Рециркуляционный дальномер

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Автор Козлов Владимир Леонидович(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Рециркуляционный дальномер, содержащий блок запуска, лазерный излучатель, оптически связываемый через измеряемую дистанцию с приемником излучения, соединенным с усилителем, а также вычислительный блок, отличающийся тем, что содержит усилитель мощности, соединенный первым входом с выходом блока запуска, а выходомс дисперсионной линией задержки, выход которой соединен с входом лазерного излучателя,а также согласованный фильтр, вход которого соединен с выходом усилителя, а выходсо вторым входом усилителя мощности и вычислительным блоком, при этом дальномер выполнен с возможностью использования в качестве рециркулирующего сигнала линейно-частотно-модулированного импульса. 14159 1 2011.04.30 Изобретение относится к области оптической дальнометрии и может использоваться в геодезии, строительстве и монтаже крупных инженерных сооружений. Известен способ измерений дальности 1, основанный на линейной частотной модуляции зондирующего излучения с последующим фотогетеродинным приемом отраженного объектом излучения и обработкой полученного сигнала согласованным фильтром. Недостатком этого способа является ограниченная точность измерений. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является рециркуляционный лазерный дальномер 2, содержащий блок запуска, лазерный излучатель, приемник излучения,усилитель, линию задержки, вычислительный блок. Недостатком дальномера является ограниченная точность измерений, обусловленная зависимостью от амплитуды импульса,нестабильностью электрической задержки, а также невысоким отношением сигнал/шум. Задача изобретения - повышение точности измерения дальности и расширение диапазона измеряемых расстояний. Решение поставленной задачи позволит использовать предлагаемое изобретение в геодезии, при монтаже крупных инженерных сооружений, при измерении уровня жидкости в сосудах большого объема и для решения других задач, где требуется точность измерения дальности не хуже 110 мм. Поставленная задача решается путем того, что в рециркуляционный лазерный дальномер 2, содержащий блок запуска, лазерный излучатель, оптически связанный через измеряемую дистанцию с приемником излучения, усилитель, вычислительный блок, введены усилитель мощности, соединенный первым входом с выходом блока запуска, а выходом - с дисперсионной линией задержки, выход которой соединен с входом лазерного излучателя, а также согласованный фильтр, вход которого соединен с выходом усилителя,а выход - со вторым входом усилителя мощности и вычислительным блоком, при этом дальномер выполнен с возможностью использования в качестве рециркулирующего сигнала линейно-частотно-модулированного импульса. На фиг. 1 представлена функциональная схема дальномера с рециркуляцией линейночастотно-модулированного (ЛЧМ) сигнала, а на фиг. 2 временные диаграммы, поясняющие его работу. Дальномер содержит блок запуска 1, усилитель мощности 2, дисперсионную линию задержки 3, лазерный излучатель 4, фотоприемник 5, усилитель с АРУ (автоматической регулировкой усиления) 6, согласованный фильтр 7, вычислительный блок 8. Дальномер работает следующим образом. Для запуска режима рециркуляции блок запуска 1 формирует короткий импульс, аналогичный сжатому импульсу на выходе согласованного фильтра (форма импульса представлена на фиг. 2), который через усилитель мощности 2 возбуждает дисперсионную линию задержки 3. Формирование и оптимальная обработка ЛЧМ импульса осуществляется согласованными фильтрами, выполненными на основе дисперсионных ультразвуковых линий задержки. На выходе дисперсионной линии задержки будет сформирован ЛЧМ сигнал, который описывается функцией(2/2), 0,где- амплитуда,- длительность ЛЧМ импульса,- девиация частоты,- начальная частота ЛЧМ импульса,2/ - скорость перестройки частоты. Вид модулирующего ЛЧМ импульса представлен на фиг. 2 б. Излучение лазера 4 модулируется по интенсивности сигналом (1), посылается на дистанцию, отражается от измеряемого объекта, регистрируется фотоприемником 5 с задержкой во времени, равной 2/, где- измеряемое расстояние,- скорость света усиливается усилителем с АРУ 6 и попадает в согласованный фильтр 7. Вид ЛЧМ импульса на входе согласованного фильтра, задержанного на дистанции на , представлен на фиг. 2 в. Импульсная характеристика согласованного фильтра представляет собой обращенную во времени функцию обрабатываемого сигнала 3 2 14159 1 2011.04.30 На выходе согласованного фильтра сформируется сигнал вида 3 представляющий собой сжатый ЛЧМ импульс (фиг. 2 а). Как видно из выражения (3), временное положение отклика на выходе согласованного фильтра определяется временем оптической задержкиизлучения на дистанции при постоянной электрической задержкев электронных блоках устройства и согласованных фильтрах. С выхода согласованного фильтра 7 сжатый ЛЧМ импульс (3) через усилитель мощности 2 запускает дисперсионную линию задержки 3, и на ее выходе будет вновь сформирован ЛЧМ сигнал, который описывается функцией (1). Таким образом, в системе устанавливается режим рециркуляции ЛЧМ импульса, период которой рц определяется временем оптической задержкиизлучения на дистанции при постоянной электрической задержкев электронных блоках устройства и согласованных фильтрах (фиг. 2 а). Так как частоту следования импульсов можно измерить более просто и с большей точностью, чем короткий временной интервал, то значениеопределяется по величине частоты рециркуляции . Формула для расчета дальности имеет вид 1 Так как в качестве рециркулирующего сигнала в дальномере применен линейночастотно-модулированный импульс, то использование обработки ЛЧМ сигнала с помощью согласованного фильтра позволяет улучшить отношение сигнал/шум на выходе системы, что расширяет диапазон измеряемых расстояний и повышает точность измерений по сравнению с 2. Формирование и обработка ЛЧМ импульса осуществляется согласованными фильтрами, обладающими высокой стабильностью электрической задержки(10-6-10-7), что обеспечивает повышение точности измерений по сравнению с 2. Так как в петле обратной связи дальномера отсутствуют пороговые элементы, то величина частоты рециркуляции, а значит, и точность измерения дальности не будут зависеть от амплитуды ЛЧМ сигнала. Это обеспечивает повышение точности измерений по сравнению с импульсным рециркуляционным дальномером 2. Таким образом, введение в устройство усилителя мощности, дисперсионной линии задержки и согласованного фильтра позволяет реализовать режим оптоэлектронной рециркуляции ЛЧМ импульса, что обеспечивает улучшение отношения сигнал/шум и не зависимость точности измерения дальности от амплитуды сигнала. За счет этого достигается повышение точности измерения дальности и расширение диапазона измеряемых расстояний. Источники информации Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.