangement of the two transmitting radar channels and the mutual arrangement of two laser beam former (pos. 7 and 24) and a
Принцип действия лазерной локационной системы заключается в следующем. Лазерная локационная система (ЛЛС) содержит четыре приемных канала, расположенных на первой, третьей, четвертой и шестой оптических осях (приемные объективы поз.1, 11, 18, 28), а также содержит два передающих канала, расположенных на второй и пятой оптических осях (формирователи лазерных пучков поз.7 и 24). С помощью двух передающих каналов осуществляется подсвет контролируемой области пространства лазерным излучением видимого диапазона длин волн (лазерный генератор 9) и излучением инфракрасного диапазона длин волн (лазерный генератор 26). Прием отраженного от контролируемой области пространства (КОП) лазерного излучения осуществляется вторым фотоприемным блоком поз.15 в видимом диапазоне длин волн и четвертым фотоприемным блоком поз.32 в инфракрасном диапазоне длин волн. Первый поз.5 и третий поз.22 фотоприемные блоки служат для приема и регистрации распределения интенсивности подстилающей поверхности (картины местности), подсвеченной естественным фоновым излучением (излучением Солнца, дневного или ночного неба и других источников). Элементы ЛЛС, расположенные вдоль седьмой оптической оси поз.43-50, выполняют техническую функцию установления и контроля параллельности в пространстве осей диаграмм направленностей двух указанных передающих каналов. Уголковые отражатели поз.35, 37 осуществляют ответвление части лазерного излучения с выхода первого формирователя лазерного излучения 7 на оптические входы первого и второго приемных каналов - на входы приемных объективов 1 и 11. Соответственно уголковые отражатели поз.39 и 41 осуществляют ответвление части лазерного излучения с выхода второго формирователя лазерного излучения 24 на оптические входы третьего 18 и четвертого 28 приемных объективов. Указанные функции уголковых отражателей осуществляются в режиме функционального контроля для установления и контроля параллельности в пространстве визирных осей приемных каналов и соответствующих им осей диаграмм направленности лазерных излучений передающих каналов. В рабочем режиме ЛЛС нормальное состояние уголковых отражателей 35, 37, 39, 41, а также отражательного зеркала 43 соответствует расположению указанных вспомогательных элементов вне оптической системы ЛЛС. Вывод указанных элементов из оптической системы ЛЛС осуществляется с помощью блоков перемещения поз.36, 38, 40, 42 и 44. На чертежах фиг.1, фиг.2 и фиг.3 показано положение уголковых отражателей и отражательного зеркала 43, соответствующее их положению при выполнении операций настройки и функционального контроля в ЛЛС.The principle of operation of the laser location system is as follows. The laser location system (LLS) contains four receiving channels located on the first, third, fourth and sixth optical axes (receiving
Основную функцию приема и регистрации лазерного излучения, отраженного от обнаруживаемых объектов в КОП, осуществляют второй фотоприемный блок 15 в видимом диапазоне длин волн и четвертый фотоприемный блок 32 в ИК-диапазоне длин волн. Указанные фотоприемные блоки выполнены на основе многоэлементных фоточувствительных диодных матриц видимого диапазона длин волн (поз.15) и инфракрасного диапазона длин волн (поз.32). Возможно также использование высокочувствительных матричных ФЭУ видимого диапазона длин волн. Данные фотоприемные блоки являются светочувствительными фотоприемниками - регистраторами импульсных оптических сигналов в видимом и ближнем ИК-диапазонах длин волн и осуществляют регистрацию тонкой временной структуры отраженного от обнаруживаемого объекта подсвечивающего лазерного излучения. Число независимых элементов приема оптических сигналов в указанных матричных фотоприемниках (число фотодиодов) соответствует числу элементов разрешения в оптической системе соответствующего приемного объектива 11 или 28. Форма и объем контролируемого объема пространства (КОП) определяется полем зрения приемных (входных) объективов 1, 11 и 18, 28. Конструкция указанных объективов предполагает одинаковое поле зрения с целью последующего формирования суммарного изображения наблюдаемой местности в различных спектральных диапазонах и обнаруженных на фоне местности объектов. Зарегистрированные сигналы в электрической форме с выходов фотоприемных блоков 15, 32 поступают параллельно на входы блоков регистрации сигналов 16 и 33, где осуществляется оцифровка, предварительная пороговая обработка и буферное запоминание принятых оптических сигналов в форме соответствующих цифровых массивов информации. Предварительная пороговая обработка заключается в том, что оцифровке подвергается электрический сигнал, уровень которого превысил некоторый установленный порог. Одновременно в блоках регистрации сигналов 16 и 33 осуществляется фиксация и определение момента времени появления импульсного сигнала на соответствующих выходах матричных фотоприемных блоков 15 и 32 относительно моментов времени излучения соответствующего зондирующего лазерного импульса в лазерном генераторе 9 и в лазерном генераторе 26. В блоки регистрации сигналов 16 и 33 от блока обработки локационных сигналов 52 поступают в цифровой форме сигналы точного времени, отображающие внутреннее время ЛЛС. В блоках регистрации 16 и 33 осуществляется привязка моментов времени поступления с выходов фотоприемных блоков 15 и 32 электрических импульсных сигналов к указанным сигналам внутреннего точного времени, а информация об этом поступает от блоков регистрации в блок обработки локационных сигналов 52, в котором и осуществляется сравнение моментов времени прихода импульсных сигналов с моментами времени излучения лазерных импульсов лазерными генераторами также в системе точного времени ЛЛС, в результате чего определяется задержка принятых сигналов относительно излученных сигналов и определяется на основании этого дальность до соответствующего обнаруженного объекта. Информация о моменте времени излучения лазерных импульсов поступает в блок 52 из блока 53, в котором формируется управляющий сигнал, поступающий в блоки управления лазерными генераторами 10 и 27 для запуска генерации лазерного излучения. Далее зарегистрированные цифровые сигналы через соответствующие интерфейсы поступают в блок обработки локационных сигналов 52. Одновременно зарегистрированные сигналы с выходов блоков регистрации 16 и 33 поступают на входы первого и второго блоков быстрого преобразования Фурье поз.17 и 34. Каждый блок быстрого преобразования Фурье (БПФ) представляет собой специализированный процессор, осуществляющий спектральный анализ поступающих сигналов путем формирования одномерного Фурье-преобразования этих сигналов в цифровой форме. Результаты спектрального анализа принятых оптических сигналов в цифровой форме с выходов блоков БПФ 17 и 34 поступают в блок обработки локационных сигналов 52 вместе с соответствующими реализациями оптических сигналов в цифровой форме, поступившими ранее. Таким образом, в блок обработки локационных сигналов 52 поступают реализации оптических сигналов, отраженных от обнаруживаемого объекта, и одновременно реализации одномерных Фурье-спектров этих сигналов, полученных в результате выполнения преобразования Фурье над каждым из принятых оптических сигналов в блоках БПФ 17 и 34. Преобразования Фурье выполняются в блоках БПФ в реальном масштабе времени или с некоторым сдвигом по времени в зависимости от производительности используемых процессоров в блоках БПФ 17 и 34. В блоке обработки локационных сигналов 52 осуществляется сравнение полученных спектров оптических сигналов с хранящимися в ячейках памяти блока 52 эталонными спектрами оптических сигналов стандартных объектов. На основании этого сравнения осуществляется обнаружение и распознавание наблюдаемых объектов и выносится решение о принадлежности наблюдаемого и обнаруженного объекта к некоторому классу известных объектов, например, биноклей, приемных объективов наблюдательных и оптикоэлектронных приборов и т.п. По поступившим реализациям собственно оптических сигналов в результате специальной их обработки также получают ряд важных сведений о характере обнаруживаемых объектов и их отражательных спектральных характеристиках в соответствующих спектральных диапазонах длин волн. При этом осуществляется предварительное обнаружение объекта на основании сравнения уровня принятого оптического сигнала в цифровой форме с некоторым установленным пороговым уровнем. Осуществляется измерение дальности до предварительно обнаруженного объекта по моменту времени прихода и регистрации оптического сигнала в фотоприемном блоке 15 и 32 относительно момента времени излучения соответствующего лазерного импульса в лазерном генераторе 9 и 26. Окончательное обнаружение объекта осуществляется в результате сравнения (анализа) спектра соответствующего импульсного оптического сигнала от предварительно обнаруженного объекта с библиотекой эталонных спектров, хранящихся в специальных ячейках памяти блока обработки локационных сигналов. Результаты обнаружения и распознавания обнаруженного объекта отображаются на экране блока отображения информации 54. Прием и регистрация оптических сигналов, отраженных от обнаруживаемого объекта, вторым и четвертым (поз.15, 32) фотоприемными блоками осуществляется в узком спектральном диапазоне длин волн, соответствующем длине волны подсвечивающего лазерного излучения, генерируемого лазерными генераторами 9 и 26. Узкополосную спектральную фильтрацию принимаемого отраженного от КОП лазерного излучения (оптических сигналов) осуществляют спектральные перестраиваемые фильтры поз.12 в видимом диапазоне длин волн и фильтр поз.29 в инфракрасном диапазоне длин волн. Управление длиной волны и полосой фильтрации в спектральных перестраиваемых фильтрах осуществляется по управляющим сигналам, поступающим на указанные фильтры от блока обработки локационных сигналов 52 в цифровой форме. Одновременно блок обработки локационных сигналов управляет всеми элементами (блоками) приемных каналов, в частности, управляет величиной пропускания управляемых оптических фильтров поз.14 и 31 во втором и четвертом приемных каналах. Указанные фильтры служат для защиты фотоприемных блоков от чрезмерной интенсивности принимаемых отраженных сигналов лазерного излучения, например, при обнаружении близко расположенных объектов или при работе ЛЛС в контрольном режиме при настройке эксплуатационных параметров системы. При работе ЛЛС в штатном режиме обнаружения и распознавания обнаруженных и наблюдаемых объектов осуществляется регистрация и анализ отражательных характеристик объектов в широком диапазоне изменения длин волн подсвечивающего лазерного излучения в видимом диапазоне длин волн и в инфракрасном диапазоне длин волн. Изменение длины волны подсвечивающего лазерного излучения в видимом диапазоне длин волн осуществляется с помощью изменения длины волны генерации в лазерном генераторе 9 видимого диапазона по управляющим сигналам от блока управления этим лазерным генератором 10, который в свою очередь управляется сигналами от блока управления системой 53. Одновременно осуществляется перестройка длины волны фильтрации принимаемых оптических сигналов в спектральном перестраиваемом фильтре 12 видимого диапазона длин волн, в котором длина волны спектральной фильтрации устанавливается равной длине волны генерации лазерного генератора 9. Изменение длины волны подсвечивающего лазерного излучения в инфракрасном диапазон длин волн осуществляется путем изменения длины волны генерации в лазерном генераторе 26 ИК-диапазона по управляющим сигналам от блока управления этим лазерным генератором 27 и, соответственно, по сигналам от блока управления системой 53. При этом осуществляется соответствующая перестройка длины волны полосы фильтрации оптических сигналов в спектральном перестраиваемом фильтре 29 инфракрасного диапазона длин волн, при которой длина волны спектральной фильтрации устанавливается равной длине волны генерации лазерного излучения в лазерном генераторе 26 ИК-диапазона. Для осуществления многоспектрального подсвета КОП используются лазерные генераторы 9 и 26 с перестройкой длины волны генерируемого лазерного излучения в видимом и инфракрасном диапазонах длин волн. В результате в блоке обработки локационных сигналов 52 накапливается информация о параметрах отраженных оптических сигналов, отражательных характеристиках обнаруживаемых объектов в широком спектральном диапазоне подсвечивающего лазерного излучения в видимой и инфракрасной областях оптического спектра. При этом одновременно образуется информация о параметрах тонкой временной структуры отраженных сигналов и параметрах Фурье-спектра полученной тонкой временной структуры для соответствующих длин волн подсвечивающего и отраженного лазерного излучения в видимом и инфракрасном диапазонах длин волн. Полученный увеличенный объем (массив) информации о характеристиках обнаруживаемого объекта позволяет существенно повысить эффективность обнаружения и вероятность распознавания объектов различной технической природы.The main function of the reception and registration of laser radiation reflected from detected objects in the CPC is performed by the second photodetector block 15 in the visible wavelength range and the fourth photodetector block 32 in the infrared wavelength range. These photodetector blocks are based on multi-element photosensitive diode arrays of the visible wavelength range (pos. 15) and infrared wavelength range (pos. 32). It is also possible to use highly sensitive matrix PMTs of the visible wavelength range. These photodetector units are photosensitive photodetectors - recorders of pulsed optical signals in the visible and near infrared wavelength ranges and record the fine temporal structure of the illuminated laser radiation reflected from the detected object. The number of independent optical signal receiving elements in the indicated matrix photodetectors (the number of photodiodes) corresponds to the number of resolution elements in the optical system of the corresponding receiving
Одновременно с получением информации об отражательных характеристиках обнаруживаемых объектов, находящихся в КОП, в предлагаемой лазерной локационной системе осуществляется прием и регистрация излучения подстилающей поверхности (картины местности), подсвеченной естественным излучением Солнца, излучением небесной сферы и любых других источников естественного, а также стороннего искусственного излучения. Прием и регистрация указанных фоновых естественных излучений от КОП осуществляется с помощью первого приемного канала и первого фотоприемного блока 5 в видимом диапазоне длин волн и с помощью третьего приемного канала и третьего фотоприемного блока 22 в инфракрасном диапазоне длин волн. В качестве фотоприемных блоков 5 и 22 используются видеокамера видимого диапазона длин волн (поз.5) и видеокамера инфракрасного диапазона длин волн (поз.22). Прием и регистрация фонового излучения в видимом диапазоне длин волн с помощью первого приемного канала в первом фотоприемном блоке 5 осуществляется следующим образом. Отраженное от подстилающей поверхности фоновое излучение улавливается первым приемным объективом 1. Далее приемный объектив 1 совместно с первой линзой 3 формируют на фоточувствительной площадке фотоприемного блока 5 (видеокамеры видимого диапазона) изображение объекта и контролируемого объема пространства, в котором находится указанный обнаруживаемый объект. При этом КОП и обнаруживаемый объект подсвечены естественным фоновым излучением, например солнечным излучением, а подсвета КОП и объекта зондирующим лазерным излучением от лазерных генераторов 9 и 26 не производится. Принимаемое фоновое излучение на пути от первого приемного объектива 1 к фотоприемному блоку 5 проходит через спектральный перестраиваемый фильтр 2, рабочий элемент которого представляет собой специальный кристалл, прозрачный к излучению видимого диапазона длин волн, в котором возбуждены ультразвуковые волны. В результате взаимодействия проходящего оптического сигнала (излучения) с ультразвуковыми волнами в указанном кристалле осуществляется динамическая фильтрация оптического сигнала, при которой часть оптического спектра проходящего излучения подавляется, не проходит к линзе 3 и не попадает на оптический вход фотоприемного блока 5 - на фоточувствительную площадку видеокамеры 5. Длина волны динамической спектральной фильтрации определяется управляющими сигналами, поступающими на управляющий вход спектрального перестраиваемого фильтра 2 с выхода блока обработки локационных сигналов 52, в котором осуществляется управление работой спектральных перестраиваемых фильтров и вырабатываются соответствующие управляющие сигналы, определяющие длину волны пропускания фильтра, а также ширину полосы фильтрации проходящих оптических сигналов. Таким образом, спектральный перестраиваемый фильтр 2 работает в режиме управляемой спектральной фильтрации проходящего оптического сигнала и выполняет функцию оптического спектроанализатора изображения местности (подстилающей поверхности), сформированной приемным объективом 1 и линзой 3 на фоточувствительной площадке первого фотоприемного блока 5. Следует отметить, что спектральные перестраиваемые фильтры выполняют еще одну важную функцию: обеспечивают режим стробирования принимаемых сигналов лазерного излучения по дальности вследствие того, что пропускание принимаемых оптических сигналов через перестраиваемый спектральный фильтр осуществляется только в моменты времени подачи управляющего электрического сигнала на этот фильтр. Режим стробирования по дальности реализуется при осуществлении управления временем пропускания и фильтрацией оптических сигналов в спектральном перестраиваемом фильтре с помощью импульсного электрического сигнала с заданной длительностью. Указанное выше изображение подстилающей поверхности в некотором заданном узком спектральном диапазоне, обусловленном фильтрацией в спектральном перестраиваемом фильтре 2, регистрируется первым фотоприемным блоком 5, преобразуется в видеосигнал и поступает с выхода блока 5 в первый блок памяти 6, где оцифровывается и в цифровой форме запоминается. Далее рассмотренная процедура регистрации изображения наблюдаемой местности в некотором заданном спектральном диапазоне повторяется возможно несколько раз при других измененных параметрах длины волны полосы фильтрации проходящего оптического излучения в спектральном перестраиваемом фильтре 2. Изменение длины волны полосы фильтрации фильтра 2 осуществляется под управлением сигналов, поступающих на управляющий вход фильтра 2 с выхода блока обработки локационных сигналов 52. В результате в блоке памяти 6 накапливаются несколько изображений местности (подстилающей поверхности), полученных на различных длинах волн оптического спектра в видимом диапазоне длин волн, например, в красном, зеленом и синем диапазонах видимого спектра длин волн. Полученная информация о многоспектральном анализе изображений местности поступает с выхода блока памяти 6 в блок обработки локационных сигналов 52 для дальнейшего использования в обнаружении и распознавании объектов, находящихся в КОП совместно с поступившими ранее результатами приема и регистрации отраженного от КОП зондирующего лазерного излучения в видимом и ИК-диапазонах от лазерных генераторов 9 и 26. Аналогичным образом прием и регистрация фонового излучения от изображения местности в КОП в инфракрасном диапазоне длин волн осуществляется в третьем приемном канале с помощью третьего фотоприемного блока 22, в котором используется видеокамера инфракрасного диапазона длин волн. Объектив 18 совместно с линзой 20 формируют на входе фотоприемного блока 22 изображение местности с возможно находящимся обнаруживаемым объектом в инфракрасном диапазоне длин волн. Спектральный перестраиваемый фильтр 19 работает в режиме управляемой фильтрации проходящего оптического излучения в инфракрасном диапазоне и выполняет функцию оптического спектроанализатора инфракрасного диапазона длин волн. Управление установлением длины волны полосы фильтрации фильтра 22 в ИК-диапазоне и изменением этой длины волны осуществляется под воздействием управляющих сигналов, поступающих на управляющий вход спектрального перестраиваемого фильтра 22 с одного из выходов блока обработки локационных сигналов 52. Зарегистрированное изображение местности с выхода фотоприемного блока 22 поступает в блок памяти 23, где оцифровывается и запоминается. С помощью фотоприемного блока 22 регистрируется несколько изображений местности для нескольких длин волн полосы фильтрации в инфракрасном диапазоне длин волн. Полученные изображения местности в нескольких заданных установленных длинах волн фильтрации в ИК-диапазоне запоминаются в блоке памяти 23 и далее поступают в блок обработки локационных сигналов 52 для дальнейшей обработки и анализа совместно с ранее полученной информацией.Simultaneously with obtaining information about the reflective characteristics of detected objects located in the CPC, the proposed laser location system receives and records radiation from the underlying surface (terrain), illuminated by the natural radiation of the Sun, the radiation of the celestial sphere and any other sources of natural as well as third-party artificial radiation . The reception and registration of these background natural emissions from the CPC is carried out using the first receiving channel and the first photodetecting unit 5 in the visible wavelength range and using the third receiving channel and the third photodetecting unit 22 in the infrared wavelength range. As the photodetector blocks 5 and 22, a video camera of the visible wavelength range (pos. 5) and a video camera of the infrared wavelength range (pos. 22) are used. The reception and registration of background radiation in the visible wavelength range using the first receiving channel in the first photodetector unit 5 is as follows. The background radiation reflected from the underlying surface is captured by the first receiving lens 1. Next, the receiving lens 1, together with the first lens 3, form an image of the object and the controlled volume of the space in which the detected object is located on the photosensitive area of the photodetector unit 5 (visible range cameras). In this case, the CPC and the detected object are highlighted by natural background radiation, for example, solar radiation, and the CPC and the object are not illuminated by probing laser radiation from
В результате совместной работы всех четырех приемных каналов, а также работы передающих каналов в ЛЛС в блоке обработки локационных сигналов 52 образуется и накапливается информация о параметрах отражательных характеристик отдельных объектов в КОП, полученных при регистрации импульсов отраженного лазерного излучения в нескольких различных длинах волн подсвечивающего лазерного излучения в видимом и инфракрасном диапазонах длин волн. Одновременно в блоке 52 образуется и накапливается информация о спектральном распределении изображения местности (подстилающей поверхности) в КОП в видимом и инфракрасном диапазонах длин волн. При этом спектральное распределение изображения местности сформировано в некоторых заданных дискретных значениях длин волн в форме цифровых массивов реализации изображений местности, полученных и зарегистрированных на фиксированных величинах длин волн видимого и инфракрасного диапазонов. При этом полученные изображения местности в различных диапазонах длин волн и объекты, обнаруженные и зарегистрированные в результате приема импульсов отраженного от КОП лазерного излучения во втором 15 и четвертом 32 фотоприемных блоках, имеют единую точную привязку к общей системе пространственных координат, что обеспечивается установлением и контролем взаимной параллельности в пространстве визирных осей всех четырех приемных каналов, а также двух передающих каналов. Установление параллельности визирных осей рассмотрено ниже. Полученная в результате работы ЛЛС информация используется для постоянного наблюдения (мониторинга) контролируемой области пространства, для обнаружения находящихся в КОП объектов с различными параметрами отражательных характеристик в видимом и инфракрасном диапазонах длин волн, а также для распознавания обнаруженных объектов и определения их принадлежности к соответствующим классам и типам объектов, например, принадлежности к оптическим и оптикоэлектронным наблюдательным приборам и т.п. При этом для распознавания типов обнаруженных объектов используется анализ тонкой временной структуры отраженных от этих объектов импульсов подсвечивающего лазерного излучения видимого и инфракрасного диапазонов длин волн. Анализ импульсов указанного лазерного излучения осуществляется путем формирования одномерных Фурье-спектров с помощью процессоров быстрого преобразования Фурье и сравнения полученных спектров с библиотекой эталонных спектров стандартных объектов, хранящихся в специальных регистрах памяти блока обработки локационных сигналов 52. Таким образом, для обнаружения объектов, находящихся в КОП, и для распознавания обнаруженных объектов используется большой массив информации, полученной на основании подсвета КОП зондирующим лазерным излучением в нескольких участках видимого и инфракрасного диапазонов, а также информации, полученной в результате пассивного приема и регистрации изображения наблюдаемой местности (подстилающей поверхности) в КОП, подсвеченной естественными источниками излучения, и осуществления спектрального анализа изображения местности в видимом и инфракрасном диапазонах длин волн. Применение указанных технических средств позволяет существенно повысить информативность ЛЛС, увеличить эффективность обнаружения и вероятность правильного распознавания объектов в КОП.As a result of the joint work of all four receiving channels, as well as the operation of the transmitting channels in the LLS in the processing unit for location signals 52, information is generated and accumulated on the parameters of the reflective characteristics of individual objects in the CPC obtained by recording pulses of reflected laser radiation at several different wavelengths of the illuminating laser radiation in the visible and infrared wavelengths. At the same time, information on the spectral distribution of the terrain image (underlying surface) in the CPC in the visible and infrared wavelength ranges is generated and accumulated in block 52. In this case, the spectral distribution of the terrain image is formed in some predetermined discrete wavelengths in the form of digital arrays of the implementation of terrain images obtained and recorded at fixed wavelengths of the visible and infrared ranges. Moreover, the obtained terrain images in different wavelength ranges and objects detected and registered as a result of receiving pulses of laser radiation reflected from the CPC in the second 15 and fourth 32 photodetector units have a single exact reference to the general spatial coordinate system, which is ensured by the establishment and control of the mutual parallelism in the space of the target axes of all four receiving channels, as well as two transmitting channels. Establishing the parallelism of the target axes is discussed below. The information obtained as a result of the work of the LLS is used for constant observation (monitoring) of the controlled area of space, for the detection of objects located in the CPC with various parameters of reflective characteristics in the visible and infrared wavelength ranges, as well as for recognition of detected objects and determining their belonging to the corresponding classes and types of objects, for example, belonging to optical and optoelectronic observational devices, etc. In this case, to identify the types of detected objects, an analysis of the fine temporal structure of the pulses of the illuminated laser radiation of the visible and infrared wavelength ranges reflected from these objects is used. The analysis of pulses of the indicated laser radiation is carried out by forming one-dimensional Fourier spectra using fast Fourier transform processors and comparing the obtained spectra with a library of reference spectra of standard objects stored in special memory registers of the processing unit for location signals 52. Thus, to detect objects in the CPC , and for the recognition of detected objects using a large array of information obtained on the basis of illumination of the CPC by probe laser radiation HAND in several areas of the visible and infrared ranges, and the information obtained as a result of passive reception observed image areas (land surface) in CPC illuminated natural sources of radiation, and spectral analysis of the image areas in the visible and infrared wavelengths. The use of these technical tools can significantly increase the information content of the LAN, increase the detection efficiency and the probability of correct recognition of objects in the CPC.
На основании использования входящих в ЛЛС технических средств собственно лазерной локации КОП и средств пассивного приема, регистрации и спектрального анализа изображений наблюдаемой местности - подстилающей поверхности - можно осуществлять различные алгоритмы обнаружения и распознавания объектов, находящихся или замаскированных в КОП. Использование спектрального анализа изображения наблюдаемой местности в КОП позволяет эффективно выделять отдельные характерные точки и элементы местности, в которых расположены, например, зеленые насаждения, искусственные сооружения, в которых могут быть расположены наблюдательные оптикоэлектронные и оптические приборы, а также различные камуфляжные средства. Указанные элементы имеют различающиеся спектральные характеристики в видимом и ИК-диапазонах и эффективно определяются с помощью спектрального анализа регистрируемого изображения местности. В моменты времени приема и регистрации изображения местности с помощью первого и третьего фотоприемных блоков облучение КОП зондирующим лазерным излучением не производится. При облучении КОП зондирующим лазерным излучением от лазерных генераторов 9 и 26 основной прием отраженного лазерного излучения осуществляется во втором и четвертом приемных каналах с помощью фотоприемных блоков 15 и 32. При этом возможно также осуществлять прием и регистрацию отраженного лазерного излучения и в фотоприемных блоках 5 и 22, соответственно в видимом и ИК диапазонах при наличии достаточного уровня принимаемого отраженного сигнала для некоторых типов объектов, например, катафотов, уголковых отражателей, оптических приборов, не снабженных антибликовыми покрытиями. Для осуществления приема импульсных узкополосных лазерных отраженных сигналов в указанных первом 5 и третьем 22 фотоприемных блоках спектральные перестраиваемые фильтры 2 и 19 настраиваются на выполнение фильтрации длин волн, равных длинам волн генерации соответствующих лазерных генераторов видимого диапазона 9 для спектрального фильтра 2 и инфракрасного диапазона длин волн - лазерный генератор 26 - для спектрального перестраиваемого фильтра 19 ИК-диапазона длин волн. При этом для обнаружения наличия объектов в изображениях, зарегистрированных фотоприемными блоками 5 и 22, при осуществлении подсвета КОП зондирующим лазерным излучением нет необходимости формировать специальный разностный видеосигнал, как это сделано в устройстве-прототипе, так как в предлагаемой лазерной локационной системе обработка изображений, зарегистрированных фотоприемными блоками 5 и 22, осуществляется в цифровой форме в блоке обработки локационных сигналов 52, и для обнаружения объектов достаточно сравнить уровни зарегистрированных интенсивностей сигналов изображения в каждом элементе разрешения (пикселе) при наличии подсвета КОП зондирующим лазерным излучением и при пассивном приеме и регистрации изображения местности, подсвеченной естественным фоновым излучением. Следует отметить, что фотоприемные блоки 15 и 32, регистрирующие импульсные оптические сигналы отраженного зондирующего лазерного излучения, обладают более высокой чувствительностью при приеме коротких импульсных оптических сигналов и позволяют зарегистрировать тонкую временную структуру отраженного лазерного излучения, что позволяет повысить эффективность обнаружения и вероятность распознавания объектов в ЛЛС. Регистрация отраженного импульсного оптического сигнала фотоприемными блоками 5 и 22 позволяет получить информацию о расположении обнаруживаемого объекта относительно характерных элементов местности, выявленных фотоприемными блоками 5 и 22, осуществлявшими спектральный анализ изображений местности, подсвеченной естественным фоновым излучением. Это позволяет осуществить прямую привязку координат объектов, обнаруживаемых с помощью фотоприемных блоков 15 и 32, к многоспектральным изображениям местности, формируемым с помощью фотоприемных блоков 5 и 22. При отсутствии возможности зарегистрировать в фотоприемных блоках 5 или 22 импульсный оптический сигнал отраженного зондирующего лазерного излучения вследствие, например, весьма малого уровня отраженного оптического сигнала обнаружение объекта осуществляется с помощью фотоприемных блоков 15 и 33, непосредственно приспособленных для приема импульсного лазерного излучения соответствующего диапазона длин волн, а привязку координат обнаруженных объектов осуществляют на основе установления и контроля строгой параллельности визирных осей всех четырех приемных каналов в ЛЛС. Таким образом, прием и регистрация отраженного от КОП зондирующего лазерного излучения позволяет получить дополнительную информацию о характеристиках обнаруживаемых объектов и повысить эффективность обнаружения и распознавания объектов в предлагаемой ЛЛС. Следует отметить, что возможности предлагаемой ЛЛС по получению информации о многоспектральных изображениях наблюдаемой местности и одновременного определения отражательных характеристик соответствующих выделенных элементов и обнаруженных объектов на фоне изображений местности позволяет использовать предлагаемую ЛЛС для непрерывного круглосуточного наблюдения и мониторинга контролируемой области пространства и оперативного обнаружения и распознавания появляющихся новых элементов и оптикоэлектронных и оптических средств наблюдения и разведки в контролируемой области.Based on the use of the technical means of the CPC laser location proper and the means of passive reception, registration, and spectral analysis of the images of the observed area — the underlying surface — various algorithms for detecting and recognizing objects located or masked in the CPC can be implemented. The use of spectral analysis of the image of the observed area in the CPC allows one to efficiently distinguish individual characteristic points and elements of the area in which, for example, green spaces, artificial structures in which observation optoelectronic and optical devices can be located, as well as various camouflage means, are located. These elements have different spectral characteristics in the visible and infrared ranges and are effectively determined using spectral analysis of the recorded image of the area. At the time of receiving and recording the terrain image using the first and third photodetector blocks, the CPC is not exposed to probing laser radiation. When the CPC is irradiated with probe laser radiation from
Рассмотрим далее режим функционального контроля и настройки аппаратуры предлагаемой ЛЛС. В данном режиме работы ЛЛС осуществляется установление и контроль параллельности в пространстве визирных осей всех четырех приемных оптических каналов, а также параллельность осей диаграмм направленности передающих каналов видимого и инфракрасного излучения. Для эффективной работы предлагаемой ЛЛС необходима строгая параллельность в пространстве визирных осей и диаграмм направленности лазерного излучения всех шести приемных и передающих каналов, составляющих ЛЛС. В предлагаемой ЛЛС в режиме функционального контроля и настройки установление в пространстве параллельности визирных осей приемных каналов и диаграмм направленности передающих каналов осуществляется в два этапа. Вначале на первом этапе устанавливается взаимная параллельность в пространстве осей диаграмм направленности двух передающих каналов, работающих в видимом диапазоне (первый передающий канал с лазерным генератором 9) и в инфракрасном диапазоне длин волн (второй передающий канал с лазерным генератором 26). На втором этапе настройки осуществляется установление параллельности визирных осей первого и второго приемных каналов видимого диапазона длин волн относительно направления оси диаграммы направленности первого передающего канала видимого диапазона, а также установление параллельности визирных осей третьего и четвертого приемных каналов инфракрасного диапазона длин волн относительно направления оси диаграммы направленности второго передающего канала ИК-диапазона. В результате этих процедур визирные оси всех приемных каналов и оси диаграмм направленности передающих каналов оказываются взаимно параллельными в пространстве. Процесс настройки параллельности указанных осей приемных и передающих каналов представлен с помощью схем расположения элементов ЛЛС на фиг.2 и фиг.3. На фиг.2 представлено взаимное расположение в пространстве всех шести каналов, составляющих ЛЛС, - двух передающих и четырех приемных каналов. Здесь показан вид с торца ЛЛС, а именно: вид на расположение элементов ЛЛС по стрелке A на фиг.1. Позициями 1 и 11 на фиг.2 обозначены приемные апертуры первого поз.1 и второго поз.11 приемных объективов приемных каналов видимого диапазона длин волн. Позицией 7 обозначена выходная апертура первого передающего канала видимого диапазона (оптический выход первого формирователя лазерного пучка). Таким образом, два приемных канала и один передающий канал видимого диапазона расположены в одной плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа фиг.2. Позициями 18 и 28 на фиг.2 обозначены приемные апертуры третьего поз.18 и четвертого поз.28 приемных объективов приемных каналов инфракрасного диапазона длин волн. Позицией 24 на фиг.2 обозначена выходная апертура второго передающего канала инфракрасного диапазона длин волн (оптический выход второго формирователя лазерного пучка). Два приемных канала и соответствующий передающий канал ИК-диапазона расположены в одной плоскости, расположенной рядом и параллельно плоскости расположения приемных и передающего каналов видимого диапазона длин волн. На фиг.2 представлены также элементы (поз.43-50), расположенные на седьмой оси чертежа на фиг.1, выполняющие функцию контроля параллельности диаграмм направленностей двух передающих каналов в ЛЛС. На фиг.3 представлена схема расположения в пространстве двух передающих каналов вид по стрелке B на фиг.2. При этом остальные приемные каналы, присутствующие на фиг.2, на фиг.3 не показаны, так как их расположение не влияет на расположение элементов на схеме фиг.3. Здесь представлены также элементы поз.43-50, выполняющие указанную выше функцию контроля параллельности осей диаграмм направленности двух передающих каналов ЛЛС. На первом этапе, как было отмечено, осуществляется установление параллельности передающих каналов предлагаемой ЛЛС. Этот процесс иллюстрируется блок-схемами на фиг.2 и фиг.3. Установление параллельности диаграмм направленности передающих каналов осуществляется с помощью элементов, расположенных на седьмой оптической оси ЛЛС фиг.1 и фиг.2, 3, следующим образом. Отражательное зеркало поз.43 с помощью блока перемещения 44 устанавливается на выходе первого и второго поз.7 и 24 формирователей лазерных пучков в положение, показанное на схеме фиг.3, а также условно показанное на схеме фиг.2. При этом положении отражательное зеркало 43 перекрывает одновременно часть выходного лазерного излучения с оптических выходов первого 7 и второго 24 формирователей лазерных пучков и направляет эти два пучка лазерных излучений (два плоских волновых фронта) на оптический вход пятого управляемого оптического фильтра 45, а затем через него направляет пучки лазерных излучений на вогнутое отражательное зеркало 46. Последнее фокусирует указанные пучки лазерного излучения в плоскости люминофорной пластины 47. (см. фиг.3 и фиг.2 одновременно). При установлении и контроле направлений диаграмм направленности лазерные генераторы работают по отдельности и попеременно. Вначале контролируется и устанавливается направление оси при работе лазерного генератора 9 видимого диапазона при неработающем лазерном генераторе ИК-диапазона 26. Затем при работающем лазерном генераторе ИК-диапазона устанавливается направление его оси диаграммы направленности, соответствующей направлению ранее установленного направления оси лазерного генератора 9 при отсутствии генерации излучения этого лазерного генератора. Люминофорная пластина выполняет две функции: функции отражательного экрана для излучения видимого диапазона длин волн и функции визуализирующего собственно люминофорного экрана для излучения инфракрасного диапазона длин волн. Вначале с помощью люминофорной пластины 47 осуществляется определение положения в пространстве оси диаграммы направленности лазерного излучения на выходе формирователя пучка 7 при работе лазерного генератора видимого диапазона длин волн 9 и при выключенном лазерном генераторе 26. Люминофорная пластина выполняет в этом случае функции отражательного экрана для излучения видимого диапазона длин волн. Положение точки сфокусированного лазерного пучка в плоскости люминофорной пластины 47 характеризует направление в пространстве оси диаграммы направленности лазерного пучка, сформированного на выходе формирователя лазерного пучка поз.7 при работе лазерного генератора 9 видимого диапазона длин волн. Это положение сфокусированной яркой светящейся точки регистрируется пятым фотоприемным блоком 50, в качестве которого использована видеокамера видимого диапазона длин волн. Зарегистрированное изображение плоскости люминофорной пластины с выхода пятого фотоприемного блока 50 поступает в блок памяти 51, а с его выхода поступает в блок обработки локационных сигналов 52. Линза 48 осуществляет перенос изображения люминофорной пластины 47 в плоскость фоточувствительной площадки фотоприемного блока 50. В результате в блоке обработки локационных сигналов 52 фиксируется информация о координатах сфокусированной точки в плоскости люминофорного экрана 47, которые отображают два плоских угла направления в пространстве оси диаграммы направленности сформированного лазерного пучка относительно центральной осевой линии - второй оптической оси на оптическом выходе формирователя лазерного пучка поз.7. С помощью дефлектора лазерного излучения 8 осуществляют небольшую подстройку направления распространения лазерного пучка на выходе формирователя лазерного пучка 7 и устанавливают такое направление волнового фронта и оси диаграммы направленности излучения на выходе формирователя лазерного пучка 7, при котором сфокусированная точка излучения попадает точно в центр люминофорного экрана 47 и, соответственно, в центр фоточувствительной площадки фотоприемного блока 50. Это соответствует направлению в пространстве оси диаграммы направленности лазерного излучения на оптическом выходе формирователя лазерного пучка 7 строго по направлению второй оптической оси лазерной локационной системы. Координаты этой светящейся сфокусированной точки определяются и запоминаются в блоке обработки локационных сигналов 52. Далее лазерный генератор 9 выключается и включается лазерный генератор 26 инфракрасного диапазона длин волн. Ход лазерного излучения с выхода формирователя лазерного пучка 24 до люминофорного экрана 47 аналогичен рассмотренному распространению лазерного излучения с выхода формирователя лазерного пучка 7 видимого диапазона. Люминофорный экран 47 выполняет функцию визуализатора инфракрасного излучения, генерируемого лазерным генератором 26. Под воздействием интенсивного излучения от лазерного генератора 26, сфокусированного в плоскость люминофорного экрана 47, последний переходит в возбужденное состояние и излучает люминесцентное излучение в видимом диапазоне с распределением в плоскости экрана 47, соответствующим распределению инфракрасного излучения, поступающего на люминесцентный экран 47 в результате его фокусировки вогнутым отражательным зеркалом 46. Характер фокусировки видимого и инфракрасного излучений вследствие использования отражательного металлического вогнутого зеркала идентичен. Фотоприемный блок 50 регистрирует распределение излучения в плоскости люминесцентного экрана 47 в видимом преобразованном диапазоне длин волн. В результате в блоке обработки локационных сигналов 52 образуются координаты светящейся сфокусированной точки излучения в плоскости люминофорного экрана, соответствующие направлению в пространстве диаграммы направленности пучка инфракрасного лазерного излучения на выходе формирователя лазерного пучка 24. С помощью двухкоординатного дефлектора лазерного излучения осуществляется подстройка направления оси диаграммы направленности данного пучка излучения до установления его параллельности с диаграммой направленности лазерного излучения на выходе формирователя лазерного пучка 7. Для установления указанной параллельности светящаяся точка от инфракрасного лазерного пучка так же, как и от пучка излучения видимого диапазона, устанавливается в центре люминофорного экрана 47 на его пересечении с седьмой оптической осью лазерной локационной системы. Управление отклонением лазерного пучка ИК-излучения и, соответственно, управление смещением светящейся точки от ИК лазерного пучка в плоскости люминофорного экрана 47 осуществляется в блоке обработки локационных сигналов 52, в который поступает информация о координатах указанной светящейся точки в форме видеоизображения (видеосигнала), формируемого пятым фотоприемным блоком 50. Информация о необходимой величине дополнительного отклонения инфракрасного лазерного пучка, вырабатываемая в блоке обработки локационных сигналов 52, поступает из блока 52 в блок управления системой 53, от которого управляющий сигнал поступает на управляющий вход соответствующего дефлектора лазерного излучения 25, осуществляющего отклонение лазерного излучения, генерируемого лазерным генератором 26 инфракрасного диапазона. Таким образом, в результате указанных действий светящиеся точки от лазерных излучений видимого и инфракрасного диапазонов устанавливаются в одном месте в центре люминофорного экрана 47, а диаграммы направленности лазерных излучений, формируемых лазерными генераторами 9 и 26 на выходе формирователей лазерных пучков 7, 24, устанавливаются параллельными в пространстве. Управляемые оптические фильтры служат для ослабления уровней излучений, поступающих на люминофорную пластину 47 и на оптический вход пятого фотоприемного блока 50. После установления параллельности указанных диаграмм направленности с помощью блока перемещения 44 отражательное зеркало 43 выводится из оптической системы и не препятствует прохождению лазерных пучков на выходах формирователей лазерных пучков 7 и 24. Далее осуществляется установление и контроль параллельности в пространстве визирных осей всех четырех приемных каналов видимого и инфракрасного диапазонов. Для выполнения данных действий в оптические системы четырех приемных каналов вводятся уголковые отражатели поз.35, 37, 39 и 41 с помощью соответствующих блоков перемещения 36, 38, 40, 42, как это показано на фиг.1 и фиг.2. Уголковые отражатели осуществляют ответвление части лазерного пучка (плоского волнового фронта) на выходе формирователей лазерного пучка 7 и 24 на оптические входы соответствующих приемных каналов - на входы приемных объективов 1, 11 и на входы объективов 18, 28. При этом уголковые отражатели отражают лазерные пучки строго в обратном направлении, вследствие чего направление лазерных пучков, поступающих на оптические входы указанных приемных объективов, оказываются параллельными оси диаграммы направленности соответствующих лазерных пучков на выходах формирователей лазерных пучков 7 и 24. Далее лазерные излучения после приемных объективов проходят через спектральные перестраиваемые фильтры 2, 12 и 19, 29 и соответствующими линзами поз.3, 12 и 20, 30 фокусируются на фоточувствительных площадках фотоприемных блоков 5, 15 и 22, 32. При этом положение сфокусированной светящейся точки в плоскости фоточувствительной площадки соответствующих указанных фотоприемных блоков соответствует угловым координатам визирной оси приемного канала, параллельной оси диаграммы направленности соответствующего лазерного пучка на выходах формирователей лазерных пучков 7 и 24. Информация о координатах указанных сформированных светящихся точек с выходов фотоприемных блоков поступает в блоки памяти 6, 23 и в блоки регистрации сигналов 16 и 33 и далее поступает в блок обработки локационных сигналов 52. В блоке 52 для каждого фотоприемного блока видимого и инфракрасного диапазона запоминаются координаты сформированных светящихся точек в виде номеров пикселей, на которые были спроектированы соответствующие точки, с которых получены сигналы, соответствующие интенсивностям световых импульсов в указанных точках. Таким образом, в блоке обработки локационных сигналов 52 для каждого фотоприемного блока идентифицированы и зарегистрированы координаты точек (пикселей) в двумерной плоскости фоточувствительной матрицы или фоточувствительной приемной площадки (видеокамеры), соответствующие двумерным угловым координатам визирной линии приемного канала, параллельной оси диаграммы направленности соответствующего лазерного пучка, сформированного на выходе (оптическом) соответствующего формирователя лазерного пучка 7 и 24. При этом направления осей диаграмм направленностей лазерных пучков, сформированных на выходах формирователей лазерных пучков 7 и 24, в ходе выполнения предыдущей процедуры настройки были установлены параллельными между собой и параллельными, например, второй оптической оси ЛЛС (вторая оптическая ось сверху на чертеже фиг.1). Следовательно, зафиксированные указанные координаты точек, соответствующие угловым координатам визирных осей приемных каналов, являются угловыми координатами визирных осей, параллельных друг другу и параллельных осям диаграмм направленности передающих каналов ЛЛС, также параллельным между собой. Таким образом, в результате выполнения рассмотренных первой и второй процедур настройки вначале установлена параллельность осей диаграмм направленности на выходах формирователей лазерных пучков 7 и 24 в передающих каналах видимого и инфракрасного диапазонов, а затем визирные оси приемных каналов видимого и инфракрасного диапазонов установлены параллельными соответствующим осям диаграмм направленностей передающих каналов видимого и инфракрасного диапазонов длин волн и, соответственно, параллельными взаимно между собой. Указанная параллельность визирных осей приемных каналов установлена программно в виде регистрации угловых координат визирных осей в блоке 52, соответствующих и параллельных осям диаграмм направленностей передающих каналов видимого и инфракрасного диапазонов. В результате на основе полученной информации в блоке 52 осуществляется программно совмещение распределения изображений, полученных (принятых) от различных четырех приемных каналов и четырех фотоприемных блоков, в единое цифровое изображение наблюдаемой местности в видимом и инфракрасном диапазоне длин волн, а также в различных длинах волн полосы фильтрации в спектральных перестраиваемых фильтрах и с возможностью регистрации тонкой временной структуры принимаемого отраженного лазерного зондирующего излучения для каждой фиксируемой точки разрешения (пикселя) в соответствующих участках (элементах) наблюдаемого изображения местности. Для регистрации единого изображения программно в блоке 52 осуществляется еще одна операция, необходимая для точного совмещения и получения суммарного изображения местности - компенсация параллакса между изображениями, регистрируемыми в каждом из четырех приемных каналов и четырех фотоприемных блоков вследствие пространственного смещения положений (центров осей) четырех приемных объективов поз.1, 11 и 18, 28. Реальное пространственное расположение приемных объективов четырех приемных каналов приведено на фиг.2. Поэтому при формировании единого изображения, например, на основе изображения местности, получаемого в первом приемном канале с помощью приемного объектива поз.1, с учетом измеренной координаты дальности до наблюдаемого объекта (сцены на местности) осуществляется компенсация смещения изображения, даваемого приемным объективом 11 по вертикали по отношению к первому приемному объективу поз.1, являющегося базовым, осуществляется компенсация смещения изображения, по горизонтали даваемого приемным объективом 18, и осуществляется компенсация смещения изображения, даваемого приемным объективом 28 по горизонтали и по вертикали (см. фиг.2). Указанная компенсация смещения соответствующих изображений при наложении изображений на условно принятое за базовое изображение, регистрируемое первым приемным объективом 1, осуществляется программно в блоке обработки локационных сигналов 52. При этом учитывается координата дальности, получаемая при приеме отраженного зондирующего импульсного лазерного сигнала во втором 15 и четвертом 32 фотоприемных блоках. Для уточнения координаты дальности возможно осуществление измерения дальности до некоторых выделенных объектов в изображении местности (подстилающей поверхности), зарегистрированной фотоприемными блоками 5 и 22. В этом случае осуществляется идентификация этих объектов в сигналах, зарегистрированных в фотоприемных блоках 15 или 32, и осуществляется определение координаты дальности до обнаруженных объектов в фотоприемных блоках 15, 32 и в блоках регистрации сигналов 16, 33, после чего полученная оценка дальности условно принимается за величину дальности до наблюдаемой местности и используется для осуществления компенсации параллактического смещения изображения при формировании суммарного изображения местности с нанесенными в соответствующих точках координатами и отметками от обнаруженных объектов на местности. При выполнении установления параллельности визирных осей приемных каналов управляемые оптические фильтры поз.4, 14, 21, 31 осуществляют функцию необходимого ослабления поступающего лазерного излучения на входы фотоприемных блоков от лазерных генераторов 9 и 26, которые в моменты времени установления параллельности визирных осей работают в режиме с пониженной мощностью генерации лазерного излучения. Следует отметить, что уже при сравнительно небольшой дальности до наблюдаемых объектов в КОП (порядка 500 метров) параллактическое смещение изображений в рядом расположенных приемных каналах (расстояние между осями не более одного метра) является весьма малым и им можно пренебречь при формировании суммарного изображения. После осуществления установления параллельности визирных осей приемных каналов уголковые отражатели с помощью блоков перемещения выводятся из оптических систем приемных и передающих каналов и не препятствуют прохождению сформированных лазерных пучков на выходах формирователей лазерных пучков 7 и 24, а также не затеняют входные апертуры приемных объективов при приеме оптических сигналов. На этом режим функционального контроля и настройки ЛЛС завершен и ЛЛС переходит в штатный режим работы и наблюдения контролируемой области пространства.Let us further consider the mode of functional control and adjustment of the equipment of the proposed LAN. In this mode of operation of the radar, the parallelism in the space of the target axes of all four receiving optical channels is established and controlled, as well as the parallelism of the axes of the radiation patterns of the transmitting channels of visible and infrared radiation. For the effective operation of the proposed laser, strict parallelism is required in the space of the target axes and laser radiation patterns of all six receiving and transmitting channels that make up the laser. In the proposed LAN in the functional control and tuning mode, the establishment in the parallelism space of the sighting axes of the receiving channels and the radiation patterns of the transmitting channels is carried out in two stages. First, at the first stage, mutual parallelism is established in the space of the axes of the radiation patterns of two transmitting channels operating in the visible range (first transmitting channel with a laser generator 9) and in the infrared wavelength range (second transmitting channel with a laser generator 26). At the second stage of tuning, the parallelism of the sighting axes of the first and second receiving channels of the visible wavelength range relative to the direction of the directional axis of the first transmitting channel of the visible range is established, as well as the parallelism of the sighting axes of the third and fourth receiving channels of the infrared wavelength relative to the direction of the axis of the second transmitting channel infrared. As a result of these procedures, the target axes of all the receiving channels and the axes of the radiation patterns of the transmitting channels are mutually parallel in space. The process of adjusting the parallelism of the indicated axes of the receiving and transmitting channels is presented using the location schemes of the elements of the LAN in FIG. 2 and FIG. 3. In FIG. 2 shows the relative position in space of all six channels that make up the LAN, two transmitting and four receiving channels. Here is shown the end view of the LAN, namely: a view of the location of the elements of the LAN along arrow A in FIG. one.
В результате штатного режима работы предлагаемой лазерной локационной системы в блоке обработки локационных сигналов 52 вырабатывается и накапливается следующая информация о характеристиках наблюдаемой местности в КОП и характеристиках объектов, обнаруженных на фоне наблюдаемой местности в КОП. В регистрах памяти блока 52 зарегистрированы распределения интенсивности наблюдаемой в КОП местности, полученные в двух основных оптических диапазонах длин волн: в видимом и в инфракрасном диапазоне. При этом в каждом из диапазонов проведена спектральная фильтрация принимаемого изображения местности (подстилающей поверхности). Сформированы и зафиксированы распределения интенсивности наблюдаемой местности в отдельных спектральных точках в видимом и в инфракрасном диапазонах длин волн. При этом спектральный анализ получаемых изображений местности осуществлен в реальном масштабе времени с помощью программно управляемых спектральных перестраиваемых фильтров видимого и инфракрасного диапазонов длин волн. Данный спектральный анализ проведен при подсвете наблюдаемой местности естественным фоновым излучением без осуществления лазерного подсвета наблюдаемой местности в КОП. В предлагаемой ЛЛС осуществляется подсвет наблюдаемой местности в КОП зондирующим лазерным излучением видимого и инфракрасного диапазонов одновременно в двух диапазонах или последовательно по времени.As a result of the standard operating mode of the proposed laser location system in the processing unit of location signals 52, the following information is generated and accumulated on the characteristics of the observed terrain in the CPC and the characteristics of objects detected against the background of the observed terrain in the CPC. In the memory registers of block 52, the intensity distributions of the area observed in the CPC are recorded, obtained in two main optical wavelength ranges: in the visible and in the infrared range. At the same time, spectral filtering of the received terrain image (underlying surface) was carried out in each of the ranges. The intensity distributions of the observed area were formed and recorded at individual spectral points in the visible and infrared wavelength ranges. At the same time, the spectral analysis of the obtained terrain images was carried out in real time using software-controlled spectral tunable filters of visible and infrared wavelength ranges. This spectral analysis was performed by illuminating the observed area with natural background radiation without laser illumination of the observed area in the CPC. In the proposed LLS, the observed area is illuminated in the CPC by probing laser radiation of the visible and infrared ranges simultaneously in two ranges or sequentially in time.
Осуществляется прием и регистрация отраженного от КОП лазерного излучения в отдельных спектральных точках указанных диапазонов длин волн при выполнении спектральной фильтрации принимаемых отраженных от КОП лазерных зондирующих излучений с помощью спектральных перестраиваемых фильтров видимого и инфракрасного диапазонов длин волн. Импульсы отраженного зондирующего лазерного излучения принимаются и регистрируются в каждом приемном фоточувствительном элементе (пикселе матричного ФЭУ или фотодиоде) приемной матрицы в фотоприемных блоках поз.15 и 32. При этом регистрируется тонкая временная структура отраженного от обнаруживаемого объекта лазерного импульсного сигнала и осуществляется спектральный одномерный Фурье-анализ принимаемых импульсных лазерных сигналов с помощью специальных блоков быстрого преобразования Фурье в реальном масштабе времени или со сдвигом по времени. В блоке обработки локационных сигналов 52 осуществляется автоматическое сравнение сформированных Фурье-спектров принимаемых импульсных лазерных сигналов с банком данных таких спектров, на основании указанного сравнения осуществляется окончательное обнаружение наблюдаемых оптических и оптикоэлектронных средств наблюдения, находящихся в КОП, и идентификация (распознавание) обнаруженных объектов. Одновременно в блоке обработки локационной информации 52 определяются и фиксируются пространственные координаты каждого обнаруженного объекта, а также координаты (угловые) отдельных элементов зафиксированных изображений наблюдаемой местности в КОП в различных участках видимого и инфракрасного диапазонов длин волн. Следует отметить, что в предлагаемой ЛЛС имеется возможность приема и регистрации в фотоприемных блоках 5 и 22 отраженного зондирующего лазерного излучения, соответственно, в видимом и инфракрасном диапазонах подсвечивающего лазерного излучения. В этом случае в режиме работы лазерных генераторов и подсвета КОП зондирующим лазерным излучением осуществляется спектральная фильтрация принимаемого лазерного излучения с помощью спектральных перестраиваемых фильтров 2 и 19 и регистрация отфильтрованных лазерных сигналов с помощью фотоприемных блоков 5 и 22. Полученная видеоинформация с выходов фотоприемных блоков 5 и 22 поступает в блоки памяти 6 и 23 и далее поступает в блок обработки локационных сигналов 52. На основании полученных многоспектральных изображений наблюдаемой местности в КОП формируется суммарное многоспектральное единое изображение местности в КОП, на которую программно наносятся отметки от обнаруженных и идентифицированных объектов, находящихся в КОП и наблюдаемых на фоне полученных многоспектральных изображений местности. Указанное сформированное изображение предъявляется оператору на экране блока отображения информации 54. При этом оператору демонстрируются изображения местности с обнаруженными объектами в различных спектральных точках в видимом и в инфракрасном диапазоне длин волн, а также предъявляются параметры и характеристики обнаруженных объектов и их координаты, полученные в видимом и в инфракрасном диапазоне длин волн, и результаты спектрального Фурье-анализа и сравнения полученных спектров с банком данных для отражательных характеристик обнаруженных объектов в видимом и инфракрасном диапазонах длин волн. В результате получения и анализа большого объема информации о характеристиках обнаруженных объектов и наблюдаемой местности в КОП реализуется существенное повышение эффективности обнаружения объектов и увеличение вероятности правильного распознавания наблюдаемых на местности и обнаруженных объектов. Оператор имеет возможность определить характерные элементы местности по их естественному отраженному фоновому излучению в видимом и инфракрасном спектральных диапазонах, а также оператор получает важную информацию о расположении в указанных характерных точках и элементах местности обнаруженных объектов, имеющих определенные отражательные характеристики в видимом и инфракрасном диапазонах спектра. При этом реализуется высокая точность привязки координат обнаруженных объектов к характерным элементам наблюдаемой местности в видимом и в ИК-диапазонах. Это достигается за счет применения специальных средств для установления параллельности в пространстве визирных осей всех четырех приемных каналов и осей диаграмм направленностей обеих передающих каналов, а также в результате компенсации параллакса при приеме изображений местности в четырех параллельно работающих приемных каналах, производимой программно в зависимости от дальности до обнаруженного объекта.The laser radiation reflected from the CPC is received and recorded at individual spectral points of the indicated wavelength ranges when spectral filtering of the received laser probe radiation reflected from the CPC is performed using spectral tunable filters of the visible and infrared wavelength ranges. The pulses of the reflected probe laser radiation are received and recorded in each receiving photosensitive element (pixel of a photomultiplier array or photodiode) of the receiving matrix in the photodetector blocks pos. 15 and 32. In this case, the fine temporal structure of the laser pulse signal reflected from the detected object is recorded and a spectral one-dimensional Fourier transform is performed analysis of received pulsed laser signals using special blocks of fast Fourier transform in real time or with shift m in time. In the processing unit for location signals 52, an automatic comparison of the generated Fourier spectra of the received pulsed laser signals with a data bank of such spectra is performed, based on this comparison, the final detection of the observed optical and optoelectronic monitoring devices located in the CPC is carried out and identification (recognition) of detected objects is carried out. At the same time, the spatial coordinates of each detected object, as well as the coordinates (angular) of individual elements of the recorded images of the observed terrain in the CPC in various parts of the visible and infrared wavelength ranges are determined and recorded in the processing unit for location information 52. It should be noted that in the proposed LLS there is the possibility of reception and registration in the photodetector blocks 5 and 22 of the reflected probe laser radiation, respectively, in the visible and infrared ranges of the illuminated laser radiation. In this case, in the operating mode of the laser generators and the illumination of the CPC by probing laser radiation, the received laser radiation is spectrally filtered using tunable spectral filters 2 and 19 and the filtered laser signals are recorded using photodetector units 5 and 22. The resulting video information from the outputs of photodetector units 5 and 22 enters the memory blocks 6 and 23 and then enters the processing unit location signals 52. Based on the obtained multispectral images of the observed area in CPC forms the total multispectral single image of the terrain in the CPC, which is programmed with marks from detected and identified objects located in the CPC and observed against the background of the obtained multispectral images of the terrain. The specified generated image is presented to the operator on the screen of the information display unit 54. In this case, the operator is shown terrain images with detected objects at various spectral points in the visible and infrared wavelength ranges, as well as the parameters and characteristics of the detected objects and their coordinates obtained in the visible and in the infrared wavelength range, and the results of spectral Fourier analysis and comparison of the obtained spectra with a data bank for the reflective characteristics of locating an object in the visible and infrared wavelengths. As a result of obtaining and analyzing a large amount of information about the characteristics of the detected objects and the observed terrain, the CPC implements a significant increase in the detection efficiency of objects and an increase in the likelihood of correct recognition of the observed objects and the detected objects. The operator is able to determine the characteristic elements of the area by their natural reflected background radiation in the visible and infrared spectral ranges, and the operator also receives important information about the location at the specified characteristic points and terrain elements of detected objects having certain reflective characteristics in the visible and infrared ranges of the spectrum. At the same time, a high accuracy of binding the coordinates of the detected objects to the characteristic elements of the observed area in the visible and in the infrared ranges is realized. This is achieved through the use of special tools to establish parallelism in the space of the target axes of all four receiving channels and the axes of the radiation patterns of both transmitting channels, as well as as a result of parallax compensation when receiving terrain images in four parallel receiving channels, which is produced programmatically depending on the distance to detected object.
В предлагаемой лазерной локационной системе использованы блоки и узлы, освоенные современной промышленностью. Использованные в ЛЛС спектральные перестраиваемые фильтры выполнены на основе перестраиваемых акустооптических фильтров (ячеек), работающих в видимом (поз.2, 12) и инфракрасном (поз.19, 29) диапазонах длин волн. Указанный акустооптический фильтр состоит из акустооптического кристалла и пьезоэлемента, возбуждающего в этом кристалле ультразвуковые волны. Используются кристаллы парателлурита, ниобата лития, кварца, прозрачные для используемых диапазонов длин волн. При распространении оптического излучения через кристалл происходит его взаимодействие с динамической фазовой структурой, возбужденной в кристалле посредством ультразвуковых волн. В результате этого происходит изменение условий распространения оптического сигнала через кристалл для определенной спектральной полосы оптического сигнала - лазерного излучения. На основании этого физического эффекта разработаны акустооптические перестраиваемые фильтры, работающие в видимом, инфракрасном, а также в ультрафиолетовом диапазонах длин волн и осуществляющие выделение (фильтрацию) узкой спектральной полосы из проходящего через кристалл оптического (лазерного) излучения. Принцип действия и характеристики акустооптических перестраиваемых фильтров, а также акустооптических быстродействующих дефлекторов лазерного излучения изложены в монографии [5] на стр.219-234 (акустооптические перестраиваемые фильтры) и на стр.134-167 (дефлекторы лазерного излучения), а также в различных публикациях [6]. Перестраиваемые акустооптические фильтры обладают высокой эффективностью, высокой разрешающей способностью, возможностью работы в широком угловом поле зрения. Перестройка длины волны узкополосной фильтрации реализуется с высоким быстродействием в динамическом режиме. В предлагаемой ЛЛС в качестве спектральных перестраиваемых фильтров использованы акустооптические фильтры видимого и инфракрасного диапазонов длин волн, работающие в режиме узкополосной перестраиваемой фильтрации проходящих оптических сигналов, аналогичных по величине полосы пропускания, например, интерференционным фильтрам или обеспечивающих более узкую полосу спектральной фильтрации, а также выполняющих функции высокоточных быстродействующих спектроанализаторов изображений в видимом и инфракрасном диапазонах длин волн. Указанные спектральные перестраиваемые фильтры содержат акустооптическую ячейку на основе акустооптического кристалла с пьезовозбудителем и специальный генератор высокочастотных электрических сигналов, формирующий специальные напряжения для возбуждения в кристалле указанных ультразвуковых волн и управляемый по сигналам от блока обработки локационных сигналов 52, который выполняет также и ряд управляющих функций и непосредственно формирует сигналы управления для установления величин длин волн пропускания (фильтрации) в спектральных перестраиваемых фильтрах 2, 12, 19, 29. Дефлекторы лазерного излучения видимого диапазона 8 и инфракрасного диапазона 25 выполнены на основе акустооптических отклоняющих ячеек - сканаторов оптического излучения [5]. В качестве лазерных генераторов 9, 26 можно использовать широкий класс лазерных генераторов с управляемой перестройкой длины волны генерации лазерного излучения в видимом и инфракрасном диапазонах длин волн на основе различных физических принципов, например, с перестройкой длины волны генерации с помощью внутрирезонаторных средств, изменения параметров резонаторов и активных сред лазеров [7].In the proposed laser location system used blocks and nodes mastered by modern industry. The spectral tunable filters used in the LANs are based on tunable acousto-optic filters (cells) operating in the visible (pos. 2, 12) and infrared (pos. 19, 29) wavelength ranges. The specified acousto-optical filter consists of an acousto-optical crystal and a piezoelectric element that excites ultrasonic waves in this crystal. Used crystals of paratellurite, lithium niobate, quartz, transparent to the used wavelength ranges. When optical radiation propagates through a crystal, it interacts with a dynamic phase structure excited in the crystal by means of ultrasonic waves. As a result of this, the conditions for the propagation of the optical signal through the crystal change for a certain spectral band of the optical signal — laser radiation. Based on this physical effect, acousto-optic tunable filters have been developed that operate in the visible, infrared, as well as in the ultraviolet wavelength ranges and isolate (filter) a narrow spectral band from optical (laser) radiation passing through the crystal. The principle of operation and characteristics of acousto-optic tunable filters, as well as acousto-optic high-speed laser radiation deflectors are described in the monograph [5] on pages 219-234 (acousto-optical tunable filters) and on pages 134-167 (laser deflectors), as well as in various publications [6]. Tunable acousto-optical filters have high efficiency, high resolution, the ability to work in a wide angular field of view. Tuning the wavelength of narrow-band filtering is implemented with high speed in dynamic mode. Acoustic-optical filters of the visible and infrared ranges of wavelengths operating in the mode of narrow-band tunable filtering of transmitted optical signals, similar in magnitude to the passband, for example, interference filters or providing a narrower spectral filtering band, and also performing functions, are used in the proposed LAN as spectral tunable filters. high-precision high-speed image spectrum analyzers in the visible and infrared wavelength ranges. These spectral tunable filters contain an acousto-optical cell based on an acousto-optic crystal with a piezoelectric exciter and a special generator of high-frequency electric signals that generates special voltages for excitation of the indicated ultrasonic waves in the crystal and is controlled by signals from the processing unit for location signals 52, which also performs a number of control functions and directly generates control signals to establish the values of the transmission (filtering) wavelengths in the spectrum GOVERNMENTAL tunable filters 2, 12, 19, 29. The baffles of the laser radiation in the visible range and
Первый поз.5 и третий поз.22 фотоприемные блоки выполнены на основе видеокамер телевизионного типа видимого 5 и инфракрасного 22 диапазонов длин волн. Данные видеокамеры имеют чувствительность в широком спектральном диапазоне видимого или ИК-излучения и совместно со спектральными перестраиваемыми фильтрами видимого диапазона 2 и инфракрасного 19 диапазона выполняют функции спектральных анализаторов наблюдаемых изображений местности в КОП. Могут быть использованы видеокамеры любых типов, например, на основе ПЗС-матриц видимого и инфракрасного диапазонов длин волн. Фотоприемные блоки 15 и 32 выполнены на основе матричных фоточувствительных оптических приемников излучения видимого и инфракрасного диапазонов длин волн с параллельным съемом информации, имеющих высокое быстродействие и чувствительность при приеме импульсных оптических сигналов. Для фотоприемного блока 15 видимого диапазона длин волн возможно использование многоэлементных матричных фотоэлектронных умножителей (ФЭУ) на микроканальных пластинах, которые представляют собой многоэлементный детектор оптического излучения мгновенного действия с полной развязкой отдельных элементов для параллельной электронной обработки сигналов. Указанный матричный ФЭУ имеет высокую чувствительность во всем видимом диапазоне и, совместно со спектральным перестраиваемым фильтром, обладает возможностью осуществления узкополосной параллельной фильтрации принимаемых оптических сигналов видимого диапазона длин волн. [11]. Фотоприемный блок 32 ИК-диапазона выполнен на основе многоэлементной фотодиодной матрицы, например матрицы лавинных фотодиодов (ЛФД), имеющих высокую чувствительность в широком диапазоне инфракрасного излучения. Совместно со спектральным перестраиваемым фильтром 29 ИК-диапазона фотоприемный блок 32 выполняет функцию узкополосной спектральной фильтрации в инфракрасном диапазоне длин волн. В настоящее время промышленностью освоен выпуск фотодиодных матриц с размером 16×16 элементов в мозаике с полной развязкой отдельных элементов и параллельным усилением и обработкой принимаемых сигналов. Для получения большего количества приемных элементов используется установка нескольких матриц фотодиодов параллельно в одном фотоприемном блоке. Блоки регистрации сигналов 16 и 33 выполнены на основе современных интегральных электронных схем, обеспечивают параллельный съем информации с выходов фотоприемных блоков 15 и 32, оцифровку поступающих электрических сигналов, обеспечивают определение моментов времени появления импульсных электрических сигналов на выходах фотоприемных блоков относительно сигналов точного внутреннего времени ЛЛС, поступающих от блока 52, что позволяет в дальнейшем в блоке 52 осуществить определение моментов времени прихода импульсов принимаемого лазерного излучения на оптический вход фотоприемного блока 15 или 32 и определить дальность до обнаруживаемого объекта. Блоки регистрации сигналов осуществляют также буферное запоминание цифровых массивов информации, представляющих собой реализации принятых фотоприемными блоками 15, 32 импульсных сигналов отраженного зондирующего лазерного излучения, зарегистрированных отдельными фотодиодами или фоточувствительными элементами фотоприемной матрицы блоков 15, 32. Полученный массив информации вместе с некоторой дополнительной информацией о моментах времени прихода сигналов передается с выходов блоков регистрации сигналов в блок обработки локационных сигналов 52 и в блоки быстрого преобразования Фурье 17 и 34. Блок 52 представляет собой высокопроизводительный компьютер, функционально связанный по специальным интерфейсам с несколькими источниками информации, обеспечивающий обработку больших массивов информации по специальным программам. Одновременно блок обработки локационной информации 52 осуществляет управление рядом устройств и элементов в ЛЛС, принадлежащих к приемным каналам, а именно: управляет спектральными перестраиваемыми фильтрами и управляемыми оптическими фильтрами. Блок управления системой 53 представляет собой стандартную высокопроизводительную ЭВМ, осуществляющую управление работой нескольких устройств через специальные интерфейсы. Блок 53 управляет работой лазерных генераторов, дефлекторов лазерного излучения и блоками перемещения уголковых отражателей и отражательного зеркала. Блоки быстрого преобразования Фурье 17, 34 представляют собой специализированный процессор, осуществляющий операции быстрого преобразования над поступающими в цифровой форме импульсными сигналами по специальной программе. В блоках 17 и 34 возможно использование нескольких процессоров БПФ для параллельной обработки импульсных сигналов, поступающих одновременно с выходов фотодиодных матриц фотоприемных блоков 15 и 32. Возможно также использование стандартной ПЭВМ, осуществляющей операции быстрого преобразования фурье по специальной программе. Блоки памяти 6, 23 и 51 выполняют стандартную функцию кадровой памяти и представляют собой специализированные запоминающие устройства для буферного оперативного запоминания нескольких кадров видеоизображений с выходов фотоприемных блоков (видеокамер) 5, 22, 50. Управляемые оптические фильтры служат для защиты фотоприемных блоков от лазерного излучения высокой интенсивности и выполнены на основе электрооптических управляемых модуляторов света, например на основе жидких кристаллов, и работают в диапазонах видимых и инфракрасных длин волн. Возможно также использование управляемых шаговыми электродвигателями диафрагм, механически перекрывающих световой поток в оптической системе. Блоки перемещения уголковых отражателей и отражательного зеркала выполнены на основе шаговых электродвигателей и механических элементов. Люминофорный экран 47 осуществляет функцию визуализации инфракрасного излучения для обеспечения возможности регистрации излучений видимого и инфракрасного диапазонов одним и тем же фотоприемным блоком видимого диапазона длин волн поз.50 при осуществлении режима функциональной настройки ЛЛС. Люминофорный экран 47 выполнен на основе любого вещества, обладающего фотолюминесценцией-возбуждением под воздействием достаточно сильного оптического излучения, в результате которого испускается излучение видимого диапазона длин волн. К таким веществам относится, например, соединение сернистого цинка. Одновременно люминофорный экран 47 выполняет функции отражательного экрана для оптического излучения видимого диапазона от лазерного генератора поз.9.The first pos. 5 and the third pos. 22 photodetector blocks are based on video cameras of the visible type 5 and infrared 22 wavelength ranges. These video cameras have sensitivity in a wide spectral range of visible or infrared radiation and, together with spectral tunable filters of the visible range 2 and infrared 19 range, perform the functions of spectral analyzers of the observed terrain images in the CPC. Camcorders of any type can be used, for example, based on CCDs of the visible and infrared wavelength ranges. The photodetector blocks 15 and 32 are made on the basis of matrix photosensitive optical radiation detectors of the visible and infrared wavelength ranges with parallel information retrieval having high speed and sensitivity when receiving pulsed optical signals. For the photodetector unit 15 of the visible wavelength range, it is possible to use multi-element matrix photoelectronic multipliers (PMTs) on microchannel plates, which are a multi-element detector of optical radiation of instant action with the complete isolation of individual elements for parallel electronic signal processing. The specified matrix PMT has high sensitivity in the entire visible range and, together with a spectral tunable filter, has the ability to implement narrow-band parallel filtering of the received optical signals of the visible wavelength range. [eleven]. The IR photodetector 32 is made on the basis of a multi-element photodiode array, for example an avalanche photodiode array (APD), having high sensitivity in a wide range of infrared radiation. In conjunction with the IR tunable spectral filter 29, the photodetector 32 performs the function of narrow-band spectral filtering in the infrared wavelength range. Currently, the industry has mastered the production of photodiode arrays with a size of 16 × 16 elements in a mosaic with full isolation of individual elements and parallel amplification and processing of received signals. To obtain a larger number of receiving elements, the installation of several arrays of photodiodes in parallel in one photodetector unit is used. The signal recording units 16 and 33 are made on the basis of modern integrated electronic circuits, provide parallel information retrieval from the outputs of the photodetector blocks 15 and 32, digitize the incoming electrical signals, provide a determination of the time of occurrence of pulsed electrical signals at the outputs of the photodetector blocks relative to the signals of the exact internal time of the radar, coming from block 52, which allows further in block 52 to determine the time of arrival of pulses of the received laser radiation to the optical input of the photodetector unit 15 or 32 to determine the range to the detected object. The signal recording units also carry out the buffer storage of digital arrays of information representing realizations of the pulsed signals of the reflected probe laser radiation received by the photodetector blocks 15, 32, recorded by individual photo diodes or photosensitive elements of the photodetector array of the blocks 15, 32. The resulting array of information along with some additional information about the moments the time of arrival of the signals is transmitted from the outputs of the signal registration blocks to the processing unit location ignalov 52 and a fast Fourier transform units 17 and 34. Block 52 is a high-performance computer, operatively connected at special interfaces with multiple sources of information providing processing of large arrays of special program information. At the same time, the location information processing unit 52 controls a number of devices and elements in the LAN belonging to the receiving channels, namely: it controls tunable spectral filters and controlled optical filters.
Размеры контролируемой области пространства в предлагаемой лазерной локационной системе определяются угловыми полями зрения используемых приемных объективов. Для увеличения размеров контролируемой области пространства совместно с ЛЛС может быть использован стандартный блок сканирования, который обеспечивает расширение размеров указанной контролируемой области пространства ЛЛС до размеров всей верхней полусферы. На фиг.2 условно показана стыковка такого блока сканирования с оптическими входами и выходами предлагаемой ЛЛС. Блок сканирования представлен отражательными зеркалами 56 и 57. При этом отражательное зеркало 56 оптически связано с оптическими входами и выходами приемных объективов 1, 11, 18, 28 ЛЛС и формирователями лазерных пучков поз.7 и 24, как это показано на фиг.2. Отражательное зеркало 56 вращается вокруг оси, параллельной оптическим осям приемных и передающих каналов ЛЛС. Отражательное зеркало 57 при сканировании вращается вокруг оси, перпендикулярной оси вращения зеркала 56. Отражательное зеркало 57 при сканировании совместно с отражательным зеркалом 56 обеспечивает направление диаграмм направленностей передающих каналов ЛЛС и визирных осей приемных каналов ЛЛС в любую точку пространства в верхней полусфере. Данный блок сканирования не входит в состав аппаратуры предлагаемой ЛЛС. Устройство указанного блока сканирования изложено в работе автора [10].The dimensions of the controlled area of space in the proposed laser location system are determined by the angular fields of view of the used receiving lenses. To increase the size of the controlled area of space, a standard scanning unit can be used in conjunction with the LLS, which ensures the extension of the sizes of the indicated controlled area of the LLS space to the dimensions of the entire upper hemisphere. Figure 2 conditionally shows the docking of such a scanning unit with the optical inputs and outputs of the proposed LAN. The scanning unit is represented by
В предлагаемой ЛЛС в качестве спектрального перестраиваемого фильтра возможно использование квантового усилителя, разработанного на основе фотодиссоционного йодного лазера, получившего название активный квантовый фильтр [8], [9]. Данный активный квантовый фильтр обладает предельно высокой чувствительностью, ограниченной квантовым пределом чувствительности, весьма узкой спектральной полосой приема лазерного излучения в ближнем инфракрасном диапазоне длин волн, возможностью оперативной перестройки длины волны узкополосной фильтрации принимаемого оптического сигнала с помощью управляемого магнитного поля.In the proposed LLS as a spectral tunable filter, it is possible to use a quantum amplifier developed on the basis of a photodissociation iodine laser, which is called an active quantum filter [8], [9]. This active quantum filter has extremely high sensitivity, limited by a quantum limit of sensitivity, a very narrow spectral band for receiving laser radiation in the near infrared wavelength range, and the ability to quickly adjust the wavelength of narrow-band filtering of the received optical signal using a controlled magnetic field.
Источники информацииInformation sources
[1] Патент Англии GB №2256554 от 09.12.1992 г.[1] British Patent GB No. 2256554 of 12/09/1992
[2] Патент РФ №2277254 от 24.12.2003 г.[2] RF patent No. 2277254 of 12.24.2003.
[3] Патент РФ №2129287[3] RF patent No. 2129287
[4] Патент РФ №2278399 от 20.06.2006 г. (прототип).[4] RF patent No. 2278399 dated 06/20/2006 (prototype).
[5] Балакший В.И., Парыгин В.Н., Чирков Л.Е. Физические основы акустооптики. - М.: Радио и связь, 1985 г. (стр.219-234); (стр.134-167).[5] Balakshiy V.I., Parygin V.N., Chirkov L.E. Physical foundations of acousto-optics. - M .: Radio and communications, 1985 (p. 219-234); (p. 134-167).
[6] Балакший В.И., Манкевич С.К., Парыгин В.Н. Квантовая электроника, т.12, №4, 1985 г., стр.743-748.[6] Balakshiy V.I., Mankevich S.K., Parygin V.N. Quantum Electronics, vol. 12, No. 4, 1985, pp. 743-748.
[7] Справочник по лазерной технике под ред. Напартовича А.П., М. Энергоиздат 1991 г.[7] Handbook of Laser Technology, ed. Napartovich A.P., M. Energy Publishing House 1991
[8] Манкевич С.К., Носач О.Ю. Патент РФ №2133533 от 20.07.1999 г. Способ спектральной фильтрации оптических сигналов и устройство для его осуществления - активный квантовый фильтр.[8] Mankevich S.K., Nosach O.Yu. RF patent №2133533 from 07.20.1999, the Method of spectral filtering of optical signals and a device for its implementation is an active quantum filter.
[9] Кутаев Ю.Ф., Манкевич С.К., Носач О.Ю., Орлов Е.П. Квантовая электроника, Т.30, №9, 2000 г., стр.833-838. Лазерное приемное устройство с квантовым пределом чувствительности в ближнем ИК-диапазоне.[9] Kutaev Yu.F., Mankevich S.K., Nosach O.Yu., Orlov EP Quantum Electronics, Vol. 30, No. 9, 2000, pp. 833-838. Laser receiver with a quantum limit of sensitivity in the near infrared range.
[10] Манкевич С.К., Носач О.Ю., Орлов Е.П. патент РФ №2191406 от 19.06.2001 г. Способ доставки излучения на движущийся объект и устройство для его осуществления.[10] Mankevich S.K., Nosach O.Yu., Orlov EP RF patent No. 2191406 dated 06/19/2001. The method of delivery of radiation to a moving object and device for its implementation.
[11] ПТЭ, №1, 184 (1993 г.), И.Ф. Ярошенко, Многоэлементный ФЭУ.[11] PTE, No. 1, 184 (1993), I.F. Yaroshenko, Multi-element PMT.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013148446/28A RU2544305C1 (en) | 2013-10-31 | 2013-10-31 | Laser location system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013148446/28A RU2544305C1 (en) | 2013-10-31 | 2013-10-31 | Laser location system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2544305C1 true RU2544305C1 (en) | 2015-03-20 |
Family
ID=53290506
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013148446/28A RU2544305C1 (en) | 2013-10-31 | 2013-10-31 | Laser location system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2544305C1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019140049A1 (en) * | 2018-01-10 | 2019-07-18 | Lumeova, Inc. | Method, devices and system for wireless communication channels fso |
| CN111289995A (en) * | 2018-11-21 | 2020-06-16 | 北京万集科技股份有限公司 | 3D LiDAR Device and System |
| RU2766065C1 (en) * | 2021-04-02 | 2022-02-07 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Method for locating range measurement |
| CN116027270A (en) * | 2023-03-30 | 2023-04-28 | 烟台恒研光电有限公司 | Positioning method and positioning system based on averaging processing technology |
| RU218665U1 (en) * | 2021-12-08 | 2023-06-05 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Вибрисс" | MULTISPECTRAL LIDAR SYSTEM |
| US12255684B2 (en) | 2020-01-02 | 2025-03-18 | Lumeova, Inc. | Methods, devices, and systems for management of wireless communication channels |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1994004942A1 (en) * | 1992-08-11 | 1994-03-03 | National Research Council Of Canada | Validation of optical ranging of a target surface in a cluttered environment |
| RU2113717C1 (en) * | 1996-11-10 | 1998-06-20 | Николай Николаевич Слипченко | Laser system of optoelectronic object detection |
| RU2278399C2 (en) * | 2004-06-16 | 2006-06-20 | Общество с ограниченной ответственностью научно-производственное предприятие "ТАЛОС" | Method for detecting optical and optical-electronic surveillance means and device for realization of said method |
| 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 |
-
2013
- 2013-10-31 RU RU2013148446/28A patent/RU2544305C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1994004942A1 (en) * | 1992-08-11 | 1994-03-03 | National Research Council Of Canada | Validation of optical ranging of a target surface in a cluttered environment |
| RU2113717C1 (en) * | 1996-11-10 | 1998-06-20 | Николай Николаевич Слипченко | Laser system of optoelectronic object detection |
| RU2278399C2 (en) * | 2004-06-16 | 2006-06-20 | Общество с ограниченной ответственностью научно-производственное предприятие "ТАЛОС" | Method for detecting optical and optical-electronic surveillance means and device for realization of said method |
| 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 |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019140049A1 (en) * | 2018-01-10 | 2019-07-18 | Lumeova, Inc. | Method, devices and system for wireless communication channels fso |
| US10931371B2 (en) | 2018-01-10 | 2021-02-23 | Lumeova, Inc. | Methods, devices, and systems for timing and bandwidth management of ultra-wideband, wireless communication channels |
| US11539433B2 (en) | 2018-01-10 | 2022-12-27 | Lumeova, Inc. | Methods, devices, and systems for timing and bandwidth management of ultra-wideband, wireless communication channels |
| US11901940B2 (en) | 2018-01-10 | 2024-02-13 | Lumeova, Inc. | Methods, devices, and systems for timing and bandwidth management of ultra-wideband, wireless communication channels |
| US12341557B2 (en) | 2018-01-10 | 2025-06-24 | Lumeova, Inc. | Methods, devices, and systems for timing and bandwidth management of ultra-wideband, wireless communication channels |
| CN111289995A (en) * | 2018-11-21 | 2020-06-16 | 北京万集科技股份有限公司 | 3D LiDAR Device and System |
| US12255684B2 (en) | 2020-01-02 | 2025-03-18 | Lumeova, Inc. | Methods, devices, and systems for management of wireless communication channels |
| RU2766065C1 (en) * | 2021-04-02 | 2022-02-07 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Method for locating range measurement |
| RU218665U1 (en) * | 2021-12-08 | 2023-06-05 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Вибрисс" | MULTISPECTRAL LIDAR SYSTEM |
| CN116027270A (en) * | 2023-03-30 | 2023-04-28 | 烟台恒研光电有限公司 | Positioning method and positioning system based on averaging processing technology |
| CN116027270B (en) * | 2023-03-30 | 2023-06-23 | 烟台恒研光电有限公司 | Positioning method and positioning system based on averaging processing technology |
| RU2839289C1 (en) * | 2024-06-13 | 2025-04-29 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method of adjusting system of transport mirrors of laser installation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11733092B2 (en) | Channel-specific micro-optics for optical arrays | |
| KR102784783B1 (en) | Multispectral ranging/imaging sensor array and system | |
| US6690472B2 (en) | Pulsed laser linescanner for a backscatter absorption gas imaging system | |
| US9727959B2 (en) | System and processor implemented method for improved image quality and generating an image of a target illuminated by quantum particles | |
| US20230417887A1 (en) | Airborne topo-bathy lidar system and methods thereof | |
| US9131128B2 (en) | System and processor implemented method for improved image quality and generating an image of a target illuminated by quantum particles | |
| CN111708039A (en) | Depth measuring device and method and electronic equipment | |
| RU2544305C1 (en) | Laser location system | |
| CN109313256A (en) | Adaptive Lidar Receiver | |
| DE202018006695U1 (en) | Optical image transmitter with brightness enhancement | |
| US11792383B2 (en) | Method and system for reducing returns from retro-reflections in active illumination system | |
| JP2022534950A (en) | Active illumination system that changes the illumination wavelength according to the angle of view | |
| CN107942338B (en) | Multi-wavelength associated imaging system based on digital micromirror device | |
| US12032095B2 (en) | Dynamic range improvements in LIDAR applications | |
| EP3925210A2 (en) | System and method for glint reduction | |
| CN102998261A (en) | Terahertz wave pseudo heat light source-based imaging device | |
| RU2639321C1 (en) | Optical-electronic object detecting system | |
| KR20220048196A (en) | Apparatus for LIDAR | |
| Goldberg et al. | Multispectral, hyperspectral, and three-dimensional imaging research at the US Army research laboratory | |
| CN106768333B (en) | Underwater high-sensitivity spectral imaging device and method | |
| CN211627343U (en) | Common-light-path three-phase substance identification and detection system based on unmanned aerial vehicle carrying | |
| RU2263931C1 (en) | Device for observing objects | |
| RU2540451C1 (en) | Laser location system | |
| GB2403615A (en) | Eye-safe streak tube imaging lidar | |
| RU2529732C1 (en) | System for detecting objects |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20200602 |