Artikel ini menyajikan gambaran umum tentang teknologi pemindaian laser objek di luar angkasa, mempertimbangkan perangkat yang menerapkan teknologi ini dan digunakan dalam sistem robot bergerak.
TINJAUAN TEKNOLOGI LIDAR
Istilah LIDAR (dari bahasa Inggris Light Detection and Ranging) mengacu pada sistem radar yang beroperasi dalam jangkauan optik dan menggunakan laser sebagai sumber radiasi. Seringkali dalam sumber asing Anda dapat menemukan istilah serupa - LADAR (Laser Detection and Ranging) dan Laser Radar. Dalam sistem robot berbasis darat bergerak dan kendaraan udara tak berawak (UAV), teknologi ini memainkan peran yang sangat penting: digunakan untuk secara otomatis membuat peta tiga dimensi (pemandangan) dari ruang sekitarnya dan orientasi spasial perangkat. Ada berbagai versi sistem LIDAR, tetapi secara umum, semuanya menyertakan elemen kunci berikut yang menentukan prinsip pengoperasian sistem: ● sumber foton (paling sering berupa laser);
● detektor foton;
● rangkaian waktu;
● bagian transceiver optik.
Sistem LIDAR Time-of-Flight (ToF) menggunakan pulsa pendek radiasi laser, menangkap momen transmisi dan penerimaan respons (sinyal pantulan) dengan akurasi tinggi untuk menghitung jarak ke objek di ruang sekitar atau di Bumi. permukaan (misalnya saat survei topografi dengan UAV). Setelah menggabungkan serangkaian pengukuran tersebut dengan informasi tentang lokasi dan orientasi peralatan, pemandangan tiga dimensi yang dihasilkan dari wilayah yang diinginkan dibuat. Paling sering, adegan ini disimpan sebagai larik koordinat (x, y, z) yang disebut point cloud.
Meskipun ada banyak perangkat LIDAR untuk aplikasi yang berbeda, semuanya terdiri dari satu set unit fungsional yang serupa (lihat Gambar 1), seperti:
● subsistem pengukuran jarak (pemancar dan penerima laser);
● subsistem pemindaian;
● subsistem posisi dan orientasi;
● sistem kontrol;
● penyimpanan data.
SUBSYSTEM PENGUKURAN JARAK
Perbedaan mendasar antara masing-masing perangkat LIDAR terletak pada penerapan fungsi pengukuran jarak. Simpul terpenting dari sistem LIDAR, subsistem pengukuran jarak, pada gilirannya terdiri dari subsistem internal seperti pemancar laser dan penerima elektro-optik. Pemancar laser memancarkan energi dalam bentuk sinar terfokus, yang, sebelum meninggalkan perangkat, melewati sejumlah komponen konversi: sakelar transceiver, ekspander sinar, optik teleskopik keluaran, dan banyak lagi. Berbagai jenis laser dapat digunakan dalam sistem LIDAR, tetapi yang paling umum digunakan adalah laser solid-state Nd:YAG, di mana media aktifnya adalah yttrium aluminium garnet (Y3Al5O12) yang diolah dengan ion neodymium. Pengukur jarak pemindaian laser beroperasi pada berbagai panjang gelombang, tetapi yang berikut ini paling sering digunakan:
● 1064 nm (jangkauan inframerah dekat) - untuk pemindai topografi;
● 532 nm (hijau) - untuk pemindai batimetri (pengukuran kedalaman);
● 600-1000 nm untuk perangkat terestrial komersial;
● ∼1500 nm – untuk sistem pemindaian terestrial yang digunakan untuk tujuan ilmiah.
Pilihan panjang gelombang pemancar laser tergantung pada sejumlah faktor:
● properti reflektif dari objek yang dipindai;
● karakteristik lingkungan;
● sensitivitas detektor yang digunakan;
● tingkat keamanan yang diperlukan untuk mata;
● persyaratan desain perangkat.
Selain panjang gelombang radiasi, daya laser juga harus diperhitungkan. Penerima elektro-optik menerima energi sinar laser yang dipantulkan atau dihamburkan oleh target dan memfokuskannya pada detektor fotosensitif menggunakan optik input.
Metode untuk menentukan jarak
Nilai tetap dari momen transmisi dan penerimaan sinar laser digunakan untuk menghitung waktu yang dihabiskan oleh cahaya di jalan, dan, oleh karena itu, jarak ke objek yang memantulkan sinar. Sistem LIDAR biasanya menggunakan salah satu dari dua mode yang menentukan metode pengukuran jarak: mode pulsa atau mode gelombang kontinu. Dalam sistem modulasi pulsa, juga dikenal sebagai sistem time-of-flight, laser memancarkan pulsa cahaya tunggal dengan tingkat pengulangan yang tinggi. Waktu yang berlalu sejak sinyal pulsa dipancarkan hingga respons yang dikembalikan ke penerima diukur. Jarak ke titik pada permukaan objek yang dipantulkan sinar laser dapat dihitung dengan rumus: D = 0,5 × c × t, (1) di mana c adalah kecepatan cahaya, t adalah total waktu untuk cahaya untuk merambat ke titik pantul dan kembali (roundtrip), D adalah jarak yang diinginkan ke titik pantulan. Dalam sistem gelombang kontinu, laser memancarkan sinyal kontinu, yang kemudian diterapkan modulasi amplitudo sinusoidal. Dalam hal ini, waktu cahaya untuk menempuh jalur penuh dari pemancar ke penerima akan berbanding lurus dengan pergeseran fasa dalam sinyal yang dipancarkan dan diterima: (2) di mana ϕ adalah pergeseran fasa, T adalah periode sinyal . Setelah menentukan waktu t lintasan balok, jarak D, seperti pada kasus pertama, dihitung dengan rumus (1). Untuk mengurangi ketidakpastian, modulasi sinusoidal multi-nada dapat digunakan. Juga dalam sistem dengan gelombang kontinu, metode alternatif digunakan - dengan modulasi frekuensi linier. Dalam sistem seperti itu, sinyal yang dikirim dan diterima dicampur, dan penerima yang koheren digunakan untuk mendemodulasi dan mendapatkan informasi yang terkandung dalam frekuensi pembawa. Perlu dicatat bahwa persamaan (1) dan (2) mengasumsikan bahwa detektor diam selama waktu t. Untuk kasus dengan detektor bergerak, perlu dilakukan koreksi yang sesuai pada persamaan.
Metode deteksi
Biasanya, sistem LIDAR menggunakan dua metode deteksi: langsung dan koheren. Dengan deteksi langsung, penerima mengubah sinyal secara langsung menjadi tegangan atau arus yang sebanding dengan daya optik yang masuk. Penerima mungkin termasuk fotodioda longsoran dan tabung photomultiplier. Detektor LIDAR juga dapat beroperasi dalam mode penghitungan foton. Dalam mode ini, detektor mampu mendaftarkan foton dalam jumlah yang sangat kecil, dan dalam mode penghitung Geiger, detektor menjadi sensitif bahkan terhadap foton individu. Elektronik penerima mengukur arus yang dihasilkan, dikoreksi untuk waktu penerbangan foton di penerima, menghasilkan pengukuran langsung saat respons optik diterima. Dengan deteksi yang koheren, sinyal optik yang diterima dicampur dengan osilator lokal melalui osilator lokal, dan baru setelah itu difokuskan pada elemen fotosensitif. Saat dicampur, informasi diubah menjadi sinyal pita sempit, yang mengurangi derau dibandingkan dengan metode deteksi langsung, yang menggunakan filter optik.
Travelling Beam dan Array
Penting untuk dicatat bahwa metode penentuan jarak dan metode deteksi yang dijelaskan memerlukan geometri penerima yang berbeda. Secara umum, sebagian besar sistem LIDAR komersial beroperasi berdasarkan prinsip "bepergian", di mana untuk satu pulsa yang dipancarkan satu atau lebih (biasanya 2 hingga 5) nilai jarak ditetapkan untuk sinyal optik yang kembali sepanjang garis pandang yang sama (multiple return). ). Untuk pulsa berikutnya, subsistem penunjukan target mengubah arah garis pandang, dan sekali lagi beberapa nilai jarak dicatat. Metode ini, metode pemindaian titik, umumnya digunakan dalam sistem LIDAR yang beroperasi dalam mode linier, di mana energi laser difokuskan pada area kecil dari permukaan yang diinginkan, dan diperlukan sinyal pantulan yang cukup kuat untuk merekam respon dan menghitung jarak. Namun, ada juga sistem LIDAR yang menggunakan sinar laser untuk menerangi area permukaan yang luas. Pada saat yang sama, mereka dilengkapi dengan detektor matriks bingkai demi bingkai untuk mengukur nilai jarak untuk setiap piksel dalam larik. Sistem yang dipindai secara vertikal ini membutuhkan kekuatan sinyal pantulan yang rendah. Mereka merekam ratusan atau bahkan ribuan jarak untuk pulsa yang dipancarkan.
SUBSYSTEM PEMINDAIAN
Dalam kasus di mana diperlukan tidak hanya untuk menentukan jarak ke objek, tetapi juga untuk membuat gambaran umum tentang area target, sistem LIDAR harus melakukan pengukuran di banyak titik. Untuk membangun pemandangan area target ruang, kombinasi pergerakan perangkat LIDAR secara keseluruhan dan pengoperasian subsistem sapuan yang dilalui sinyal optik yang dipancarkan digunakan. Varian umum dari penerapan subsistem sapuan didasarkan pada penggunaan cermin berosilasi. Perubahan berurutan dalam arah garis pandang, di mana sinyal optik dipancarkan, dilakukan dengan menggunakan cermin bergerak. Cermin ini berputar melalui sudut terbatas (sudut pandang) pada sumbu yang terletak pada bidangnya dan, biasanya, sejajar dengan arah pergerakan perangkat. Mengayunkan cermin memungkinkan Anda memindai area target ruang dan membentuk pemandangan dengan lebar yang diinginkan, ditentukan oleh sudut ayunan cermin (lihat Gbr. 2).
Beras. 2. Sistem reamer dengan osilasi cermin
Subsistem cermin berosilasi menciptakan sapuan sinusoidal. Dalam hal ini, frekuensi ayunan berbanding terbalik dengan sudut pandang yang diberikan (lebar panggung). Kerugian utama dari metode sapuan ini adalah kecepatan variabel cermin. Dua kali selama siklus kerja, cermin harus melambat, berhenti sepenuhnya, membalikkan arah gerakan, dan berakselerasi lagi. Akibatnya, pengukuran yang dilakukan pada frekuensi konstan membentuk pemandangan dengan kerapatan titik yang tidak rata (lebih sedikit titik di tengah strip pemindaian dan lebih banyak di tepi). Subsistem untuk menyapu sinar laser menggunakan cermin berosilasi digunakan, khususnya, pada pemindai laser dari Leica dan Optech. Cara alternatif pemindaian didasarkan pada penggunaan prisma berputar. Dalam subsistem sapuan seperti itu, prisma polihedral dengan permukaan cermin terus berputar di sekitar sumbu simetrinya. Sinar laser berpindah dari satu permukaan prisma ke permukaan lainnya secara tiba-tiba, akibatnya susunan titik yang terbentuk selama pergerakan perangkat terdiri dari serangkaian garis paralel (lihat Gambar 3).
Beras. 3. Sistem reamer dengan putaran prisma
Opsi ini tidak memiliki kelemahan dari cermin ayun, tetapi lebih sulit diterapkan dalam hal memproses hasil pengukuran. Sistem LIDAR prisma berputar diproduksi oleh perusahaan Austria Riegl. Versi ketiga dari subsistem pemindaian menggunakan cermin yang berputar. Sumbu rotasi pada varian ini hampir tegak lurus dengan permukaan cermin (lihat Gambar 4).
Beras. 4. Sistem pemindaian dengan memutar cermin
Karena penyimpangan permukaan cermin dari bidang yang tegak lurus terhadap sumbu rotasi, pemindaian sinar laser yang dipantulkan terbentuk dalam bentuk kurva elips. Keuntungan dari metode ini adalah setiap titik dalam ruang dipindai dua kali. Pada saat yang sama, sapuan elips secara signifikan mempersulit pemrosesan hasil pemindaian, karena pemrosesan pengukuran ganda adalah tugas yang sangat sulit. Selain itu, karena titik-titik di area yang sama diperoleh dari posisi yang berbeda (saat sistem bergerak dan mengubah orientasi dalam ruang), awan titik yang diperoleh dengan cara ini mungkin mengandung "noise" dalam jumlah besar. Pemindai Leica AHAB DragonEye adalah contoh sistem yang menggunakan sapuan sinar laser menggunakan cermin yang berputar. Sebagai alternatif dari sapuan mekanis, saat ini terdapat subsistem serat optik yang digunakan di beberapa sistem LIDAR untuk mengarahkan sinar laser ke area target. Dengan metode ini, geometri pemindaian yang lebih stabil dicapai karena koneksi tetap antara saluran serat optik dan saluran optik perangkat lainnya. Sinar laser dipandu oleh sinar serat optik, dan arah pemindaian untuk setiap pulsa bergantung pada saluran serat optik mana yang dipancarkannya. Sistem balok yang serupa juga digunakan dalam menerima optik (lihat Gambar 5).
SUBSYSTEM POSISI DAN ORIENTASI
Untuk penggunaan praktis informasi yang diperoleh dengan bantuan pengukur jarak laser pemindaian, hanya array nilai jarak dari perangkat ke objek dan nilai sudut pemindaian relatif tidak cukup. Keandalan data tentang ruang sekitarnya (diperoleh dalam bentuk awan titik tiga dimensi atau gambar dua dimensi dengan data jarak) hanya dapat dicapai jika nilai absolut dari posisi dan orientasi platform pembawa LIDAR dalam ruang diukur untuk setiap titik pada saat menerima respon dari pulsa. Untuk pengukuran seperti itu, subsistem orientasi dan pemosisian digunakan. Subsistem ini mencakup dua komponen utama: modul penerima sistem pemosisian global (GLONASS atau GPS) dan unit navigasi inersia (IMU). Data penerima GPS digunakan untuk merekam posisi platform pembawa pada titik waktu tertentu. Dari sekian banyak metode yang ada untuk memperbarui posisi GPS, sistem LIDAR biasanya menggunakan pasca-pemrosesan diferensial sinyal dari stasiun pangkalan tetap atau pembaruan diferensial waktu-nyata. Untuk mendapatkan kumpulan data yang lebih akurat, pembatasan ketat diterapkan pada penempatan stasiun pangkalan relatif terhadap platform pengintai laser. Orientasi platform diukur menggunakan unit pengukuran inersia yang menggunakan giroskop dan akselerometer. Data GPS dan IMU direkam saat platform bergerak dan digabungkan (biasanya selama langkah pasca-pemrosesan).
SISTEM PENGENDALIAN (SYSTEM CONTROLLER)
Untuk menghasilkan point cloud, semua subsistem yang membentuk sistem LIDAR harus bekerja sama. Kualitas data yang diperoleh secara langsung tidak hanya bergantung pada parameter masing-masing subsistem, tetapi juga pada konsistensi timbal balik dari pekerjaan mereka. Pengaturan parameter sensor dan pemantauan pengoperasian subsistem dilakukan oleh pengontrol sistem pengintai laser.
PENYIMPANAN DATA
Data LIDAR yang dihasilkan adalah file koordinat GPS dan IMU, jarak terukur, dan terkadang informasi dari subsistem lain. Karena sistem LIDAR dapat menghasilkan data dalam jumlah yang sangat besar, sistem memiliki perangkat penyimpanan yang menyimpan data segera setelah dikumpulkan.
STUDI KASUS: VELODYNE HDL-64E
Sebagai contoh, pertimbangkan perangkat pengintai laser resolusi tinggi HDL-64E yang diproduksi oleh Velodyne. LIDAR pemindaian 3D 64-balok inilah yang dipasang pada kendaraan tak berawak yang dikembangkan oleh Google. Pengintai laser telah menjadi salah satu komponen kunci yang membuat mobil ini benar-benar otonom.
Velodyne, dipasang di atap kendaraan tak berawak (lihat Gambar 6), menghasilkan peta 3D mendetail dari area sekitarnya. Komputer on-board menggabungkan data pengukuran LIDAR dengan peta beresolusi tinggi untuk membentuk berbagai model data yang memungkinkan kendaraan robot bergerak secara mandiri, menghindari rintangan, dan tanpa melanggar peraturan lalu lintas. Model rangefinder HDL-64E memiliki 64 pasang detektor emitor, yang menyediakan bidang pandang sektoral 26,5° dengan jarak yang sama. Untuk memberikan tampilan 360 derajat di azimuth, seluruh rakitan optik dipasang pada alas yang berputar (lihat Gambar 7) dan berputar dengan kecepatan 600 putaran per menit.
Beras. 7. Penampilan pengintai laser HDL-64E
Jika perlu, frekuensi ini diatur pada kisaran 300…900 rpm dengan mengirimkan perintah teks sederhana melalui antarmuka serial. Port serial yang sama dapat digunakan untuk memperbarui firmware pemindai. Pengintai Velodyne memiliki jangkauan pengukuran jarak maksimum hingga 120 m dengan kesalahan tidak lebih dari 2 cm. Terlepas dari kecepatan rotasi unit optik, perangkat terus menghasilkan volume besar data - 1 juta titik per detik, yang sesuai dengan resolusi sudut horizontal 0,05 °. Perangkat ini seimbang secara statis dan dinamis, yang meminimalkan efek getaran dan memastikan gambar pemandangan yang stabil. Setiap laser pengintai HDL-64E memancarkan pulsa optik 5 ns (pada amplitudo 50% dengan daya puncak maksimum 60 W). Tegangan tinggi yang diperlukan untuk membuat arus puncak di emitor pada level 30 A dihasilkan oleh rangkaian konverter flyback, yang memungkinkan penggunaan tegangan rendah untuk memberi daya pada sistem laser. Sinar laser keluaran difokuskan oleh lensa. Ketika mencapai target, sebagian radiasi dipantulkan kembali ke arah sumber. Cahaya yang dipantulkan ini melewati sistem lensa terpisah dan filter UV untuk mengurangi cahaya latar optik (meningkatkan rasio signal-to-noise). Lensa sistem penerima memfokuskan radiasi yang dipantulkan ke fotodioda longsoran, yang menghasilkan sinyal listrik sebanding dengan intensitas sinyal optik. Fotodioda laser dan avalanche diselaraskan dari pabrik untuk memberikan sensitivitas maksimum sambil meminimalkan crosstalk sinyal, sehingga membentuk pasangan detektor-emitor yang paling efisien. Sesuai dengan kekuatan sinyal yang dipantulkan yang terdeteksi oleh fotodioda longsoran salju dan rangkaian penguat, sistem mengubah amplitudo pulsa laser, mempertahankan tingkat radiasi minimum yang diperlukan. Penyesuaian otomatis daya laser ini, pertama, mengurangi pemanasan unit optik dan meningkatkan keandalannya, dan kedua, mencegah detektor memasuki mode saturasi. Sebaliknya, saat diterima oleh detektor juga jumlah yang besar energi optik, rezim saturasi akan diatur, untuk keluar dari mana detektor membutuhkan waktu yang signifikan (jika melebihi periode pengulangan pulsa, ini pasti mengarah pada distorsi sinyal yang terdeteksi). Ketiga, jika level sinyal sebanding dengan noise, yang mempersulit pendeteksiannya, sistem secara otomatis meningkatkan level daya laser. Ini dapat terjadi, misalnya, saat mendekati ambang sensitivitas (120 m) atau dengan pantulan lemah dari permukaan matte hitam. Sinyal keluaran diperkuat dan dikirim ke konverter A/D pada kecepatan sampling 3 GHz. Kemudian, sinyal digital dari detektor ditransmisikan ke prosesor sinyal digital (DSP), yang menggunakan algoritme sendiri untuk menganalisis data dan menentukan waktu pengembalian sinyal. Penggunaan pulsa optik pendek dalam kombinasi dengan pemrosesan sinyal frekuensi tinggi memberikan resolusi sistem yang tinggi. Pasangan emitor-detektor dibagi menjadi dua kelompok dari 32 laser. Satu grup terletak di bagian atas modul dan diarahkan ke bagian atas bidang pandang, dan grup kedua, yang terletak di bawah yang pertama, diarahkan ke bagian bawah bidang pandang. Karena unit optik atas dirancang untuk mengukur jarak yang lebih jauh, jarak sudut antara pulsa optik lebih besar daripada di unit bawah, yang mengukur pada jarak yang lebih pendek. Perangkat menyediakan data kepada pengguna melalui pelabuhan standar Ethernet 100BaseT. Informasi terus ditransmisikan dalam bentuk frame. Frekuensi pembuatan bingkai sama dengan frekuensi putaran unit optik (pada 600 rpm – 10 Hz). Jumlah data yang ditransfer per detik dapat berisi lebih dari satu juta poin. Paket data berisi informasi tentang jarak dan intensitas radiasi untuk setiap pasangan detektor-emitor, serta koordinat sudut yang sesuai. Data ini dapat dikumpulkan dengan menggunakan utilitas standar kumpulan paket Ethernet, seperti Wireshark, dan divisualisasikan di program komputer seperti Perekam Sensor Digital Velodyne. Selain itu, data yang diterima dapat diproses oleh sistem navigasi otonom untuk membuat kartu skor, yang kemudian dapat digunakan untuk mengidentifikasi rintangan, menemukan rute terbaik, dan terakhir, untuk kalkulasi terkait kemudi, pengereman, dan akselerasi. Gambar 8 menunjukkan contoh frame data dari HDL-64E yang ditangkap menggunakan aplikasi Velodyne Digital Sensor Recorder. Titik putih terlihat di dekat bagian tengah gambar, menunjukkan posisi sensor. Untuk setiap pasangan emitor-detektor, awan titik yang dihasilkan diwakili oleh warna yang terpisah. Representasi spasial data dibentuk dengan menggabungkan awan titik dua dimensi. Saat modul berputar, sekumpulan titik dari satu pasangan emitor-detektor membentuk lingkaran kontinu pada permukaan datar. Contoh di atas mengacu pada opsi pemasangan pengintai di atap kabin truk, jadi ada area gelap pada gambar di bawah titik putih - badan. Seperti yang Anda lihat pada gambar, ada dua kendaraan di depan truk: truk lain mencoba belok kiri, dan sebuah mobil penumpang melintasi persimpangan. Selain itu, di belakang mobil pada gambar terlihat pagar pembatas, tanah, dan pepohonan. Di kiri dan kanan sensor, area bergelombang terlihat, sesuai dengan pagar pembatas dan trotoar, dan menyorot jalan raya di bidang pandang. Ada semak di sepanjang trotoar. Data yang diperoleh juga memungkinkan untuk menentukan situasi lalu lintas di belakang sensor – ada kendaraan di belakang truk pada gambar. Penting agar tidak ada celah dalam data sirkular (di sekitar truk) di awan titik mana pun. Fakta ini menunjukkan bahwa tingkat pengulangan pulsa laser untuk unit rangefinder atas dan bawah dikonfigurasi dengan benar. Jika tingkat pengulangan pulsa lebih rendah dari yang dibutuhkan, maka masing-masing lingkaran akan terdiri dari garis putus-putus. Area kosong pada gambar disebabkan oleh hambatan pada jalur optik yang menghalangi informasi tentang ruang di belakangnya (efek bayangan). Misalnya, garis hitam muncul di belakang badan truk. Perlu dicatat bahwa perangkat LIDAR juga dapat diatur pada 90° terhadap sumbu vertikal untuk mengubah bidang pandang. Skema instalasi ini dapat digunakan dalam aplikasi geodesi dan kartografi. Pengintai laser yang dianggap Velodyne HDL-64E termasuk dalam kelas 1M, yaitu dianggap aman untuk mata. Sensor ditempatkan dalam wadah tahan air, tetap bekerja pada suhu ekstrim dan optimal untuk digunakan di dalam mobil. Utama spesifikasi perangkat ditampilkan dalam tabel.
Hampir semua pasukan polisi di dunia (termasuk polisi lalu lintas) menggunakan radar untuk mengukur kecepatan, menegakkan batas kecepatan, dan mengisi kembali perbendaharaan. Sejak pengembangan perangkat ini, detektor radar terus mengikutinya. Sayangnya, polisi memiliki dua kartu as - mereka dapat memilih waktu dan tempat untuk diri mereka sendiri<отстрелов>(dan tingkatkan tingkat kematian mereka dengan memilih tempat, berbahaya atau tidak, di mana kebanyakan orang normal mengemudi dengan cepat) dan melarang tindakan pencegahan yang paling efektif, seperti jamming dan penggunaan detektor radar.
Radar mengirimkan sinyal frekuensi radio berdenyut atau terus menerus dan mendengarkan pantulan sinyal ini. Ketika impuls mencapai benda bergerak, frekuensinya berubah sesuai dengan kecepatan dan arah gerakan (efek Doppler). Sistem baru juga muncul yang menggunakan sinar laser untuk menentukan kecepatan.
Ada tiga pita frekuensi utama di mana radar polisi beroperasi, biasanya disebut sebagai X-band (11 GHz), K-band (24 GHz) dan Ka-band (32-36 GHz). Semua detektor radar mendengarkan frekuensi ini dan berkicau, berkicau dan berkedip ketika mereka mendeteksi sinyal. Meningkatkan sensitivitas detektor radar memungkinkan Anda mendeteksi radar lebih awal. Sayangnya, frekuensi tersebut juga digunakan oleh berbagai perangkat yang berguna, seperti pembuka pintu garasi otomatis, sistem keamanan, dan juga terdapat pada radiasi saluran listrik. Dari sini, sisi kedua dari masalah tumbuh - detektor radar, yang menangkap semuanya secara berurutan dan berbohong lebih sering daripada yang mereka peringatkan.
Lidar (radar laser) - musuh baru
Lidar, tidak seperti radar konvensional, menggunakan radiasi laser (panjang gelombang sekitar 900nm) untuk menentukan kecepatan sebuah mobil. Ini mengukur jarak dari perangkat ke target pada interval tertentu, dan menghitung kecepatan perubahannya. Karena jarak sedang diukur, sangat penting bahwa lidar dipasang secara stabil dan menyeluruh untuk mendapatkan nilai yang benar, dan target biasa (mobil) dalam hal ini berubah menjadi satu set permukaan yang merupakan reflektor yang baik. Ini sangat penting karena perangkat menggunakan pantulan sinar laser dari target untuk mengukur jarak.
Dari sudut pandang pengemudi, perbedaan utama dari radar adalah sulitnya pendeteksian. Ukuran titik sinar sekitar 4 kaki setengah mil (120cm kali 800m) dan sangat kecil untuk ditangkap oleh detektor. Selain itu, semua perangkat di kelas ini secara otomatis mematikan emitor setelah pengukuran, dan tidak bekerja terus menerus, seperti kebanyakan radar.
Photoradar adalah cara termudah untuk mengumpulkan uang
Babak berikutnya dalam perang radar dan antiradar adalah photoradar, setelah terdeteksi, Anda hanya akan mengetahuinya setelah menerima tanda terima denda. Ini memiliki semacam radar berdaya rendah untuk mendeteksi kecepatan, dan mengambil gambar mobil yang bergerak di atas batas kecepatan (sampai ke pelat nomor dan wajah di belakang kemudi). Tidak ada gunanya berdebat - mesin tidak berbohong. Beberapa radar foto dilengkapi dengan perangkat putar yang memungkinkan Anda memindai bagian jalan tertentu, yang membuatnya semakin sulit untuk dideteksi dan mengurangi kemungkinan kesalahan. Radar yang menentukan kecepatan sangat rendah daya, jangkauannya biasanya tidak melebihi 30-50m, yang juga sulit dideteksi, terutama jika terhalang oleh bangunan atau kendaraan lain.
Beberapa jenis perangkat tersebut digunakan:
- Australia mengoperasikan sistem radar miring Peri menggunakan radar K-band 45 derajat.
- Selandia Baru dan sebagian Kanada - Auto patroli Ka-photoradar, cukup mematikan. Ini menggunakan radar 34,6 GHz berdaya rendah dengan sudut 22,5 derajat dan mengambil gambar mobil yang bergerak di kedua arah. Namun, tidak mengambil gambar jika mendeteksi beberapa mobil dalam bingkai untuk menyimpan film. Frekuensi dipilih dengan hati-hati sebagai harmonik ketiga dari pita-X, di mana sebagian besar detektor radar memiliki sensitivitas yang berkurang untuk menekan kebisingan rumah tangga.
Vascar (Komputer dan Perekam Kecepatan Rata-Rata Visual)
Ini bukan sistem radar. Intinya adalah ada dua tanda di jalan. Pada saat melintasi yang pertama, pengatur waktu dihidupkan, pada saat melintasi yang kedua, dimatikan. Jarak antara tanda adalah tetap. Kecepatan dihitung. Satu-satunya penanggulangan adalah kesadaran.
Penanggulangan
Jamming (gangguan Radar)
Sejak kebuntuan, penanggulangan elektronik menjadi sangat populer. Jika kita melewatkan argumen tentang legalitas penggunaan perangkat tersebut dan beralih ke sisi teknis dari masalah tersebut, apa yang dilakukan interferensi? Ada dua jenis pembuat kebisingan (jammers) - aktif dan pasif. Pasif mengambil sinyal radar, membuatnya berisik dan mengirimkannya kembali _tanpa_amplifikasi_. Masalah utama dengan metode ini terlihat jika kita membandingkan area antena perangkat (sekitar 1 inci persegi) dengan area depan mobil. Setiap sinyal pembuat kebisingan akan ditimpa oleh sinyal dari sisa kendaraan dan disaring dengan aman oleh sistem pengurangan kebisingan radar. Studi perangkat semacam itu menunjukkan efisiensinya yang sangat rendah (lihat teks aslinya, ada tautan di sana).
Jauh lebih efektif (dan karenanya lebih ilegal) adalah pembuat kebisingan aktif. Dalam hal ini, perangkat mengirimkan sinyal kuat yang menekan kendaraan yang dipantulkan. Sebagai contoh - VCDD Stealth, harganya sekitar 700 USD (di Selandia Baru). Ini terdiri dari detektor radiasi broadband berkualitas rendah, sinyal yang menyalakan emitor pada frekuensi yang sama. Menurut majalah Car & Drivers dan NZ Autonews, ada beberapa masalah serius pada perangkat ini:
- Hanya berfungsi maju
- Tidak bekerja dengan baik dalam rentang gelombang pendek
- Hanya berfungsi pada pita X dan K
- Memiliki dimensi yang besar
- Mematikan detektor lain sejauh bermil-mil Mempertimbangkan biaya tinggi, ilegalitas, dan item 1-5, tampaknya tidak nyaman menggunakan perangkat semacam itu. Tidak ada informasi untuk orang lain.
Petak Umpet (Stealth)
Cara terbaik untuk bersembunyi dari radar adalah dengan menutupi mobil dengan bahan yang digunakan pada pesawat siluman terkenal, tetapi ada beberapa kesulitan dengan ketersediaannya di pasar. Karena itu, sebagai permulaan, Anda harus memperhatikan profil depan mobil. Jelas, mobil dengan profil rendah, mesin belakang, dan lampu lift tertutup (Mazda RX7) memantulkan sinyal ke arah yang berlawanan jauh lebih buruk daripada minivan atau trailer. Secara umum, mobil dengan hambatan rendah secara teoritis memantulkan sinyal di mana saja, tetapi tidak berlawanan arah, tetapi dengan mempertimbangkan penggunaan plastik dan sejenisnya pada mobil modern. profil untuk memantulkan sinyal radar semakin berkurang. Namun, tidak ada informasi tentang studi formal tentang topik ini.
Jamming pada lidars (Lidar jamming)
Tidak seperti radar, radiasi laser ringan, dan dalam hal ini, penekanannya lebih mudah dan legal. Majalah Car & Driver (April 1994) memposting catatan bagus, yang, khususnya, mengatakan bahwa penggunaan sepasang lampu kabut yang kuat dapat mengurangi jangkauan speedometer lidar hingga setengahnya, yang, dengan detektor, memberikan beberapa detik ekstra . Robert Weverka dan Craig Peterson dalam artikel mereka (Autotronics, Maret 1995, p. 36) menyatakan bahwa ini tidak berhasil, tetapi tidak menjelaskan mengapa C&D mendapatkan hasil yang positif.
Bersembunyi dari lidar (siluman Lidar)
Lidar bekerja berdasarkan prinsip pantulan sinar (laser) dari permukaan target Jalan terbaik bersembunyi darinya adalah memiliki mobil dengan profil rendah, hitam, tanpa bagian krom dan tertutup tanah. Lumayan, juga memiliki lapisan (penutup?) pada permukaan mengkilap yang besar untuk menekan pantulan. Tidak ada tes tentang topik ini.
Detektor
Detektor radar pada dasarnya adalah penerima radio yang berkedip, berbunyi bip, atau berkicau saat menerima sinyal pada frekuensi di mana radar beroperasi. Terlepas dari bohlam yang berbeda, perbedaan utama antara detektor adalah sensitivitas dan penekanan pemicu acak. Dalam kebanyakan kasus, ini adalah opsi yang saling eksklusif.
Opini dan ulasan publik
Pabrikan detektor terus-menerus menawarkan model-model baru. Harga tidak selalu menentukan kualitas. Beberapa model murah menunjukkan hasil yang baik. Di sisi lain, beberapa yang mahal memiliki penurunan langsung dalam kisaran tertentu.
Apa yang harus diperhatikan
Saat membeli, selain harga, lihat:
- sensitivitas - terkadang pabrikan memberikan hasil tes, tidak boleh lebih rendah dari 110 dB
- memori - kemampuan untuk menyimpan pengaturan
- Bisu (bisu) - jika terjadi aliran terus menerus dari mobil polisi dengan radar
- Stealth (memasang) - jika penggunaan detektor dilarang oleh undang-undang negara
- Pengatur suara
- Rentang - K/Ka/X - band, lidar
- Kehadiran bola lampu dan nada suara yang berbeda untuk sumber radiasi yang berbeda
Di mana menginstal
Biasanya, tempat terbaik untuk memasang detektor di bagian atas kaca depan, di samping kaca spion. Ini memungkinkan Anda untuk meningkatkan jangkauan dan memberikan yang baik<обзор>jalan. Pengecualian adalah mobil yang memiliki strip logam pelindung matahari di kaca depan, yang menghalangi pengoperasian detektor.
detektor detektor
Di beberapa negara di mana penggunaan detektor dilarang, detektor radar digunakan (misalnya VG2 di Kanada). Prinsip operasi mereka didasarkan pada penangkapan frekuensi yang digunakan dalam superheterodynes penerima detektor. Banyak produsen detektor mempertimbangkan kehalusan ini dan memproduksinya<невидимые>detektor seperti model Bel dan Valentine One, sedangkan Whistler membuat model dilengkapi dengan detektor detektor.
Penting untuk dicatat bahwa tidak ada sistem yang 100 persen efisien. Selain itu, jenis radar baru muncul secara berkala, dikembangkan menggunakan teknologi terbaru, dan detektor radar yang ada menjadi tidak efektif.
Saat ini hanya ada satu cara yang efektif hindari tilang - jangan mengemudi dengan cepat!
Karya penelitian mahasiswa (UNIRS) dengan topik:
"Skema cermin lensa lidar"
Petersburg
pengantar
1. Prinsip pengoperasian lidar
2. Perangkat Lidar
3. Skema optik lensa lidar
3.1 Lensa Newton
3.2 Lensa cassegrain
3.3 lensa Gregory
Kesimpulan
pengantar
Istilah "lidar" adalah singkatan dari ungkapan bahasa Inggris, light recognition, detection and range (deteksi dan rentang dengan bantuan cahaya).
Lidar adalah teknologi untuk memperoleh dan memproses informasi tentang objek yang jauh menggunakan sistem optik aktif yang menggunakan fenomena pantulan cahaya dan hamburannya pada media transparan dan tembus cahaya.
Sebagai perangkat, lidar adalah radar optik untuk penginderaan jauh lingkungan udara dan air. Selain itu, lidar menyertakan pelacak optik yang memungkinkan Anda memperoleh informasi tentang benda padat dari jarak jauh.
Lidar sangat diminati dan populer karena keunggulan laser yang digunakan di dalamnya:
koherensi radiasi
Panjang gelombang radiasi pendek dan, akibatnya, kerugian kecil karena divergensi
Kekuatan pancaran seketika
Kombinasi dari sifat-sifat ini membuat penggunaan lidar sangat diperlukan pada jarak ratusan meter hingga beberapa kilometer.
1. Prinsip pengoperasian lidar
Radiasi laser berdenyut dikirim ke atmosfer. Kemudian, radiasi yang dihamburkan oleh atmosfer dalam arah yang berlawanan dikumpulkan oleh teleskop dan direkam oleh fotodetektor dengan digitalisasi sinyal berikutnya.
optik lensa telefoto lidar berdenyut
Lidar menembakkan gelombang radiasi laser pendek yang cepat ke suatu objek (permukaan) dengan frekuensi hingga 150.000 pulsa per detik. Sebuah sensor pada instrumen mengukur jumlah waktu yang dibutuhkan pulsa untuk kembali. Cahaya bergerak dengan kecepatan konstan dan diketahui, sehingga lidar dapat menghitung jarak antara cahaya dan target dengan akurasi tinggi.
Ada dua kategori utama pulsed lidars: mikropulsa dan sistem energi tinggi.
Micropulse lidar beroperasi pada yang lebih bertenaga teknologi komputer dengan daya komputasi yang besar.
Laser ini memiliki daya yang lebih rendah dan diklasifikasikan sebagai "aman untuk mata", memungkinkannya digunakan dengan sedikit atau tanpa tindakan pencegahan khusus.
Lidar energi pulsa tinggi terutama digunakan dalam penelitian atmosfer, di mana mereka sering digunakan untuk mengukur berbagai parameter atmosfer seperti tinggi awan, pelapisan dan kerapatan, sifat partikel awan, suhu, tekanan, angin, kelembapan, dan konsentrasi gas di atmosfer.
2 . Perangkat Lidar
Kebanyakan lidar terdiri dari tiga bagian:
Bagian transmisi
Menerima bagian
· Sistem pengaturan
Bagian transmisi (a) dari lidar mengandung sumber radiasi - laser dan sistem optik untuk membentuk sinar laser keluaran, yaitu untuk mengontrol ukuran titik keluar dan divergensi berkas.
Pada sebagian besar desain, emitor adalah laser yang menghasilkan gelombang pendek cahaya dengan daya sesaat yang tinggi. Laju pengulangan pulsa atau frekuensi modulasi dipilih sehingga jeda antara dua pulsa berturut-turut tidak kurang dari waktu respons dari target yang dapat dideteksi (yang mungkin secara fisik lebih jauh dari kisaran perkiraan perangkat). Pilihan panjang gelombang tergantung pada fungsi laser dan persyaratan keamanan dan siluman instrumen; Laser dan panjang gelombang Nd:YAG yang paling umum digunakan adalah:
1550 nm adalah radiasi infra merah yang tidak terlihat oleh mata manusia dan perangkat penglihatan malam biasa. Mata tidak dapat memfokuskan gelombang ini pada permukaan retina, sehingga ambang traumatis untuk gelombang 1550 secara signifikan lebih tinggi daripada gelombang yang lebih pendek. Namun, risiko kerusakan mata sebenarnya lebih tinggi daripada pemancar cahaya tampak - karena mata tidak bereaksi terhadap radiasi IR, refleks pelindung alami seseorang juga tidak berfungsi.
1064 nm - radiasi infra merah dekat dari laser neodymium dan ytterbium, tidak terlihat oleh mata, tetapi dapat dideteksi oleh perangkat night vision
532 nm - radiasi laser neodymium hijau, secara efektif "menembus" massa air
355 nm -- dekat ultraviolet
Bagian penerima (b) terdiri dari objektif (teleskop), filter spektral dan/atau spasial, elemen polarisasi, dan fotodetektor. Radiasi yang dipantulkan-tersebar dari objek yang diteliti dikonsentrasikan oleh optik penerima (teleskop), dan kemudian melewati penganalisa spektrum. Perangkat ini berfungsi untuk mengisolasi interval panjang gelombang di mana pengamatan dilakukan dan, akibatnya, memotong radiasi latar pada panjang gelombang lain. Penganalisis dapat berupa kompleks, monokromator atau polikromator yang disetel dengan hati-hati, atau satu set filter pita sempit, termasuk filter pemutus untuk radiasi pada panjang gelombang pemancar laser.
Unit emitor dan penerima dapat berjauhan satu sama lain atau dibuat dalam satu unit, yang umum terjadi dalam beberapa tahun terakhir. Sumbu emitor dan penerima dapat digabungkan (rangkaian koaksial) atau berjarak terpisah (rangkaian biaksial).
Sistem kontrol melakukan tugas-tugas berikut:
* Kontrol mode operasi Lidar;
* Mengontrol frekuensi radiasi laser probing;
* Pengukuran energi radiasi pada sinar laser dua frekuensi yang keluar dan diterima pada kedua frekuensi;
* Pemrosesan hasil, mis. memperoleh karakteristik spektral atmosfer, menentukan keberadaan dan konsentrasi pengotor menurut "potret spektral" molekul yang tersedia di basis data komputer;
* Kontrol sistem penunjuk lidar ke objek yang diteliti.
Dalam penelitian saya, saya memutuskan untuk mempertimbangkan secara detail skema lensa yang digunakan di berbagai lidar.
3 . Skema optik lensa lidar
Sinyal balik dari objek yang diteliti harus dicegat oleh lensa penerima lidar, disaring (secara spasial dan spektral) dan diarahkan ke area sensitif fotodetektor. Semua ini harus dilakukan dengan efisiensi maksimum, tanpa kehilangan sinyal cahaya berguna yang dikumpulkan oleh lensa secara signifikan, dan dengan penekanan maksimum semua sinyal noise noise. Mari kita telusuri jalur sinyal yang berguna melalui sistem penerima dan pertimbangkan secara terpisah setiap elemen dari sistem ini.
Laser menyinari suatu titik pada objek, yang ukurannya ditentukan oleh divergensi berkas 2 dan jarak ke objek R: D=2Rtg2R. Bagian dari radiasi yang dipantulkan dan dipantulkan kembali dikumpulkan oleh lensa, seperti yang ditunjukkan pada Gambar .: (laser dan lensa penerima bersifat koaksial).
Yang ditampilkan hanyalah sinar sinar ekstrim dari titik-titik di titik yang masuk ke lensa. Pada jarak yang jauh, sinar dari suatu titik hampir sejajar satu sama lain. Tujuan lensa adalah untuk mengumpulkan cahaya yang cukup dari spot dan memproyeksikan spot ke photodetector. Oleh karena itu, parameter utama lensa adalah area pengumpulan cahaya, panjang fokus, dan bidang pandang. Untuk space lidars, ketika jarak ke lapisan atmosfer atau bumi yang diselidiki mencapai ratusan kilometer, perlu menggunakan lensa dengan diameter besar 1 ... 3 m dan bahkan lebih untuk mengumpulkan cahaya yang cukup, terutama saat beroperasi dalam hamburan Raman atau mode penyerapan diferensial. Diameter d dan panjang fokus f" menentukan rasio apertur lensa (apertur relatif d/f"). Semakin terang sistem, semakin ukuran lebih kecil gambar yang dibuatnya. Bidang pandang lensa ditentukan oleh sudut di mana sinar dari titik ekstrim titik melewati tengah pupil pintu masuk lensa (pada gambar). Ukuran gambar (tidak lebih dari ukuran fotodetektor), panjang fokus yang setara (dengan mempertimbangkan elemen proyeksi ulang tambahan dalam blok spektral penerima) dan bidang sudut pandang terkait dengan hubungan 2a = 2f "tg, yang memungkinkan Anda untuk memilih parameter skema tertentu dan memilih elemen yang diperlukan Dalam banyak kasus, titik diproyeksikan tidak langsung ke fotodetektor, tetapi ke bidang diafragma bidang (gambar utama), yang membatasi bidang pandang lensa. Dengan menyesuaikan ukuran diafragma bidang, Anda dapat mengubah ukuran efektif titik yang diproyeksikan ke fotodetektor. Dengan kata lain, ini memungkinkan Anda untuk mengubah resolusi spasial pengukuran, serta mengurangi jaringan derau dari penggandaan tersebar cahaya. Memproyeksikan ulang gambar utama juga merupakan cara untuk menangani cahaya yang tersebar di dalam lensa. Ketika apertur bidang memiliki ukuran maksimum, laser dan lensa penerima lidar saling sejajar (hingga maksimum sinyal yang diterima). dan pengukuran, aperture memiliki ukuran minimum. Diafragma biasanya berbentuk iris atau berbentuk piringan dengan lubang dengan diameter berbeda.
Karena lidar bekerja dengan objek yang jauh, lensa harus membangun gambar dari hampir tak terhingga hingga jarak terhingga (pada bidang fokus). Itu. lensa tele digunakan. Perhitungan optik lensa telefoto dilakukan dengan mempertimbangkan fakta bahwa keburaman aberasi pada tepi gambar harus minimal atau dapat diterima dalam hal kehilangan cahaya (vinyet oleh bukaan bidang). Dalam sistem seperti pengukur jarak, pemindai, batimeter, diameter objektifnya kecil - dari 15 hingga 150 mm. Karena itu, lensa biasanya adalah lensa.
Lensa yang digunakan di lidar:
Cermin (reflektor) - gunakan cermin sebagai elemen pengumpul cahaya.
Lensa cermin (catadioptric) - cermin dan lensa digunakan sebagai elemen optik. Perlu dicatat bahwa ukuran lensa sebanding dengan cermin utama dan berfungsi untuk mengoreksi gambar yang dibentuk olehnya.
Cermin bisa dibuat ringan, yang penting untuk penerbangan dan khususnya sistem luar angkasa. Sistem cermin dibangun sesuai dengan skema teleskop klasik: Newton, Gregory dan Cassegrain. Setelah fokus utama, tujuan lensa ditampilkan secara kondisional, yang berarti ada beberapa optik tambahan dalam sistem penerima. Sistem cermin selalu memiliki pelindung pusat, bahkan dalam skema Newton, di mana penerima ditempatkan pada fokus pada sumbu. Dengan bidang pandang kecil dalam satuan detik busur dan bukaan relatif kecil (d / f "kurang dari 1:10), sebuah bola digunakan sebagai pengganti paraboloid dalam skema Newton, yang lebih disukai karena alasan ekonomi. Karena persyaratan yang rendah untuk kualitas gambar (Anda hanya perlu mengumpulkan energi) kadang-kadang dimungkinkan untuk mengganti cermin hiperbolik sekunder dengan yang berbentuk bola. Skema tipe Cassegrain dengan cermin bulat primer dan cermin asferis sekunder orde tinggi juga dimungkinkan. Skema seperti itu adalah berguna untuk ruang lidars dengan teleskop besar.
Opsi untuk posisi relatif laser dan teleskop penerima:
Pada skema pertama, permukaan belakang cermin datar diagonal digunakan untuk menyelaraskan sumbu optik. Dalam skema kedua, teleskop penerima juga digunakan sebagai teleskop pembentuk, yang membutuhkan persyaratan yang lebih ketat untuk kualitasnya (jika tidak, sinar laser akan sangat menyimpang). Selain itu, kerugian tidak dapat dihindari di dalamnya karena penggunaan pembagi berkas. Skema ketiga menggunakan lubang pada cermin primer dan diagonal (atau sekunder). Zona pusat selalu tidak berfungsi. Skema juga digunakan di mana sumbu laser dan teleskop tidak sejajar - sejajar atau saling condong. Skema semacam itu tidak memungkinkan untuk menggunakan energi sinar laser seefisien mungkin, tetapi memungkinkan untuk menghilangkan titik terang pada sumbu (bidang pandang hampir nol), yang dapat menyebabkan kejenuhan penerima. Perhitungan energi harus memperhitungkan distribusi energi Gaussian pada sinar laser
3.1 Lensa Newton
Sirkuit ini ditemukan oleh Isaac Newton pada tahun 1668. Di sini, cermin utama (parabola) mengarahkan radiasi ke cermin diagonal datar kecil yang terletak di dekat fokus. Itu, pada gilirannya, membelokkan sinar radiasi di luar tabung, di mana ia memasuki perangkat penerima.
Skema ini memiliki jumlah elemen optik minimum, yang mengarah pada kemudahan penyesuaian, persyaratan rendah untuk pemrosesan cermin, dan biaya produksi rendah. Cermin utama, karena ukurannya yang besar, membutuhkan waktu untuk stabilisasi termal. Penyesuaian spion secara berkala juga diperlukan, yang cenderung hilang selama transportasi dan selama pengoperasian. Sistem ini tidak bebas dari penyimpangan koma.
Lensa Newton digunakan di banyak lidar, pertimbangkan beberapa di antaranya:
1) Multi-panjang gelombang Raman lidar MRL-400
Pengoperasian lidar ini didasarkan pada fenomena hamburan cahaya Raman (efek Raman) - hamburan radiasi optik yang tidak elastis oleh molekul suatu zat (padat, cair atau gas), disertai dengan perubahan frekuensi radiasi yang nyata. Garis spektral muncul dalam spektrum radiasi tersebar, yang tidak ada dalam spektrum cahaya primer (menarik). Jumlah dan letak garis yang muncul ditentukan oleh struktur molekul zat tersebut.
Radiasi laser diteleskop oleh kolimator cermin parabola off-axis. Laser, bersama dengan kolimator, dipasang pada teleskop penerima, yang memungkinkan pengukuran dilakukan pada setiap sudut cakrawala.
Struktur lidar MRL-400
Sumber cahaya: Laser Quantel Brilliant Nd:YAG dengan generator harmonik ketiga
Energi pulsa: 300/300/200 mJ - 1064/532/355 nm
Tingkat pengulangan: 10Hz
Kolimator cermin parabola off-axis dengan faktor pembesaran 5. Pelapis cermin dielektrik memastikan pengoperasian kolimator pada panjang gelombang 355, 532, 1064 nm.
Teleskop Newton dengan aperture 400mm dan panjang fokus 1200mm.
2) Lidar aerosol multi-panjang gelombang PL-200
Struktur lidar PL-200
Sumber radiasi: Laser Nd:YAG dengan generator harmonik ketiga.
Energi pada 355 nm: 70 mJ
Frekuensi pengulangan: 25Hz
Divergensi Balok:< 1 мрад
Kolimator: Kolimator parabola off-axis dengan pelapis dielektrik dan faktor pembesaran 5 dirancang untuk telescoping simultan dari panjang gelombang yang dipancarkan (1064, 532, 355 nm).
Lidar menggunakan teleskop Newtonian dengan aperture 300 mm. Cermin utama berbentuk parabola dengan panjang fokus 970 mm.
3.2 Lensa cassegrain
Skema tersebut diusulkan oleh Lauren Cassegrain pada tahun 1672. Cermin utama dengan diameter lebih besar (cekung; dalam versi aslinya parabola) memancarkan radiasi ke cembung sekunder dengan diameter lebih kecil (biasanya hiperbolik). Cermin sekunder terletak di antara cermin utama dan fokusnya, dan total panjang fokus lensa lebih besar daripada panjang fokus lensa utama. Lensa dengan diameter dan panjang fokus yang sama memiliki hampir setengah panjang tabung dan pelindung sedikit lebih sedikit daripada lensa Gregory. Reflektor Cassegrain tradisional sulit dibuat (permukaan cermin kompleks - parabola, hiperbola), dan juga memiliki aberasi koma yang kurang terkoreksi. Kelemahan terakhir diperbaiki dalam berbagai modifikasi skema Cassegrain.
Dari lensa SLR, lensa Cassegrain adalah yang paling populer karena kombinasi kekompakan dan panjang fokusnya yang panjang.
Pertimbangkan beberapa lidar yang menggunakan teleskop penerima yang dibuat menurut skema Cassegrain:
1) Kompleks lidar stasioner MVL-60
Lidar multi-panjang gelombang MVL-60 dirancang untuk analisis operasional jarak jauh dari karakteristik aerosol atmosfer dan formasi awan di atmosfer menggunakan laser yang beroperasi pada panjang gelombang 1064 (IR), 532 (hijau), dan 355 (UV) nm.
Antena penerima lidar adalah teleskop, paling sering cermin, biasanya dibuat menurut skema Newton atau Cassegrain. Dalam teleskop lidar MVL-60 dengan diameter cermin parabola primer 60 cm, kedua skema ini diimplementasikan.
Saat beroperasi sebagai antena penerima lidar, teleskop mengimplementasikan skema Cassegrain, ketika sinyal laser pantulan yang diterima pertama kali mengenai cermin parabola utama, kemudian cermin hiperbolik sekunder, dan kemudian melalui lubang di tengah cermin parabola ke unit penganalisa , di mana kemudian didistribusikan ke fotodetektor yang berbeda dan didaftarkan oleh komputer.
Saat beroperasi sebagai instrumen astronomi konvensional, teleskop menerapkan skema Newton: cermin datar dimasukkan ke dalam sumbu optik cermin parabola utama, dengan bantuan gambar yang diterima oleh cermin utama ditampilkan pada sudut 90 derajat. sepanjang sumbu teropong. Dalam fokus Newton ini, Anda dapat menempatkan lensa mata atau kamera video dan mendapatkan gambar objek di langit berbintang.
2) Lidar multi-panjang gelombang dengan saluran Raman
Pemancar pulsa: Laser Nd:YAG
Panjang gelombang: 1064, 532 dan 355 nm
Energi pulsa: 100/55/30 mJ
Lebar Pulsa: 10 ns
Frekuensi pulsa: 10Hz
Diameter Sinar Laser (Diperpanjang): 50mm
Divergensi sinar laser: 0,3 mrad
Teleskop (diameter): Cassegrain, cermin utama 300 mm
Sudut penerimaan radiasi: 0,6 - 5 mrad
Panjang gelombang hamburan elastis: 1064, 532, 532 depolarisasi dan 355 nm
Panjang gelombang Raman: 387, 407, 607 nm
3 . 3 Lensa Gregory
Sirkuit ini ditemukan oleh James Gregory pada tahun 1663. Dalam sistem Gregory, radiasi dari cermin parabola cekung utama diarahkan ke cermin elips cekung kecil, yang memantulkan sinar ke fotodetektor yang ditempatkan di lubang tengah cermin utama. Kehadiran cermin sekunder memperpanjang panjang fokus dan dengan demikian memungkinkan untuk menerapkan perbesaran tinggi.
Ukuran teleskop penerima, dibangun menurut skema Gregory, lebih besar dari teleskop Newtonian dan hampir dua kali lebih besar dari lensa Cassegrain, yang meningkatkan pelindung, memperumit penyelarasan dan keselamatan, transportasi, dan pengoperasiannya secara umum.
Skema ini belum menerima distribusi seperti skema Newton dan Cassegrain, karena hal lain dianggap sama, kerugiannya lebih signifikan, dan digunakan dalam beberapa kasus tertentu.
Kesimpulan
Dalam proses mempelajari lensa cermin yang digunakan dalam lidar dan membandingkannya satu sama lain berbagai skema, saya mendapatkan kesimpulan sebagai berikut:
Lensa SLR memiliki sejumlah keunggulan (dibandingkan dengan lensa):
ѕ Luminositas dan resolusi tinggi
* Tidak ada penyimpangan kromatik pada cermin
* Koefisien transmisi cahaya tinggi
* Dengan desain sistem cermin yang relatif sederhana, koreksi aberasi bola yang cukup sempurna dapat diperoleh
* Sistem cermin tidak mengandung permukaan bias dan karenanya cocok untuk digunakan di wilayah spektrum IR dan UV
Namun selain kelebihannya, lensa SLR juga memiliki kekurangan:
* Kompleksitas pembuatan dan kontrol permukaan asferis cermin
ѕ Kesulitan dalam menyelaraskan sistem cermin
* Kesulitan yang terkait dengan penggunaan cermin besar (pengaruh kondisi cuaca, kebutuhan stabilisasi termal)
* Sistem cermin cenderung memiliki koma yang besar, yang mengurangi bidang berguna sistem. Kerugian ini dihilangkan dengan penggunaan skema lensa cermin.
Dokumen Serupa
Bermata prisma: konsep, tujuan, fitur desain. Pertimbangan skema optik monokuler dengan sistem prisma O. Malafeeva, elemen utama: lensa, lensa mata. Tahapan perhitungan aberasi lensa mata dengan prisma pada jalur sinar terbalik.
makalah, ditambahkan 01/18/2013
Perhitungan dimensi sistem optik perangkat. Substansiasi komponen mikroskop. Mempelajari sistem optik lensa pada komputer. Perhitungan parameter desain. Bukaan numerik lensa di ruang angkasa. Parameter optik lensa mata Huygens.
makalah, ditambahkan 03/19/2012
Kamera sebagai perangkat optik. Panjang fokus lensa fotografi. Bidang pandang lensa fotografi. Bukaan lensa. Pelapis bercahaya. Kisaran standar lubang relatif. Resolusi lensa fotografi dan jarak hyperfocal.
presentasi, ditambahkan 01/30/2015
Keragaman pasar perangkat optik. Metode kontras gambar. Slide dan coverlip. Pelindung lensa. Sistem prisma dan cermin. Kamar hitung dan alat pengukur. Mikroskop metalurgi langsung modern.
abstrak, ditambahkan 27/11/2014
Sistem optik yang ideal. Perhitungan prisma, pemilihan lensa mata. Sistem optik aksisimetri dan spasial. Parameter desain, aberasi lensa, dan prisma. Perhitungan penyimpangan bermata. Rilis gambar grid. Triora ruang benda.
tes, ditambahkan 02.10.2013
Jenis mikroskop cahaya, peralatannya. Aturan penggunaan dan perawatan mikroskop. Klasifikasi lensa yang digunakan dalam instrumen optik. Sistem perendaman dan ruang hitung mikroskop cahaya. Metode kontras gambar.
abstrak, ditambahkan 10/06/2014
Peran teknik elektro dalam pengembangan pembuatan kapal. Diagram fungsional kontrol motor asinkron dengan rotor sangkar-tupai. Prinsip pengoperasian rangkaian listrik kipas angin. Teknologi pemasangan sirkuit listrik, bahan dan alat yang digunakan.
makalah, ditambahkan 12/12/2009
Analisis teoritis sirkuit utama generator tegangan pulsa berisi gas, yang dirakit sesuai dengan skema Arkadiev-Mraks. Perhitungan sirkuit pelepasan GVP, sirkuit pelepasan untuk aperiodisitas. Pengukuran arus dan tegangan GIN. Eksekusi struktural.
makalah, ditambahkan 04/19/2011
Pilihan rangkaian generator pulsa tegangan dan tata letak desain keseluruhan. Perhitungan rangkaian pelepasan generator, pelepasan, resistansi frontal dan peredam, sakelar instalasi uji pulsa. Pengembangan skema kontrol pabrik.
makalah, ditambahkan 11/29/2012
Konsep dan ruang lingkup penggunaan praktis konverter elektron-optik sebagai perangkat yang mengubah sinyal elektronik menjadi radiasi optik atau menjadi gambar yang dapat diakses oleh persepsi manusia. Perangkat, tujuan dan sasaran, prinsip operasi.
Pemilik paten RU 2575766:
Penemuan ini berkaitan dengan bidang lokasi laser dan elektronik kuantum dan dimaksudkan untuk digunakan dalam sistem dan kompleks lokasi laser untuk mendeteksi objek bergerak dan menentukan parameter pergerakannya, termasuk koordinat spasial dan kecepatan gerakan. Perangkat yang diusulkan juga dapat digunakan dalam sistem komunikasi ruang laser untuk berkomunikasi dengan pesawat ruang angkasa di ruang dekat atau dalam, serta untuk berkomunikasi dengan pesawat ruang angkasa selama pendaratannya di Bumi melalui lapisan plasma yang mengelilingi pesawat ruang angkasa. Perangkat yang diusulkan termasuk dalam kelas sistem laser yang menggunakan metode laser heterodyning saat menerima dan memproses sinyal lokasi laser. Metode penerimaan sinyal laser ini diketahui dan dipelajari dalam literatur ilmiah, di mana beberapa keunggulan metode ini dicatat dibandingkan dengan metode fotodeteksi langsung sinyal laser. Namun, sejumlah kekurangan dalam penerapan praktis laser heterodyning tidak memungkinkan penggunaan penuh potensi metode ini untuk menciptakan sistem lokasi laser yang efisien. aplikasi yang luas. Kerugian teknis utama dari metode laser heterodyne ini adalah perlunya pencocokan presisi tinggi dari muka gelombang radiasi laser (LI) yang diterima dan radiasi laser heterodyne pada area fotosensitif dari penerima fotodetektor. Monografi pada halaman 156 menunjukkan bahwa dengan adanya ketidakcocokan sudut sekitar 12 menit busur dari radiasi laser yang diterima dan heterodyne, sinyal pada keluaran photodetector - photomixer pada frekuensi menengah berkurang lima kali lipat dibandingkan dengan tingkat sinyal pada ketidakcocokan sudut nol. Ketergantungan tingkat sinyal keluaran seperti itu menyebabkan fluktuasi yang kuat dan hilangnya sinyal keluaran secara berkala, penurunan kemungkinan mendeteksi objek yang diamati dan penurunan efisiensi sistem penerima laser dalam kondisi nyata pelacakan objek yang bergerak cepat.
Pengukur jarak laser dengan skema pemrosesan heterodyne menurut paten Jerman (Z. No. 2819320) diketahui, mengandung laser, generator jam, sistem optik penerima-transmisi, osilator lokal laser, pencampur optik dari laser yang diterima radiasi dengan radiasi osilator lokal, detektor foto, unit amplifikasi dan pemrosesan sinyal frekuensi menengah dari output detektor foto, unit pemrosesan memori dan informasi. Kerugian dari perangkat ini antara lain rendahnya efisiensi dan rendahnya deteksi perangkat saat beroperasi dalam kondisi nyata pengamatan objek bergerak di hadapan berbagai kebisingan latar belakang pada input sistem optik penerima. Kekurangan ini disebabkan oleh ketergantungan yang signifikan dari tingkat sinyal frekuensi menengah (sinyal photomixing) pada pencocokan sudut datangnya radiasi osilator lokal dan radiasi laser yang diterima di situs fotodetektor. Saat melacak objek yang bergerak cepat, sudut datangnya radiasi laser yang diterima dapat berubah terus menerus, yang menyebabkan fluktuasi signifikan pada level sinyal frekuensi menengah pada output photodetector dan penurunan level ini, seperti akibatnya kemungkinan deteksi objek yang benar berkurang, keakuratan penentuan parameter pergerakan objek, dan efisiensi pengoperasian perangkat secara keseluruhan.
Laser locator yang dikenal dengan metode heterodyne untuk menerima sinyal laser dikembangkan di AS, diberikan dalam buku Laser location pada halaman 230, berisi teleskop pemancar dan penerima, pemancar laser dengan tahap amplifikasi laser, osilator lokal laser, unit fotodetektor dengan unit amplifikasi, osilator laser utama, detektor foto kedua, unit pengukuran dan kontrol frekuensi, unit pemrosesan dan kontrol informasi. Kerugian dari kompleks ini termasuk efisiensi rendah dengan kompleksitas kompleks yang signifikan. Kompleks tidak memiliki sarana untuk memastikan pencocokan terus menerus dari sudut kejadian pada unit penerima foto dari radiasi laser osilator lokal dan radiasi laser yang diterima yang dipantulkan dari objek bergerak cepat yang menyertainya. Sebagai hasil dari kemungkinan perubahan sudut kejadian di lokasi fotodetektor dari radiasi laser yang diterima dalam mode operasi untuk mendeteksi dan melacak objek, terjadi ketidaksesuaian dinamis dari sudut kejadian yang ditunjukkan, yang menyebabkan fluktuasi tambahan yang kuat pada tingkat sinyal frekuensi menengah dan untuk menyelesaikan hilangnya sinyal dan gangguan deteksi dan pelacakan objek. Kompleks ini menggunakan sistem untuk mengatur frekuensi pembangkitan (panjang gelombang) dari radiasi osilator laser utama (pemancar laser). Namun, metode yang digunakan untuk menyetel panjang gelombang generasi laser menggunakan piezocorrector intracavity tidak memiliki akurasi yang diperlukan, yang selanjutnya mengurangi akurasi dan efisiensi radar laser.
Sebagai prototipe, laser locator dengan mode radiasi pulsa dipilih, skema yang diberikan dalam buku Laser location pada halaman 245. Laser locator ini berisi teleskop penerima dan pemancar dengan unit penunjuk (pemindaian), lensa, unit fotodetektor, unit pemrosesan dan kontrol sinyal, pemancar laser, osilator lokal laser, unit pengukuran frekuensi, atenuasi tetap - peredam radiasi, pembagi berkas. Kerugian dari perangkat ini termasuk rendahnya efisiensi kerja pada objek bergerak nyata, serta rendahnya kemungkinan deteksi yang benar dari objek bergerak karena adanya ketidaksesuaian sudut kejadian di lokasi unit penerima foto. menerima radiasi laser dan radiasi osilator lokal dalam mode deteksi dan pelacakan dinamis objek bergerak.
Hasil teknis yang dicapai adalah sebagai berikut: penurunan ketergantungan level sinyal keluaran pada perubahan sudut kedatangan radiasi laser (LI) yang diterima, peningkatan efisiensi sistem lokasi laser dalam kondisi deteksi dan pelacakan objek bergerak dan dengan adanya penerangan latar yang kuat, peningkatan kemungkinan deteksi yang benar dari objek yang diamati, implementasi komunikasi laser yang stabil dengan pesawat ruang angkasa melalui lapisan plasma di sekitarnya saat memasuki lapisan atmosfer yang padat selama pendaratan pesawat ruang angkasa ke Bumi.
Hasil teknis baru dicapai sebagai berikut.
1. Dalam laser locator yang berisi teleskop dengan unit penunjuk yang dipasang secara seri pada sumbu optik pertama, lensa pertama, unit fotodetektor pertama, keluarannya dihubungkan ke unit filter spektral, keluarannya dihubungkan ke kontrol unit, pemancar laser, laser heterodyne dan unit pengukuran frekuensi, output dari pemancar laser terhubung secara optik ke teleskop dan, melalui cermin tembus cahaya dan reflektif, ke input optik pertama dari unit pengukuran frekuensi, input optik kedua yang terhubung secara optik melalui cermin tembus cahaya ke output optik osilator lokal laser, input kontrol pemancar laser, osilator lokal laser dan output unit pengukuran frekuensi dihubungkan ke unit kontrol, attenuator terkontrol pertama, pemindah frekuensi radiasi laser pertama, unit pemindaian radiasi laser pertama, keluaran optiknya dihubungkan secara optik melalui cermin reflektif dan dua cermin tembus pandang. terhubung secara optik ke input optik dari unit penerima foto pertama, terhubung secara optik secara seri attenuator terkontrol kedua, unit pergeseran frekuensi radiasi laser kedua, unit pemindaian radiasi laser kedua, keluaran optik yang terhubung secara optik ke input optik dari unit fotodetektor pertama melalui dua cermin tembus cahaya, input optik dari attenuator terkontrol pertama dan kedua secara optik dihubungkan melalui cermin tembus cahaya dengan output optik osilator lokal laser, atenuasi terkontrol ketiga, unit pergeseran frekuensi radiasi laser ketiga dan unit pemindaian radiasi laser ketiga terhubung secara optik secara seri, digabungkan secara optik pada sumbu optik kedua adalah modulator akustik-optik dengan unit kontrol, lensa kedua, cermin tembus pandang pertama, filter spasial terkontrol, lensa ketiga, cermin semitransparan kedua, fotodetektor kedua unit, output yang terhubung ke input dari unit kedua dan filter spektral yang terhubung ke unit kontrol, input optik dari modulator acousto-optik terhubung secara optik melalui cermin reflektif dan cermin semitransparan dengan output optik dari laser osilator lokal, output optik dari pemindaian radiasi laser ketiga unit terhubung secara optik melalui cermin reflektif dan cermin semitransparan kedua dengan input optik dari unit fotodetektor kedua, input optik dari attenuator terkontrol ketiga terhubung secara optik ke output optik dari osilator lokal laser, unit fotodetektor ketiga, unit input optik yang terhubung melalui cermin tembus pertama ke output optik lensa kedua, dan output terhubung ke unit kontrol unit photodetektor yang terhubung ke unit kontrol, cermin jarak jauh pertama dan kedua secara mekanis terhubung ke perpindahan unit, input kontrol yang terhubung ke unit kontrol, filter spektral dinamis, input optiknya melalui cermin pemindaian pertama terhubung secara optik ke keluaran optik teleskop, dan keluaran optik dari filter spektral dinamis melalui cermin pemindai kedua dan cermin jarak jauh kedua secara optik terhubung ke masukan optik dari tujuan pertama, elektroda kontrol dari pemindaian pertama dan kedua cermin terhubung ke unit kontrol cermin pemindaian, input yang terhubung ke unit kontrol, input kontrol filter spektral dinamis terhubung ke unit kontrol, reflektor sudut jarak jauh, terhubung secara optik ke input optik teleskop dan terhubung secara mekanis ke blok untuk memindahkan reflektor sudut yang terhubung ke unit kontrol, attenuator terkontrol keempat, secara optik menghubungkan output optik pemancar laser dengan teleskop, input kontrol dari attenuator terkontrol terhubung ke unit kontrol, input kontrol unit pergeseran frekuensi radiasi laser dan unit pemindaian radiasi laser terhubung ke unit kontrol.
2. Unit pergeseran frekuensi radiasi laser terdiri dari diafragma input, sel akustik-optik dengan unit kontrol, lensa pertama, diafragma lubang jarum, lensa kedua, dan diafragma output, digabungkan secara optik secara seri pada sumbu optik, sedangkan elektroda kontrol sel acousto-optik dihubungkan ke unit kontrol sel acousto-optik.
3. Unit pemindaian radiasi laser didasarkan pada sel akustik-optik di mana gelombang ultrasonik bersemangat untuk mengubah arah perambatan radiasi laser.
4. Filter spektral dinamis didasarkan pada sel akustik-optik di mana gelombang ultrasonik tereksitasi, yang berinteraksi dengan radiasi laser yang diterima melewati sel.
5. Pemancar laser dan osilator lokal laser dibuat berdasarkan generator laser dengan kemungkinan menyetel panjang gelombang radiasi laser yang dihasilkan.
Dalam Gbr. 1 menunjukkan diagram blok radar laser. Dalam Gbr. 2 menunjukkan diagram blok pemindah frekuensi laser. Dalam Gbr. 3 dan 4 menunjukkan spektra yang diperoleh secara eksperimental dari sinyal informasi yang diterima yang dihasilkan dalam sistem radar laser, dan Gambar. 5 menunjukkan spektrum radiasi interferensi latar belakang.
Dalam Gbr. 1, angka menunjukkan elemen radar laser berikut.
1. Teleskop.
2. Blokir panduan.
3. Lensa pertama.
4. Unit fotodetektor pertama.
5. Blok filter spektral.
6. Unit kontrol.
7. Pemancar laser.
8. Laser osilator lokal.
10. Blok pertama untuk menggeser frekuensi radiasi laser.
11. Blok pertama untuk pemindaian radiasi laser.
12. Blok kedua untuk menggeser frekuensi radiasi laser.
13. Blok kedua untuk pemindaian radiasi laser.
14. Pelemah yang dikendalikan pertama.
15. Pelemah kendali kedua.
16. Pelemah yang dikendalikan ketiga.
17. Blok ketiga untuk menggeser frekuensi radiasi laser.
18. Blok ketiga untuk pemindaian radiasi laser.
19. Modulator akustik-optik.
29. Unit kontrol modulator akustik-optik.
20. Lensa kedua.
21. Cermin tembus pandang pertama.
22. Filter spasial terkendali.
23. Lensa ketiga.
24. Cermin tembus kedua.
25. Unit fotodetektor kedua.
26. Blok kedua filter spektral.
27. Unit fotodetektor ketiga.
28. Unit kontrol untuk unit fotodetektor ketiga.
29. Unit kontrol pos modulator akustik-optik. 19 (tercantum di atas).
30. Filter spektral dinamis.
31. Unit kontrol untuk memindai cermin pos. 35 dan 36.
32, 33. Cermin jarak jauh pertama dan kedua.
34. Blok gerakan.
35. Cermin pemindaian pertama.
36. Cermin pemindaian kedua.
37. Reflektor sudut jarak jauh.
38. Blok untuk memindahkan reflektor sudut.
39. Cermin tembus cahaya.
40. Cermin reflektif.
41, 42, 43, 44. Cermin tembus cahaya.
59. Cermin reflektif.
45, 46. Cermin reflektif.
47, 48. Cermin tembus cahaya.
49. Cermin reflektif terletak di bayangan optik counterreflector
50 pos teleskop. 1.
58. Pelemah terkontrol keempat.
59. Cermin reflektif.
Dalam Gbr. 2 menunjukkan unsur-unsur berikut.
51. Bukaan masuk.
52. Sel akustik-optik.
53. Unit kontrol sel akustik-optik.
54. Lensa pertama.
55. Diafragma lubang jarum.
56. Lensa kedua.
57. Keluar dari bukaan.
60. Elemen piezoelektrik.
Prinsip pengoperasian radar laser adalah sebagai berikut.
Pemancar laser 7 menghasilkan pulsa radiasi laser yang menerangi objek yang diamati. Teleskop 1 dipandu oleh unit penunjuk 2 ke area tertentu dari ruang yang diamati, di mana dimungkinkan untuk menemukan dan memindahkan objek yang terdeteksi dan diamati. Radiasi laser yang dipantulkan dari objek ditangkap oleh teleskop 1 dan difokuskan dari keluaran teleskop menggunakan lensa pertama 3 pada area fotosensitif (input optik) dari unit penerima foto pertama 4. Pada saat yang sama, reflektor sudut 37 adalah dihapus dari jalur optik teleskop 1 menggunakan unit gerakan 38, yang digunakan dalam mode pengujian dan penyesuaian pelacak laser. Pada saat yang sama, cermin jarak jauh 32 dan 33 dihilangkan dari jalur optik saluran penerima radar laser menggunakan unit perpindahan 34. Pada saat yang sama, filter spektral dinamis 30, digunakan jika ada kebisingan latar belakang eksternal yang kuat, dimatikan dari jalur optik. Atenuasi yang dapat dikontrol (58) dialihkan ke mode transmisi penuh standar dari radiasi pemancar laser (7) (mode atenuasi nol). Radiasi laser dari output teleskop 1 masuk langsung ke input optik lensa pertama 3, yang selanjutnya memfokuskan radiasi laser yang diterima yang dipantulkan dari objek ke area fotosensitif unit penerima foto pertama 4. Secara bersamaan, area fotosensitif menerima radiasi laser yang dihasilkan oleh laser heterodyne 8 melalui cermin tembus 42, 43 dan dua cabang mengubah parameter pos radiasi laser heterodyne. 14, 10, 11 - cabang dan pos pertama. 15, 12, 13 - cabang kedua. Kedua cabang ini membentuk dua radiasi laser heterodyne, dengan bantuan unit fotodetektor pertama 4 mengimplementasikan mode penerimaan laser heterodyne (photomixing) dari radiasi laser yang diterima pada dua frekuensi berbeda dari radiasi laser heterodyne. Dengan demikian, pada output unit fotodetektor 4, dua sinyal listrik terbentuk pada dua frekuensi menengah yang berbeda f 1 dan f 2 , yang kemudian diumpankan ke input blok pertama filter spektral 5, di mana pemfilteran dan amplifikasi terpisah dari masing-masing sinyal frekuensi menengah yang dihasilkan dilakukan. Radiasi laser heterodyne yang dihasilkan memasuki input unit fotodetektor pertama 4 melalui cermin reflektif 46 dan cermin tembus 47, 48 dari output 11 dan 13. Dalam hal ini, radiasi laser heterodyne pertama dihasilkan oleh elemen pos. 14, 10, 11 adalah yang utama, dan radiasi laser heterodyne kedua, dibentuk oleh unsur-unsur pos. 15, 12, 13 adalah tambahan dan berfungsi untuk pengujian dan kontrol fungsional operasi radar laser, serta untuk mengatur dan menyempurnakan parameter operasi radar laser secara langsung dalam mode operasi mendeteksi dan melacak objek bergerak . 10 blok pertama dan 12 blok kedua dari pergeseran frekuensi radiasi laser (LI) digunakan untuk mengkompensasi pergeseran frekuensi Doppler dari radiasi laser yang diterima yang dipantulkan dari objek bergerak yang diamati. Unit pemindaian 11 dan 13 pertama dari LI memberikan kompensasi untuk ketidaksesuaian muka gelombang dari radiasi laser heterodyne yang diterima dan pada input optik unit fotodetektor pertama 4. Perlu dicatat bahwa adanya dua radiasi heterodyne pada masukan unit fotodetektor pertama 4 tidak mengurangi potensi (sensitivitas) penerimaan radiasi laser yang dipantulkan dari objek yang diamati, karena besarnya amplitudo sinyal dari frekuensi menengah yang sesuai (ketukan) pada keluaran fotodetektor unit 4 sebanding dengan besarnya radiasi laser yang diterima dan intensitas radiasi laser heterodyne yang ditentukan oleh osilator lokal laser 8. Sebagai hasil dari registrasi simultan oleh unit fotodetektor 4 dari radiasi laser yang diterima yang berasal dari teleskop 1, dan radiasi laser dari laser osilator lokal 8 datang melalui elemen pos cabang utama. 14, 10, 11, pada keluaran unit fotodetektor 4, sinyal frekuensi menengah f 1 terbentuk, yang memasuki unit filter spektral 5, di mana pemfilteran dan penguatan sinyal dilakukan dalam sel filter yang sesuai yang disetel ke nilai yang sesuai dari frekuensi menengah dari sinyal listrik. Selanjutnya, sinyal yang diperkuat dan didigitalkan dari keluaran blok 5 memasuki blok 6 untuk pemrosesan akhir dan pendaftaran hasil pendeteksian radiasi laser yang dipantulkan oleh photodetector blok 3 dan memperbaiki nilai frekuensi menengah f 1 dengan jumlah frekuensi sel filter dari sinyal frekuensi menengah di blok filter spektral 5. Dalam hal ini, nilai tetap f 1 frekuensi menengah menentukan nilai kecepatan radial dari objek yang diamati (sepanjang berkas penampakan), karena sama dengan frekuensi perbedaan antara radiasi laser yang diterima yang dipantulkan dari objek dan radiasi laser heterodyne yang masuk ke input unit fotodetektor 4 dari pos unit output. 11 melalui cermin 46, 47, 48. Radiasi heterodyne (utama) ini memiliki nilai frekuensi yang sama dengan jumlah frekuensi radiasi osilator lokal laser 8 dan pergeseran frekuensi tambahan dari radiasi laser yang dilakukan oleh unit pergeseran frekuensi pertama dari radiasi laser 10, beroperasi pada sinyal kontrol dari keluaran unit kontrol 6. Nilai perbedaan antara frekuensi radiasi laser pemancar laser 7 dan laser osilator lokal 8 diukur secara terus menerus oleh unit pengukuran frekuensi 9 dan dari keluarannya masuk ke unit kontrol 6, di mana semua informasi tentang nilai Dari frekuensi radiasi laser yang dihasilkan oleh pemancar laser 7 yang menerangi objek, terbentuklah laser local oscillator 8, serta informasi tentang nilai sinyal pergeseran frekuensi radiasi laser menggunakan blok 10 dan nilai frekuensi perantara f 1 dari sinyal pada keluaran blok fotodetektor pertama 4 (sesuai dengan nomor filter pada blok filter spektral 6 yang memfilter sinyal keluaran dari blok fotodetektor 4). Berdasarkan informasi yang diperoleh, blok 6 terus menerus menghitung pergeseran frekuensi radiasi laser yang dipantulkan dari objek yang diamati dibandingkan dengan frekuensi radiasi laser yang menerangi, dan menghitung kecepatan radial objek saat ini menggunakan rumus Doppler yang terkenal. Dengan demikian, unit pergeseran frekuensi laser 10 melakukan beberapa pergeseran frekuensi tetap dari radiasi laser yang dihasilkan oleh osilator lokal laser 8. Nilai pergeseran frekuensi ini diatur oleh unit kontrol 6 dan dipilih sedemikian rupa sehingga frekuensi perantara dari sinyal f 1 pada output unit photodetector pertama 4 jatuh ke dalam grid frekuensi tetap dari unit penyaringan 5. Pada kecepatan pergerakan yang sangat tinggi dari objek yang diamati, misalnya, saat melacak objek luar angkasa, nilai frekuensi radiasi laser shift dipilih cukup besar (berdasarkan urutan beberapa gigahertz), yang memastikan pelacakan objek yang bergerak cepat secara efektif. Unit pemindaian radiasi laser 11 memastikan pembentukan sudut optimal dari sinar radiasi laser heterodyne pada area fotosensitif dari unit fotodetektor pertama 4. Unit pemindaian 11, serta pos unit serupa. 13 dan 18 dibuat berdasarkan pemindai berkecepatan tinggi acousto-optik dan memberikan perubahan dua koordinat yang tepat dalam arah perambatan radiasi laser heterodyne pada keluaran unit pemindaian secara independen dalam dua bidang yang tegak lurus satu sama lain, masing-masing yang juga tegak lurus terhadap bidang area fotosensitif dari unit penerima foto pertama 4. Selain itu, dapat dicatat bahwa unit pemindaian 11 dan 13 mengubah arah perambatan insiden radiasi laser heterodyne pada area fotosensitif unit fotodetektor 4 relatif terhadap sumbu optik pertama normal terhadap bidang area fotosensitif unit fotodetektor 4. Arah standar propagasi radiasi laser heterodyne pada output unit pemindaian 11 dan, karenanya, pada input unit penerima foto 4, sejajar dan bertepatan dengan sumbu optik pertama, di mana radiasi laser heterodyne dari output unit pemindaian 11 jatuh secara normal (tegak lurus) ke area fotosensitif blok fotodetektor 4 setelah pantulan dari cermin tembus pandang 48. Di unit pemindaian 11 saat ini, parameter kontrol ditetapkan yang memberikan kejadian normal yang ditentukan radiasi laser heterodyne pada area fotosensitif dari unit fotodetektor 4. Pada saat yang sama, parameter kontrol dari unit kontrol 6 ditetapkan dalam unit pergeseran frekuensi 10, memberikan nilai yang ditetapkan dari frekuensi menengah dari sinyal pada keluaran unit fotodetektor pertama 4, yang diumpankan ke masukan unit filter spektral 5. Hal ini memastikan mode operasi standar pelacak laser berdasarkan heterodyne tentang metode penerimaan radiasi laser yang dipantulkan dari objek yang diamati. Pada saat yang sama, cabang kedua dari pembentukan radiasi heterodyne kedua, yang mengandung unsur pos. 15, 12 dan 13 menghasilkan sinyal radiasi laser heterodyne kedua juga berdasarkan radiasi laser yang dihasilkan oleh laser heterodyne 8 dan dipasok ke input elemen-elemen ini dari output laser heterodyne 8 melalui cermin tembus pandang 43. Unit pergeseran frekuensi laser kedua 12 memberikan nilai pergeseran seperti itu, ketika nilai frekuensi menengah dari sinyal pada output unit photodetector 4 sama dengan nilai tertentu f 2 dan berbeda secara signifikan dari frekuensi menengah pertama f 1 , yang memungkinkan mereka untuk disaring secara terpisah di unit filter 6 dan pemrosesan terpisah selanjutnya di unit kontrol 6. Unit filter spektral 5 menyediakan satu set filter listrik untuk menyediakan penyaringan dan amplifikasi selanjutnya dari sinyal frekuensi menengah dalam rentang spektral tertentu di wilayah frekuensi menengah kedua f 2 . Filter listrik spektral ini dirancang untuk menerima dan memproses sinyal detak yang ditunjukkan (fotomixing) dari radiasi laser yang diterima dan radiasi laser heterodyne kedua yang dibentuk oleh cabang kedua dari elemen pos. 15, 12 dan 13 dan memasuki area fotosensitif unit penerima foto pertama 4 dari output unit 13 melalui cermin tembus pandang 47 dan 48. Pada saat menerima radiasi laser yang dipantulkan dari objek yang diamati, menggunakan laser kedua unit pemindaian radiasi 13 pada perintah dari unit kontrol 6 ada perubahan periodik ke arah propagasi radiasi laser heterodyne kedua yang ditentukan relatif terhadap arah sumbu optik pertama, yaitu relatif terhadap normal terhadap bidang area fotosensitif unit penerima foto 4. Perubahan arah propagasi radiasi laser heterodyne kedua dilakukan dengan menggunakan pemindai dua koordinat 13 dalam dua arah tegak lurus relatif terhadap bidang normal bidang fotosensitif unit penerima foto 4. Akibatnya, sudut ketidaksesuaian antara arah (vektor) perambatan radiasi laser yang diterima dan radiasi heterodyne kedua ketika jatuh pada area fotosensitif unit penerima foto 4. Akibatnya, pada output unit penerima foto 4, a sinyal frekuensi menengah kedua f 2 terbentuk, amplitudonya mencerminkan perubahan berkelanjutan dalam sudut ketidakcocokan antara arah radiasi laser yang diterima dan arah rambat radiasi laser heterodyne kedua. Dengan tidak adanya ketidaksesuaian seperti itu, yaitu, pada sudut nol dari ketidaksesuaian yang ditentukan dan paralelisme vektor propagasi dari radiasi laser heterodyne yang diterima dan kedua, tingkat (amplitudo) dari sinyal frekuensi menengah kedua pada keluaran unit fotodetektor 4 akan cenderung ke nilai tertinggi. Dalam hal ini, nilai level sinyal frekuensi menengah pertama f 1 pada keluaran unit penerima foto pertama 4 tetap tidak berubah karena fakta bahwa arah vektor propagasi dari radiasi laser heterodyne pertama pada keluaran unit pemindaian pertama 11 juga tidak berubah dan diperbaiki karena sinyal kontrol tetap dipasok ke unit pemindaian 11 s output dari unit kontrol 6. Dengan demikian, sudut ketidaksesuaian antara vektor propagasi dari radiasi laser yang diterima dan laser heterodyne pertama radiasi, dibentuk oleh unsur-unsur cabang pertama pos. 14, 10, 13. Jadi, di unit kontrol 6, informasi terus dihasilkan tentang nilai sinyal dari dua frekuensi menengah f 1 dan f 2 yang diperoleh pada keluaran unit fotodetektor pertama 4 sebagai hasil dari interaksi (ketukan) dari radiasi laser yang diterima dan radiasi laser heterodyne pertama dan kedua. Kedua sinyal frekuensi menengah f 1 dan f 2 ini diperoleh dari radiasi laser yang diterima yang sama dan hanya berbeda dalam sifat perubahan sudut ketidaksesuaian antara vektor radiasi laser yang diterima dan radiasi laser heterodyne pertama dan kedua. Jika tidak, parameter sinyal frekuensi menengah pertama dan kedua adalah sama. Sinyal frekuensi menengah pertama diperoleh dengan arah yang sama dari vektor propagasi dari radiasi laser heterodyne pertama dan, karenanya, dengan sudut ketidaksesuaian yang sama ditunjukkan. Besarnya sinyal frekuensi menengah pertama ini diambil sebagai dasar perbandingan. Sinyal frekuensi menengah kedua diperoleh dalam kondisi perubahan terus menerus ke arah vektor propagasi dari radiasi laser heterodyne kedua, dan, karenanya, dengan perubahan terus menerus dalam sudut ketidaksesuaian yang ditentukan dari vektor heterodyne yang diterima dan kedua. radiasi laser. Unit kontrol 6 secara terus menerus membandingkan perubahan amplitudo (level) sinyal frekuensi menengah kedua relatif terhadap level sinyal frekuensi menengah pertama pada saat yang sama dengan radiasi laser yang diterima yang sama dan tingkat yang sama dari yang dihasilkan radiasi laser osilator lokal. Perbedaan antara kondisi untuk memperoleh sinyal frekuensi menengah pertama dan kedua hanyalah perbedaan dalam tingkat sudut ketidakcocokan yang ditunjukkan dari vektor radiasi laser yang diterima dan heterodyne. Oleh karena itu, ketika tingkat sinyal dari frekuensi menengah kedua melebihi tingkat sinyal dari frekuensi menengah pertama pada titik waktu tertentu dan pada nilai tertentu dari arah vektor propagasi dari radiasi laser heterodyne kedua pada titik waktu ini, a keputusan dibuat di unit kontrol 6 untuk mencapai pencocokan yang lebih akurat dari bagian depan gelombang dari radiasi laser heterodyne yang diterima dan kedua, menghasilkan peningkatan relatif dalam level sinyal dari frekuensi menengah kedua pada keluaran unit fotodetektor pertama 4 .Selanjutnya, unit kontrol 6 menghasilkan sinyal kontrol yang memasuki unit pemindaian radiasi laser pertama 11, sebagai akibatnya unit pemindaian 11 menetapkan arah vektor perambatan radiasi laser pada keluaran unit ini, mirip dengan arah vektor propagasi radiasi laser heterodyne kedua pada output unit pemindaian kedua 13 pada saat nilai tertinggi dari level detik s sinyal frekuensi menengah, relatif terhadap tingkat sinyal frekuensi menengah pertama. Arah yang baru ditemukan ini dari vektor radiasi laser heterodyne pertama ditetapkan dalam unit pemindaian radiasi laser pertama 11. Unit pemindaian radiasi laser kedua 13 kemudian melanjutkan perubahan waktu terus menerus dari arah vektor propagasi radiasi laser pada keluaran dari blok 13 relatif terhadap arah vektor propagasi radiasi laser yang baru ditemukan dalam arah horizontal dan vertikal (bidang). Dapat dikatakan bahwa berdasarkan dua cabang pembentukan radiasi laser heterodyne pertama dan kedua, unit fotodetektor pertama 4 dan unit kontrol 6, sistem pelacakan otomatis dan kontrol sudut ketidaksesuaian vektor propagasi dari radiasi laser yang diterima dan heterodyne diimplementasikan, yang menetapkan sudut ketidakcocokan optimal (minimum) dalam metode heterodyne yang menerima sinyal radar laser. Pemantauan tingkat ketidakcocokan antara radiasi laser yang diterima dan dua radiasi laser heterodyne tersebut dilakukan lebih lanjut secara terus menerus dan terus menerus saat menerima dan melacak objek yang diamati bergerak. Attenuator terkontrol 14 dan 15 pertama dan kedua berfungsi untuk menyamakan nilai (intensitas) radiasi laser heterodyne pertama dan kedua pada area fotosensitif unit fotodetektor pertama 4.
Bersamaan dengan kontrol sudut ketidakcocokan radiasi laser yang diterima dan heterodyne di laser locator, penyesuaian otomatis dan pemantauan nilai frekuensi denyut menengah yang terbentuk selama interaksi radiasi laser yang diterima dan heterodyne di unit fotodetektor pertama 4 adalah Untuk melakukan fungsi ini, modulator akustik-optik 19 digunakan, yang bersama dengan lensa kedua 20 melakukan analisis spektral waktu-nyata dari sinyal listrik frekuensi menengah yang berasal dari keluaran unit fotodetektor pertama 4 dalam cahaya koheren radiasi yang berasal dari keluaran laser osilator lokal 8 melalui cermin tembus pandang 44 dan cermin reflektif 59 ke masukan optik modulator akustik-optik 19. Sinyal listrik dari keluaran unit fotodetektor pertama 4 (dari salah satu pusat fotosensitif elemen) memasuki elektroda kontrol modulator akustik-optik 19 melalui unit kontrol ini tentang modulator 29. Dalam modulator akustik-optik 19, gelombang ultrasonik akustik dieksitasi di bawah pengaruh sinyal listrik yang diperkuat di blok 29, diterima dari output blok fotodetektor 4 dan berisi sinyal yang dihasilkan dari perantara pertama dan kedua frekuensi. Input optik dari modulator acousto-optik 19 menerima sinar monokromatik dari radiasi laser dari output laser osilator lokal 8 melalui cermin tembus pandang 44 dan cermin reflektif 59. dari lensa kedua 20, sinar radiasi laser terbentuk, dimodulasi oleh sinyal listrik dari keluaran unit fotodetektor pertama 4. Lensa 20 melakukan transformasi Fourier optik dalam cahaya koheren dari radiasi laser laser heterodyne 8 dan membentuk spektrum spasial dari sinar laser termodulasi pada bidang fokus lensa 20, sejajar dengan bidang filter spasial terkontrol 22 dan secara bersamaan digabungkan dengan area fotosensitif dari blok fotodetektor ketiga 27. Spektrum spasial yang terbentuk dibaca oleh blok fotodetektor ketiga 27 dan h Melalui itu, unit kontrol 28 memasuki unit kontrol 6. Pada saat yang sama, penyaringan spasial dari spektrum spasial yang terbentuk dilakukan dengan menggunakan filter spasial terkontrol 22. Spektrum spasial dari sinar laser termodulasi yang terbentuk secara real time adalah dua urutan spektral yang sesuai dengan dua sinyal frekuensi menengah f 1 dan f 2 yang terbentuk pada keluaran unit fotodetektor pertama 4 sebagai hasil interaksi radiasi laser yang diterima dan dua radiasi laser heterodyne. Filter spasial terkontrol 22 pada sinyal kontrol dari output unit kontrol 6 lolos ke input optik lensa ketiga 23 hanya distribusi radiasi dari urutan spektral yang sama, yang sesuai, misalnya, sinyal frekuensi menengah pertama f 1 . Dimungkinkan juga untuk memfilter dan mengecualikan beberapa komponen noise dan interferensi yang menyertai atau terkandung di dekat dan bersama-sama dengan sinyal frekuensi menengah pertama. (Demikian pula untuk frekuensi menengah kedua). Selanjutnya, operasi transformasi terbalik (transformasi) dari distribusi radiasi yang disaring dari frekuensi menengah pertama menjadi sinyal listrik untuk input ke unit kontrol 6 dilakukan dengan menggunakan unit fotodetektor kedua 25. Lensa ketiga 23 melakukan transformasi Fourier terbalik dalam cahaya yang koheren dan terbentuk di bidang fokus lensa 23 , distribusi sinar laser, di mana komponen kedua dari sinyal dengan frekuensi menengah kedua disaring (dikecualikan) menggunakan filter spasial terkontrol 22, dan beberapa noise dan komponen yang mengganggu dalam sinyal frekuensi menengah pertama juga dikecualikan. Filter spasial terkontrol 22 melakukan fungsi diafragma transmisif dinamis (jendela), yang mentransmisikan distribusi berkas cahaya yang sesuai dengan sinyal frekuensi menengah pertama f 1 . Pada saat yang sama, sinar laser heterodyne ketiga dari keluaran laser heterodyne 8, juga dibentuk menggunakan cabang ketiga dari elemen untuk membentuk radiasi laser heterodyne, pos. 16, 17, 18. Sinar laser ini memasuki input optik (area fotosensitif) dari unit fotodetektor 25 melalui cermin reflektif 45 dan cermin tembus pandang 24. sinyal listrik tersaring secara real-time terbentuk yang berisi informasi yang sesuai dengan informasi yang terkandung sebelumnya dalam sinyal frekuensi menengah pertama f 1 pada keluaran unit fotodetektor pertama 4. Dalam hal ini, frekuensi (pusat) dari sinyal ini ditentukan baik oleh nilai frekuensi menengah pertama f 1 dan oleh nilai pergeseran frekuensi radiasi laser yang ditetapkan f 3 di blok ketiga dari pergeseran frekuensi LI 17, yang mana diatur oleh sinyal kontrol dari output unit kontrol 6. Frekuensi sinyal detak ini pada output unit photodetector 25 sama dengan jumlah frekuensi f 1 +f 3 , di mana f 3 adalah nilai yang ditentukan pergeseran frekuensi yang dapat disesuaikan dari radiasi laser di unit 17. Unit kontrol 6 secara terus-menerus menghasilkan informasi tentang nilai frekuensi saat ini dari sinyal frekuensi menengah pertama yang berasal dari keluaran blok fotodetektor ketiga 27 melalui unit kontrolnya 28. The nilai frekuensi ini sama dengan jarak dari pusat bidang fokus (fokus lensa 20) dari posisi urutan difraksi pertama - tanda dari sinyal frekuensi menengah dalam spektrum spasial dari sinar laser yang diterima yang terbentuk di bidang dari area fotosensitif unit penerima foto 27, terbentuk 20. Posisi di bidang fokus orde difraksi ini berubah sepanjang waktu, yang mencerminkan perubahan (fluktuasi) kecepatan objek yang diamati. Unit kontrol 6 secara terus menerus menghasilkan, menurut informasi yang ditunjukkan, sinyal kontrol yang memasuki unit pergeseran frekuensi ketiga LI 17, yang memberikan kompensasi untuk perubahan arus dalam frekuensi sinyal yang disaring dalam filter spasial terkontrol 22 dan diubah menjadi listrik sinyal pada keluaran unit fotodetektor kedua 25. Akibatnya, sinyal frekuensi yang ditentukan pada keluaran unit fotodetektor kedua 25 tetap tidak berubah dan sama dengan nilai frekuensi penyaringan operasi f 4 di salah satu spektral pita sempit filter listrik di unit filter spektral kedua 26.
f 1 + f 3 = f 4 = tetap.
Dengan demikian, sistem kontrol otomatis dan pelacakan perubahan frekuensi sinyal yang diterima, karena pergeseran frekuensi Doppler dari radiasi laser yang diterima, diimplementasikan. Sistem seperti itu memungkinkan stabilisasi dalam batas frekuensi yang diperlukan dari sinyal informasi yang diterima dan menyediakan penyaringan lebih lanjut dan pemrosesan sinyal ini menggunakan filter pita sempit di blok kedua filter spektral 26, yang menerima sinyal yang diterima saat ini dengan frekuensi pusat yang distabilkan. dari output unit penerima foto kedua (25) yang membaca sinyal ini Sinyal yang difilter dalam filter listrik pita sempit (26) selanjutnya diumpankan ke input unit kontrol (6) untuk analisis lebih lanjut. Penggunaan sistem yang ditentukan untuk melacak dan menstabilkan frekuensi menengah dari sinyal informasi yang diterima memungkinkan untuk memfilter sinyal di blok kedua filter spektral 26 menggunakan filter listrik pita sempit khusus, yang penggunaannya tidak mungkin tanpa ini sistem untuk melacak perubahan arus dalam frekuensi menengah dari sinyal informasi yang diterima. Hal ini memungkinkan untuk meningkatkan kemungkinan deteksi yang benar (dapat dideteksi) selama pemrosesan akhir dan analisis informasi yang diterima di unit kontrol 6. Saat memantau frekuensi sinyal informasi yang diterima dengan mengubah (mengontrol) besarnya radiasi laser pergeseran frekuensi LI pergeseran frekuensi satuan 17 pada Scanning unit ketiga LI 18 mengubah arah vektor propagasi radiasi laser agar sesuai dengan muka gelombang insiden radiasi laser pada area fotosensitif unit photodetector kedua 25, yaitu: radiasi laser termodulasi dari output modulator acousto-optik 19 dan radiasi laser heterodyne ketiga dari output blok 18. Informasi tentang nilai yang diperlukan dari sudut optimal kejadian radiasi laser heterodyne ketiga yang ditentukan diperoleh di unit kontrol 6 berdasarkan besarnya pergeseran orde difraksi dari sinyal relatif frekuensi menengah pertama pusat bidang filter spasial yang dikendalikan 22 dan, karenanya, pusat area fotosensitif dari unit fotodetektor ketiga 27. Informasi ini dibaca oleh unit fotodetektor ketiga 27 dan kemudian diumpankan secara terus menerus dari output kontrolnya unit 28 ke unit kontrol 6, di mana sinyal kontrol yang diperlukan dihasilkan unit pemindaian radiasi laser ketiga 18. Dalam radar laser yang diusulkan, dimungkinkan juga untuk menerapkan metode pelacakan dan kompensasi lain untuk perubahan nilai frekuensi menengah dari sinyal informasi yang diterima, di mana sinyal umpan balik dihasilkan di unit kontrol 6 untuk mengendalikan dan mengkompensasi frekuensi variasi diumpankan ke input kontrol dari unit pergeseran frekuensi laser pertama 10, sebagai hasil yang menstabilkan frekuensi menengah pertama dari sinyal yang diterima pada output unit fotodetektor pertama 4. Dalam hal ini, nilai kontrol pergeseran frekuensi sinyal ditentukan di unit kontrol 6 berdasarkan pengukuran perubahan nilai arus dari frekuensi menengah kedua menurut informasi yang diberikan ke unit kontrol 6 dari unit fotodetektor ketiga 27. Dimungkinkan juga untuk secara bersamaan melacak perubahan nilai frekuensi menengah dari sinyal informasi yang diterima dengan menerapkan sinyal kontrol dari keluaran unit kontrol 6 ke input kontrol dari unit pergeseran frekuensi pertama LI 10 dan n dan input kontrol dari blok pergeseran frekuensi ketiga LI 17. Dalam hal ini, sistem dua loop kompensasi dinamis untuk perubahan frekuensi menengah diimplementasikan, yang memungkinkan untuk memberikan akurasi pelacakan dan kompensasi yang sangat tinggi untuk fluktuasi frekuensi dari sinyal informasi yang diterima pada input blok kedua filter spektral 26, yang memungkinkan penggunaan filter pita sempit khusus dan meningkatkan pendeteksian dan efisiensi radar laser dalam kondisi iluminasi dan interferensi latar belakang eksternal. Perlu dicatat bahwa sinyal kontrol pergeseran frekuensi radiasi laser yang dibentuk di unit kontrol 6 dan diumpankan ke input kontrol dari unit pergeseran frekuensi ketiga LI 17 berisi informasi penting tentang dinamika perubahan kecepatan gerak benda luar angkasa yang diamati dan dapat digunakan untuk menganalisis keadaan dan sifat gerak benda tersebut di orbit luar angkasa. Modulator akustik-optik 19 dan lensa 20, ketika membentuk pada area fotosensitif dari blok fotodetektor ketiga 27, spektrum spasial dari sinyal informasi dari keluaran blok fotodetektor pertama 4, secara bersamaan menjalankan fungsi penting pengujian dan pengendalian mode operasi saluran penerima radar laser, yang mencakup blok fotodetektor pertama 4 itu sendiri dan elemen pembentukan pos radiasi laser heterodyne pertama dan kedua. 8, 10-13. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa pada keluaran unit penerima foto 4, selain sinyal informasi dari frekuensi menengah pertama dan kedua, sinyal pemukulan (pencampuran foto) dari radiasi laser heterodyne pertama dan kedua juga terbentuk, frekuensi yang sama dengan perbedaan frekuensi dari LI heterodyne pertama dan kedua yang ditunjukkan. Tanda spektral dari sinyal hentakan ini dari dua radiasi laser heterodyne dalam bentuk tatanan difraksi tambahan yang dibentuk oleh lensa 20 dibaca oleh unit fotodetektor ketiga 27 dan melalui unit 28 memasuki unit kontrol 6 untuk pemantauan kontinyu selanjutnya dari hentakan yang ditentukan frekuensi, sama dengan jarak orde difraksi ini dari pusat pola spektrum difraksi yang bertepatan dengan pusat bidang fotosensitif unit penerima foto 27. Tingkat orde difraksi ini sebanding dengan intensitas gelombang pertama dan kedua radiasi laser heterodyne. Ketika sudut antara vektor propagasi radiasi heterodyne pertama dan kedua berubah, level ini berubah. Dalam hal ini, frekuensi radiasi laser heterodyne pertama dan kedua pada keluaran unit pergeseran frekuensi LI 10 dan 12 dipilih sedemikian rupa sehingga perbedaannya lebih kecil daripada yang diperoleh pada keluaran unit fotodetektor pertama 4 dari yang pertama dan frekuensi menengah kedua untuk menghindari superposisi sinyal dari denyut yang ditunjukkan dari radiasi laser heterodyne dan sinyal dari frekuensi menengah pertama dan kedua tersebut. Dalam praktiknya, kondisi ini mudah dipenuhi dengan pilihan nilai pergeseran radiasi laser heterodyne yang tepat dalam unit pergeseran frekuensi LI 10 dan 12. terkait dengan radiasi laser yang diterima dari objek yang diamati dan tidak memerlukan adanya pantulan sinyal dari objek untuk menentukan keadaan operasi normal radar laser. Ini merupakan faktor penting dalam meningkatkan efisiensi dan keandalan radar laser. Laser locator yang diusulkan memberikan peluang tambahan untuk meningkatkan kekebalan kebisingan dan meningkatkan efisiensi dalam kondisi kebisingan latar belakang eksternal tingkat tinggi dan iluminasi yang terjadi saat bekerja di siang hari di dekat sumber radiasi optik yang kuat, misalnya, saat melacak objek yang gambar terletak di dekat piringan matahari. Pertama, saat bekerja di siang hari, menggunakan modulator akustik-optik 19, lensa 20 dan unit fotodetektor ketiga 27, spektrum spasial dari latar belakang umum terbentuk pada input teleskop 1, diarahkan ke area tertentu ruang menggunakan unit penunjuk 2. Spektrum latar belakang dibentuk pada bidang bidang fotosensitif unit fotodetektor 27, disejajarkan dengan bidang fokus lensa 20 melalui cermin tembus cahaya pertama 21. Dalam hal ini, penerimaan sinyal dari keluaran unit fotodetektor pertama 4 dilakukan dalam rentang frekuensi menengah pertama dan kedua yang dipilih sebelumnya pada frekuensi yang sesuai dari radiasi laser heterodyne pertama dan kedua yang dihasilkan oleh blok pergeseran LI 10 dan 12 kedua pertama . Perlu dicatat bahwa frekuensi radiasi laser heterodyne ini dan frekuensi menengah yang dipilih selama penyaringan spasial dalam unit filter spasial yang dapat dikontrol 22, serta rentang operasi total dari frekuensi input modulasi dalam modulator akustik-optik 19 menentukan spektral rentang radiasi laser input yang direkam dalam mode penerimaan heterodyne oleh unit photodetector 4 dan sesuai dengan panjang gelombang (kisaran) dari radiasi laser iluminasi yang dihasilkan oleh pemancar laser 7. Informasi tentang spektrum radiasi latar total dalam rentang yang ditentukan dari frekuensi operasi yang dipilih dari pemancar laser berasal dari keluaran unit fotodetektor ketiga 27 melalui unit 28 ke unit kontrol 6, di mana tingkat kebisingan latar belakang dianalisis dan keputusan dibuat untuk menggunakan pos.30 filter spektral dinamis tambahan, yang melakukan penyaringan pita sempit dari radiasi laser yang diterima oleh teleskop 1 sebelumnya th radiasi ke input optik (area fotosensitif) dari unit penerima foto pertama 4. Untuk melakukan ini, atas perintah dari unit kontrol 6, unit perpindahan 34 memasukkan cermin jarak jauh pertama dan kedua 32 dan 33 ke jalur optik seperti yang ditunjukkan pada Ara. 1. Dalam hal ini, radiasi laser dari keluaran optik teleskop 1 sekarang masuk ke masukan lensa pertama 1 tidak secara langsung, tetapi setelah melewati filter spektral dinamis 30. Sebagai hasil pantulan dari cermin 32 dan 35 , radiasi laser yang diterima diteruskan ke input filter spektral dinamis 30. Setelah penyaringan spektral pita sempit LI dari output filter spektral 30, radiasi memasuki input lensa 3 setelah pantulan dari cermin 36 dan 33. Panjang gelombang (frekuensi) penyaringan pita sempit dari radiasi laser yang diterima dalam filter spektral dinamis 30 dikendalikan oleh sinyal dari keluaran unit kontrol 6 dan sesuai dengan panjang gelombang radiasi laser yang dihasilkan oleh pemancar laser 7 , dengan mempertimbangkan kemungkinan perubahan nilai pergeseran Doppler dari frekuensi radiasi laser yang dipantulkan dari objek bergerak. Sebagai hasil penyaringan pita sempit dari radiasi laser yang diterima dalam filter spektral dinamis 30, radiasi interferensi latar belakang terputus dan tingkat interferensi noise intermodulasi pada keluaran unit penerima foto pertama 4 berkurang ketika beroperasi di heterodyne mode penerimaan radiasi laser yang dipantulkan dari objek yang diterangi oleh radiasi laser dari pemancar laser 7, yang memberikan peningkatan kemungkinan deteksi yang benar dan peningkatan efisiensi radar laser dalam kondisi kebisingan latar eksternal tingkat tinggi. Pada saat yang sama, filter spektral dinamis (30) memblokir pita penerimaan saluran frekuensi cermin, yang dibentuk pada penerima heterodyne optik dengan cara yang sama seperti pada penerima radio superheterodyne. Pengecualian penerimaan kebisingan latar belakang dari frekuensi penerimaan cermin semakin meningkatkan kekebalan kebisingan dan efisiensi radar laser yang diusulkan. Pemindaian cermin pertama dan kedua (35 dan 36) memberikan penggantungan yang akurat dari sumbu optik ketika filter spektral dinamis (30) dimasukkan ke jalur optik penerima radar laser. Untuk melakukan ini, di bawah pengaruh sinyal kontrol yang tiba di cermin ini dari unit kontrol (31) cermin pemindai, yang terakhir mengubah dalam rentang kecil arah radiasi yang dipantulkan dari cermin untuk secara akurat menetapkan arah radiasi keluaran dari teleskop ke input filter 30 dan radiasi keluaran dari filter 30 ke input lensa 3 Pada saat yang sama, penyesuaian halus saluran optik penerima dan elemen optik yang memastikan penerimaan radiasi laser yang dipantulkan dari objek dilakukan dalam mode pengaturan pencari lokasi laser khusus, di mana reflektor sudut eksternal (37) dimasukkan ke dalam jalur penerima-transmisi optik menggunakan unit gerakan reflektor sudut (38), seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 1. Dalam hal ini, pemancar laser 7 dialihkan ke mode pembangkitan radiasi tingkat minimum. Attenuator yang dikontrol secara bersamaan 58 melakukan pelemahan tambahan radiasi laser dari pemancar 7 ke tingkat yang memungkinkan Anda mendaftarkan radiasi tanpa membebani unit fotodetektor pertama 4. Reflektor sudut 37 kembali ke input teleskop 1 bagian dari radiasi laser yang dihasilkan persis dengan arah sumbu pancaran pola pancaran pancaran radiasi ini diarahkan oleh teropong 1 menggunakan blok penunjuk ke arah objek yang diamati. Selanjutnya, radiasi laser kontrol yang dibentuk oleh reflektor sudut 37 direkam oleh unit penerima foto 4, yang memiliki area fotosensitif empat elemen. Dengan bantuan cermin pemindaian pertama dan kedua 35, 36, sumbu radiasi laser kontrol yang dihasilkan dipandu ke pusat area fotosensitif unit fotodetektor pertama 4. area fotosensitif unit penerima foto 4 .Ini melengkapi tahap pengaturan filter spektral dinamis 30 yang dimasukkan ke dalam jalur penerima laser locator.filter spektral 30.
Jika tingkat kebisingan latar belakang yang signifikan terdeteksi dalam mode analisis latar belakang di atas dalam kisaran radiasi laser yang dihasilkan oleh pemancar laser 7, dalam pelacak laser yang diusulkan dimungkinkan untuk beralih ke panjang gelombang lain atau rentang panjang gelombang lain, yang untuk itu mungkin untuk menggunakan pemancar laser dan osilator lokal laser dengan penyetelan panjang gelombang radiasi laser yang dihasilkan. Pada saat yang sama, bersamaan dengan penyetelan panjang gelombang radiasi laser yang dihasilkan dalam pemancar laser dan osilator lokal laser, penyetelan dinamis yang sesuai dari panjang gelombang pita penyaringan dan penerimaan dalam filter spektral dinamis 30 dilakukan, seperti serta pemilihan dan penetapan pergeseran frekuensi yang diperlukan dalam blok pergeseran frekuensi LI 10 dan 12 dan pengaturan sudut yang diperlukan dari insiden radiasi laser heterodyne pada area fotosensitif dari unit fotodetektor pertama 4. Ini mengimplementasikan optimal paling efisien mode pengoperasian radar laser dalam rentang penerimaan sinyal lokasi laser dan radiasi yang dipilih dengan tingkat minimum iluminasi dan interferensi latar belakang eksternal.
Dalam laser locator yang diusulkan, salah satu fungsi penting dilakukan oleh pos unit pergeseran frekuensi laser. 10, 12 dan 17. Pada Gbr. 2 menunjukkan diagram blok dari unit pergeseran frekuensi laser yang didasarkan pada sel akustik-optik (52) yang memodulasi radiasi laser yang melewati sel. Input optik sel akustik-optik 52 (Gbr. 2) melalui bukaan input 51 menerima radiasi laser yang dihasilkan oleh osilator lokal laser 8 dan disuplai (lihat Gbr. 1) melalui cermin tembus cahaya 42 dan attenuator terkontrol pertama 14 ke input dari pos unit pergeseran frekuensi LI. 10. Ketika melewati sel akustik-optik 52, radiasi laser berinteraksi dengan gelombang ultrasonik frekuensi tertentu, tereksitasi dalam sel ini melalui elemen piezoelektrik khusus 60, yang bersentuhan dengan kristal sel akustik-optik 52. Sebagai hasil dari interaksi ini, sinar radiasi laser terbentuk pada keluaran sel akustik-optik 52, frekuensi yang digeser oleh nilai frekuensi gelombang ultrasonik pada sel akustik-optik, frekuensi yang ditentukan dan diatur dalam unit kontrol (53) dari sel akustik-optik ini. Dengan bantuan lensa pertama 54, sinar laser yang dihasilkan dengan frekuensi yang digeser oleh nilai tertentu, ditentukan di blok 53 dengan perintah dari unit kontrol 6, diarahkan ke bidang lubang jarum 55, yang terletak tepat di sumbu optik dari blok pergeseran frekuensi LI ini. Lubang jarum ini memiliki diameter lubang yang lewat 0,2-0,4 mm. Istilah "titik" bersifat kondisional dan mencerminkan diameter kecil bukaan diafragma. Lensa kedua 56 memperluas sinar laser yang disaring oleh diafragma lubang jarum aksial 55 ke diafragma keluaran 57. Diafragma 55 terletak di bidang fokus depan lensa 56. sepanjang sumbu optik blok dan memiliki frekuensi radiasi laser yang digeser persis dengan frekuensi gelombang ultrasonik, yang diatur dalam unit kontrol 53 oleh sel akustik-optik sesuai dengan sinyal kontrol yang berasal dari unit kontrol 6. Jadi, dalam unit pergeseran frekuensi LI, pergeseran frekuensi yang dikontrol dari melewati radiasi laser dengan nilai pergeseran yang ditentukan dalam unit kontrol 6 tanpa mengubah arah rambat radiasi ini. Sel acousto-optik (52) beroperasi dalam mode difraksi Bragg, di mana hanya satu sinar laser terdifraksi yang dibentuk pada keluaran sel, di mana semua energi radiasi laser yang tiba di sel dipompa. Selama interaksi radiasi laser dengan gelombang ultrasonik akustik-optik di sel 52, arah perambatan sinar laser yang muncul dari sel berubah. Oleh karena itu, diafragma 55 dipindahkan dari titik fokus lensa pertama 54, akibatnya sebagian dari radiasi yang dihasilkan dengan frekuensi radiasi laser yang bergeser selalu memasuki diafragma. Untuk menghilangkan efek perubahan arah rambat radiasi laser, dengan pergeseran frekuensinya, dimungkinkan juga untuk menggunakan reflektor difus yang membentuk pola radiasi luas dari radiasi laser insiden dengan frekuensi radiasi yang bergeser, dari mana radiasi kemudian dipancarkan menggunakan diafragma lubang jarum, merambat secara ketat di sepanjang sumbu optik dari blok pergeseran frekuensi laser. Pengoperasian sel akustik-optik, di mana pergeseran frekuensi radiasi laser diwujudkan, dijelaskan secara rinci dalam monografi. Pergeseran frekuensi radiasi laser dapat dilakukan baik ke arah positif maupun negatif. Perlu dicatat bahwa metode pergeseran frekuensi yang digunakan dalam unit pergeseran frekuensi LR berdasarkan interaksi akustik-optik radiasi laser dalam sel akustik-optik sangat akurat, karena nilai pergeseran ditentukan langsung oleh frekuensi sinyal kontrol. di unit kontrol 53 sel akustik-optik, di mana frekuensi yang ditentukan diatur dengan akurasi tinggi menggunakan penyintesis frekuensi khusus, yang merupakan bagian dari unit kontrol 53 ini. Perlu juga dicatat kecepatan tinggi dari metode ini, yang mana memungkinkan untuk menggeser frekuensi LR dengan frekuensi pengulangan pulsa dari pemancar laser dan memantau perubahan frekuensi menengah pada keluaran unit fotodetektor pertama 4 saat mengamati objek luar angkasa yang bergerak cepat. Perlu dicatat bahwa berbagai efek fisik dapat digunakan untuk menggeser frekuensi LR, misalnya, dimungkinkan untuk menggunakan interaksi radiasi optik nonlinier dalam kristal optik nonlinier. Fungsi penting dalam laser locator yang diusulkan dilakukan oleh unit pemindaian untuk pos radiasi laser. 11, 13 dan 18. Blok-blok ini dibuat berdasarkan sel-sel yang membelokkan radiasi laser akustik-optik - pemindai radiasi laser presisi. Akurasi defleksi yang tinggi dicapai pada pemindai akustik-optik karena fakta bahwa sinyal kontrol yang menentukan sudut defleksi radiasi laser di sini adalah sinyal listrik yang membangkitkan gelombang akustik di dalam sel, yang frekuensinya diatur dengan akurasi tinggi menggunakan penyintesis frekuensi yang merupakan bagian dari unit pemindaian radiasi laser ini. Pada saat yang sama, unit pemindaian berdasarkan sel akustik-optik memiliki kecepatan tinggi, ditentukan oleh kecepatan tinggi propagasi gelombang akustik melalui sel akustik-optik. Perlu dicatat bahwa ketika mengubah arah sudut rambat radiasi laser melalui unit pemindaian LI 11, 13 dan 18, terjadi pergeseran tertentu dalam frekuensi radiasi laser, yang ditentukan oleh frekuensi sinyal kontrol yang diterapkan. ke sel acousto-optik dari unit pemindaian ini. Untuk mengkompensasi pergeseran frekuensi dari radiasi laser yang dibelokkan di blok pergeseran frekuensi sebelumnya (misalnya, blok 10 sebelum pemindaian blok 11), pergeseran frekuensi maju tambahan dilakukan, atau pergeseran frekuensi utama LI di blok pergeseran frekuensi 10 dilakukan dengan pergeseran frekuensi tambahan yang ada atau diatur dalam pemindaian blok berikutnya dari radiasi laser 11. Dengan demikian, unit pergeseran frekuensi laser yang dipasang secara berurutan 10 dan unit pemindaian radiasi laser 11, dibuat berdasarkan sel akustik-optik, beroperasi sebagai satu unit (elemen) untuk pergeseran frekuensi dan pemindaian radiasi laser di bawah kendali sinyal yang datang dari unit kontrol 6 dan memberikan akurasi tinggi dalam mengubah frekuensi dan arah rambat radiasi laser dalam batas yang ditentukan. Saat ini, sel-sel akustik telah dikembangkan yang beroperasi dari rentang panjang gelombang dekat ultraviolet hingga pertengahan inframerah, memberikan pergeseran panjang gelombang radiasi laser sekitar 2 (dua) gigahertz, dan ketika menggunakan beberapa kaskade interaksi radiasi laser dengan akustik gelombang, mereka memberikan pergeseran frekuensi radiasi laser hingga 10 gigahertz , yang cukup untuk mengkompensasi pergeseran Doppler selama pelacakan dan komunikasi laser dengan benda luar angkasa. Sebagai unit pemindaian untuk radiasi laser, cermin pemindai dengan elemen piezo kontrol juga dapat digunakan, serupa dengan yang digunakan untuk pos pemindaian cermin. 35 dan 36.
Dalam laser locator, filter spektral dinamis (30) diimplementasikan berdasarkan sel akustik-optik dan elemen piezoelektrik yang menggairahkan gelombang ultrasonik dengan frekuensi dan intensitas tertentu dalam sel akustik-optik. Akibatnya, hanya radiasi laser yang lolos ke keluaran optik blok 30 dalam rentang spektral sempit tertentu yang ditentukan oleh frekuensi sinyal kontrol yang dihasilkan dengan akurasi tinggi menggunakan penyintesis frekuensi yang termasuk dalam blok 30. Dalam hal ini, ada beberapa tambahan pergeseran frekuensi terkontrol dari radiasi laser yang diterima yang melewati filter spektral dinamis 30. Pergeseran frekuensi tambahan yang diketahui dari LI yang diterima ini diperhitungkan dan dikompensasi oleh blok pergeseran frekuensi radiasi laser 10 dan 12 ketika blok ini menetapkan nilai yang ditentukan dari pergeseran frekuensi dari radiasi laser heterodyne yang dihasilkan oleh perintah dari unit kontrol 6. Dengan demikian, pergeseran memblokir frekuensi radiasi laser 10 dan 11 melakukan fungsi tambahan untuk mengkompensasi pergeseran frekuensi dari radiasi laser yang diterima ketika melewati dinamika filter spektral 30. Selain itu, filter spektral dinamis 30 berisi filter khusus unit kontrol th, yang mencakup penyintesis frekuensi yang menyediakan pembentukan sekumpulan sinyal listrik kontrol dengan nilai frekuensi yang akurat untuk eksitasi gelombang ultrasonik dengan parameter yang diberikan, menyediakan penyaringan dinamis dari radiasi laser yang diterima. Prinsip operasi dan karakteristik sel akustik-optik yang digunakan dalam filter spektral dinamis, pemindai akustik-optik, dan pemindah frekuensi dijelaskan dalam monografi dan berbagai publikasi.
Sebagai blok filter spektral 5 dan 26 digunakan filter pita sempit listrik modern yang beroperasi dalam kisaran dari 0,1 hingga ratusan megahertz. Pada saat yang sama, unit penyaringan 5 dan 26 memiliki set lengkap filter listrik spektral yang terhubung secara individual dan terpisah ke setiap elektroda keluaran dari elemen fotosensitif empat lokasi unit fotodetektor yang merupakan keluaran sistem untuk mengkompensasi perubahan frekuensi sinyal informasi, yang memastikan bahwa sinyal ini memasuki pita sempit dari filter yang sesuai di blok 26 dalam kondisi melacak objek yang bergerak cepat. Blok 26 berisi seperangkat filter spektral pita sempit tertentu yang disetel ke sejumlah frekuensi tetap penyaringan listrik, yang memungkinkan penyaringan pita sempit dari sinyal yang diterima dalam rentang frekuensi menengah tertentu, ditentukan oleh frekuensi kedatangan sinyal dari keluaran blok fotodetektor pertama 4 ke modulator akustik-optik 19, dan frekuensi radiasi laser dihasilkan pada keluaran blok pergeseran frekuensi radiasi laser 17. Blok 5 dan 26 juga berisi penguat elektronik dan sejumlah alat untuk digitalisasi sinyal yang diperkuat dan disaring untuk memasukkan informasi ke unit kontrol 6. Blok 5 dan 26 juga dapat berisi demodulator sinyal frekuensi tinggi elektrik yang diterima (detektor RF) saat melakukan berbagai algoritme untuk memproses sinyal lokasi laser yang diterima dan sinyal komunikasi ruang laser. Blok filter spektral 5 berisi satu set filter listrik dengan bandwidth tetap, disetel ke serangkaian frekuensi (menengah), di wilayah frekuensi menengah pertama dan frekuensi menengah kedua. Blok filter spektral 5 juga berisi satu set amplifier listrik yang sesuai dan konverter analog-ke-digital yang mendigitalkan sinyal listrik yang diperkuat dan disaring untuk input ke unit kontrol 6, yang merupakan komputer multifungsi khusus.
Sebagai unit kontrol 6, yang mengontrol semua unit dan elemen radar laser, serta memproses informasi yang berasal dari unit fotodetektor dan unit pengukuran frekuensi 9, komputer elektronik multifungsi berkinerja tinggi digunakan, dilengkapi dengan antarmuka yang sesuai yang menyediakan komunikasi paralel dengan unit dan elemen laser locator. Unit kontrol 6 juga mencakup tampilan untuk menampilkan informasi dan panel kontrol operator.
Unit penunjuk 2 membidik sumbu teleskop 1 in titik yang diberikan dari ruang yang diamati dan pelacakan selanjutnya dari objek bergerak yang terdeteksi. Blok 2 dibuat berdasarkan motor stepper yang dikendalikan. Motor listrik stepper juga digunakan di unit penggerak 34 dan di unit penggerak 38 dari reflektor sudut jarak jauh 37.
Unit pengukuran frekuensi 9 adalah standar, mirip dengan yang digunakan dalam prototipe, dan berisi photodetector, input yang menerima radiasi laser dari pemancar laser 7 dan laser osilator lokal 8. Dari output photodetector ini, sinyal hentakan pada frekuensi menengah diperkuat, didigitalkan dan diumpankan secara digital ke unit kontrol 6, di mana pengukuran akhir dari frekuensi detak perantara (perbedaan) dari pemancar laser dan osilator lokal dilakukan, misalnya, dengan menghitung pulsa selama periode tetap waktu. Ketika perubahan frekuensi terdeteksi karena ketidakstabilan frekuensi pemancar atau osilator lokal, nilai pergeseran frekuensi disesuaikan dalam blok pergeseran frekuensi LI 10 dan 12, yang lebih akurat dan efisien daripada stabilisasi frekuensi pada pemancar laser di prototipe. Cermin tembus pandang 39 mencabangkan sejumlah kecil radiasi dari pemancar laser 7 ke input unit pengukuran frekuensi 9, cukup untuk operasi normal unit ini. Bagian utama dari radiasi pemancar laser 7 (99,9%) melewati cermin 39 ke input atenuasi terkontrol 58 dan kemudian ke cermin reflektif 49. Atenuasi terkontrol 58 tidak melemahkan radiasi dalam mode standar dan sepenuhnya melewati seluruh fluks cahaya yang ditransmisikan. Sebagai attenuator terkontrol dari pos radiasi laser. 14, 15, 16 dan 58, perangkat optik terkontrol yang diproduksi oleh industri digunakan, yang menyediakan tumpang tindih mekanis dari penampang sinar radiasi laser yang lewat dalam bentuk diafragma terkontrol atau rana terkontrol. Dimungkinkan juga untuk menggunakan modulator elektro-optik berkecepatan tinggi terkontrol dari fluks cahaya yang ditransmisikan. Attenuator yang dapat dikontrol 14, 15, 16 dirancang untuk menetapkan tingkat radiasi laser heterodyne, menyediakan mode operasi standar unit fotodetektor 4, 27 dan 25. Atenuator yang dapat dikontrol 14 dan 15 membentuk dua radiasi laser heterodyne dengan tingkat yang sama pada input dari unit fotodetektor pertama 4. Atenuasi yang dapat dikontrol 58 melemahkan level sinyal pemancar laser 7, yang dicabangkan oleh reflektor sudut jarak jauh 37 ke input teleskop 1, ke level sensitivitas standar unit penerima foto pertama 4. Filter spasial yang dapat dikontrol 22 dibuat atas dasar transparansi optik, misalnya, atas dasar kristal cair dan matriks elektroda, menyediakan pengalamatan listrik yang terkontrol dengan perintah dari unit kontrol 6, sebagai akibatnya transmisi elemen individu dari pesawat dari filter spasial 22 dikendalikan, disejajarkan dengan bidang fokus lensa 20, yang membentuk spektrum spasial dari sinyal informasi yang diterima di bidang ini untuk disaring. Berbagai transparansi yang dapat dikontrol dan filter spasial berdasarkan padanya, serta attenuator yang dapat dikontrol dan daun jendela optik yang dapat dikontrol berdasarkan kristal cair, diproduksi oleh industri. Hal ini juga memungkinkan untuk menggunakan tabung modulasi cahaya sinar katoda dengan pengalamatan elektronik dari elemen pemancar radiasi dalam bidang fokus lensa (20) sebagai transparansi yang terkontrol.
Dalam radar laser, generator laser modern dengan pita generasi radiasi laser yang cukup sempit dari ultraviolet hingga rentang panjang gelombang inframerah menengah dapat digunakan sebagai pemancar laser dan heterodyne laser. Saat ini, dalam rentang ini, terdapat sejumlah besar generator laser, yang juga memiliki kemampuan untuk menyetel panjang gelombang generasi dalam batas tertentu. Pada saat yang sama, berbagai sel dan perangkat akustik berdasarkan kristal optik telah dikembangkan dan diproduksi oleh industri, yang beroperasi dalam rentang panjang gelombang dari ultraviolet hingga inframerah dekat dan menengah. Blok fotodetektor dibuat berdasarkan penerima radiasi laser empat lokasi (blok fotodetektor pertama dan kedua pos 4 dan 25), serta berdasarkan matriks fotodetektor multi-elemen (blok fotodetektor 27). Saat ini, ada sejumlah besar fotodetektor berdasarkan berbagai prinsip fisik yang beroperasi di semua rentang panjang gelombang tertentu. Dalam laser locator yang diusulkan, juga memungkinkan untuk menggunakan multi-elemen fotodetektor matriks dua dimensi di unit fotodetektor 4 sambil memastikan pencocokan muka gelombang dari radiasi laser yang diterima dan heterodyne menggunakan sistem kontrol otomatis untuk arah propagasi radiasi laser heterodyne diusulkan dan digunakan dalam laser locator ini. Dengan demikian, berdasarkan basis elemen modern elektronika kuantum, dimungkinkan untuk mengimplementasikan laser locator yang diusulkan, yang memiliki efisiensi operasi tinggi dalam kondisi penerangan latar yang kuat dan memberikan kemungkinan lebih tinggi untuk mendeteksi objek ruang angkasa yang bergerak cepat dan konten informasi yang lebih tinggi dan keandalan parameter gerak terukur dari objek yang diamati.
Locator laser yang diusulkan dapat digunakan sebagai perangkat komunikasi laser untuk komunikasi dengan objek bergerak yang bergerak di ruang permukaan, serta untuk komunikasi dengan objek luar angkasa di ruang dekat dan jauh. Saat menerapkan komunikasi ruang laser, pelacak laser yang diusulkan mendeteksi objek dan melacak objek ruang angkasa (pesawat ruang angkasa) yang terdeteksi dalam mode memancarkan sinyal laser penyelidik dan menerima radiasi penerangan laser yang dipantulkan. Pada saat yang sama, radiasi laser yang dihasilkan oleh pemancar laser 7 dimodulasi oleh sinyal informasi yang berasal dari unit kontrol 6 ke modulator radiasi laser, yang merupakan bagian dari pemancar laser 7. Sinyal laser termodulasi dipantulkan dari ruang yang diamati objek setelah diterima oleh unit fotodetektor 4, diubah dan difilter sebelumnya oleh blok 19 dan 22, mengalami penyaringan pita sempit dan digitalisasi di blok kedua filter spektral 26 dan kemudian dikirim ke unit kontrol 6 untuk pemrosesan akhir, demodulasi dan memperoleh informasi yang dikirimkan dari pesawat ruang angkasa. Dalam hal ini, yang terakhir harus dilengkapi dengan perangkat laser penerima-transmisi, mirip dengan pencari lokasi laser pada Gambar. 1. Juga dimungkinkan untuk menerima dan memfilter sinyal informasi yang diterima menggunakan blok pertama filter spektral 5. Juga harus dicatat bahwa radar laser yang diusulkan dapat membangun komunikasi yang berkelanjutan dan stabil dengan pesawat ruang angkasa selama pendaratan di Bumi dan masuknya ke lapisan padat atmosfer melalui lapisan plasma yang mengelilingi pesawat ruang angkasa pada saat itu. Dalam hal ini, komunikasi dalam jangkauan radio terputus, dan komunikasi dalam jangkauan radiasi laser, misalnya, dalam jangkauan inframerah dekat, dapat dilakukan karena lewatnya radiasi laser melalui lapisan plasma tanpa penyerapan yang signifikan. Efisiensi tinggi dan keandalan komunikasi laser melalui lapisan plasma juga dipastikan dengan pemfilteran pita sempit di unit filter kedua (26) dan adanya sistem untuk pelacakan presisi tinggi dari perubahan frekuensi Doppler dan stabilisasi frekuensi menengah menggunakan unit pergeseran frekuensi laser.
Berdasarkan bahan untuk pengembangan laser locator yang diusulkan, studi eksperimental dilakukan, yang mengkonfirmasi peningkatan efisiensi sistem locator yang diusulkan. Dalam Gbr. 3 dan 4 menunjukkan tampilan karakteristik spektrum spasial dari sinyal frekuensi menengah dari keluaran unit fotodetektor pertama 4, yang dibentuk oleh modulator akustik-optik 19 dan tujuan 20 pada bidang fokusnya, disejajarkan dengan bidang ruang yang dikendalikan filter 22 dan area fotosensitif dari unit fotodetektor ketiga 27, yang menampilkan spektrum spasial. Dalam Gbr. 3 menunjukkan spektrum spasial dari sinyal frekuensi menengah pertama, yang nilainya ditentukan oleh jarak urutan difraksi yang benar, yang mewakili spektrum sebenarnya dari radiasi laser yang diterima, dari titik pusat pola spektral. Spektrum yang dihasilkan simetris, karena modulator akustik-optik beroperasi dalam mode difraksi linier. Dalam Gbr. 4 menunjukkan spektrum spasial yang serupa dari radiasi laser yang diterima dengan peningkatan nilai frekuensi menengah pertama yang diperoleh, misalnya, dengan pengenalan pergeseran frekuensi tambahan dari radiasi laser heterodyne pertama, yang dilakukan oleh unit pergeseran frekuensi laser pertama 10 Dalam hal ini, jarak orde difraksi pertama dari pusat pola spektrum simetris bertambah. Nilai jarak yang ditentukan memungkinkan untuk memperkirakan perubahan kecepatan objek luar angkasa yang diamati dan menyediakan pelacakan objek dengan presisi tinggi dan pemfilteran pita sempit dari sinyal yang diterima di blok kedua filter spektral 26. Pada Gambar. . 5 menunjukkan spektrum spasial dari fluktuasi radiasi laser yang diterima, dibentuk dengan metode di atas pada area peka cahaya dari unit penerima foto ketiga 27 dan diperoleh ketika sumbu teleskop 1 terletak di dekat sumber kebisingan latar belakang yang kuat, untuk misalnya, di dekat piringan surya saat menerima dalam kondisi siang hari. Ditunjukkan dalam Gbr. 5, tingkat interferensi eksternal yang tinggi pada laser locator yang diusulkan dapat dikurangi dengan pra-filter radiasi laser yang diterima menggunakan filter spektral dinamis 30, yang juga dimasukkan ke dalam jalur optik penerima dari laser locator.
Perlu dicatat bahwa dalam laser locator yang diusulkan, dimungkinkan untuk menggunakan dan mengimplementasikan sejumlah algoritma optimal untuk menerima dan memproses sinyal lokasi laser, yang memberikan peningkatan efisiensi kompleks lokasi laser untuk melacak objek ruang dan tanah dan untuk komunikasi yang andal dan berkelanjutan dengan objek ini dalam kondisi interferensi yang sulit.
Sumber informasi
M. Ross, Penerima laser, M.: "Nauka", 1969, hal.156.
Paten Jerman, s. Nomor 2819320, 1979.
Lokasi laser, ed. N.D. Ustinova, M.: "Engineering", 1984, hal.230.
Lokasi laser, ed. N.D. Ustinova, M.: "Engineering", 1984, p.245, (prototype). Asli: apel. Memilih. 1979; ay. 18, №3, hal. 290.
Mustel ER, Parygin V.N. Modulasi cahaya dan metode pemindaian. M.: "Sains", 1970
Balakshiy V.I., Parygin V.N., Chirkov L.E. Fondasi fisik akustik-optik. M .: Radio dan komunikasi, 1985, (hlm. 219-234); (hlm. 134-167).
Balakshiy V.I., Mankevich S.K., Parygin V.N. et al.Elektronik Kuantum, Vol.12, No.4, 1985, hlm.743-748.
1. Pencari laser yang berisi teleskop yang dipasang secara seri pada sumbu optik pertama dengan unit penunjuk yang terhubung ke unit kontrol, lensa pertama, unit fotodetektor pertama, keluarannya dihubungkan ke unit filter spektral, keluarannya adalah terhubung ke unit kontrol, pemancar laser, laser heterodyne dan unit pengukuran frekuensi, output dari pemancar laser terhubung secara optik ke teleskop dan, melalui cermin tembus cahaya dan reflektif, ke input optik pertama dari pengukuran frekuensi unit, input optik kedua yang terhubung secara optik melalui cermin tembus cahaya ke output optik osilator lokal laser, input kontrol pemancar laser, osilator lokal laser dan output unit pengukuran frekuensi dihubungkan ke kontrol unit, ditandai dengan attenuator terkontrol pertama, unit pergeseran frekuensi radiasi laser pertama, unit pemindaian radiasi laser pertama diperkenalkan secara seri, keluaran optiknya melalui terhubung secara optik ke input optik dari unit fotodetektor pertama melalui cermin reflektif dan dua semitransparan, attenuator terkontrol kedua, unit pergeseran frekuensi radiasi laser kedua, unit pemindaian radiasi laser kedua terhubung secara optik secara seri, output optik dari yang terhubung secara optik ke input optik dari unit fotodetektor pertama melalui dua cermin semitransparan , input optik dari atenuasi terkontrol pertama dan kedua dihubungkan secara optik melalui cermin tembus pandang dengan output optik dari osilator lokal laser, atenuasi terkontrol ketiga , unit pergeseran frekuensi radiasi laser ketiga dan unit pemindaian radiasi laser ketiga terhubung secara optik secara seri, dipasang secara seri pada sumbu optik kedua, unit kontrol yang digabungkan secara optik, lensa kedua, cermin tembus pandang pertama, filter spasial yang dapat dikontrol, lensa ketiga, kedua cermin tembus pandang, fotodetektor kedua unit, output yang terhubung ke input dari blok kedua filter spektral yang terhubung ke unit kontrol, input optik dari modulator acousto-optik terhubung secara optik melalui cermin reflektif dan cermin semitransparan dengan output optik dari osilator lokal laser, output optik dari unit pemindaian radiasi laser ketiga terhubung secara optik melalui cermin reflektif dan cermin semitransparan kedua dengan input optik dari unit penerima foto kedua, input optik dari attenuator terkontrol ketiga secara optik terhubung ke optik output dari osilator lokal laser, unit penerima foto ketiga, input optiknya dihubungkan melalui cermin tembus pandang pertama dengan output optik lensa kedua, dan outputnya dihubungkan ke unit kontrol unit penerima foto yang terhubung ke unit kontrol , serta cermin jarak jauh pertama dan kedua diperkenalkan, terhubung secara mekanis ke unit perpindahan, input kontrolnya terhubung ke unit kontrol, spektral dinamis filter, input optik yang terhubung secara optik ke output optik teleskop melalui cermin pemindaian pertama dan cermin jarak jauh pertama, output optik dari filter spektral dinamis dihubungkan secara optik ke input optik tujuan pertama dengan sarana cermin pemindai kedua dan cermin jarak jauh kedua, elektroda kontrol dari cermin pemindai pertama dan kedua dihubungkan ke unit kontrol untuk cermin pemindaian, inputnya dihubungkan ke unit kontrol, dan input kontrol dari spektral dinamis filter terhubung ke unit kontrol, reflektor sudut jarak jauh secara optik terhubung ke input optik teleskop dan secara mekanis terhubung ke blok untuk memindahkan reflektor sudut yang terhubung ke unit kontrol, attenuator terkontrol keempat , secara optik menghubungkan output optik dari pemancar laser dengan teleskop, input kontrol dari attenuator yang dikontrol terhubung ke unit kontrol, input kontrol dari unit pergeseran frekuensi radiasi laser dan unit pemindaian radiasi laser terhubung ke unit kontrol.
2. Laser locator menurut klaim 1, dicirikan bahwa unit pergeseran frekuensi radiasi laser di dalamnya berisi diafragma input yang digabungkan secara optik, sel akustik-optik dengan unit kontrol, lensa pertama, diafragma lubang jarum, lensa kedua dan diafragma keluaran dipasang secara seri pada sumbu optik, dengan Dalam hal ini, elektroda kontrol sel acousto-optik dihubungkan ke unit kontrol sel acousto-optik.
3. Laser locator menurut klaim 1, dicirikan bahwa unit pemindaian radiasi laser di dalamnya dibuat atas dasar sel akustik-optik di mana gelombang ultrasonik tereksitasi untuk mengubah arah perambatan radiasi laser.
4. Laser locator menurut klaim 1, dicirikan bahwa filter spektral dinamis di dalamnya dibuat berdasarkan sel akustik-optik di mana gelombang ultrasonik tereksitasi yang berinteraksi dengan radiasi laser yang diterima melewati sel.
// 2565340
Penemuan berhubungan dengan bidang lokasi optik dan berhubungan dengan sistem lokasi laser berdenyut. Sistem ini berisi laser berdenyut, dua perangkat pemindaian koordinat tunggal, deflektor acousto-optik, sistem optik keluaran, perangkat komputasi, unit kontrol deflektor acousto-optik, pembagi berkas prisma, saluran pengukur, serangkaian fotodetektor , tujuan dari array fotodetektor, dan bundel serat optik.
Penemuan ini berkaitan dengan bidang pembentukan aliran data video dengan fotodetektor sektor berputar. Metode ini didasarkan pada pembentukan sinyal dari elemen fotosensitif yang dipasang di atas area sensor berputar, pengorganisasian selanjutnya menjadi inti diferensiasi spasial, sinyal keluaran yang mengalami konversi analog-ke-digital dan pemrosesan digital lebih lanjut. . Elemen fotosensitif dipasang secara seri jarak yang sama antara satu sama lain pada busur dengan jari-jari diskrit dari Rmin ke Rmax pada area sensor berputar, yang memiliki bentuk sektor lingkaran terpotong, yang menghadap diameter luar rotasi dengan sisi yang lebih besar. Arus foto dari elemen fotosensitif diperkuat dalam arus searah dan dibatasi dalam pita frekuensi tergantung pada sensitivitas fotosel dan kecepatan sensor. Kebisingan intrinsik meminimalkan dan mengoreksi karakteristik frekuensi amplitudo dari saluran transmisi sinyal dari setiap elemen fotosensitif, diikuti oleh pembentukan inti diferensiasi spasial, sinyal yang menjadi sasaran konversi analog-ke-digital dan pemrosesan digital selanjutnya. EFEK: peningkatan kualitas gambar. 2 n.p. f-ly, 6 sakit.
Pencari laser berisi sistem untuk pelacakan otomatis dan kontrol pencocokan muka gelombang dari radiasi laser yang diterima dan heterodyne di bidang area fotosensitif dari unit penerima foto dari pencari laser. Pada saat yang sama, pelacak laser berisi sistem untuk melacak dan mengkompensasi perubahan pergeseran frekuensi Doppler dari radiasi laser yang diterima saat melacak objek ruang angkasa yang bergerak cepat. Pemrosesan yang sangat efisien dari sinyal lokasi laser yang diterima oleh optical heterodyning diimplementasikan berdasarkan elemen acousto-optical presisi tinggi untuk pergeseran frekuensi dan pemindaian radiasi laser. EFEK: peningkatan efisiensi sistem lokasi laser dalam hal pelacakan objek ruang angkasa jarak jauh yang bergerak, peningkatan kemungkinan deteksi objek bergerak yang benar dalam kondisi kebisingan latar belakang yang kuat. 4 jam f-ly, 5 sakit.
direktur teknis perusahaan RIEGL
CTO RIEGL Dr. Andreas Ulrich tentang digitalisasi bentuk gelombang, foton tunggal, dan lidar Geiger dalam wawancara dengan Pemimpin Redaksi Proyek 3D SPAR Sean Higgins.
Andreas Ulrich adalah PhD di bidang teknik elektro dari Universitas Teknologi Wina dan penulis disertasi tentang "Radar Doppler Optik Resolusi Tinggi" (1987-1990). Sejak 2001 ia mengajar tentang radar di Universitas Teknologi Wina. Sejak tahun 2006 ia menjabat sebagai Direktur Teknis RIEGL.
SPAR 3D telah merilis ikhtisar tentang masa depan pemindai laser udara. SPAR 3D mewawancarai sejumlah ahli pemindaian laser, bertanya kepada mereka “Menurut Anda, apa masa depan foton tunggal dan lidar Geiger? Manakah dari ini yang hype dan mana yang tidak? Dalam ulasan ini, sebagian besar ahli yang diwawancarai setuju bahwa teknologi ini akan berdampak kuat pada pasar pemindaian laser, namun demikian, sangat penting untuk dicatat bahwa lidar "klasik" atau "konvensional" masih memiliki keuntungan yang signifikan. Karena di ulasan ini menyebutkan manfaat ini secara dangkal, SPAR 3D menerbitkan wawancara lengkap dengan CTO RIEGL Dr. Andreas Ulrich. Jawabannya memberikan penjelasan komprehensif tentang nilai teknologi analisis bentuk gelombang penuh dan alasan mengapa RIEGL terus mengembangkan teknologi ini.
Sean Higgins: Apa kekuatan teknologi dibandingkan dengan lidar "linier"?
Dokter Andreas Ulrich: Penggunaan istilah "linear" mengacu pada metode pemrosesan sinyal refleksi laser analog yang lebih tua, daripada mode pemrosesan lidar digital yang lebih maju. Riegl dengan digitalisasi bentuk gelombang. Solusi digitalisasi gelombang penuh yang dipatenkan dari Riegl berbeda dari lidar "linear" yang ditunjukkan sangat signifikan. Dari sudut pandang teknis, perbedaannya terletak pada kenyataan bahwa analisis sinyal yang diterima dari elemen penerima lidar (detektor foto) dilakukan lebih akurat, lebih detail dan dengan perolehan karakteristik refleksi atributif. Lidar digitalisasi bentuk gelombang penuh (selanjutnya disebut FPFS) memiliki akurasi yang luar biasa, karena teknologi ini memungkinkan penentuan jangkauan yang sangat akurat, mereka memiliki "noise" spasial yang rendah, memungkinkan Anda untuk menerima sejumlah besar pantulan dari satu pulsa, menentukan bentuknya dari setiap sinyal dan mengekstrak darinya informasi tentang objek yang dipantulkannya, dan juga memungkinkan Anda melakukan kalibrasi radiometrik sederhana.
Secara teoritis, foton tunggal dan lidar geiger memiliki potensi besar untuk mengumpulkan titik refleksi, tetapi informasi akurasi spasial dan intensitas sinyal hilang. Peningkatan radikal dalam jumlah titik pantulan yang diterima per detik dari Geiger dan lidar foton tunggal sekilas dapat menyebabkan euforia. Namun, kurangnya akurasi spasial dan hilangnya informasi atributif yang dapat terkandung dalam titik-titik pantulan laser pada akhirnya mengarah pada penurunan daripada peningkatan hasil. Bagaimanapun, kita semua ingin peta kita pada akhirnya menjadi semakin akurat, tetapi tidak kurang. Pertumbuhan pasar pemindaian laser selalu didasarkan pada semakin banyak data yang informatif dan akurat dengan biaya lebih rendah.
Biaya akuisisi data yang lebih rendah dan efisiensi pemetaan area yang lebih tinggi adalah manfaat utama yang biasanya ditawarkan kepada pengguna potensial secara intrusif. Peningkatan teoretis dalam kecepatan pemindaian benar-benar terurai menjadi kenyataan - misalnya, pengoperasian geiger lidar yang sangat cepat hanya membutuhkan hari yang cerah dan kondisi cuaca yang sempurna. Akuisisi data hanyalah salah satu komponen efisiensi: data juga perlu diproses dan dikirim ke pelanggan. Masalah yang muncul pada tahap penggunaan teknologi "baru" ini benar-benar merendahkan manfaat dari peningkatan kecepatan. .
Sean Higgins: Apa kelemahan utama dari teknologi baru dibandingkan dengan lidar bentuk gelombang penuh?
Dokter Andreas Ulrich: Titik-titik yang dibuat selama pengoperasian foton tunggal dan lidar geiger sepenuhnya sintetis dan tidak mewarisi sifat objek dari mana titik tersebut dipantulkan. Dari mereka tidak mungkin untuk menentukan apakah mereka dipantulkan dari satu atau lebih objek, atau umumnya diperoleh karena interpolasi atau resampling. Ini adalah kelemahan kritis dari geiger lidars. Kerugian lainnya adalah kurangnya data tentang intensitas sinyal yang dipantulkan, ketidakmampuan untuk menembus vegetasi yang jarang sekalipun, dan ketidakmungkinan mencatat beberapa pantulan dari satu pulsa.
Lidar foton tunggal - dibandingkan dengan lidar Geiger - lebih sensitif terhadap banyak pantulan. Secara teoritis, mereka dapat melakukan pengukuran pada semua jenis objek - mulai dari kabel hingga tanah di bawah tajuk pohon. Namun, seperti yang ditunjukkan oleh eksperimen yang dilakukan oleh USGS (US Geological Survey) dan dipresentasikan pada konferensi ILMF pada tahun 2016, akurasi jangkauan sistem tersebut secara signifikan lebih buruk daripada sistem dengan lidar OPFS. Alasannya terletak pada pemrosesan sinyal yang salah. Kesalahan dalam menentukan jarak pada ketinggian lebih dari 50 cm sering terjadi pada benda dengan ukuran dan daya pantul yang bervariasi.
Lidar klasik beroperasi pada panjang gelombang yang sangat berbeda - 532 nm (hijau), 1000 nm (dekat IR), 1550 nm (pertengahan IR) dan lebih jauh menuju rentang termal; ini memungkinkan penerapan konsep multi-zona lidar, yang memungkinkan untuk memperoleh, misalnya, data keadaan hutan. Lidar foton tunggal saat ini hanya beroperasi dalam rentang yang terlihat, dan tidak ada yang akan berubah di masa mendatang.
Sean Higgins: Dapatkah teknologi baru suatu hari nanti menggantikan teknologi pemindaian laser konvensional (seperti lidar dengan digitalisasi bentuk gelombang penuh)? Mengapa ya atau mengapa tidak?
Dokter Andreas Ulrich: Ini adalah pertanyaan paling mendesak di benak mereka yang saat ini bekerja di industri pemindaian laser: apakah teknologi ini akan menggantikan apa yang sekarang biasa disebut lidar. Jawaban saya adalah tidak. Kedua opsi lidar baru adalah alat yang ampuh bila digunakan dalam situasi yang tepat. Geiger lidar sudah metode terbaik untuk mendapatkan model medan digital dengan cepat di daerah gurun atau di daerah pertempuran di mana sangat diperlukan untuk tetap berada di luar jangkauan misil MANPADS, terutama jika terjadi di atmosfer yang bersih dan tidak ada vegetasi di wilayah tersebut.
Di area bervegetasi, Full Waveform Scanner memberikan hasil penetrasi yang sangat baik. memungkinkan penguraian banyak jenis objek dari bentuk sinyal titik, dan bukan hanya titik yang digunakan untuk membangun permukaan, termasuk tiang, kabel, kisi, dan objek detail halus lainnya. Pemindai bentuk gelombang penuh adalah dan akan terus menjadi teknologi pilihan untuk sejumlah besar aplikasi, sambil terus berkembang dan meningkat dalam kecepatan, serta tetap tak tertandingi dalam hal akurasi. Pemindai dengan digitalisasi bentuk gelombang penuh perusahaan RIEGL memberikan kecepatan pemrosesan data pemindaian laser mendekati waktu nyata. Ini membuka peluang baru untuk penggunaan teknologi ini dalam memecahkan masalah respon cepat dalam operasi penyelamatan. Semua ini RIEGL sekarang sudah menunjukkan di hadapan solusi terbaru - sistem pemindaian laser udara, yang memungkinkan Anda menembak pada 450 km 2 per jam dengan kepadatan 8 titik per 1 m 2, dan semua ini dikombinasikan dengan kecepatan tertinggi pemrosesan data dan kualitas data yang sangat tinggi ini, yang sudah tidak asing lagi bagi pengguna.
Sean Higgins: Apakah teknologi foton tunggal dan geiger lidar sudah matang? Apakah Anda pikir mereka harus dikembangkan lebih lanjut untuk mencapai potensi penuh mereka?
Dokter Andreas Ulrich: Lidar foton tunggal pada dasarnya adalah lidar "linier" konvensional berdasarkan penggunaan pengganda foto; geiger lidar umumnya bukan "linier" - semua ini sama sekali bukan teknologi baru. Namun, penerapan solusi teknologi ini untuk pembuatan film komersial masih baru. Menurut pencipta single-photon lidar (di ILMF-2016), teknologinya perlu ditingkatkan dan akan ditingkatkan dengan menambahkan data pada amplitudo sinyal gema yang diterima. Ini pertama kali diterapkan dalam pemindaian laser bertahun-tahun yang lalu - ketika karakteristik atribut pertama dari titik refleksi laser digambarkan sebagai nilai intensitas 8-bit. Jadi dalam hal ini, teknologi lidar foton tunggal masih sangat belum matang.
Lidar geiger memiliki sejarah panjang di segmen militer, sejumlah besar semua jenis pengoptimalan telah digunakan dan diterapkan di sana. Namun, tidak mungkin menipu hukum fisika. Salah satu batasan mendasar adalah kemampuan detektor lidar Geiger yang tidak mencukupi untuk pulih cukup cepat setelah pemicu untuk menangkap informasi tambahan apa pun tentang pantulan. Keterbatasan lain adalah bahwa ia tidak akan pernah dapat memberikan perkiraan kekuatan sebenarnya dari sinyal yang dipantulkan, yang sangat penting untuk mengkompensasi deviasi momen pendaftaran pulsa yang dipantulkan dan tidak meningkatkan keakuratan pengukuran jangkauan.
Sean Higgins: Apakah perusahaan memiliki RIEGL berencana memproduksi lidar berdasarkan teknologi foton tunggal atau geiger lidar?
Dokter Andreas Ulrich: Seperti yang saya katakan sebelumnya, kami menganggap lidar OFPS Riegl sebagai teknologi yang unggul. Lidar OFPS sangat akurat karena memberikan akurasi pengukuran rentang tertinggi, "noise" data spasial rendah, memiliki kemampuan untuk mendaftarkan sejumlah besar sinyal yang dipantulkan dari satu pulsa, memberikan banyak karakteristik bentuk sinyal yang dipantulkan untuk masing-masing titik, dan memungkinkan kalibrasi radiometrik untuk setiap titik. . Pengguna kami membangun model bisnis mereka dengan mengandalkan kualitas data yang tinggi dan kemampuan untuk menggunakan karakteristik atribut dari poin yang mereka terima dari lidar kami. Semua teknologi lain yang kami diskusikan di sini tidak dapat memberikan karakteristik di atas. Oleh karena itu, kami akan terus menyempurnakan teknologi lidar dengan digitalisasi bentuk gelombang penuh.