автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Исследование оптико-электронных систем с полихроматической оптической равносигнальной зоной для контроля смещений

На правах рукописи

МАРАЕВ Антон Андреевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ С ПОЛИХРОМАТИЧЕСКОЙ ОПТИЧЕСКОЙ РАВНОСИГНАЛЬНОЙ ЗОНОЙ ДЛЯ КОНТРОЛЯ СМЕЩЕНИЙ

05.11.07 - Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2014

005554461

Работа выполнена в Санкт-Петербургском национальном исследовательском университете информационных технологий, механики и оптики.

Научный руководитель: кандидат технических наук,

старший научный сотрудник Тимофеев Александр Николаевич

Официальные оппоненты: Городецкий Андрей Емельянович

доктор технических наук, профессор Институт проблем машиноведения РАН, заведующий лабораторией

Нужин Андрей Владимирович

кандидат технических наук ОАО «Научно-исследовательский институт оптико-электронного приборостроения», ведущий научный сотрудник

Ведущая организация ОАО «ЛОМО»

Защита диссертации состоится «01» июля 2014 г. в 17 ч. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.227.01 при Санкт-Петербургском национальном исследовательском университете информационных технологий, механики и оптики по адресу: 190000, г. Санкт-Петербург, пер. Гривцова, д. 14, ауд. 314-а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики по адресу: 197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., д.49 и на сайте fppo.ifmo.ru

Автореферат разослан ¿В » ЛАХ&Я— 2014 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.227.01 кандидат технических наук, доцент

В.М. Красавцев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

С развитием техники все больше технологических процессов в различных отраслях промышленности автоматизируются. При этом одним из ключевых факторов в переходе к более совершенным технологиям является увеличение точности выполняемых технологических операций.

Частным примером является задача автоматического позиционирования рабочих элементов машин при проведении строительных работ. При сооружении дорог, путепроводов, мелиоративном строительстве точность задания положения рабочего инструмента определяет качество проводимых работ, поэтому системы контроля позиционирования рабочих органов строительных и землеройных машин играют важную роль при решении таких задач.

Оптико-электронные системы на основе оптической равносигнальной зоны (ОРСЗ) предназначены для контроля поперечных смещений на существенных дистанциях в полевых условиях работы. Они обладают широким диапазоном контроля смещений (±1,4 м на 100 м). Требуемая чувствительность к смещениям во многих случаях не должна превышать ±1 мм на расстояниях до 300 м.

Одним из наиболее сильно влияющих внешних источников погрешности для оптико-электронных приборов является воздушный тракт, а именно вертикальный градиент температуры, который приводит к искривлению траектории лучей. Поскольку неоднородности в воздушном тракте вызывают дисперсию проходящего через нее излучения, величину отклонения, вызванного градиентом температуры, можно определить по положению лучей с разными длинами волн на приемнике. Такой метод получил название дисперсионного.

Авторефлексионная схема позволяет контролировать смещения объекта по отраженному излучению от закрепленного на нем контрольного элемента (КЭ). КЭ не требует подведения энергии, что позволит объединить излучающую и приемную часть в одном блоке. Преимуществом использования матричных фотоприемников и цифровой обработки сигналов является способность адаптации алгоритмов обработки, кроме того, появляется возможность контролировать одновременно несколько геометрических параметров, например, угол наклона и смещение относительно базовой плоскости.

Таким образом, построение системы с ОРСЗ при использовании дисперсионного метода, т.е. создание полихроматической оптической равносигнальной зоны (ПОРСЗ), по авторефлексионной схеме позволит снизить погрешность работы системы при изменяющихся внешних условиях, сохраняя при этом достоинства работы с монохромной ОРСЗ.

Целью работы является исследование авторефлексионных оптико-электронных систем (ОЭС) с полихроматической оптической равносигнальной зоной для контроля смещений в широком диапазоне, использующих цифровые методы обработки информационных сигналов и ослабляющих влияние внешних факторов.

Для достижения указанной цели решались следующие задачи:

1) Анализ и классификация существующих ОЭС контроля пространственного положения с целью выбора и разработки обобщенной структуры построения авторефлексионных оптико-электронных систем контроля смещений (АОЭСКС).

2) Исследование особенностей формирования ПОРСЗ.

3) Исследование характеристик и свойств элементов АОЭСКС при цифровой обработке сигналов.

4) Экспериментальные исследования характеристик АОЭСКС с ПОРСЗ на стенде.

5) Анализ основных погрешностей АОЭСКС с ПОРСЗ.

Методы исследования

Диссертация выполнена на основе теории геометрической оптики, базовых элементов теории оптико-электронных приборов. Экспериментальные исследования проведены методами имитационного компьютерного моделирования на основе пакетов МАТЬАВ и МаЛсас! и физического моделирования на разработанном стенде.

Научная новизна работы

1) Впервые предложен критерий оптимальности выбора схем на стадии проектирования систем АОЭСКС и обоснования применения ее компонентов, основанный на введенном понятии эффективной энергетической чувствительности систем с ОРСЗ.

2) Методика определения положения в ПОРСЗ при матричном цифровом анализе облученности, основанная на процедуре извлечения информации о смещении КЭ из отображений векторов наблюдения на пространство непрерывных аппроксимирующих функций, определенных в пространстве координат КЭ, с последующим определением точечной оценки координат КЭ в пространстве.

3) Процедура обработки информации с цветных фотоприемных матриц для оценки распределения энергии в ПОРСЗ.

Основные результаты, выносимые на защиту

1) Обобщенная структура АОЭСКС с ПОРСЗ, позволяющая формировать конфигурацию систем и анализировать воздействия внешних факторов в соответствии с задачами контроля.

2) Критерий выбора параметров и элементов схем АОЭСКС, основанный на введенном понятии эффективной энергетической чувствительности.

3) Алгоритм определения положения базовой плоскости в ПОРСЗ при цифровом анализе сигналов с матричного фотоприемника (МФП).

4) Метод контроля относительного распределения энергии в ПОРСЗ при помощи цветных МФП.

5) Процедура спектроразностной обработки информации с цветных полей МФП для ослабления влияния градиента температуры воздушного тракта.

Практическая ценность результатов работы

1) При разработке и исследованиях АОЭСКС при формировании ОРСЗ следует применять принципы проекционных оптических систем, при анализе положения КЭ в ОРСЗ — методы расчета для авторефлексионных систем.

2) Система АОЭСКС с МФП и специальным алгоритмом обработки, позволяющая контролировать распределение энергии в ПОРСЗ

3) Выражение для оценки энергетической чувствительности, позволяющая оптимизировать выбор компонентов для приборов с ПОРСЗ.

4) Способ обеспечения равной энергетической чувствительности при формировании ПОРСЗ для используемых длин волн.

5) Авторефлексионный принцип в совокупности с цифровой обработкой распределения энергии в ПОРСЗ как средство уменьшения погрешности контроля смещения объектов при воздействии вертикального градиента температуры.

Практическая реализация результатов работы

Результаты работы отражены в 5 отчетах по НИР, проводимых коллективом Научно-образовательного центра оптико-электронного приборостроения НИУ ИТМО, что подтверждено 2 актами использования материалов при выполнении НИР, а также актом внедрения в учебный процесс кафедры оптико-электронных приборов и систем НИУ ИТМО.

Развитие исследований в рамках диссертационной работы поддержано грантами правительства г. Санкт-Петербурга 2010, 2012, 2013 гг. Вклад автора в развитие указанной тематики был отмечен дипломом за лучшую научно-исследовательскую работу магистров НИУ ИТМО.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 10 конференциях: VI, VII, VIII Всероссийских конференциях и I Всероссийском конгрессе молодых ученых (Санкт-Петербург, Россия, 2009-2012 гг); XL; XLII научных и учебно-методических конференциях СПбГУ ИТМО (Санкт-Петербург, Россия, 2011, 2013); VI Международной конференции молодых ученых и специалистов «0птика-2009» (Санкт-Петербург, Россия); IX, X Международная конференция «Прикладная оптика» (Санкт-Петербург, Россия, 2010, 2012); Международная конференция SPIE Optical Metrology (г. Мюнхен, Германия, 2013).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ, в том числе 6 статей в изданиях из перечня ВАК (из них 1 статья в издании, включенном в систему цитирования Scopus), 4 — в трудах международных конференций, 1 патент РФ на изобретение.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка из 115 наименований. Общий объем работы составляет 153 страницы, включая 66 рисунков, 4 таблицы, 1 приложение.

Краткое содержание работы

Во введении показана актуальность работы, сформулированы ее цели и задачи, научная новизна и основные результаты, выносимые на защиту.

В первой главе на основе обзора оптических методов и оптико-электронных систем контроля пространственного положения объектов и проведенной классификации показано, что при разработке и исследованиях АОЭСКС

при формировании ОРСЗ следует применять принципы проекционных оптическим систем, при анализе положения КЭ в ОРСЗ — методы энергетического расчета для авторефлексионных систем, по структуре АОЭСКС следует относить к автоколлимационным.

Анализ систем с ОРСЗ с учетом тенденций развития техники по определяющим параметрам: диапазону контроля смещений, погрешности измерения, дистанции работы и другим, — показал, что по ряду параметров системы с передающей ОРСЗ более предпочтительны, чем с приемной ОРСЗ. Например, они являются более устойчивыми к влиянию атмосферной рефракции и фонового излучения, так как в них возможно применение дисперсионного метода. Реализация дисперсионного метода также возможна в системах с цветными видеокамерами с анализом облученности цифровым методом. Цифровая обработка изображений является предпочтительной при реализации АОЭСКС с ОРСЗ в силу большего количества первичной информации.

Во второй главе представлена обобщенная схема АОЭСКС с ОРСЗ (рисунок 1), позволяющая формировать структуру системы в соответствии с задачами контроля, и анализировать воздействие внешних факторов на процесс преобразования информационных сигналов.

Базовый блок (ББ) формирует ПОРСЗ, а приемный канал (ПрК) преобразует оптический сигнал ХВх в электрические сигналы ХВэ и выдает информацию X о величине смещения КЭ относительно сформированного базового направления.

В зависимости от количества контролируемых координат, КЭ может иметь различную структуру и обеспечивать требуемые преобразования информативных сигналов при изменениях координат смещений.

Передатчиком является канал формирования базового направления КФБН, который создает в пространстве заранее известное распределение основного информативного параметра, который является источником «равных сигналов», например потока излучения. В исследуемых системах информация о направлении и величине смещения выделяется из сигнала в ПрК по дополнительному информативному параметру, например, частоте модуляции потока.

Распределение облученности в пространстве предметов оптической системы при моделировании АОЭСКС можно описать композицией пространственных ступенчатых функций Хевисайда.

Удобной моделью для исследований является векторный (матричный) преобразователь, осуществляющий преобразование сечения непрерывного распределения облученности в вектор наблюдения, т.е. замена значений непрерывной функции облученности Е(Х) от КЭ на входном зрачке ПрК дискретными значениями в виде матрицы-вектора:

Е(Х)^Е = (Е1,Е2,-,Ег-,Еп)

На основе этой модели предложена процедура выделения информации о смещении КЭ с матричного фотопреобразователя ПрК для малоразмерного зрачка (точечного ПрК) и пространственно-интегрирующего зрачка ПрК.

« 5 я я

э а а 5

° Я

ВЛИЯЮЩИЕ ФАКТОРЫ И ПОМЕХИ V

ВЛИЯЮЩИЕ ФАКТОРЫ И ПОМЕХИ ЗАДАЮЩЕЙ ЧАСТИ

источник оптического излучения

К 1

модулятор

X,

оггтическая система

КАНАЛ ФОРМИРОВАНИЯ БАЗОВОГО НАПРАВЛЕНИЯ

Хо

V/,

т„ г

ТЕХНИЧЕСКАЯ СРЕДА

ВЛИЯЮЩИЕ ФАКТОРЫ И ПОМЕХИ ПРИЕМНОЙ ЧАСТИ

■ , У ИЛ • г ^зп 1У°П

модуль обработки сигналов Хво приемник оптического излучения Хвэ оптическая система

ПРИЕМНЫЙ КАНАЛ

БАЗОВЫЙ блок

ВЛИЯЮЩИЕ ФАКТОРЫ И ПОМЕХИ ФИЗИЧЕСКОЙ СРЕДЫ

Уф

Хвх

Х*0

-<8н-

ФИЗИЧЕСКАЯ СРЕДА

Рисунок 1 - Обобщенная схема преобразования информативных сигналов и воздействия влияющих факторов на элементы АОЭСКС с ОРСЗ

Сформировано понятие эффективной энергетической чувствительности IVдля ПОРСЗ, получено выражение для ее определения, которое учитывает

спектральное распределение чувствительности приемника л(Я), пропускание атмосферы татм(Я), оптической системы т0С(Л), яркости источников излучения ¿е|(я), £е2(Д), угловую сферическую аберрацию объектива КФБН д'<р(л), дистанции фокусировки г01(Я),гт{Я) для соответствующих длин волн.

ос

ггг _ ЯЗ/СФБП^ПК '' эффТ. ~ _2

+ \

2

Т„,

Х,+ЛХ,/2

ос 02

КФБН Г 01 \

(Х)-2г\

<1Х +

т ей.

х2-дх2 /2 2£(А.)5(р(А>02 (Х)г + ВКФШ, |г02 (X)-2г| где БКФЫ1 — площадь выходного зрачка оптической системы КФБН, Бпк — площадь входного зрачка оптической системы ПрК, г — дистанция до КЭ, Я.,, Х2 — длины волн максимумов оптического излучения используемых источников в каждом цветном канале в ПОРСЗ, АЛ.,, АХ2 - полуширина спектра излучения источников с длинами волн , соответственно.

Эффективная энергетическая чувствительность к смещению характеризует «коэффициент полезного действия» преобразований оптических сигналов при смещениях КЭ и поэтому может рассматриваться как определяющий критерий при выборе параметров и схем систем с ПОРСЗ.

В конкретной реализации, варьируя яркостью источников Le¡(Л) и LcI{X) для требуемой дистанции фокусировки объектива КФБН, можно добиться равенства энергетической чувствительности (положение 1 на рисунке 2) к смещениям в ПОРСЗ. Данные получены при следующих параметрах: X¡ = 0,95 мкм, Х2 =0,4 мкм, /i'=^'=69,88 мм, 5/i'=5^'=69,83, £>кфбн=34 мм, Dupk = 26 мм, 8ф1=5ф2=9,5'10"5 рад, Ti=t2=0,76, L,=L2=5197 Вт/мм2, Sn - SA = 0,01 мм.

W, -Ю-3 Вт/м

0,09....... г\ -V........................................................................................ i ; .........;

0,08 ...................f-V......I.............\..................I....................................|................................................« ДЛЯ Л1

0,07...................!........\i..................V..............I....................................i..................................

0.06 ■ ......»........= ...........\.....I..................I....................................I.............. —— дпя Л2

005................. 1.........т\...............V..............)..................j......-.......t----------сумма

0,04 ........................^ -—----

80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200

Z, М

Рисунок 2 — Зависимость энергетической чувствительности от расстояния для Хг < Xj при

фокусировке на 100 м

В третьей главе АОЭСКС рассматриваются с точки зрения пространственного расположения КФБН и ПрК. Выделяются разнесенная схема, где объективы приемного и передающего каналов расположены рядом друг с другом так, что их оптические оси параллельны, и совмещенная схема, в которой используется общий приемопередающий объектив (коаксиальная и со све-тоделением). Показано, что в АОЭСКС с разнесенной схемой КЭ имеет большие размеры входной граней по сравнению с совмещенными, однако это позволяет применять сложные контрольные элементы для многокоординатных систем, в то время как в совмещенных коаксиальных схемах (рисунок За) определяющим преимуществом является отсутствие обратных паразитных засветок от КФБН в ПрК.

Приведены габаритные соотношения, накладывающие ограничения на выбор основных параметров КЭ и оптических систем КФБН, ПрК, исходя из условия обеспечения равномерности облученности на входном зрачке объектива ПрК.

Для извлечения измерительной информации в АОЭСКС с МФП использован метод, заключающийся в отображении векторов наблюдения на пространство непрерывных аппроксимирующих функций, определенных на пространстве координат КЭ, с последующей оценкой координаты КЭ. Предложено реализовать этот метод на основе аппроксимации по методу наименьших квадратов. Предложен алгоритм обработки информации ПОРСЗ при векторном (матричном) анализе.

С помощью разработанных методик энергетического расчета получены уравнения для нахождения требуемых размеров зрачков КФБН, КЭ и ПрК при аналоговой и цифровой обработке сигналов. Анализ хода графиков на рисунке

3 Вт/м

\

\

\

\ < для Л2

1 сумма

Л \ —

...........2

36 величин Окфбн, ВПрК и Бкэ при изменении дистанции до КЭ, для совмещенных (рисунок За) АОЭСКС, полученных с помощью компьютерной модели, показывает, что для выбранных ПИД и МФП существует дистанция (на графике около 20 м), при которой габаритные размеры оптических систем равны. При работе в пределах дистанции оптимальной являются системы, построенные по схеме со светоделением. В случае, когда дистанция контроля должна быть больше отмеченной, что часто требуется при реальном использовании систем, целесообразно применять коаксиальную схему (графики 1,2,3, рисунок 36).

Анализ величин ОКФБН, Ага для схем АОЭСКС с МФП (КМОП ОУ5620) и инфракрасными излучающими диодами в качестве источников, проведенный на компьютерной модели, показывает, что схемы с МФП имеют меньшие габариты. Однако в случаях, когда требуется высокое быстродействие, схемы с МФП при цифровой обработке информации проигрывают аналоговым системам.

Рисунок 3 — График 1, 2, 3 (б) зависимости требуемых размеров Дагфяя DnpK и йКэ от дистанции z в коаксиальной оптической схеме (а), а кривые 4, 5 для схемы со светоделением (чувствительность к смещениям <ущ = 0,05 мм, фотодиод ФД-24К, излучающий диод

АЛ107Б)

Исследование индикатрис RGB-светодиодов фирмы A-Bright марки AL513RGB с применением спектрометра «Ocean Optics USB-4000» в диапазоне от 0° до 180° в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, показало, что максимальный угол между направлениями индикатрис красной (0,63 мкм) и синей (0,473 мкм) компонент составил 21° при максимальной полуширине индикатрис 61/2 около 50°, в то время как для светодиодов фирмы BetLux марки BL-L515 угол между направлениями индикатрис 22°, угол 91/2 красной компоненты (0,636 мкм) — 134°, синей (0,469 мкм) — 128° (рисунок 4). Проведение исследований влияния неравномерности яркостей указанных RGB-светодиодов при образовании ПОРСЗ показали существенные погрешности регистрации смещений, что позволило сделать вывод о необходимости применения специальных модулей источников.

Оценка возможности применения серийных RGB-светодиодов для формирования ПОРСЗ показала, что неравномерность яркости вызывает искажение формы базовой плоскости, что не мешает использовать данный тип источников в грубых системах позиционирования.

Красный Синий

Рисунок 4

А Б

- Индикатриса излучения AL513RGB: А - в плоскости контактов, Б перпендикулярной плоскости контактов светодиодов

- в плоскости

Для более точных АОЭСКС с ПОРСЗ предлагается использовать источник на основе фотометрической интегрирующей сферы, который будет обладать высокой равномерностью яркости и возможностью управления спектральным составом.

В четвертой главе описано экспериментальное исследование степени влияния неравномерности яркости ПИД на распределение энергии в полях ПОРСЗ и в переходной зоне для различных дистанций. Показано, что использование КМОП-матрицы позволяет обеспечить требуемое качество юстировки модулей АОЭСКС.

Показано, что при использовании цветных КМОП в качестве средства для контроля структуры распределения энергии в ПОРСЗ требуется установка времени экспозиции до уровня насыщения и поддержание баланса белого (соответствия между коэффициентами усиления каналов цветности) в цифровом изображении.

Осуществлялось определение положения базовой плоскости ОРСЗ квадратными зрачками со стороной разного размера: 3,3 мм («точечный» зрачок), Юмкм (интегрирующий зрачок - модель регистрации ОРСЗ на фотодиоде). Положение базовой плоскости при определении «точечным» и интегрирующим зрачками отличается на 12 мм на 300 м, что объясняется смещением в сторону менее «яркого» канала при определении положения ОРСЗ при интегральной оценке облученности в каждом канале. Таким образом, определение положения базовой плоскости на фотодиоде (смоделировано окном, кривая 2) сильнее зависит от разности уровней облученности, чем определение положения по сканированию «точечным» зрачком. Способ определения положения базовой плоскости точечным зрачком показан на рисунке 5.

Из хода графиков (рисунок 6) видно, что неравномерность яркости источников в 20% вызывает искажение формы базовой плоскости при регистрации ПОРСЗ: на дистанции 300 м для квадратного зрачка размером 33x33 мм оно находится в пределах 2 мм.

На сформированном стенде (ПрК — видеокамера с 5Мп цветной матрицей КМОП ОУ5620 и объективом «Юпитер-21М», КЭ — угловое зерка-

ло, рисунок 7) были проведены экспериментальные исследования характеристик АОЭСКС с разнесенными каналами.

^ 150

и >.

к ь

О 100

300

Номер строки, пике

— Профили облученности в столбце с номером 1000 полей 1 и 2 от модуля КФБН с ПИД АЛ 107Б при цифровой обработке сигналов с МФП.

Рисунок 5

У. мм

300 м при наличии 20%неравномерности яркости ПИД.

Рисунок

7 - Общий вид стенда для исследований АОЭСКС с МФП и цифровой обработкой сигналов: 1 — отражатель, 2 - КФБН, 3 - ПрК, 4 — компьютер

При противофазной модуляции источников и цифровой обработке изображений оценка СКО основной составляющей погрешности контроля смещений в диапазоне ±10 мм для дистанции 5 м не превысила 0,039 мм, что для дистанции 300м составит 2,4 мм.

В пятой главе проведен анализ погрешностей работы АОЭСКС, который показал, что притупление ребра отражательной призмы КФБН, формирующей ПОРСЗ, увеличивает ширину переходной зоны, и снижает энергетическую чувствительность.

Исследование неисключенной систематической составляющей погрешности от воздействия градиента температуры тракта позволило получить зависимости ее величины от характеристик оптических и электронных компонентов АОЭСКС с ПОРСЗ:

2{П1-\)п2{2кхЪ^2 + ОКФБН \h±l2A)0nopZ>

s __£oi_

У K3gradT — С С Т ( \ '

пх\::>КФБнг>пк1лЧг\~п г)

где п,, п2 — показатели преломления воздуха для Xt и Х2 соответственно, z0l — дистанция фокусировки для X,, 8<р, — величина сферической аберрации объектива КФБН для Я.,, kt — коэффициент формы аберрации, ОКФБН - диаметр выходного зрачка КФБН, Фпар величина внутренних шумов фотоприемника, SK0EH, SnpK — площади выходного зрачка КФБН и входного зрачка ПрК, т, - пропускание атмосферы для Я.,, Ц - яркость источников с Я.,.

Исследование случайной погрешности АОЭСКС проведено на компьютерной модели при дистанции до КЭ 20 м, при постоянной времени системы 0,1 с, вызванной шумами фотодиода типа ФД-24. СКО не превышает 0,23 мм. Для модели с МФП типа OmniVision OV5620 при постоянной времени системы 0,4 с СКО составило 0,19 мм.

Анализ суммарной погрешности АОЭСКС показал, что подбором оптимальной постоянной времени электронной схемы модуля обработки можно ослаблять влияние турбулентности тракта и шумов фотоприемника, т.е. строить адаптивную схему обработки информативных сигналов.

Заключение

1. На основе сформированной классификации по результатам критического анализа оптико-электронных систем контроля смещений показано, что по принципам формирования ОРЗС исследуемые АОЭСКС относятся к проекционным оптическим схемам, по месту первичной обработки информации о смещении — к авторефлексионным, а по структуре оптических систем — к автоколлимационным.

2. Сформирована обобщенная схема АОЭСКС с ПОРСЗ, позволяющая формировать структуру систем и анализировать воздействия внешних факторов на процесс преобразования информационных сигналов в соответствии с задачами контроля смещений.

3. Сформулировано понятие эффективной энергетической чувствительности, которое учитывает спектральное пропускание атмосферы, спектральную чувствительность фотоприемника и характеризует коэффициент полезного действия преобразований оптических сигналов при смещениях КЭ, поэтому может рассматриваться как определяющий критерий при выборе параметров и элементов схем АОЭСКС.

4. Разработана методика определения положения координаты базовой плоскости в ПОРСЗ при матричном цифровом анализе облученности, основанная на процедуре извлечения информации о смещении КЭ из отображений векторов наблюдения на пространство непрерывных аппроксимирующих функций, определенных в пространстве координат КЭ, с последующим решением уравнения с целью определения точечной оценки координат в пространстве.

5. В разработанных методиках энергетического расчета предложены выражения для нахождения требуемых размеров зрачков КФБН, КЭ и ПрК при аналоговой и цифровой обработке информативных сигналов.

6. Исследования с помощью компьютерной модели величин зрачков оптических систем для схем АОЭСКС с аналоговыми и МФП показывают, что при изменениях яркости источников в диапазоне серийно выпускаемых ПИД, исходя из минимальных габаритных размеров оптических систем, нужно отдавать предпочтение схемам с МФП.

7. Авторефлексионный принцип в совокупности с цифровой обработкой распределения энергии в ПОРСЗ позволяет уменьшить погрешности контроля смещения объектов при воздействии вертикального градиента температуры.

8. Экспериментальные исследования с использованием цветных КМОП в качестве средства для контроля структуры относительного распределения энергии в ПОРСЗ, позволившие не только проанализировать влияние неравномерности яркости ПИД на форму ПОРСЗ для различных условий и схем построения систем, но и оптимизировать параметры алгоритмов обработки информации с МФП.

9. В оптико-электронных системах с полихроматической оптической равносигнальной зоной для контроля поперечного перемещения объектов выбор постоянной времени позволит ослабить влияние внешних факторов.

10. Экспериментальные исследования влияния неравномерности яркости серийных 1ЮВ-светодиодов при образовании ПОРСЗ показали существенные погрешности регистрации смещений. Таким образом, необходима разработка специальных модулей источников.

11. Анализ составляющих основной погрешности контроля положения КЭ показал, что применение в АОЭСКС с ПОРСЗ противофазной обработки сигналов позволяет уменьшить неисключенную составляющую погрешности от градиента температуры воздушного тракта.

12. По результатам экспериментальных исследований предложен новый способ и техническое решения аппаратных средств АОЭСКС (Пат. РФ № РФ №2492420).

Показано, что дальнейшие исследования и разработки необходимо продолжать в направлениях создании моноблочных двухцветных равноярких источников с возможностью раздельной высокочастотной модуляцией их яркости и повышении быстродействия обработки цифровых сигналов с МФП.

По теме диссертации опубликованы работы:

в изданиях из перечня ВАК

1.Коротаев В.В., Мараев А.А., Похитонов П.П., Тимофеев А.Н. Аппаратное снижение погрешности позиционирования в оптико-электронной насадке на теодолит ПУЛ-Н // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. /Главный редактор д.т.н., проф. В.О. Никифоров. — СПб.: СПбГУ ИТМО, №5(63), 2009. — С. 5-9. — 0,31 п.л. /0,16 п.л.

2. Богатинский Е.М., Коротаев В.В., Мараев А.А., Тимофеев А.Н. Исследование путей ослабления влияния воздушного тракта в распределенных оптико-электронных систем предупреждения техногенных катастроф/ Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. /Главный редактор д.т.н., проф. В.О. Никифоров. - СПб.: СПбГУ ИТМО, №3(67), 2010. - С. 130. — 0,06 п.л./0,02 п.л.

3. Мараев А.А., Пантюшин А.В., Тимофеев А.Н., Ярышев С.Н. Исследование метода спектрозональной селекции в оптико-электронной системе предупреждения техногенных катастроф // Известия вузов. Приборостроение. — Санкт-Петербург, 2011. - Т. 54, № 12. — С. 80-81. — 0,13 п.л./0,03 п.л.

4. Мараев А.А., Коняхин И.А., Тимофеев А.Н., Исследование энергетической чувствительности в оптико-электронных системах с полихроматической оптической равносигнальной зоной // Известия вузов. Приборостроение. - Санкт-Петербург, 2012. — Т. 55, № 3. — С.31-35. — 0,31 н.л./0,1 п.л.

5. Мараев А.А., Тимофеев А.Н., Ярышев С.Н. Исследование метода спектрозональной селекции при перекрестных связях в каналах цветовых видеокамер // Известия вузов. Приборостроение, 2012, т.55, №4 - С. 17-22. — 0,38 п.л./0,13 н.л.

6. Anton A. Maraev, Alexandr N. Timofeev. Energetic sensitivity of optical-electronic systems based on polychromatic optical equisignal zone // Proc. SPIE 8788, Optical Measurement Systems for Industrial Inspection VIII, - Munich, 2013. — P. 1-6(878836). — 0,38 п.л./0,19 п.л.

патенты и авторские свидетельства

7.Способ определения пространственного положения объекта и устройство для его осуществления: патент РФ №2492420: МПрК G01B11/00 G01S5/16 / Коротаев В. В., Тимофеев А.Н., Серикова М.Г., Горбачёв А.А., Пантюшин А.В., Мараев А.А., заявка 2011134657, заявл. 18.08.2011 г., опубл.10.09.2013, Бюл.№6. - 0,75 п.л./0,14 п.л.

в других изданиях

8. Мараев А.А. Повышение точности позиционирования с помощью оптико-электронной насадки на теодолит ПУЛ-Н // Сборник трудов конференции молодых ученых, Выпуск 1. Оптотехника и оптическое приборостроение / Главный редактор д.т.н., проф. В.Л. Ткалич. — СПб.: СПбГУ ИТМО, 2009. — С. 329-333. — 0,31 п.л.

9. Богатинский Е.М., Мараев А.А. Расчет энергетической чувствительности в оптической равносигнальной зоне при мультиплексировании оптического излучения по длине волны / Труды шестой международной конференции молодых ученых и специалистов "0птика-2009". Санкт-Петербург, 19-23 октября 2009. / Под ред. проф. В.Г. Беспалова, проф. С.А. Козлова. СПб.: СПбГУ ИТМО, 2009. — С. 291-292. -0,13 п.л./0,06 п.л.

10. Мараев A.A. О распределении энергетической чувствительности в двухвол-новой оптической равносигнальной зоне.// Сборник тезисов докладов конференции молодых ученых, Выпуск 2. Труды молодых ученых / Главный редактор д.т.н., проф. В.О. Никифоров. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2010. - С. 103. — 0,06 п.л.

11. Мараев A.A., Тимофеев А.Н. Исследование распределения энергетической чувствительности в полихроматической оптической равносигнальной зоне 119 Международная конференция «Прикладная оптика - 2010» / Сборник трудов (том 1, ч. 1) СПб.: ГОИ им. С.И. Вавилова, 18-22 октября 2010. — С. 241-245. — 0,13 п.л./0,06 п.л.

12. Мараев A.A. Об эффективности энергетической чувствительности в приборах с полихроматической оптической равносигнальной зоне // Сборник тезисов докладов конференции молодых ученых. — Санкт-Петербург: СПбГУ ИТМО, 2011. — Вып. 2, —С. 118-119.-0,06 п.л.

13.Мараев A.A. Исследование погрешностей оптико-электронной насадки для управления строительными машинами // Аннотированный сборник научно-исследовательских выпускных квалификационных работ магистров НИУ ИТМО / Главный редактор д.т.н., проф. В.О. Никифоров. — Санкт-Петербург: НИУ ИТМО, 2011.-С. 110.-0,13 п.л.

14.Мараев A.A. О возможности использования RGB-светодиодов в системах с двухволновой оптической равносигнальной зоной // Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых. — Санкт-Петербург: НИУ ИТМО, 2012. — Вып. 2. — С. 414. — 0,06 п.л.

15. Мараев A.A. Понятие эффективной энергетической чувствительности в приборах с полихроматической оптической равносигнальной зоной // XLI научная и учебно-методическая конференция НИУ ИТМО, 31 января - 3 февраля 2012 года' Актуальные теоретические и практические вопросы современного оптико-электронного приборостроения. Сборник трудов молодых ученых. / Под ред. проф. В.В. Коротаева. - СПб.: НИУ ИТМО, 2012. - С. 43-47. — 0,31 п.л.

16. Самигуллина JI. Г., Мараев А. А.. Варианты построения оптических автоколлимационных схем оптико-электронных систем с оптической равносигнальной зоной для измерения градиента температур воздушного тракта // XLI научная и учебно-методическая конференция НИУ ИТМО, 31 января - 3 февраля 2012 года: Актуальные теоретические и практические вопросы современного оптико-электронного приборостроения. Сборник трудов молодых ученых. / Под ред. проф. В.В. Коротаева. - СПб.: НИУ ИТМО, 2012. — С. 95-98. — 0,25 п.л./0,13 п.л.

17. Мараев A.A., Тимофеев А.Н. Особенности использования RGB-светодиодов в системах с двухволновой оптической равносигнальной зоной // Труды X Международной конференции «ПРИКЛАДНАЯ ОПТИКА-2012» 15-19 октября 2012 года, секция 1 "Оптическое приборостроение", ГОИ. СПб. 2012. - С. 164-166. — 0,19 п.л./0,09 п.л.

18.Мараев A.A. Исследование особенностей формирования полихроматической оптической равносигнальной зоны с помощью RGB-светодиодов // Семнадцатая Санкт-Петербургская Ассамблея молодых ученых и специалистов. Сборник тезисов -СПб.: Издательство РГГМУ, 2012. - С. 149. - 0,02 п.л.

Тиражирование и брошюровка выполнены в учреждении

«Университетские телекоммуникации»

197101, г. Санкт-Петербург, Саблинская ул., 14.

Тел (812) 233-46-69, объем 1,0 п.л.

Тираж 100 экз.

Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики

На правах рукописи

04201460913

МАРАЕВ Антон Андреевич

Исследование оптико-электронных систем с полихроматической оптической равносигнальной зоной для контроля смещений

05.11.07 - Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель к.т.н., с.н.с. Тимофеев А.Н.

Санкт-Петербург - 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ............................................................................6

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................................................7

1 ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ И ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ 13

1.1 Системы с приемной равносигнальной зоной.....................................................14

1.1.1 Оптико-электронное устройство точного позиционирования грузозахвата подъемно-транспортного механизма..........................................................................14

1.1.2 Устройство измерения линейного смещения объекта относительно базовой линии...............................................................................................................................15

1.1.3 Авторефлексионный канал позиционирования руки робота..........................17

1.1.4 Системы, позиционирующиеся по закодированным меткам..........................18

1.1.5 Лазерные устройства............................................................................................19

1.1.6 Устройства, использующие волновые свойства оптического излучения......21

1.2 Системы с передающей равносигнальной зоной.................................................24

1.2.1 Оптико-электронные системы с модулированным оптическим излучением 25

1.2.2 Устройства, использующие цифровые методы обработки структурированных оптических пучков.....................................................................28

1.3 Классификация ОЭСКС..........................................................................................29

1.4 Основные требования к ОЭСКС............................................................................31

1.5 Условия эксплуатации, сильно влияющие на работу ОЭСКС...........................32

1.5.1 Характеристики температуры.............................................................................32

1.5.2 Фоновые помехи...................................................................................................36

1.6 Сравнительный анализ систем контроля смещений...........................................37

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ В АОЭСКС С ПОЛИХРОМАТИЧЕСКОЙ ОРСЗ......................................................40

2.1 Обобщенная схема АОЭСКС с полихроматической ОРСЗ................................40

2.2 Формирование ПОРСЗ............................................................................................42

2.3 Распределение облученности в ОРСЗ после отражения пучка лучей КЭ......... 47

2.4 Обработка информации в приемном канале ОЭСКС..........................................48

2.4.1 Общие принципы выделения информации о положении ОРСЗ.....................48

2.4.2 Анализ ОРСЗ на матричном фотоприемнике....................................................51

2.5 Понятие об эффективной энергетической чувствительности в полихроматической ОРСЗ............................................................................................52

2.5.1 Эффективная энергетическая чувствительность в ОРСЗ для монохромного излучения.......................................................................................................................52

2.5.2 Энергетическая чувствительность в полихроматической ОРСЗ....................54

2.5.3 Условие совпадения энергетических чувствительностей в полихроматической ОРСЗ............................................................................................56

2.6 Выводы по главе......................................................................................................60

3 ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ КАНАЛОВ И МЕТОДИКИ РЕАЛИЗАЦИИ ТРЕБУЕМЫХ ХАРАКТЕРИСТИК АОЭСКС С ОРСЗ.............................................61

3.1 Оптические схемы оптико-электронных систем с ОРСЗ....................................61

3.1.1 Построение разнесенных каналов ОЭСКС с ОРСЗ..........................................61

3.1.2 Построение совмещенных оптических систем с ОРСЗ....................................63

3.2 Особенности применения полупроводниковых источников оптического излучения при формировании полихроматической ОРСЗ.......................................65

3.3 Особенности применения оптических компонентов при формирование полихроматической ОРСЗ............................................................................................67

3.4 Структуризация пучков ОРСЗ за КЭ.....................................................................69

3.5 Особенности выбора приемников оптического излучения при анализе положения в ОРСЗ........................................................................................................72

3.6 Обработка информативных параметров ОРСЗ в приемном канале..................73

3.6.1 Алгоритм обработки сигналов в полихроматической ОРСЗ...........................73

3.6.2 Сравнение потенциальной точности систем с ОРСЗ при различных способах модуляции оптического излучения.............................................................................77

3.6.3 Цифровая обработка сигналов ОРСЗ на матричном фотоприемнике ПК......83

3.6.4 Метод обработки информации с цифрового поля анализа..............................83

3.6.5 Реализация математического метода обработки изображений.......................85

3.6.6 Нелинейная предварительная фильтрация по методу усреднения микровыборок................................................................................................................88

3.7 Габаритно-энергетический расчет ОЭСКС с ОРСЗ............................................89

3.7.1 Обобщенная последовательность энергетического расчета............................89

3.7.2 Методика габаритно-энергетического расчета схем АОЭСКС с ОРСЗ с совмещенными каналами.............................................................................................91

3.7.3 Методика габаритно-энергетического расчета коаксиальной АОЭСКС с ОРСЗ...............................................................................................................................93

3.7.4 Методика габаритно-энергетического расчета АОЭСКС с ОРСЗ при матричном поле анализа...............................................................................................94

3.7.5 Сравнительный анализ схем АОЭСКС с ОРСЗ по габаритным соотношениям оптических систем.........................................................................................................98

3.8 Выводы по главе....................................................................................................100

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕМЕНТОВ И АЛГОРИТМОВ ОБРАБОТКИ В АОЭСКС................................102

4.1 Экспериментальные исследования энергетической чувствительности..........102

4.2 Исследование распределения энергии в ОРСЗ с помощью телевизионной фотометрии..................................................................................................................104

4.2.1 Методика проведения исследований для ОРСЗ с одной длиной волны......104

4.2.2 Исследование ОРСЗ с помощью видеокамеры...............................................105

4.3 Исследование влияния размера зрачка приемной части на погрешность определения положения базовой плоскости............................................................107

4.4 Исследование распределения облученности в полихроматической ОРСЗ, созданной RGB-светодиодами...................................................................................110

4.5 Исследование распределения энергии в полихроматической ОРСЗ...............111

4.6 Сравнение энергетической чувствительности для схем с аналоговой и цифровой обработкой энергии ОРСЗ........................................................................113

4.7 Экспериментальные исследования энергетической чувствительности в АОЭСКС с цифровой обработкой энергии в ОРСЗ.................................................115

4.8 Выводы по главе....................................................................................................116

5 АНАЛИЗ ПОГРЕШНОСТЕЙ АВТОРЕФЛЕКСИОННЫХ ОПТИКО-

ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ СМЕЩЕНИЙ........................................118

5.1 Источники погрешностей в АОЭСКС................................................................118

5.2 Влияние притупления призмы формирователя ОРСЗ на энергетическую чувствительность.........................................................................................................119

5.3 Неисключенная составляющая погрешности от воздействия вертикального градиента температуры воздушного тракта.............................................................122

5.4 Погрешность, вызванная изменением яркости источников при изменении температуры и деградации.........................................................................................125

5.5 Случайная составляющая погрешности, вызванная шумами фотоприемника ПК АОЭСКС................................................................................................................126

5.6 Погрешность, вызванная турбулентностью атмосферы...................................129

5.7 Расчет суммарной погрешности..........................................................................132

5.8 Выводы по главе....................................................................................................132

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...........................................................................................................134

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ..................................................136

ПРИЛОЖЕНИЕ А.......................................................................................................149

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

АОЭСКС - авторефлексионная оптико-электронная система контроля смещений,

КМОП — комплементарная структура металл-оксид-полупроводник

КФБН — канал формирования базового направления,

КЭ — контрольный элемент,

МФП — матричный фотоприемник,

ПИД — полупроводниковый излучающий диод,

ПК — приемный канал,

ПОРСЗ — полихроматическая оптическая равносигнальная зона, ОРСЗ — оптическая равносигнальная зона, ОЭС — оптико-электронная система,

ОЭСКС — оптико-электронная система контроля смещений, ФП - фотоприемник,

RGB — red, green, blue {англ. красный, зеленый, синий)

ВВЕДЕНИЕ

С развитием техники все больше технологических процессов в различных отраслях промышленности автоматизируются. Одним из ключевых факторов в переходе к более совершенствованным технологиям является увеличение точности выполняемых технологических операций.

Частным примером является задача автоматического позиционирования рабочих элементов машин при проведении строительных работ. При сооружении дорог, путепроводов, мелиоративном строительстве точность определяет качество проводимых работ, поэтому системы контроля позиционирования рабочих органов строительных и землеройных машин играют важную роль при решении таких задач.

Подобные средства управления позволяют повысить производительность машин, снизить затраты времени и труда на подготовительные операции, сократить ручной труд, уменьшить общее время проведения работ. В мелиоративных работах такие системы используются для планировки земляных участков, которые готовятся под сплошной залив водой. В строительстве эти системы необходимы при укладке асфальтовых или бетонных площадок, монтаже междуэтажных перекрытий, для контроля положения скользящих опалубок при возведении монолитных объектов, при строительстве дорог, насыпей, каналов и т.д. Решение этих проблем в указанных отраслях необходимо осуществлять на существенных дистанциях. При этом инструментальная средняя квадратическая погрешность измерений должна составлять не более десятых долей миллиметра в сочетании с малым энергопотреблением и широким диапазоном контроля.

В настоящее время перспективным средством автоматизации контроля позиционирования являются оптико-электронные системы (ОЭС).

Для задания протяженной измерительной базы используют коллимирован-ный лазерный луч. На этом принципе построены ротационные и статические построители плоскости. Помимо этого перспективным видом оптико-электронных систем, способных решать упомянутые задачи, являются оптико-электронные системы с оптической равносигнальной зоной (ОРСЗ) [1]..

Достоинствами систем с ОРСЗ являются: малое потребление энергии каналом формирования базового направления, большая зона управления по горизонту и вертикали, простота обслуживания, устойчивость по отношению к воздействиям среды, по сравнению с лазерными аналогами меньше подвержены расстраиванию в процессе эксплуатации. Чувствительность к сдвигам в таких системах по высоте не менее ±0,3 мм на расстоянии до 300 м [1, 2], что позволяет реализовать требуемую точность позиционирования рабочего органа машины при достаточно широкой зоне управления, которая обеспечена углом расходимости пучков задат-чика базового направления.

Следует отметить, что одними из наиболее сильно влияющих внешних источников погрешности для геодезических оптических и оптико-электронных приборов являются факторы воздушной среды, в которой распространяется излучение.

Основным параметром воздушной среды, который может изменить направление распространения электромагнитного излучения в атмосфере, является показатель преломления среды [3]. При нагревании атмосферы образуются неоднородности с разным показателем преломления, что приводит к возникновению регулярной рефракции при прохождении света через такую среду. В работах [4, 5] показано, что регулярная рефракция может быть измерена при использовании излучения с разными длинами волн. Следовательно, такое влияние может быть уменьшено при помощи использовании полихроматического метода (в частном случае - двухволнового), который может быть реализован в системах с ОРСЗ.

При построении системы с ОРСЗ по принципам авторефлексионной схемы [6, 7], где оптический луч сфокусирован на конечную дистанцию, при использовании полихроматического метода становится возможным снизить погрешность работы системы при изменении дистанции, сохраняя при этом достоинства работы системы с ОРСЗ на одной длине волны,

Одной из задач является также контроль одновременно нескольких параметров, например, угла наклона и смещения относительно базовой плоскости, что это требует применения специальных контрольных элементов.

Целью работы является исследование авторефлексионных оптико-электронных систем (ОЭС) с полихроматической оптической равносигнальной зоной (ПОРСЗ) для контроля смещений в широком диапазоне, использующих цифровые методы обработки информационных сигналов и ослабляющих влияние внешних факторов.

Для достижения указанной цели решались следующие задачи:

1) Анализ и классификация существующих ОЭС контроля пространственного положения с целью выбора и разработки структур построения авторефлексионных оптико-электронных систем контроля смещений (АОЭСКС).

2) Исследование особенностей формирования ПОРСЗ

3) Исследование характеристик и свойств элементов АОЭСКС при цифровой обработке сигналов.

4) Экспериментальные исследования характеристик АОЭСКС с ПОРСЗ на стенде.

5) Анализ основных погрешностей АОЭСКС с ПОРСЗ.

Методы исследования

Диссертация выполнена на основе теории геометрической оптики, базовых элементов теории оптико-электронных приборов. Экспериментальные исследования проведены методами имитационного компьютерного моделирования на основе пакетов МАТЬАВ и МаШсас! и физического моделирования на разработанном стенде.

Научная новизна работы

1) Впервые предложен критерий оптимальности выбора схем на стадии проектирования систем АОЭСКС и обоснования применения ее компонентов, основанный на введенном понятии эффективной энергетической чувствительности систем с ОРСЗ.

2) Методика определения положения в ПОРСЗ при матричном цифровом анализе облученности, основанная на процедуре извлечения информации о смещении КЭ из отображений векторов наблюдения на пространство непрерывных аппроксимирующих функций, определенных в пространстве

координат КЭ, с последующим определением точечной оценки координат КЭ в пространстве.

3) Процедура обработки информации с цветных фотоприемных матриц для оценки распределения энергии в ПОРСЗ.

Основные результаты, выносимые на защиту

1) Обобщенная структура АОЭСКС с ПОРСЗ, позволяющая формировать конфигурацию систем и анализировать воздействия внешних факторов в соответствии с задачами контроля.

2) Критерий выбора параметров и элементов схем АОЭСКС, основанный на введенном понятии эффективной энергетической чувствительности.

3) Алгоритм определения положения базовой плоскости в ПОРСЗ при цифровом анализе сигналов с матричного фотоприемника (МФП).

5) Метод контроля относительного распределения энергии в ПОРСЗ при помощи цветных МФП.

6) Процедура спектроразностной обработки информации с цветных полей МФП для ослабления влияния градиента температуры воздушного тракта.

Практические результаты работы

1) При разработке и исследованиях АОЭСКС при формировании ОРСЗ следует применять принципы проекционных оптическим систем, при анализе положения КЭ в ОРСЗ — методы расчета для авторефлексионных систем.

2) Система АОЭСКС с МФП и специальным алгоритмом обработки, позволяющая контролировать распределение энергии в ПОРСЗ.

3) Выражение для оценки энергетической чувствительности, позволяющая оптимизировать выбор компонентов для приборов с ПОРСЗ.

4) Способ обеспечения равной энергетической чувствительности при формировании ПОРСЗ для используемых длин волн.

5) Авторефлексионный принцип в совокупности с цифровой обработкой распределения энергии в ПОРСЗ как средство уменьшения погрешности контроля смещения объектов при воздействии вертикального градиента температуры.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, библиографического списка из 115 наименований и приложения, содержит 153 страницы, 66 рисунков и 4 таблицы.

Во введении показана актуальность работы, сформулированы ее цели и задачи, научная новизна и основные результаты, выносимые на защиту.

В первой главе проводится аналитический обзор методов и с�