Članak daje opći pregled tehnologije laserskog skeniranja objekata u svemiru, razmatra uređaje koji implementiraju ovu tehnologiju i koji se koriste u mobilnim robotskim sustavima.

PREGLED LIDAR TEHNOLOGIJE
Termin LIDAR (od engleskog Light Detection and Ranging) odnosi se na radarske sisteme koji rade u optičkom opsegu i koriste laser kao izvor zračenja. Često u stranim izvorima možete pronaći slične pojmove - LADAR (Laser Detection and Ranging) i Laser Radar. U mobilnim zemaljskim robotskim sistemima i bespilotnim letjelicama (UAV) ova tehnologija igra vrlo važnu ulogu: koristi se za automatsku izgradnju trodimenzionalne karte (scene) okolnog prostora i prostorne orijentacije uređaja. Postoje različite verzije LIDAR sistema, ali generalno, svi oni uključuju sledeće ključne elemente koji određuju princip rada sistema: ● fotonski izvor (najčešće je laser);
● fotonski detektor;
● vremenski krug;
● dio optičkog primopredajnika.

Time-of-Flight (ToF) LIDAR sistemi koriste kratke impulse laserskog zračenja, hvatajući sa velikom preciznošću momente njihovog prenosa i prijema odgovora (reflektovanih signala) kako bi izračunali udaljenosti do objekata u okolnom prostoru ili na Zemlji. površine (na primjer, prilikom topografskog snimanja UAV-om). Nakon kombinovanja serije ovakvih merenja sa informacijama o lokaciji i orijentaciji aparata, kreira se rezultujuća trodimenzionalna scena oblasti od interesa. Najčešće se ova scena čuva kao niz (x, y, z) koordinata koji se naziva oblak tačaka.

Iako postoji mnogo LIDAR uređaja za različite primjene, svi se sastoje od sličnog skupa funkcionalnih jedinica (vidi sliku 1), kao što su:
● podsistem za mjerenje udaljenosti (laserski predajnik i prijemnik);
● podsistem za skeniranje;
● podsistem pozicioniranja i orijentacije;
● sistem upravljanja;
● skladištenje podataka.

PODSISTEM MJERENJA DALJENOSTI
Fundamentalne razlike između pojedinačnih LIDAR uređaja leže u implementaciji funkcije mjerenja udaljenosti. Najvažniji čvor LIDAR sistema, podsistem za mjerenje udaljenosti, sastoji se, pak, od takvih unutrašnjih podsistema kao što su laserski predajnik i elektrooptički prijemnik. Laserski odašiljač emituje energiju u obliku fokusiranog snopa, koji, prije nego što napusti uređaj, prolazi kroz niz komponenti konverzije: primopredajni prekidač, ekspandere zraka, izlaznu teleskopsku optiku i drugo. U LIDAR sistemu se mogu koristiti različiti tipovi lasera, ali najčešće se koristi Nd:YAG laser u čvrstom stanju, u kojem je aktivni medij itrijum aluminij granat (Y3Al5O12) dopiran neodimijum ionima. Daljinomjeri za lasersko skeniranje rade na različitim valnim dužinama, ali se najčešće koriste sljedeće:
● 1064 nm (bliski infracrveni opseg) - za topografske skenere;
● 532 nm (zeleno) - za batimetrijske (mjerne dubine) skenere;
● 600-1000 nm za komercijalne zemaljske uređaje;
● ∼1500 nm – za zemaljske sisteme za skeniranje koji se koriste u naučne svrhe.

Izbor talasne dužine laserskog emitera zavisi od više faktora:
● reflektirajuća svojstva skeniranih objekata;
● karakteristike životne sredine;
● osjetljivost korištenog detektora;
● potreban stepen sigurnosti za oči;
● zahtjevi za dizajn uređaja.

Pored talasne dužine zračenja, mora se uzeti u obzir i snaga lasera. Elektrooptički prijemnik prima energiju laserskog snopa reflektovanog ili raspršenog od mete i fokusira ga na fotoosjetljivi detektor koristeći ulaznu optiku.

Metode za određivanje udaljenosti
Fiksne vrijednosti momenata prijenosa i prijema laserskog snopa koriste se za izračunavanje vremena koje svjetlost provede na putu, a samim tim i udaljenosti do objekta koji je reflektirao snop. LIDAR sistem obično koristi jedan od dva načina koji određuju metod mjerenja udaljenosti: pulsni ili kontinuirani talasni režim. U impulsno moduliranim sistemima, takođe poznatim kao sistemi sa vremenom leta, laser emituje pojedinačne impulse svetlosti sa velikom stopom ponavljanja. Vrijeme proteklo od trenutka kada je impulsni signal emitiran do trenutka mjerenja odgovora vraćenog prijemniku. Udaljenost do tačke na površini objekta u kojoj se laserski snop reflektirao može se izračunati po formuli: D = 0,5 × c × t, (1) gdje je c brzina svjetlosti, t ukupno vrijeme za svjetlost koja putuje do točke refleksije i nazad (povratno), D je željena udaljenost do točke refleksije. U sustavima s kontinuiranim valovima, laser emituje kontinuirani signal, na koji se zatim primjenjuje sinusoidna amplituda. U ovom slučaju, vrijeme da svjetlost prođe puni put od predajnika do prijemnika će biti direktno proporcionalno pomaku faze u emitovanom i primljenom signalu: (2) gdje je ϕ fazni pomak, T je period signala . Nakon određivanja vremena t prolaska grede, udaljenost D se, kao iu prvom slučaju, izračunava po formuli (1). Da bi se smanjila nesigurnost, može se koristiti višetonska sinusoidna modulacija. Takođe u sistemima sa kontinuiranim talasom koristi se alternativni metod - sa linearnom frekvencijskom modulacijom. U takvim sistemima, emitovani i primljeni signali se mešaju, a koherentni prijemnik se koristi za demodulaciju i dobijanje informacija sadržanih u frekvenciji nosioca. Treba napomenuti da jednačine (1) i (2) pretpostavljaju da detektor miruje za vrijeme t. Za slučajeve sa detektorom koji se kreće, biće potrebno izvršiti odgovarajuće korekcije jednačina.

Metode detekcije
Tipično, LIDAR sistemi koriste dvije metode detekcije: direktnu i koherentnu. Uz direktnu detekciju, prijemnik pretvara signal direktno u napon ili struju koja je proporcionalna dolaznoj optičkoj snazi. Prijemnici mogu uključivati ​​lavinske fotodiode i fotomultiplikatore. LIDAR detektori takođe mogu da rade u režimu brojanja fotona. U ovom režimu, detektor je u stanju da registruje čak i veoma mali broj fotona, au režimu Gajgerovog brojača postaje osetljiv čak i na pojedinačne fotone. Elektronika prijemnika mjeri generiranu struju, korigiranu za vrijeme leta fotona u prijemniku, što rezultira direktnim mjerenjem trenutka u kojem je primljen optički odgovor. Kod koherentne detekcije, primljeni optički signal se miješa sa lokalnim oscilatorom pomoću lokalnog oscilatora, a tek nakon toga se fokusira na fotoosjetljivi element. Kada se pomiješaju, informacije se pretvaraju u uskopojasni signal, što smanjuje šum u usporedbi s metodom direktne detekcije, koja koristi optički filter.

Putujući snop i niz
Važno je napomenuti da opisane metode određivanja udaljenosti i metode detekcije zahtijevaju različite geometrije prijemnika. Općenito, većina komercijalnih LIDAR sistema radi na principu "putućeg snopa", gdje se za jedan emitirani impuls jedna ili više (obično 2 do 5) vrijednosti udaljenosti fiksiraju za optičke signale koji se vraćaju duž iste vidne linije (višestruko vraćanje ). Za sljedeći impuls, podsustav za označavanje cilja mijenja smjer vidne linije, a zatim se ponovo bilježi nekoliko vrijednosti udaljenosti. Ova metoda, metoda skeniranja u tačkama, obično se koristi u LIDAR sistemima koji rade u linearnom režimu, u kojem je laserska energija fokusirana na malu površinu površine od interesa, a za snimanje je potreban dovoljno jak reflektirani signal. odgovor i izračunaj udaljenost. Međutim, postoje i LIDAR sistemi koji koriste lasersko svjetlo za osvjetljavanje velike površine. U isto vrijeme, opremljeni su matričnim detektorom okvir po kadar kako bi izmjerili vrijednosti udaljenosti za svaki piksel u nizu. Ovi vertikalno skenirani sistemi zahtevaju nisku jačinu reflektovanog signala. Oni bilježe stotine ili čak hiljade udaljenosti za emitovani puls.

SCAN SUBSYSTEM
U onim slučajevima kada je potrebno ne samo odrediti udaljenost do objekta, već i napraviti pregled ciljnog područja, LIDAR sistem mora izvršiti mjerenja na više tačaka. Za izgradnju scene ciljnog područja prostora koristi se kombinacija kretanja LIDAR uređaja u cjelini i rada podsistema sweep kroz koji emitira emitirani optički signal. Uobičajena varijanta implementacije podsistema sweep bazira se na upotrebi oscilirajućeg ogledala. Sekvencijalna promjena smjera vidne linije, duž koje se emituje optički signal, provodi se pomoću pokretnog zrcala. Ovo ogledalo rotira pod ograničenim uglom (ugao gledanja) oko ose koja leži na njegovoj ravni i, po pravilu, paralelno sa smerom kretanja uređaja. Zamahom ogledala možete skenirati ciljno područje prostora i formirati scenu željene širine, određen uglom zakretanja ogledala (vidi sliku 2).

Rice. 2. Sistem razvrtanja sa oscilirajućim
ogledalo

Podsistem oscilirajućeg ogledala stvara sinusni zamah. U ovom slučaju, frekvencija ljuljanja je obrnuto proporcionalna datom kutu gledanja (širini pozornice). Glavni nedostatak ove metode sweep-a je promjenjiva brzina zrcala. Dva puta tokom radnog ciklusa, ogledalo mora usporiti, potpuno zaustaviti, promeniti smer kretanja i ponovo ubrzati. Kao rezultat toga, mjerenja na konstantnoj frekvenciji formiraju scenu s neujednačenom gustinom tačaka (manje tačaka u sredini trake za skeniranje, a više na rubovima). Podsistem za pomeranje laserskog snopa pomoću oscilirajućeg ogledala koristi se, posebno, u laserskim skenerima kompanija Leica i Optech. Alternativni način skeniranje se zasniva na upotrebi rotirajuće prizme. U takvom sweep podsistemu, poliedarska prizma sa zrcalnim površinama kontinuirano rotira oko svoje ose simetrije. Laserski snop naglo prelazi sa jedne strane prizme na drugu, usled čega se niz tačaka formiranih tokom kretanja uređaja sastoji od niza paralelnih linija (vidi sliku 3).

Rice. 3. Sistem razvrtanja sa rotirajućim
prizma

Ova opcija nema nedostatke okretnog ogledala, ali je teže implementirati u smislu obrade rezultata mjerenja. LIDAR sisteme sa rotirajućim prizmama proizvodi austrijska firma Riegl. Treća verzija podsistema za skeniranje koristi rotirajuće ogledalo. Osa rotacije u ovoj varijanti je skoro okomita na površinu ogledala (vidi sliku 4).

Rice. 4. Sistem skeniranja sa rotacijom
ogledalo

Zbog odstupanja površine zrcala od ravni okomite na os rotacije, formira se skeniranje reflektiranog laserskog zraka u obliku eliptične krivulje. Prednost metode je što se svaka tačka u prostoru skenira dva puta. Istovremeno, eliptični sweep značajno otežava obradu rezultata skeniranja, jer je obrada dvostrukih mjerenja vrlo težak zadatak. Osim toga, pošto se tačke u istoj oblasti dobijaju sa različitih pozicija (kako se sistem kreće i menja orijentaciju u prostoru), tako dobijeni oblak tačaka može sadržati veliku količinu "šuma". Leica AHAB DragonEye skeneri su primjeri sistema koji koriste laserski snop sweep pomoću rotirajućeg ogledala. Kao alternativa mehaničkom sweep-u, trenutno postoji optički podsistem koji se koristi u nekim LIDAR sistemima za usmjeravanje laserskog snopa na ciljno područje. Ovom metodom postiže se stabilnija geometrija skeniranja zahvaljujući fiksnim vezama između optičkih kanala i drugih optičkih kanala uređaja. Laserski snop se vodi optičkim snopom, a smjer skeniranja za svaki impuls ovisi o tome iz kojeg optičkog kanala se emitira. Sličan sistem snopa se takođe koristi u prijemnoj optici (vidi sliku 5).

PODSISTEM POZICIONIRANJA I ORIJENTACIJE
Za praktičnu upotrebu informacija dobivenih uz pomoć skenirajućih laserskih daljinomjera nije dovoljan samo niz vrijednosti udaljenosti od uređaja do objekata i vrijednosti relativnih uglova skeniranja. Pouzdanost podataka o okolnom prostoru (dobijenih u obliku trodimenzionalnog oblaka tačaka ili dvodimenzionalne slike sa podacima o udaljenosti) može se postići samo ako se apsolutne vrijednosti položaja i orijentacije LIDAR platforme nosača u prostoru se mjere za svaku tačku u trenutku prijema odgovora od impulsa. Za takva mjerenja koristi se podsistem orijentacije i pozicioniranja. Ovaj podsistem uključuje dvije glavne komponente: prijemni modul globalnog sistema pozicioniranja (GLONASS ili GPS) i inercijalnu navigacijsku jedinicu (IMU). Podaci GPS prijemnika se koriste za snimanje položaja platforme nosača u određenim vremenskim trenucima. Od mnogih postojećih metoda za ažuriranje GPS položaja, LIDAR sistemi obično koriste diferencijalnu naknadnu obradu signala sa fiksne bazne stanice ili diferencijalna ažuriranja u realnom vremenu. Da bi se dobili precizniji skupovi podataka, postavljaju se stroga ograničenja na postavljanje bazne stanice u odnosu na platformu laserskog daljinomjera. Orijentacija platforme se mjeri pomoću inercijalne mjerne jedinice koja koristi žiroskope i akcelerometre. GPS i IMU podaci se snimaju dok se platforma kreće i kombinuju (obično tokom koraka naknadne obrade).

UPRAVLJAČKI SISTEM (KONTROLER SISTEMA)
Da bi se stvorio oblak tačaka, svi podsistemi koji čine LIDAR sistem moraju raditi zajedno. Kvalitet dobijenih podataka direktno zavisi ne samo od parametara svakog podsistema, već i od međusobne konzistentnosti njihovog rada. Podešavanje parametara senzora i praćenje rada podsistema vrši sistemski kontroler laserskog daljinomera.

DATA STORE
Rezultirajući LIDAR podaci su datoteke GPS i IMU koordinata, izmjerenih udaljenosti, a ponekad i informacija iz drugih podsistema. Pošto LIDAR sistemi mogu generisati veoma velike količine podataka, sistem ima uređaj za skladištenje koji podatke sprema odmah nakon prikupljanja.

STUDIJA SLUČAJA: VELODYNE HDL-64E
Kao primjer, uzmite HDL-64E uređaj za lasersko skeniranje visoke rezolucije koji proizvodi Velodyne. Upravo je ovaj LIDAR sa 64 zraka za 3D skeniranje instaliran na bespilotnim vozilima koje je razvio Google. Laserski daljinomjer je postao jedna od ključnih komponenti koja je učinila automobil zaista autonomnim.

Velodyne, montiran na krovu bespilotnog vozila (vidi sliku 6), generiše detaljnu 3D mapu okolnog područja. Ugrađeni računar kombinuje LIDAR merne podatke sa mapama visoke rezolucije kako bi formirao različite modele podataka koji omogućavaju robotskom vozilu da se kreće samostalno, izbegavajući prepreke i bez kršenja saobraćajnih pravila. Model daljinomjera HDL-64E ima 64 para emiter-detektor, koji pružaju jednako raspoređena sektorska vidna polja od 26,5°. Da bi se obezbedio pogled od 360 stepeni po azimutu, ceo optički sklop je montiran na rotirajuću osnovu (vidi sliku 7) i rotira se brzinom od 600 obrtaja u minuti.

Rice. 7. Izgled laserski daljinomjer
HDL-64E

Ako je potrebno, ova frekvencija se podešava u rasponu od 300…900 o/min slanjem jednostavne tekstualne komande preko serijskog interfejsa. Isti serijski port se može koristiti za ažuriranje firmvera skenera. Velodyne daljinomjer ima maksimalni raspon mjerenja udaljenosti do 120 m sa greškom od najviše 2 cm. Bez obzira na brzinu rotacije optičke jedinice, uređaj konstantno stvara veliki volumen podaci - 1 milion tačaka u sekundi, što odgovara horizontalnoj kutnoj rezoluciji od 0,05 °. Uređaj je statički i dinamički balansiran, što minimizira efekte vibracija i osigurava stabilnu sliku scene. Svaki HDL-64E laser za daljinomjer emituje optički impuls od 5 ns (pri 50% amplitude sa maksimalnom vršnom snagom od 60 W). Visok napon potreban za stvaranje vršne struje u emiteru na nivou od 30 A generira se pomoću povratnog pretvarača, što omogućava korištenje niskih napona za napajanje laserskog sistema. Izlazni laserski snop fokusiran je pomoću sočiva. Kada udari u metu, dio zračenja se reflektira natrag u smjeru izvora. Ova reflektovana svetlost prolazi kroz poseban sistem sočiva i UV filter kako bi se smanjilo optičko pozadinsko osvetljenje (povećao odnos signal-šum). Sočiva prijemnog sistema fokusiraju reflektovano zračenje na lavinu fotodiodu, koja generiše električni signal proporcionalan intenzitetu optičkog. Laserska i lavinska fotodioda su fabrički usklađene da obezbede maksimalnu osetljivost uz minimiziranje preslušavanja signala, formirajući najefikasniji par emiter-detektor. U skladu sa jačinom reflektovanog signala koji detektuje lavinska fotodioda i kolo pojačala, sistem menja amplitudu laserskog impulsa, održavajući minimalno potreban nivo zračenja. Ovo automatsko podešavanje snage lasera, prvo, smanjuje zagrijavanje optičke jedinice i povećava njenu pouzdanost, a drugo, sprječava detektore da uđu u režim zasićenja. Inače, kada ga detektor primi veliki broj optičke energije, nastupio bi režim zasićenja za izlazak iz kojeg je detektoru potrebno značajno vrijeme (ako prelazi period ponavljanja impulsa, to neminovno dovodi do izobličenja detektovanog signala). Treće, ako je nivo signala uporediv sa šumom, što otežava njegovu detekciju, sistem automatski povećava nivo snage lasera. To se može dogoditi, na primjer, kada se približi pragu osjetljivosti (120 m) ili sa slabim odsjajem od crne mat površine. Izlazni signal se pojačava i šalje u A/D konvertor pri brzini uzorkovanja od 3 GHz. Zatim se digitalizovani signal sa detektora prenosi do digitalnog signalnog procesora (DSP), koji koristi sopstveni algoritam za analizu podataka i određivanje vremena povratka signala. Upotreba kratkih optičkih impulsa u kombinaciji sa visokofrekventnom obradom signala omogućava visoku rezoluciju sistema. Parovi emiter-detektor podijeljeni su u dvije grupe od po 32 lasera. Jedna grupa se nalazi na vrhu modula i usmerena je na gornju polovinu vidnog polja, a druga grupa, koja se nalazi ispod prve, usmerena je na donju polovinu vidnog polja. Budući da je gornja optička jedinica dizajnirana za mjerenje većih udaljenosti, ugaona udaljenost između optičkih impulsa je veća nego u donjoj jedinici koja mjeri na manjim udaljenostima. Uređaj pruža podatke korisniku putem standardni port 100BaseT Ethernet. Informacije se kontinuirano prenose u obliku okvira. Frekvencija generisanja okvira jednaka je frekvenciji rotacije optičke jedinice (na 600 o/min – 10 Hz). Količina prenesenih podataka u sekundi može sadržavati više od milion bodova. Paketi podataka sadrže informacije o udaljenosti i intenzitetu zračenja za svaki par emiter-detektor, kao i odgovarajuće ugaone koordinate. Ovi podaci se mogu prikupljati pomoću standardni uslužni program zbirka Ethernet paketa, kao što je Wireshark, i vizualizirani u kompjuterski program kao što je Velodyne Digital Sensor Recorder. Također, primljene podatke može obraditi autonomni navigacijski sistem kako bi se kreirao bodovni karton, koji se zatim može koristiti za identifikaciju prepreka, pronalaženje najbolje rute i, na kraju, za proračune koji se odnose na upravljanje, kočenje i ubrzanje. Slika 8 prikazuje primjer okvira podataka sa HDL-64E snimljenih pomoću Velodyne Digital Sensor Recorder aplikacije. Bijela tačka je vidljiva u blizini centra slike, koja označava položaj senzora. Za svaki par emiter-detektor, generisani oblak tačaka je predstavljen zasebnom bojom. Prostorni prikaz podataka formira se kombinovanjem dvodimenzionalnih oblaka tačaka. Kada se modul rotira, skup tačaka iz jednog para emiter-detektor formira kontinuirani krug na ravnoj površini. Gornji primjer se odnosi na opciju ugradnje daljinomjera na krov kabine kamiona, tako da je ispod bijele tačke na slici tamno područje - karoserija. Kao što možete vidjeti na slici, ispred kamiona su dva vozila: drugi kamion koji pokušava skrenuti lijevo i putnički automobil koji prelazi raskrsnicu. Osim toga, iza automobila na slici, vidljiva je zaštitna ograda, zemlja i drveće. Lijevo i desno od senzora vidljive su valovite površine koje odgovaraju zaštitnoj ogradi i trotoaru, te naglašavaju kolovoz u vidnom polju. Uz trotoar je žbun. Dobijeni podaci omogućavaju i utvrđivanje saobraćajne situacije iza senzora – na slici se nalazi vozilo iza kamiona. Važno je da nema praznina u kružnim podacima (oko kamiona) ni u jednom od oblaka tačaka. Ova činjenica pokazuje da su brzine ponavljanja laserskih impulsa za gornju i donju jedinicu daljinomjera ispravno konfigurirane. Ako je stopa ponavljanja pulsa niža od potrebne, tada bi se svaki od krugova sastojao od isprekidanih linija. Prazne oblasti na slici su uzrokovane preprekama na optičkoj putanji koje onemogućavaju informacije o prostoru iza njih (efekat senčenja). Na primjer, ovako se pojavljuje crna pruga iza karoserije kamiona. Treba napomenuti da se LIDAR uređaj također može postaviti pod uglom od 90° prema vertikalnoj osi kako bi se promijenilo vidno polje. Ova instalacijska shema može se koristiti u geodetskim i kartografskim aplikacijama. Razmatrani laserski daljinomjer Velodyne HDL-64E pripada klasi 1M, odnosno smatra se sigurnim za oči. Senzor se nalazi u vodootpornom kućištu, radi na ekstremnim temperaturama i optimalan je za upotrebu u automobilima. Main specifikacije uređaji su prikazani u tabeli.

Gotovo sve policijske snage u svijetu (uključujući saobraćajnu policiju) koriste radar za mjerenje brzine, nametanje ograničenja brzine i popunjavanje riznice. Od razvoja ovih uređaja, radar detektori su ih nemilosrdno pratili. Nažalost, policija ima dva asa - može izabrati vrijeme i mjesto za svoje<отстрелов>(i povećati njihovu smrtnost odabirom mjesta, opasnih ili ne, gdje većina normalnih ljudi brzo vozi) i zabraniti najefikasnije protumjere, kao što su ometanje i korištenje radarskih detektora.

Radar šalje impulsni ili kontinuirani radio frekvencijski signal i osluškuje refleksiju tog signala. Kada impuls dođe do objekta koji se kreće, njegova frekvencija se mijenja u skladu sa brzinom i smjerom kretanja (Doplerov efekat). Pojavili su se i novi sistemi koji koriste lasersko svjetlo za određivanje brzine.

Postoje tri glavna frekvencijska opsega u kojima rade policijski radari, koji se obično nazivaju X-opseg (11 GHz), K-opseg (24 GHz) i Ka-opseg (32-36 GHz). Svi radar detektori slušaju ove frekvencije i cvrkuću, cvrkuću i trepću kada otkriju signal. Povećanje osjetljivosti radar detektora omogućava vam da otkrijete radar ranije. Nažalost, ove frekvencije koriste i razni korisni uređaji, kao što su automatski otvarači garažnih vrata, sigurnosni sistemi, a prisutne su i u zračenju dalekovoda. Odavde raste i druga strana problema - radar detektori, koji hvataju sve redom i lažu češće nego što upozoravaju.

Lidar (laserski radar) - novi neprijatelj

Lidar, za razliku od konvencionalnog radara, koristi lasersko zračenje (valne dužine oko 900 nm) za određivanje brzine vozila. U određenim intervalima mjeri udaljenost od uređaja do cilja i izračunava brzinu njegove promjene. S obzirom na to da se razdaljina mjeri, vrlo je važno da se lidar postavi stabilno i temeljno kako bi se dobile ispravne vrijednosti, a uobičajena meta (auto) se u ovom slučaju pretvara u skup površina koje su dobri reflektori. Ovo je vrlo važno jer uređaj koristi refleksiju laserskog snopa od mete za mjerenje udaljenosti.

Sa vozačeve tačke gledišta, glavna razlika od radara je težina detekcije. Veličina tačke snopa je oko 4 stope na pola milje (120 cm x 800 m) i vrlo je mala da bi detektor mogao uhvatiti. Osim toga, svi uređaji ove klase automatski isključuju emiter nakon mjerenja i ne rade neprekidno, kao većina radara.

Photoradar je najlakši način za prikupljanje novca

Sljedeća runda u ratu radara i antiradara je fotoradar, po čijoj detekciji ćete saznati za njega tek po primitku računa za novčanu kaznu. Ima neki oblik radara male snage za otkrivanje brzine i snima automobil koji se kreće preko ograničenja brzine (do registarskih tablica i lica za volanom). Beskorisno je raspravljati - mašina ne laže. Neki foto radari opremljeni su okretnim uređajem koji vam omogućava skeniranje određene dionice puta, što dodatno otežava njihovo otkrivanje i smanjuje vjerojatnost greške. Radar koji određuje brzinu je vrlo male snage, njegov domet obično ne prelazi 30-50m, što takođe otežava otkrivanje, posebno ako ga ometaju zgrade ili druga vozila.

Koristi se nekoliko vrsta ovakvih uređaja:

• Australija koristi Fairy kosi radarski sistem koji koristi radar K-pojasa od 45 stepeni.
• Novi Zeland i dio Kanade - Auto patrola Ka-fotoradar, prilično smrtonosna. Koristi radar male snage od 34,6 GHz sa uglom od 22,5 stepeni i snima automobile koji se kreću u oba smera. Međutim, ne snima sliku ako detektuje više automobila u kadru kako bi sačuvao film. Frekvencija je oprezno odabrana kao treći harmonik X-opsega, gdje većina radarskih detektora ima smanjenu osjetljivost za suzbijanje kućne buke.

Vascar (računar i snimač vizualne prosječne brzine)

Ovo nije radarski sistem. Suština je da postoje dvije oznake na putu. U trenutku prelaska prvog, tajmer se uključuje, u trenutku prelaska drugog se gasi. Udaljenost između oznaka je fiksna. Brzina je izračunata. Jedina kontramera je pažljivost.

Protumjere

Ometanje (ometanje radara)

Od sukoba, elektronske protumjere postale su prilično popularne. Ako preskočimo argumente o zakonitosti korištenja ovakvih uređaja i prijeđemo na tehničku stranu pitanja, čemu služi smetnja? Postoje dvije vrste buke (ometača) - aktivni i pasivni. Pasivci uzimaju radarski signal, čine ga bučnim i prenose ga nazad _bez_pojačanja_. Glavni problem s ovom metodom može se vidjeti ako uporedimo područje antene uređaja (oko 1 kvadratni inč) s prednjom površinom automobila. Svaki signal koji stvara buku će biti nadjačan signalom iz ostatka vozila i sigurno filtriran radarskim sistemom za smanjenje buke. Istraživanja ovakvih uređaja su pokazala njihovu vrlo nisku efikasnost (pogledajte originalni tekst, tamo postoje linkovi).

Mnogo efikasniji (a samim tim i nezakonitiji) su aktivni bukači. U tom slučaju uređaj šalje snažan signal koji potiskuje reflektovano vozilo. Kao primjer - VCDD Stealth, cijena je oko 700 USD (na Novom Zelandu). Sastoji se od nekvalitetnog širokopojasnog detektora zračenja, čiji signal uključuje emiter na istoj frekvenciji. Prema časopisima Car & Drivers i NZ Autonews, postoji nekoliko ozbiljnih problema sa ovim uređajem:

• Radi samo naprijed
• Ne radi dobro u kratkotalasnom opsegu
• Radi samo na X i K opsezima
• Ima velike dimenzije
• Čvrsto blokira druge detektore kilometrima uokolo. S obzirom na visoku cijenu, nezakonitost i stavke 1-5, čini se da nije baš zgodno koristiti takav uređaj. Za druge nema informacija.

Sakrij i traži (Stealth)

Najbolji način da se sakrijete od radara je prekrivanje automobila materijalom koji se koristi na poznatim stelt avionima, ali postoje određene poteškoće s njegovom dostupnošću na tržištu. Stoga, za početak, treba obratiti pažnju na prednji profil automobila. Očigledno, automobil sa niskim profilom, stražnjim motorom i zatvorenim svjetlima za podizanje (Mazda RX7) reflektira signal u suprotnom smjeru mnogo lošije od monovolumena ili prikolice. Općenito, automobil s malim otporom teoretski odražava signal bilo gdje, ali ne u suprotnom smjeru, već uzimajući u obzir upotrebu plastike i slično u modernim automobilima. profil za reflektiranje radarskog signala je dodatno smanjen. Međutim, nema informacija o bilo kakvim formalnim studijama na ovu temu.

Ometanje na lidarima (Ometanje lidara)

Za razliku od radara, lasersko zračenje je lagano i u tom smislu je njegovo suzbijanje lakše i legalnije. Časopis Car & Driver (april 1994.) objavio je dobru napomenu, u kojoj se, posebno, navodi da upotreba para snažnih maglenki može prepoloviti domet lidarskog brzinomjera, koji sa detektorom daje nekoliko dodatnih sekundi. . Robert Weverka i Craig Peterson u svom članku (Autotronics, mart 1995, str. 36) navode da to ne funkcionira, ali ne objašnjavaju zašto je C&D dobio pozitivne rezultate.

Skrivanje od lidara (Lidar stealth)

Dakle, Lidar radi na principu refleksije svetlosnog (laserskog) snopa od površine mete Najbolji način sakriti se od njega znači imati auto niskog profila, crn, bez hromiranih delova i prekriven prljavštinom. Nije loše, takođe imati premaz (poklopce?) na velikim sjajnim površinama za suzbijanje refleksije. Nije bilo testova na ovu temu.

Detektori

Radarski detektori su u suštini radio prijemnik koji treperi, pišti ili cvrkuće kada primi signal na frekvenciji na kojoj rade radari. Osim različitih sijalica, glavna razlika između detektora je osjetljivost i suzbijanje nasumičnih okidanja. U većini slučajeva, to su međusobno isključive opcije.

Javno mnijenje i kritike

Proizvođači detektora stalno nude nove modele. Cijena ne određuje uvijek kvalitet. Neki jeftini modeli pokazuju dobre rezultate. S druge strane, neki skupi imaju direktne padove u određenim rasponima.

Na šta treba obratiti pažnju

Prilikom kupovine, osim cijene, obratite pažnju i na:

• osjetljivost - ponekad proizvođači stavljaju rezultate ispitivanja, ne bi smjeli biti niži od 110 dB
• memorija - mogućnost spremanja postavki
• Mute (mute) - u slučaju kontinuiranog protoka policijskih automobila sa radarima
• Stealth (montaža) - u slučaju da je upotreba detektora zabranjena zakonima zemlje
• Kontrola jačine zvuka
• Raspon - K/Ka/X - opseg, lidar
• Prisustvo različitih sijalica i zvučnih tonova za različite izvore zračenja

Gdje instalirati

obično, najbolje mjesto da instalirate detektor na vrhu vjetrobranskog stakla, pored retrovizora. Ovo vam omogućava da povećate domet i pruža dobro<обзор>putevi. Izuzetak su automobili koji imaju metaliziranu traku za zaštitu od sunca na vjetrobranskom staklu, koja blokira rad detektora.

detektor detektori

U nekim zemljama u kojima je upotreba detektora zabranjena koriste se radarski detektori (npr. VG2 u Kanadi). Njihov princip rada zasniva se na hvatanju frekvencije koja se koristi u superheterodinima detektorskih prijemnika. Mnogi proizvođači detektora uzimaju u obzir ovu suptilnost i proizvode<невидимые>detektore kao što su modeli Bel i Valentine One, dok Whistler proizvodi modele opremljene detektorskim detektorima.

Važno je napomenuti da nijedan sistem nije 100 posto efikasan. Osim toga, povremeno se pojavljuju novi tipovi radara, razvijeni korištenjem najnovijih tehnologija, a postojeći radarski detektori postaju neučinkoviti.

Trenutno postoji samo jedan efikasan način izbjegavajte kazne za prebrzu vožnju - ne vozite brzo!

Istraživački rad studenta (UNIRS) na temu:

"Zrcalne sheme lidarskih sočiva"

St. Petersburg

Uvod

1. Princip rada lidara

2. Lidar uređaj

3. Optičke sheme lidarskih sočiva

3.1 Njutnovo sočivo

3.2 Cassegrain sočiva

3.3 Gregory sočivo

Zaključak

Uvod

Izraz “lidar” je skraćenica od engleskog izraza identifikacija svjetlosti, detekcija i rangiranje (detekcija i dometanje uz pomoć svjetlosti).

Lidar je tehnologija za dobijanje i obradu informacija o udaljenim objektima pomoću aktivnih optičkih sistema koji koriste fenomen refleksije svjetlosti i njenog raspršivanja u prozirnim i prozirnim medijima.

Kao uređaj, lidar je optički radar za daljinsko ispitivanje zračne i vodene sredine. Takođe, lidari uključuju optičke lokatore koji vam omogućavaju da daljinski dobijete informacije o čvrstim objektima.

Lidari su traženi i popularni zbog prednosti lasera koji se koriste u njima:

koherentnost zračenja

Kratka talasna dužina zračenja i, kao rezultat, mali gubici zbog divergencije

Trenutna snaga zračenja

Kombinacija ovih svojstava čini upotrebu lidara nezamjenjivom na udaljenostima od stotina metara do nekoliko kilometara.

1. Princip rada lidara

Pulsno lasersko zračenje se šalje u atmosferu. Zatim se zračenje raspršeno atmosferom u suprotnom smjeru prikuplja teleskopom i bilježi fotodetektorom uz naknadnu digitalizaciju signala.

pulsni lidar telefoto optički objektiv

Lidar ispaljuje brze kratke impulse laserskog zračenja na objekt (površinu) sa frekvencijom do 150.000 impulsa u sekundi. Senzor na instrumentu mjeri količinu vremena potrebnog da se puls vrati. Svjetlost putuje konstantnom i poznatom brzinom, tako da lidar može s velikom preciznošću izračunati udaljenost između njega i mete.

Postoje dvije glavne kategorije pulsnih lidara: mikropulsni i visokoenergetski sistemi.

Mikropulsni lidari rade na snažnijem kompjuterska tehnologija sa velikom računarskom snagom.

Ovi laseri su manje snage i klasifikovani su kao "sigurni za oči", što im omogućava da se koriste uz malo ili bez posebnih mjera opreza.

Lidari visoke pulsne energije se uglavnom koriste u istraživanjima atmosfere, gdje se često koriste za mjerenje različitih atmosferskih parametara kao što su visina oblaka, slojevitost i gustina, svojstva čestica oblaka, temperatura, pritisak, vjetar, vlažnost i koncentracija plinova u atmosferi.

2 . Lidar uređaj

Većina lidara se sastoji od tri dijela:

Predajni dio

Prijemni dio

· Sistem kontrole

Predajni dio (a) lidara sadrži izvor zračenja - laser i optički sistem za formiranje izlaznog laserskog snopa, tj. za kontrolu veličine izlazne tačke i divergencije snopa.

U velikoj većini dizajna, emiter je laser koji generiše kratke impulse svjetlosti velike trenutne snage. Brzina ponavljanja impulsa ili modulirajuća frekvencija je odabrana tako da pauza između dva uzastopna impulsa nije manja od vremena odgovora od detektiranih ciljeva (koji mogu biti fizički dalje od procijenjenog dometa uređaja). Izbor talasne dužine zavisi od funkcije lasera i zahteva za sigurnošću i skrivenošću instrumenta; Najčešće korišćeni Nd:YAG laseri i talasne dužine su:

1550 nm je infracrveno zračenje nevidljivo ljudskom oku i tipičnim uređajima za noćno gledanje. Oko nije u stanju da fokusira ove talase na površinu mrežnjače, pa je traumatski prag za talas 1550 znatno veći nego za kraće talase. Međutim, rizik od oštećenja očiju je zapravo veći nego kod emitera vidljive svjetlosti – budući da oko ne reagira na IC zračenje, ne funkcionira ni prirodni zaštitni refleks osobe.

1064 nm - blisko infracrveno zračenje neodimijumskih i iterbijumskih lasera, nevidljivo oku, ali detektirano uređajima za noćno osmatranje

532 nm - zeleno neodimijum lasersko zračenje, efikasno "probija" vodene mase

355 nm -- blizu ultraljubičastog

Prijemni dio (b) se sastoji od objektiva (teleskopa), spektralnih i/ili prostornih filtera, polarizacionog elementa i fotodetektora. Zračenje koje se reflektuje-raseja od posmatranog objekta koncentriše prijemna optika (teleskop), a zatim prolazi kroz analizator spektra. Ovaj uređaj služi za izolaciju intervala talasnih dužina u kojima se vrše opažanja i, posledično, za odsecanje pozadinskog zračenja na drugim talasnim dužinama. Analizator može biti ili složeni, pažljivo podešeni mono- ili polihromator, ili skup uskopojasnih filtera, uključujući filter za odsecanje zračenja na talasnoj dužini laserskog predajnika.

Emiter i prijemna jedinica mogu biti udaljeni jedan od drugog ili napravljeni u jednoj jedinici, što je uobičajeno posljednjih godina. Osi emitera i prijemnika mogu se kombinovati (koaksijalni krug) ili razmaknuti (biaksijalni krug).

Kontrolni sistem(i) obavljaju sljedeće zadatke:

* Kontrola režima rada lidara;

* Kontrolisanje frekvencije sondirajućeg laserskog zračenja;

* Merenje energije zračenja u izlaznom i primljenom dvofrekventnom laserskom snopu na obe frekvencije;

* Obrada rezultata, tj. dobijanje spektralnih karakteristika atmosfere, određivanje prisustva i koncentracije nečistoća prema „spektralnim portretima“ molekula dostupnih u kompjuterskoj bazi podataka;

* Upravljanje lidarskim sistemom pokazivanja na objekt koji se proučava.

U svom istraživanju odlučio sam detaljno razmotriti sheme sočiva koje se koriste u različitim lidarima.

3 . Optičke sheme lidarskih sočiva

Povratni signal sa objekta koji se proučava mora se presresti prijemnom lećom lidara, filtrirati (prostorno i spektralno) i usmjeriti na osjetljivo područje fotodetektora. Sve ovo mora biti urađeno sa maksimalnom efikasnošću, bez značajnog gubitka korisnog svetlosnog signala koji sakuplja sočivo, i uz maksimalno suzbijanje svih šumnih signala. Pratimo prolazak korisnog signala kroz prijemni sistem i razmotrimo posebno svaki element ovog sistema.

Laser osvetljava tačku na objektu čija je veličina određena divergencijom snopa 2 i rastojanjem do objekta R: D=2Rtg2R. Dio reflektiranog i povratno raspršenog zračenja prikuplja sočivo, kao što je prikazano na slici: (laser i prijemno sočivo su koaksijalni).

Prikazani su samo ekstremni zraci zraka iz tačaka na mestu koje padaju u sočivo. Na velikim udaljenostima, zraci iz tačke su praktično paralelni jedni s drugima. Svrha sočiva je da prikupi dovoljno svjetla sa tačke i projektuje točku na fotodetektor. Stoga su glavni parametri sočiva površina koja sakuplja svjetlost, žižna daljina i vidno polje. Za svemirske lidare, kada udaljenost do istraživanih slojeva atmosfere ili zemlje dosegne stotine kilometara, potrebno je koristiti sočiva velikog promjera od 1 ... 3 m i više kako bi se prikupilo dovoljno svjetla, posebno pri radu. u režimima Ramanovog raspršenja ili diferencijalne apsorpcije. Prečnik d i žižna daljina f" određuju odnos otvora blende sočiva (relativni otvor blende d/f"). Što je sistem svetliji, to manja veličina sliku koju stvara. Vidno polje sočiva određeno je uglom pod kojim snop iz krajnje tačke tačke prolazi kroz centar ulazne zjenice sočiva (na slici). Veličina slike (ne veća od veličine fotodetektora), ekvivalentna žižna daljina (uzimajući u obzir dodatne elemente za reprojekciju u spektralnom bloku prijemnika) i ugao vidnog polja povezani su relacijom 2a = 2f "tg, koji omogućava odabir parametara konkretnih šema i odabir potrebnih elemenata.U mnogim slučajevima, tačka se projektuje ne direktno na fotodetektor, već u ravan dijafragme polja (primarna slika), što ograničava vidno polje sočivo. Podešavanjem veličine dijafragme polja, možete promijeniti efektivnu veličinu tačke projektovane na fotodetektor. Drugim riječima, omogućava vam promjenu prostorne rezolucije mjerenja, kao i smanjenje mreže šuma od višestruko rasutih svetlost. Reprojektovanje primarne slike je takođe način da se nosi sa svetlošću rasutom unutar sočiva. Kada otvor blende polja ima maksimalnu veličinu, laser i sočivo za prijem lidara su međusobno poravnati (na maksimum primljenog signala). i mjerenja, otvor blende ima minimalnu veličinu. Dijafragma je obično šarenica ili u obliku diska s rupama različitih promjera.

Pošto lidar radi sa udaljenim objektima, sočivo mora izgraditi sliku od skoro beskonačnosti do konačne udaljenosti (u fokalnoj ravni). One. koriste se telefoto objektivi. Optički proračun telefoto objektiva provodi se uzimajući u obzir činjenicu da aberacijsko zamućenje ruba slike mora biti minimalno ili prihvatljivo u smislu gubitka svjetlosti (vinjetiranje otvorom polja). U sistemima kao što su daljinomjeri, skeneri, batimetri, prečnik objektiva je mali - od 15 do 150 mm. Stoga su sočiva obično sočiva.

Sočiva koja se koriste u lidarima:

Ogledalo (reflektori) - koristite ogledalo kao element za prikupljanje svjetlosti.

Zrcalno sočivo (katadioptričko) - i ogledala i sočiva se koriste kao optički elementi. Treba napomenuti da su sočiva po veličini uporediva sa glavnim ogledalom i služe za ispravljanje slike koju on formira.

Ogledala mogu biti lagana, što je važno za vazduhoplovstvo, a posebno za svemirske sisteme. Sistemi ogledala su izgrađeni prema klasičnim shemama teleskopa: Newton, Gregory i Cassegrain. Nakon primarnog fokusa uslovno se prikazuje objektiv sočiva, što znači da postoji dodatna optika u prijemnom sistemu. Sistemi ogledala uvek imaju centralno oklop, čak i u Njutnovoj šemi, u kojoj je prijemnik postavljen u fokusu na osi. Sa malim vidnim poljima u jedinicama lučnih sekundi i malim relativnim otvorima (d/f "manji od 1:10), u Njutnovoj shemi se koristi sfera umjesto paraboloida, što je poželjno iz ekonomskih razloga. Zbog niskih zahtjeva za kvalitet slike (potrebno je samo prikupiti energiju) ponekad je moguće zamijeniti sekundarno hiperbolično zrcalo sferičnim. Šeme tipa Cassegrain s primarnim sfernim ogledalom i sekundarnim asferičnim ogledalom visokog reda su također moguće. korisno za svemirske lidare sa velikim teleskopima.

Opcije za relativni položaj lasera i prijemnog teleskopa:

U prvoj shemi, stražnja površina dijagonalnog ravnog ogledala koristi se za poravnavanje optičkih osa. U drugoj shemi prijemni teleskop se također koristi kao formirajući, što zahtijeva strože zahtjeve za njegovu kvalitetu (u suprotnom će laserski snop jako divergirati). Osim toga, gubici su u njemu neizbježni zbog upotrebe razdjelnika zraka. Treća shema koristi rupe u primarnom i dijagonalnom (ili sekundarnom) ogledalu. Centralne zone su uvek neradne. Koriste se i sheme u kojima osi lasera i teleskopa nisu poravnate - paralelne ili međusobno nagnute. Takve sheme ne omogućavaju što efikasnije korištenje energije laserskog snopa, ali omogućavaju da se riješi svijetle točke na osi (skoro nulto vidno polje), što može uzrokovati prezasićenje prijemnika. Proračuni energije trebaju uzeti u obzir Gausovu raspodjelu energije u laserskom snopu

3.1 Njutnovo sočivo

Ovo kolo je izumio Isaac Newton 1668. Ovdje glavno (parabolično) ogledalo usmjerava zračenje na malo ravno dijagonalno ogledalo koje se nalazi blizu fokusa. On, zauzvrat, odbija snop zračenja izvan cijevi, gdje ulazi u prijemni uređaj.

Ova shema ima minimalan broj optičkih elemenata, što dovodi do lakoće podešavanja, niskih zahtjeva za obradu ogledala i niskih troškova proizvodnje. Glavno ogledalo, zbog svoje velike veličine, zahtijeva vrijeme za termičku stabilizaciju. Takođe je potrebno periodično podešavanje retrovizora, koji se često gube tokom transporta i tokom rada. Sistem nije bez aberacije kome.

Newtonova sočiva se koriste u mnogim lidarima, razmotrite neke od njih:

1) Raman lidar sa više talasnih dužina MRL-400

Rad ovog lidara zasniva se na fenomenu Ramanovog raspršenja svjetlosti (Ramanov efekat) - neelastičnog raspršenja optičkog zračenja molekulima tvari (čvrste, tekuće ili plinovite), praćeno primjetnom promjenom frekvencije zračenja. U spektru raspršenog zračenja pojavljuju se spektralne linije, koje su odsutne u spektru primarne (uzbudljive) svjetlosti. Broj i lokacija linija koje se pojavljuju određuju molekularna struktura tvari.

Lasersko zračenje se teleskopira pomoću paraboličnog zrcalnog kolimatora van osi. Laser je zajedno sa kolimatorom postavljen na prijemni teleskop, što omogućava merenje pod bilo kojim uglom u odnosu na horizont.

Struktura lidara MRL-400

Izvor svjetlosti: Quantel Brilliant Nd:YAG laser sa generatorom trećeg harmonika

Energija impulsa: 300/300/200 mJ - 1064/532/355 nm

Brzina ponavljanja: 10Hz

Off-axis parabolički ogledalni kolimator sa faktorom uvećanja 5. Dielektrični premazi ogledala osiguravaju rad kolimatora na talasnim dužinama od 355, 532, 1064 nm.

Teleskop Newton sa otvorom od 400 mm i žižnom daljinom od 1200 mm.

2) Viševalni aerosolni lidar PL-200

Struktura lidara PL-200

Izvor zračenja: Nd:YAG laser sa generatorom trećeg harmonika.

Energija na 355 nm: 70 mJ

Frekvencija ponavljanja: 25Hz

Divergencija zraka:< 1 мрад

Kolimator: Parabolički kolimator van osi sa dielektričnim premazima i faktorom uvećanja 5 je dizajniran za istovremeno teleskopiranje emitovanih talasnih dužina (1064, 532, 355 nm).

Lidar koristi Njutnov teleskop sa otvorom od 300 mm. Glavno ogledalo je parabolično sa žižnom daljinom od 970 mm.

3.2 Cassegrain sočiva

Šemu je predložila Lauren Cassegrain 1672. godine. Glavno ogledalo većeg prečnika (konkavno; u originalnoj verziji parabolično) baca zračenje na sekundarno konveksno manjeg prečnika (obično hiperbolično). Sekundarno ogledalo se nalazi između glavnog ogledala i njegovog fokusa, a ukupna žižna daljina sočiva je veća od one glavnog. Objektiv istog promjera i žižne daljine ima skoro polovinu dužine cijevi i nešto manje zaštite od Gregoryjevog. Tradicionalni Cassegrain reflektor je težak za proizvodnju (kompleksne površine ogledala - parabola, hiperbola), a ima i nedovoljno korigiranu komu aberaciju. Posljednji nedostatak je ispravljen u različitim modifikacijama Cassegrain sheme.

Od SLR objektiva, Cassegrain objektiv je najpopularniji zbog svoje kombinacije kompaktnosti i velike žižne daljine.

Razmotrite neke lidare koji koriste prijemni teleskop izgrađen prema Cassegrain shemi:

1) Stacionarni lidarski kompleks MVL-60

Lidar sa više talasnih dužina MVL-60 je dizajniran za operativnu daljinsku analizu karakteristika atmosferskih aerosola i formacija oblaka u atmosferi pomoću lasera koji radi na talasnim dužinama od 1064 (IR), 532 (zelena) i 355 (UV) nm.

Prijemna antena lidara je teleskop, najčešće ogledalo, obično izgrađen prema Newton ili Cassegrain shemi. U teleskopu lidara MVL-60 sa primarnim paraboličnim ogledalom prečnika 60 cm implementirane su obe ove šeme.

Kada radi kao lidarska prijemna antena, teleskop implementira Cassegrain shemu, kada primljeni reflektirani laserski signal prvo udari u glavno parabolično ogledalo, zatim u sekundarno hiperbolično ogledalo, a zatim kroz rupu u centru paraboličkog ogledala u jedinicu analizatora. , gdje se zatim distribuira na različite fotodetektore i registruje od strane računara.

Kada radi kao konvencionalni astronomski instrument, teleskop implementira Newtonovu shemu: ravno ogledalo je umetnuto u optičku os glavnog paraboličnog ogledala, uz pomoć kojeg se slika koju prima glavno ogledalo prikazuje pod uglom od 90 stepeni. duž ose teleskopa. U ovom Newtonovom fokusu možete postaviti okular ili video kameru i dobiti slike objekata na zvjezdanom nebu.

2) Lidar sa više talasnih dužina sa Raman kanalima

Emiter impulsa: Nd:YAG laser

Talasna dužina: 1064, 532 i 355 nm

Pulsna energija: 100/55/30 mJ

Širina impulsa: 10 ns

Frekvencija impulsa: 10Hz

Prečnik laserskog snopa (prošireni): 50 mm

Divergencija laserskog snopa: 0,3 mrad

Teleskop (prečnik): Cassegrain, 300 mm primarno ogledalo

Ugao prijema zračenja: 0,6 - 5 mrad

Talasna dužina elastičnog raspršenja: 1064, 532, 532 depolarizacija i 355 nm

Ramanove talasne dužine: 387, 407, 607 nm

3 . 3 Lens Gregory

Ovo kolo izumio je James Gregory 1663. godine. U Gregory sistemu, zračenje glavnog konkavnog paraboličnog ogledala usmerava se na malo konkavno eliptično ogledalo, koje reflektuje snop u fotodetektor postavljen u centralnu rupu glavnog ogledala. Prisustvo sekundarnog ogledala produžava žižnu daljinu i na taj način omogućava primenu velikih uvećanja.

Veličina prijemnog teleskopa, izgrađenog prema Gregory shemi, veća je od Newtonovog teleskopa i gotovo dvostruko veća od Cassegrain leće, što povećava zaštitu, otežava poravnanje i njegovu sigurnost, transport i rad općenito.

Ova shema nije dobila takvu distribuciju kao sheme Newtona i Cassegraina, jer su joj, pod jednakim uvjetima, njeni nedostaci značajniji, te se koristi u nekim specifičnim slučajevima.

Zaključak

U procesu proučavanja zrcalnih leća koje se koriste u lidarima i međusobnog poređenja razne šeme, došao sam do sljedećeg zaključka:

SLR objektivi imaju niz prednosti (u poređenju sa objektivima):

Ẑ Visoka svetlost i rezolucija

* Nema hromatskih aberacija na ogledalima

* Visok koeficijent propuštanja svjetlosti

* Uz relativno jednostavan dizajn sistema ogledala, moguće je postići prilično savršenu korekciju sferne aberacije

* Sistemi ogledala ne sadrže prelamajuće površine i stoga su pogodni za upotrebu u IR i UV oblastima spektra

Ali osim prednosti, SLR objektivi imaju i nedostatke:

* Kompleksnost izrade i kontrole asferičnih površina ogledala

Ẑ Poteškoće u poravnavanju sistema ogledala

* Poteškoće povezane sa upotrebom velikih ogledala (uticaj vremenskih uslova, potreba za termičkom stabilizacijom)

* Sistemi ogledala imaju tendenciju da imaju veliku komu, što smanjuje korisno polje sistema. Ovaj nedostatak se eliminira upotrebom sheme ogledala sa sočivom.

Slični dokumenti

Prizma monokular: koncept, namjena, karakteristike dizajna. Razmatranje optičke sheme monokula sa sistemima prizme O. Malafeeva, glavni elementi: sočivo, okular. Faze proračuna aberacije okulara sa prizmom u obrnutoj putanji snopa.

seminarski rad, dodan 18.01.2013


Proračun dimenzija optičkog sistema uređaja. Obrazloženje komponenti mikroskopa. Proučavanje optičkog sistema sočiva na računaru. Proračun projektnih parametara. Numerički otvor sočiva u prostoru. Optički parametri okulara Huygens.

seminarski rad, dodan 19.03.2012


Kamera kao optički uređaj. Žižna daljina fotografskog objektiva. Vidno polje fotografskog objektiva. Otvor objektiva. Iluminirajući premazi. Standardni raspon relativnih rupa. Rezolucija fotografskog objektiva i hiperfokalna udaljenost.

prezentacija, dodano 30.01.2015


Raznolikost tržišta optičkih uređaja. Metode kontrasta slike. Stakalca i pokrovni stakalci. Zaštita sočiva. Sistem prizmi i ogledala. Brojačke komore i mjerni uređaji. Moderni direktni metalurški mikroskopi.

sažetak, dodan 27.11.2014


Idealan optički sistem. Proračun prizme, izbor okulara. Ososimetričan i prostorni optički sistem. Projektni parametri, aberacija sočiva i prizma. Proračun monokularnih aberacija. Izdanje za crtanje mreže. Triora prostora objekata.

test, dodano 02.10.2013


Vrste svjetlosnih mikroskopa, njihova oprema. Pravila za upotrebu i njegu mikroskopa. Klasifikacija sočiva koja se koriste u optičkim instrumentima. Imerzioni sistemi i komore za brojanje svetlosnih mikroskopa. Metode kontrasta slike.

sažetak, dodan 06.10.2014


Uloga elektrotehnike u razvoju brodogradnje. Funkcionalni dijagram upravljanja asinhronim motorom sa kaveznim rotorom. Princip rada električnog kruga ventilatora. Tehnologija montaže električnih kola, korišteni materijali i alati.

seminarski rad, dodan 12.12.2009


Teorijska analiza glavnih kola generatora impulsnog napona ispunjenog gasom, sastavljenih prema šemi Arkadiev-Mraks. Proračun kruga pražnjenja GVP, kruga pražnjenja za aperiodičnost. Mjerenje struje i napona GIN. Izvedba konstrukcije.

seminarski rad, dodan 19.04.2011


Izbor kruga generatora naponskog impulsa i cjelokupni dizajn. Proračun kruga pražnjenja generatora, pražnjenja, čeonog i prigušnog otpora, prekidača instalacije za ispitivanje impulsa. Razvoj sheme kontrole postrojenja.

seminarski rad, dodan 29.11.2012


Koncept i obim praktične upotrebe elektronsko-optičkih pretvarača kao uređaja koji pretvaraju elektronske signale u optičko zračenje ili u sliku dostupnu ljudskoj percepciji. Uređaj, ciljevi i zadaci, princip rada.

Vlasnici patenta RU 2575766:

Pronalazak se odnosi na oblast laserske lokacije i kvantne elektronike i namenjen je za upotrebu u laserskim lokacijskim sistemima i kompleksima u cilju otkrivanja pokretnih objekata i određivanja parametara njihovog kretanja, uključujući prostorne koordinate i brzinu kretanja. Predloženi uređaj se takođe može koristiti u laserskim svemirskim komunikacionim sistemima za komunikaciju sa letelicom u bliskom ili dubokom svemiru, kao i za komunikaciju sa letelicom prilikom sletanja na Zemlju kroz sloj plazme koji okružuje letelicu. Predloženi uređaj pripada klasi laserskih sistema koji koriste metodu laserske heterodinacije prilikom prijema i obrade laserskih lokacijskih signala. Ova metoda primanja laserskih signala poznata je i proučavana u naučnoj literaturi, gdje se navode neke prednosti ove metode u odnosu na metodu direktne fotodetekcije laserskih signala. Međutim, niz nedostataka u praktičnoj implementaciji laserske heterodinacije nije omogućio punu upotrebu potencijala ove metode za stvaranje efikasnih laserskih lokacijskih sistema. široka primena. Glavni tehnički nedostatak ove metode laserskog heterodiniranja je potreba za visoko preciznim usklađivanjem valnih frontova primljenog laserskog zračenja (LI) i laserskog heterodinskog zračenja na fotoosjetljivom području prijemnog fotodetektora. Monografija na strani 156 pokazuje da u prisustvu ugaone nepodudarnosti od oko 12 lučnih minuta primljenog i heterodinskog laserskog zračenja, signal na izlazu fotodetektora - fotomiksera na međufrekvenciji opada za faktor pet u odnosu na nivo signala pri nultom ugaonom neskladu. Ovakva zavisnost nivoa izlaznog signala dovodi do jakih fluktuacija i periodičnog potpunog gubitka izlaznog signala, smanjenja verovatnoće detekcije posmatranih objekata i smanjenja efikasnosti laserskog prijemnog sistema u realnim uslovima praćenja objekata koji se brzo kreću.

Poznat je laserski daljinomjer sa heterodinskom šemom obrade prema njemačkom patentu (Z. br. 2819320), koji sadrži laser, generator takta, prijemno-predajni optički sistem, laserski lokalni oscilator, optički mikser primljenog lasera. zračenje sa zračenjem lokalnog oscilatora, fotodetektor, jedinica za pojačavanje i obradu signala međufrekvencije sa izlaza foto detektora, memorije i jedinice za obradu informacija. Nedostaci ovog uređaja uključuju nisku efikasnost i nisku detektivnost uređaja kada radi u realnim uslovima posmatranja pokretnih objekata uz prisustvo različitih pozadinskih šuma na ulazu prijemnog optičkog sistema. Ovi nedostaci nastaju zbog značajne zavisnosti nivoa signala srednje frekvencije (signala fotomiksovanja) o usklađivanju uglova upada zračenja lokalnog oscilatora i primljenog laserskog zračenja na mestu fotodetektora. Prilikom praćenja objekta koji se brzo kreće, upadni ugao primljenog laserskog zračenja je podložan kontinuiranim promenama, što dovodi do značajnih fluktuacija nivoa signala srednje frekvencije na izlazu fotodetektora i smanjenja ovog nivoa, kao što je usled čega se smanjuje verovatnoća ispravnog otkrivanja objekta, tačnost određivanja parametara kretanja objekta i efikasnost rada uređaja u celini.

Poznati laserski lokator sa heterodinskom metodom za prijem laserskih signala razvijen u SAD, dat u knjizi Laserska lokacija na strani 230, koji sadrži predajni i prijemni teleskop, laserski predajnik sa stepenom laserskog pojačanja, laserski lokalni oscilator, fotodetektorsku jedinicu sa jedinica za pojačavanje, glavni laserski oscilator, drugi fotodetektor, jedinica za mjerenje i upravljanje frekvencijom, jedinica za obradu i upravljanje informacijama. Nedostaci ovog kompleksa uključuju nisku efikasnost sa značajnom složenošću kompleksa. Kompleksu nedostaju sredstva za kontinuirano usklađivanje upadnih uglova na fotoprijemnoj jedinici laserskog zračenja lokalnog oscilatora i primljenog laserskog zračenja reflektovanog od pratećeg objekta koji se brzo kreće. Kao rezultat mogućih promjena upadnog kuta na mjestu fotodetektora primljenog laserskog zračenja u radnom režimu detekcije i praćenja objekta, dolazi do dinamičke nepodudarnosti naznačenih upadnih uglova, što dovodi do jakih dodatnih fluktuacija u nivo signala srednje frekvencije i do potpunog gubitka signala i ometanja detekcije i praćenja objekta. Ovaj kompleks koristi sistem za podešavanje frekvencije generisanja (talasne dužine) zračenja glavnog laserskog oscilatora (laserskog predajnika). Međutim, metoda koja se koristi za podešavanje talasne dužine generisanja lasera korišćenjem intrašupljinskog piezokorektora nema potrebnu tačnost, što dodatno smanjuje tačnost i efikasnost laserskog radara.

Kao prototip izabran je laserski lokator sa režimom pulsnog zračenja čija je šema data u knjizi Laserska lokacija na strani 245. Ovaj laserski lokator sadrži prijemno-predajni teleskop sa jedinicom za pokazivanje (skeniranje), sočivo, fotodetektorska jedinica, jedinica za obradu i upravljanje signalima, laserski predajnik, laserski lokalni oscilator, jedinica za mjerenje frekvencije, fiksni prigušivači - apsorberi zračenja, razdjelnici zraka. Nedostaci ovog uređaja uključuju nisku efikasnost rada na stvarnim pokretnim objektima, kao i nisku vjerovatnoću ispravne detekcije pokretnog objekta zbog prisustva nepodudarnosti upadnih uglova na mjestu fotoprijemne jedinice. primljeno lasersko zračenje i zračenje lokalnog oscilatora u režimu detekcije i dinamičkog praćenja pokretnih objekata.

Postignuti tehnički rezultat je sljedeći: smanjenje ovisnosti nivoa izlaznog signala o promjenama ugla dolaska primljenog laserskog zračenja (LI), povećanje efikasnosti laserskog lokacijskog sistema u uslovima detekcije i praćenje objekata u pokretu i u prisustvu jakog pozadinskog osvetljenja, povećanje verovatnoće tačne detekcije posmatranih objekata, sprovođenje stabilne laserske komunikacije sa letelicom kroz sloj okolne plazme pri ulasku u guste slojeve atmosfere tokom sletanje letelice na Zemlju.

Novi tehnički rezultat postiže se na sljedeći način.

1. U laserskom lokatoru koji sadrži teleskop sa pokazivačkom jedinicom instaliranom serijski na prvoj optičkoj osi, prvom sočivu, prvoj fotodetektorskoj jedinici, čiji je izlaz spojen na jedinicu spektralnog filtera, izlazi su povezani sa upravljačkom jedinicom jedinica, laserski predajnik, laserski heterodin i jedinica za mjerenje frekvencije, izlaz laserskog predajnika je optički povezan s teleskopom i, pomoću prozirnog i reflektirajućeg ogledala, na prvi optički ulaz jedinice za mjerenje frekvencije, čiji je drugi optički ulaz optički povezan preko prozirnog ogledala na optički izlaz laserskog lokalnog oscilatora, upravljački ulazi laserskog predajnika, laserskog lokalnog oscilatora i izlaz jedinice za mjerenje frekvencije povezani su na upravljačku jedinicu, prvi kontrolisani atenuator, prvi frekventni pomerač laserskog zračenja, prva jedinica za skeniranje laserskog zračenja, čiji je optički izlaz optički povezan pomoću reflektivnog i dva prozirna ogledala opt. optički povezan na optički ulaz prve fotoprijemne jedinice, optički povezan u seriju drugi kontrolirani atenuator, druga jedinica za pomak frekvencije laserskog zračenja, druga jedinica za skeniranje laserskog zračenja, čiji je optički izlaz optički povezan s optičkim ulazom prva fotodetektorska jedinica kroz dva prozirna zrcala, optički ulazi prvog i drugog upravljivog prigušivača optički su povezani pomoću prozirnih ogledala sa optičkim izlazom laserskog lokalnog oscilatora, trećeg upravljivog atenuatora, treće jedinice za pomak frekvencije laserskog zračenja i treća jedinica za skeniranje laserskog zračenja optički spojena u seriju, optički spregnuta na drugoj optičkoj osi su akusto-optički modulator sa kontrolnom jedinicom, drugo sočivo, prvo prozirno ogledalo, kontrolisani prostorni filter, treće sočivo, drugo poluprozirno ogledalo, drugi fotodetektor jedinice, čiji je izlaz spojen na ulaz druge jedinice i spektralnih filtera spojenih na upravljačku jedinicu, optički ulaz akusto-optičkog modulatora optički je povezan pomoću reflektivnog ogledala i poluprozirnog ogledala sa optičkim izlazom laserskog lokalnog oscilatora, optičkim izlazom trećeg laserskog skeniranja zračenja jedinica je optički povezana preko reflektivnog ogledala i drugog poluprozirnog ogledala sa optičkim ulazom druge fotodetektorske jedinice, optički ulaz trećeg kontrolisanog atenuatora je optički povezan sa optičkim izlazom laserskog lokalnog oscilatora, treća fotodetektorska jedinica, čiji je optički ulaz povezan preko prvog prozirnog ogledala na optički izlaz drugog sočiva, a izlaz je povezan sa upravljačkom jedinicom fotodetektorske jedinice spojene na upravljačku jedinicu, prvo i drugo udaljeno ogledalo mehanički spojeno na pomak jedinica, čiji je kontrolni ulaz povezan sa kontrolnom jedinicom, dinamički spektralni filter, čiji je optički ulaz preko prvog ogledala za skeniranje optički povezan sa optičkim izlazom teleskopa, a optički izlaz dinamičkog spektralnog filtera kroz drugo ogledalo za skeniranje i drugo udaljeno ogledalo optički je povezan sa optičkim ulazom prvog objektiva, kontrolne elektrode prvog i drugog skeniranja ogledala su povezana na kontrolnu jedinicu ogledala za skeniranje, čiji je ulaz povezan sa kontrolnom jedinicom, kontrolni ulaz dinamičkog spektralnog filtera je povezan sa kontrolnom jedinicom, daljinski ugaoni reflektor, optički povezan sa optičkim ulazom teleskopa i mehanički spojen na blok za pomicanje ugaonog reflektora spojenog na upravljačku jedinicu, četvrti upravljani prigušivač, optički spajanje optičkog izlaza laserskog predajnika sa teleskopom, upravljački ulazi kontroliranih prigušivača su povezani na upravljačku jedinicu, upravljački ulazi jedinice za pomicanje frekvencije laserskog zračenja i jedinice za skeniranje laserskog zračenja spojene su na kontrolnu jedinicu.

2. Jedinica pomaka frekvencije laserskog zračenja sastoji se od ulazne dijafragme, akusto-optičke ćelije sa kontrolnom jedinicom, prvog sočiva, dijafragme sa rupicama, drugog sočiva i izlazne dijafragme, optički spojenih u seriju na optičkoj osi, dok kontrolna elektroda akusto-optičke ćelije povezana je sa kontrolnom jedinicom akusto-optičke ćelije.

3. Jedinica za skeniranje laserskog zračenja zasniva se na akustooptičkoj ćeliji u kojoj se pobuđuju ultrazvučni talasi da bi se promenio pravac širenja laserskog zračenja.

4. Dinamički spektralni filter je baziran na akustooptičkoj ćeliji u kojoj se pobuđuju ultrazvučni talasi koji stupaju u interakciju sa primljenim laserskim zračenjem koje prolazi kroz ćeliju.

5. Laserski predajnik i laserski lokalni oscilator izrađeni su na bazi laserskih generatora sa mogućnošću podešavanja talasne dužine generisanog laserskog zračenja.

Na SI. 1 prikazuje blok dijagram laserskog radara. Na SI. 2 prikazuje blok dijagram laserskog frekventnog pomerača. Na SI. 3 i 4 prikazani su eksperimentalno dobijeni spektri primljenih informacijskih signala generiranih u laserskom radarskom sistemu, a na sl. 5 prikazuje spektar pozadinskog interferentnog zračenja.

Na SI. 1, brojevi označavaju sljedeće elemente laserskog radara.

1. Teleskop.

2. Blokirajte navođenje.

3. Prvo sočivo.

4. Prva fotodetektorska jedinica.

5. Blok spektralnih filtera.

6. Upravljačka jedinica.

7. Laserski predajnik.

8. Laserski lokalni oscilator.

10. Prvi blok za pomeranje frekvencije laserskog zračenja.

11. Prvi blok za skeniranje laserskog zračenja.

12. Drugi blok za pomeranje frekvencije laserskog zračenja.

13. Drugi blok za skeniranje laserskog zračenja.

14. Prvi kontrolisani oslabivač.

15. Drugi kontrolirani oslabivač.

16. Treći kontrolisani oslabivač.

17. Treći blok za pomeranje frekvencije laserskog zračenja.

18. Treći blok za skeniranje laserskog zračenja.

19. Akusto-optički modulator.

29. Upravljačka jedinica akustooptičkog modulatora.

20. Drugo sočivo.

21. Prvo prozirno ogledalo.

22. Kontrolisani prostorni filter.

23. Treće sočivo.

24. Drugo prozirno ogledalo.

25. Druga fotodetektorska jedinica.

26. Drugi blok spektralnih filtera.

27. Treća fotodetektorska jedinica.

28. Upravljačka jedinica za treću fotodetektorsku jedinicu.

29. Upravljačka jedinica akustooptičkog modulatora poz. 19 (gore navedeno).

30. Dinamički spektralni filter.

31. Upravljačka jedinica za skeniranje ogledala poz. 35 i 36.

32, 33. Prvi i drugi daljinski retrovizori.

34. Blok kretanja.

35. Prvo ogledalo za skeniranje.

36. Drugo ogledalo za skeniranje.

37. Reflektor daljinskog ugla.

38. Blok za pomicanje ugaonog reflektora.

39. Prozirno ogledalo.

40. Reflektirajuće ogledalo.

41, 42, 43, 44. Prozirna ogledala.

59. Reflektirajuće ogledalo.

45, 46. Reflektirajuća ogledala.

47, 48. Prozirna ogledala.

49. Reflektirajuće ogledalo smješteno u optičkoj sjeni kontrareflektora

50 teleskop poz. 1.

58. Četvrti kontrolirani oslabivač.

59. Reflektirajuće ogledalo.

Na SI. 2 prikazuje sljedeće elemente.

51. Ulazni otvor.

52. Akustooptička ćelija.

53. Upravljačka jedinica akustooptičke ćelije.

54. Prvi objektiv.

55. Pinhole dijafragma.

56. Drugo sočivo.

57. Izlazni otvor.

60. Piezoelektrični element.

Princip rada laserskog radara je sljedeći.

Laserski predajnik 7 generiše impulse laserskog zračenja koje osvetljava posmatrani objekat. Teleskop 1 se pomoću pokazivačke jedinice 2 vodi na zadatu oblast posmatranog prostora, u kojoj je moguće locirati i pomeriti otkriveni i posmatrani objekat. Lasersko zračenje koje se reflektuje od objekta hvata teleskop 1 i fokusira se sa izlaza teleskopa pomoću prve leće 3 na fotoosetljivo područje (optički ulaz) prve fotoprijemne jedinice 4. Istovremeno, ugaoni reflektor 37 je uklonjen sa optičke putanje teleskopa 1 pomoću jedinice za kretanje 38, koja se koristi u režimu testiranja i podešavanja laserskog lokatora. Istovremeno, udaljena ogledala 32 i 33 su uklonjena sa optičke putanje prijemnog kanala laserskog radara pomoću jedinice za pomeranje 34. Istovremeno, dinamički spektralni filter 30, koji se koristi u slučaju jake spoljašnje pozadinske buke, je isključen sa optičke putanje. Upravljivi atenuator 58 se prebacuje na standardni način pune transmisije zračenja laserskog predajnika 7 (nulti način slabljenja). Lasersko zračenje sa izlaza teleskopa 1 ulazi direktno na optički ulaz prvog sočiva 3, koji dalje fokusira primljeno lasersko zračenje reflektovano od objekta na fotoosjetljivo područje prve fotoprijemne jedinice 4. Istovremeno, fotoosjetljivo područje prima lasersko zračenje koje generiše laserski heterodin 8 kroz prozirna ogledala 42, 43 i dve grane promene parametara laserskog heterodinskog zračenja poz. 14, 10, 11 - prva grana i poz. 15, 12, 13 - druga grana. Ove dvije grane formiraju dva heterodina laserska zračenja, uz pomoć kojih prva fotodetektorska jedinica 4 implementira način prijema heterodinskog lasera (fotomiksiranja) primljenog laserskog zračenja na dvije različite frekvencije heterodinskog laserskog zračenja. U skladu s tim, na izlazu fotodetektorske jedinice 4 formiraju se dva električna signala na dvije različite međufrekvencije f 1 i f 2 , koji se zatim upućuju na ulaze prvog bloka spektralnih filtera 5, u kojima odvojeno filtriranje i pojačavanje izvodi se svaki od generiranih signala srednje frekvencije. Generirano heterodinsko lasersko zračenje ulazi na ulaz prve fotodetektorske jedinice 4 preko reflektujućeg ogledala 46 i prozirnih ogledala 47, 48 sa izlaza 11 i 13. U ovom slučaju, prvo heterodinsko lasersko zračenje generisano elementima poz. 14, 10, 11 je glavno, a drugo lasersko heterodinsko zračenje, formirano od elemenata poz. 15, 12, 13 je dopunski i služi za testiranje i funkcionalnu kontrolu rada laserskog radara, kao i za podešavanje i fino podešavanje parametara rada laserskog radara direktno u radnom režimu detekcije i praćenja objekta u pokretu. . Prvih 10 i drugih 12 blokova frekvencijskog pomaka laserskog zračenja (LI) koriste se za kompenzaciju Doplerovog pomaka frekvencije primljenog laserskog zračenja reflektovanog od posmatranog pokretnog objekta. Prva 11 i druga 13 skenirajuća jedinica LI obezbeđuju kompenzaciju za neusklađenost valnih frontova primljenog i heterodinskog laserskog zračenja na optičkom ulazu prve fotodetektorske jedinice 4. Treba napomenuti da je prisustvo dva heterodina zračenja na ulaz prve fotodetektorske jedinice 4 ne smanjuje potencijal (osetljivost) prijema laserskog zračenja reflektovanog od posmatranog objekta, jer je veličina amplitude signala odgovarajuće međufrekvencije (otkucaja) na izlazu fotodetektora jedinica 4 je proporcionalna veličini navedenog primljenog laserskog zračenja i intenzitetu laserskog heterodinskog zračenja određenog laserskim lokalnim oscilatorom 8. Kao rezultat istovremenog registrovanja fotodetektorske jedinice 4 primljenog laserskog zračenja koje dolazi iz teleskopa 1, i lasersko zračenje iz laserskog lokalnog oscilatora 8 koje dolazi kroz elemente glavne grane poz. 14, 10, 11, na izlazu fotodetektorske jedinice 4 formira se signal srednje frekvencije f 1, koji ulazi u jedinicu spektralnog filtera 5, gdje se filtriranje i pojačavanje signala vrši u odgovarajućoj ćeliji filtera podešenoj na odgovarajuću vrijednost međufrekvencije električnog signala. Dalje, pojačani i digitalizovani signal sa izlaza bloka 5 ulazi u blok 6 za konačnu obradu i registraciju rezultata detekcije reflektovanog laserskog zračenja fotodetektorskim blokom 3 i fiksiranje vrednosti međufrekvencije f 1 brojem filtriranje ćelije signala srednje frekvencije u bloku spektralnog filtera 5. U ovom slučaju, fiksna vrijednost f 1 međufrekvencija određuje vrijednost radijalne brzine posmatranog objekta (duž nišanskog snopa), budući da je jednaka frekvenciji razlika između primljenog laserskog zračenja reflektovanog od objekta i heterodinskog laserskog zračenja koje ulazi na ulaz fotodetektorske jedinice 4 sa izlazne jedinice poz. 11 kroz ogledala 46, 47, 48. Ovo (glavno) heterodinsko zračenje ima frekvencijsku vrijednost jednaku zbroju frekvencije zračenja laserskog lokalnog oscilatora 8 i dodatnog pomaka frekvencije laserskog zračenja koji vrši prva jedinica pomaka frekvencije laserskog zračenja 10, koji radi na upravljačke signale sa izlaza kontrolne jedinice 6. Vrijednost razlike između frekvencija laserskog zračenja laserskog predajnika 7 i laserskog lokalnog oscilatora 8 kontinuirano mjeri jedinica za mjerenje frekvencije 9 i sa njenog izlaza ulazi u kontrolnu jedinicu 6, u kojoj su sve informacije o vrijednostima ​​od frekvencija laserskog zračenja koje generiše laserski predajnik 7 koji osvetljava objekat, formira se laserski lokalni oscilator 8, kao i informacija o vrednosti signala pomeranja frekvencije laserskog zračenja pomoću bloka 10 i vrednosti međufrekvencije f 1 signala na izlazu prvog fotodetektorskog bloka 4 (prema broju filtera u bloku spektralnog filtera 6 koji je filtrirao izlazni signal iz fotodetektorskog bloka 4). Na osnovu dobijenih informacija, blok 6 kontinuirano izračunava pomak frekvencije laserskog zračenja reflektovanog od posmatranog objekta u odnosu na frekvenciju svetlećeg laserskog zračenja i izračunava trenutnu radijalnu brzinu objekta koristeći dobro poznatu Doplerovu formulu. Dakle, jedinica laserskog pomaka frekvencije 10 vrši neki fiksni frekventni pomak laserskog zračenja generiranog laserskim lokalnim oscilatorom 8. Ovu vrijednost pomaka frekvencije postavlja kontrolna jedinica 6 i odabire se na način da srednja frekvencija signala f 1 na izlazu prve fotodetektorske jedinice 4 pada u mrežu fiksnih frekvencija filterske jedinice 5. Pri vrlo velikoj brzini kretanja posmatranog objekta, na primjer, pri praćenju svemirskih objekata, vrijednost frekvencije laserskog zračenja pomak je odabran dovoljno velik (reda nekoliko gigaherca), što osigurava efikasno praćenje objekata koji se brzo kreću. Jedinica za skeniranje laserskog zračenja 11 obezbeđuje uspostavljanje optimalnog ugla upada snopa laserskog heterodinskog zračenja na fotoosetljivo područje prve fotodetektorske jedinice 4. Skenirajuća jedinica 11, kao i slične jedinice poz. 13 i 18 izrađeni su na bazi akustooptičkih brzih skenera i daju preciznu dvokoordinatnu promjenu smjera širenja laserskog heterodinskog zračenja na izlazu jedinica za skeniranje nezavisno u dvije ravni okomite jedna na drugu, svaka od kojih je također okomita na ravninu fotoosjetljivog područja prve fotoprijemne jedinice 4. Dodatno, može se primijetiti da jedinice za skeniranje 11 i 13 mijenjaju smjer širenja heterodinskog laserskog zračenja koje upada na fotoosjetljivo područje fotodetektorsku jedinicu 4 u odnosu na prvu optičku osu normalnu na ravan fotoosetljive oblasti fotodetektorske jedinice 4. Normalni standardni smjer širenja laserskog heterodinskog zračenja na izlazu jedinice za skeniranje 11 i, shodno tome, na ulazu fotoprijemne jedinice 4, paralelan je i poklapa se s prvom optičkom osi, u kojoj se zračenje heterodinskog lasera sa izlaza jedinice za skeniranje 11 pada normalno (okomito) na fotoosjetljivo područje fotodetektorskog bloka 4 nakon refleksije od prozirnog ogledala 48. U jedinici za skeniranje 11 u ovom trenutku su fiksirani kontrolni parametri koji obezbjeđuju specificiranu normalnu incidencu heterodinsko lasersko zračenje na fotoosetljivoj površini fotodetektorske jedinice 4. Istovremeno, kontrolni parametri iz kontrolne jedinice 6 su fiksirani u jedinici pomeranja frekvencije 10, obezbeđujući određenu zadatu vrednost međufrekvencije signal na izlazu prve fotodetektorske jedinice 4, koji se dovodi na ulaz spektralne filterske jedinice 5. Time se osigurava standardni radni režim laserskog lokatora baziran na heterodinu. o načinu prijema laserskog zračenja reflektovanog od posmatranog objekta. U isto vrijeme, druga grana formiranja drugog heterodinskog zračenja, koja sadrži elemente poz. 15, 12 i 13 generiše drugi signal heterodinskog laserskog zračenja takođe zasnovan na laserskom zračenju koje generiše laserski heterodin 8 i koji se dovodi na ulaz ovih elemenata sa izlaza laserskog heterodina 8 kroz prozirno ogledalo 43. Druga jedinica laserske frekvencije 12 daje takvu vrijednost pomaka, kada je vrijednost međufrekvencije signala na izlazu fotodetektorske jedinice 4 jednaka određenoj vrijednosti f 2 i značajno se razlikuje od prve međufrekvencije f 1 , što omogućava njihovo filtriranje odvojeno u filterskoj jedinici 6 i naknadnom zasebnom obradom u kontrolnoj jedinici 6. Spektralna filterska jedinica 5 obezbjeđuje set električnih filtera za filtriranje i naknadno pojačavanje signala srednje frekvencije u određenom spektralnom opsegu u području druge međufrekvencije f 2 . Ovi spektralni električni filteri su dizajnirani da primaju i obrađuju naznačene signale otkucaja (fotomiks) primljenog laserskog zračenja i drugog heterodinskog laserskog zračenja formiranog od druge grane elemenata poz. 15, 12 i 13 i ulaze u fotoosjetljivo područje prve fotoprijemne jedinice 4 sa izlaza jedinice 13 kroz prozirna ogledala 47 i 48. U trenutku prijema lasersko zračenje se odbija od posmatranog objekta, pomoću drugog lasera jedinica za skeniranje zračenja 13 na komande upravljačke jedinice 6 dolazi do periodične promjene smjera širenja navedenog drugog heterodinskog laserskog zračenja u odnosu na smjer prve optičke ose, odnosno u odnosu na normalu na ravan fotoosjetljiva oblast fotoprijemne jedinice 4. Promjena smjera širenja drugog heterodinskog laserskog zračenja vrši se pomoću dvokoordinatnog skenera 13 u dva okomita smjera u odnosu na normalu na ravan fotoosjetljivog područja fotoprijemne jedinice 4. Kao rezultat toga, ugao neusklađenosti između smjera (vektora) prostiranja primljenog laserskog zračenja i drugog heterodinskog zračenja kada padnu na fotoosjetljivo područje fotoprijemne jedinice 4. Kao rezultat toga, na izlazu fotoprijemne jedinice 4, a formira se drugi signal srednje frekvencije f 2 čija amplituda odražava kontinuiranu promjenu ugla neusklađenosti između smjera primljenog laserskog zračenja i smjera prostiranja drugog heterodinskog laserskog zračenja. U nedostatku takve neusklađenosti, odnosno pri nultom kutu navedene neusklađenosti i paralelnosti vektora propagacije primljenog i drugog heterodinskog laserskog zračenja, nivo (amplituda) signala druge međufrekvencije na izlaz fotodetektorske jedinice 4 će težiti najvišoj vrijednosti. U ovom slučaju, vrijednost nivoa signala prve međufrekvencije f 1 na izlazu prve fotoprijemne jedinice 4 ostaje nepromijenjena zbog činjenice da je smjer vektora širenja prvog heterodinskog laserskog zračenja na izlazu prva jedinica za skeniranje 11 je također nepromijenjena i fiksirana zbog fiksnog kontrolnog signala dostavljenog jedinici za skeniranje 11 s izlazom kontrolne jedinice 6. U skladu s tim, ugao neusklađenosti između vektora propagacije primljenog laserskog zračenja i prvog heterodinskog lasera zračenja, formirana od elemenata prve grane poz. 14, 10, 13. Tako se u upravljačkoj jedinici 6 kontinuirano generiraju informacije o vrijednostima signala dvije međufrekvencije f 1 i f 2 dobijenih na izlazu prve fotodetektorske jedinice 4 kao rezultat interakcija (otkucaja) primljenog laserskog zračenja i prvog i drugog heterodinskog laserskog zračenja. Ova dva signala srednjih frekvencija f 1 i f 2 dobivena iz istog primljenog laserskog zračenja i razlikuju se samo po prirodi promjene ugla neslaganja između vektora primljenog laserskog zračenja i prvog i drugog heterodinskog laserskog zračenja. Inače, parametri signala prve i druge međufrekvencije su isti. Signal prve međufrekvencije dobijen je sa istim smjerom vektora širenja prvog heterodinskog laserskog zračenja i, shodno tome, sa istim naznačenim uglom neusklađenosti. Veličina ovog prvog signala srednje frekvencije uzima se kao osnova za poređenje. Signal druge međufrekvencije dobijen je u uslovima kontinuirane promene smera vektora širenja drugog heterodinskog laserskog zračenja, i, shodno tome, uz kontinuiranu promenu zadatog ugla neusklađenosti vektora primljenog i drugog heterodina. lasersko zračenje. Upravljačka jedinica 6 kontinuirano upoređuje promjenu amplitude (nivoa) signala druge međufrekvencije u odnosu na nivo signala prve međufrekvencije u isto vrijeme sa istim primljenim laserskim zračenjem i istim nivoom generiranog lasersko zračenje lokalnog oscilatora. Razlika između uslova za dobijanje signala prve i druge međufrekvencije je samo razlika u nivoima naznačenih uglova neslaganja vektora primljenog i heterodinskog laserskog zračenja. Stoga, kada nivo signala druge međufrekvencije premaši nivo signala prve međufrekvencije u nekom trenutku i na određenoj vrijednosti smjera vektora širenja drugog heterodinskog laserskog zračenja u ovom trenutku, a U upravljačkoj jedinici 6 se donosi odluka da se postigne tačnije podudaranje valnih frontova primljenog i drugog heterodinskog laserskog zračenja, što rezultira relativnim povećanjem nivoa signala druge međufrekvencije na izlazu prve fotodetektorske jedinice 4 Zatim, kontrolna jedinica 6 generiše kontrolni signal koji ulazi u prvu jedinicu za skeniranje laserskog zračenja 11, kao rezultat toga jedinica za skeniranje 11 postavlja smjer vektora širenja laserskog zračenja na izlazu ove jedinice, slično smjeru vektor širenja drugog heterodinskog laserskog zračenja na izlazu druge jedinice za skeniranje 13 u vrijeme najveće vrijednosti nivoa drugog s signal međufrekvencije, u odnosu na nivo signala prve međufrekvencije. Ovaj novopronađeni smjer vektora prvog heterodinskog laserskog zračenja je fiksiran u prvoj jedinici za skeniranje laserskog zračenja 11. Druga jedinica za skeniranje laserskog zračenja 13 zatim nastavlja kontinuiranu promjenu u vremenu smjera vektora širenja laserskog zračenja na izlazu bloka 13 u odnosu na novopronađeni smjer vektora širenja laserskog zračenja u horizontalnom i vertikalnom smjeru (ravnini). Može se tvrditi da je na osnovu dvije grane formiranja prvog i drugog heterodinskog laserskog zračenja, prve fotodetektorske jedinice 4 i kontrolne jedinice 6, stvoren sistem za automatsko praćenje i kontrolu ugla neusklađenosti vektora propagacije. implementirano je primljeno i heterodinsko lasersko zračenje, čime se postavlja optimalni (minimalni) ugao neusklađenosti u heterodinskom metodu primanja laserskih radarskih signala. Navedeno praćenje nivoa neusklađenosti primljenog laserskog zračenja i dva heterodina laserska zračenja vrši se dalje kontinuirano i konstantno prilikom prijema i praćenja posmatranog objekta koji se kreće. Prvi i drugi 14 i 15 kontrolirani atenuatori služe za izjednačavanje vrijednosti (intenziteta) prvog i drugog heterodinskog laserskog zračenja na fotoosjetljivom području prve fotodetektorske jedinice 4.

Istovremeno sa kontrolom ugla neusklađenosti primljenog i heterodinskog laserskog zračenja u laserskom lokatoru, vrši se automatsko podešavanje i praćenje vrednosti međufrekvencije otkucaja formirane tokom interakcije primljenog i heterodinskog laserskog zračenja u prvoj fotodetektorskoj jedinici 4. Za obavljanje ove funkcije koristi se akusto-optički modulator 19, koji zajedno sa drugim sočivom 20 vrši spektralnu analizu u realnom vremenu međufrekventnih električnih signala koji dolaze sa izlaza prve fotodetektorske jedinice 4 u koherentnom svjetlu zračenje koje dolazi sa izlaza laserskog lokalnog oscilatora 8 preko prozirnog ogledala 44 i reflektivnog ogledala 59 na optički ulaz akusto-optičkog modulatora 19. Električni signal sa izlaza prve fotodetektorske jedinice 4 (sa jednog od centralnih fotosenzitivnih elemenata) ulazi u kontrolnu elektrodu akustooptičkog modulatora 19 preko upravljačke jedinice ovog o modulatoru 29. U akustooptičkom modulatoru 19, akustični ultrazvučni talas se pobuđuje pod uticajem električnog signala pojačanog u bloku 29, primljenog sa izlaza fotodetektorskog bloka 4 i koji sadrži generisane signale prvog i drugog međuprodukta frekvencije. Optički ulaz akusto-optičkog modulatora 19 prima monohromatski snop laserskog zračenja sa izlaza laserskog lokalnog oscilatora 8 kroz prozirno ogledalo 44 i reflektivno ogledalo 59. drugog sočiva 20, formira se snop laserskog zračenja, moduliran električnim signalom sa izlaza prve fotodetektorske jedinice 4. Objektiv 20 vrši optičku Fourierovu transformaciju u koherentnoj svjetlosti laserskog zračenja laserskog heterodina 8 i formira prostorni spektar moduliranog laserskog zraka u fokalnoj ravni. sočiva 20, poravnato sa ravninom kontrolisanog prostornog filtera 22 i istovremeno kombinovano sa fotoosetljivom površinom trećeg fotodetektorskog bloka 27. Formirani prostorni spektar čita treći fotodetektorski blok 27 i h Preko njega kontrolna jedinica 28 ulazi u upravljačku jedinicu 6. Istovremeno se vrši prostorno filtriranje formiranog prostornog spektra pomoću kontrolisanog prostornog filtera 22. Prostorni spektar modulisanog laserskog snopa formiranog u realnom vremenu je dva spektralna reda koja odgovaraju dvama signalima srednjih frekvencija f 1 i f 2 nastalim na izlazu prve fotodetektorske jedinice 4 kao rezultat interakcije primljenog laserskog zračenja i dva heterodina laserskog zračenja. Upravljani prostorni filter 22 na upravljačkim signalima sa izlaza kontrolne jedinice 6 na optički ulaz trećeg sočiva 23 prenosi samo distribuciju zračenja bilo kojeg spektralnog reda, što odgovara, na primjer, signalu prve međufrekvencije f 1 . Također je moguće filtrirati i isključiti neke komponente šuma i smetnji koje prate ili se nalaze u blizini i zajedno sa signalom prve međufrekvencije. (Slično za drugu međufrekvenciju). Zatim se operacija inverzne transformacije (transformacije) filtrirane distribucije zračenja prve međufrekvencije u električni signal za ulaz u upravljačku jedinicu 6 izvodi pomoću druge fotodetektorske jedinice 25. Treće sočivo 23 vrši inverznu Fourierovu transformaciju u koherentnoj svjetlosti i formira u fokalnoj ravni sočiva 23 distribuciju laserskog snopa, u kojoj se druga komponenta signala s drugom međufrekvencijom filtrira (isključuje) pomoću kontroliranog prostornog filtra 22, a nešto šuma i ometajuće komponente u signalu prve međufrekvencije su također isključene. Kontrolisani prostorni filter 22 obavlja funkciju dinamičke transmisivne dijafragme (prozora), koja prenosi distribuciju svetlosnog snopa koji odgovara signalu prve međufrekvencije f 1 . Istovremeno, treći heterodinski laserski snop sa izlaza laserskog heterodina 8, dodatno formiran korišćenjem treće grane elemenata za formiranje heterodinskog laserskog zračenja, poz. 16, 17, 18. Ovaj laserski snop ulazi u optički ulaz (fotoosjetljivo područje) fotodetektorske jedinice 25 kroz reflektirajuće ogledalo 45 i prozirno ogledalo 24. formira se u realnom vremenu filtriran električni signal koji sadrži informacije koje odgovaraju prethodno sadržanim informacijama u signalu prve međufrekvencije f 1 na izlazu prve fotodetektorske jedinice 4. U ovom slučaju frekvencija (centralna) ovog signala određena je i vrijednošću prve međufrekvencije f 1 i vrijednošću zadatog pomaka frekvencije laserskog zračenja f 3 u trećem bloku pomaka frekvencije LI 17, koji se postavlja kontrolnim signalom sa izlaza kontrolne jedinice 6. Ova frekvencija signala otkucaja na izlazu fotodetektorske jedinice 25 jednaka je zbiru frekvencija f 1 +f 3 , gdje je f 3 vrijednost specificirane podesivi pomak frekvencije laserskog zračenja u jedinici 17. Upravljačka jedinica 6 kontinuirano generiše informaciju o trenutnoj vrijednosti frekvencije signala prve međufrekvencije koja dolazi sa izlaza trećeg fotodetektorskog bloka 27 preko njegove upravljačke jedinice 28. vrijednost ove frekvencije jednaka je udaljenosti od centra fokalne ravni (fokus sočiva 20) pozicije prvog reda difrakcije - oznake iz signala srednje frekvencije u prostornom spektru primljenog laserskog zraka formiranog u ravni. fotoosjetljivog područja fotoprijemne jedinice 27 20. Položaj u fokalnoj ravni ovog reda difrakcije se stalno mijenja, što odražava promjenu (fluktuacije) brzine posmatranog objekta. Upravljačka jedinica 6 kontinuirano generira, prema navedenim informacijama, upravljački signal koji ulazi u treću jedinicu pomaka frekvencije LI 17, koja obezbjeđuje kompenzaciju za trenutne promjene frekvencije signala filtriranog u kontroliranom prostornom filteru 22 i pretvorenog u električni signal na izlazu druge fotodetektorske jedinice 25. Kao rezultat toga, signal specificirane frekvencije na izlazu druge fotodetektorske jedinice 25 ostaje nepromijenjen i jednak je vrijednosti radne frekvencije filtriranja f 4 u jednoj od uskopojasnih spektralnih električni filteri u drugoj spektralnoj filterskoj jedinici 26.

f 1 +f 3 =f 4 = konst.

Tako je implementiran sistem automatske kontrole i praćenja promjena frekvencije primljenog signala, zbog doplerovih pomaka frekvencije primljenog laserskog zračenja. Takav sistem omogućava stabilizaciju u okviru potrebnih frekvencijskih granica primljenog informacijskog signala i omogućava dalje filtriranje i obradu ovog signala pomoću uskopojasnog filtera u drugom bloku spektralnih filtera 26, koji prima trenutni primljeni signal sa stabilizovanom središnjom frekvencijom. sa izlaza druge fotoprijemne jedinice 25 koja očitava ovaj signal.Signal filtriran u uskopojasnom električnom filteru 26 dalje se dovodi na ulaz kontrolne jedinice 6 radi dalje analize. Upotreba navedenog sistema za praćenje i stabilizaciju međufrekvencije primljenog informacijskog signala omogućava filtriranje signala u drugom bloku spektralnih filtera 26 pomoću posebnih uskopojasnih električnih filtera, čija bi upotreba bila nemoguća bez ovoga sistem za praćenje trenutnih promjena u međufrekvenciji primljenog informacijskog signala. Ovo omogućava povećanje verovatnoće ispravne detekcije (detektivnosti) tokom završne obrade i analize primljenih informacija u kontrolnoj jedinici 6. Prilikom praćenja frekvencije primljenog informacionog signala promenom (kontrolisanjem) veličine laserskog zračenja pomak frekvencije u jedinici pomaka frekvencije LI 17 u trećoj jedinici za skeniranje LI 18 mijenja smjer vektora širenja laserskog zračenja kako bi odgovarao valnim frontovima laserskog zračenja koje pada na fotoosjetljivo područje druge fotodetektorske jedinice 25, i to: modulirano lasersko zračenje sa izlaza akusto-optičkog modulatora 19 i treće heterodinsko lasersko zračenje sa izlaza bloka 18. Informacija o potrebnoj vrednosti optimalnog upadnog ugla navedenog trećeg heterodinskog laserskog zračenja dobija se u kontrolnoj jedinici. 6 na osnovu veličine pomaka reda difrakcije od signala prve međufrekvencije u odnosu centar ravni kontrolisanog prostornog filtera 22 i, shodno tome, centar fotosenzitivnog područja treće fotodetektorske jedinice 27. Ovu informaciju čita treća fotodetektorska jedinica 27, a zatim se kontinuirano dovodi sa izlaza njene kontrole jedinica 28 do upravljačke jedinice 6, u kojoj se generišu potrebni upravljački signali, treća jedinica za skeniranje laserskog zračenja 18. U predloženom laserskom radaru moguće je implementirati i drugi način praćenja i kompenzacije promjena vrijednosti međufrekvencije primljenog informacijskog signala, pri čemu se povratni signal generira u upravljačkoj jedinici 6 za kontrolu i kompenzaciju frekvencije. varijacije se unose na kontrolni ulaz prve jedinice laserskog pomaka frekvencije 10, kao rezultat koji stabilizuje prvu međufrekvenciju primljenog signala na izlazu prve fotodetektorske jedinice 4. U ovom slučaju, vrijednost kontrole pomaka frekvencije signal se utvrđuje u kontrolnoj jedinici 6 na osnovu merenja promene trenutne vrednosti druge međufrekvencije prema informacijama koje se u kontrolnu jedinicu 6 dostavljaju od treće fotodetektorske jedinice 27. Takođe je moguće istovremeno pratiti promene vrednosti međufrekvencije primljenog informacijskog signala primjenom kontrolnog signala sa izlaza kontrolne jedinice 6 na kontrolni ulaz prve jedinice pomaka frekvencije LI 10 i n i upravljački ulaz trećeg bloka pomaka frekvencije LI 17. U ovom slučaju implementiran je dvopetlji sistem dinamičke kompenzacije za promjene međufrekvencije, što omogućava da se obezbijedi posebno visoka tačnost praćenja i kompenzacije fluktuacija frekvencije. primljenog informacionog signala na ulazu drugog bloka spektralnih filtera 26, što omogućava upotrebu specijalnih uskopojasnih filtera i poboljšava detektivnost i efikasnost laserskog radara u uslovima spoljašnjeg pozadinskog osvetljenja i smetnji. Treba napomenuti da signal kontrole pomaka frekvencije laserskog zračenja formiran u upravljačkoj jedinici 6 i doveden na upravljački ulaz treće jedinice frekvencije LI 17 sadrži važna informacija o dinamici promjena brzine kretanja promatranog svemirskog objekta i može se koristiti za analizu stanja i prirode kretanja ovog objekta u svemirskoj orbiti. Akusto-optički modulator 19 i sočivo 20, prilikom formiranja na fotoosetljivoj oblasti trećeg fotodetektorskog bloka 27, prostornog spektra informacionog signala sa izlaza prvog fotodetektorskog bloka 4, istovremeno obavljaju važnu funkciju testiranja i kontrole. način rada prijemnog kanala laserskog radara, koji uključuje sam prvi fotodetektorski blok 4 i formacijske elemente prvog i drugog heterodinskog laserskog zračenja poz. 8, 10-13. To je zbog činjenice da se na izlazu fotoprijemne jedinice 4, osim informacijskih signala prve i druge međufrekvencije, formira i signal udaranja (fotomiks) prvog i drugog heterodinskog laserskog zračenja, frekvencija od čega je jednaka razlici frekvencija naznačenog prvog i drugog heterodina LI. Spektralnu oznaku iz ovog signala otkucaja dva laserska heterodina zračenja u obliku dodatnog reda difrakcije formiranog od sočiva 20 čita treća fotodetektorska jedinica 27 i preko jedinice 28 ulazi u kontrolnu jedinicu 6 za naknadno kontinuirano praćenje određenog otkucaja. frekvencija, jednaka udaljenosti ovog reda difrakcije od središta uzorka difrakcionog spektra koji se poklapa sa centrom fotoosjetljivog područja fotoprijemne jedinice 27. Nivo ovog reda difrakcije proporcionalan je intenzitetima prvog i drugog heterodinsko lasersko zračenje. Kada se ugao između vektora širenja prvog i drugog heterodinskog zračenja promeni, ovaj nivo se menja. U ovom slučaju, frekvencije prvog i drugog heterodinskog laserskog zračenja na izlazima jedinica za pomak frekvencije LI 10 i 12 su odabrane tako da je njihova razlika manja od onih dobijenih na izlazu prve fotodetektorske jedinice 4 prvog i druge međufrekvencije kako bi se izbjegla superpozicija signala naznačenih otkucaja iz laserskog heterodinskog zračenja i signala navedenih prve i druge međufrekvencije. U praksi, ovaj uslov se lako zadovoljava odgovarajućim izborom vrednosti pomaka laserskog heterodinskog zračenja u jedinicama pomeranja frekvencije LI 10 i 12. koje su povezane sa primljenim laserskim zračenjem od posmatranog objekta i ne zahtevaju prisustvo reflektovanog signale sa objekta za određivanje stanja normalnog rada laserskog radara. Ovo je važan faktor u povećanju efikasnosti i pouzdanosti laserskog radara. Predloženi laserski lokator pruža dodatnu priliku za povećanje otpornosti na buku i povećanje efikasnosti u uslovima visokog nivoa vanjske pozadinske buke i osvjetljenja koji se javljaju pri radu danju u blizini snažnog izvora optičkog zračenja, na primjer, prilikom praćenja objekta čiji se slika se nalazi u blizini solarnog diska. Prvo, kada se radi danju, pomoću akustooptičkog modulatora 19, sočiva 20 i treće fotodetektorske jedinice 27, na ulazu teleskopa 1 formira se prostorni spektar opšte pozadine, usmjeren na datu oblast ​​prostor koristeći pokazivačku jedinicu 2. Pozadinski spektar se formira u ravni fotoosjetljivog područja fotodetektorske jedinice 27, poravnato sa fokalnom ravninom sočiva 20 pomoću prvog prozirnog ogledala 21. U ovom slučaju, prijem signala sa izlaza prve fotodetektorske jedinice 4 vrši se u opsegu prethodno odabranih prve i druge međufrekvencije na odgovarajućim frekvencijama prvog i drugog heterodinskog laserskog zračenja generiranog od prvih 10 i drugih 12 LI blokova pomaka . Treba napomenuti da frekvencije ovih heterodinnih laserskih zračenja i odabrane međufrekvencije tokom prostornog filtriranja u kontrolisanoj prostornoj filterskoj jedinici 22, kao i ukupan radni opseg modulirajućih ulaznih frekvencija u akustooptičkom modulatoru 19 određuju spektralni opseg ulaznog laserskog zračenja snimljenog u režimu heterodinskog prijema od strane fotodetektorske jedinice 4 i koji odgovara talasnoj dužini (opsegu) osvjetljavajućeg laserskog zračenja generiranog od laserskog predajnika 7. Informacije o ukupnom spektru pozadinskog zračenja u navedenom opsegu Odabrana radna frekvencija laserskog predajnika dolazi sa izlaza treće fotodetektorske jedinice 27 preko jedinice 28 do upravljačke jedinice 6, gdje se analizira nivo pozadinske buke i donosi odluka o korištenju dodatnog dinamičkog spektralnog filtera poz.30, koji vrši uskopojasno filtriranje laserskog zračenja koje prima teleskop 1 prije njega zračenje na optički ulaz (fotoosjetljivo područje) prve fotoprijemne jedinice 4. Da bi se to učinilo, na komande kontrolne jedinice 6, jedinica za pomicanje 34 ubacuje prvo i drugo udaljeno ogledalo 32 i 33 u optičku putanju kao što je prikazano na Fig. 1. U ovom slučaju, lasersko zračenje sa optičkog izlaza teleskopa 1 sada ulazi u ulaz prvog sočiva 1 ne direktno, već nakon prolaska kroz dinamički spektralni filter 30. Kao rezultat refleksije od ogledala 32 i 35 , primljeno lasersko zračenje prelazi na ulaz dinamičkog spektralnog filtera 30. Nakon uskopojasnog spektralnog filtriranja LI sa izlaza spektralnog filtera 30, zračenje ulazi na ulaz sočiva 3 nakon refleksije od ogledala 36 i 33. Talasna dužina (frekvencija) uskopojasnog filtriranja primljenog laserskog zračenja u dinamičkom spektralnom filteru 30 kontroliše se signalom sa izlaza kontrolne jedinice 6 i odgovara talasnoj dužini laserskog zračenja koje generiše laserski predajnik 7. , uzimajući u obzir moguće promjene u vrijednosti Doplerovog pomaka frekvencije laserskog zračenja reflektovanog od pokretnog objekta. Kao rezultat uskopojasnog filtriranja primljenog laserskog zračenja u dinamičkom spektralnom filteru 30, pozadinsko interferentno zračenje se prekida i nivo intermodulacione smetnje buke na izlazu prve fotoprijemne jedinice 4 se smanjuje kada ona radi u heterodinu. način prijema laserskog zračenja reflektovanog od objekta osvijetljenog laserskim zračenjem od laserskog predajnika 7, što omogućava povećanje vjerovatnoće ispravne detekcije i povećanje efikasnosti laserskog radara u uslovima visokog nivoa spoljašnje pozadinske buke. Istovremeno, dinamički spektralni filter 30 blokira prijemni opseg kanala zrcalne frekvencije, koji se formira u optičkom heterodinskom prijemniku na isti način kao u superheterodinskom radio prijemniku. Isključivanje prijema pozadinske buke frekvencije prijema zrcala dodatno povećava otpornost na buku i efikasnost predloženog laserskog radara. Prvo i drugo ogledalo za skeniranje 35 i 36 obezbeđuju tačno visi optičku ose kada se dinamički spektralni filter 30 uvede u prijemnu optičku putanju laserskog radara. Da bi se to postiglo, pod uticajem kontrolnih signala koji dolaze do ovih ogledala iz kontrolne jedinice 31 ogledala za skeniranje, ova potonja menjaju u malom opsegu smer zračenja reflektovanog od ogledala kako bi se tačno utvrdio smer izlaznog zračenja iz ogledala. teleskop na ulaz filtera 30 i izlazno zračenje iz filtera 30 na ulaz sočiva 3 Istovremeno fino podešavanje prijemnog optičkog kanala i optičkih elemenata koji obezbeđuju prijem laserskog zračenja reflektovanog od objekta se izvodi u posebnom režimu podešavanja laserskog lokatora, u kojem se vanjski kutni reflektor 37 uvodi u optički prijemno-predajni put pomoću jedinice za pomicanje kutnog reflektora 38, kao što je prikazano na Sl. 1. U ovom slučaju, laserski predajnik 7 se prebacuje u režim generisanja minimalnog nivoa zračenja. Istovremeno kontrolisani atenuator 58 vrši dodatno slabljenje laserskog zračenja od predajnika 7 do nivoa koji vam omogućava da registrujete zračenje bez preopterećenja prve fotodetektorske jedinice 4. Ugaoni reflektor 37 vraća na ulaz teleskopa 1 deo generisanog laserskog zračenja tačno u pravcu ose dijagrama zračenja ovog zračenja usmerenog teleskopom 1 pomoću pokazivačkog bloka prema posmatranom objektu. Nadalje, kontrolno lasersko zračenje formirano od ugaonog reflektora 37 snima fotoprijemna jedinica 4, koja ima fotoosjetljivu oblast od četiri elementa. Uz pomoć prvog i drugog ogledala za skeniranje 35, 36, os generiranog kontrolnog laserskog zračenja se vodi do centra fotoosjetljivog područja prve fotodetektorske jedinice 4. fotoosjetljivo područje fotoprijemne jedinice 4 Ovim se završava faza podešavanja dinamičkog spektralnog filtera 30 koji se uvodi u prijemni put laserskog lokatora. spektralni filter 30.

Ako se u gore navedenom režimu pozadinske analize detektuje značajan nivo pozadinske buke u opsegu laserskog zračenja koje generiše laserski predajnik 7, u predloženom laserskom lokatoru moguće je preći na drugu talasnu dužinu ili drugi opseg talasnih dužina, za koji je potrebno moguće je koristiti laserski predajnik i laserski lokalni oscilator sa podešavanjem generiranih valnih dužina laserskog zračenja. Istovremeno, istovremeno sa podešavanjem talasnih dužina laserskog zračenja generisanog u laserskom predajniku i laserskom lokalnom oscilatoru, vrši se odgovarajuće dinamičko podešavanje talasne dužine filterskog i prijemnog opsega u dinamičkom spektralnom filteru 30, kao kao i odabir i uspostavljanje potrebnih pomaka frekvencije u blokovima pomaka frekvencije LI 10 i 12 i postavljanje potrebnih uglova upada heterodinskog laserskog zračenja na fotoosjetljivo područje prve fotodetektorske jedinice 4. Time se ostvaruje optimalno najefikasnije način rada laserskog radara u odabranom opsegu prijema laserskih lokacijskih signala i zračenja uz minimalni nivo vanjskog pozadinskog osvjetljenja i smetnji.

U predloženom laserskom lokatoru, jednu od važnih funkcija obavljaju jedinice laserskog pomaka frekvencije poz. 10, 12 i 17. Na Sl. 2 prikazuje blok dijagram takve jedinice laserskog pomaka frekvencije zasnovane na akustooptičkoj ćeliji 52 koja modulira lasersko zračenje koje prolazi kroz ćeliju. Optički ulaz akusto-optičke ćelije 52 (slika 2) kroz ulazni otvor 51 prima lasersko zračenje koje generiše laserski lokalni oscilator 8 i dovodi (vidi sliku 1) kroz prozirno ogledalo 42 i prvi kontrolisani atenuator 14 do ulaz jedinice za pomak frekvencije LI poz. 10. Prilikom prolaska kroz akustooptičku ćeliju 52, lasersko zračenje stupa u interakciju sa ultrazvučnim talasom određene frekvencije, pobuđenim u ovoj ćeliji pomoću posebnog piezoelektričnog elementa 60, koji je u kontaktu sa kristalom akustooptičke ćelije. 52. Kao rezultat ove interakcije, na izlazu akusto-optičke ćelije 52 formira se snop laserskog zračenja, frekvencije koja je pomjerena za vrijednost frekvencije ultrazvučnog talasa u akusto-optičkoj ćeliji, frekvenciju od čega se određuje i postavlja u upravljačkoj jedinici 53 ove akusto-optičke ćelije. Uz pomoć prvog sočiva 54, generirani laserski snop sa frekvencijom pomjerenom za zadatu vrijednost, koja je određena u bloku 53 naredbama kontrolne jedinice 6, usmjerava se u ravan otvora 55, koji se nalazi striktno na optičkoj osi. ovog bloka LI pomaka frekvencije. Ova rupa ima prečnik prolazne rupe od 0,2-0,4 mm. Termin "točka" je uslovan i odražava mali prečnik otvora dijafragme. Drugo sočivo 56 proširuje laserski snop filtriran pomoću aksijalne otvore dijafragme 55 do izlazne dijafragme 57. Dijafragma 55 se nalazi u prednjoj fokalnoj ravni sočiva 56. duž optičke ose bloka i ima pomaknutu frekvenciju laserskog zračenja tačno frekvencijom ultrazvučnog talasa, koju akustooptička ćelija postavlja u kontrolnoj jedinici 53 prema kontrolnom signalu koji dolazi iz kontrolne jedinice 6. Dakle, u jedinicama LI pomeranja frekvencije, kontrolisan pomak frekvencije propuštanje laserskog zračenja za vrijednost pomaka specificirane u upravljačkoj jedinici 6 bez promjene smjera širenja ovog zračenja. Akustooptička ćelija 52 radi u režimu Braggove difrakcije, u kojem se na izlazu ćelije formira samo jedan difraktirani laserski snop u koji se upumpava sva energija laserskog zračenja koja stiže u ćeliju. Tokom interakcije laserskog zračenja sa akusto-optičkim ultrazvučnim talasom u ćeliji 52, mijenja se smjer širenja laserskog zraka koji izlazi iz ćelije. Zbog toga je dijafragma 55 pomjerena iz žarišne točke prvog sočiva 54, uslijed čega dio generiranog zračenja sa pomjerenom frekvencijom laserskog zračenja uvijek ulazi u dijafragmu. Da bi se eliminisao efekat promene smera širenja laserskog zračenja, uz pomeranje njegove frekvencije, moguće je koristiti i difuzni reflektor koji formira široki dijagram zračenja upadnog laserskog zračenja sa pomerenom frekvencijom zračenja, iz koje zračenje se zatim emituje pomoću pinhole dijafragme, šireći se striktno duž optičke ose bloka laserskog pomaka frekvencije. U monografiji je detaljno opisan rad akustooptičke ćelije u kojoj se ostvaruje frekventni pomak laserskog zračenja. Frekvencijski pomak laserskog zračenja može se izvesti iu pozitivnom iu negativnom smjeru. Treba napomenuti da je metoda pomaka frekvencije koja se koristi u jedinicama LR pomaka frekvencije zasnovana na akusto-optičkoj interakciji laserskog zračenja u akusto-optičkoj ćeliji vrlo precizna, budući da je vrijednost pomaka određena direktno frekvencijom kontrolnog signala. u kontrolnoj jedinici 53 akustooptičke ćelije, u kojoj se određena frekvencija postavlja sa velikom preciznošću pomoću posebnog sintetizatora frekvencije, koji je dio ove kontrolne jedinice 53. Treba napomenuti i veliku brzinu ove metode, koja omogućava pomeranje LR frekvencije sa frekvencijom ponavljanja impulsa laserskog predajnika i praćenje promene međufrekvencije na izlazu prve fotodetektorske jedinice 4 pri posmatranju svemirskih objekata koji se brzo kreću. Treba napomenuti da se za pomicanje LR frekvencije mogu koristiti različiti fizički efekti, na primjer, moguće je koristiti nelinearnu interakciju optičkog zračenja u nelinearnim optičkim kristalima. Važnu funkciju u predloženom laserskom lokatoru obavljaju jedinice za skeniranje za lasersko zračenje poz. 11, 13 i 18. Ovi blokovi su napravljeni na bazi ćelija za odbijanje akustooptičkog laserskog zračenja - preciznih laserskih skenera za zračenje. Visoka tačnost skretanja postiže se u akusto-optičkim skenerima zbog činjenice da je kontrolni signal koji određuje ugao otklona laserskog zračenja ovdje električni signal koji pobuđuje akustični val u ćeliji čija se frekvencija postavlja s velikom preciznošću pomoću sintetizator frekvencije koji je dio ove jedinice za skeniranje laserskog zračenja. Istovremeno, jedinice za skeniranje zasnovane na akusto-optičkim ćelijama imaju veliku brzinu, koja je određena velikom brzinom širenja akustičnog talasa kroz akusto-optičku ćeliju. Treba napomenuti da pri promjeni smjera ugla širenja laserskog zračenja kroz jedinicu za skeniranje LI 11, 13 i 18 dolazi do određenog pomaka u frekvenciji laserskog zračenja, što je određeno frekvencijom primijenjenog kontrolnog signala. na akusto-optičku ćeliju ove jedinice za skeniranje. Da bi se kompenzirao ovaj pomak frekvencije odbijenog laserskog zračenja u prethodnom bloku pomaka frekvencije (na primjer, blok 10 prije bloka skeniranja 11), vrši se dodatni pomak frekvencije naprijed, ili glavni pomak frekvencije LI u bloku pomaka frekvencije 10 se vrši sa postojećim ili zadatim dodatnim pomakom frekvencije u naknadnom blok skeniranju laserskog zračenja 11. Tako su sekvencijalno instalirana jedinica laserskog pomeranja frekvencije 10 i jedinica za skeniranje laserskog zračenja 11, napravljene na bazi akustooptičkih ćelija, rade kao jedna jedinica (element) za pomeranje frekvencije i skeniranje laserskog zračenja pod kontrolom signala koji dolaze iz kontrolne jedinice 6 i obezbeđuju visoku tačnost u promeni frekvencije i smera širenja laserskog zračenja u zadatim granicama. Trenutno su razvijene akustootičke ćelije koje rade od bliskog ultraljubičastog do srednjeg infracrvenog opsega talasnih dužina, obezbeđujući pomak talasne dužine laserskog zračenja za oko 2 (dva) gigaherca, a kada se koristi nekoliko kaskada interakcije laserskog zračenja sa akustičnim talasa, obezbeđuju pomeranje frekvencije laserskog zračenja do 10 gigaherca, što je dovoljno da se kompenzuje Doplerov pomak tokom praćenja i laserske komunikacije sa svemirskim objektima. Kao jedinice za skeniranje laserskog zračenja moguće je koristiti i ogledala za skeniranje sa kontrolnim piezoelementima, sličnim onima koji se koriste za skeniranje ogledala poz. 35 i 36.

U laserskom lokatoru dinamički spektralni filter 30 je implementiran na bazi akustooptičke ćelije i piezoelektričnog elementa koji pobuđuje ultrazvučne talase određene frekvencije i intenziteta u akustooptičkoj ćeliji. Kao rezultat toga, samo lasersko zračenje prolazi na optički izlaz bloka 30 u datom uskom spektralnom opsegu određenom frekvencijom kontrolnog signala generiranog s visokom preciznošću korištenjem sintisajzera frekvencije uključenog u blok 30. U ovom slučaju postoji još neki dodatni kontrolisano pomeranje frekvencije primljenog laserskog zračenja koje prolazi kroz dinamički spektralni filter 30. Ovaj dodatni poznati pomak frekvencije primljenog LI se uzima u obzir i kompenzuje blokovima pomeranja frekvencije laserskog zračenja 10 i 12 kada ovi blokovi postavljaju određenu vrednost od pomak frekvencije generiranog heterodinskog laserskog zračenja naredbama upravljačke jedinice 6. Dakle, blokovi pomaka frekvencija laserskog zračenja 10 i 11 obavljaju dodatnu funkciju kompenzacije pomaka frekvencije primljenog laserskog zračenja kada ono prolazi kroz dinamičku spektralni filter 30. Osim toga, dinamički spektralni filter 30 sadrži specijalne kontrolna jedinica, koja uključuje sintetizator frekvencije koji obezbeđuje formiranje skupa kontrolnih električnih signala sa tačnom frekvencijskom vrednošću za pobuđivanje ultrazvučnih talasa sa date parametre, pružajući dinamičko filtriranje primljenog laserskog zračenja. Princip rada i karakteristike akustooptičkih ćelija koje se koriste u dinamičkim spektralnim filterima, akustooptičkim skenerima i frekventnim pomeračima opisani su u monografiji i brojnim publikacijama.

Kao blokovi spektralnih filtera 5 i 26 koriste se moderni električni uskopojasni filteri koji rade u rasponu od 0,1 do stotine megaherca. Istovremeno, filterske jedinice 5 i 26 imaju kompletan set spektralnih električnih filtera povezanih pojedinačno i posebno na svaku izlaznu elektrodu četvorostranog fotoosetljivog elementa fotodetektorskih jedinica poz. izlaz sistema za kompenzaciju promena frekvencije informacioni signal, koji osigurava da ovaj signal uđe u uski pojas odgovarajućeg filtera u bloku 26 u uslovima praćenja objekta koji se brzo kreće. Blok 26 sadrži određeni skup uskopojasnih spektralnih filtera podešenih na određeni broj fiksnih frekvencija električnog filtriranja, što omogućava uskopojasno filtriranje primljenih signala u određenom rasponu međufrekvencija, određen frekvencijom signala koji dolazi. od izlaza prvog fotodetektorskog bloka 4 do akustooptičkog modulatora 19, i frekvencije laserskog zračenja generisane na izlazu bloka pomeranja frekvencije laserskog zračenja 17. Blokovi 5 i 26 sadrže i elektronska pojačala i niz sredstava za digitaliziranje pojačanih i filtriranih signala za unos informacija u upravljačku jedinicu 6. Blokovi 5 i 26 mogu sadržavati i demodulatore primljenih električnih visokofrekventnih signala (RF detektore) prilikom izvođenja različitih algoritama za obradu primljenih laserskih signala lokacije i laserskih svemirskih komunikacijskih signala. Blok spektralnih filtera 5 sadrži skup električnih filtara sa fiksnim propusnim opsegom, podešenih na niz frekvencija (međufrekvencija), u području prve međufrekvencije i druge međufrekvencije. Blok spektralnih filtera 5 sadrži i set odgovarajućih električnih pojačala i analogno-digitalnih pretvarača koji digitalizuju pojačane i filtrirane električne signale za ulaz u upravljačku jedinicu 6, koja je specijalizovani multifunkcionalni računar.

Kao upravljačka jedinica 6, koja upravlja svim jedinicama i elementima laserskog radara, kao i obrađuje informacije koje dolaze iz fotodetektorskih jedinica i jedinice za mjerenje frekvencije 9, koristi se multifunkcionalni elektronski računar visokih performansi, opremljen odgovarajućim interfejsima koji obezbeđuju paralelna komunikacija sa jedinicama i elementima laserskog lokatora. Upravljačka jedinica 6 također uključuje displej za prikaz informacija i upravljačku ploču operatera.

Pokazivačka jedinica 2 usmjerava os teleskopa 1 in dati poen posmatranog prostora i naknadno praćenje detektovanog pokretnog objekta. Blok 2 je napravljen na bazi kontrolisanih koračnih motora. Koračni elektromotori se također koriste u jedinici za kretanje 34 i u jedinici za kretanje 38 udaljenog kutnog reflektora 37.

Jedinica za mjerenje frekvencije 9 je standardna, slična onoj korištenoj u prototipu, i sadrži fotodetektor na čiji ulaz prima lasersko zračenje od laserskog predajnika 7 i laserskog lokalnog oscilatora 8. Iz izlaza ovog fotodetektora se signal otkucaja na međufrekvenciji se pojačava, digitalizira i digitalno dovodi u upravljačku jedinicu 6, gdje se konačno mjerenje međufrekvencije (diferencijalne) otkucaja laserskog predajnika i lokalnog oscilatora vrši, na primjer, brojanjem impulsa u fiksnom periodu od vremena. Kada se otkrije promjena frekvencije zbog frekventne nestabilnosti predajnika ili lokalnog oscilatora, vrijednost pomaka frekvencije se podešava u blokovima pomaka frekvencije LI 10 i 12, što je preciznije i efikasnije od stabilizacije frekvencije u laserskom predajniku u prototipu. Prozirno ogledalo 39 odvaja vrlo malu količinu zračenja od laserskog predajnika 7 na ulaz jedinice za mjerenje frekvencije 9, dovoljnu za normalan rad ove jedinice. Glavni dio zračenja laserskog predajnika 7 (99,9%) prolazi kroz ogledalo 39 do ulaza kontrolisanog atenuatora 58, a zatim do reflektivnog ogledala 49. Kontrolisani atenuator 58 ne prigušuje zračenje u standardnom režimu i potpuno propušta cjelokupni propušteni svjetlosni tok. Kao kontrolirani atenuatori laserskog zračenja poz. 14, 15, 16 i 58 koriste se kontrolisani optički uređaji industrijske proizvodnje koji obezbeđuju mehaničko preklapanje poprečnog preseka prolaznog snopa laserskog zračenja u obliku kontrolisane dijafragme ili kontrolisanog zatvarača. Također je moguće koristiti kontrolirane brze elektrooptičke modulatore propuštenog svjetlosnog fluksa. Upravljivi atenuatori 14, 15, 16 su dizajnirani da utvrde nivoe heterodinskog laserskog zračenja, obezbeđujući standardni način rada fotodetektorskih jedinica 4, 27 i 25. Kontrolisani atenuatori 14 i 15 formiraju dva heterodina laserska zračenja istog nivoa na ulazu. prve fotodetektorske jedinice 4. Upravljivi atenuator 58 prigušuje nivo signala laserskog predajnika 7, koji se daljinskim ugaonim reflektorom 37 odvaja na ulaz teleskopa 1, do nivoa standardne osjetljivosti prve fotoprijemne jedinice 4. Prostorni filter koji se može kontrolirati 22 je napravljen na bazi optičke prozirnosti, na primjer, na bazi tekućih kristala i matrice elektroda, koji obezbjeđuje kontrolirano električno adresiranje naredbama iz upravljačke jedinice 6, zbog čega se prenosi pojedinačni elementi ravni. prostornog filtera 22 se kontroliše, poravnat sa fokalnom ravninom sočiva 20, koja u ovoj ravni formira prostorni spektar primljenog informacijskog signala koji treba filtrirati. Industrija proizvodi razne upravljive prozirne folije i prostorne filtere na njihovoj osnovi, kao i upravljive atenuatore i upravljive optičke zatvarače na bazi tekućih kristala. Također je moguća upotreba katodne svjetlosne modulirajuće cijevi sa elektronskim adresiranjem elemenata koji prenose zračenje u fokalnoj ravni sočiva 20 kao kontrolirane transparentnosti.

U laserskom radaru, moderni laserski generatori sa prilično uskim opsegom generisanja laserskog zračenja od ultraljubičastog do srednjeg infracrvenog opsega talasnih dužina mogu se koristiti kao laserski predajnik i laserski heterodin. Trenutno, u ovim rasponima, postoji veliki broj laserskih generatora, koji takođe imaju mogućnost podešavanja talasne dužine generisanja u određenim granicama. Istovremeno, razvijene su i proizvedene u industriji različite akustootičke ćelije i uređaji na bazi optičkih kristala, koji rade u opsegu talasnih dužina od ultraljubičastog do bliskog i srednjeg infracrvenog. Blokovi fotodetektora izrađeni su na osnovu četvorostrukih prijemnika laserskog zračenja (prvi i drugi fotodetektorski blok poz. 4 i 25), kao i na bazi višeelementnih fotodetektorskih matrica (fotodetektorski blok 27). Trenutno postoji veliki broj fotodetektora zasnovanih na različitim fizičkim principima koji rade u svim navedenim rasponima talasnih dužina. U predloženom laserskom lokatoru moguće je koristiti i višeelementne dvodimenzionalne matrične fotodetektore u fotodetektorskoj jedinici 4 uz obezbjeđivanje usklađivanja valnih frontova primljenog i heterodinskog laserskog zračenja korištenjem automatskog kontrolnog sistema za smjer širenja. heterodinskog laserskog zračenja predloženog i korištenog u ovom laserskom lokatoru. Tako je, na osnovu savremene elementarne baze kvantne elektronike, moguće implementirati predloženi laserski lokator, koji ima visoku radnu efikasnost u uslovima jakog pozadinskog osvetljenja i obezbeđuje veću verovatnoću detekcije svemirskih objekata koji se brzo kreću i veći sadržaj informacija i pouzdanost izmjerenih parametara kretanja posmatranih objekata.

Predloženi laserski lokator može se koristiti kao laserski komunikacioni uređaj za komunikaciju sa pokretnim objektima koji se kreću u površinskom prostoru, kao i za komunikaciju sa svemirskim objektima u bližem i daljem prostoru. Prilikom realizacije laserske svemirske komunikacije, predloženi laserski lokator detektuje objekat i prati detektovani svemirski objekat (svemirski brod) u režimu emitovanja sondirajućeg laserskog signala i primanja reflektovanog laserskog svetlećeg zračenja. Istovremeno, lasersko zračenje koje generiše laserski predajnik 7 modulira se informacionim signalom koji dolazi od kontrolne jedinice 6 do modulatora laserskog zračenja, koji je deo laserskog predajnika 7. Modulirani laserski signal se reflektuje iz posmatranog prostora. objekat nakon što ga fotodetektorska jedinica 4 primi, konvertuje i predfiltrira blokovima 19 i 22, podvrgava se uskopojasnom filtriranju i digitalizaciji u drugom bloku spektralnih filtera 26 i zatim šalje u kontrolnu jedinicu 6 na završnu obradu, demodulacija i dobijanje informacija koje se prenose sa letelice. U ovom slučaju, potonji mora biti opremljen laserskim uređajem za prijem-prenos, sličnim laserskom lokatoru na sl. 1. Takođe je moguće primiti i filtrirati primljeni informacijski signal pomoću prvog bloka spektralnih filtera 5. Takođe treba napomenuti da predloženi laserski radar može uspostaviti kontinuiranu i stabilnu komunikaciju sa letjelicom prilikom slijetanja na Zemlju i njenog ulaska. u guste slojeve atmosfere kroz sloj plazme koji okružuje letjelicu u tom trenutku. U tom slučaju se prekida komunikacija u radio opsegu, a komunikacija u opsegu laserskog zračenja, na primjer, u bliskom infracrvenom opsegu, može se odvijati zbog prolaska laserskog zračenja kroz sloj plazme bez značajne apsorpcije. Visoka efikasnost i pouzdanost laserske komunikacije kroz plazma sloj osigurana je i uskopojasnim filtriranjem u drugoj filterskoj jedinici 26 i prisustvom sistema za visoko precizno praćenje promjena Doplerove frekvencije i stabilizacije međufrekvencije pomoću jedinica laserskog pomaka frekvencije.

Na osnovu materijala za izradu predloženog laserskog lokatora sprovedena su eksperimentalna istraživanja koja su potvrdila povećanje efikasnosti predloženog sistema lokatora. Na SI. Na slikama 3 i 4 prikazan je karakterističan prikaz prostornog spektra srednjefrekventnog signala sa izlaza prve fotodetektorske jedinice 4, formiranog od akustooptičkog modulatora 19 i objektiva 20 u njegovoj fokalnoj ravni, poravnate sa ravnima kontrolisanog prostornog filter 22 i fotoosjetljivo područje treće fotodetektorske jedinice 27, sa kojim su prikazani prostorni spektri. Na SI. Na slici 3 prikazan je prostorni spektar signala prve međufrekvencije, čija je vrijednost određena udaljenosti desnog reda difrakcije, koji predstavlja stvarni spektar primljenog laserskog zračenja, od centralne tačke spektralnog uzorka. Rezultirajući spektar je simetričan, budući da je akustooptički modulator radio u linearnom difrakcijskom modu. Na SI. Na slici 4 prikazan je sličan prostorni spektar primljenog laserskog zračenja sa povećanom vrijednošću dobijene prve međufrekvencije, na primjer, uz uvođenje dodatnog pomaka frekvencije prvog heterodinskog laserskog zračenja, koji vrši prva jedinica laserskog pomaka frekvencije 10 U ovom slučaju se povećava udaljenost prvog reda difrakcije od centra simetričnog spektralnog uzorka. Vrijednost navedene udaljenosti omogućava procjenu promjene brzine posmatranog svemirskog objekta i omogućava visoko precizno praćenje objekta i uskopojasno filtriranje primljenih signala u drugom bloku spektralnih filtera 26. Na Sl. . Na slici 5 prikazan je prostorni spektar fluktuacija primljenog laserskog zračenja, formiranog gornjom metodom na fotoosjetljivom području treće fotoprijemne jedinice 27 i dobijenog kada se os teleskopa 1 nalazi u blizini snažnog izvora pozadinske buke, za na primjer, u blizini solarnog diska prilikom prijema u dnevnim uslovima. Prikazano na Sl. 5, visok nivo spoljnih smetnji u predloženom laserskom lokatoru može se smanjiti predfiltriranjem primljenog laserskog zračenja pomoću dinamičkog spektralnog filtera 30, koji se dodatno uvodi u prijemni optički put laserskog lokatora.

Treba napomenuti da je u predloženom laserskom lokatoru moguće koristiti i implementirati niz optimalnih algoritama za prijem i obradu laserskih lokacijskih signala, koji omogućavaju povećanje efikasnosti laserskog lokacijskog kompleksa za praćenje svemirskih i zemaljskih objekata i za pouzdanu i kontinuiranu komunikaciju sa ovim objektima u teškim uslovima smetnji.

Izvori informacija

M. Ross, Laserski prijemnici, M.: "Nauka", 1969, str.156.

Njemački patent, s. br. 2819320, 1979.

Laserska lokacija, ur. N.D. Ustinova, M.: "Inženjering", 1984, str.230.

Laserska lokacija, ur. N.D. Ustinova, M.: "Inženjering", 1984, str.245, (prototip). Original: Apple. Opt. 1979; v. 18, №3, r. 290.

Mustel E.R., Parygin V.N. Modulacija svjetlosti i metode skeniranja. M.: "Nauka", 1970

Balakshiy V.I., Parygin V.N., Chirkov L.E. Fizičke osnove akustooptike. M.: Radio i komunikacija, 1985, (str. 219-234); (str. 134-167).

Balakshiy V.I., Mankevich S.K., Parygin V.N. et al Kvantna elektronika, tom 12, br.4, 1985, str.743-748.

1. Laserski lokator koji sadrži teleskop instaliran serijski na prvoj optičkoj osi sa pokazivačkom jedinicom spojenom na kontrolnu jedinicu, prvo sočivo, prvu fotodetektorsku jedinicu, čiji je izlaz povezan sa jedinicom spektralnog filtera, izlazi su spojen na kontrolnu jedinicu, laserski predajnik, laserski heterodin i jedinicu za mjerenje frekvencije, izlaz laserskog predajnika je optički povezan sa teleskopom i, pomoću prozirnih i reflektirajućih ogledala, na prvi optički ulaz mjerenja frekvencije jedinicu, čiji je drugi optički ulaz optički povezan preko prozirnog ogledala na optički izlaz laserskog lokalnog oscilatora, upravljački ulazi laserskog predajnika, laserskog lokalnog oscilatora i izlaz jedinice za mjerenje frekvencije su povezani na kontrolu jedinica, naznačena time što se prvi kontrolisani atenuator, prva jedinica pomeranja frekvencije laserskog zračenja, prva jedinica za skeniranje laserskog zračenja uvode serijski, čiji je optički izlaz kroz optički spojeni na optički ulaz prve fotodetektorske jedinice pomoću reflektivnog i dva poluprozirna zrcala, drugi kontrolirani atenuator, druga jedinica pomaka frekvencije laserskog zračenja, druga jedinica za skeniranje laserskog zračenja optički su povezani u seriju, optički izlaz koji je optički povezan sa optičkim ulazom prve fotodetektorske jedinice preko dva poluprozirna ogledala, optički ulazi prvog i drugog kontrolisanog atenuatora su optički povezani pomoću prozirnih ogledala sa optičkim izlazom laserskog lokalnog oscilatora, trećeg kontrolisanog atenuatora , treća jedinica pomeranja frekvencije laserskog zračenja i treća jedinica za skeniranje laserskog zračenja su optički povezane u seriju, montirane u seriju na drugoj optičkoj osi, optički spregnuta kontrolna jedinica, drugo sočivo, prvo prozirno ogledalo, upravljivi prostorni filter, treće sočivo, drugo prozirno ogledalo, drugi fotodetektor jedinice čiji je izlaz spojen na ulaz drugog bloka spektralnih filtera spojenih na upravljačku jedinicu, optički ulaz akustooptičkog modulatora je optički povezan preko reflektirajućeg ogledala i poluprozirnog ogledala sa optičkim izlazom laserski lokalni oscilator, optički izlaz treće jedinice za skeniranje laserskog zračenja je optički povezan preko reflektivnog ogledala i drugog poluprozirnog ogledala sa optičkim ulazom druge fotoprijemne jedinice, optički ulaz trećeg kontrolisanog atenuatora je optički povezan sa optičkim izlaz laserskog lokalnog oscilatora, treće fotoprijemne jedinice, čiji je optički ulaz povezan preko prvog prozirnog ogledala sa optičkim izlazom drugog sočiva, a izlaz je spojen na upravljačku jedinicu fotoprijemne jedinice spojenu na upravljačku jedinicu , kao i uvode se prvo i drugo daljinsko ogledalo, mehanički spojeno na jedinicu pomaka, čiji je upravljački ulaz povezan sa upravljačkom jedinicom, dinamički spektralni filter, čiji je optički ulaz optički povezan sa optičkim izlazom teleskopa pomoću prvog ogledala za skeniranje i prvog udaljenog ogledala, optički izlaz dinamičkog spektralnog filtera je optički povezan sa optičkim ulazom prvog objektiva pomoću pomoću drugog ogledala za skeniranje i drugog daljinskog ogledala, kontrolne elektrode prvog i drugog ogledala za skeniranje su povezane sa upravljačkom jedinicom za skeniranje ogledala, čiji je ulaz spojen na upravljačku jedinicu, a kontrolni ulaz dinamičkog spektra filter je spojen na upravljačku jedinicu, daljinski ugaoni reflektor optički spojen na optički ulaz teleskopa i mehanički spojen na blok za pomicanje kutnog reflektora spojenog na upravljačku jedinicu, četvrti kontrolirani atenuator, optički povezuje optički izlaz laserski odašiljač sa teleskopom, upravljački ulazi kontrolisanih atenuatora su povezani na upravljačku jedinicu, upravljački ulazi jedinica za pomeranje frekvencije laserskog zračenja i jedinice za skeniranje laserskog zračenja su povezane na upravljačku jedinicu.

2. Laserski lokator prema patentnom zahtjevu 1, naznačen time što jedinica za pomicanje frekvencije laserskog zračenja u sebi sadrži optički spregnutu ulaznu dijafragmu, akusto-optičku ćeliju sa kontrolnom jedinicom, prvo sočivo, otvor dijafragme, drugo sočivo i izlazna dijafragma postavljena serijski na optičku os, pri čemu je kontrolna elektroda akustooptičke ćelije povezana sa kontrolnom jedinicom akustooptičke ćelije.

3. Laserski lokator prema patentnom zahtjevu 1, naznačen time što je jedinica za skeniranje laserskog zračenja u njemu napravljena na bazi akustooptičke ćelije u kojoj se ultrazvučni valovi pobuđuju radi promjene smjera širenja laserskog zračenja.

4. Laserski lokator prema zahtjevu 1, naznačen time, što je dinamički spektralni filter u njemu napravljen na bazi akustooptičke ćelije u kojoj se pobuđuju ultrazvučni valovi koji stupaju u interakciju sa primljenim laserskim zračenjem koje prolazi kroz ćeliju.

// 2565340

Pronalazak se odnosi na oblast optičke lokacije i odnosi se na sistem pulsnog laserskog lociranja. Sistem sadrži pulsni laser, dva jednokoordinatna uređaja za skeniranje, akusto-optički deflektor, izlazni optički sistem, računarski uređaj, akusto-optičku kontrolnu jedinicu deflektora, razdjelnik prizmanog snopa, mjerni kanal, niz fotodetektora , cilj niza fotodetektora i snopova optičkih vlakana.

Pronalazak se odnosi na oblast formiranja toka video podataka pomoću rotirajućih sektorskih fotodetektora. Metoda se temelji na formiranju signala iz fotoosjetljivih elemenata postavljenih na području rotirajućeg senzora, njihovoj naknadnoj organizaciji u jezgra prostorne diferencijacije, čiji se izlazni signali podvrgavaju analogno-digitalnoj konverziji i njihovoj daljnjoj digitalnoj obradi. . Fotoosetljivi elementi se ugrađuju serijski jednake udaljenosti međusobno na lukovima s diskretnim polumjerima od Rmin do Rmax na području rotacionog senzora, koji ima oblik skraćenog sektora kružnice, koji je svojom većom stranom okrenut prema vanjskom promjeru rotacije. Fotostruje iz fotoosjetljivih elemenata pojačavaju se u jednosmjernoj struji i ograničene su u frekvencijskom opsegu ovisno o osjetljivosti fotoćelija i brzini senzora. Intrinzični šum minimizira i koriguje amplitudno-frekventne karakteristike kanala za prenos signala svakog fotoosjetljivog elementa, nakon čega slijedi formiranje jezgri prostorne diferencijacije, signali iz kojih se podvrgavaju analogno-digitalnoj konverziji i naknadnoj digitalnoj obradi. Efekat: poboljšan kvalitet slike. 2 n.p. f-ly, 6 ill.

Laserski lokator sadrži sistem za automatsko praćenje i kontrolu usklađivanja valnih frontova primljenog i heterodinog laserskog zračenja u ravni fotoosjetljivog područja fotoprijemne jedinice laserskog lokatora. Istovremeno, laserski lokator sadrži sistem za praćenje i kompenzaciju promjena u doplerovim pomacima frekvencije primljenog laserskog zračenja pri praćenju svemirskih objekata koji se brzo kreću. Visoko efikasna obrada primljenih laserskih lokacijskih signala optičkom heterodinacijom implementirana je na bazi visokopreciznih akusto-optičkih elemenata za pomjeranje frekvencije i skeniranje laserskog zračenja. Efekat: povećana efikasnost laserskog lokacijskog sistema u smislu praćenja pokretnih udaljenih svemirskih objekata, povećana verovatnoća ispravne detekcije pokretnih objekata u uslovima jake pozadinske buke. 4 w.p. f-ly, 5 ill.

Tehnički direktor kompanije RIEGL

RIEGL CTO Dr. Andreas Ulrich o digitalizaciji valnog oblika, pojedinačnim fotonima i Geigerovim lidarima u intervjuu sa glavnim urednikom SPAR 3D projekta Seanom Higginsom.

Andreas Ulrich je doktor elektrotehnike na Tehnološkom univerzitetu u Beču i autor disertacije na temu "Optički dopler radar visoke rezolucije" (1987-1990). Od 2001. predaje radar na Tehnološkom univerzitetu u Beču. Od 2006. godine je tehnički direktor RIEGL-a.

SPAR 3D je objavio pregled budućnosti laserskih skenera u zraku. SPAR 3D je intervjuisao brojne stručnjake za lasersko skeniranje, pitajući ih „Šta mislite da je budućnost pojedinačnih fotona i Geigerovih lidara? Šta je od ovoga hype, a koje nije? U ovom pregledu, većina intervjuisanih stručnjaka složila se da će ove tehnologije imati snažan uticaj na tržište laserskog skeniranja, ali je ipak veoma važno napomenuti da „klasični“ ili „konvencionalni“ lidari i dalje imaju značajne prednosti. Jer u ovu recenziju spomenuo ove prednosti vrlo površno, SPAR 3D je objavio cijeli intervju sa RIEGL CTO dr. Andreasom Ulrichom. Njegovi odgovori pružaju sveobuhvatno objašnjenje vrijednosti tehnologije pune analize valnog oblika i razloga zašto RIEGL nastavlja da razvija ovu tehnologiju.

Sean Higgins: Koje su prednosti tehnologija u odnosu na "linearni" lidar?

Doktore Andreas Ulrich: Upotreba izraza "linearni" odnosi se na starije metode obrade signala refleksije analognog lasera, umjesto na napredniji način obrade digitalnog lidara. Riegl sa digitalizacijom talasnog oblika. Patentirana rješenja za digitalizaciju punog valnog oblika od Riegl razlikuju se od naznačenih "linearnih" lidara vrlo značajno. Sa tehničke tačke gledišta, razlika je u tome što se analiza signala primljenog od prijemnog elementa lidara (fotodetektora) vrši preciznije, detaljnije i uz sticanje atributivnih karakteristika refleksije. Lidari za digitalizaciju punog valnog oblika (u daljem tekstu FPFS) imaju izuzetnu tačnost, jer ova tehnologija omogućava vrlo precizno određivanje dometa, imaju nizak prostorni „šum“, omogućavaju vam da primite veliki broj refleksija iz jednog impulsa, odredite oblik svakog signala i izvući iz njega informacije o objektu od kojeg se reflektirao, a također vam omogućavaju da izvršite jednostavnu radiometrijsku kalibraciju.

Teoretski, jednofotonski i geiger lidari imaju veliki potencijal za prikupljanje reflektivnih tačaka, ali se gube i prostorna tačnost i informacije o intenzitetu signala. Radikalno povećanje broja točaka refleksije primljenih u sekundi od Geigerovih i jednofotonskih lidara može na prvi pogled dovesti do euforije. Međutim, nedostatak prostorne tačnosti i potpuni gubitak atributivnih informacija koje bi mogle biti sadržane u tačkama laserskih refleksija na kraju dovodi do pogoršanja nego poboljšanja rezultata. Na kraju krajeva, svi želimo da naše karte s vremenom postanu sve preciznije, ali ne manje. Rast tržišta laserskog skeniranja oduvijek se temeljio na dobijanju sve informativnijih i preciznijih podataka po nižoj cijeni.

Niži troškovi prikupljanja podataka i veća efikasnost mapiranja područja glavne su prednosti koje se potencijalnim korisnicima obično nametljivo nude. Teorijsko povećanje brzine skeniranja u potpunosti se pretvara u stvarnost - na primjer, ultrabrz rad geiger lidara zahtijeva samo jasne dane i savršene vremenske uvjete. Prikupljanje podataka je samo jedna od komponenti efikasnosti: podatke je potrebno obraditi i dostaviti kupcu. Problemi koji se javljaju u ovim fazama upotrebe "novih" tehnologija u potpunosti obezvređujeju prednosti povećanja brzine. .

Sean Higgins: Koji su glavni nedostaci novih tehnologija u odnosu na lidare punog valnog oblika?

Doktore Andreas Ulrich: Tačke nastale tokom rada jednofotonskih i geigerovih lidara su potpuno sintetičke i ne nasljeđuju svojstva objekata od kojih se reflektiraju. Iz njih je nemoguće utvrditi jesu li se reflektirali od jednog ili više objekata, ili su općenito dobiveni interpolacijom ili resamplingom. Ovo je kritičan nedostatak geiger lidara. Ostali nedostaci su nedostatak podataka o intenzitetu reflektovanog signala, nemogućnost prodiranja čak i u rijetku vegetaciju, te nemogućnost registriranja više refleksija iz jednog impulsa.

Jednofotonski lidari - u poređenju sa Gajgerovim lidarima - su osetljiviji na višestruke refleksije. Teoretski, mogu vršiti mjerenja na svim vrstama objekata - od žica do tla ispod krošnje drveća. Međutim, kako su pokazali eksperimenti koje je sproveo USGS (US Geological Survey) i predstavljeni na konferenciji ILMF 2016. godine, tačnost dometa ovakvih sistema je znatno lošija nego kod sistema sa OPFS lidarima. Razlog leži u pogrešnoj obradi signala. Greške u određivanju dometa na nivou većem od 50 cm često se javljaju na objektima različitih veličina i refleksivnosti.

Klasični lidari rade na vrlo različitim talasnim dužinama - 532 nm (zeleno), 1000 nm (blizu IR), 1550 nm (srednje IR) i dalje prema termičkom opsegu; ovo omogućava implementaciju koncepta višezonskog lidara, koji omogućava dobijanje, na primjer, podataka o stanju šume. Jednofotonski lidari trenutno rade samo u vidljivom dometu i ništa se neće promijeniti u doglednoj budućnosti.

Sean Higgins: Mogu li nove tehnologije jednog dana zamijeniti konvencionalne tehnologije laserskog skeniranja (poput lidara s potpunom digitalizacijom valnog oblika)? Zašto da ili zašto ne?

Doktore Andreas Ulrich: Ovo je najhitnije pitanje u glavama onih koji trenutno rade u industriji laserskog skeniranja: hoće li ove tehnologije zamijeniti ono što se danas obično naziva lidar. Moj odgovor je ne. Obje nove opcije lidara su moćni alati kada se koriste u pravim situacijama. Geiger lidar je već najbolja metoda da se brzo dobije digitalni model terena u pustinjskim regijama ili u borbenim područjima gdje je vrlo potrebno ostati izvan dometa MANPADS raketa, posebno ako se to dešava u čistoj atmosferi i nema vegetacije na teritoriji.

U područjima sa vegetacijom, skener punog valnog oblika daje odlične rezultate penetracije. omogućavaju dešifrovanje mnogih tipova objekata iz oblika signala tačke, a ne samo tačaka koje se koriste za izgradnju površina, uključujući stubove, žice, mreže i druge fino detaljne objekte. Skener punog valnog oblika je i nastavit će biti tehnologija izbora za veliki broj aplikacija, dok se stalno razvija i povećava brzinu, a istovremeno ostaje neprevaziđen u smislu preciznosti. Skeneri sa digitalizacijom punog valnog oblika kompanije RIEGL omogućavaju brzinu obrade podataka laserskog skeniranja približnu realnom vremenu. To otvara nove mogućnosti za korištenje ove tehnologije u rješavanju problema brzog reagiranja u spasilačkim operacijama. Sve ovo RIEGL već sada demonstrira u lice najnovijeg rješenja - sistema za lasersko skeniranje u zraku, koji vam omogućava snimanje brzinom od 450 km 2 na sat pri gustoći od 8 tačaka po 1 m 2, a sve to u kombinaciji sa najveća brzina obradu podataka i veoma visok kvalitet ovih podataka, što je već poznato korisnicima.

Sean Higgins: Jesu li jednofotonski i geiger lidari zrele tehnologije? Mislite li da ih treba dalje razvijati kako bi dostigli svoj puni potencijal?

Doktore Andreas Ulrich: Lidar sa jednim fotonom je u suštini konvencionalni "linearni" lidar zasnovan na upotrebi fotoumnožitelja; geiger lidar općenito nije "linearan" - sve to nikako nisu nove tehnologije. Međutim, primjena ovih tehnoloških rješenja u komercijalnom snimanju je nova. Prema tvorcima jednofotonskog lidara (na ILMF-2016), tehnologiju je potrebno unaprijediti i poboljšat će se dodavanjem podataka o amplitudi primljenog eho signala. Ovo je prvi put primijenjeno u laserskom skeniranju prije mnogo godina - kada su prve karakteristike atributa tačke refleksije lasera opisane kao 8-bitna vrijednost intenziteta. Dakle, u tom pogledu, jednofotonska lidarska tehnologija je još uvijek vrlo nezrela.

Geiger lidari imaju dugu povijest u vojnom segmentu, veliki broj svih vrsta optimizacija je već korišten i primijenjen. Međutim, nije bilo moguće prevariti zakone fizike. Jedno od osnovnih ograničenja je nedovoljna sposobnost Geigerovog lidar detektora da se oporavi dovoljno brzo nakon okidača kako bi uhvatio sve dodatne informacije o refleksijama. Drugo ograničenje je to što nikada neće moći dati procjenu stvarne snage reflektovanog signala, što je kritično za kompenzaciju odstupanja momenta registracije reflektovanog impulsa i ne poboljšava tačnost mjerenja dometa.

Sean Higgins: Da li kompanija ima RIEGL planira proizvodnju lidara zasnovanih na tehnologiji jednog fotona ili geiger lidara?

Doktore Andreas Ulrich: Kao što sam već rekao, Rieglove OFPS lidare smatramo odličnom tehnologijom. OFPS lidar je izuzetno precizan jer obezbeđuje najveću tačnost merenja dometa, nizak „šum” prostornih podataka, ima mogućnost da registruje veoma veliki broj signala reflektovanih od jednog impulsa, daje dosta karakteristika oblika reflektovanog signala za svaki tačku i omogućava radiometrijsku kalibraciju za svaku tačku. Naši korisnici grade svoje poslovne modele oslanjajući se na visok kvalitet podataka i mogućnost korištenja karakteristika atributa bodova koje dobijaju od naših lidara. Sve ostale tehnologije o kojima smo ovdje govorili ne mogu pružiti gore navedene karakteristike. Stoga ćemo nastaviti da unapređujemo lidarsku tehnologiju uz punu digitalizaciju talasnog oblika.