ВЫСОКОТОЧНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ ТОЧЕЧНОГО ИСТОЧНИКА ИЗЛУЧЕНИЯ С ПЗС-ЛИНЕЙКАМИ

Предмет исследования. Предложен метод измерения углового положения точечного источника в системе с ПЗС-линейками посредством преобразования «угол – время – код» в условиях малой освещенности и при повышенных соотношениях сигнал/шум. Проведена оценка потенциальной точности метода, которая определяется неустранимыми аппаратурными случайными погрешностями измерения в условиях оптимальной обработки поступающей информации при однократном считывании ее с ПЗС-линеек. Метод. Предлагается схема оптико-электронной системы измерения углового положения с ПЗС-линейками с вытянутыми чувствительными элементами и опорной точкой отсчета. При этом на линейки проецируются изображения как опорного точечного источника, так и измеряемого точечного источника, угловое положение которого следует определять с высокой точностью. С выхода ПЗС-линейки сигналы поступают на линейный оптимальный (или близкий к нему) фильтр, а с него – на схему фиксации положения максимума сигнала. Схема обеспечивает минимальную погрешность, обусловленную влиянием шумов. Фронты импульсов, соответствующие максимумам сигналов, формируют временной интервал, который заполняется счетными импульсами высокой частоты. Число импульсов в этом интервале будет соответствовать измеряемому угловому положению точечного источника. Основные результаты. Проведен анализ случайных погрешностей с позиции теории статистических решений. Анализ учитывает спектральную функцию сигналов, определяемую передаточными функциями оптической системы и ПЗС-линейки как анализатора изображения. Проведено исследование точности измерения в зависимости от тактовой частоты считывания информации с ПЗС-линеек при различных значениях отношения сигнала к шуму. Показано, что даже при однократном считывании ПЗС-линейки по предлагаемой оптико-электронной схеме погрешность измерения не превышает 0,01 размера чувствительного элемента. Практическая значимость. Результаты работы могут найти применение в высокоточных измерительных оптико-электронных системах звездных датчиков для определения углового положения маломощных точечных источников излучения.

1. Konyakhin I.A., Turgalieva T.V. Three-coordinate digital autocollimator // Journal of Optical Technology (A Translation of Opticheskii Zhurnal). 2013. V. 80. N 12. P. 772–777. doi: 10.1364/JOT.80.000772

2. Konyakhin I.A., Kopylova T.V., Konyakhin A.I. Optic-electronic autocollimation sensor for measurement of the three-axis angular deformation of industry objects // Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering. 2012. V. 8439. Art. 84391N. doi: 10.1117/12.922096.

3. Kleshchenok M.A., Anisimov A.G., Lashmanov O.U., Timofeev A.N., Korotaev V.V. Alignment control optical-electronic system with duplex retroreflectors // Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering. 2014. V. 9131. Art. 91311X. doi: 10.1117/12.2052290

4. Konyakhin I., Timofeev A., Usik A., Zhukov D. The experimental research of the systems for measuring the angle rotations and line shifts of the large aperture radio-telescope components // Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering. 2010. V. 7544. Art. 75443P. doi: 10.1117/12.885604

5. Konyakhin I.A., Timofeev A.N., Konyakhin A.I. Three-axis optic-electronic autocollimation system for the inspection of large-scale objects // Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering. 2013. V. 8788. Art. 87882C. doi: 10.1117/12.2020343

6. Konyakhin I.A., Timofeev A.N., Yaryshev S.N. High precision angular and linear measurements using universal opto-electronic measuring modules in distributed measuring systems // Key Engineering Materials. 2010. V. 437. P. 160–164. doi: 10.4028/www.scientific.net/KEM.437.160

7. Konyakhin I.A., Kopylova T.V., Konyakhin A.I., Smekhov A.A. Optic-electronic systems for measurement the three-dimension angular deformation of axles at the millimeter wave range radiotelescope // Proceedings

of SPIE – The International Society for Optical Engineering. 2013. V. 8759. Art. 87593E. doi: 10.1117/12.2014605

8. Turgalieva T.V., Konyakhin I. A. Research of autocollimating angular deformation measurement system for large-size objects control // Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering. 2013. V. 8788. Art. 878832. doi: 10.1117/12.2020861

9. Konyakhin I.A., Timofeev A.N., Usik A.A., Zhukov D.V. Optic-electronic systems for measuring the angle deformations and line shifts of the reflecting elements at the rotateable radio-telescope // Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering. 2011. V. 8082. Art. 80823R. doi: 10.1117/12.890059

10. Pantyushin A., Korotaev V. Control measurement system for railway track position // Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering. 2012. V. 8486. Art. 84861B. doi: 10.1117/12.930503

11. Anisimov A.G., Pantyushin A.V., Lashmanov O.U., Vasilev A.S., Timofeev A.N., Korotaev V.V., Gordeev S.V. Absolute scale-based imaging position encoder with submicron accuracy // Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering. 2013. V. 8788. Art. 87882T. doi: 10.1117/12.2021022

12. Лебедько Е.Г. Системы импульсной оптической локации. СПб.: Лань, 2014. 368 с.

13. Maraev A.A., Timofeev A.N. Energetic sensitivity of optical-electronic systems based on polychromatic optical equisignal zone // Proceedings of SPIE – The International Society for Optical Engineering. 2013. V.

8788. Art. 878836. doi: 10.1117/12.2020757

14. Лебедько Е.Г. Теоретические основы передачи информации. СПб.: Лань, 2011. 352 с.

15. Левшин В.Л. Обработка информации в оптических системах пеленгации. М.: Машиностроение, 1978. 168 с.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License