Устройство для определения положения объекта

(19 50 4 ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ юл, У 12литехнический инП,В.Минд ыеЛукьяс. 138.(72) Г.Г.Андри и А И.Най енк евсд о (53) 528.489,626( (56) Батраков А.С измерительные сис нова. М,: Радио иЗаявка Великоб кл. С 01 С 5/00,088.8) и др. Лазер темы,/Под ред связь, 1981,ритании М 15807.01.81.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕ 1 ЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТА(57) Изобретение относится к приборостроению. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия определения положения объекта. Если взону обзора лазера попадает отражатель, на выходе детектора блока 22сравнению появляется напряжение, размыкающее ключ блока 23 автопоиска.Если оба приемопередатчика нашлиодин и тот же отражатель, процессор 21384952 Изобретение относится к приборостроению, в частности к устройствам для определения положения подвижных объектов.Цель изобретения - повышение точности и быстродействия определения положения объекта.На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - схема блока сравнения; на фиг.3 - схема блока нормирования; на фиг. 4 - схема блока автопоиска; на фиг.5 - схема, поясняющая работу фотоприемника и его характеристики.Устройство состоит из блока 1 обработки информации, процессора 2, блока 3 управления, коммутатора 4, соединенных с ним дальномерных блоков 5, двух приемопередатчиков 6, каждый из которых оснащен исполни тельными двигателями 7 и 8 соответственно вертикального и горизонтального разворотов и датчиком 9 угла горизонтального разворота, связанным с коммутатором, каждый приемопередатчик состоит из лазера 10, генератора 11 накачки лазера, передающего объектива 12, приемного объектива 13, его регулируемой диафрагмы 14, микродвигателя 15 диафрагмы, фотоприемника 16, связанного с лазером, соединенного с фотоприемником предварительного четырехканального усилителя 17, блока 18 преобразования, состоящего из первого 19 и второго 20 блоков нормирования, входы которых параллельно соединены с выходами предварительного четырехканального усилителя, а синхровходы - с синхровыходом генератора накачки лазера, из суммирующего 35 40 и амплитудный детектор 35 подключены .к выходу первого входного сумматора,анализирует значение углов датчиков 9угла горизонтального разворота, формирует сигнал поиска и передает егочерез коммутатор на входной сумматорблока автопоиска, т.е. происходитпринудительный срыв слежения и введение приемопередатчика в режим автопоиска. По значениям углов от датчиков 9 угла горизонтального разворотапроцессор 2 идентифицирует отражатели 5.10 15 20 25 30 с измеренными дальностями, что необходимо для определения положенияобъекта, По получении информации орасстояниях до отражателей и угловот дальномерных блоков и датчиков 9угла горизонтального разворота, атакже по известным координатам опорных пунктов, на которых установленыотражатели, процессор 2 определяетположение объекта. 3 э.п. Ф-лы, 5 ил. усилителя 21, входы которого соединены с предварительным четырехканальным усилителем, а выход - с дальномерным блоком, из блока 22 сравнения, первый выходкоторого соединен с микродвигателем диафрагмы, второй выход подключен к коммутатору 4, из бло-: ка 23 автопоиска, причем выход первого блока нормирования соединен с двигателем вертикального разворота, а выход второго блока нормирования соединен с двигателем горизонтального разворота через блок автопоиска, второй и третий входы которого соединены с коммутатором и вторым выходом блока сравнения.Блок сравнения состоит из выходного вычитающего усилителя 24, первый вход которого через последовательно соединенные нормально разомкнутый ключ 25 и амплитудный детектор 26 подключен к выходу суммирующего усилителя, к которому также подключены последовательно соединенные нор" мально замкнутый ключ 27 и амплитудный детектор 28, причем выход последнего соединен со вторым входом вычитающего усилителя, с коммутатором и третьим входом блока автопоиока. Каждый блок нормирования состоитиз входных сумматоров 29 и 30, входы которых подключены к предварительному четырехканальному усилителю,выходного вычитающего усилителя 31и нормирующего усилителя 32, первыевходы которых через нормально замкнутый ключ 33, управляемый делитель 34а вторые входы выходного вычитающего и нормирующего усилителей подключены к выходу второго входного сумматора через нормально замкнутый ключ 36, управляемый делитель 37 и амплитудный детектор 38, при этом синхровходы ключей соединены с синхровходом генератора накачки лазера.Блок автопоиска состоит из входного сумматора 39, входы которого соединены с выходом второго блока нормирования и коммутатором, и выходного суммирующего усилителя 40; входы которого соединены с выходом входного сумматора, причем один из них непосредственно, а другой через нелинейный элемент 41 типа "гистерезис" и ключ 42, управляющий вход которого соединен со вторым выходом блока сравнения. В состав устройства входят несколько отражателей 43.Устройство работает следующим образом.Генератор 11 накачки лазера с по стоянной частотой посылает импульсы тока в лазер, световые импульсы которого через объектив 12, формирующий расходимость луча не более 1 по гооризонтали и 5 по вертикали, освещают отражатель 43, а отраженный от него световой поток через объектив 13 попадает на фотоприемник 16, при этом часть светового потока от лазера поступает непосредственно на Фотоприемник, который преобразует излучен-. ные и .отраженные импульсы в электрические, их усиливает и суммирует предварительный четырехканальный усилитель 17, затем они поступают на40 дальномерный блок 5, измеряющий,расстояние до отражателя по интервалу времени между излученным и отраженным импульсами. Суммарный сигнал с выхода усилителя 17 также поступает в блок 22 сравнения, на синхровход которого поступают синхроимпульсы от генератора 11 накачки лазера. Последние на интервал времени существования импульса излучения замыкают ключ 25 и размыкают ключ 27, в результатечего на детектор 26 поступают только импульсы излучения, а на детектор 28 только отраженные импульсы. Детекто- ры преобразуют импульсы в пропорциональные их амплитуде напряжения,55 сравнивая которые усилитель 24 формирует напряжение управления микро- двигателем 15 диафрагмы, последний прикрывает диафрагму 14 настолько,чтобы ослабить среднее значение отраженного сигнала до величины, равнойпоступающему от лазера на фотоприемник 16, Этим достигается компенсациямедленных в широком диапазоне значений изменений уровня отраженного сигнала, обусловленных изменением расстояния до отражателя, колебаниямипоглощения светового сигнала в атмосфере, пространственным перемещениемотражателя,Быстрые флуктуации, обусловленныетурбулентностью и другими Факторамив атмосфере, динамической неточностьюнаведения из-за вибраций и рывковобъекта, влияющие на качество измерения дальности, компенсируются в дальномерном блоке 5.Приемный объектив 13 формируетизображение отражателя 43 на фотоприемнике 16. Смещение изображенияотносительно центра фотоприемникапропорционально углу отклонения отражателя относительно оси объектива 13,т,е. оптической оси приемопередатчика 6.На фиг. 5 а и 5 б показана дифференциальная характеристика (разностьуровней .электрического сигнала Б -11площадок Г и В) для частного случаяперемещения пятна по линии Х, причемкривая Д - для большей интенсивностисветового потока, кривая Е - дляменьшей, центральная наклонная частькривой характеризует положение, когдаизображение попало на обе площадки Ви Г и величина П-Ц пропорциональна разности площадей частей изображения, попадающих на разные площадки.Горизонтальные участки соответствуютположениям, когда изображение попадает только на одну площадку, а "спадына концах кривой - выходу отражателя из луча лазера. В первомблоке 19 нормирования сумматор 29суммирует импульсы площадок А и Б,а сумматор 30 - площадок В и Г, следовательно, сигналы на их выходахне зависят от горизонтального смещения пятна в пределах фотоприемника,Ключи 33 и 36 размыкаются генератором 11 накачки лазера, так что далеепоступают только отраженные импульсы.Нормирующий усилитель 32 регулируетодновременно и одинаково коэффициенты ослабления сигнала обоих управляемых делителей 34 и 37, при этом сум 1384952ма напряжений на выходах детекторов 35 и 38 остается постоянной величиной, чем достигается нормирование разностного напряжения верхних и ниж 5 них площадок на выходе вычитающего усилителя 3 1, т.е. зависимость выходного напряжения только от величины вертикального смещения пятна и независимость от величины интенсивности 10 светового потока. Аналогично работает второй блок 20 нормирования, суммируя сигналы площадок А с Г и .Б с В и определяя нормированное значение горизонтального отклонения. Норми рованием достигается компенсация быстрых флуктуаций и не прохождение их в исполнительные двигатели разворотов, которые, получая сигналы отклонения, разворачивают приемопере датчик до совмещения его оптической оси с отражателем. В процессе слежения, когда световое пятно, изображающее отражатель, расположено в пределах фотоприемника, на выходе детек тора 28 блока 22 сравнения имеется напряжение, свидетельствующее о наличии отраженных импульсов, размыкаю" щее ключ 42 блока 23 автопоиска, и сигнал рассогласования по горизонтали поступает от второго блока 20 нормирования на двигатель 8 горизонтального разворота через входной сумматор 39 и выходной суммирующий усилитель 40 без изменений.При выходе отражателя за пределы луча по горизонтали (например, точка Ж на фиг. 5) нелинейный элемент 41 типа "гистерезис" запоминает знак последнего значения сигнала отклоне ния, который через ключ 42, замыкающийся при отсутствии отраженных импульсов, и через выходной усилитель 40 воздействует на двигатель 8, разворачивающий приемопередатчик 6 в сторону отражателя. При возврате пятна на фотоприемник размыкается ключ 42 и блок 20 управляет двигателем 8 через входной сумматор 39 и выходной суммирующий усилитель 40,При включении устройства нелинейный элемент 41 находится в произволь ном положении, при отсутствии отраженного сигнала ключ 42 замкнут, выходное напряжение блока 23 автопоиска поступает на двигатель 8 горизонтального разворота, который вращает приемопередатчик 6; При этом (из-за отсутствия отраженного сигнала) на выходе первого блока нормирования напряжения нет и двигатель вертикального разворота неподвижен. Расходящийся лазерный пучок "просматривает" некоторую вертикальную зону при работе двигателя 8. Как только в зону обзора лазера попадает отражатель, на выходе детектора 28 .блока 22 сравнения появляется напряжение, размыкающее ключ 42, в результате чего работа устройства продолжается в режиме слежения.Если оба приемопередатчика "нашли" один и тот же отражатель, процессор 2 анализирует значения углов датчиков 9 горизонтального разворота, формирует в соответствии с программой сигнал поиска и передает его через коммутатор на входной сумматор 39 блока автопоиска одного из приемопередатчиков, т.е. происходит принудительный срыв слежения и введение приемопере-. датчика в режим автопоиска. По значениям углов от датчиков 9 угла горизонтального разворота процессор 2 идентифицирует отражатели с измеренными дальностями, что необходимо для определения положения объекта, кроме того, возможна работа устройства с числом отражателей, большим двух.При временном отсутствии отраженного сигнала (отражатель временно заслонен другим объектом) на процессор 2 поступает соответствующий сигнал от блока 22 сравнения, на процессоре происходит запоминание значение угла соответствующего датчика 9, предшествующее исчезновению сигнала, сравнение его с текущим значением и формирование сигналов для блока автопбиска, при этом соответствующий приемопередатчик совершает обзор небольшого горизонтального угла около ожидаемого положения отражателя до его нахождения.По получении информации о расстояниях до отражателей и углов от дальномерных блоков 5 и датчиков 9, а также по известным координатам опорных пунктов, на которых установлены отражатели, процессор определяет положение объекта, передает соответствующую информацию на блок 3 управления. Формула изобретения1. Устройство для определения положения объекта, включающее приемо 1384952передатчик с лазером, приемным и передающим объективами и блоком преобразования, отражатели и блок обработки информации, о т л и ч а ю щ е - 5 е с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, оно снабжено дополнительными приемопередатчиком и блоком преобразования, каждый приемный объектив выполнен с ре гулируемой диафрагмой и микродвигателем, каждый приемопередатчик выполнен с фотоприемником, установленным в фокальной плоскости приемного объектива, связанным с лазером све. товодом и введенным предварительным четырехканальным усилителем, каждый блок преобразования выполнен в виде первого и второго блоков нормирования, входы которых соединены с соот ветствующими выходами предварительного четырехканального усилителя, а синхровходы - с синхровыходом ге.нератора накачки лазера, блока авто- поиска, соединенного с выходом вто рого блока нормирования, блока сравнения, соединенного с синхровыходомгенератора накачки лазера, с микро- двигателем регулируемой диафрагмыи блоком автопоиска, суммирующего усилителя, подключенного к соответст вующим выходам предварительного четырехканального усилителя и блоку сравнения, блок обработки информации выполнен в виде двух дальномерных блоков и связанных с каждым из них 35 соединенных последовательно коммутатора, процессора и блока управления, каждый дальномерный блок подключен к синхровыходу суммирующего усилителя приемопередатчика, коммутатор под ключен к блокам сравнения и блокам автопоиска, каждый приемопередатчик , выполнен с исполнительными двигателями вертикального и горизонтального разворотов, связанными входами соот ветственно с первым блоком нормирования и блоком автопоиска, а выходами - с коммутатором через введенный датчик угла горизонтального разворота. 50 2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок сравнения выполнен в виде выходного вычитающего усилителя, выход которого соединен с микродвигателем диафрагмы, последовательно соединенных первого ключа и первого амплитудного детектора, включенных между первым выходом выходного вычитающего усилителяи выходом суммирующего усилителя, к которому подключены последовательно соединенные второй ключ и второй амплитудный детектор, причем выход последнего соединен с вторым входом выходного вычитающего усилителя, коммутатором и блоком автопоиска, а синхронизирующие входы ключей соединены с синхронизирующим выходом генератора накачки лазера.3. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что каждый блок нормирования выполнен в ниде первого и второго сумматоров, входы которых соединены с выходами предварительного четырехканального усилителя, выходного вычитающего усилителя и нормирующего усилителя, первые входы которых через последовательносоединенные первый ключ, первый управляемый делитель и первый амплитудный детектор подключены к выходу второго сумматора,причемвыход нормиру ющего усилителясоединен суправляющими входамиперваго ивторого управляемых делителей, а синхронизирующиевходы ключейсоединены ссинхронизнрую"щим входомгенератора накачкилазера. 4.Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок авто поиска выполнен в виде входного сумматора, входы которого соединены свыходом второго блока нормирования, и коммутатором, выходного суммирующего усилителя, оба входа которого соединены с выходом входного сумматора, причем второй - через последовательно соединенные нелинейный элемент и ключ, управляющий вход которого подключен к второму выходу блока сравнения.1384952 фиа Составитель Л.Рудаковаактор А.Ревин Техред М.Ходанич Корректор енко каз 5 наб.,играфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4 оизводственно-п 02/37 Тираж 680 ВНИИПИ Государствен по делам изобрет 113035, Москва, Ж-Зого коми ний и от Раушска Подписноетета СССРкрытий