[go: up one dir, main page]

RU2560011C1 - Laser range finder - Google Patents

Laser range finder Download PDF

Info

Publication number
RU2560011C1
RU2560011C1 RU2014123301/28A RU2014123301A RU2560011C1 RU 2560011 C1 RU2560011 C1 RU 2560011C1 RU 2014123301/28 A RU2014123301/28 A RU 2014123301/28A RU 2014123301 A RU2014123301 A RU 2014123301A RU 2560011 C1 RU2560011 C1 RU 2560011C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
range
switchboard
receiver
unit
Prior art date
Application number
RU2014123301/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Григорьевич Вильнер
Александр Иванович Ларюшин
Артем Сергеевич Рябокуль
Галина Владимировна Турикова
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" filed Critical Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха"
Priority to RU2014123301/28A priority Critical patent/RU2560011C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2560011C1 publication Critical patent/RU2560011C1/en

Links

Landscapes

  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: laser range finder comprises a laser transmitter, a receiver of radiation reflected by an object, serially connected a multichannel storage connected to a clock pulse oscillator, and a distance meter. At the same time a switchboard is introduced at the output of the receiver. The first output of the switchboard is connected to the input of the multichannel storage, and at the second output of the switchboard there is a serially connected unit of time fixation and a unit of interpolation connected to the clock pulse oscillator. A unit of mode switching is introduced between the output of the range finder and the control input of the switchboard.
EFFECT: provision of altitude measurements from an aircraft board, as well as measurements of vertical component of speed both in stationary flight and during take-off and landing in a wide range of altitudes and modes of climb and descent.
1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в любой области, где необходимо определить скорость движущегося объекта и расстояние до него, в частности для контроля рельефа подстилающей поверхности и управления режимом посадки летательного аппарата (ЛА).The invention relates to measuring technique and can be used in any field where it is necessary to determine the speed of a moving object and the distance to it, in particular for monitoring the relief of the underlying surface and controlling the landing mode of the aircraft (LA).

Известен лазерный дальномер, содержащий лазерный передатчик, приемник отраженного объектом излучения и измеритель дальности на основе измерителя временного интервала между зондирующим и отраженным целью импульсами [1].A known laser range finder containing a laser transmitter, a receiver reflected by the object of radiation and a range meter based on the meter of the time interval between the probe and the reflected target pulses [1].

Недостатком этого дальномера является недостаточная дальность действия при использовании в качестве передатчика полупроводникового лазера.The disadvantage of this rangefinder is the insufficient range when using a semiconductor laser as a transmitter.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является лазерный дальномер с некогерентным накоплением отраженного сигнала [2], содержащий лазерный передатчик, приемник отраженного объектом излучения, последовательно включенные многоканальный накопитель, связанный с тактовым генератором, и измеритель дальности.The closest in technical essence to the proposed device is a laser range finder with incoherent accumulation of the reflected signal [2], containing a laser transmitter, a receiver reflected by the radiation object, a multi-channel drive connected in series with a clock generator, and a range meter.

Данное устройство позволяет проводить измерения значительных высот [4], но не обладает возможностью измерения вертикальной составляющей скорости ЛА в режимах его взлета и посадки.This device allows measurements of significant heights [4], but does not have the ability to measure the vertical component of the speed of the aircraft in the modes of its take-off and landing.

Задачей изобретения является обеспечение измерений с борта летательного аппарата его высоты и вертикальной составляющей скорости как в стационарном полете, так и в при взлете и посадке в широком диапазоне высот и режимов подъема и снижения.The objective of the invention is the provision of measurements from the aircraft of its height and vertical component of speed both in stationary flight and during take-off and landing in a wide range of heights and modes of rise and fall.

Указанная задача решается за счет того, что в известном лазерном дальномере, содержащем лазерный передатчик, приемник отраженного объектом излучения, последовательно включенные многоканальный накопитель, связанный с тактовым генератором, и измеритель дальности, на выходе приемника введен коммутатор, первый выход которого соединен со входом многоканального накопителя, а на втором выходе коммутатора введены последовательно включенные блок временной фиксации и блок интерполяции, связанный с тактовым генератором, а между управляющим входом коммутатора и выходами измерителя дальности и блока интерполяции введен блок переключения режимов.This problem is solved due to the fact that in the known laser range finder containing a laser transmitter, a receiver reflected by the radiation object, a multichannel drive connected to a clock generator, a range meter, a switch is introduced at the receiver output, the first output of which is connected to the input of a multichannel drive , and at the second output of the switch, a temporarily fixed block and an interpolation block connected to a clock generator, and between the control input A mode switching block is introduced by the switch and the outputs of the range meter and the interpolation block.

На фиг. 1 представлена схема дальномера-скоростемера, реализующего предлагаемый способ.In FIG. 1 presents a diagram of a range finder-speed meter that implements the proposed method.

Устройство содержит передатчик 1 и приемник 2, подключенный к коммутатору 3 с двумя выходами. На одном из выходов коммутатора включен многоканальный накопитель 4, связанный с измерителем дальности 5. Между выходом измерителя дальности и управляющим входом коммутатора включен блок переключения режимов 6, связанный также с блоком управления 7. На втором выходе коммутатора 3 включен блок временной фиксации 8, связанный с блоком интерполяции 9. Блок интерполяции и измеритель дальности синхронизируются времязадающим тактовым генератором 10.The device comprises a transmitter 1 and a receiver 2 connected to a switch 3 with two outputs. At one of the outputs of the switch, a multi-channel drive 4 is connected, connected with a range meter 5. Between the output of the range meter and the control input of the switch, a mode switching unit 6 is connected, which is also connected to the control unit 7. At the second output of the switch 3, a temporary fixation unit 8 is connected, connected with the interpolation unit 9. The interpolation unit and the range meter are synchronized by a timing oscillator 10.

В начале процесса измерений высоты и дальности летательного аппарата по команде с блока управления 7 коммутатор 3 переключает выход приемника 2 на вход блока временной фиксации 8, и блок интерполяции вычисляет вертикальную скорость и высоту ЛА. В моменты времени Тi производят серию измерений дальности в моноимпульсном режиме. Количество m зондирований определяется заданным периодом обновления информации и требованиями по точности. Оценки дальности до объекта R0 в начальный момент измерения и скорости объекта V формируются в блоке интерполяции 9 по формуламAt the beginning of the process of measuring the altitude and range of the aircraft, on a command from the control unit 7, the switch 3 switches the output of the receiver 2 to the input of the temporary fixation unit 8, and the interpolation unit calculates the vertical speed and altitude of the aircraft. At times T i , a series of range measurements is performed in a single-pulse mode. The number m of soundings is determined by a given period of updating information and accuracy requirements. Estimates of the distance to the object R 0 at the initial moment of measurement and the speed of the object V are formed in the interpolation block 9 according to the formulas

Figure 00000001
Figure 00000001

гдеWhere

R0 - оценка дальности до объекта в момент времени T1;R 0 - assessment of the distance to the object at time T 1 ;

V - оценка скорости объекта;V is an estimate of the speed of the object;

Ri=с·ti/2 - результат измерения дальности до объекта в i-м зондировании;R i = с · t i / 2 - the result of measuring the distance to the object in the i-th sounding;

Тi - моменты времени, в которые произведены замеры дальности Ri;T i - time points at which measurements of the range R i ;

с - скорость света;c is the speed of light;

m - количество замеров дальности в серии;m is the number of range measurements in the series;

ti - задержка между моментами излучения лазерного импульса и приема отраженного объектом излучения в i-м зондировании.t i is the delay between the moments of radiation of the laser pulse and the reception of the radiation reflected by the object in the i-th sounding.

Дальность до объекта R и его относительная скорость V определяются в блоке интерполяции 9 путем линейной интерполяции результатов измерений в виде R(t)=Vt+R0, где R(t) - текущая дальность до объекта; t - текущее время, отсчитываемое от начала серии зондирований; V - оценка скорости; R0 - оценка дальности до объекта при t=0. Оценка дальности может быть определена для любого момента времени t, в том числе для момента окончания серии зондирований t=Tm. Эта оценка подается на вход блока переключения режимов 6.The distance to the object R and its relative speed V are determined in the interpolation unit 9 by linear interpolation of the measurement results in the form R (t) = Vt + R 0 , where R (t) is the current distance to the object; t is the current time counted from the beginning of a series of soundings; V is the speed estimate; R 0 is an estimate of the distance to the object at t = 0. The range estimate can be determined for any moment in time t, including for the end of a series of soundings t = T m . This estimate is fed to the input of the mode switching unit 6.

Если в какой-то момент измеренное значение R начинает превышать заданную величину Rmax, то блок переключения режимов 6 переключает выход коммутатора 3 на вход многоканального накопителя 4, синхронизируемого тактовым генератором 10, и производится серия зондирований цели по методу некогерентного накопления [2]. По окончании процесса накопления, то есть по достижении накопленной суммой необходимого уровня хотя бы в одной ячейке дальности, измеритель дальности анализирует массив накопленных данных, определяя положение накопленного массива относительно временной шкалы по установленному критерию [2], например по максимуму корреляционной функции W ( p ) = j = 1 P max S 0 j S j + p

Figure 00000002
, где j - порядковый номер ячейки дальности; Рmax - максимальное число ячеек дальности, соответствующее диапазону измерения дальности; {S0j} - массив выборочных значений зондирующего импульса; {Sj} - массив накопленных значений принятых реализаций; р - текущее количество шагов при пошаговом сдвиге {Sj}. Затем измеритель дальности 5 определяет дальность R по формуле R=сРΔt/2, где с - скорость света; Р - номер ячейки дальности, соответствующий положению накопленного массива; Δt - длительность тактового интервала. Вертикальная составляющая скорости V в этом случае может быть определена как относительное приращение высоты R за период Т между j-м и (j-1)-м измерениями V=(Rj-Rj-1)/T.If at some moment the measured value of R begins to exceed the preset value of R max , then the mode switching unit 6 switches the output of the switch 3 to the input of the multi-channel drive 4, synchronized by the clock generator 10, and a series of target sounding is performed by the method of incoherent accumulation [2]. At the end of the accumulation process, that is, when the accumulated sum reaches the required level in at least one range cell, the range meter analyzes the accumulated data array, determining the position of the accumulated array relative to the time scale according to the established criterion [2], for example, according to the maximum correlation function W ( p ) = j = one P max S 0 j S j + p
Figure 00000002
where j is the ordinal number of the range cell; P max - the maximum number of range cells corresponding to the range of range measurement; {S 0j } - an array of sample values of the probe pulse; {S j } - an array of accumulated values of the adopted implementations; p is the current number of steps in a stepwise shift {S j }. Then the range meter 5 determines the range R according to the formula R = cPΔt / 2, where c is the speed of light; P is the number of the range cell corresponding to the position of the accumulated array; Δt is the duration of the clock interval. The vertical component of the velocity V in this case can be defined as the relative increment of the height R for the period T between the jth and (j-1) -th measurements V = (R j -R j-1 ) / T.

Если измеренная дальность R больше предварительно заданного значения Rmax, определяемого полетным заданием летательного аппарата, то измерения продолжаются в описанном режиме. При посадке летательного аппарата, то есть когда R<R0, блок переключения режимов переключает коммутатор на выход, связанный с блоком временной фиксации, и измерения проводятся в описанном выше моноимпульсном режиме.If the measured range R is greater than the preset value R max determined by the flight task of the aircraft, then the measurements continue in the described mode. When the aircraft lands, that is, when R <R 0 , the mode switching unit switches the switch to the output associated with the temporary fixation unit, and measurements are performed in the single-pulse mode described above.

Данное изобретение позволяет:This invention allows:

- увеличить измеряемую высоту летательного аппарата до 1000-2000 м;- increase the measured height of the aircraft to 1000-2000 m;

- уменьшить минимальную измеряемую высоту до 2 м;- reduce the minimum measured height to 2 m;

- обеспечить минимальный период обновления информации порядка 1 с на больших высотах и до 0,1 с - на малых;- provide a minimum information update period of the order of 1 s at high altitudes and up to 0.1 s at low altitudes;

- обеспечить минимальную ошибку измерения скорости 0,01-0,1 м/с в зависимости от длительности серии зондирований и количества замеров в серии;- to provide a minimum velocity measurement error of 0.01-0.1 m / s depending on the duration of the series of soundings and the number of measurements in the series;

- интерполировать результаты к любому моменту периода измерений или экстраполировать их на заданное время вперед.- interpolate the results at any point in the measurement period or extrapolate them for a specified time in advance.

Эти выводы подтверждены испытаниями макетных образцов высотомера-скоростемера [4, 5]. Тем самым подтверждено решение поставленной задачи - обеспечение измерений с борта летательного аппарата его высоты и вертикальной составляющей скорости как в стационарном полете, так и при взлете и посадке в широком диапазоне высот и режимов подъема и снижения.These conclusions are confirmed by testing prototype altimeter-speed meter [4, 5]. This confirms the solution of the problem - providing measurements from the aircraft of its height and vertical velocity component both in a stationary flight, and during take-off and landing in a wide range of heights and modes of rise and fall.

Источники информацииInformation sources

1. В.А. Смирнов. Введение в оптическую радиоэлектронику. М.: Советское радио, 1973, с. 189.1. V.A. Smirnov. Introduction to optical electronics. M .: Soviet Radio, 1973, p. 189.

2. В.Г. Вильнер и др. Оценка возможностей светолокационного измерителя дальности с накоплением // Фотоника, 2007, №6, с. 22-26 - прототип.2. V.G. Vilner et al. Evaluation of the capabilities of a radar range meter with accumulation // Photonika, 2007, No. 6, p. 22-26 is a prototype.

3. Способ определения дальности и/или скорости удаленного объекта. Патент РФ №2378705.3. A method for determining the range and / or speed of a remote object. RF patent No. 2378705.

4. Малогабаритный лазерный высотомер ДЛ-5М // Фотоника, №3, 2013, с. 55.4. Small-sized laser altimeter DL-5M // Photonics, No. 3, 2013, p. 55.

5. В.Г. Вильнер и др. Пути достижения предельной точности лазерного скоростемера // Мир измерений, №7, 2010, с. 17-21.5. V.G. Vilner et al. Ways to achieve extreme accuracy of a laser speedmeter // Mir izmereniya, No. 7, 2010, p. 17-21.

Claims (1)

Лазерный дальномер, содержащий лазерный передатчик, приемник отраженного объектом излучения, последовательно включенные многоканальный накопитель, связанный с тактовым генератором, и измеритель дальности, отличающийся тем, что на выходе приемника введен коммутатор, первый выход которого соединен со входом многоканального накопителя, а на втором выходе коммутатора введены последовательно включенные блок временной фиксации и блок интерполяции, связанный с тактовым генератором, а между управляющим входом коммутатора и выходами измерителя дальности и блока интерполяции введен блок переключения режимов. A laser rangefinder comprising a laser transmitter, a receiver reflected by the radiation object, a multichannel drive connected in series with a clock generator, and a range meter, characterized in that a switch is introduced at the output of the receiver, the first output of which is connected to the input of the multichannel drive, and at the second output of the switch sequentially connected block of temporary fixation and an interpolation block connected with a clock generator are introduced, and between the control input of the switch and the outputs measure a range switch and an interpolation block; a mode switching block is introduced.
RU2014123301/28A 2014-06-09 2014-06-09 Laser range finder RU2560011C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014123301/28A RU2560011C1 (en) 2014-06-09 2014-06-09 Laser range finder

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014123301/28A RU2560011C1 (en) 2014-06-09 2014-06-09 Laser range finder

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2560011C1 true RU2560011C1 (en) 2015-08-20

Family

ID=53880484

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014123301/28A RU2560011C1 (en) 2014-06-09 2014-06-09 Laser range finder

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2560011C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2626973C1 (en) * 2016-04-07 2017-08-02 Владимир Владиславович Имшенецкий Optical device for determining distances to object
RU2653558C1 (en) * 2017-06-06 2018-05-11 Владимир Владиславович Имшенецкий Optical device for determining distance to object
RU2737592C1 (en) * 2020-05-19 2020-12-01 Акционерное общество "Научно-Производственное предприятие "Топаз" On-board laser range finder with determination of cloud bottom edge height
RU2791151C1 (en) * 2022-06-15 2023-03-03 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Method for incoherent accumulation of pulsed light-location signals

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7202941B2 (en) * 2002-11-26 2007-04-10 Munro James F Apparatus for high accuracy distance and velocity measurement and methods thereof
RU2341770C1 (en) * 2007-06-15 2008-12-20 Валерий Григорьевич Вильнер Device for timing laser range-finder
RU2343413C1 (en) * 2007-04-03 2009-01-10 Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" Laser range finder
EP2051105A1 (en) * 2003-06-13 2009-04-22 Cubic Corporation Integrated optical communication and range finding system and applications thereof
RU2378705C1 (en) * 2008-06-03 2010-01-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Method of determining range and/or speed of remote object
RU2476826C1 (en) * 2011-07-07 2013-02-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственная корпорация "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" Optic-electronic tracking coordinator

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7202941B2 (en) * 2002-11-26 2007-04-10 Munro James F Apparatus for high accuracy distance and velocity measurement and methods thereof
EP2051105A1 (en) * 2003-06-13 2009-04-22 Cubic Corporation Integrated optical communication and range finding system and applications thereof
RU2343413C1 (en) * 2007-04-03 2009-01-10 Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" Laser range finder
RU2341770C1 (en) * 2007-06-15 2008-12-20 Валерий Григорьевич Вильнер Device for timing laser range-finder
RU2378705C1 (en) * 2008-06-03 2010-01-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Method of determining range and/or speed of remote object
RU2476826C1 (en) * 2011-07-07 2013-02-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственная корпорация "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" Optic-electronic tracking coordinator

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2626973C1 (en) * 2016-04-07 2017-08-02 Владимир Владиславович Имшенецкий Optical device for determining distances to object
WO2017176172A1 (en) * 2016-04-07 2017-10-12 Владимир Владиславович ИМШЕНЕЦКИЙ Optical device for determining distance to object
RU2653558C1 (en) * 2017-06-06 2018-05-11 Владимир Владиславович Имшенецкий Optical device for determining distance to object
RU2653558C9 (en) * 2017-06-06 2018-08-17 Владимир Владиславович Имшенецкий Optical device for determining distance to object
WO2018226124A1 (en) * 2017-06-06 2018-12-13 Владимир Владиславович ИМШЕНЕЦКИЙ Optical device for determining distances to an object
RU2737592C1 (en) * 2020-05-19 2020-12-01 Акционерное общество "Научно-Производственное предприятие "Топаз" On-board laser range finder with determination of cloud bottom edge height
RU2791151C1 (en) * 2022-06-15 2023-03-03 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Method for incoherent accumulation of pulsed light-location signals
RU2821159C1 (en) * 2024-03-18 2024-06-17 Акционерное общество "Научно-Производственное предприятие "Топаз" Safety device for piloting in cloudy conditions with assessment of possibility of landing on water body with snow-ice cover

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2014109546A (en) METHOD FOR DETERMINING THE TANK FILLING LEVEL
EP3153884A1 (en) Detection apparatus, fish finder, and radar
RU2560011C1 (en) Laser range finder
US20210373157A1 (en) Ambiguity Mitigation for FMCW Lidar System
RU2510043C1 (en) Method of determining range to earth&#39;s surface
RU2436116C1 (en) Method of determining range to earth&#39;s surface
CN108445477A (en) The precision distance measurement method of airdrome scene foreign bodies detection radar
RU2586078C2 (en) Single-position passive radioelectronic system for determining horizontal coordinates, target motion elements and kilometric attenuation coefficient of electromagnetic radiation of target
RU2562150C1 (en) Aircraft altitude and vertical speed measurement device
RU2562147C1 (en) Device for determining distance and speed
RU2563607C1 (en) Aircraft altitude and vertical speed measurement method
RU2821159C1 (en) Safety device for piloting in cloudy conditions with assessment of possibility of landing on water body with snow-ice cover
RU2737592C1 (en) On-board laser range finder with determination of cloud bottom edge height
RU2592075C1 (en) Method for unambiguous measurement of range to meteorological object
RU2558694C1 (en) Determination of aircraft altitude
RU2449310C2 (en) Radar meter of low heights
RU2456637C1 (en) Laser location method
RU2562148C1 (en) Remote object distance and speed determination method
RU2598000C1 (en) Method of autonomous aircraft navigation
RU2717233C1 (en) Method of determining range to surface of earth
EP3955021A1 (en) Light control device, light control method and program
RU2352903C1 (en) Method of laser probing of remote object
RU2650851C1 (en) Laser range finder
RU2282211C2 (en) Radar pulse re-circulation radio altimeter
RU2720268C1 (en) Laser range finder