RU2496095C1

RU2496095C1 - Range finder

Info

Publication number: RU2496095C1
Application number: RU2012109771/03A
Authority: RU
Original assignee: Шепеленко Виталий Борисович
Priority date: 2012-03-15
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2013-10-20
Also published as: RU2012109771A

Abstract

FIELD: weapons and ammunition.

SUBSTANCE: proposed laser range finder six transceiving channels, each including electronic unit, pulse source of optical radiation and photo receiver connected with electronic unit. Optical axes of said source and receiver that make transceiving channel are directed at ≤90° shell lengthwise axis and shifted relative to each other, primarily, in parallel or, in fact, in parallel. Spacing between said both axes is selected proceeding from the condition l≥(d_u+d_n)/2, where d_u and d_n are maximum diameters of radiator and photo receiver, respectively. Angle between radiators of adjacent transceiving channels in radial direction is selected to make light beams of radiators not crossing. Spacing between adjacent radiation channels at required target detection range equals or approximates to minimum target size.

EFFECT: higher probability of target detection and guidance, better protection against optical and small size interferences, decreased weight and overall dimensions.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области вооружений и может быть использовано в неконтактных взрывателях реактивных боеприпасов, для определения оптимального момента подрыва боеприпаса.The invention relates to the field of armaments and can be used in non-contact fuses of jet ammunition, to determine the optimal moment of detonation of ammunition.

Известно бортовое устройство с лазерным блоком для обнаружения целей (патент США №5138947, МПК: F42C 13/02, опубл. 18.08.1992), состоящее из источника оптического излучения, коллимирующей линзы, двух зеркал и фотоприемника. Зеркала установлены на подвижную панель, которая фиксируется в двух положениях. Одно из зеркал плоское и выполнено в форме уголкового отражателя. Второе зеркало выполнено фокусирующим. В первом положении панели оба зеркала находятся внутри корпуса устройства и лазерное излучение не выходит наружу. Во втором положении панели излучение источника, установленного в фокальной плоскости коллимирующей линзы, отражается от первого зеркала и выводится наружу в направлении "вперед и вбок," относительно направления движения боеприпаса. Оптическое излучение от поверхности цели отражается вторым зеркалом на фотоприемник, установленный в фокусе этого зеркала. Фотоприемник преобразует оптический сигнал в электрический и производит его дальнейшую обработку.Known on-board device with a laser unit for detecting targets (US patent No. 5138947, IPC: F42C 13/02, publ. 08/18/1992), consisting of an optical radiation source, a collimating lens, two mirrors and a photodetector. Mirrors are mounted on a movable panel, which is fixed in two positions. One of the mirrors is flat and made in the form of an angular reflector. The second mirror is made focusing. In the first position of the panel, both mirrors are located inside the device and the laser radiation does not come out. In the second position of the panel, the radiation of a source mounted in the focal plane of the collimating lens is reflected from the first mirror and is output outward in the direction "forward and sideways" relative to the direction of movement of the ammunition. Optical radiation from the target surface is reflected by the second mirror to a photodetector mounted at the focus of this mirror. The photodetector converts the optical signal into an electrical one and performs its further processing.

Недостатком данного устройства является низкая вероятность обнаружения малогабаритных целей и, следовательно, низкая надежность срабатывания по целям такого типа, а также недостаточная защищенность от оптических помех. К недостаткам следует отнести и невысокую точность установки заданной дальности срабатывания, поскольку пересечение осей диаграммы направленности источника оптического излучения и диаграммы чувствительности фотоприемника на определенном расстоянии от боеприпаса обеспечивается только технологически, и значительное ухудшение аэродинамических параметров боеприпаса при включении данного устройства и в результате невозможность его использования при высоких скоростях движения боеприпаса.The disadvantage of this device is the low probability of detecting small targets and, therefore, low reliability of operation for targets of this type, as well as insufficient protection from optical interference. The disadvantages include the low accuracy of setting the given operating range, since the intersection of the axes of the radiation pattern of the optical radiation source and the sensitivity diagram of the photodetector at a certain distance from the munition is provided only technologically, and a significant deterioration in the aerodynamic parameters of the munition when this device is turned on and, as a result, the inability to use it when high speed ammunition.

Известен оптический блок (патент РФ №2151372, МПК: F42C 13/02, опубл. 27.03.2005), состоящий из источника оптического излучения, установленного в фокальной плоскости коллимирующей линзы, системы светоделения, установленной между коллимирующей линзой и защитным стеклом фокусирующей линзы, фотоприемниками и светофильтра, установленного между фокусирующей линзой и фотоприемниками.Known optical unit (RF patent No. 2151372, IPC: F42C 13/02, publ. 03/27/2005), consisting of an optical radiation source mounted in the focal plane of a collimating lens, a beam splitting system installed between the collimating lens and the protective glass of the focusing lens, photodetectors and a light filter mounted between the focusing lens and the photodetectors.

Указанный блок работает следующим образом.The specified block works as follows.

Оптическое излучение источника, сколлимированное линзой, делится системой светоделения на два одинаковых пучка и через защитное стекло выводится наружу боеприпаса. При наличии цели на дистанции срабатывания датчика, излучение отражается от ее поверхности и через фокусирующую линзу и светофильтр попадает на фотоприемник, который преобразует оптический сигнал в электрический и производит его дальнейшую обработку. Формируемые два пучка оптического излучения зондируют каждый свой сектор пространства вокруг боеприпаса, а фокусирующая линза и фотоприемники формируют две приемные диаграммы чувствительности оптического блока.The optical radiation of the source, collimated by the lens, is divided by the beam-splitting system into two identical beams and, through the protective glass, the ammunition is brought out. If there is a target at the distance of the sensor’s response, the radiation is reflected from its surface and through the focusing lens and filter comes to the photodetector, which converts the optical signal into electrical and performs its further processing. The formed two beams of optical radiation probe each of its sector of space around the ammunition, and the focusing lens and photodetectors form two receiving sensitivity diagrams of the optical unit.

Недостатками указанного блока являются значительные габаритные размеры из-за необходимости обеспечения базы, расстояния между приемником и излучателем. Уменьшение базы снижает точность определения дистанции. Система светоделения указанного блока требует юстировки: технологического процесса установки пересечения оси диаграммы направленности зондирующих пучков источника и оси соответствующих диаграмм чувствительности фотоприемников на требуемом расстоянии от боеприпаса, в результате чего оптический блок обнаруживает только те цели, которые находятся на заданном расстоянии от боеприпаса, что снижает его универсальность.The disadvantages of this unit are significant overall dimensions due to the need to provide a base, the distance between the receiver and the emitter. Reducing the base reduces the accuracy of determining the distance. The beam splitting system of the indicated block requires adjustment: the technological process of setting the intersection of the axis of the radiation pattern of the probing source beams and the axis of the corresponding sensitivity diagrams of photodetectors at the required distance from the munition, as a result of which the optical unit detects only those targets that are at a given distance from the munition, which reduces it universality.

Известен оптический дистанционный взрыватель (патент ФРГ PS №2949521, МПК: F42C 13/02, опубл. 21.10.82), состоящий из источника оптического излучения, работающего в пульсирующем режиме, коллимирующей и фокусирующей линз, и фотоприемника.Known optical remote fuse (German patent PS No. 2949521, IPC: F42C 13/02, publ. 21.10.82), consisting of an optical radiation source operating in a pulsed mode, collimating and focusing lenses, and a photodetector.

Фотоприемник установлен таким образом, что ось диаграммы направленности источника оптического излучения пересекает ось диаграммы чувствительности фотоприемника на определенном расстоянии от боеприпаса, в результате чего дистанционный взрыватель срабатывает только при наличии цели на заданном расстоянии. Излучение от источника проходит через коллимирующую линзу, отражается от поверхности цели и, если она находится на заданном расстоянии от боеприпаса, через фокусирующую линзу попадает на фотоприемник, который преобразует оптический сигнал в электрический и производит его дальнейшую обработку.The photodetector is installed in such a way that the axis of the radiation pattern of the optical radiation source intersects the axis of the sensitivity diagram of the photodetector at a certain distance from the munition, as a result of which the remote fuse fires only when there is a target at a given distance. The radiation from the source passes through the collimating lens, is reflected from the target’s surface and, if it is located at a predetermined distance from the ammunition, it passes through the focusing lens to a photodetector, which converts the optical signal into an electric one and performs its further processing.

Недостатком этого устройства являются низкая вероятность обнаружения малогабаритных целей и, в результате, низкая надежность срабатывания по целям такого типа, а также невысокая точность установки заданной дальности срабатывания, поскольку пересечение осей диаграммы направленности источника оптического излучения и диаграммы чувствительности фотоприемника на определенном расстоянии от боеприпаса обеспечивается только технологически. Кроме этого, данное устройство имеет недостаточную защищенность от оптических помех.The disadvantage of this device is the low probability of detecting small targets and, as a result, the low reliability of operation on targets of this type, as well as the low accuracy of setting a given operating range, since the intersection of the axes of the radiation pattern of the optical radiation source and the sensitivity diagram of the photodetector at a certain distance from the munition is only possible technologically. In addition, this device has insufficient protection from optical interference.

Задачей изобретения является создание компактного, надежного и универсального устройства, обеспечивающего определение дистанции до цели, имеющего требуемый уровень помехозащищенности.The objective of the invention is the creation of a compact, reliable and versatile device that provides a distance to the target, having the required level of noise immunity.

Решение указанной задачи достигается тем, что предложенное устройство определения дистанции до цели, согласно изобретению, содержит два и более приемоизлучающих канала, каждый из которых содержит электронный блок, импульсный источник оптического излучения, и фотоприемник, соединенные с электронным блоком, при этом оптические оси импульсного источника оптического излучения и фотоприемника, образующих приемоизлучающий канал, направлены под углом ≤90° к продольной оси боеприпаса по направлению движения и расположены со смещением друг относительно друга, преимущественно параллельно или практически параллельно, причем расстояние между оптическими осями излучателя и фотоприемника выбрано из условия l≥(d_u+d_n)/2, где d_u и d_n - наибольшие диаметры излучателя и фотоприемника соответственно, при этом приемоизлучающие каналы размещены вокруг продольной оси боеприпаса, причем угол в радиальном направлении между осями излучателей смежных приемоизлучающих каналов выбран таким образом, что световые пучки излучателей не пересекаются между собой, при этом расстояние между лучами от соседних излучающих каналов на установленной дистанции детектирования цели равно/примерно равно минимальному размеру цели.The solution to this problem is achieved by the fact that the proposed device for determining the distance to the target, according to the invention, contains two or more receiving-emitting channels, each of which contains an electronic unit, a pulsed optical radiation source, and a photodetector connected to the electronic unit, while the optical axis of the pulse source optical radiation and a photodetector, forming a receiving-emitting channel, are directed at an angle of ≤90 ° to the longitudinal axis of the munition in the direction of movement and are displaced relative to each other, mainly parallel or almost parallel, and the distance between the optical axes of the emitter and the photodetector is selected from the condition l≥ (d _u + d _n ) / 2, where d _u and d _n are the largest diameters of the emitter and photodetector, respectively, while the receiving-emitting channels placed around the longitudinal axis of the munition, and the angle in the radial direction between the axes of the emitters of adjacent receiving emitting channels is selected so that the light beams of the emitters do not intersect each other, while the distance between the rays m adjacent radiating channels at a specified distance of the detection target is equal to / is approximately equal to the minimum size of goals.

В варианте исполнения, необходимое количество излучателей в устройстве определения дистанции до цели установлено из соотношения: n≥2π/(α+b/R), где: n - количество излучателей, α - угол расхождения пучка излучения, b - минимальный размер цели, R - установленная дистанция детектирования цели.In an embodiment, the required number of emitters in the device for determining the distance to the target is established from the relation: n≥2π / (α + b / R), where: n is the number of emitters, α is the angle of divergence of the radiation beam, b is the minimum target size, R - set target detection distance.

Техническим результатом, достигаемым заявляемым изобретением, является создание устройства, обеспечивающего с высокой точностью определение дистанции до цели, имеющего повышенную защищенность от оптических помех, уменьшенные габаритно-весовые характеристики и энергопотребление.The technical result achieved by the claimed invention is the creation of a device that provides with high accuracy the determination of the distance to the target, having increased immunity from optical interference, reduced overall weight and weight characteristics and power consumption.

Технический результат достигается тем, что в устройстве определения дистанции до цели, включающем электронный блок, источник оптического излучения и фотоприемник, в качестве источника оптического излучения применен импульсный лазерный диод, а в электронном блоке для обработки отраженного сигнала применен алгоритм, реализующий время-импульсный метод анализа дистанции до цели. Излученные световые импульсы отражаются от поверхности цели и регистрируются фотоприемником с последующим анализом электронным блоком. Регистрацию отраженного сигнала осуществляют через временной интервал, определяющий дистанцию идентификации цели: с момента излучения светового импульса до открытия временного окна, продолжительностью которого задают погрешность определения дистанции.The technical result is achieved by the fact that in the device for determining the distance to the target, which includes an electronic unit, an optical radiation source and a photodetector, a pulsed laser diode is used as an optical radiation source, and an algorithm that implements a time-pulse analysis method is used in the electronic unit to process the reflected signal distance to the goal. The emitted light pulses are reflected from the target surface and recorded by a photodetector, followed by analysis by the electronic unit. The registration of the reflected signal is carried out through a time interval that determines the distance of identification of the target: from the moment of emission of the light pulse to the opening of the time window, the duration of which sets the error in determining the distance.

Заявляемое устройство не требует настройки в процессе производства, позволяет менять дистанцию идентификации цели непосредственно перед боевым применением боеприпаса.The inventive device does not require adjustment during production, allows you to change the distance of identification of the target immediately before the combat use of ammunition.

Изменение определяемой дистанции до цели осуществляется изменением установок в электронном блоке, что делает предлагаемое устройство более универсальным по сравнению с прототипом.Changing the determined distance to the target is carried out by changing the settings in the electronic unit, which makes the proposed device more versatile in comparison with the prototype.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлено схематическое изображение поперечного сечения устройства определения дистанции до цели.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 presents a schematic representation of a cross section of a device for determining the distance to the target.

Устройство определения дистанции до цели включает как минимум два приемоизлучающих канала, состоящих из источника оптического излучения 1 и фотоприемника 2, соединенных с электронным блоком 3, установленных в корпусе 4.The device for determining the distance to the target includes at least two receive-emitting channels, consisting of an optical radiation source 1 and a photodetector 2 connected to an electronic unit 3 installed in the housing 4.

Устройство определения дистанции до цели работает следующим образом.The device for determining the distance to the target works as follows.

Световые импульсы от источника излучения 1 выводятся наружу корпуса 4 в сторону возможной цели. При наличии цели излучение отражается от ее поверхности и регистрируется фотоприемником 2. Далее электронный блок 3 анализирует принятый сигнал на соответствие величины t - временного интервала, отсчитываемого с момента излучения импульса до момента регистрации сигнала, заданной временной установке Т. Величина временной установки Т вводится перед применением устройства в электронный блок 3 и равна времени прохождения светового импульса от устройства определения дистанции до цели и обратно в момент соответствия расстояния между устройством и целью установленной дистанции детектирования, т.е. Т=2R/c, где с - скорость света, R - установленная дистанция детектирования цели.Light pulses from the radiation source 1 are displayed outside the housing 4 in the direction of a possible target. If there is a target, the radiation is reflected from its surface and recorded by the photodetector 2. Next, the electronic unit 3 analyzes the received signal for compliance with the value of t — the time interval counted from the moment of emission of the pulse until the signal is registered to the time setting T. The value of the time setting T is entered before use device into the electronic unit 3 and is equal to the time of passage of the light pulse from the device to determine the distance to the target and back at the moment of correspondence between and Twomey order set detection distance, i.e., T = 2R / c, where c is the speed of light, R is the set target detection distance.

При выполнении условия t=Т, с заданной точностью, электронный блок определяет принятый сигнал как «рабочий» и выдает сигнал идентификации цели.When the condition t = T is fulfilled, with a given accuracy, the electronic unit determines the received signal as “working” and issues a target identification signal.

Необходимое количество зондирующих оптических пучков в устройстве определения дистанции до цели определяется характерным размером предполагаемых целей и дистанцией идентификации цели из соотношения: n≥2π/(α+b/R), где: n - количество зондирующих оптических пучков, α - угол расхождения светового пучка, b - минимальный размер цели, R - установленная дистанция детектирования цели.The required number of probe optical beams in the device for determining the distance to the target is determined by the characteristic size of the intended targets and the target identification distance from the relation: n≥2π / (α + b / R), where: n is the number of probe optical beams, α is the angle of divergence of the light beam , b - minimum target size, R - set target detection distance.

Использование предложенного технического решения позволит повысить поражающие характеристики боеприпаса путем увеличения массы взрывчатого вещества за счет уменьшения габаритных параметров устройства определения дистанции до цели, увеличить количество зондирующих оптических пучков, и, следовательно, повысить точность, в сравнении с прототипом, определения установленной дистанции до цели при увеличении дистанции. Устройство определения дистанции до цели с реализованным предложенным техническим решением не требует настройки в процессе производства, что позволяет упростить его конструкцию и снизить стоимость изготовления.Using the proposed technical solution will increase the striking characteristics of the ammunition by increasing the mass of the explosive by reducing the overall parameters of the device for determining the distance to the target, increase the number of probe optical beams, and, therefore, increase the accuracy, in comparison with the prototype, of determining the installed distance to the target with increasing distance. The device for determining the distance to the target with the implemented proposed technical solution does not require adjustment in the production process, which allows to simplify its design and reduce the cost of manufacture.

Claims

1. The device for determining the distance to the target, characterized in that it contains six transceiver channels, each of which contains an electronic unit, a pulsed optical radiation source and a photodetector connected to the electronic unit, while the optical axis of the pulsed optical radiation source and a photodetector, forming a transceiver channel, directed at an angle of ≤90 ° to the longitudinal axis of the munition in the direction of movement and are located with mixing relative to each other, and the distance between the optical and the axes of the emitter and the photodetector are selected from the condition l≥ (d _u + d _n ) / 2, where d _u and d _n are the largest diameters of the emitter and the photodetector, respectively, and the angle between the emitters of adjacent receiver-emitting channels in the radial direction is selected so that the light the emitter beams do not intersect each other, while the distance between the rays of adjacent emitting channels at the desired target detection distance is equal to / approximately equal to the minimum target size.

2. The device according to claim 1, characterized in that the required number of emitters in it is determined from the ratio: n≥2π / (α + b / R), where n is the number of emitters, α is the angle of divergence of the radiation beam, b is the minimum size targets, R is the set target detection distance.