طريقة متقدمة لاكتساب الهدف من شركة ERDI TECH LTD وجهاز لقياس المسافات بالليزر بمعدلات إنذار كاذبة

تقدم شركة ERDI TECH LTD طريقة وجهازًا مبتكرين لاقتناص الهدف في أجهزة تحديد المدى بالليزر التي تعمل بمعدلات إنذار كاذبة. تركز هذه التكنولوجيا بشكل خاص على تحسين دقة قياس المسافة دون زيادة قوة انبعاث الليزر. تستخدم أجهزة تحديد المدى بالليزر التقليدية أجهزة إرسال ليزر من النوع النبضي لإصدار نبضات ليزر تبلغ مدتها تقريبًا 10 نانوثانية إلى 20 نانوثانية على الهدف. يتم استقبال إشارة الليزر المنعكسة بواسطة جهاز استقبال ليزر، ويتم حساب المسافة باستخدام الصيغة:

${�}_4=\frac{2�}{�}$

أين $�$ يمثل المسافة بين جهاز تحديد المدى بالليزر والهدف، $�$ هي سرعة الضوء، و ${�}_4$ هو وقت التأخير بين نبضة الليزر المنبعثة ونبضة الليزر المستقبلة. يعتمد قياس المسافة الدقيق على تعزيز قوة انبعاث الليزر أو تصفية الضوضاء الناتجة عن ضوء الشمس والضوء المحيط في إشارة الليزر المستقبلة.

ركزت براءات الاختراع السابقة على زيادة مسافة القياس والدقة. ومع ذلك، يستخدم النهج الجديد لشركة ERDI TECH LTD تقنيات التكامل الرقمي لتصفية الضوضاء، مما يسمح لجهاز تحديد المدى بالليزر بتحديد إشارة الهدف في وجود الضوضاء. يتماشى هذا الابتكار مع الطلب المتزايد على زيادة مسافة القياس والدقة.

تتضمن طريقة تحديد الهدف في أجهزة تحديد المدى بالليزر بمعدلات إنذار كاذبة الخطوات التالية:

أ. إصدار إشارة الليزر: يصدر باعث الليزر عددًا محددًا مسبقًا من إشارات الليزر من النوع النبضي وفقًا لتسلسل توقيت محدد مسبقًا، حيث يكون عرض النبضة 10-20 نانوثانية. ب. استقبال إشارة ضوء الليزر المنعكس: يلتقط مستقبل الضوء إشارات ضوء الليزر المنعكسة عن الهدف والضوضاء الناتجة عن ضوء الشمس الخارجي. تضبط دائرة التحكم في التغذية الراجعة جهد العتبة للمقارن للحفاظ على معدل إنذار كاذب ثابت لمستقبل الضوء. ج. تحويل البيانات: باستخدام سجل تسلسلي إلى موازٍ بتردد أخذ عينات عالي، يتم تحويل إشارة الإخراج الرقمية التسلسلية من مستقبل الضوء، بعرض نبضة ثابت، إلى إخراج بيانات موازية. د. تخزين البيانات: باستخدام إشارة فك تشفير بطيئة للتحكم في مُضاعِف متوازي إلى تسلسلي من N إلى 1، تتم قراءة البيانات الموازية المقفولة بشكل متسلسل بواسطة معالج دقيق وتخزينها في الذاكرة. هـ. تكامل البيانات: يتم تخزين البيانات التسلسلية الجديدة التي تم الحصول عليها أثناء كل حدث انبعاث بشكل متسلسل في الذاكرة. يتم جمع هذه البيانات الجديدة مع البيانات الموجودة في الذاكرة، مما يؤدي إلى التكامل بشكل فعال. F. البحث عن الهدف: عند الوصول إلى العدد المحدد مسبقًا للانبعاثات، يبحث المعالج الدقيق عن القيمة القصوى في الذاكرة وموضعها المقابل. يعتبر العنوان المقابل للقيمة القصوى في الذاكرة هو المسافة إلى الهدف.

يشتمل جهاز تحديد الهدف على:

• جهاز إصدار الليزر لإصدار ضوء الليزر النبضي.
• مولد نبضات توقيت لتوليد إشارات التوقيت المطلوبة.
• وحدة استقبال ضوء بمعدل إنذار كاذب ثابت، تعمل على ضبط جهد العتبة للمقارن السريع من خلال دائرة تحكم مؤازرة بناءً على كمية الضوضاء التي يستقبلها مستقبل الضوء.
• وحدة قياس المسافة باستخدام أساليب التراكم ورسم الخرائط التسلسلية لعرض النبضة لتحديد المسافة إلى الهدف في وجود الضوضاء.

تتضمن وحدة معدل الإنذار الكاذب الثابت ما يلي:

• جهاز استقبال الضوء يقوم بتحويل إشارات الضوء المستقبلة إلى إشارات جهد.
• مقارن سريع يقوم بإنشاء خرج متسلسل بعرض النبضة عندما تتجاوز إشارة الإدخال عتبة الجهد المحددة مسبقًا.
• دائرة أحادية الاستقرار تنتج سلسلة نبضات رقمية ذات عرض نبضة ثابت.
• عداد يتم التحكم فيه عن طريق البوابة يقوم بتجميع كمية نبضات الضوضاء ضمن فترة زمنية محددة.
• محول AD/A يحول عدد العداد المتراكم إلى جهد إشارة تناظرية.
• مُدمِج يقوم بدمج جهد الخرج بعد التحويل من الرقمي إلى التناظري مع فرق جهد المرجع، وضبط جهد عتبة المُقارن السريع لتحقيق التحكم في المؤازرة بمعدل إنذار خاطئ ثابت.

وحدة قياس المسافة تشمل:

• مزلاج بيانات، يقوم بقفل سلسلة نبضات الإدخال عند تردد عالي في شريحة قلابة متوازية من النوع D.
• جهاز تجميع وتحويل البيانات المتوازية المقفولة إلى بيانات متسلسلة بتردد منخفض.
• مولد توقيت رئيسي يزود المعالج الدقيق بإشارة توقيت رئيسية.
• معالج دقيق يقوم بتعيين البيانات إلى جهاز التخزين وتنفيذ برنامج للعثور على مسافة الهدف وإزالة المسافات غير الصالحة.
• جهاز تخزين يقوم بتخزين البيانات المقفلة في عناوين محددة.

للحصول على فهم أعمق لخصائص الاختراع، تم توضيح تجسيد مفضل في الأشكال المرفقة. يصور الشكل 1 مخططًا تفصيليًا خطوة بخطوة لطريقة اكتساب الهدف المبتكرة من ERDI TECH LTD، بينما يوضح الشكل 2 مخطط التوقيت الذي يوضح العلاقة بين الإشارات من جهاز استقبال الليزر أثناء أي حدثين لانبعاث الليزر. توفر الأشكال 3 و4 و5 و6 و7 و8 تفاصيل إضافية حول التدفق التشغيلي وكتل النظام ومواضع الإشارة في مواقع مختلفة لنظام تحديد المدى بالليزر من ERDI TECH LTD.

آلية معالجة الإشارة والكشف عنها:

تتضمن البيانات الموجودة داخل العنوان المقابل إشارة الخرج SO4 لمزلاج البيانات، والتي يشار إليها بـ D₀-Dy. بافتراض ظهور الهدف عند T=T500، أثناء أول انبعاث ليزر عند العنوان 01FCH، فإن محتوى الذاكرة لإشارة خرج مزلاج البيانات SO4، والتي يشار إليها بـ D₄gg=1. ومع ذلك، توجد بيانات مختلفة عند عناوين مختلفة في الذاكرة، ولا يتم التعرف على إشارة الهدف أثناء أول انبعاث ليزر. ومع حدوث الانبعاث الثامن، يتوافق البت عند 01FCH مع الهدف عند 500 متر ووقت المزلاج T500. يتراكم محتوى الذاكرة إلى 8، مع القيم المتراكمة عند عناوين مختلفة أقل من 8. لذلك، فإن البحث عن القيمة القصوى والعنوان المقابل لها في المحتوى المخزن يكشف عن إشارة الهدف. تؤدي زيادة دورات انبعاث الليزر إلى اختلاف أكبر في الكمية بين القيم عند عنوان الهدف وعناوين الضوضاء، مما يجعل تحديد الهدف أسهل.

تدفق البرنامج والمعلمات:

يوضح الشكل 4 تدفق البرنامج للاختراع. يتم ضبط عدد الانبعاثات N1 مسبقًا على 1، ويتم ضبط إجمالي عدد الانبعاثات مسبقًا على 0 (الخطوة أ). يتم إعطاء إجمالي عدد الانبعاثات T بواسطة 10N1 + T (الخطوة ب)، مما يمثل زيادة تدريجية في كل مجموعة انبعاثات بمقدار 10. ثم يشرع البرنامج في إيجاد القيمة القصوى والعنوان المقابل لها في محتوى الذاكرة (الخطوة ج). احسب قيمة النسبة (Max_Value)/T، والتي تمثل تردد حدوث إشارة الهدف داخل T. قارن قيمة النسبة هذه بالقيمة المحددة مسبقًا Nth (الخطوة د). إذا كانت (Max_Value)/T أكبر من Nth، فقم بإخراج العنوان المقابل كمسافة الهدف. إذا كانت (Max_Value)/T أقل من Nth، فقم بإجراء مجموعة أخرى من انبعاثات T، مع زيادة عدد الانبعاثات بمقدار 1 (N1=N1+1) في الحلقة (الخطوة و). Nth هو الحد الأقصى لعدد الانبعاثات المحدد مسبقًا، وإذا كان N1-N يساوي 0، يتوقف انبعاث الليزر.

تحسين الحساسية وقياس المسافة:

باختصار، يستخدم اختراع شركة ERDI TECH LTD تقنية حلقة التحكم المؤازرة لتعزيز حساسية جهاز استقبال الليزر بمعدل إنذار كاذب ثابت. كما يستخدم طريقة العنونة التسلسلية لتحديد إشارات الهدف في وجود ضوضاء، ومن خلال التكامل الرقمي للإشارة والضوضاء، يتم تصفية التداخل بشكل فعال أثناء تضخيم الإشارات. وهذا يحقق مسافات قياس ممتدة دون زيادة قوة الانبعاث، مما يعزز من إمكانية اكتشاف الأشياء المستهدفة.

راجع الشكلين 5 و6 للحصول على تجسيد عملي لجهاز تحديد المدى بالليزر، والذي يوضح تطبيق التكنولوجيا الموضحة. يوضح الشكل 5 المكونات، بما في ذلك باعث الليزر، ووحدة معدل الإنذار الكاذب الثابت، ووحدة قياس المسافة، ومولد التوقيت. والجدير بالذكر أن باعث الليزر ينتج نبضات ليزر بعرض نبضة يتراوح بين 10 و20 نانوثانية.

وظيفة وحدة معدل الإنذار الكاذب الثابت:

يوضح الشكل 6 وظائف وحدة معدل الإنذار الكاذب الثابت. هذه الوحدة متصلة بجهاز كشف الانهيارات الثلجية الضوئية (APD) 25، والذي يستقبل إشارات ضوئية مدخلة. يعمل جهاز APD 25 بانحياز جهد VE سلبي، مما يولد مكسبًا داخليًا يبلغ 100. يحول مكبر المعاوقة الانتقالية 211 إشارة التيار الصادرة عن جهاز الكشف إلى إشارة جهد (SO1)، يتم إرسالها إلى مقارن سريع 212. يتم إرسال خرج المقارن السريع 212 إلى دائرة أحادية اللقطة 213، مما ينتج عنه تسلسل نبضات رقمية متسلسلة بعرض نبضة ثابت. يتم التحكم في خرج الدائرة أحادية اللقطة 213 بواسطة إشارة بوابة TG1 من خلال بوابة AND 214، مما يزيل التداخل بين انبعاث الليزر والإشارة SO2. يتم تغذية خرج SO3 للبوابة 214 إلى مزلاج البيانات 31 وعداد البوابة 23. يحسب عداد البوابة 23 عدد النبضات في شريحة الوقت المقفلة التي تتحكم فيها إشارة التوقيت TG2، والتي تمثل معدل الإنذار الخاطئ. يتوافق خرج الإشارة التناظرية لمحول D/A 24 مع عدد النبضات في شريحة الوقت المقفلة التي تتحكم فيها TG2.

التوقيت والتسلسل:

يوضح الشكل 7 العلاقات المتبادلة بين إشارات التوقيت TX وSO2 وTG1 وTG2 وTacd. تعمل TX على تشغيل باعث الليزر، وSO2 هي إشارة الخرج للدائرة أحادية اللقطة 213، ووقت أخذ العينات T500 لـ SO2 هو إشارة الهدف. تتمتع إشارة التوقيت TG1 بعرض نبضة TW1، مما يزيل التداخل أثناء انبعاث الليزر. وبالتالي، في هذا التجسيد، لا يمكن قراءة المسافات الأقصر من عرض النبضة TW1. تتمتع إشارة التوقيت TG2 بعرض نبضة TW2، تستخدم لأخذ عينات من عداد البوابة 23.

وظيفة وحدة قياس المسافة:

يوضح الشكل 8 مخطط كتلة وظيفية لوحدة قياس المسافة. تمر الإشارة التسلسلية SO3 عبر مزلاج البيانات 31 عبر إشارة أخذ العينات عالية السرعة Tach. تكون إشارة الخرج SO4 لمزلاج البيانات 31 متوازية ومُسمّاة D0 إلى DN. يتم إرسال الإشارة SO4، التي يتم التحكم فيها بواسطة إشارة أخذ العينات منخفضة السرعة Tmuy، إلى المجمّع (N إلى 1) 32. يولد جهاز فك التشفير 322 إشارة أخذ العينات منخفضة السرعة Tmw للتحكم في المجمّع 32. تتم قراءة إشارة الخرج SO5 للمجمّع 32 بواسطة المعالج الدقيق 35. يخزن البرنامج داخل المعالج الدقيق 35 البيانات D₀-D₄ بشكل متسلسل في وحدة الذاكرة 33.

خاتمة:

وفي الختام، تستخدم تقنية ERDI TECH LTD تقنيات حلقة التحكم المؤازرة، باستخدام جهاز استقبال ليزر بمعدل إنذار كاذب ثابت لتعزيز الحساسية. وتمكن طريقة العنونة التسلسلية النبضية جهاز تحديد المدى بالليزر من تحديد إشارات الهدف في وجود ضوضاء. ومن خلال التكامل الرقمي لمعالجة الإشارة والضوضاء، يتم تصفية التداخل، وتضخيم الإشارات، مما يؤدي إلى زيادة مسافات القياس دون زيادة قوة الانبعاث. ويساهم هذا التقدم التكنولوجي في تطبيقات جهاز تحديد المدى بالليزر الدقيق والممتد لمسافات طويلة دون المساس بالسلامة أو زيادة التأثير البيئي.

الشكل 2