PL225596B1 - Zintegrowany dalmierz laserowy do mierzenia odległości i zakresu widzialności - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zintegrowany dalmierz laserowy do mierzenia odległości i zakresu widzialności, stosowany zwłaszcza do mierzenia odległości obiektów odbijających promieniowanie optyczne i mierzenia zakresu widzialności przestrzeni rozpraszającej promienie optyczne wykorzystujący jeden układ optyczny.

Znane jest urządzenie laserowe posiadające w jednej obudowie dwa układy optyczne. Jeden do pomiaru odległości zawierający nadajnik laserowy modulowany sygnałem impulsowym lub sinusoidalnym i odbiornik z fotodiodą. Drugi układ optyczny do pomiaru zakresu widzialności zawierający nadajnik laserowy modulowany sygnałem sinusoidalnym i odbiornik z fotodiodą. W przypadku pomiaru odległości wykorzystuje się odbity od obiektu sygnał optyczny. Mierzony jest czas, opóźnienie, jaki potrzebuje promień świetlny na pokonanie drogi od nadajnika do mierzonego obiektu i z powrotem.

Pomiar opóźnienia dokonywany jest w szybkich elektronicznych licznikach czasu, wymagających szerokiego pasma odbiornika i wysokiej częstotliwości impulsów zegarowych licznika. Pomiary odległości z wykorzystaniem sygnału impulsowego dalmierza wymagają stosowania laserów znac znych mocy, natomiast dalmierze z modulacją sinusoidalną charakteryzują się wieloznacznością pomiaru, której usunięcie wymaga dokonania kilku pomiarów tej samej odległości przy różnych częstotliwościach.

Znane jest z opisu patentowego ES2143417B1 urządzenie do pomiaru odległości zawierające generator połączony z modulatorem sygnału pseudoprzypadkowego połączony z nadajnikiem sygnału optycznego. Jedno wejście komparatora połączone jest z odbiornikiem sygnału optycznego, drugie wejście komparatora połączone jest z opóźnionym sygnału pseudoprzypadkowym. Wyjście układu komparatora połączone jest z układem pomiaru czasu opóźnienia przeliczającym czas opóźnienia na odległość.

Znane jest z opisu patentowego PL393072A1 urządzenie do pomiaru odległości zawierające generator sygnału pseudoprzypadkowego, którego wyjście połączone jest z wejściem modulatora mocy optycznej układu nadawczego, lasera, z którego zmodulowany sygnał świetlny kierowany jest poprzez odbiornik optyczny na fotodetektor odbiornika optycznego. Układ nadawczy połączony jest z układem opóźnienia, który jest połączony z pierwszym korelatorem. Odbiornik sygnału optycznego połączony jest z drugim korelatorem. Wyjścia korelatorów połączone są z układem przeliczającym odległość LX. W układzie tym następuje wyznaczenie dzielnej jako różnicy wyniku pierwszego korelatora i drugiego korelatora oraz dzielnika jako sumy wyniku pierwszego korelatora i drugiego korelatora. Wynik odległości podaje się jako iloraz skorygowany przez odpowiedni współczynnik.

W przypadku pomiaru odległości wykorzystuje się odbity od obiektu sygnał optyczny. Mierzony jest czas, opóźnienie, jaki potrzebuje promień świetlny na pokonanie drogi od nadajnika do mierzon ego obiektu i z powrotem.

W przypadku pomiaru widzialności z nadajnika nadawane są dwa sygnały pod różnymi kątami najczęściej 0 st. i 90 st. Sygnały te są odbierane w odbiorniku i traktowane jako wzorcowy i pomiarowy. Sygnał wzorcowy jest to sygnał odebrany w odbiorniku z bezpośrednią linią widoczności. Sygnał pomiarowy jest to sygnał rozproszony wstecz. Widzialność jest określana jako różnica tych sygnałów w miejscu ustawienia przyrządu.

Pomiar widzialności z wykorzystaniem tego rozwiązania jest zależny od miejsca pomiaru i nie pozwala na określanie zakresu widzialności na większym obszarze.

Celem wynalazku jest pozbycie się tych wad przez zastosowanie korelacyjnej metody pomiaru.

Istota dalmierza według wynalazku polega na tym, że odbiornik optyczny połączony jest z wejściami poszczególnych korelatorów korelatora równoległego o liczbie kanałów korelacji równej N długości sygnału ciągu nadawczego kodu pseudoprzypadkowego PRBS. Wyjścia poszczególnych korelatorów połączone są poprzez przesuwnik amplitudy z dekoderem odległości i poprzez przesuwnik fazy z dekoderem widzialności.

W wynalazku dla pomiaru odległości wynik pomiaru, dzięki wykorzystaniu liczby korelatorów równej długości ciągu nadawanego, podawany jest natychmiast bez konieczności oczekiwania na zakończenie całego cyklu pomiarowego. Dla pomiaru zakresu widzialności wynik pomiaru odzwierciedla uśrednioną wartość zakresu widzialności w kierunku ustawienia optyki przyrządu pomiarowego.

Wynalazek umożliwia jednoczesny pomiar zakresu widzialności i pomiar odległości z wykorzystaniem tej samej optyki nadawczo-odbiorczej.

PL 225 596 B1

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia schemat blokowy zintegrowanego dalmierza laserowego do mierzenia wysokości pułapu chmur i zakresu widzialności.

Zintegrowany dalmierz laserowy przedstawiony na rysunku ma nadajnik niewielkiej mocy zawierający nadajnik laserowy 2 połączony swym wejściem z generatorem 1 PRBS, stanowiącym generator sygnału kodowego o długości ciągu pseudoprzypadkowego PRBS równego N. Wejście nadajnika optycznego 2 połączone jest także z odbiornikiem 3 w postaci fotodetektora, połączonym z wejściami poszczególnych korelatorów 4.1, 4.2, 4.3,...4.N korelatora równoległego 4 o liczbie kanałów korelacji równej N długości sygnału ciągu nadawczego kodu pseudoprzypadkowego PRBS. Wyjścia poszczególnych korelatorów 4.1, 4.2, 4.3,...4.N połączone są poprzez przesuwnik amplitudy 6 z dekoderem odległości 8 i poprzez przesuwnik fazy 5 z dekoderem widzialności 7.

Sygnał nadajnika laserowego 2 modulowany jest sygnałem pseudoprzypadkowym o długości ciągu N. Część sygnału optycznego, w wyniku odbicia lub rozproszeniu, trafia do odbiornika 2, gdzie następuje odbiór sygnału optycznego i przetworzenie go na postać cyfrową. W odbiorniku sygnał odebrany, metodą korelacyjną, porównywany jest z sygnałem wzorcowym. W wyniku porównania otrzymuje się nowy sygnał. Sygnał cyfrowy przesyłany jest do poszczególnych korelatorów 4.1, 4.2,...4.N. Każdy korelator wbudowany ma wzorzec sygnału PRBS przesunięty o jeden bit. Korelator 1 ma przesunięcie względem wzorca o 1 bit, korelator 2 ma przesuniecie względem wzorca o 2 bity, a korelator N ma przesunięcie względem wzorca o N bitów. W korelatorach następuje porównanie sygnału odebranego z sygnałem odniesienia. Wynik porównania z każdego korelatora przesyłany jest jednocześnie do przesuwnika fazy 5 i przesuwnika amplitudy 6.

W celu wyznaczenia odległości od przeszkody, w sygnale tym wynajduje się maksymalne wartości amplitud. Wartości tych amplitud porównuje się z ustaloną wartością progową. Wartość amplitudy przekraczająca wartość progową wyznacza przesunięcie sygnału względem sygnału wzorcowego. Na podstawie przesunięcia oblicza się opóźnienie sygnału odebranego względem wzorcowego. Opóźnienie po przeliczeniu na odległość i podzieleniu przez dwa wyznacza odległość od obiektu.

W celu wyznaczenia zakresu widzialności, w sygnale tym wynajduje się maksymalną wartość amplitudy przekraczającą ustaloną wartość progową. Na podstawie tej wartości określany jest punkt przesunięcia sygnału odebranego względem wzorcowego i ustalany jest jako punkt bazowy. W najbliższym otoczeniu punktu bazowego wyznaczany jest przedział sumowania wartości amplitud sygnału. Następnie sumowane są wartości amplitudy sygnałów w tym przedziale. Wynik sumowania wyznacza zakres widzialności mierzonej.

W przesuwniku fazy w sygnałach z korelatorów 4.1, 4.2,...4.N wyszukiwana jest maksymalna wartość amplitudy sygnału i określane, na podstawie numeru korelatora, dla tej wartości przesunięcie fazy. Przesunięcie to staje się przesunięciem odniesienia i jest traktowane jako bazowe. Sumowane są wartości amplitud sygnałów z korelatorów bazowego i kolejno korelatorów od bazowego w lewo do 63 i w prawo do 63. Wynik sumowania przesyłany jest do dekodera widzialności. W dekoderze widzialności wartość pomiarowa zamieniana jest na zakres widzialności zgodny z wymaganiami IMiGW.

W przesuwniku amplitudy wykrywane są kolejno wszystkie maksymalne wartości sygnału z korelatorów 4.1, 4.2,...4.N, które przekraczają ustalony poziom. Każdej wartości przekraczającej dany poziom odpowiada konkretny korelator, a dokładniej jego numer. Wartości te przesyłane są do dekodera odległości. W dekoderze odległości 8 znając numer korelatora i to, że numerowi korelatora przypisane jest dokładne przesunięcie bitu względem wzorca, wyznaczana jest odległość od mierzonego obiektu lub obiektów jako numer korelatora pomnożony przez czas nadawania jednego bitu podzielona przez dwa.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Zintegrowany dalmierz laserowy do mierzenia odległości i zakresu widzialności, który zawiera nadajnik laserowy połączony z wyjściem generatora sygnału pseudoprzypadkowego o długości ciągu N oraz ma odbiornik optyczny połączony z korelatorem, znamienny tym, że odbiornik optyczny (3) połączony jest z wejściami poszczególnych korelatorów (4.1, 4.2, 4.3,...4.N) korelatora równoległego (4) o liczbie kanałów korelacji równej N długości sygnału ciągu nadawczego kodu pseudoprzypadkowego PRBS, a wyjścia poszczególnych korelatorów (4.1, 4.2, 4.3,...4.N) połączone są poprzez przesuwnik amplitudy (6) z dekoderem odległości (8) i poprzez przesuwnik fazy (5) z dekoderem widzialności (7).