El artículo presenta un panorama general de la tecnología de escaneo láser de objetos en el espacio, considera dispositivos que implementan esta tecnología y son utilizados en sistemas robóticos móviles.

DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA TECNOLOGÍA LIDAR
El término LIDAR (del inglés Light Detection and Ranging) se refiere a los sistemas de radar que operan en el rango óptico y utilizan un láser como fuente de radiación. A menudo, en fuentes extranjeras puede encontrar términos similares: LADAR (Detección y rango láser) y Radar láser. En los sistemas robóticos móviles terrestres y vehículos aéreos no tripulados (UAV), esta tecnología juega un papel muy importante: se utiliza para construir automáticamente un mapa tridimensional (escena) del espacio circundante y la orientación espacial del dispositivo. Hay diferentes versiones de los sistemas LIDAR, pero en general, todos incluyen los siguientes elementos clave que determinan el principio de funcionamiento del sistema: ● fuente de fotones (la mayoría de las veces es un láser);
● detector de fotones;
● circuito de temporización;
● parte del transceptor óptico.

Los sistemas LIDAR de tiempo de vuelo (ToF) utilizan pulsos cortos de radiación láser, capturando con alta precisión los momentos de su transmisión y recepción de respuestas (señales reflejadas) para calcular las distancias a objetos en el espacio circundante o en la tierra. superficie (por ejemplo, cuando levantamiento topográfico con UAV). Después de combinar una serie de tales medidas con información sobre la ubicación y orientación del aparato, se crea la escena tridimensional resultante de la región de interés. La mayoría de las veces, esta escena se guarda como una matriz de coordenadas (x, y, z) denominada nube de puntos.

Aunque existen muchos dispositivos LIDAR para diferentes aplicaciones, todos consisten en un conjunto similar de unidades funcionales (ver Fig. 1), tales como:
● subsistema de medición de distancia (transmisor y receptor láser);
● subsistema de escaneo;
● subsistema de posicionamiento y orientación;
● sistema de control;
● almacenamiento de datos.

SUBSISTEMA DE MEDIDA DE DISTANCIA
Las diferencias fundamentales entre los dispositivos LIDAR individuales radican en la implementación de la función de medición de distancia. El nodo más importante del sistema LIDAR, el subsistema de medición de distancias, consta, a su vez, de subsistemas internos como un transmisor láser y un receptor electroóptico. El transmisor láser emite energía en forma de haz enfocado que, antes de salir del dispositivo, pasa a través de una serie de componentes de conversión: un interruptor transceptor, expansores de haz, óptica telescópica de salida y más. Se pueden utilizar varios tipos de láseres en el sistema LIDAR, pero el más utilizado es un láser Nd:YAG de estado sólido, en el que el medio activo es granate de itrio y aluminio (Y3Al5O12) dopado con iones de neodimio. Los telémetros de escaneo láser funcionan en varias longitudes de onda, pero los siguientes son los más utilizados:
● 1064 nm (rango de infrarrojo cercano) - para escáneres topográficos;
● 532 nm (verde) - para escáneres batimétricos (medición de profundidad);
● 600-1000 nm para dispositivos terrestres comerciales;
● ∼1500 nm: para sistemas de exploración terrestre utilizados con fines científicos.

La elección de la longitud de onda del emisor láser depende de varios factores:
● propiedades reflectantes de los objetos escaneados;
● características del entorno;
● sensibilidad del detector utilizado;
● el grado necesario de seguridad para los ojos;
● requisitos de diseño del dispositivo.

Además de la longitud de onda de la radiación, también se debe tener en cuenta la potencia del láser. El receptor electro-óptico recibe la energía del rayo láser reflejado o dispersado por el objetivo y lo enfoca en el detector fotosensible utilizando la óptica de entrada.

Métodos para determinar la distancia.
Los valores fijos de los momentos de transmisión y recepción del rayo láser se utilizan para calcular el tiempo que la luz pasó en el camino y, por lo tanto, la distancia al objeto que reflejó el rayo. El sistema LIDAR generalmente usa uno de los dos modos que determinan el método de medición de distancia: modo de pulso o modo de onda continua. En los sistemas modulados por pulsos, también conocidos como sistemas de tiempo de vuelo, un láser emite pulsos únicos de luz a una alta tasa de repetición. Se mide el tiempo transcurrido desde el momento en que se emitió la señal del pulso hasta el momento en que se devuelve la respuesta al receptor. La distancia hasta el punto de la superficie del objeto en el que se reflejó el rayo láser se puede calcular mediante la fórmula: D = 0,5 × c × t, (1) donde c es la velocidad de la luz, t es el tiempo total para la luz para viajar hasta el punto de reflexión y viceversa (ida y vuelta), D es la distancia deseada hasta el punto de reflexión. En los sistemas de onda continua, el láser emite una señal continua, a la que luego se le aplica una modulación de amplitud sinusoidal. En este caso, el tiempo que tarda la luz en recorrer el camino completo desde el transmisor hasta el receptor será directamente proporcional al cambio de fase en las señales emitidas y recibidas: (2) donde ϕ es el cambio de fase, T es el período de la señal . Después de determinar el tiempo t del paso del haz, la distancia D, como en el primer caso, se calcula mediante la fórmula (1). Para reducir la incertidumbre, se puede utilizar la modulación sinusoidal multitono. También en sistemas con onda continua, se utiliza un método alternativo: con modulación de frecuencia lineal. En tales sistemas, las señales transmitidas y recibidas se mezclan y se utiliza un receptor coherente para demodular y obtener la información contenida en la frecuencia portadora. Cabe señalar que las ecuaciones (1) y (2) asumen que el detector está estacionario durante el tiempo t. Para casos con detector en movimiento, será necesario hacer las correcciones apropiadas a las ecuaciones.

Métodos de detección
Normalmente, los sistemas LIDAR utilizan dos métodos de detección: directo y coherente. Con la detección directa, el receptor convierte la señal directamente en un voltaje o corriente que es proporcional a la potencia óptica entrante. Los receptores pueden incluir fotodiodos de avalancha y tubos fotomultiplicadores. Los detectores LIDAR también pueden operar en modo de conteo de fotones. En este modo, el detector puede registrar incluso una cantidad muy pequeña de fotones, y en el modo de contador Geiger se vuelve sensible incluso a fotones individuales. La electrónica del receptor mide la corriente generada, corregida por el tiempo de vuelo de los fotones en el receptor, dando como resultado una medida directa del instante en que se recibe la respuesta óptica. Con la detección coherente, la señal óptica recibida se mezcla con un oscilador local por medio de un oscilador local, y solo después de eso se enfoca en un elemento fotosensible. Cuando se mezcla, la información se convierte en una señal de banda estrecha, lo que reduce el ruido en comparación con el método de detección directa, que utiliza un filtro óptico.

Haz viajero y matriz
Es importante tener en cuenta que los métodos de determinación de distancia y métodos de detección descritos requieren diferentes geometrías de receptor. En general, la mayoría de los sistemas LIDAR comerciales funcionan según el principio de "haz viajero", donde para un solo pulso emitido se fijan uno o más valores de distancia (típicamente de 2 a 5) para las señales ópticas que regresan a lo largo de la misma línea de visión (múltiples retornos). ). Para el siguiente pulso, el subsistema de designación de objetivos cambia la dirección de la línea de visión y luego se registran nuevamente varios valores de distancia. Este método, el método de escaneo de puntos, se usa comúnmente en los sistemas LIDAR que funcionan en modo lineal, en los que la energía del láser se enfoca en un área pequeña de la superficie de interés y se requiere una señal reflejada lo suficientemente fuerte para registrar el respuesta y calcular la distancia. Sin embargo, también existen sistemas LIDAR que utilizan luz láser para iluminar una gran superficie. Al mismo tiempo, están equipados con un detector de matriz cuadro por cuadro para medir los valores de distancia para cada píxel en la matriz. Estos sistemas de barrido vertical requieren una intensidad de señal reflejada baja. Registran cientos o incluso miles de distancias para el pulso emitido.

SUBSISTEMA DE ESCANEO
En aquellos casos en los que sea necesario no solo determinar la distancia al objeto, sino hacer una visión general del área objetivo, el sistema LIDAR debe realizar mediciones en múltiples puntos. Para construir una escena del área objetivo del espacio, se utiliza una combinación del movimiento del dispositivo LIDAR en su conjunto y la operación del subsistema de barrido a través del cual pasa la señal óptica emitida. Una variante común de la implementación del subsistema de barrido se basa en el uso de un espejo oscilante. El cambio secuencial en la dirección de la línea de visión, a lo largo de la cual se emite la señal óptica, se lleva a cabo mediante un espejo móvil. Este espejo gira un ángulo limitado (ángulo de visión) alrededor de un eje que se encuentra en su plano y, por regla general, paralelo a la dirección de movimiento del dispositivo. Girar el espejo le permite escanear el área objetivo del espacio y formar una escena del ancho deseado, determinada por el ángulo de giro del espejo (ver Fig. 2).

Arroz. 2. Sistema de escariador con oscilante
espejo

El subsistema de espejo oscilante crea un barrido sinusoidal. En este caso, la frecuencia de oscilación es inversamente proporcional al ángulo de visión dado (ancho del escenario). La principal desventaja de este método de barrido es la velocidad variable del espejo. Dos veces durante el ciclo de trabajo, el espejo debe reducir la velocidad, detenerse por completo, invertir la dirección del movimiento y acelerar de nuevo. Como resultado, las mediciones realizadas a una frecuencia constante forman una escena con una densidad desigual de puntos (menos puntos en el centro de la franja de escaneo y más en los bordes). El subsistema para el barrido de un rayo láser mediante un espejo oscilante se utiliza, en particular, en escáneres láser de Leica y Optech. Forma alternativa el escaneo se basa en el uso de un prisma giratorio. En tal subsistema de barrido, un prisma poliédrico con caras especulares gira continuamente alrededor de su eje de simetría. El rayo láser pasa de una cara del prisma a otra de manera abrupta, por lo que la matriz de puntos formada durante el movimiento del dispositivo consiste en una serie de líneas paralelas (ver Fig. 3).

Arroz. 3. Sistema de escariador con rotación
prisma

Esta opción no tiene las desventajas de un espejo oscilante, pero es más difícil de implementar en términos de procesamiento de los resultados de la medición. Los sistemas LIDAR de prisma giratorio son fabricados por la firma austriaca Riegl. La tercera versión del subsistema de escaneo utiliza un espejo giratorio. El eje de rotación en esta variante es casi perpendicular a la superficie del espejo (ver Fig. 4).

Arroz. 4. Sistema de escaneo con rotación
espejo

Debido a la desviación de la superficie del espejo de un plano perpendicular al eje de rotación, se forma una exploración del rayo láser reflejado en forma de curva elíptica. La ventaja del método es que cada punto en el espacio se escanea dos veces. Al mismo tiempo, el barrido elíptico complica significativamente el procesamiento de los resultados del escaneo, ya que el procesamiento de mediciones dobles es una tarea muy difícil. Además, dado que los puntos de una misma zona se obtienen desde diferentes posiciones (a medida que el sistema se mueve y cambia de orientación en el espacio), la nube de puntos así obtenida puede contener una gran cantidad de "ruido". Los escáneres Leica AHAB DragonEye son ejemplos de sistemas que utilizan un barrido de haz láser con un espejo giratorio. Como alternativa al barrido mecánico, actualmente se utiliza un subsistema de fibra óptica en algunos sistemas LIDAR para dirigir el rayo láser al área objetivo. Con este método, se logra una geometría de escaneo más estable debido a las conexiones fijas entre los canales de fibra óptica y otros canales ópticos del dispositivo. El rayo láser es guiado por un rayo de fibra óptica y la dirección de exploración de cada pulso depende del canal de fibra óptica desde el que se emite. También se utiliza un sistema similar de haces en la óptica receptora (ver Fig. 5).

SUBSISTEMA DE POSICIONAMIENTO Y ORIENTACIÓN
Para el uso práctico de la información obtenida con la ayuda de los telémetros láser de escaneo, solo una matriz de valores de distancia desde el dispositivo a los objetos y valores de ángulos de escaneo relativos no es suficiente. La confiabilidad de los datos sobre el espacio circundante (obtenidos en forma de una nube de puntos tridimensional o una imagen bidimensional con datos de distancia) solo se puede lograr si los valores absolutos de la posición y orientación de la plataforma portadora LIDAR en el espacio se miden para cada punto en el momento de recibir la respuesta del pulso. Para tales mediciones se utiliza el subsistema de orientación y posicionamiento. Este subsistema incluye dos componentes principales: el módulo receptor del sistema de posicionamiento global (GLONASS o GPS) y la unidad de navegación inercial (IMU). Los datos del receptor GPS se utilizan para registrar las posiciones de la plataforma de transporte en puntos específicos en el tiempo. De los muchos métodos existentes para actualizar las posiciones GPS, los sistemas LIDAR suelen utilizar el posprocesamiento diferencial de una señal de una estación base fija o actualizaciones diferenciales en tiempo real. Para obtener conjuntos de datos más precisos, se imponen restricciones estrictas sobre la ubicación de la estación base en relación con la plataforma del telémetro láser. La orientación de la plataforma se mide utilizando una unidad de medición inercial que utiliza giroscopios y acelerómetros. Los datos de GPS e IMU se registran mientras la plataforma se mueve y se combinan (generalmente durante un paso de posprocesamiento).

SISTEMA DE CONTROL (CONTROLADOR DEL SISTEMA)
Para generar una nube de puntos, todos los subsistemas que componen un sistema LIDAR deben trabajar juntos. La calidad de los datos obtenidos depende directamente no solo de los parámetros de cada subsistema, sino también de la coherencia mutua de su trabajo. El controlador del sistema del telémetro láser lleva a cabo la configuración de los parámetros de los sensores y el control del funcionamiento de los subsistemas.

ALMACÉN DE DATOS
Los datos LIDAR resultantes son archivos de coordenadas GPS e IMU, distancias medidas y, a veces, información de otros subsistemas. Dado que los sistemas LIDAR pueden generar grandes cantidades de datos, el sistema tiene un dispositivo de almacenamiento que guarda los datos inmediatamente después de la recopilación.

CASO DE ESTUDIO: VELODYNE HDL-64E
Como ejemplo, considere el dispositivo telémetro de escaneo láser de alta resolución HDL-64E fabricado por Velodyne. Es este LIDAR de escaneo 3D de 64 haces que está instalado en vehículos no tripulados desarrollados por Google. El telémetro láser se ha convertido en uno de los componentes clave que hacen que el automóvil sea verdaderamente autónomo.

Velodyne, montado en el techo de un vehículo no tripulado (consulte la Figura 6), genera un mapa 3D detallado del área circundante. La computadora a bordo combina datos de medición LIDAR con mapas de alta resolución para formar varios modelos de datos que permiten que el vehículo robótico se mueva de forma independiente, evitando obstáculos y sin violar las normas de tránsito. El modelo de telémetro HDL-64E tiene 64 pares emisor-detector, que proporcionan campos de visión sectoriales de 26,5° igualmente espaciados. Para proporcionar una vista de 360 ​​grados en azimut, todo el conjunto óptico está montado sobre una base giratoria (ver Fig. 7) y gira a una velocidad de 600 revoluciones por minuto.

Arroz. 7. Apariencia localizador Laser
HDL-64E

Si es necesario, esta frecuencia se ajusta en el rango de 300…900 rpm mediante el envío de un comando de texto simple a través de la interfaz serial. El mismo puerto serie se puede utilizar para actualizar el firmware del escáner. El telémetro Velodyne tiene un rango máximo de medición de distancia de hasta 120 m con un error de no más de 2 cm. Independientemente de la velocidad de rotación de la unidad óptica, el dispositivo genera constantemente gran volumen datos: 1 millón de puntos por segundo, lo que corresponde a una resolución angular horizontal de 0,05 °. El dispositivo está equilibrado estática y dinámicamente, lo que minimiza los efectos de la vibración y asegura una imagen estable de la escena. Cada láser telémetro HDL-64E emite un pulso óptico de 5 ns (al 50 % de amplitud con una potencia pico máxima de 60 W). El alto voltaje requerido para crear un pico de corriente en el emisor a un nivel de 30 A es generado por el circuito convertidor flyback, que permite usar voltajes bajos para alimentar el sistema láser. El rayo láser de salida es enfocado por lentes. Cuando golpea el objetivo, parte de la radiación se refleja en la dirección de la fuente. Esta luz reflejada pasa a través de un sistema de lentes separado y un filtro UV para reducir la retroiluminación óptica (aumentar la relación señal-ruido). Las lentes del sistema receptor enfocan la radiación reflejada sobre un fotodiodo de avalancha, que genera una señal eléctrica proporcional a la intensidad de la óptica. El láser y el fotodiodo de avalancha están alineados de fábrica para proporcionar la máxima sensibilidad y minimizar la diafonía de la señal, formando así el par emisor-detector más eficiente. De acuerdo con la fuerza de la señal reflejada detectada por el fotodiodo de avalancha y el circuito amplificador, el sistema cambia la amplitud del pulso láser, manteniendo el nivel mínimo requerido de radiación. Este ajuste automático de la potencia del láser, en primer lugar, reduce el calentamiento de la unidad óptica y aumenta su fiabilidad, y en segundo lugar, evita que los detectores entren en modo de saturación. De lo contrario, cuando lo reciba el detector también un número grande energía óptica, se establecería un régimen de saturación, para salir del cual el detector necesita un tiempo significativo (si excede el período de repetición del pulso, esto conduce inevitablemente a la distorsión de la señal detectada). En tercer lugar, si el nivel de la señal es comparable al del ruido, lo que complica su detección, el sistema aumenta automáticamente el nivel de potencia del láser. Esto puede suceder, por ejemplo, al acercarse al umbral de sensibilidad (120 m) o con un reflejo débil de una superficie negra mate. La señal de salida se amplifica y se envía a un convertidor A/D a una frecuencia de muestreo de 3 GHz. Luego, la señal digitalizada del detector se transmite a un procesador de señal digital (DSP), que utiliza su propio algoritmo para analizar los datos y determinar el tiempo de retorno de la señal. El uso de pulsos ópticos cortos en combinación con el procesamiento de señales de alta frecuencia proporciona una alta resolución del sistema. Los pares emisor-detector se dividen en dos grupos de 32 láseres. Un grupo está ubicado en la parte superior del módulo y está dirigido a la mitad superior del campo de visión, y el segundo grupo, ubicado debajo del primero, está dirigido a la mitad inferior del campo de visión. Dado que la unidad óptica superior está diseñada para medir distancias más largas, la distancia angular entre pulsos ópticos es mayor que en la unidad inferior, que mide distancias más cortas. El dispositivo proporciona datos al usuario a través de puerto estándar Ethernet 100BaseT. La información se transmite continuamente en forma de tramas. La frecuencia de generación de cuadros es igual a la frecuencia de rotación de la unidad óptica (a 600 rpm – 10 Hz). La cantidad de datos transferidos por segundo puede contener más de un millón de puntos. Los paquetes de datos contienen información sobre la distancia y la intensidad de la radiación para cada par emisor-detector, así como la coordenada angular correspondiente. Estos datos se pueden recopilar utilizando utilidad estándar colección de paquetes Ethernet, como Wireshark, y visualizados en programa de computadora como Velodyne Digital Sensor Recorder. Además, los datos recibidos pueden ser procesados ​​por un sistema de navegación autónomo para crear una tarjeta de puntuación, que luego puede usarse para identificar obstáculos, encontrar la mejor ruta y, en última instancia, para cálculos relacionados con la dirección, el frenado y la aceleración. La Figura 8 muestra un marco de ejemplo de datos del HDL-64E capturado con la aplicación Velodyne Digital Sensor Recorder. Se ve un punto blanco cerca del centro de la imagen, que indica la posición del sensor. Para cada par emisor-detector, la nube de puntos generada se representa con un color diferente. La representación espacial de los datos se forma combinando nubes de puntos bidimensionales. Cuando el módulo gira, un conjunto de puntos de un par emisor-detector forma un círculo continuo sobre una superficie plana. El ejemplo anterior se refiere a la opción de instalar un telémetro en el techo de la cabina de un camión, por lo que hay un área oscura en la imagen debajo del punto blanco: el cuerpo. Como puede ver en la imagen, hay dos vehículos frente al camión: otro camión que intenta girar a la izquierda y un automóvil de pasajeros que cruza la intersección. Además, detrás del automóvil en la imagen, se ven una barandilla, tierra y árboles. A la izquierda y derecha del sensor, se ven áreas onduladas, que corresponden a la baranda y la acera, y resaltan la calzada en el campo de visión. Hay un arbusto a lo largo de la acera. Los datos obtenidos también permiten determinar la situación del tráfico detrás del sensor: hay un vehículo detrás del camión en la imagen. Es importante que no haya espacios en los datos circulares (alrededor del camión) en ninguna de las nubes de puntos. Este hecho muestra que las tasas de repetición del pulso láser para las unidades superior e inferior del telémetro están configuradas correctamente. Si la tasa de repetición del pulso fuera más baja que la requerida, entonces cada uno de los círculos consistiría en líneas de puntos. Las áreas en blanco en una imagen son causadas por obstáculos en el camino óptico que impiden la información sobre el espacio detrás de ellos (efecto de sombreado). Por ejemplo, así aparece una franja negra detrás de la carrocería de un camión. Cabe señalar que el dispositivo LIDAR también se puede configurar a 90° con respecto al eje vertical para cambiar el campo de visión. Este esquema de instalación se puede utilizar en aplicaciones geodésicas y cartográficas. El telémetro láser considerado Velodyne HDL-64E pertenece a la clase 1M, es decir, se considera seguro para los ojos. El sensor está alojado en una carcasa resistente al agua, sigue funcionando a temperaturas extremas y es óptimo para su uso en automóviles. Principal especificaciones Los dispositivos se muestran en la tabla.

Casi todas las fuerzas policiales del mundo (incluida la policía de tráfico) utilizan radares para medir la velocidad, hacer cumplir los límites de velocidad y reponer la tesorería. Desde el desarrollo de estos dispositivos, los detectores de radar los han seguido sin descanso. Lamentablemente, la policía tiene dos ases: puede elegir el momento y el lugar para su<отстрелов>(y aumentar su letalidad eligiendo lugares, peligrosos o no, donde la mayoría de la gente normal conduce rápido) y prohibir las contramedidas más efectivas, como interferencias y el uso de detectores de radar.

El radar envía una señal de radiofrecuencia pulsada o continua y escucha el reflejo de esta señal. Cuando un impulso alcanza un objeto en movimiento, su frecuencia cambia según la velocidad y la dirección del movimiento (efecto Doppler). También han surgido nuevos sistemas que utilizan luz láser para determinar la velocidad.

Hay tres bandas de frecuencia principales en las que operan los radares policiales, comúnmente denominadas banda X (11 GHz), banda K (24 GHz) y banda Ka (32-36 GHz). Todos los detectores de radar escuchan estas frecuencias y emiten un pitido, un pitido y parpadean cuando detectan una señal. Aumentar la sensibilidad del detector de radar le permite detectar el radar antes. Desafortunadamente, estas frecuencias también son utilizadas por varios dispositivos útiles, como los abridores automáticos de puertas de garaje, sistemas de seguridad y también están presentes en la radiación de las líneas eléctricas. A partir de aquí, crece el segundo lado del problema: los detectores de radar, que captan todo en una fila y mienten con más frecuencia de lo que advierten.

Lidar (radar láser) - un nuevo enemigo

Lidar, a diferencia del radar convencional, utiliza radiación láser (longitud de onda de aproximadamente 900 nm) para determinar la velocidad de un automóvil. Mide la distancia desde el dispositivo hasta el objetivo en algunos intervalos y calcula la velocidad de su cambio. Dado que se está midiendo la distancia, es muy importante que el lidar se configure de manera estable y completa para obtener los valores correctos, y el objetivo habitual (automóvil) en este caso se convierte en un conjunto de superficies que son buenos reflectores. Esto es muy importante porque el dispositivo usa el reflejo del rayo láser del objetivo para medir la distancia.

Desde el punto de vista del conductor, la principal diferencia con el radar es la dificultad de detección. El tamaño del punto del haz es de aproximadamente 4 pies a media milla (120 cm por 800 m) y es muy pequeño para que lo capture el detector. Además, todos los dispositivos de esta clase apagan automáticamente el emisor después de una medición y no funcionan de forma continua, como la mayoría de los radares.

Photoradar es la forma más fácil de recolectar dinero

La siguiente ronda en la guerra de radares y antirradars es un fotoradar, al detectarlo solo lo sabrá al recibir un recibo por una multa. Tiene algún tipo de radar de baja potencia para detectar la velocidad y toma imágenes de un automóvil que se mueve por encima del límite de velocidad (hasta las placas y la cara detrás del volante). Es inútil discutir: la máquina no miente. Algunos radares fotográficos están equipados con un dispositivo giratorio que le permite escanear una determinada sección de la carretera, lo que dificulta aún más su detección y reduce la probabilidad de error. El radar que determina la velocidad es de muy baja potencia, su alcance no suele superar los 30-50m, lo que también dificulta su detección, sobre todo si está obstruido por edificios u otros vehículos.

Se utilizan varios tipos de tales dispositivos:

• Australia opera un sistema de radar inclinado Fairy que utiliza un radar de banda K de 45 grados.
• Nueva Zelanda y parte de Canadá - Patrulla automática Ka-photoradar, bastante letal. Utiliza un radar de baja potencia de 34,6 GHz con un ángulo de 22,5 grados y toma fotografías de automóviles que se mueven en ambas direcciones. Sin embargo, no toma una foto si detecta varios autos en el marco para guardar la película. La frecuencia se elige con prudencia como el tercer armónico de la banda X, donde la mayoría de los detectores de radar tienen una sensibilidad reducida para suprimir el ruido doméstico.

Vascar (Computadora y Registrador Visual de Velocidad Media)

Esto no es un sistema de radar. La conclusión es que hay dos marcas en el camino. En el momento de cruzar el primero, el temporizador se enciende, en el momento de cruzar el segundo, se apaga. La distancia entre marcas es fija. Se calcula la velocidad. La única contramedida es la atención plena.

contramedidas

Interferencia (interferencia de radar)

Desde el enfrentamiento, las contramedidas electrónicas se han vuelto muy populares. Si nos saltamos los argumentos sobre la legalidad del uso de tales dispositivos y pasamos al aspecto técnico del problema, ¿qué hace la interferencia? Hay dos tipos de generadores de ruido (bloqueadores): activos y pasivos. Los pasivos toman la señal del radar, la hacen ruidosa y la transmiten de vuelta _sin_amplificación_. El principal problema de este método se puede ver si comparamos el área de la antena del dispositivo (alrededor de 1 pulgada cuadrada) con el área frontal del automóvil. Cualquier señal del generador de ruido será anulada por la señal del resto del vehículo y filtrada de forma segura por el sistema de reducción de ruido del radar. Los estudios de tales dispositivos han demostrado su muy baja eficiencia (ver el texto original, hay enlaces allí).

Mucho más efectivos (y por lo tanto más ilegales) son los matracas activas. En este caso, el dispositivo envía una señal fuerte que suprime el vehículo reflejado. Como ejemplo, VCDD Stealth, el precio es de unos 700 USD (en Nueva Zelanda). Consiste en un detector de radiación de banda ancha de baja calidad, cuya señal enciende el emisor a la misma frecuencia. Según las revistas Car & Drivers y NZ Autonews, existen varios problemas graves con este dispositivo:

• Solo funciona hacia adelante
• No funciona bien en el rango de onda corta.
• Solo funciona en las bandas X y K
• tiene grandes dimensiones
• Atasca firmemente otros detectores en millas a la redonda Teniendo en cuenta el alto costo, la ilegalidad y los elementos 1 a 5, no parece muy conveniente usar un dispositivo de este tipo. No hay información para los demás.

Ocultar y buscar (Sigilo)

La mejor manera de esconderse del radar es cubrir el auto con el material que se usa en los famosos aviones furtivos, pero existen algunas dificultades con su disponibilidad en el mercado. Por eso, para empezar, debes prestar atención al perfil frontal del coche. Evidentemente, un coche de perfil bajo, motor trasero y luces de elevación cerradas (Mazda RX7) refleja mucho peor la señal en sentido contrario que una minivan o un remolque. En general, un automóvil con poca resistencia teóricamente refleja la señal en cualquier lugar, pero no en la dirección opuesta, sino teniendo en cuenta el uso de plásticos y similares en los automóviles modernos. el perfil para reflejar la señal de radar se reduce aún más. Sin embargo, no hay información sobre ningún estudio formal sobre este tema.

Interferencia en lidars (interferencia de lidar)

A diferencia del radar, la radiación láser es liviana, y en este sentido, su supresión es más fácil y legal. La revista Car & Driver (abril de 1994) publicó una buena nota que, en particular, decía que el uso de un par de potentes faros antiniebla puede reducir a la mitad el alcance de un velocímetro lidar, que, con un detector, da unos segundos más. . Robert Weverka y Craig Peterson en su artículo (Autotronics, marzo de 1995, p. 36) afirman que esto no funciona, pero no explican por qué C&D obtuvo resultados positivos.

Esconderse de los lidars (Lidar sigilo)

Lidar funciona según el principio de reflexión de un haz de luz (láser) desde la superficie del objetivo, por lo tanto La mejor manera esconderse de él es tener un auto de perfil bajo, negro, sin partes cromadas y cubierto de tierra. No está mal, también para tener un recubrimiento (¿cubiertas?) en grandes superficies brillantes para suprimir los reflejos. No hubo pruebas sobre este tema.

detectores

Los detectores de radar son esencialmente un receptor de radio que parpadea, emite un pitido o emite un sonido cuando recibe una señal en la frecuencia en la que operan los radares. Además de las diferentes bombillas, la principal diferencia entre los detectores es la sensibilidad y la supresión de la activación aleatoria. En la mayoría de los casos, estas son opciones mutuamente excluyentes.

Opinión pública y críticas

Los fabricantes de detectores ofrecen constantemente nuevos modelos. El precio no siempre determina la calidad. Algunos modelos baratos muestran buenos resultados. Por otro lado, algunos costosos tienen caídas absolutas en ciertos rangos.

A qué prestar atención

A la hora de comprar, además del precio, fijate en:

• sensibilidad: a veces los fabricantes ponen los resultados de las pruebas, no deben ser inferiores a 110 dB
• memoria: la capacidad de guardar la configuración
• Silencio (silencio): en caso de un flujo continuo de coches de policía con radares
• Stealth (montaje) - en caso de que el uso de detectores esté prohibido por las leyes del país
• Control del volumen
• Rango - K/Ka/X - banda, lidar
• La presencia de diferentes bombillas y tonos de sonido para diferentes fuentes de radiación.

donde instalar

Normalmente, El mejor lugar para instalar el detector en la parte superior del parabrisas, al lado del espejo. Esto le permite aumentar el rango y proporciona una buena<обзор>carreteras. La excepción son los automóviles que tienen una tira metalizada de protección solar en el parabrisas, que bloquea el funcionamiento del detector.

detector detectores

En algunos países donde está prohibido el uso de detectores, se utilizan detectores de radar (por ejemplo, VG2 en Canadá). Su principio de funcionamiento se basa en la captación de la frecuencia utilizada en los superheterodinos de los receptores detectores. Muchos fabricantes de detectores tienen en cuenta esta sutileza y producen<невидимые>detectores como los modelos Bel y Valentine One, mientras que Whistler fabrica modelos equipados con detectores detectores.

Es importante señalar que ninguno de los sistemas es 100 por ciento eficiente. Además, periódicamente aparecen nuevos tipos de radares, desarrollados con las últimas tecnologías, y los detectores de radar existentes se vuelven ineficaces.

Por el momento solo hay uno manera efectiva Evite las multas por exceso de velocidad, ¡no conduzca rápido!

Trabajo de investigación de un estudiante (UNIRS) sobre el tema:

"Esquemas de espejos de lentes lidar"

San Petersburgo

Introducción

1. El principio de funcionamiento del lidar.

2. Dispositivo LIDAR

3. Esquemas ópticos de lentes lidar

3.1 Lente de Newton

3.2 Lente Cassegrain

3.3 Lente de Gregorio

Conclusión

Introducción

El término “lidar” es una abreviatura de la expresión inglesa light Identification, Detección y Rango (detección y rango con la ayuda de la luz).

Lidar es una tecnología para obtener y procesar información sobre objetos distantes utilizando sistemas ópticos activos que aprovechan los fenómenos de reflexión de la luz y su dispersión en medios transparentes y translúcidos.

Como dispositivo, lidar es un radar óptico para la detección remota de entornos de aire y agua. Además, los lidars incluyen localizadores ópticos que le permiten obtener información remota sobre objetos sólidos.

Los lidars tienen demanda y son populares debido a las ventajas de los láseres utilizados en ellos:

coherencia de radiación

Longitud de onda corta de radiación y, como resultado, pequeñas pérdidas debido a la divergencia.

Potencia radiante instantánea

La combinación de estas propiedades hace que el uso de lidar sea indispensable a distancias desde cientos de metros hasta varios kilómetros.

1. El principio de funcionamiento del lidar.

La radiación láser pulsada se envía a la atmósfera. Luego, la radiación dispersada por la atmósfera en sentido contrario es captada por un telescopio y registrada por un fotodetector con la posterior digitalización de las señales.

teleobjetivo lidar pulsado óptico

Lidar dispara pulsos cortos y rápidos de radiación láser a un objeto (superficie) con una frecuencia de hasta 150,000 pulsos por segundo. Un sensor en el instrumento mide la cantidad de tiempo que tarda el pulso en regresar. La luz viaja a una velocidad constante y conocida, por lo que LIDAR puede calcular la distancia entre ella y el objetivo con gran precisión.

Hay dos categorías principales de lidars pulsados: micropulso y sistemas de alta energía.

Los lidars Micropulse funcionan con un sistema más potente tecnologia computacional con gran poder de cómputo.

Estos láseres son de menor potencia y están clasificados como "seguros para los ojos", lo que permite su uso con pocas o ninguna precaución especial.

Los lidars de alta energía de pulso se utilizan principalmente en la investigación atmosférica, donde a menudo se utilizan para medir varios parámetros atmosféricos, como la altura de las nubes, la densidad y las capas, las propiedades de las partículas de las nubes, la temperatura, la presión, el viento, la humedad y la concentración de gases en la atmósfera.

2 . dispositivo LIDAR

La mayoría de los lidar constan de tres partes:

La parte transmisora

Parte receptora

· Sistema de control

La parte transmisora ​​(a) del lidar contiene una fuente de radiación: un láser y sistema óptico para formar el rayo láser de salida, es decir para controlar el tamaño del punto de salida y la divergencia del haz.

En la gran mayoría de diseños, el emisor es un láser que genera pulsos cortos de luz de alta potencia instantánea. La tasa de repetición de pulsos o la frecuencia de modulación se elige de modo que la pausa entre dos pulsos sucesivos no sea menor que el tiempo de respuesta de los objetivos detectables (que pueden estar físicamente más lejos que el alcance estimado del dispositivo). La elección de la longitud de onda depende de la función del láser y de los requisitos de seguridad y sigilo del instrumento; Los láseres y longitudes de onda Nd:YAG más utilizados son:

1550 nm es una radiación infrarroja invisible para el ojo humano y para los dispositivos típicos de visión nocturna. El ojo no puede enfocar estas ondas en la superficie de la retina, por lo que el umbral traumático de la onda 1550 es significativamente mayor que el de las ondas más cortas. Sin embargo, el riesgo de daño a los ojos es en realidad más alto que el de los emisores de luz visible: dado que el ojo no reacciona a la radiación IR, el reflejo protector natural de una persona tampoco funciona.

1064 nm: radiación infrarroja cercana de láseres de neodimio e iterbio, invisible para el ojo, pero detectable por dispositivos de visión nocturna

532 nm - radiación láser de neodimio verde, "perforando" efectivamente las masas de agua

355 nm -- ultravioleta cercano

La parte receptora (b) consta de un objetivo (telescopio), filtros espectrales y/o espaciales, un elemento polarizador y un fotodetector. La radiación reflejada-dispersada del objeto en estudio es concentrada por la óptica receptora (telescopio) y luego pasa a través del analizador de espectro. Este dispositivo sirve para aislar el intervalo de longitud de onda en el que se realizan las observaciones y, en consecuencia, para cortar la radiación de fondo en otras longitudes de onda. El analizador puede ser un monocromador o policromador complejo y cuidadosamente ajustado, o un conjunto de filtros de banda estrecha, incluido un filtro de corte para la radiación en la longitud de onda del transmisor láser.

La unidad emisora ​​y receptora pueden estar muy separadas entre sí o formar una sola unidad, lo que es habitual en los últimos años. Los ejes del emisor y el receptor pueden combinarse (circuito coaxial) o estar separados (circuito biaxial).

Los sistemas de control realizan las siguientes tareas:

* Control de modo de operación Lidar;

* Controlar la frecuencia de la radiación láser de sondeo;

* Medición de la energía de radiación en el rayo láser de dos frecuencias saliente y recibido en ambas frecuencias;

* Procesamiento de resultados, es decir, obtener las características espectrales de la atmósfera, determinando la presencia y concentración de impurezas según los “retratos espectrales” de moléculas disponibles en la base de datos informática;

* Control del sistema de apuntamiento lidar al objeto en estudio.

En mi investigación, decidí considerar en detalle los esquemas de lentes utilizados en varios lidars.

3 . Esquemas ópticos de lentes lidar.

La señal de retorno del objeto en estudio debe ser interceptada por la lente receptora del lidar, filtrada (espacial y espectralmente) y dirigida al área sensible del fotodetector. Todo ello debe hacerse con la máxima eficacia, sin pérdidas significativas de la señal luminosa útil recogida por la lente, y con la máxima supresión de toda señal de ruido. Sigamos el paso de una señal útil a través del sistema receptor y consideremos por separado cada elemento de este sistema.

El láser ilumina un punto en el objeto, cuyo tamaño está determinado por la divergencia del haz 2 y la distancia al objeto R: D=2Rtg2R. Parte de la radiación reflejada y retrodispersada es recogida por la lente, como se muestra en la Fig.: (el láser y la lente receptora son coaxiales).

Se muestran solo los rayos extremos de los haces desde puntos en el punto que caen en la lente. A grandes distancias, los rayos del punto son prácticamente paralelos entre sí. El propósito de la lente es recolectar suficiente luz del punto y proyectar el punto sobre el fotodetector. Por lo tanto, los parámetros principales de la lente son el área de recolección de luz, la distancia focal y el campo de visión. Para los lidars espaciales, cuando la distancia a las capas investigadas de la atmósfera o la tierra alcanza cientos de kilómetros, es necesario usar lentes con un gran diámetro de 1 ... 3 m e incluso más para recolectar suficiente luz, especialmente cuando se opera. en modos de dispersión Raman o absorción diferencial. El diámetro d y la distancia focal f" determinan la relación de apertura de la lente (apertura relativa d/f"). Cuanto más brillante sea el sistema, tamaño más pequeño la imagen que crea. El campo de visión de la lente está determinado por el ángulo en el que el haz del punto extremo del punto pasa por el centro de la pupila de entrada de la lente (en la figura). El tamaño de la imagen (no más que el tamaño del fotodetector), la distancia focal equivalente (teniendo en cuenta los elementos de reproyección adicionales en el bloque espectral del receptor) y el ángulo del campo de visión están relacionados por la relación 2a = 2f "tg, que le permite seleccionar los parámetros de esquemas específicos y seleccionar los elementos necesarios En muchos casos, el punto no se proyecta directamente sobre el fotodetector, sino en el plano del diafragma de campo (imagen primaria), que limita el campo de visión de la lente. Al ajustar el tamaño del diafragma de campo, puede cambiar el tamaño efectivo del punto proyectado en el fotodetector. En otras palabras, le permite cambiar la resolución espacial de las mediciones, así como reducir la rejilla de ruido de dispersión múltiple. luz. La reproyección de la imagen principal también es una forma de lidiar con la luz dispersada dentro de la lente. Cuando la apertura del campo tiene un tamaño máximo, el láser y la lente receptora LIDAR se alinean mutuamente (al máximo de la señal recibida). y medidas, la apertura tiene un tamaño mínimo. El diafragma suele ser de iris o en forma de disco con orificios de diferentes diámetros.

Dado que lidar funciona con objetos distantes, la lente debe generar una imagen desde casi el infinito hasta una distancia finita (en el plano focal). Aquellos. Se utilizan teleobjetivos. El cálculo óptico de un teleobjetivo se realiza teniendo en cuenta que el desenfoque de la aberración del borde de la imagen debe ser mínimo o aceptable en términos de pérdida de luz (viñeteado por la apertura del campo). En sistemas como telémetros, escáneres, batímetros, el diámetro del objetivo es pequeño, de 15 a 150 mm. Por lo tanto, las lentes suelen ser lentes.

Lentes utilizadas en lidars:

Espejo (reflectores): use un espejo como elemento colector de luz.

Espejo-lente (catadióptrico): tanto los espejos como las lentes se utilizan como elementos ópticos. Cabe señalar que las lentes son comparables en tamaño al espejo principal y sirven para corregir la imagen formada por este.

Los espejos se pueden hacer livianos, lo cual es importante para la aviación y especialmente para los sistemas espaciales. Los sistemas de espejos se construyen según los esquemas clásicos de los telescopios: Newton, Gregory y Cassegrain. Después del enfoque principal, se muestra condicionalmente un objetivo de lente, lo que significa que hay algunas ópticas adicionales en el sistema receptor. Los sistemas de espejos siempre tienen un blindaje central, incluso en el esquema de Newton, en el que el receptor se coloca enfocado en el eje. Con campos de visión pequeños en unidades de segundos de arco y aperturas relativas pequeñas (d/f "menos de 1:10), se usa una esfera en lugar de un paraboloide en el esquema de Newton, que es preferible por razones económicas. Debido a los bajos requisitos para la calidad de la imagen (solo necesita recolectar energía), a veces es posible reemplazar el espejo hiperbólico secundario por uno esférico. También son posibles los esquemas de tipo Cassegrain con un espejo esférico primario y un espejo asférico secundario de alto orden. Tales esquemas son útil para lidars espaciales con grandes telescopios.

Opciones para la posición relativa del láser y el telescopio receptor:

En el primer esquema, la superficie trasera de un espejo plano diagonal se utiliza para alinear los ejes ópticos. En el segundo esquema, el telescopio receptor también se usa como formador, lo que requiere requisitos más estrictos para su calidad (de lo contrario, el rayo láser divergirá mucho). Además, las pérdidas son inevitables debido al uso de un divisor de haz. El tercer esquema usa agujeros en los espejos primario y diagonal (o secundario). Las zonas centrales siempre están fuera de servicio. También se utilizan esquemas en los que los ejes del láser y el telescopio no están alineados, paralelos o mutuamente inclinados. Dichos esquemas no permiten utilizar la energía del rayo láser de la manera más eficiente posible, pero sí permiten eliminar un punto brillante en el eje (campo de visión casi nulo), lo que puede provocar la sobresaturación del receptor. Los cálculos de energía deben tener en cuenta la distribución de energía gaussiana en el rayo láser

3.1 Lente de Newton

Este circuito fue inventado por Isaac Newton en 1668. Aquí, el espejo principal (parabólico) dirige la radiación hacia un pequeño espejo diagonal plano ubicado cerca del foco. Este, a su vez, desvía el haz de radiación fuera del tubo, donde ingresa al dispositivo receptor.

Este esquema tiene un número mínimo de elementos ópticos, lo que conduce a la facilidad de ajuste, bajos requisitos para el procesamiento de espejos y bajos costos de fabricación. El espejo principal, debido a su gran tamaño, requiere tiempo para la estabilización térmica. También se requiere el ajuste periódico de los espejos, que tienden a perderse durante el transporte y durante la operación. El sistema no está libre de aberración de coma.

La lente de Newton se usa en muchos lidars, considere algunos de ellos:

1) Lidar Raman de múltiples longitudes de onda MRL-400

El funcionamiento de este lidar se basa en el fenómeno de dispersión de luz Raman (efecto Raman): dispersión inelástica de radiación óptica por moléculas de una sustancia (sólida, líquida o gaseosa), acompañada de un cambio notable en la frecuencia de radiación. Aparecen líneas espectrales en el espectro de la radiación dispersa, que están ausentes en el espectro de la luz primaria (excitante). El número y la ubicación de las líneas que aparecen están determinados por la estructura molecular de la sustancia.

La radiación láser es telescópica por un colimador de espejo parabólico fuera del eje. El láser, junto con el colimador, está montado en el telescopio receptor, lo que permite tomar medidas en cualquier ángulo con respecto al horizonte.

Estructura lidar MRL-400

Fuente de luz: láser Quantel Brilliant Nd:YAG con generador de tercer armónico

Energía de pulso: 300/300/200 mJ - 1064/532/355 nm

Tasa de repetición: 10Hz

Colimador de espejo parabólico fuera del eje con un factor de aumento de 5. Los revestimientos dieléctricos del espejo aseguran el funcionamiento del colimador en longitudes de onda de 355, 532, 1064 nm.

Telescopio Newton con apertura de 400 mm y distancia focal de 1200 mm.

2) Lidar de aerosol de longitud de onda múltiple PL-200

Estructura lidar PL-200

Fuente de radiación: Láser Nd:YAG con generador de tercer armónico.

Energía a 355 nm: 70 mJ

Frecuencia de repetición: 25Hz

Divergencia del haz:< 1 мрад

Colimador: un colimador parabólico fuera de eje con recubrimientos dieléctricos y un factor de magnificación de 5 está diseñado para el telescópico simultáneo de las longitudes de onda emitidas (1064, 532, 355 nm).

El lidar utiliza un telescopio newtoniano con una apertura de 300 mm. El espejo principal es parabólico con una distancia focal de 970 mm.

3.2 Lente Cassegrain

El esquema fue propuesto por Lauren Cassegrain en 1672. El espejo principal de mayor diámetro (cóncavo; en la versión original parabólico) proyecta radiación sobre un secundario convexo de menor diámetro (normalmente hiperbólico). El espejo secundario se encuentra entre el espejo principal y su foco, y la distancia focal total de la lente es mayor que la del principal. La lente con el mismo diámetro y distancia focal tiene casi la mitad de la longitud del tubo y un poco menos de protección que la de Gregory. El reflector Cassegrain tradicional es difícil de fabricar (superficies de espejo complejas: parábola, hipérbola) y también tiene una aberración de coma subcorregida. El último inconveniente se corrige en varias modificaciones del esquema Cassegrain.

De las lentes SLR, la lente Cassegrain es la más popular debido a su combinación de compacidad y larga distancia focal.

Considere algunos lidars que usan un telescopio receptor construido de acuerdo con el esquema Cassegrain:

1) Complejo lidar estacionario MVL-60

El lidar de longitud de onda múltiple MVL-60 está diseñado para el análisis remoto operativo de las características de las formaciones de nubes y aerosoles atmosféricos en la atmósfera utilizando un láser que opera en longitudes de onda de 1064 (IR), 532 (verde) y 355 (UV) nm.

La antena receptora lidar es un telescopio, generalmente un espejo, generalmente construido de acuerdo con el esquema de Newton o Cassegrain. En el telescopio del lidar MVL-60 con un diámetro de espejo parabólico primario de 60 cm, se implementan ambos esquemas.

Cuando funciona como una antena receptora lidar, el telescopio implementa el esquema Cassegrain, cuando la señal láser reflejada recibida golpea primero el espejo parabólico principal, luego el espejo hiperbólico secundario y luego a través del orificio en el centro del espejo parabólico hacia la unidad analizadora. , donde luego es distribuida a diferentes fotodetectores y registrada por la computadora.

Cuando funciona como un instrumento astronómico convencional, el telescopio implementa el esquema de Newton: se inserta un espejo plano en el eje óptico del espejo parabólico principal, con la ayuda del cual la imagen recibida por el espejo principal se muestra en un ángulo de 90 grados. a lo largo del eje del telescopio. En este foco de Newton, puedes colocar un ocular o una cámara de video y obtener imágenes de objetos en el cielo estrellado.

2) LIDAR de longitud de onda múltiple con canales Raman

Emisor de pulsos: láser Nd:YAG

Longitud de onda: 1064, 532 y 355 nm

Energía de pulso: 100/55/30 mJ

Ancho de pulso: 10 ns

Frecuencia de pulso: 10Hz

Diámetro del rayo láser (extendido): 50 mm

Divergencia del rayo láser: 0,3 mrad

Telescopio (diámetro): Cassegrain, espejo primario de 300 mm

Ángulo de recepción de radiación: 0,6 - 5 mrad

Longitudes de onda de dispersión elástica: 1064, 532, 532 despolarización y 355 nm

Longitudes de onda Raman: 387, 407, 607 nm

3 . 3 Lente Gregorio

Este circuito fue inventado por James Gregory en 1663. En el sistema Gregory, la radiación del espejo parabólico cóncavo principal se dirige a un pequeño espejo elíptico cóncavo, que refleja el haz en un fotodetector colocado en el orificio central del espejo principal. La presencia de un espejo secundario alarga la distancia focal y permite así aplicar grandes aumentos.

El tamaño del telescopio receptor, construido según el esquema de Gregory, es mayor que el telescopio newtoniano y casi el doble que la lente Cassegrain, lo que aumenta el blindaje, complica la alineación y su seguridad, transporte y operación en general.

Este esquema no ha recibido tanta distribución como los esquemas de Newton y Cassegrain, ya que, en igualdad de condiciones, sus desventajas son más significativas y se usa en algunos casos específicos.

Conclusión

En el proceso de estudiar las lentes de espejo utilizadas en lidars y compararlas entre sí varios esquemas, llegué a la siguiente conclusión:

Los objetivos SLR tienen una serie de ventajas (en comparación con los objetivos):

ѕ Alta luminosidad y resolución

* Sin aberraciones cromáticas en los espejos

* Alto coeficiente de transmisión de luz

* Con un diseño relativamente simple de sistemas de espejos, es posible obtener una corrección bastante perfecta de la aberración esférica.

* Los sistemas de espejos no contienen superficies refractivas y, por lo tanto, son adecuados para su uso en las regiones IR y UV del espectro.

Pero además de las ventajas, los objetivos SLR también tienen inconvenientes:

* Complejidad de fabricación y control de superficies asféricas de espejos

ѕ Dificultad para alinear los sistemas de espejos

* Dificultades asociadas con el uso de grandes espejos (la influencia de las condiciones climáticas, la necesidad de estabilización térmica)

* Los sistemas espejo tienden a tener una gran coma, lo que reduce el campo útil del sistema. Esta desventaja se elimina mediante el uso de esquemas de lentes de espejo.

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Los titulares de la patente RU 2575766:

La invención se relaciona con el campo de la localización por láser y la electrónica cuántica y está destinada a su uso en sistemas y complejos de localización por láser para detectar objetos en movimiento y determinar los parámetros de su movimiento, incluidas las coordenadas espaciales y la velocidad de movimiento. El dispositivo propuesto también se puede utilizar en sistemas de comunicación espacial por láser para comunicarse con una nave espacial en el espacio cercano o profundo, así como para comunicarse con una nave espacial durante su aterrizaje en la Tierra a través de una capa de plasma que rodea la nave espacial. El dispositivo propuesto pertenece a la clase de sistemas láser que utilizan el método de heterodino láser cuando reciben y procesan señales de ubicación láser. Este método de recepción de señales láser es conocido y estudiado en la literatura científica, donde se señalan algunas ventajas de este método en comparación con el método de fotodetección directa de señales láser. Sin embargo, una serie de deficiencias en la implementación práctica de la heterodinación láser no permitieron el uso completo del potencial de este método para crear sistemas de localización láser eficientes. aplicación amplia. La principal desventaja técnica de este método de heterodino láser es la necesidad de una coincidencia de alta precisión de los frentes de onda de la radiación láser recibida (LI) y la radiación heterodina láser en el área fotosensible del fotodetector receptor. La monografía de la página 156 muestra que en presencia de un desajuste angular de aproximadamente 12 minutos de arco de la radiación láser recibida y heterodina, la señal a la salida del fotodetector - fotomezclador a una frecuencia intermedia disminuye en un factor de cinco en comparación con el nivel de señal con desajuste angular cero. Tal dependencia del nivel de la señal de salida conduce a fuertes fluctuaciones y pérdida completa periódica de la señal de salida, una disminución en la probabilidad de detectar objetos observados y una disminución en la eficiencia del sistema de recepción de láser en condiciones reales de seguimiento de objetos en movimiento rápido.

Se conoce un telémetro láser con un esquema de procesamiento heterodino según la patente alemana (Z. No. 2819320), que contiene un láser, un generador de reloj, un sistema óptico receptor-transmisor, un oscilador local láser, un mezclador óptico del láser recibido radiación con radiación de oscilador local, un fotodetector, una unidad de amplificación y procesamiento de señales de frecuencias intermedias de salida del fotodetector, unidad de memoria y procesamiento de información. Las desventajas de este dispositivo incluyen la baja eficiencia y la baja detectividad del dispositivo cuando funciona en condiciones reales de observación de objetos en movimiento en presencia de varios ruidos de fondo en la entrada del sistema óptico receptor. Estas deficiencias se deben a la dependencia significativa del nivel de la señal de frecuencia intermedia (señal de fotomezcla) en la coincidencia de los ángulos de incidencia de la radiación del oscilador local y la radiación láser recibida en el sitio del fotodetector. Al seguir un objeto en movimiento rápido, el ángulo de incidencia de la radiación láser recibida está sujeto a cambios continuos, lo que provoca fluctuaciones significativas en el nivel de la señal de frecuencia intermedia a la salida del fotodetector y una disminución de este nivel, como como resultado de lo cual disminuye la probabilidad de detección correcta del objeto, la precisión de determinar los parámetros del movimiento del objeto y la operación eficiente del dispositivo en su conjunto.

Localizador láser conocido con un método heterodino para recibir señales láser desarrollado en los EE. una unidad de amplificación, un oscilador láser maestro, un segundo fotodetector, unidad de control y medida de frecuencia, unidad de control y procesamiento de información. Las desventajas de este complejo incluyen baja eficiencia con una complejidad significativa del complejo. El complejo carece de medios para asegurar la coincidencia continua de los ángulos de incidencia sobre la unidad fotorreceptora de la radiación láser del oscilador local y la radiación láser recibida reflejada desde el objeto de movimiento rápido acompañado. Como resultado de posibles cambios en el ángulo de incidencia en el sitio del fotodetector de la radiación láser recibida en el modo operativo de detección y seguimiento de un objeto, se produce un desajuste dinámico de los ángulos de incidencia indicados, lo que provoca fuertes fluctuaciones adicionales en el nivel de la señal de frecuencia intermedia y hasta la pérdida completa de la señal y la interrupción de la detección y el seguimiento del objeto. Este complejo utiliza un sistema para ajustar la frecuencia de generación (longitud de onda) de la radiación del oscilador láser maestro (transmisor láser). Sin embargo, el método utilizado para sintonizar la longitud de onda de generación del láser utilizando un piezocorrector intracavitario no tiene la precisión requerida, lo que reduce aún más la precisión y la eficiencia del radar láser.

Como prototipo, se eligió un localizador láser con un modo de radiación pulsada, cuyo esquema se da en el libro Localización láser en la página 245. Este localizador láser contiene un telescopio receptor y transmisor con una unidad de apuntamiento (escaneo), una lente, una unidad de fotodetector, una unidad de control y procesamiento de señales, un transmisor láser, un oscilador local láser, una unidad de medición de frecuencia, atenuadores fijos: absorbedores de radiación, divisores de haz. Las desventajas de este dispositivo incluyen la baja eficiencia del trabajo en objetos reales en movimiento, así como la baja probabilidad de detección correcta de un objeto en movimiento debido a la presencia de un desajuste en los ángulos de incidencia en el sitio de la unidad fotorreceptora del recibió radiación láser y la radiación del oscilador local en el modo de detección y seguimiento dinámico de objetos en movimiento.

El resultado técnico logrado es el siguiente: una disminución de la dependencia del nivel de la señal de salida de los cambios en el ángulo de llegada de la radiación láser recibida (LI), un aumento de la eficiencia del sistema de localización láser en las condiciones de detección y seguimiento de objetos en movimiento y en presencia de una fuerte iluminación de fondo, un aumento en la probabilidad de detección correcta de objetos observados, implementación de comunicación láser estable con la nave espacial a través de la capa de plasma circundante al ingresar a las capas densas de la atmósfera durante el aterrizaje de la nave espacial a la Tierra.

El nuevo resultado técnico se logra de la siguiente manera.

1. En un localizador láser que contiene un telescopio con una unidad apuntadora instalada en serie en el primer eje óptico, la primera lente, la primera unidad fotodetectora, cuya salida está conectada a la unidad de filtro espectral, las salidas están conectadas al control unidad, el transmisor láser, el láser heterodino y la unidad de medida de frecuencia, la salida del transmisor láser está conectada ópticamente al telescopio y, por medio de un espejo translúcido y reflectante, a la primera entrada óptica de la unidad de medida de frecuencia, la cuya segunda entrada óptica está conectada ópticamente a través de un espejo translúcido a la salida óptica del oscilador láser local, las entradas de control del transmisor láser, el oscilador láser local y la salida de la unidad de medición de frecuencia están conectadas a la unidad de control, el primer atenuador controlado, el primer desplazador de frecuencia de radiación láser, la primera unidad de escaneo de radiación láser, cuya salida óptica está conectada ópticamente por medio de un espejo reflectante y dos translúcidos opcionales. conectado ópticamente a la entrada óptica de la primera unidad fotorreceptora, conectado ópticamente en serie el segundo atenuador controlado, la segunda unidad de cambio de frecuencia de radiación láser, la segunda unidad de escaneo de radiación láser, cuya salida óptica está conectada ópticamente a la entrada óptica del primera unidad fotodetectora a través de dos espejos translúcidos, las entradas ópticas del primer y segundo atenuadores controlables están conectadas ópticamente por medio de espejos translúcidos con la salida óptica del oscilador local láser, el tercer atenuador controlable, la tercera unidad de desplazamiento de frecuencia de radiación láser y la la tercera unidad de escaneo de radiación láser están conectadas ópticamente en serie, acoplados ópticamente en el segundo eje óptico están el modulador acústico-óptico con la unidad de control, la segunda lente, el primer espejo translúcido, el filtro espacial controlado, la tercera lente, el segundo espejo semitransparente, el segundo fotodetector unidad, cuya salida está conectada a la entrada de la segunda unidad y filtros espectrales conectados a la unidad de control, la entrada óptica del modulador acústico-óptico está conectada ópticamente por medio de un espejo reflectante y un espejo semitransparente con la salida óptica del oscilador local láser, la salida óptica del tercer escáner de radiación láser La unidad está conectada ópticamente a través de un espejo reflectante y un segundo espejo semitransparente con la entrada óptica de la segunda unidad fotodetectora, la entrada óptica del tercer atenuador controlado está conectada ópticamente a la salida óptica del oscilador láser local, la tercera unidad fotodetectora, la cuya entrada óptica está conectada a través del primer espejo translúcido a la salida óptica de la segunda lente, y la salida está conectada a la unidad de control de la unidad fotodetectora conectada a la unidad de control, el primer y segundo espejos remotos conectados mecánicamente al desplazamiento unidad, cuya entrada de control está conectada a la unidad de control, un filtro espectral dinámico, cuya entrada óptica es a través del primer espejo de exploración conectada ópticamente a la salida óptica del telescopio, y la salida óptica del filtro espectral dinámico a través del segundo espejo de exploración y el segundo espejo remoto está conectada ópticamente a la entrada óptica del primer objetivo, los electrodos de control de la primera y segunda exploración los espejos están conectados a la unidad de control del espejo de exploración, cuya entrada está conectada a la unidad de control, la entrada de control del filtro espectral dinámico está conectada a la unidad de control, un reflector de esquina remoto, conectado ópticamente a la entrada óptica del telescopio y conectado mecánicamente al bloque para mover el reflector de esquina conectado a la unidad de control, el cuarto atenuador controlado, conectando ópticamente la salida óptica del transmisor láser con el telescopio, las entradas de control de los atenuadores controlados están conectadas a la unidad de control, las entradas de control de las unidades de cambio de frecuencia de radiación láser y las unidades de exploración de radiación láser están conectadas a la unidad de control.

2. La unidad de cambio de frecuencia de radiación láser comprende un diafragma de entrada, una celda acústico-óptica con una unidad de control, una primera lente, un diafragma estenopeico, una segunda lente y un diafragma de salida, ópticamente acoplados en serie en el eje óptico, mientras que el electrodo de control de la celda acustoóptica está conectado a la unidad de control de la celda acustoóptica.

3. La unidad de escaneo de radiación láser se basa en una celda acústico-óptica en la que se excitan ondas ultrasónicas para cambiar la dirección de propagación de la radiación láser.

4. El filtro espectral dinámico se basa en una celda acústico-óptica en la que se excitan ondas ultrasónicas, que interactúan con la radiación láser recibida que pasa a través de la celda.

5. El transmisor láser y el oscilador láser local están hechos sobre la base de generadores láser con la posibilidad de sintonizar la longitud de onda de la radiación láser generada.

En la Fig. 1 muestra un diagrama de bloques de un radar láser. En la Fig. 2 muestra un diagrama de bloques del desplazador de frecuencia láser. En la Fig. 3 y 4 muestran los espectros obtenidos experimentalmente de las señales de información recibidas generadas en el sistema de radar láser, y la Fig. 5 muestra el espectro de radiación de interferencia de fondo.

En la Fig. 1, los números indican los siguientes elementos del radar láser.

1. Telescopio.

2. Bloquear la guía.

3. Primera lente.

4. La primera unidad fotodetectora.

5. Bloque de filtros espectrales.

6. Unidad de control.

7. Transmisor láser.

8. Oscilador local láser.

10. El primer bloque para cambiar la frecuencia de la radiación láser.

11. El primer bloque para escanear radiación láser.

12. El segundo bloque para cambiar la frecuencia de la radiación láser.

13. El segundo bloque para escanear la radiación láser.

14. El primer debilitador controlado.

15. El segundo debilitador controlado.

16. El tercer debilitador controlado.

17. El tercer bloque para cambiar la frecuencia de la radiación láser.

18. El tercer bloque para escanear radiación láser.

19. Modulador acústico-óptico.

29. Unidad de control del modulador acústico-óptico.

20. Segunda lente.

21. El primer espejo translúcido.

22. Filtro espacial controlado.

23. Tercera lente.

24. El segundo espejo translúcido.

25. La segunda unidad fotodetectora.

26. El segundo bloque de filtros espectrales.

27. Tercera unidad fotodetectora.

28. Unidad de control de la tercera unidad fotodetectora.

29. Unidad de control del modulador acústico-óptico pos. 19 (enumerados anteriormente).

30. Filtro espectral dinámico.

31. Unidad de control para escanear espejos pos. 35 y 36.

32, 33. Los espejos remotos primero y segundo.

34. Bloque de movimiento.

35. El primer espejo de exploración.

36. Segundo espejo de exploración.

37. Reflector de esquina remoto.

38. Bloque para mover el reflector de esquina.

39. Espejo translúcido.

40. Espejo reflectante.

41, 42, 43, 44. Espejos translúcidos.

59. Espejo reflectante.

45, 46. Espejos reflectantes.

47, 48. Espejos translúcidos.

49. Espejo reflectante situado en la sombra óptica del contrarreflector

50 telescopio pos. 1.

58. El cuarto debilitador controlado.

59. Espejo reflectante.

En la Fig. 2 muestra los siguientes elementos.

51. Abertura de entrada.

52. Celda acústico-óptica.

53. Unidad de control de una celda acústico-óptica.

54. La primera lente.

55. Diafragma estenopeico.

56. Segunda lente.

57. Abertura de salida.

60. Elemento piezoeléctrico.

El principio de funcionamiento del radar láser es el siguiente.

El transmisor láser 7 genera pulsos de radiación láser que ilumina el objeto observado. El telescopio 1 es guiado por la unidad de puntería 2 a un área determinada del espacio observado, en el que es posible ubicar y mover el objeto detectado y observado. La radiación láser reflejada por el objeto es capturada por el telescopio 1 y se enfoca desde la salida del telescopio usando la primera lente 3 en el área fotosensible (entrada óptica) de la primera unidad fotorreceptora 4. Al mismo tiempo, un reflector de esquina 37 es eliminado del camino óptico del telescopio 1 utilizando la unidad de movimiento 38, utilizada en el modo de prueba y ajuste del localizador láser. Al mismo tiempo, los espejos remotos 32 y 33 se retiraron del camino óptico del canal de recepción del radar láser utilizando una unidad de desplazamiento 34. Al mismo tiempo, el filtro espectral dinámico 30, utilizado en caso de fuerte ruido de fondo externo, estaba desconectado del camino óptico. El atenuador controlable 58 cambia al modo estándar de transmisión completa de la radiación del transmisor láser 7 (modo de atenuación cero). La radiación láser de la salida del telescopio 1 ingresa directamente a la entrada óptica de la primera lente 3, que enfoca aún más la radiación láser recibida reflejada desde el objeto en el área fotosensible de la primera unidad fotorreceptora 4. Simultáneamente, el área fotosensible recibe radiación láser generada por el láser heterodino 8 a través de espejos translúcidos 42, 43 y dos ramas de cambio de los parámetros de la radiación láser heterodino pos. 14, 10, 11 - la primera rama y pos. 15, 12, 13 - la segunda rama. Estas dos ramas forman dos rayos láser heterodinos, con cuya ayuda la primera unidad fotodetectora 4 implementa el modo de recepción láser heterodino (fotomezclado) de la radiación láser recibida en dos frecuencias diferentes de radiación láser heterodino. En consecuencia, a la salida de la unidad fotodetectora 4, se forman dos señales eléctricas a dos frecuencias intermedias diferentes f 1 yf 2 , que luego se alimentan a las entradas del primer bloque de filtros espectrales 5, en el que se separan el filtrado y la amplificación de se lleva a cabo cada una de las señales de frecuencia intermedia generadas. La radiación láser heterodina generada entra en la entrada de la primera unidad fotodetectora 4 a través del espejo reflectante 46 y los espejos translúcidos 47, 48 de las salidas 11 y 13. En este caso, la primera radiación láser heterodina generada por los elementos de la pos. 14, 10, 11 es la principal, y la segunda radiación láser heterodina, formada por los elementos de la pos. 15, 12, 13 es adicional y sirve para probar y controlar el funcionamiento del radar láser, así como para configurar y ajustar los parámetros del funcionamiento del radar láser directamente en el modo operativo de detección y seguimiento de un objeto en movimiento. . Los primeros 10 y segundos 12 bloques del cambio de frecuencia de la radiación láser (LI) se usan para compensar el cambio de frecuencia Doppler de la radiación láser recibida reflejada desde el objeto en movimiento observado. Las primeras 11 y segundas 13 unidades de exploración del LI compensan la falta de coincidencia de los frentes de onda de la radiación láser heterodina y recibida en la entrada óptica de la primera unidad fotodetectora 4. Cabe señalar que la presencia de dos radiaciones heterodinas en la entrada de la primera unidad fotodetectora 4 no reduce el potencial (sensibilidad) de recibir la radiación láser reflejada del objeto observado, ya que la magnitud de la amplitud de la señal de la frecuencia intermedia correspondiente (latidos) a la salida del fotodetector la unidad 4 es proporcional a la magnitud de la radiación láser recibida especificada y la intensidad de la radiación láser heterodina especificada por el oscilador local láser 8. Como resultado del registro simultáneo por parte de la unidad fotodetectora 4 de la radiación láser recibida procedente del telescopio 1, y la radiación láser del oscilador local láser 8 que llega a través de los elementos de la rama principal pos. 14, 10, 11, a la salida de la unidad fotodetectora 4 se forma una señal de frecuencia intermedia f 1, que ingresa a la unidad de filtro espectral 5, donde se realiza el filtrado y amplificación de la señal en la correspondiente celda de filtro sintonizada a el valor correspondiente de la frecuencia intermedia de la señal eléctrica. Además, la señal amplificada y digitalizada de la salida del bloque 5 ingresa al bloque 6 para el procesamiento final y el registro del resultado de detectar la radiación láser reflejada por el bloque fotodetector 3 y fijar el valor de la frecuencia intermedia f 1 por el número de la celda de filtrado de la señal de frecuencia intermedia en el bloque de filtro espectral 5. En este caso, el valor fijo f 1 frecuencia intermedia determina el valor de la velocidad radial del objeto observado (a lo largo del haz de observación), ya que es igual a la frecuencia diferencia entre la radiación láser recibida reflejada desde el objeto y la radiación láser heterodina que ingresa a la entrada de la unidad fotodetectora 4 desde la unidad de salida pos. 11 a través de los espejos 46, 47, 48. Esta radiación heterodina (principal) tiene un valor de frecuencia igual a la suma de la frecuencia de radiación del oscilador local láser 8 y el cambio de frecuencia adicional de la radiación láser realizado por la primera unidad de cambio de frecuencia de la radiación láser 10, operando en señales de control desde la salida de la unidad de control 6. El valor de la diferencia entre las frecuencias de la radiación láser del transmisor láser 7 y el oscilador local láser 8 se mide continuamente por la unidad de medición de frecuencia 9 y desde su salida ingresa a la unidad de control 6, en la que se encuentra toda la información sobre los valores. de las frecuencias de la radiación láser generada por el transmisor láser 7 que ilumina el objeto, se forma el oscilador local del láser 8, así como información sobre el valor de la señal de cambio de frecuencia de la radiación láser utilizando el bloque 10 y el valor de la frecuencia intermedia f 1 de la señal a la salida del primer bloque fotodetector 4 (según el número de filtro en el bloque de filtro espectral 6 que filtró la señal de salida del bloque fotodetector 4). Con base en la información obtenida, el bloque 6 calcula continuamente el cambio de frecuencia de la radiación láser reflejada por el objeto observado en comparación con la frecuencia de la radiación láser que ilumina, y calcula la velocidad radial actual del objeto utilizando la conocida fórmula Doppler. Por lo tanto, la unidad de cambio de frecuencia láser 10 realiza algún cambio de frecuencia fijo de la radiación láser generada por el oscilador local láser 8. Este valor de cambio de frecuencia lo establece la unidad de control 6 y se selecciona de tal manera que la frecuencia intermedia de la señal f 1 a la salida de la primera unidad fotodetectora 4 cae en la cuadrícula de frecuencias fijas de la unidad de filtrado 5. A una velocidad muy alta de movimiento del objeto observado, por ejemplo, al rastrear objetos espaciales, el valor de la frecuencia de radiación láser El cambio se elige lo suficientemente grande (del orden de varios gigahercios), lo que garantiza un seguimiento eficaz de los objetos que se mueven rápidamente. La unidad de exploración de radiación láser 11 asegura el establecimiento del ángulo óptimo de incidencia del haz de radiación láser heterodina sobre la zona fotosensible de la primera unidad fotodetectora 4. La unidad de exploración 11, así como unidades similares pos. 13 y 18 están hechos sobre la base de escáneres acústico-ópticos de alta velocidad y proporcionan un cambio preciso de dos coordenadas en la dirección de propagación de la radiación láser heterodina a la salida de las unidades de escaneo independientemente en dos planos perpendiculares entre sí, cada uno de la cual también es perpendicular al plano del área fotosensible de la primera unidad fotorreceptora 4. Adicionalmente, se puede notar que las unidades de escaneo 11 y 13 cambian la dirección de propagación de la radiación láser heterodina que incide sobre el área fotosensible de la unidad fotodetectora 4 con respecto al primer eje óptico normal al plano del área fotosensible de la unidad fotodetectora 4. La dirección estándar normal de propagación de la radiación láser heterodina a la salida de la unidad de exploración 11 y, en consecuencia, a la entrada de la unidad fotorreceptora 4, es paralela y coincidente con el primer eje óptico, en el que la radiación láser heterodina de la salida de la unidad de escaneo 11 cae normalmente (perpendicularmente) sobre el área fotosensible del bloque fotodetector 4 después del reflejo de un espejo translúcido 48. En la unidad de escaneo 11 en este momento, los parámetros de control son fijos que proporcionan la incidencia normal especificada de la radiación láser heterodina en el área fotosensible de la unidad fotodetectora 4. Al mismo tiempo, los parámetros de control de la unidad de control 6 se fijan en la unidad de cambio de frecuencia 10, proporcionando un cierto valor establecido de la frecuencia intermedia de la señal a la salida de la primera unidad fotodetectora 4, que se alimenta a la entrada de la unidad de filtro espectral 5. Esto asegura el modo de funcionamiento estándar del localizador láser basado en el heterodino sobre el método de recepción de la radiación láser reflejada por el objeto observado. Al mismo tiempo, la segunda rama de la formación de la segunda radiación heterodina, que contiene los elementos de la pos. 15, 12 y 13 genera una segunda señal de radiación láser heterodina basada también en la radiación láser generada por el láser heterodino 8 y suministrada a la entrada de estos elementos desde la salida del láser heterodino 8 a través de un espejo translúcido 43. La segunda unidad de desplazamiento de frecuencia láser 12 proporciona dicho valor de desplazamiento, cuando el valor de la frecuencia intermedia de la señal a la salida de la unidad fotodetectora 4 es igual a un cierto valor f 2 y difiere significativamente de la primera frecuencia intermedia f 1 , lo que permite filtrarlos por separado en la unidad de filtro 6 y posterior procesamiento separado en la unidad de control 6. La unidad de filtro espectral 5 proporciona un conjunto de filtros eléctricos para proporcionar filtrado y posterior amplificación de señales de frecuencia intermedia en un cierto rango espectral en la región de la segunda frecuencia intermedia F 2 . Estos filtros eléctricos espectrales están diseñados para recibir y procesar las señales de pulso indicadas (fotomixing) de la radiación láser recibida y la segunda radiación láser heterodina formada por la segunda rama de los elementos pos. 15, 12 y 13 e ingresando al área fotosensible de la primera unidad fotorreceptora 4 desde la salida de la unidad 13 a través de los espejos translúcidos 47 y 48. En el momento de recibir la radiación láser reflejada por el objeto observado, utilizando el segundo láser unidad de escaneo de radiación 13 en los comandos de la unidad de control 6 hay un cambio periódico en la dirección de propagación de la segunda radiación láser heterodina especificada con respecto a la dirección del primer eje óptico, es decir, con respecto a la normal al plano del zona fotosensible de la unidad fotorreceptora 4. El cambio en la dirección de propagación de la segunda radiación láser heterodina se lleva a cabo utilizando un escáner de dos coordenadas 13 en dos direcciones perpendiculares con respecto a la normal al plano del área fotosensible de la unidad fotorreceptora 4. Como resultado, el ángulo de desajuste entre la dirección (vector) de propagación de la radiación láser recibida y la segunda radiación heterodina cuando inciden sobre el área fotosensible de la unidad fotorreceptora 4. Como resultado, a la salida de la unidad fotorreceptora 4, un se forma una segunda señal f2 de frecuencia intermedia, cuya amplitud refleja un cambio continuo en el ángulo de desajuste entre la dirección de la radiación láser recibida y la dirección de propagación de la segunda radiación láser heterodina. En ausencia de tal desajuste, es decir, en un ángulo cero del desajuste especificado y el paralelismo de los vectores de propagación de la radiación láser heterodina recibida y la segunda, el nivel (amplitud) de la señal de la segunda frecuencia intermedia en el la salida de la unidad fotodetectora 4 tenderá al valor más alto. En este caso, el valor del nivel de la señal de la primera frecuencia intermedia f 1 a la salida de la primera unidad fotorreceptora 4 permanece invariable debido a que la dirección del vector de propagación de la primera radiación láser heterodina a la salida de la La primera unidad de exploración 11 también permanece invariable y fija debido a una señal de control fija suministrada a la unidad de exploración 11 como salida de la unidad de control 6. En consecuencia, el ángulo de desajuste entre los vectores de propagación de la radiación láser recibida y el primer láser heterodino radiación, formada por los elementos de la primera rama de la pos. 14, 10, 13. Así, en la unidad de control 6 se genera continuamente información sobre los valores de las señales de dos frecuencias intermedias f 1 y f 2 obtenidas a la salida de la primera unidad fotodetectora 4 como resultado de la interacción (latidos) de la radiación láser recibida y la primera y segunda radiación láser heterodina. Estas dos señales de frecuencias intermedias f 1 yf 2 obtenidas de la misma radiación láser recibida y difieren solo en la naturaleza del cambio en el ángulo de desajuste entre los vectores de la radiación láser recibida y la primera y segunda radiación láser heterodina. Por lo demás, los parámetros de las señales de las frecuencias intermedias primera y segunda son los mismos. La señal de la primera frecuencia intermedia se obtuvo con la misma dirección del vector de propagación de la primera radiación láser heterodina y, en consecuencia, con el mismo ángulo de desajuste indicado. La magnitud de esta primera señal de frecuencia intermedia se toma como base de comparación. La señal de la segunda frecuencia intermedia se obtuvo en condiciones de cambio continuo en la dirección del vector de propagación de la segunda radiación láser heterodina y, en consecuencia, con un cambio continuo en el ángulo de desajuste especificado de los vectores de la radiación recibida y la segunda heterodina. radiación láser. La unidad de control 6 compara continuamente el cambio en la amplitud (nivel) de la señal de la segunda frecuencia intermedia con respecto al nivel de la señal de la primera frecuencia intermedia al mismo tiempo con la misma radiación láser recibida y el mismo nivel de generado radiación de oscilador local láser. La diferencia entre las condiciones para obtener señales de las frecuencias intermedias primera y segunda es solo la diferencia en los niveles de los ángulos de desajuste indicados de los vectores de la radiación láser heterodina y recibida. Por lo tanto, cuando el nivel de la señal de la segunda frecuencia intermedia excede el nivel de la señal de la primera frecuencia intermedia en algún momento y en un cierto valor de la dirección del vector de propagación de la segunda radiación láser heterodina en ese momento, un se toma la decisión en la unidad de control 6 para lograr una coincidencia más precisa de los frentes de onda de la radiación láser heterodina recibida y la segunda, lo que resulta en un aumento relativo en el nivel de la señal de la segunda frecuencia intermedia a la salida de la primera unidad fotodetectora 4 A continuación, la unidad de control 6 genera una señal de control que ingresa a la primera unidad de escaneo de radiación láser 11, como resultado de lo cual la unidad de escaneo 11 establece la dirección del vector de propagación de la radiación láser a la salida de esta unidad, similar a la dirección de el vector de propagación de la segunda radiación láser heterodina a la salida de la segunda unidad de exploración 13 en el momento del valor más alto del nivel de la segunda s señal de la frecuencia intermedia, relativa al nivel de señal de la primera frecuencia intermedia. Esta nueva dirección encontrada del vector de la primera radiación láser heterodina se fija en la primera unidad de escaneo de radiación láser 11. La segunda unidad de escaneo de radiación láser 13 luego continúa el cambio continuo en el tiempo de la dirección del vector de propagación de radiación láser en la salida del bloque 13 en relación con la dirección recién encontrada del vector de propagación de la radiación láser en las direcciones (planos) horizontal y vertical. Se puede argumentar que sobre la base de dos ramas de la formación de las radiaciones láser heterodinas primera y segunda, la primera unidad fotodetectora 4 y la unidad de control 6, un sistema para el seguimiento y control automático del ángulo de desajuste de los vectores de propagación de se implementa la radiación láser recibida y heterodina, que establece el ángulo de desajuste óptimo (mínimo) en el método heterodino que recibe señales de radar láser. Dicha monitorización del nivel de desajuste entre la radiación láser recibida y dos radiaciones láser heterodinas se lleva a cabo además de forma continua y constante cuando se recibe y sigue un objeto observado en movimiento. Los atenuadores controlados primero y segundo 14 y 15 sirven para igualar los valores (intensidad) de la primera y segunda radiación láser heterodina sobre el área fotosensible de la primera unidad fotodetectora 4.

Simultáneamente con el control del ángulo de desajuste de la radiación láser heterodina y recibida en el localizador láser, se realiza el ajuste automático y la supervisión del valor de la frecuencia de pulsación intermedia formada durante la interacción de la radiación láser heterodina y recibida en la primera unidad fotodetectora 4. Para realizar esta función se utiliza un modulador acústico-óptico 19, que junto con la segunda lente 20 realiza un análisis espectral en tiempo real de las señales eléctricas de frecuencia intermedia provenientes de la salida de la primera unidad fotodetectora 4 en luz coherente de radiación procedente de la salida del oscilador local láser 8 a través del espejo translúcido 44 y el espejo reflectante 59 a la entrada óptica del modulador acústico-óptico 19. Señal eléctrica procedente de la salida de la primera unidad fotodetectora 4 (de uno de los fotosensibles centrales elementos) ingresa al electrodo de control del modulador acústico-óptico 19 a través de la unidad de control de este sobre el modulador 29. En el modulador acústico-óptico 19, una onda acústica ultrasónica es excitada bajo la influencia de una señal eléctrica amplificada en el bloque 29, recibida de la salida del bloque fotodetector 4 y que contiene las señales generadas del primer y segundo intermedio frecuencias La entrada óptica del modulador acústico-óptico 19 recibe un haz monocromático de radiación láser desde la salida del oscilador láser local 8 a través de un espejo translúcido 44 y un espejo reflectante 59. De la segunda lente 20, se forma un haz de radiación láser, modulada por una señal eléctrica procedente de la salida de la primera unidad fotodetectora 4. La lente 20 realiza una transformada óptica de Fourier en la luz coherente de la radiación láser del láser heterodino 8 y forma el espectro espacial del haz láser modulado en el plano focal de la lente 20, alineado con el plano del filtro espacial controlado 22 y combinado simultáneamente con el área fotosensible del tercer bloque fotodetector 27. El espectro espacial formado es leído por el tercer bloque fotodetector 27 y h A través de él, la unidad de control 28 ingresa a la unidad de control 6. Al mismo tiempo, el filtrado espacial del espectro espacial formado se lleva a cabo utilizando un filtro espacial controlado 22. El espectro espacial del rayo láser modulado formado en tiempo real es de dos órdenes espectrales correspondientes a dos señales de frecuencias intermedias f 1 y f 2 formadas a la salida de la primera unidad fotodetectora 4 como resultado de la interacción de la radiación láser recibida y Dos rayos láser heterodinos. El filtro espacial controlado 22 en las señales de control de la salida de la unidad de control 6 pasa a la entrada óptica de la tercera lente 23 solo la distribución de radiación de cualquier orden espectral, correspondiente, por ejemplo, a la señal de la primera frecuencia intermedia f 1 . También es posible filtrar y excluir algunos componentes de ruido e interferencia que acompañan o están contenidos cerca y junto con la señal de la primera frecuencia intermedia. (Del mismo modo para la segunda frecuencia intermedia). A continuación, la operación de transformación inversa (transformación) de la distribución de radiación filtrada de la primera frecuencia intermedia en una señal eléctrica para la entrada a la unidad de control 6 se lleva a cabo utilizando la segunda unidad fotodetectora 25. La tercera lente 23 realiza la transformada inversa de Fourier en luz coherente y formas en el plano focal de la lente 23, la distribución del rayo láser, en el que se filtra (excluye) la segunda componente de la señal con la segunda frecuencia intermedia utilizando un filtro espacial controlado 22, y algo de ruido y también se excluyen los componentes de interferencia en la señal de la primera frecuencia intermedia. El filtro espacial controlado 22 realiza la función de un diafragma transmisivo dinámico (ventana), que transmite la distribución del haz de luz correspondiente a la señal de la primera frecuencia intermedia f1. Al mismo tiempo, el tercer rayo láser heterodino de la salida del láser heterodino 8, formado adicionalmente usando la tercera rama de los elementos para formar radiación láser heterodino, pos. 16, 17, 18. Este rayo láser ingresa a la entrada óptica (área fotosensible) de la unidad fotodetectora 25 a través del espejo reflectante 45 y el espejo translúcido 24. Se forma una señal eléctrica filtrada en tiempo real que contiene información correspondiente a la información previamente contenida en la señal de la primera frecuencia intermedia f 1 a la salida de la primera unidad fotodetectora 4. En este caso, la frecuencia (central) de esta señal está determinada tanto por el valor de la primera frecuencia intermedia f 1 como por el valor del desplazamiento de frecuencia de radiación láser establecido f 3 en el tercer bloque del desplazamiento de frecuencia LI 17, que se establece mediante la señal de control de la salida de la unidad de control 6. Esta frecuencia de señal de batido en la salida de la unidad fotodetectora 25 es igual a la suma de las frecuencias f 1 +f 3 , donde f 3 es el valor de la especificada Desplazamiento de frecuencia ajustable de la radiación láser en la unidad 17. La unidad de control 6 genera continuamente información sobre el valor actual de la frecuencia de la señal de la primera frecuencia intermedia proveniente de la salida del tercer bloque fotodetector 27 a través de su unidad de control 28. El el valor de esta frecuencia es igual a la distancia desde el centro del plano focal (foco de la lente 20) de la posición del primer orden de difracción: la marca de la señal de frecuencia intermedia en el espectro espacial del rayo láser recibido formado en el plano de la zona fotosensible de la unidad fotorreceptora 27, formada 20. La posición en el plano focal de este orden de difracción cambia todo el tiempo, lo que refleja el cambio (fluctuaciones) en la velocidad del objeto observado. La unidad de control 6 genera continuamente, de acuerdo con la información indicada, una señal de control que ingresa a la tercera unidad de desplazamiento de frecuencia LI 17, la cual compensa los cambios actuales en la frecuencia de la señal filtrada en el filtro espacial controlado 22 y convertida en una señal eléctrica. señal a la salida de la segunda unidad fotodetectora 25. Como resultado, la señal de frecuencia especificada a la salida de la segunda unidad fotodetectora 25 permanece sin cambios e igual al valor de la frecuencia de filtrado operativa f 4 en una de las bandas espectrales de banda estrecha. filtros eléctricos en la segunda unidad de filtro espectral 26.

f 1 +f 3 =f 4 = const.

Así, se implementa un sistema de control y seguimiento automático de los cambios en la frecuencia de la señal recibida, debido a los desplazamientos de frecuencia Doppler de la radiación láser recibida. Dicho sistema permite la estabilización dentro de los límites de frecuencia requeridos de la señal de información recibida y proporciona un mayor filtrado y procesamiento de esta señal utilizando un filtro de banda estrecha en el segundo bloque de filtros espectrales 26, que recibe la señal recibida actual con una frecuencia central estabilizada. de la salida de la segunda unidad fotorreceptora 25 que lee esta señal.La señal filtrada en el filtro eléctrico de banda estrecha 26 se alimenta además a la entrada de la unidad de control 6 para su posterior análisis. El uso del sistema especificado para rastrear y estabilizar la frecuencia intermedia de la señal de información recibida permite filtrar las señales en el segundo bloque de filtros espectrales 26 utilizando filtros eléctricos especiales de banda estrecha, cuyo uso sería imposible sin este sistema para rastrear cambios actuales en la frecuencia intermedia de la señal de información recibida. Esto permite aumentar la probabilidad de detección correcta (detectabilidad) durante el procesamiento y análisis final de la información recibida en la unidad de control 6. Mientras se monitorea la frecuencia de la señal de información recibida cambiando (controlando) la magnitud de la radiación láser el cambio de frecuencia en la unidad de cambio de frecuencia LI 17 en la tercera unidad de escaneo LI 18 cambia la dirección del vector de propagación de la radiación láser para que coincida con los frentes de onda de la radiación láser que incide en el área fotosensible de la segunda unidad fotodetectora 25, a saber: radiación láser modulada de la salida del modulador acústico-óptico 19 y la tercera radiación láser heterodina de la salida del bloque 18. La información sobre el valor necesario del ángulo de incidencia óptimo de la tercera radiación láser heterodina especificada se obtiene en la unidad de control 6 basado en la magnitud del cambio del orden de difracción de la señal de la primera frecuencia intermedia relativa el centro del plano del filtro espacial controlado 22 y, en consecuencia, el centro del área fotosensible de la tercera unidad fotodetectora 27. Esta información es leída por la tercera unidad fotodetectora 27 y luego alimentada continuamente desde la salida de su control unidad 28 a la unidad de control 6, en la que se generan las señales de control necesarias, la tercera unidad de escaneo de radiación láser 18. En el radar láser propuesto, también es posible implementar otro método de seguimiento y compensación de cambios en el valor de la frecuencia intermedia de la señal de información recibida, en el que la señal de retroalimentación generada en la unidad de control 6 para control y compensación de frecuencia variaciones se alimenta a la entrada de control de la primera unidad de cambio de frecuencia láser 10, como resultado que estabiliza la primera frecuencia intermedia de la señal recibida en la salida de la primera unidad fotodetectora 4. En este caso, el valor del control de cambio de frecuencia La señal se determina en la unidad de control 6 en función de la medición de los cambios en el valor actual de la segunda frecuencia intermedia según la información suministrada a la unidad de control 6 desde la tercera unidad fotodetectora 27. También es posible realizar un seguimiento simultáneo de los cambios en el valor de la frecuencia intermedia de la señal de información recibida aplicando una señal de control desde la salida de la unidad de control 6 a la entrada de control de la primera unidad de cambio de frecuencia LI 10 y n y la entrada de control del tercer bloque de cambio de frecuencia LI 17. En este caso, se implementa un sistema de dos bucles de compensación dinámica para cambios en la frecuencia intermedia, lo que permite proporcionar una precisión particularmente alta de seguimiento y compensación de fluctuaciones de frecuencia. de la señal de información recibida a la entrada del segundo bloque de filtros espectrales 26, lo que permite el uso de filtros especiales de banda estrecha y mejora la detectabilidad y eficiencia del radar láser en condiciones de iluminación de fondo externa e interferencia. Cabe señalar que la señal de control de cambio de frecuencia de radiación láser formada en la unidad de control 6 y alimentada a la entrada de control de la tercera unidad de cambio de frecuencia LI 17 contiene información importante sobre la dinámica de los cambios en la velocidad de movimiento del objeto espacial observado y se puede utilizar para analizar el estado y la naturaleza del movimiento de este objeto en la órbita espacial. El modulador acústico-óptico 19 y la lente 20, cuando se forman en el área fotosensible del tercer bloque fotodetector 27, el espectro espacial de la señal de información de la salida del primer bloque fotodetector 4, realizan simultáneamente la importante función de prueba y control. el modo de funcionamiento del canal de recepción del radar láser, que incluye el primer bloque fotodetector 4 en sí mismo y los elementos de formación de la primera y segunda radiación láser heterodina pos. 8, 10-13. Esto se debe al hecho de que a la salida de la unidad fotorreceptora 4, además de las señales de información de las frecuencias intermedias primera y segunda, también se forma una señal de batido (fotomezcla) de la radiación láser heterodina primera y segunda, la frecuencia de la cual es igual a la diferencia de frecuencia del primer y segundo LI heterodino indicados. La marca espectral de esta señal de latido de dos radiaciones láser heterodinas en forma de una orden de difracción adicional formada por la lente 20 es leída por la tercera unidad fotodetectora 27 y, a través de la unidad 28, ingresa a la unidad de control 6 para el seguimiento continuo posterior del latido especificado. frecuencia, igual a la distancia de este orden de difracción desde el centro del patrón del espectro de difracción coincidente con el centro del área fotosensible de la unidad fotorreceptora 27. El nivel de este orden de difracción es proporcional a las intensidades del primero y segundo radiación láser heterodina. Cuando cambia el ángulo entre los vectores de propagación de la primera y la segunda radiación heterodina, este nivel cambia. En este caso, las frecuencias de las primeras y segundas radiaciones láser heterodinas a la salida de las unidades de desplazamiento de frecuencia LI 10 y 12 se seleccionan de forma que su diferencia sea menor que las obtenidas a la salida de la primera unidad fotodetectora 4 de las primeras y segundas frecuencias intermedias para evitar la superposición de las señales de los latidos indicados de radiación láser heterodina y señales de dichas primera y segunda frecuencias intermedias. En la práctica, esta condición se satisface fácilmente mediante la elección adecuada de los valores de desplazamiento de la radiación heterodina láser en las unidades de desplazamiento de frecuencia LI 10 y 12. asociado con la radiación láser recibida del objeto observado y no requiere la presencia de reflejada señales del objeto para determinar el estado de funcionamiento normal del radar láser. Este es un factor importante para aumentar la eficiencia y la fiabilidad del radar láser. El localizador láser propuesto brinda una oportunidad adicional para aumentar la inmunidad al ruido y aumentar la eficiencia en condiciones de alto nivel de iluminación y ruido de fondo externo que se producen cuando se trabaja durante el día cerca de una fuente potente de radiación óptica, por ejemplo, al rastrear un objeto cuyo la imagen se encuentra cerca del disco solar. Primero, cuando se trabaja durante el día, utilizando el modulador acústico-óptico 19, la lente 20 y la tercera unidad fotodetectora 27, se forma el espectro espacial del fondo general a la entrada del telescopio 1, dirigido a un área determinada de ​espacio usando la unidad de puntero 2. El espectro de fondo se forma en el plano del área fotosensible de la unidad fotodetectora 27, alineado con el plano focal de la lente 20 por medio del primer espejo translúcido 21. En este caso, la recepción de señales desde la salida de la primera unidad fotodetectora 4 se lleva a cabo en el rango de primera y segunda frecuencias intermedias previamente seleccionadas en las frecuencias correspondientes de la primera y segunda radiación láser heterodina generada por los primeros 10 y segundos 12 bloques de desplazamiento LI . Cabe señalar que las frecuencias de estas radiaciones láser heterodinas y las frecuencias intermedias seleccionadas durante el filtrado espacial en la unidad de filtro espacial controlable 22, así como el rango operativo total de las frecuencias de entrada de modulación en el modulador acústico-óptico 19 determinan el espectral rango de la radiación láser de entrada registrada en el modo de recepción heterodino por la unidad fotodetectora 4 y correspondiente a la longitud de onda (rango) de la radiación láser de iluminación generada por el transmisor láser 7. Información sobre el espectro de radiación de fondo total en el rango especificado del frecuencias operativas seleccionadas del transmisor láser proviene de la salida de la tercera unidad fotodetectora 27 a través de la unidad 28 a la unidad de control 6, donde se analiza el nivel de ruido de fondo y se toma la decisión de utilizar un filtro espectral dinámico adicional pos.30, que realiza un filtrado de banda estrecha de la radiación láser recibida por el telescopio 1 antes de que th radiación a la entrada óptica (área fotosensible) de la primera unidad fotorreceptora 4. Para ello, por órdenes de la unidad de control 6, la unidad de desplazamiento 34 inserta el primer y segundo espejos remotos 32 y 33 en el camino óptico como se muestra en Higo. 1. En este caso, la radiación láser de la salida óptica del telescopio 1 ahora ingresa a la entrada de la primera lente 1 no directamente, sino después de pasar a través del filtro espectral dinámico 30. Como resultado de la reflexión de los espejos 32 y 35 , la radiación láser recibida pasa a la entrada del filtro espectral dinámico 30. Después del filtrado espectral de banda estrecha del LI desde la salida del filtro espectral 30, la radiación ingresa a la entrada de la lente 3 después de la reflexión de los espejos 36 y 33. La longitud de onda (frecuencia) del filtrado de banda estrecha de la radiación láser recibida en el filtro espectral dinámico 30 está controlada por una señal de salida de la unidad de control 6 y corresponde a la radiación láser de longitud de onda generada por el transmisor láser 7 , teniendo en cuenta posibles cambios en el valor del desplazamiento Doppler de la frecuencia de la radiación láser reflejada por el objeto en movimiento. Como resultado del filtrado de banda estrecha de la radiación láser recibida en el filtro espectral dinámico 30, la radiación de interferencia de fondo se corta y el nivel de interferencia de ruido de intermodulación en la salida de la primera unidad fotorreceptora 4 se reduce cuando opera en el heterodino. modo de recepción de la radiación láser reflejada desde un objeto iluminado por la radiación láser desde un transmisor láser 7, que proporciona un aumento en la probabilidad de detección correcta y un aumento en la eficiencia del radar láser en condiciones de un alto nivel de ruido de fondo externo. Al mismo tiempo, el filtro espectral dinámico 30 bloquea la banda de recepción del canal de frecuencia espejo, que se forma en el receptor heterodino óptico de la misma manera que en el receptor de radio superheterodino. La exclusión de la recepción del ruido de fondo de la frecuencia de recepción del espejo aumenta aún más la inmunidad al ruido y la eficiencia del radar láser propuesto. Los espejos de exploración primero y segundo 35 y 36 proporcionan una suspensión precisa del eje óptico cuando el filtro espectral dinámico 30 se introduce en la trayectoria óptica receptora del radar láser. Para ello, bajo la influencia de las señales de control que llegan a estos espejos desde la unidad de control 31 de los espejos de exploración, estos últimos cambian en un pequeño rango la dirección de la radiación reflejada desde los espejos para establecer con precisión la dirección de la radiación de salida desde el telescopio a la entrada del filtro 30 y la radiación de salida del filtro 30 a la entrada de la lente 3 Al mismo tiempo, el ajuste fino del canal óptico receptor y los elementos ópticos que aseguran la recepción de la radiación láser reflejada por el objeto se lleva a cabo en un modo especial de configuración del localizador láser, en el que un reflector de esquina externo 37 se introduce en el camino óptico de recepción y transmisión utilizando una unidad de movimiento de reflector de esquina 38, como se muestra en la FIG. 1. En este caso, el transmisor láser 7 cambia al modo de generación de radiación de nivel mínimo. El atenuador 58 controlado simultáneamente realiza una atenuación adicional de la radiación láser del transmisor 7 a un nivel que le permite registrar la radiación sin sobrecargar la primera unidad fotodetectora 4. El reflector de esquina 37 devuelve a la entrada del telescopio 1 parte de la radiación láser generada exactamente en la dirección del eje del patrón de radiación de esta radiación dirigida por el telescopio 1 utilizando el bloque apuntador hacia el objeto observado. Además, la radiación láser de control formada por el reflector de esquina 37 es registrada por la unidad fotorreceptora 4, que tiene un área fotosensible de cuatro elementos. Con la ayuda de los espejos de exploración primero y segundo 35, 36, el eje de la radiación láser de control generada se guía hacia el centro del área fotosensible de la primera unidad fotodetectora 4. el área fotosensible de la unidad fotorreceptora 4 Esto completa la etapa de ajuste del filtro espectral dinámico 30 introducido en la ruta de recepción del filtro espectral 30 del localizador láser.

Si se detecta un nivel significativo de ruido de fondo en el modo de análisis de fondo anterior en el rango de radiación láser generada por el transmisor láser 7, en el localizador láser propuesto es posible cambiar a otra longitud de onda u otro rango de longitud de onda, para lo cual es Es posible utilizar un transmisor láser y un oscilador láser local con longitudes de onda de radiación láser generadas por sintonía. Al mismo tiempo, simultáneamente con la sintonización de las longitudes de onda de la radiación láser generada en el transmisor láser y el oscilador local láser, se realiza la correspondiente sintonización dinámica de la longitud de onda de las bandas de filtrado y recepción en el filtro espectral dinámico 30, como así como la selección y establecimiento de los desplazamientos de frecuencia necesarios en los bloques de desplazamiento de frecuencia LI 10 y 12 y el establecimiento de los ángulos de incidencia requeridos de la radiación láser heterodina sobre la zona fotosensible de la primera unidad fotodetectora 4. Con ello se implementa el óptimo más eficiente modo de operación del radar láser en el rango seleccionado de recepción de señales de ubicación láser y radiación con un nivel mínimo de iluminación de fondo externa e interferencia.

En el localizador láser propuesto, una de las funciones importantes la realizan las unidades de desplazamiento de frecuencia láser pos. 10, 12 y 17. En la fig. 2 muestra un diagrama de bloques de una unidad de cambio de frecuencia láser basada en una celda 52 acústico-óptica que modula la radiación láser que pasa a través de la celda. La entrada óptica de la celda acústico-óptica 52 (Fig. 2) a través de la apertura de entrada 51 recibe radiación láser generada por el oscilador local láser 8 y suministrada (ver Fig. 1) a través del espejo translúcido 42 y el primer atenuador controlado 14 para la entrada de la unidad de cambio de frecuencia LI pos. 10. Al atravesar la celda acustoóptica 52, la radiación láser interactúa con una onda ultrasónica de cierta frecuencia, excitada en esta celda por medio de un elemento piezoeléctrico especial 60, que está en contacto con el cristal de la celda acustoóptica. 52. Como resultado de esta interacción, se forma un haz de radiación láser a la salida de la celda acústico-óptica 52, frecuencia que se desplaza por el valor de la frecuencia de la onda ultrasónica en la celda acústico-óptica, la frecuencia del cual se determina y ajusta en la unidad de control 53 de esta celda acústico-óptica. Con la ayuda de la primera lente 54, el rayo láser generado con una frecuencia desplazada por un valor dado, determinado en el bloque 53 por comandos de la unidad de control 6, se dirige al plano del orificio 55, ubicado estrictamente en el eje óptico. de este bloque de cambio de frecuencia LI. Este agujero de alfiler tiene un diámetro de agujero pasante de 0,2-0,4 mm. El término "punto" es condicional y refleja el pequeño diámetro de la abertura del diafragma. La segunda lente 56 expande el rayo láser filtrado por el diafragma estenopeico axial 55 al diafragma de salida 57. El diafragma 55 está ubicado en el plano focal frontal de la lente 56, a lo largo del eje óptico del bloque y tiene una frecuencia de radiación láser desplazada. exactamente por la frecuencia de la onda ultrasónica, que se establece en la unidad de control 53 por la celda acústico-óptica de acuerdo con la señal de control proveniente de la unidad de control 6. Así, en las unidades de cambio de frecuencia LI, un cambio de frecuencia controlado de la pasar la radiación láser por el valor de desplazamiento especificado en la unidad de control 6 sin cambiar la dirección de propagación de esta radiación. La celda acústico-óptica 52 funciona en el modo de difracción de Bragg, en el que solo se forma un rayo láser difractado a la salida de la celda, en el que se bombea toda la energía de la radiación láser que llega a la celda. Durante la interacción de la radiación láser con una onda ultrasónica acústico-óptica en la celda 52, la dirección de propagación del rayo láser que emerge de la celda cambia. Por lo tanto, el diafragma 55 se desplaza del punto focal de la primera lente 54, como resultado de lo cual una parte de la radiación generada con una frecuencia desplazada de la radiación láser siempre ingresa al diafragma. Para eliminar el efecto de cambiar la dirección de propagación de la radiación láser, con un cambio en su frecuencia, también es posible usar un reflector difuso que forma un amplio patrón de radiación de la radiación láser incidente con una frecuencia de radiación cambiada, de la cual la radiación luego se emite usando un diafragma estenopeico, propagándose estrictamente a lo largo del eje óptico del bloque de desplazamiento de frecuencia del láser. El funcionamiento de la celda acústico-óptica, en la que se realiza el cambio de frecuencia de la radiación láser, se describe en detalle en la monografía. El cambio de frecuencia de la radiación láser se puede realizar tanto en dirección positiva como negativa. Cabe señalar que el método de cambio de frecuencia utilizado en las unidades de cambio de frecuencia LR basado en la interacción acústico-óptica de la radiación láser en la celda acústico-óptica es muy preciso, ya que el valor del cambio está determinado directamente por la frecuencia de la señal de control. en la unidad de control 53 de la celda acústico-óptica, en la que la frecuencia especificada se establece con alta precisión utilizando un sintetizador de frecuencia especial, que forma parte de esta unidad de control 53. También se debe tener en cuenta la alta velocidad de este método, que hace posible cambiar la frecuencia LR con la frecuencia de repetición de pulsos del transmisor láser y monitorear el cambio en la frecuencia intermedia a la salida de la primera unidad fotodetectora 4 cuando se observan objetos espaciales que se mueven rápidamente. Cabe señalar que se pueden usar varios efectos físicos para cambiar la frecuencia LR, por ejemplo, es posible usar la interacción no lineal de la radiación óptica en cristales ópticos no lineales. Una función importante en el localizador láser propuesto la realizan las unidades de exploración para la radiación láser pos. 11, 13 y 18. Estos bloques están hechos sobre la base de células deflectoras de radiación láser acústico-ópticas: escáneres de radiación láser de precisión. Se logra una alta precisión de deflexión en los escáneres acústico-ópticos debido al hecho de que la señal de control que determina el ángulo de deflexión de la radiación láser aquí es una señal eléctrica que excita una onda acústica en la celda, cuya frecuencia se establece con alta precisión usando un sintetizador de frecuencia que forma parte de esta unidad de escaneo de radiación láser. Al mismo tiempo, las unidades de exploración basadas en celdas acustoópticas tienen una alta velocidad, determinada por la alta velocidad de propagación de una onda acústica a través de una celda acustoóptica. Cabe señalar que al cambiar la dirección del ángulo de propagación de la radiación láser a través de la unidad de exploración LI 11, 13 y 18, se produce un cierto cambio en la frecuencia de la radiación láser, que está determinada por la frecuencia de la señal de control aplicada. a la celda acústico-óptica de esta unidad de exploración. Para compensar este cambio de frecuencia de la radiación láser desviada en el bloque de cambio de frecuencia anterior (por ejemplo, el bloque 10 antes del bloque de escaneo 11), se realiza un cambio de frecuencia directo adicional, o el cambio de frecuencia principal del LI en el bloque de cambio de frecuencia 10 se lleva a cabo con el cambio de frecuencia adicional existente o establecido en el escaneo de bloque posterior de la radiación láser 11. Por lo tanto, la unidad de cambio de frecuencia láser 10 instalada secuencialmente y la unidad de escaneo de radiación láser 11, hechas sobre la base de celdas acústico-ópticas, operar como una sola unidad (elemento) para el desplazamiento de frecuencia y el escaneo de radiación láser bajo el control de las señales provenientes de la unidad de control 6 y proporcionando alta precisión al cambiar la frecuencia y la dirección de propagación de la radiación láser dentro de los límites especificados. En la actualidad, se han desarrollado celdas acústicas que operan desde el rango de longitud de onda del ultravioleta cercano hasta el infrarrojo medio, proporcionando un cambio en la longitud de onda de la radiación láser de aproximadamente 2 (dos) gigahercios, y cuando se utilizan varias cascadas de interacción de radiación láser con una acústica onda, proporcionan un cambio en la frecuencia de radiación láser de hasta 10 gigahercios, que es suficiente para compensar el cambio Doppler durante el seguimiento y la comunicación láser con objetos espaciales. Como unidades de exploración para la radiación láser, también es posible utilizar espejos de exploración con piezoelementos de control, similares a los que se utilizan para los espejos de exploración pos. 35 y 36.

En el localizador láser, el filtro espectral dinámico 30 se implementa sobre la base de una celda acústico-óptica y un elemento piezoeléctrico que excita ondas ultrasónicas de una determinada frecuencia e intensidad en la celda acústico-óptica. Como resultado, solo la radiación láser pasa a la salida óptica del bloque 30 en un rango espectral estrecho determinado por la frecuencia de la señal de control generada con alta precisión usando un sintetizador de frecuencia incluido en el bloque 30. En este caso, hay algo adicional desplazamiento de frecuencia controlado de la radiación láser recibida que pasa a través del filtro espectral dinámico 30. Este desplazamiento de frecuencia conocido adicional del LI recibido se tiene en cuenta y se compensa mediante los bloques de desplazamiento de frecuencia de radiación láser 10 y 12 cuando estos bloques establecen el valor especificado de el cambio de frecuencia de la radiación láser heterodina generada por comandos de la unidad de control 6. Por lo tanto, los bloques de cambio de frecuencias de la radiación láser 10 y 11 realizan una función adicional de compensar el cambio de frecuencia de la radiación láser recibida cuando pasa a través de la dinámica filtro espectral 30. Además, el filtro espectral dinámico 30 contiene un filtro especial th unidad de control, que incluye un sintetizador de frecuencia que proporciona la formación de un conjunto de señales eléctricas de control con un valor de frecuencia preciso para la excitación de ondas ultrasónicas con parámetros dados, proporcionando un filtrado dinámico de la radiación láser recibida. El principio de funcionamiento y las características de las células acústico-ópticas utilizadas en filtros espectrales dinámicos, escáneres acústico-ópticos y desplazadores de frecuencia se describen en una monografía y en numerosas publicaciones.

Como bloques de filtros espectrales 5 y 26 se utilizaron modernos filtros eléctricos de banda estrecha que operan en el rango de 0,1 a cientos de megahercios. Al mismo tiempo, las unidades de filtrado 5 y 26 tienen juegos completos de filtros eléctricos espectrales conectados individualmente y por separado a cada electrodo de salida del elemento fotosensible de cuatro sitios de las unidades fotodetectoras pos.la salida del sistema para compensar los cambios en la frecuencia de la señal de información, que asegura que esta señal entre en la banda estrecha del filtro correspondiente en el bloque 26 en las condiciones de seguimiento de un objeto en movimiento rápido. El bloque 26 contiene un determinado conjunto de filtros espectrales de banda estrecha sintonizados a un determinado número de frecuencias fijas de filtrado eléctrico, lo que permite el filtrado de banda estrecha de las señales recibidas en un determinado rango de frecuencias intermedias, determinado por la frecuencia de la señal que llega. desde la salida del primer bloque fotodetector 4 al modulador acústico-óptico 19, y la frecuencia de la radiación láser generada en la salida del bloque de desplazamiento de frecuencia de radiación láser 17. Los bloques 5 y 26 también contienen amplificadores electrónicos y varios medios para digitalizar señales amplificadas y filtradas para ingresar información a la unidad de control 6. Los bloques 5 y 26 también pueden contener demoduladores de señales eléctricas de alta frecuencia recibidas (detectores de RF) al realizar varios algoritmos para procesar señales de ubicación láser recibidas y señales de comunicaciones espaciales láser. El bloque de filtros espectrales 5 contiene un conjunto de filtros eléctricos de ancho de banda fijo, sintonizados a una serie de frecuencias (intermedias), en la región de la primera frecuencia intermedia y la segunda frecuencia intermedia. El bloque de filtros espectrales 5 también contiene un conjunto de amplificadores eléctricos apropiados y convertidores de analógico a digital que digitalizan las señales eléctricas amplificadas y filtradas para su entrada a la unidad de control 6, que es una computadora multifuncional especializada.

Como unidad de control 6, que controla todas las unidades y elementos del radar láser, así como procesa la información proveniente de las unidades fotodetectoras y la unidad de medición de frecuencia 9, se utiliza una computadora electrónica multifuncional de alto rendimiento, equipada con interfaces apropiadas que proporcionan comunicación en paralelo con el localizador láser de unidades y elementos. La unidad de control 6 también incluye una pantalla para mostrar información y un panel de control del operador.

La unidad apuntadora 2 apunta el eje del telescopio 1 en Punto dado del espacio observado y posterior seguimiento del objeto en movimiento detectado. El bloque 2 está hecho sobre la base de motores paso a paso controlados. Los motores eléctricos paso a paso también se utilizan en la unidad de movimiento 34 y en la unidad de movimiento 38 del reflector de esquina remota 37.

La unidad de medida de frecuencia 9 es estándar, similar a la utilizada en el prototipo, y contiene un fotodetector, cuya entrada recibe radiación láser de un transmisor láser 7 y un oscilador láser local 8. De la salida de este fotodetector, la señal de pulso a una frecuencia intermedia se amplifica, digitaliza y alimenta digitalmente a la unidad de control 6, donde se lleva a cabo la medición final de la frecuencia de batido intermedia (diferencia) del transmisor láser y el oscilador local, por ejemplo, contando pulsos durante un período fijo de tiempo. Cuando se detecta un cambio de frecuencia debido a la inestabilidad de frecuencia del transmisor o del oscilador local, el valor de cambio de frecuencia se ajusta en los bloques de cambio de frecuencia LI 10 y 12, que es más preciso y eficiente que la estabilización de frecuencia en el transmisor láser del prototipo. El espejo translúcido 39 deriva una cantidad muy pequeña de radiación del transmisor láser 7 a la entrada de la unidad de medición de frecuencia 9, suficiente para el funcionamiento normal de esta unidad. La parte principal de la radiación del transmisor láser 7 (99,9%) pasa a través del espejo 39 a la entrada del atenuador controlado 58 y luego al espejo reflectante 49. El atenuador controlado 58 no atenúa la radiación en el modo estándar y pasa completamente todo el flujo de luz transmitida. Como atenuadores controlados de la radiación láser pos. 14, 15, 16 y 58, se utilizan dispositivos ópticos controlados fabricados por la industria, que proporcionan una superposición mecánica de la sección transversal del haz de radiación láser que pasa en forma de un diafragma controlado o un obturador controlado. También es posible utilizar moduladores electroópticos de alta velocidad controlados del flujo de luz transmitida. Los atenuadores controlables 14, 15, 16 están diseñados para establecer los niveles de radiación láser heterodina, proporcionando un modo estándar de operación de las unidades fotodetectoras 4, 27 y 25. Los atenuadores controlables 14 y 15 forman dos radiación láser heterodina del mismo nivel en la entrada de la primera unidad fotodetectora 4. El atenuador controlable 58 atenúa el nivel de la señal del transmisor láser 7, que se ramifica mediante un reflector de esquina remoto 37 a la entrada del telescopio 1, al nivel de la sensibilidad estándar de la primera unidad fotorreceptora 4. El filtro espacial controlable 22 está hecho sobre la base de una transparencia óptica, por ejemplo, sobre la base de cristales líquidos y una matriz de electrodos, proporcionando un direccionamiento eléctrico controlado por comandos de la unidad de control 6, como resultado de lo cual la transmisión de elementos individuales del plano del filtro espacial 22, alineado con el plano focal de la lente 20, que forma en este plano el espectro espacial de la señal de información recibida a filtrar. La industria produce diversas transparencias controlables y filtros espaciales basados ​​en ellas, así como atenuadores controlables y obturadores ópticos controlables basados ​​en cristales líquidos. También es posible utilizar un tubo modulador de luz de haz catódico con direccionamiento electrónico de elementos transmisores de radiación en el plano focal de la lente 20 como una transparencia controlada.

En un radar láser, los generadores láser modernos con una banda bastante estrecha de generación de radiación láser desde el rango de longitud de onda ultravioleta hasta el infrarrojo medio se pueden usar como un transmisor láser y un láser heterodino. En la actualidad, en estos rangos, existe una gran cantidad de generadores láser, que también tienen la capacidad de sintonizar la longitud de onda de generación dentro de ciertos límites. Al mismo tiempo, la industria ha desarrollado y está produciendo varias celdas y dispositivos acústicos basados ​​en cristales ópticos, que operan en el rango de longitud de onda desde el ultravioleta hasta el infrarrojo cercano y medio. Los bloques de fotodetectores se fabrican sobre la base de receptores de radiación láser de cuatro sitios (el primer y segundo bloque de fotodetectores pos. 4 y 25), así como sobre la base de matrices de fotodetectores de elementos múltiples (bloque de fotodetectores 27). En la actualidad, existe un gran número de fotodetectores basados ​​en varios principios físicos que operan en todos los rangos de longitud de onda especificados. En el localizador láser propuesto, también es posible utilizar fotodetectores de matriz bidimensional de elementos múltiples en la unidad fotodetectora 4 mientras se asegura la coincidencia de los frentes de onda de la radiación láser recibida y heterodina utilizando el sistema de control automático para la dirección de propagación. de radiación láser heterodina propuesta y utilizada en este localizador láser. Por lo tanto, con base en la base de elementos modernos de la electrónica cuántica, es posible implementar el localizador láser propuesto, que tiene una alta eficiencia operativa en condiciones de fuerte iluminación de fondo y proporciona una mayor probabilidad de detectar objetos espaciales en movimiento rápido y mayor contenido de información y fiabilidad de los parámetros de movimiento medidos de los objetos observados.

El localizador láser propuesto se puede utilizar como un dispositivo de comunicación láser para comunicarse con objetos en movimiento que se mueven en el espacio superficial, así como para comunicarse con objetos espaciales en el espacio cercano y lejano. Al implementar la comunicación espacial por láser, el localizador láser propuesto detecta un objeto y rastrea el objeto espacial detectado (nave espacial) en el modo de emitir una señal láser de sondeo y recibir radiación de iluminación láser reflejada. Al mismo tiempo, la radiación láser generada por el transmisor láser 7 es modulada por la señal de información proveniente de la unidad de control 6 al modulador de radiación láser, que forma parte del transmisor láser 7. La señal láser modulada reflejada desde el espacio observado el objeto después de ser recibido por la unidad fotodetectora 4, convertido y prefiltrado por los bloques 19 y 22, se somete a filtrado de banda estrecha y digitalización en el segundo bloque de filtros espectrales 26 y luego se envía a la unidad de control 6 para su procesamiento final, demodulación y obtención de información transmitida desde la nave espacial. En este caso, este último debe estar equipado con un dispositivo láser receptor-transmisor, similar al localizador láser de la Fig. 1. También es posible recibir y filtrar la señal de información recibida utilizando el primer bloque de filtros espectrales 5. También cabe señalar que el radar láser propuesto puede establecer una comunicación continua y estable con la nave espacial durante el aterrizaje en la Tierra y su entrada. en las capas densas de la atmósfera a través de la capa de plasma que rodea la nave espacial en ese momento. En este caso, la comunicación en el rango de radio se interrumpe y la comunicación en el rango de la radiación láser, por ejemplo, en el rango del infrarrojo cercano, puede realizarse debido al paso de la radiación láser a través de la capa de plasma sin una absorción significativa. La alta eficiencia y confiabilidad de la comunicación láser a través de la capa de plasma también está garantizada por el filtrado de banda estrecha en la segunda unidad de filtro 26 y la presencia de un sistema para el seguimiento de alta precisión de los cambios de frecuencia Doppler y la estabilización de frecuencia intermedia utilizando unidades de cambio de frecuencia láser.

A partir de los materiales para el desarrollo del localizador láser propuesto, se realizaron estudios experimentales que confirmaron el aumento de la eficiencia del sistema localizador propuesto. En la Fig. 3 y 4 muestra una vista característica del espectro espacial de la señal de frecuencia intermedia procedente de la salida de la primera unidad fotodetectora 4, formada por el modulador acústico-óptico 19 y el objetivo 20 en su plano focal, alineado con los planos de la espacial controlada. filtro 22 y la zona fotosensible de la tercera unidad fotodetectora 27, con la que se presentan los espectros espaciales. En la Fig. 3 muestra el espectro espacial de la señal de la primera frecuencia intermedia, cuyo valor está determinado por la distancia del orden de difracción correcto, que representa el espectro real de la radiación láser recibida, desde el punto central del patrón espectral. El espectro resultante es simétrico, ya que el modulador acústico-óptico operaba en el modo de difracción lineal. En la Fig. 4 muestra un espectro espacial similar de la radiación láser recibida con un valor aumentado de la primera frecuencia intermedia obtenida, por ejemplo, con la introducción de un cambio de frecuencia adicional de la primera radiación láser heterodina, realizado por la primera unidad de cambio de frecuencia láser 10 En este caso, la distancia del primer orden de difracción desde el centro del patrón de espectro simétrico aumenta. El valor de la distancia especificada permite estimar el cambio en la velocidad del objeto espacial observado y proporciona un seguimiento de alta precisión del objeto y un filtrado de banda estrecha de las señales recibidas en el segundo bloque de filtros espectrales 26. En la Fig. . 5 muestra el espectro espacial de fluctuaciones de la radiación láser recibida, formado por el método anterior en el área fotosensible de la tercera unidad fotorreceptora 27 y obtenido cuando el eje del telescopio 1 se encuentra cerca de una fuente potente de ruido de fondo, para ejemplo, cerca del disco solar cuando se recibe en condiciones diurnas. Mostrado en la fig. 5, el alto nivel de interferencia externa en el localizador láser propuesto se puede reducir filtrando previamente la radiación láser recibida utilizando un filtro espectral dinámico 30, que se introduce adicionalmente en el camino óptico de recepción del localizador láser.

Cabe señalar que en el localizador láser propuesto, es posible utilizar e implementar una serie de algoritmos óptimos para recibir y procesar señales de localización láser, que proporcionan un aumento en la eficiencia del complejo de localización láser para el seguimiento de objetos espaciales y terrestres y para una comunicación fiable y continua con estos objetos en condiciones de interferencia difíciles.

Fuentes de información

M. Ross, Receptores láser, M.: "Nauka", 1969, pág. 156.

patente alemana, s. Nº 2819320, 1979.

Localización láser, ed. Dakota del Norte Ustinova, M.: "Ingeniería", 1984, página 230.

Localización láser, ed. Dakota del Norte Ustinova, M.: "Ingeniería", 1984, página 245, (prototipo). Original: manzana. Optar. 1979; v. 18, №3, r. 290.

Mustel ER, Parygin V.N. Modulación de luz y métodos de escaneo. M.: "Ciencia", 1970

Balakshiy V.I., Parygin V.N., Chirkov L.E. Fundamentos físicos de la acústica-óptica. M.: Radio y comunicación, 1985, (págs. 219-234); (págs. 134-167).

Balakshiy V.I., Mankevich S.K., Parygin V.N. y otros Quantum Electronics, Vol. 12, No. 4, 1985, páginas 743-748.

1. Un localizador láser que contiene un telescopio instalado en serie en el primer eje óptico con una unidad apuntadora conectada a la unidad de control, la primera lente, la primera unidad fotodetectora, cuya salida está conectada a la unidad de filtro espectral, las salidas son conectada a la unidad de control, un transmisor láser, un láser heterodino y una unidad de medidas de frecuencia, la salida del transmisor láser está conectada ópticamente al telescopio y, por medio de espejos translúcidos y reflectantes, a la primera entrada óptica de la medida de frecuencia unidad, cuya segunda entrada óptica está conectada ópticamente a través de un espejo translúcido a la salida óptica del oscilador local láser, las entradas de control del transmisor láser, el oscilador local láser y la salida de la unidad de medición de frecuencia están conectadas al control unidad, caracterizada porque se introducen en serie el primer atenuador controlado, la primera unidad de desplazamiento de frecuencia de radiación láser, la primera unidad de exploración de radiación láser, cuya salida óptica es a través de conectado ópticamente a la entrada óptica de la primera unidad fotodetectora por medio de un espejo reflectante y dos semitransparentes, el segundo atenuador controlado, la segunda unidad de cambio de frecuencia de radiación láser, la segunda unidad de escaneo de radiación láser están conectadas ópticamente en serie, la salida óptica de que está conectado ópticamente a la entrada óptica de la primera unidad fotodetectora a través de dos espejos semitransparentes, las entradas ópticas del primer y segundo atenuadores controlados están conectadas ópticamente mediante espejos translúcidos con la salida óptica del oscilador láser local, el tercer atenuador controlado , la tercera unidad de cambio de frecuencia de radiación láser y la tercera unidad de escaneo de radiación láser están conectadas ópticamente en serie, montadas en serie en el segundo eje óptico, unidad de control ópticamente acoplada, segunda lente, primer espejo translúcido, filtro espacial controlable, tercera lente, segunda espejo translúcido, segundo fotodetector unidad, cuya salida está conectada a la entrada del segundo bloque de filtros espectrales conectados a la unidad de control, la entrada óptica del modulador acústico-óptico está conectada ópticamente a través de un espejo reflectante y un espejo semitransparente con la salida óptica del oscilador local láser, la salida óptica de la tercera unidad de escaneo de radiación láser está conectada ópticamente a través de un espejo reflectante y un segundo espejo semitransparente con la entrada óptica de la segunda unidad fotorreceptora, la entrada óptica del tercer atenuador controlado está conectada ópticamente a la óptica salida del oscilador local láser, la tercera unidad fotorreceptora, cuya entrada óptica está conectada a través del primer espejo translúcido con la salida óptica de la segunda lente, y la salida está conectada a la unidad de control de la unidad fotorreceptora conectada a la unidad de control , así como se introducen el primer y segundo espejos remotos, conectados mecánicamente a la unidad de desplazamiento, cuya entrada de control está conectada a la unidad de control, dinámica espectral filtro, cuya entrada óptica está conectada ópticamente a la salida óptica del telescopio por medio del primer espejo de exploración y el primer espejo remoto, la salida óptica del filtro espectral dinámico está conectada ópticamente a la entrada óptica del primer objetivo por medio del segundo espejo de exploración y el segundo espejo remoto, los electrodos de control del primer y segundo espejos de exploración están conectados a la unidad de control para espejos de exploración, cuya entrada está conectada a la unidad de control, y la entrada de control del espectro dinámico El filtro está conectado a la unidad de control, un reflector de esquina remoto conectado ópticamente a la entrada óptica del telescopio y conectado mecánicamente al bloque para mover el reflector de esquina conectado a la unidad de control, el cuarto atenuador controlado, conectando ópticamente la salida óptica del transmisor láser con el telescopio, las entradas de control de los atenuadores controlados están conectadas a la unidad de control, las entradas de control de las unidades de cambio de frecuencia de radiación láser y unidades de exploración de radiación láser están conectadas a la unidad de control.

2. El localizador láser según la reivindicación 1, caracterizado porque la unidad de desplazamiento de frecuencia de radiación láser contiene un diafragma de entrada acoplado ópticamente, una celda acústico-óptica con una unidad de control, una primera lente, un diafragma estenopeico, una segunda lente y un diafragma de salida instalado en serie en el eje óptico, con En este caso, el electrodo de control de la celda acústico-óptica está conectado a la unidad de control de la celda acústico-óptica.

3. El localizador láser según la reivindicación 1, caracterizado porque la unidad de escaneo de radiación láser en él está hecha sobre la base de una celda acústico-óptica en la que se excitan ondas ultrasónicas para cambiar la dirección de propagación de la radiación láser.

4. El localizador láser de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el filtro espectral dinámico en el mismo se realiza en base a una celda acústico-óptica en la que se excitan ondas ultrasónicas que interactúan con la radiación láser recibida que atraviesa la celda.

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La invención se refiere al campo de la localización óptica y se refiere a un sistema de localización por láser pulsado. El sistema contiene un láser pulsado, dos dispositivos de escaneo de coordenadas simples, un deflector acústico-óptico, un sistema óptico de salida, un dispositivo informático, una unidad de control del deflector acústico-óptico, un divisor de haz de prisma, un canal de medición, una matriz de fotodetectores , un objetivo de una matriz de fotodetectores y haces de fibra óptica.

La invención se refiere al campo de la formación de un flujo de datos de vídeo mediante un fotodetector de sector giratorio. El método se basa en la formación de señales a partir de elementos fotosensibles instalados sobre el área de un sensor giratorio, su posterior organización en núcleos de diferenciación espacial, cuyas señales de salida se someten a conversión de analógico a digital y su posterior procesamiento digital. . Los elementos fotosensibles se instalan en serie en distancias iguales entre sí en arcos con radios discretos de Rmin a Rmax en el área de un sensor giratorio, que tiene la forma de un sector truncado de un círculo, que enfrenta el diámetro exterior de rotación con su lado mayor. Las fotocorrientes de los elementos fotosensibles se amplifican en corriente continua y se limitan en banda de frecuencia dependiendo de la sensibilidad de las fotocélulas y la velocidad del sensor. El ruido intrínseco minimiza y corrige las características de amplitud-frecuencia de los canales de transmisión de señales de cada elemento fotosensible, seguido de la formación de núcleos de diferenciación espacial, cuyas señales se someten a la conversión de analógico a digital y al posterior procesamiento digital. EFECTO: calidad de imagen mejorada. 2 np f-ly, 6 malos.

El localizador láser contiene un sistema de seguimiento y control automático de la coincidencia de los frentes de onda de la radiación láser recibida y heterodina en el plano de la zona fotosensible de la unidad fotorreceptora del localizador láser. Al mismo tiempo, el localizador láser contiene un sistema para rastrear y compensar los cambios en los cambios de frecuencia Doppler de la radiación láser recibida cuando se rastrean objetos espaciales que se mueven rápidamente. El procesamiento altamente eficiente de las señales de ubicación láser recibidas mediante heterodino óptico se implementa sobre la base de elementos acústico-ópticos de alta precisión para el desplazamiento de frecuencia y el escaneo de la radiación láser. EFECTO: mayor eficiencia del sistema de localización láser en términos de seguimiento de objetos espaciales remotos en movimiento, mayor probabilidad de detección correcta de objetos en movimiento en condiciones de fuerte ruido de fondo. 4 palabras por palabra f-ly, 5 enfermos.

director tecnico de la empresa RIEGL

RIEGL CTO Dr. Andreas Ulrich sobre la digitalización de formas de onda, fotón único y lidars Geiger en una entrevista con el editor en jefe del proyecto SPAR 3D, Sean Higgins.

Andreas Ulrich es doctor en ingeniería eléctrica por la Universidad Tecnológica de Viena y autor de una disertación sobre "Radar Doppler óptico de alta resolución" (1987-1990). Desde 2001 imparte clases sobre radar en la Universidad Tecnológica de Viena. Desde 2006 es el Director Técnico de RIEGL.

SPAR 3D ha publicado un resumen sobre el futuro de los escáneres láser aerotransportados. SPAR 3D entrevistó a varios expertos en escaneo láser y les preguntó: “¿Cuál cree que es el futuro de los lidars Geiger y de un solo fotón? ¿Cuáles de estos son exagerados y cuáles no? En esta revisión, la mayoría de los expertos entrevistados coincidieron en que estas tecnologías tendrán un fuerte impacto en el mercado del escaneo láser, pero sin embargo, es muy importante señalar que los lidars "clásicos" o "convencionales" aún tienen ventajas significativas. Porque en esta reseña mencionó estos beneficios muy superficialmente, SPAR 3D publicó la entrevista completa con el CTO de RIEGL Dr. Andreas Ulrich. Sus respuestas brindan una explicación completa del valor de la tecnología de análisis de forma de onda completa y las razones por las que RIEGL continúa desarrollando esta tecnología.

Sean Higgins: ¿Cuáles son los puntos fuertes de las tecnologías en comparación con el lidar "lineal"?

Médico andreas Ulrico: El uso del término "lineal" se refiere a los métodos de procesamiento de señal de reflexión de láser analógico más antiguos, en lugar del modo de procesamiento lidar digital más avanzado. Riegl con digitalización de la forma de onda. Soluciones patentadas de digitalización de forma de onda completa de Riegl difieren de los lidars "lineales" indicados muy significativamente. Desde un punto de vista técnico, la diferencia radica en que el análisis de la señal recibida del elemento receptor del lidar (fotodetector) se realiza con mayor precisión, más detalle y con la adquisición de características de reflexión atributivas. Los lidars de digitalización de forma de onda completa (en lo sucesivo, FPFS) tienen una precisión extraordinaria, ya que esta tecnología permite una determinación de rango muy precisa, tienen un "ruido" espacial bajo, le permiten recibir una gran cantidad de reflejos de un solo pulso, determinar la forma de cada señal y extraer de ella información sobre el objeto desde el que se reflejó, además de permitirle realizar una sencilla calibración radiométrica.

En teoría, los lidars de fotón único y geiger tienen un gran potencial para recopilar puntos de reflexión, pero se pierde tanto la precisión espacial como la información sobre la intensidad de la señal. Un aumento radical en el número de puntos de reflexión recibidos por segundo de los lidars Geiger y de un solo fotón puede, a primera vista, provocar euforia. Sin embargo, la falta de precisión espacial y la pérdida completa de la información atributiva que podría estar contenida en los puntos de reflexión del láser conduce en última instancia a un deterioro en lugar de una mejora en el resultado. Después de todo, todos queremos que nuestros mapas sean cada vez más precisos, pero no menos. El crecimiento del mercado de escaneo láser siempre se ha basado en obtener datos cada vez más informativos y precisos a un costo menor.

El menor costo de adquisición de datos y la mayor eficiencia del mapeo de áreas son los principales beneficios que generalmente se ofrecen a los usuarios potenciales de manera intrusiva. El aumento teórico en la velocidad de escaneo se convierte completamente en realidad; por ejemplo, la operación ultrarrápida de un lidar geiger requiere solo días despejados y condiciones climáticas perfectas. La adquisición de datos es solo uno de los componentes de la eficiencia: los datos también deben procesarse y entregarse al cliente. Los problemas que surgen en estas etapas de uso de "nuevas" tecnologías devalúan por completo los beneficios de las ganancias de velocidad. .

Sean Higgins: ¿Cuáles son las principales desventajas de las nuevas tecnologías en comparación con los lidar de forma de onda completa?

Médico andreas Ulrico: Los puntos creados durante el funcionamiento de los lidars de fotón único y geiger son completamente sintéticos y no heredan las propiedades de los objetos de los que se reflejan. A partir de ellos es imposible determinar si se reflejaron en uno o más objetos, o si se obtuvieron generalmente por interpolación o remuestreo. Esta es una deficiencia crítica de los lidars geiger. Otras desventajas son la falta de datos sobre la intensidad de la señal reflejada, la imposibilidad de penetrar incluso en la vegetación escasa y la imposibilidad de registrar varios reflejos de un pulso.

Los lidars de fotón único, en comparación con los lidars Geiger, son más sensibles a los reflejos múltiples. En teoría, pueden tomar medidas en todo tipo de objetos, desde cables hasta el suelo debajo de las copas de los árboles. Sin embargo, como lo demuestran los experimentos realizados por el USGS (Servicio Geológico de EE. UU.) y presentados en la conferencia ILMF en 2016, la precisión de alcance de dichos sistemas es significativamente peor que la de los sistemas con lidar OPFS. La razón radica en el procesamiento incorrecto de la señal. Los errores al determinar el rango a un nivel de más de 50 cm a menudo ocurren en objetos con diferentes tamaños y reflectividad.

Los lidar clásicos funcionan a longitudes de onda muy diferentes: 532 nm (verde), 1000 nm (IR cercano), 1550 nm (IR medio) y más hacia el rango térmico; esto permite implementar el concepto de un lidar multizona, lo que permite obtener, por ejemplo, datos sobre el estado del bosque. Los lidars de fotón único actualmente funcionan solo en el rango visible, y nada cambiará en el futuro previsible.

Sean Higgins:¿Pueden las nuevas tecnologías algún día reemplazar las tecnologías de escaneo láser convencionales (como los lidars con digitalización de forma de onda completa)? ¿Por qué sí o por qué no?

Médico andreas Ulrico: Esta es la pregunta más apremiante en la mente de quienes trabajan actualmente en la industria del escaneo láser: ¿reemplazarán estas tecnologías lo que ahora se conoce comúnmente como lidar? Mi respuesta es no. Ambas nuevas opciones de lidar son herramientas poderosas cuando se usan en las situaciones adecuadas. Geiger lidar ya está mejor método para obtener rápidamente un modelo digital del terreno en regiones desérticas o en áreas de combate donde es muy necesario permanecer fuera del alcance de los misiles MANPADS, especialmente si ocurre en una atmósfera limpia y no hay vegetación en el territorio.

En áreas con vegetación, el escáner de forma de onda completa ofrece excelentes resultados de penetración. permiten descifrar muchos tipos de objetos a partir de la forma de la señal del punto, y no solo los puntos utilizados para construir superficies, incluidos postes, cables, rejillas y otros objetos finamente detallados. El escáner de forma de onda completa es y seguirá siendo la tecnología elegida para una gran cantidad de aplicaciones, mientras evoluciona constantemente y aumenta en velocidad, sin dejar de ser insuperable en términos de precisión. Escáneres con digitalización de la forma de onda completa de la empresa RIEGL proporciona una velocidad de procesamiento de datos de escaneo láser cercana al tiempo real. Esto abre nuevas oportunidades para el uso de esta tecnología en la solución de problemas de respuesta rápida en operaciones de rescate. Todo esto RIEGL ya lo demuestra frente a la última solución: un sistema de escaneo láser aerotransportado, que le permite disparar a 450 km 2 por hora a una densidad de 8 puntos por 1 m 2, y todo esto en combinación con velocidad máxima procesamiento de datos y la muy alta calidad de estos datos, que ya son familiares para los usuarios.

Sean Higgins:¿Son tecnologías maduras los lidars de fotón único y geiger? ¿Crees que deberían desarrollarse más para alcanzar su máximo potencial?

Médico andreas Ulrico: Un lidar de un solo fotón es esencialmente un lidar "lineal" convencional basado en el uso de fotomultiplicadores; geiger lidar generalmente no es "lineal"; todo esto no es de ninguna manera nuevas tecnologías. Sin embargo, la aplicación de estas soluciones tecnológicas a la filmación comercial es nueva. Según los creadores del lidar de fotón único (en ILMF-2016), la tecnología debe mejorarse y se mejorará agregando datos sobre la amplitud de la señal de eco recibida. Esto se aplicó por primera vez en el escaneo láser hace muchos años, cuando las primeras características de atributo de un punto de reflexión láser se describieron como un valor de intensidad de 8 bits. Entonces, en este sentido, la tecnología lidar de fotón único aún es muy inmadura.

Los lidars Geiger tienen una larga historia en el segmento militar, ya se ha utilizado y aplicado una gran cantidad de todo tipo de optimizaciones. Sin embargo, no era posible engañar a las leyes de la física. Una de las limitaciones fundamentales es la capacidad insuficiente del detector lidar Geiger para recuperarse lo suficientemente rápido después de un disparo para capturar cualquier información adicional sobre los reflejos. Otra limitación es que nunca podrá proporcionar una estimación de la potencia real de la señal reflejada, lo cual es crítico para compensar la desviación del momento de registro del pulso reflejado y no mejora la precisión de la medición del rango.

Sean Higgins:¿La empresa tiene RIEGL¿planea producir lidars basados ​​en tecnologías lidar de fotón único o geiger?

Médico andreas ulrico: Como dije antes, consideramos que los lidar OFPS de Riegl son una tecnología excelente. OFPS lidar es extremadamente preciso porque proporciona la mayor precisión de medición de rango, bajo "ruido" de datos espaciales, tiene la capacidad de registrar una gran cantidad de señales reflejadas de un pulso, brinda muchas características de la forma de la señal reflejada para cada punto, y permite la calibración radiométrica para cada punto. Nuestros usuarios construyen sus modelos de negocios basándose en datos de alta calidad y la capacidad de utilizar las características de los atributos de los puntos que reciben de nuestros lidars. Todas las demás tecnologías que discutimos aquí no pueden proporcionar las características anteriores. Por lo tanto, continuaremos mejorando la tecnología lidar con digitalización de forma de onda completa.