W artykule przedstawiono ogólny zarys technologii laserowego skanowania obiektów w przestrzeni, rozważono urządzenia realizujące tę technologię i stosowane w systemach robotów mobilnych.

PRZEGLĄD TECHNOLOGII LIDAROWEJ
Termin LIDAR (z angielskiego Light Detection and Ranging) odnosi się do systemów radarowych działających w zakresie optycznym i wykorzystujących laser jako źródło promieniowania. Często w zagranicznych źródłach można znaleźć podobne terminy - LADAR (Laser Detection and Ranging) i Laser Radar. W mobilnych naziemnych systemach robotycznych i bezzałogowych statkach powietrznych (UAV) technologia ta pełni bardzo ważną rolę: służy do automatycznego budowania trójwymiarowej mapy (sceny) otaczającej przestrzeni oraz orientacji przestrzennej urządzenia. Istnieją różne wersje systemów LIDAR, ale generalnie wszystkie zawierają następujące kluczowe elementy, które decydują o zasadzie działania systemu: ● źródło fotonu (najczęściej jest to laser);
● detektor fotonów;
● obwód czasowy;
● część transceivera optycznego.

Systemy Time-of-Flight (ToF) LIDAR wykorzystują krótkie impulsy promieniowania laserowego, rejestrując z dużą dokładnością momenty ich nadawania i odbioru odpowiedzi (sygnałów odbitych) w celu obliczenia odległości do obiektów w otaczającej przestrzeni lub na powierzchni Ziemi powierzchni (na przykład podczas badania topograficznego za pomocą UAV). Po połączeniu serii takich pomiarów z informacją o położeniu i orientacji aparatu powstaje trójwymiarowa scena badanego obszaru. Najczęściej ta scena jest zapisywana jako tablica współrzędnych (x, y, z) zwana chmurą punktów.

Chociaż istnieje wiele urządzeń LIDAR do różnych zastosowań, wszystkie składają się z podobnego zestawu jednostek funkcjonalnych (patrz rys. 1), takich jak:
● podsystem pomiaru odległości (nadajnik i odbiornik laserowy);
● podsystem skanowania;
● podsystem pozycjonowania i orientacji;
● układ sterowania;
● przechowywanie danych.

PODSYSTEM POMIARU ODLEGŁOŚCI
Zasadnicze różnice pomiędzy poszczególnymi urządzeniami LIDAR polegają na realizacji funkcji pomiaru odległości. Najważniejszy węzeł systemu LIDAR, podsystem pomiaru odległości, składa się z kolei z takich wewnętrznych podsystemów jak nadajnik laserowy i odbiornik elektrooptyczny. Nadajnik laserowy emituje energię w postaci skupionej wiązki, która przed opuszczeniem urządzenia przechodzi przez szereg elementów przetwarzających: przełącznik nadawczo-odbiorczy, ekspandery wiązki, wyjściową optykę teleskopową i inne. W systemie LIDAR można stosować różne typy laserów, ale najczęściej stosowanym jest laser na ciele stałym Nd:YAG, w którym ośrodkiem aktywnym jest granat itrowo-aluminiowy (Y3Al5O12) domieszkowany jonami neodymu. Laserowe dalmierze skanujące działają na różnych długościach fal, ale najczęściej używane są:
● 1064 nm (zakres bliskiej podczerwieni) - dla skanerów topograficznych;
● 532 nm (zielony) - dla skanerów batymetrycznych (do pomiaru głębokości);
● 600-1000 nm dla komercyjnych urządzeń naziemnych;
● ∼1500 nm – dla naziemnych systemów skanujących wykorzystywanych do celów naukowych.

Wybór długości fali emitera laserowego zależy od kilku czynników:
● właściwości odblaskowe skanowanych obiektów;
● cechy środowiska;
● czułość zastosowanego detektora;
● niezbędny stopień bezpieczeństwa dla oczu;
● wymagania projektowe urządzeń.

Oprócz długości fali promieniowania należy również wziąć pod uwagę moc lasera. Odbiornik elektrooptyczny odbiera energię wiązki laserowej odbitej lub rozproszonej przez cel i skupia ją na światłoczułym detektorze za pomocą wejściowej optyki.

Metody określania odległości
Ustalone wartości momentów transmisji i odbioru wiązki laserowej służą do obliczenia czasu przebywania światła na drodze, a co za tym idzie odległości do obiektu, który odbił wiązkę. System LIDAR zazwyczaj wykorzystuje jeden z dwóch trybów, które określają metodę pomiaru odległości: tryb impulsowy lub tryb fali ciągłej. W systemach modulowanych impulsowo, znanych również jako systemy czasu przelotu, laser emituje pojedyncze impulsy światła z dużą częstotliwością powtarzania. Mierzy się czas, jaki upłynął od momentu wyemitowania sygnału impulsowego do momentu powrotu odpowiedzi do odbiornika. Odległość do punktu na powierzchni przedmiotu, w którym odbiła się wiązka lasera, można obliczyć ze wzoru: D = 0,5 × c × t, (1) gdzie c to prędkość światła, t to całkowity czas światło podróżuje do punktu odbicia iz powrotem (w obie strony), D to pożądana odległość do punktu odbicia. W systemach z falą ciągłą laser emituje ciągły sygnał, do którego następnie stosowana jest sinusoidalna modulacja amplitudy. W tym przypadku czas, w jakim światło przebędzie pełną drogę od nadajnika do odbiornika, będzie wprost proporcjonalny do przesunięcia fazowego w wysyłanym i odbieranym sygnale: (2) gdzie φ to przesunięcie fazowe, T to okres sygnału . Po wyznaczeniu czasu t przejścia wiązki odległość D, podobnie jak w pierwszym przypadku, oblicza się ze wzoru (1). Aby zmniejszyć niepewność, można zastosować wielotonową modulację sinusoidalną. Również w systemach z falą ciągłą stosowana jest alternatywna metoda - z liniową modulacją częstotliwości. W takich systemach sygnały nadawane i odbierane są mieszane, a koherentny odbiornik służy do demodulacji i pozyskiwania informacji zawartych w częstotliwości nośnej. Należy zauważyć, że równania (1) i (2) zakładają, że detektor jest nieruchomy w czasie t. Dla przypadków z poruszającym się detektorem konieczne będzie dokonanie odpowiednich poprawek do równań.

Metody wykrywania
Zazwyczaj systemy LIDAR wykorzystują dwie metody detekcji: bezpośrednią i koherentną. W przypadku detekcji bezpośredniej odbiornik przekształca sygnał bezpośrednio na napięcie lub prąd proporcjonalny do odbieranej mocy optycznej. Odbiorniki mogą obejmować fotodiody lawinowe i fotopowielacze. Detektory LIDAR mogą również pracować w trybie zliczania fotonów. W tym trybie detektor jest w stanie zarejestrować nawet bardzo małą liczbę fotonów, aw trybie licznika Geigera staje się czuły nawet na pojedyncze fotony. Elektronika odbiornika mierzy generowany prąd, skorygowany o czas przelotu fotonów w odbiorniku, co skutkuje bezpośrednim pomiarem momentu otrzymania odpowiedzi optycznej. W przypadku koherentnej detekcji odebrany sygnał optyczny jest mieszany z lokalnym oscylatorem za pomocą lokalnego oscylatora, a dopiero potem skupiany na elemencie światłoczułym. Po wymieszaniu informacje są przekształcane w sygnał wąskopasmowy, który redukuje szumy w porównaniu z metodą bezpośredniej detekcji, która wykorzystuje filtr optyczny.

Wędrująca wiązka i tablica
Należy zauważyć, że opisane metody określania odległości i metody wykrywania wymagają różnych geometrii odbiornika. Ogólnie rzecz biorąc, większość komercyjnych systemów LIDAR działa na zasadzie „wędrującej wiązki”, w której dla pojedynczego emitowanego impulsu ustalana jest jedna lub więcej (zwykle od 2 do 5) wartości odległości dla sygnałów optycznych powracających wzdłuż tej samej linii wzroku (wielokrotne powroty ). Na kolejny impuls podsystem wyznaczania celu zmienia kierunek linii celowania, a następnie ponownie rejestruje się kilka wartości odległości. Metoda ta, metoda punktowego skanowania, jest powszechnie stosowana w systemach LIDAR działających w trybie liniowym, w których energia lasera skupiana jest na niewielkim obszarze badanej powierzchni, a do rejestracji wymagane jest odpowiednio silne odbicie sygnału odpowiedz i oblicz odległość. Istnieją jednak również systemy LIDAR, które wykorzystują światło laserowe do oświetlania dużej powierzchni. Jednocześnie wyposażone są w detektor matrycowy klatka po klatce w celu pomiaru wartości odległości dla każdego piksela w macierzy. Te pionowo skanowane systemy wymagają niskiej mocy sygnału odbitego. Rejestrują setki, a nawet tysiące odległości emitowanego impulsu.

PODSYSTEM SKANOWANIA
W przypadkach, w których konieczne jest nie tylko określenie odległości do obiektu, ale także dokonanie przeglądu obszaru docelowego, system LIDAR musi wykonać pomiary w wielu punktach. Do zbudowania sceny docelowego obszaru przestrzeni wykorzystuje się połączenie ruchu urządzenia LIDAR jako całości oraz działania podsystemu Sweep, przez który przechodzi emitowany sygnał optyczny. Powszechny wariant implementacji podsystemu przemiatania opiera się na wykorzystaniu oscylującego lustra. Sekwencyjna zmiana kierunku linii wzroku, wzdłuż której emitowany jest sygnał optyczny, odbywa się za pomocą ruchomego lustra. Lustro to obraca się o ograniczony kąt (kąt widzenia) wokół osi leżącej na jego płaszczyźnie i z reguły równolegle do kierunku ruchu urządzenia. Wychylanie lustra pozwala zeskanować docelowy obszar przestrzeni i uformować scenę o pożądanej szerokości, określonej przez kąt wychylenia lustra (patrz rys. 2).

Ryż. 2. System rozwiertaka z oscylacją
lustro

Podsystem oscylującego lustra tworzy przebieg sinusoidalny. W tym przypadku częstotliwość kołysania jest odwrotnie proporcjonalna do danego kąta widzenia (szerokości sceny). Główną wadą tej metody przemiatania jest zmienna prędkość lustra. Dwukrotnie podczas cyklu roboczego lustro musi zwolnić, zatrzymać się całkowicie, odwrócić kierunek ruchu i ponownie przyspieszyć. W rezultacie pomiary wykonywane ze stałą częstotliwością tworzą scenę o nierównomiernym zagęszczeniu punktów (mniej punktów na środku paska skanującego, a więcej na krawędziach). Podsystem omiatania wiązki laserowej za pomocą oscylującego lustra stosowany jest m.in. w skanerach laserowych firm Leica i Optech. Alternatywny sposób skanowanie opiera się na wykorzystaniu obracającego się pryzmatu. W takim podsystemie przemiatania wielościenny pryzmat z lustrzanymi ścianami obraca się w sposób ciągły wokół własnej osi symetrii. Wiązka laserowa gwałtownie przechodzi z jednej powierzchni pryzmatu na drugą, w wyniku czego układ punktów utworzony podczas ruchu urządzenia składa się z szeregu równoległych linii (patrz ryc. 3).

Ryż. 3. System rozwiertaka z obrotem
pryzmat

Ta opcja nie ma wad wahadłowego lustra, ale jest trudniejsza do wdrożenia pod względem przetwarzania wyników pomiarów. Systemy LIDAR z obrotowym pryzmatem produkowane są przez austriacką firmę Riegl. Trzecia wersja podsystemu skanującego wykorzystuje obracające się lustro. Oś obrotu w tym wariancie jest prawie prostopadła do powierzchni lustra (patrz rys. 4).

Ryż. 4. System skanowania z obracaniem
lustro

W wyniku odchylenia powierzchni zwierciadła od płaszczyzny prostopadłej do osi obrotu skan odbitej wiązki laserowej tworzy krzywą eliptyczną. Zaletą tej metody jest to, że każdy punkt w przestrzeni jest skanowany dwukrotnie. Jednocześnie przemiatanie eliptyczne znacznie komplikuje przetwarzanie wyników skanowania, ponieważ przetwarzanie podwójnych pomiarów jest zadaniem bardzo trudnym. Dodatkowo, ponieważ punkty w tym samym obszarze pozyskiwane są z różnych pozycji (w miarę jak układ porusza się i zmienia orientację w przestrzeni), otrzymana w ten sposób chmura punktów może zawierać dużą ilość „szumów”. Skanery Leica AHAB DragonEye to przykłady systemów wykorzystujących omiatanie wiązką laserową za pomocą obracającego się lustra. Jako alternatywę dla mechanicznego omiatania, istnieje obecnie podsystem światłowodowy stosowany w niektórych systemach LIDAR do kierowania wiązki laserowej na obszar docelowy. Dzięki tej metodzie uzyskuje się bardziej stabilną geometrię skanowania dzięki stałym połączeniom między kanałami światłowodowymi a innymi kanałami optycznymi urządzenia. Wiązka laserowa jest prowadzona przez wiązkę światłowodową, a kierunek skanowania każdego impulsu zależy od tego, z którego kanału światłowodowego jest emitowany. Podobny układ wiązek stosuje się również w optyce odbiorczej (patrz ryc. 5).

PODSYSTEM POZYCJONOWANIA I ORIENTACJI
Do praktycznego wykorzystania informacji uzyskanych za pomocą skanujących dalmierzy laserowych nie wystarczy jedynie tablica wartości odległości urządzenia od obiektów oraz wartości względnych kątów skanowania. Wiarygodność danych o otaczającej przestrzeni (uzyskanych w postaci trójwymiarowej chmury punktów lub dwuwymiarowego obrazu z danymi odległościowymi) można uzyskać tylko wtedy, gdy bezwzględne wartości położenia i orientacji platformy nośnej LIDAR w przestrzeni mierzone są dla każdego punktu w momencie otrzymania odpowiedzi od impulsu. Do takich pomiarów wykorzystywany jest podsystem orientacji i pozycjonowania. Podsystem ten obejmuje dwa główne komponenty: moduł odbiorczy globalnego systemu pozycjonowania (GLONASS lub GPS) oraz jednostkę nawigacji inercyjnej (IMU). Dane z odbiornika GPS służą do rejestrowania pozycji platformy przewoźnika w określonych punktach w czasie. Spośród wielu istniejących metod aktualizacji pozycji GPS, systemy LIDAR zwykle wykorzystują różnicowe przetwarzanie końcowe sygnału ze stałej stacji bazowej lub aktualizacje różnicowe w czasie rzeczywistym. Aby uzyskać dokładniejsze zestawy danych, nałożono ścisłe ograniczenia na umieszczenie stacji bazowej względem platformy dalmierza laserowego. Orientacja platformy jest mierzona za pomocą inercyjnej jednostki pomiarowej, która wykorzystuje żyroskopy i akcelerometry. Dane GPS i IMU są rejestrowane podczas ruchu platformy i łączone (zwykle na etapie przetwarzania końcowego).

SYSTEM STEROWANIA (STEROWNIK SYSTEMU)
Aby wygenerować chmurę punktów, wszystkie podsystemy tworzące system LIDAR muszą ze sobą współpracować. Jakość uzyskanych danych zależy bezpośrednio nie tylko od parametrów poszczególnych podsystemów, ale także od wzajemnej spójności ich pracy. Ustawianie parametrów czujników oraz monitorowanie pracy podsystemów realizowane jest przez systemowy sterownik dalmierza laserowego.

MAGAZYN DANYCH
Uzyskane dane LIDAR to pliki współrzędnych GPS i IMU, zmierzonych odległości, a czasami informacje z innych podsystemów. Ponieważ systemy LIDAR mogą generować bardzo duże ilości danych, system posiada urządzenie pamięci masowej, które zapisuje dane natychmiast po ich zebraniu.

STUDIUM PRZYPADKU: VELODYNE HDL-64E
Jako przykład rozważmy dalmierz laserowy o wysokiej rozdzielczości HDL-64E wyprodukowany przez firmę Velodyne. To właśnie ten 64-wiązkowy skanujący LIDAR 3D jest instalowany na bezzałogowych pojazdach opracowanych przez Google. Dalmierz laserowy stał się jednym z kluczowych elementów, dzięki którym samochód stał się naprawdę autonomiczny.

Velodyne, zamontowany na dachu pojazdu bezzałogowego (patrz rysunek 6), generuje szczegółową mapę 3D otaczającego obszaru. Komputer pokładowy łączy dane pomiarowe LIDAR z mapami o wysokiej rozdzielczości, tworząc różne modele danych, które pozwalają zrobotyzowanemu pojazdowi poruszać się samodzielnie, omijając przeszkody i nie naruszając przepisów ruchu drogowego. Model dalmierza HDL-64E ma 64 pary emiter-detektor, które zapewniają równo rozmieszczone sektorowe pola widzenia 26,5°. Aby zapewnić widok 360 stopni w azymucie, cały zespół optyczny jest zamontowany na obrotowej podstawie (patrz ryc. 7) i obraca się z prędkością 600 obrotów na minutę.

Ryż. 7. Wygląd dalmierz laserowy
HDL-64E

W razie potrzeby częstotliwość ta jest regulowana w zakresie 300…900 obr./min poprzez wysłanie prostego polecenia tekstowego przez interfejs szeregowy. Ten sam port szeregowy może być używany do aktualizacji oprogramowania sprzętowego skanera. Dalmierz Velodyne ma maksymalny zakres pomiaru odległości do 120 m z błędem nie większym niż 2 cm. Niezależnie od prędkości obrotowej zespołu optycznego, urządzenie stale generuje duża objętość danych - 1 milion punktów na sekundę, co odpowiada poziomej rozdzielczości kątowej 0,05°. Urządzenie jest wyważone statycznie i dynamicznie, co minimalizuje skutki drgań i zapewnia stabilny obraz sceny. Każdy laser dalmierzowy HDL-64E emituje impuls optyczny o długości 5 ns (przy 50% amplitudzie i maksymalnej mocy szczytowej 60 W). Wysokie napięcie potrzebne do wytworzenia szczytowego prądu w emiterze na poziomie 30 A generowane jest przez układ przetwornicy flyback, co pozwala na wykorzystanie niskich napięć do zasilania układu laserowego. Wyjściowa wiązka laserowa jest skupiana przez soczewki. Kiedy trafia w cel, część promieniowania odbija się z powrotem w kierunku źródła. To odbite światło przechodzi przez oddzielny system soczewek i filtr UV w celu zmniejszenia optycznego podświetlenia (zwiększenia stosunku sygnału do szumu). Soczewki układu odbiorczego skupiają odbite promieniowanie na fotodiodzie lawinowej, która generuje sygnał elektryczny proporcjonalny do natężenia sygnału optycznego. Laser i fotodioda lawinowa są fabrycznie ustawione w celu zapewnienia maksymalnej czułości przy jednoczesnym zminimalizowaniu przesłuchu sygnału, tworząc w ten sposób najbardziej wydajną parę emiter-detektor. W zależności od siły odbitego sygnału wykrytego przez fotodiodę lawinową i obwód wzmacniacza, układ zmienia amplitudę impulsu laserowego, utrzymując minimalny wymagany poziom promieniowania. Ta automatyczna regulacja mocy lasera po pierwsze zmniejsza nagrzewanie się układu optycznego i zwiększa jego niezawodność, a po drugie zapobiega wejściu detektorów w stan nasycenia. W przeciwnym razie również po odebraniu przez detektor duża liczba energii optycznej, ustanowiłby reżim nasycenia, na wyjście z którego detektor potrzebuje znacznego czasu (przekroczenie okresu powtarzania impulsu nieuchronnie prowadzi do zniekształcenia wykrytego sygnału). Po trzecie, jeśli poziom sygnału jest porównywalny z szumem, co utrudnia jego wykrycie, system automatycznie zwiększa poziom mocy lasera. Może się to zdarzyć np. przy zbliżaniu się do progu czułości (120 m) lub przy słabym odbiciu od czarnej matowej powierzchni. Sygnał wyjściowy jest wzmacniany i przesyłany do przetwornika A/D z częstotliwością próbkowania 3 GHz. Następnie zdigitalizowany sygnał z detektora jest przesyłany do cyfrowego procesora sygnałowego (DSP), który wykorzystuje własny algorytm do analizy danych i wyznaczania czasu powrotu sygnału. Zastosowanie krótkich impulsów optycznych w połączeniu z przetwarzaniem sygnału o wysokiej częstotliwości zapewnia wysoką rozdzielczość układu. Pary emiter-detektor są podzielone na dwie grupy po 32 lasery. Jedna grupa znajduje się na górze modułu i jest skierowana na górną połowę pola widzenia, a druga grupa, umieszczona pod pierwszą, jest skierowana na dolną połowę pola widzenia. Ponieważ górna jednostka optyczna jest przeznaczona do pomiaru większych odległości, odległość kątowa między impulsami optycznymi jest większa niż w dolnej jednostce, która mierzy na krótsze odległości. Urządzenie udostępnia dane użytkownikowi za pośrednictwem standardowy port Ethernet 100BaseT. Informacje są przesyłane w sposób ciągły w postaci ramek. Częstotliwość generowania ramki jest równa częstotliwości obrotu jednostki optycznej (przy 600 obr./min – 10 Hz). Ilość danych przesyłanych na sekundę może zawierać ponad milion punktów. Pakiety danych zawierają informacje o odległości i natężeniu promieniowania dla każdej pary emiter-detektor, a także odpowiadającą im współrzędną kątową. Dane te mogą być gromadzone za pomocą standardowe narzędzie zbieranie pakietów Ethernet, takich jak Wireshark, i wizualizowane w program komputerowy takich jak Velodyne Digital Sensor Recorder. Ponadto otrzymane dane mogą być przetwarzane przez autonomiczny system nawigacji w celu stworzenia karty wyników, która następnie może być wykorzystana do identyfikacji przeszkód, znalezienia najlepszej trasy, a docelowo do obliczeń związanych ze sterowaniem, hamowaniem i przyspieszaniem. Rysunek 8 przedstawia przykładową ramkę danych z HDL-64E przechwyconych za pomocą aplikacji Velodyne Digital Sensor Recorder. W pobliżu środka obrazu widoczna jest biała kropka wskazująca położenie czujnika. Dla każdej pary emiter-detektor wygenerowana chmura punktów jest reprezentowana przez osobny kolor. Przestrzenna reprezentacja danych jest tworzona przez łączenie dwuwymiarowych chmur punktów. Kiedy moduł się obraca, zestaw punktów z jednej pary emiter-detektor tworzy ciągły okrąg na płaskiej powierzchni. Powyższy przykład dotyczy opcji montażu dalmierza na dachu kabiny ciężarówki, stąd na obrazku pod białą kropką jest ciemny obszar - karoseria. Jak widać na obrazku, przed ciężarówką znajdują się dwa pojazdy: kolejna ciężarówka próbująca skręcić w lewo oraz samochód osobowy przejeżdżający przez skrzyżowanie. Ponadto za samochodem na zdjęciu widać poręcz, ziemię i drzewa. Po lewej i prawej stronie czujnika widoczne są pofalowane obszary odpowiadające poręczy i chodnikowi oraz podkreślające jezdnię w polu widzenia. Wzdłuż chodnika rośnie krzak. Uzyskane dane pozwalają również na określenie sytuacji drogowej za czujnikiem – na obrazie za ciężarówką znajduje się pojazd. Ważne jest, aby w żadnej chmurze punktów nie było luk w danych kołowych (wokół ciężarówki). Fakt ten świadczy o prawidłowym skonfigurowaniu częstotliwości powtarzania impulsów lasera dla górnej i dolnej jednostki dalmierza. Gdyby częstotliwość powtarzania impulsów była mniejsza niż wymagana, to każdy z okręgów składałby się z linii przerywanych. Puste obszary na obrazie są spowodowane przeszkodami na ścieżce optycznej, które uniemożliwiają uzyskanie informacji o przestrzeni za nimi (efekt cieniowania). Na przykład tak wygląda czarny pasek za nadwoziem ciężarówki. Należy zauważyć, że urządzenie LIDAR można również ustawić pod kątem 90° do osi pionowej, aby zmienić pole widzenia. Ten schemat instalacji może być stosowany w aplikacjach geodezyjnych i kartograficznych. Rozważany dalmierz laserowy Velodyne HDL-64E należy do klasy 1M, czyli jest uważany za bezpieczny dla oczu. Czujnik umieszczony jest w wodoodpornej obudowie, pracuje w ekstremalnych temperaturach i jest optymalny do stosowania w samochodach. Główny specyfikacje urządzenia są pokazane w tabeli.

Prawie wszystkie siły policyjne na świecie (w tym policja drogowa) używają radarów do pomiaru prędkości, egzekwowania ograniczeń prędkości i uzupełniania skarbca. Od czasu opracowania tych urządzeń wykrywacze radarów nieustannie podążają za nimi. Niestety policja ma dwa asy - może sobie wybrać czas i miejsce na swoje<отстрелов>(i zwiększyć ich śmiertelność, wybierając miejsca, niebezpieczne lub nie, gdzie większość normalnych ludzi jeździ szybko) i zakazać najskuteczniejszych środków zaradczych, takich jak zagłuszanie i używanie wykrywaczy radarów.

Radar wysyła impulsowy lub ciągły sygnał o częstotliwości radiowej i nasłuchuje odbicia tego sygnału. Kiedy impuls dociera do poruszającego się obiektu, jego częstotliwość zmienia się w zależności od prędkości i kierunku ruchu (efekt Dopplera). Pojawiły się również nowe systemy, które wykorzystują światło laserowe do określania prędkości.

Istnieją trzy główne pasma częstotliwości, w których działają radary policyjne, powszechnie określane jako pasmo X (11 GHz), pasmo K (24 GHz) i pasmo Ka (32-36 GHz). Wszystkie detektory radarowe nasłuchują na tych częstotliwościach i ćwierkają, ćwierkają i migają, gdy wykryją sygnał. Zwiększenie czułości detektora radaru pozwala na wcześniejsze wykrycie radaru. Niestety, częstotliwości te wykorzystywane są również przez różne przydatne urządzenia, takie jak automatyczne otwieranie bram garażowych, systemy bezpieczeństwa, a także są obecne w promieniowaniu linii energetycznych. Odtąd rośnie druga strona problemu - detektory radarów, które łapią wszystko z rzędu i częściej kłamią niż ostrzegają.

Lidar (radar laserowy) - nowy wróg

Lidar, w przeciwieństwie do konwencjonalnego radaru, wykorzystuje promieniowanie laserowe (długość fali ok. 900 nm) do określenia prędkości pojazdu. Mierzy odległość od urządzenia do celu w określonych odstępach czasu i oblicza prędkość jej zmiany. Ponieważ odległość jest mierzona, bardzo ważne jest, aby lidar był ustawiony stabilnie i dokładnie, aby uzyskać prawidłowe wartości, a zwykły cel (samochód) w tym przypadku zamienia się w zestaw powierzchni, które są dobrymi reflektorami. Jest to bardzo ważne, ponieważ urządzenie wykorzystuje odbicie wiązki laserowej od celu do pomiaru odległości.

Z punktu widzenia kierowcy główną różnicą w stosunku do radaru jest trudność w wykryciu. Rozmiar plamki wiązki wynosi około 4 stóp na pół mili (120 cm na 800 m) i jest bardzo mały dla wykrywacza. Ponadto wszystkie urządzenia tej klasy automatycznie wyłączają nadajnik po zakończeniu pomiaru i nie działają w sposób ciągły, jak większość radarów.

Fotoradar to najprostszy sposób na zbieranie pieniędzy

Następną rundą w wojnie radarów i antyradarów jest fotoradar, o wykryciu którego dowiesz się dopiero po otrzymaniu paragonu za ukaranie grzywną. Ma jakąś formę radaru o małej mocy do wykrywania prędkości i robi zdjęcia samochodu przekraczającego ograniczenie prędkości (aż do tablic rejestracyjnych i twarzy za kierownicą). Nie ma sensu się spierać – maszyna nie kłamie. Niektóre fotoradary wyposażone są w obrotowe urządzenie, które pozwala zeskanować określony odcinek drogi, co jeszcze bardziej utrudnia ich wykrycie i zmniejsza prawdopodobieństwo popełnienia błędu. Radar określający prędkość jest bardzo małej mocy, jego zasięg zwykle nie przekracza 30-50m, co również utrudnia wykrycie, zwłaszcza jeśli jest zasłonięty budynkami lub innymi pojazdami.

Stosowanych jest kilka typów takich urządzeń:

• Australia obsługuje skośny system radarowy Fairy, wykorzystujący radar w paśmie K pod kątem 45 stopni.
• Nowa Zelandia i część Kanady - Auto patrol Ka-fotoradar, dość zabójczy. Wykorzystuje radar o niskiej mocy 34,6 GHz z kątem 22,5 stopnia i robi zdjęcia samochodów poruszających się w obu kierunkach. Jednak nie robi zdjęcia, jeśli wykryje wiele samochodów w kadrze, aby zapisać film. Częstotliwość jest rozważnie wybierana jako trzecia harmoniczna pasma X, gdzie większość detektorów radarów ma zmniejszoną czułość w celu tłumienia hałasu domowego.

Vascar (wizualny komputer i rejestrator średniej prędkości)

To nie jest system radarowy. Najważniejsze jest to, że na drodze są dwa znaki. W momencie przekroczenia pierwszego timer zostaje włączony, w momencie przekroczenia drugiego zostaje wyłączony. Odległość między znakami jest stała. Prędkość jest obliczana. Jedynym środkiem zaradczym jest uważność.

Środki zaradcze

Zagłuszanie (zagłuszanie radaru)

Od czasu impasu elektroniczne środki zaradcze stały się dość popularne. Jeśli pominiemy spory o legalność korzystania z takich urządzeń i przejdziemy do technicznej strony zagadnienia, to co robi ingerencja? Istnieją dwa rodzaje hałasowników (zagłuszaczy) - aktywne i pasywne. Pasywne odbierają sygnał radarowy, powodują jego szum i przesyłają go z powrotem _bez_wzmocnienia_. Główny problem z tą metodą można zobaczyć, jeśli porównamy powierzchnię anteny urządzenia (około 1 cala kwadratowego) z przednią powierzchnią samochodu. Każdy sygnał emitujący hałas zostanie zastąpiony przez sygnał z reszty pojazdu i bezpiecznie odfiltrowany przez system redukcji szumów radaru. Badania takich urządzeń wykazały ich bardzo niską wydajność (patrz oryginalny tekst, tam są linki).

Znacznie skuteczniejsze (a przez to bardziej nielegalne) są aktywne hałaśliwe osoby. W takim przypadku urządzenie wysyła silny sygnał, który tłumi odbijany pojazd. Dla przykładu - VCDD Stealth, cena to około 700 USD (w Nowej Zelandii). Składa się z detektora promieniowania szerokopasmowego niskiej jakości, którego sygnał włącza emiter z tą samą częstotliwością. Według magazynów Car & Drivers i NZ Autonews istnieje kilka poważnych problemów z tym urządzeniem:

• Działa tylko do przodu
• Nie działa dobrze w zakresie fal krótkich
• Działa tylko na pasmach X i K
• Ma duże wymiary
• Ciasno blokuje inne wykrywacze w promieniu wielu kilometrów Biorąc pod uwagę wysoki koszt, nielegalność i pozycje 1-5, korzystanie z takiego urządzenia wydaje się niezbyt wygodne. Brak informacji dla innych.

Zabawa w chowanego (Skradanie się)

Najlepszym sposobem na ukrycie się przed radarem jest pokrycie samochodu materiałem używanym w słynnych samolotach Stealth, ale są pewne trudności z jego dostępnością na rynku. Dlatego na początek należy zwrócić uwagę na przedni profil samochodu. Oczywiście auto z niskoprofilowym, tylnym silnikiem i zamkniętymi światłami windy (Mazda RX7) odbija sygnał w przeciwnym kierunku dużo gorzej niż minivan czy przyczepa. Ogólnie rzecz biorąc, samochód o niskim oporze teoretycznie odbija sygnał w dowolnym miejscu, ale nie w przeciwnym kierunku, ale biorąc pod uwagę użycie tworzyw sztucznych i tym podobnych w nowoczesnych samochodach. profil odbijania sygnału radarowego jest dodatkowo zmniejszony. Brak jest jednak informacji o jakichkolwiek formalnych badaniach na ten temat.

Zagłuszanie na lidarach (zagłuszanie lidarowe)

W przeciwieństwie do radaru promieniowanie laserowe jest światłem iw tym sensie jego tłumienie jest łatwiejsze i bardziej legalne. Magazyn Car & Driver (kwiecień 1994) zamieścił dobrą notatkę, w której w szczególności napisano, że użycie pary mocnych świateł przeciwmgielnych może zmniejszyć zasięg prędkościomierza Lidar o połowę, co wraz z detektorem daje kilka dodatkowych sekund . Robert Weverka i Craig Peterson w swoim artykule (Autotronics, marzec 1995, s. 36) stwierdzają, że to nie działa, ale nie wyjaśniają, dlaczego C&D uzyskało pozytywne wyniki.

Ukrywanie się przed lidarami (Lidar stealth)

Lidar działa więc na zasadzie odbijania się wiązki światła (lasera) od powierzchni docelowej Najlepszym sposobem ukryć się przed nim to mieć samochód niskoprofilowy, czarny, bez chromowanych części i pokryty brudem. Nieźle, do tego mieć powłokę (osłony?) na dużych błyszczących powierzchniach, aby tłumić refleksy. Nie było żadnych testów na ten temat.

Detektory

Detektory radarowe są zasadniczo odbiornikami radiowymi, które migają, piszczą lub ćwierkają, gdy odbierają sygnał na częstotliwości, na której działają radary. Oprócz różnych żarówek, główną różnicą między detektorami jest czułość i tłumienie losowego wyzwalania. W większości przypadków są to wzajemnie wykluczające się opcje.

Opinia publiczna i recenzje

Producenci detektorów stale oferują nowe modele. Cena nie zawsze determinuje jakość. Niektóre tanie modele wykazują dobre wyniki. Z drugiej strony niektóre drogie mają bezpośrednie spadki w pewnych zakresach.

Na co zwrócić uwagę

Kupując, oprócz ceny, zwróć uwagę na:

• czułość - czasami producenci umieszczają wyniki testów, nie powinna być niższa niż 110 dB
• pamięć - możliwość zapisywania ustawień
• Wycisz (wycisz) - w przypadku ciągłego strumienia radiowozów z radarami
• Stealth (montaż) - w przypadku, gdy stosowanie czujek jest zabronione przez prawo danego kraju
• Kontrola głośności
• Zasięg - K/Ka/X - pasmo, lidar
• Obecność różnych żarówek i dźwięków dźwiękowych dla różnych źródeł promieniowania

Gdzie zainstalować

Zazwyczaj, najlepsze miejsce do zainstalowania detektora w górnej części przedniej szyby, obok lusterka. Pozwala to na zwiększenie zasięgu i zapewnia dobre<обзор>drogi. Wyjątkiem są samochody, które posiadają na szybie metalizowany pasek przeciwsłoneczny, który blokuje działanie czujki.

detektory detektorów

W niektórych krajach, w których stosowanie detektorów jest zabronione, stosuje się detektory radarowe (np. VG2 w Kanadzie). Zasada ich działania opiera się na wychwytywaniu częstotliwości wykorzystywanej w superheterodynach detektorów-odbiorników. Wielu producentów detektorów bierze pod uwagę tę subtelność i produkuje<невидимые>detektory, takie jak modele Bel i Valentine One, natomiast Whistler produkuje modele wyposażone w detektory detektorów.

Należy zauważyć, że żaden z systemów nie jest w 100 procentach skuteczny. Ponadto okresowo pojawiają się nowe typy radarów, opracowane z wykorzystaniem najnowszych technologii, a istniejące detektory radarów stają się nieskuteczne.

W tej chwili jest tylko jeden efektywny sposób unikaj mandatów za przekroczenie prędkości - nie jedź szybko!

Praca naukowa studenta (UNIRS) na temat:

„Schematy lustrzane soczewek lidarowych”

Sankt Petersburg

Wstęp

1. Zasada działania lidaru

2. Urządzenie lidarowe

3. Schematy optyczne soczewek lidarowych

3.1 Soczewka Newtona

3.2 Soczewka Cassegraina

3.3 Soczewka Gregory'ego

Wniosek

Wstęp

Określenie „lidar” jest skrótem od angielskiego wyrażenia identyfikacja światła, wykrywanie i zasięg (wykrywanie i określanie odległości za pomocą światła).

Lidar to technologia pozyskiwania i przetwarzania informacji o odległych obiektach za pomocą aktywnych układów optycznych wykorzystujących zjawisko odbicia światła i jego rozpraszania w ośrodkach przezroczystych i półprzezroczystych.

Jako urządzenie lidar jest radarem optycznym do zdalnego wykrywania środowiska powietrznego i wodnego. Do lidarów należą również lokalizatory optyczne, które pozwalają na zdalne uzyskiwanie informacji o obiektach stałych.

Lidary są poszukiwane i popularne ze względu na zalety zastosowanych w nich laserów:

spójność promieniowania

Krótka długość fali promieniowania, a co za tym idzie niewielkie straty spowodowane dywergencją

Natychmiastowa moc promieniowania

Połączenie tych właściwości sprawia, że ​​zastosowanie lidaru jest niezastąpione na odległościach od setek metrów do kilku kilometrów.

1. Zasada działania lidaru

Impulsowe promieniowanie laserowe jest wysyłane do atmosfery. Następnie promieniowanie rozproszone przez atmosferę w przeciwnym kierunku jest zbierane przez teleskop i rejestrowane przez fotodetektor z późniejszą digitalizacją sygnałów.

pulsacyjny teleobiektyw lidar optyczny

Lidar wystrzeliwuje szybkie, krótkie impulsy promieniowania laserowego na obiekt (powierzchnię) z częstotliwością do 150 000 impulsów na sekundę. Czujnik na instrumencie mierzy czas potrzebny do powrotu tętna. Światło porusza się ze stałą i znaną prędkością, więc lidar może obliczyć odległość między nim a celem z dużą dokładnością.

Istnieją dwie główne kategorie pulsacyjnych lidarów: systemy mikroimpulsowe i wysokoenergetyczne.

Lidary Micropulse działają na mocniejszym technologia komputerowa z dużą mocą obliczeniową.

Lasery te mają mniejszą moc i są klasyfikowane jako „bezpieczne dla oczu”, dzięki czemu można ich używać przy niewielkich lub żadnych specjalnych środkach ostrożności.

Lidary o wysokiej energii impulsu są wykorzystywane głównie w badaniach atmosfery, gdzie są często wykorzystywane do pomiaru różnych parametrów atmosferycznych, takich jak wysokość, warstwa i gęstość chmur, właściwości cząstek chmur, temperatura, ciśnienie, wiatr, wilgotność i stężenie gazów w atmosferze.

2 . Urządzenie lidarowe

Większość lidarów składa się z trzech części:

Część nadawcza

Część odbiorcza

· System sterowania

Część nadawcza (a) lidaru zawiera źródło promieniowania - laser i system optyczny do formowania wyjściowej wiązki laserowej, tj. do kontrolowania rozmiaru plamki wyjściowej i rozbieżności wiązki.

W zdecydowanej większości konstrukcji emiterem jest laser generujący krótkie impulsy światła o dużej mocy chwilowej. Częstotliwość powtarzania impulsów lub częstotliwość modulacji dobiera się tak, aby przerwa między dwoma kolejnymi impulsami była nie mniejsza niż czas odpowiedzi wykrywalnych celów (które mogą znajdować się fizycznie dalej niż szacowany zasięg urządzenia). Wybór długości fali zależy od funkcji lasera oraz wymagań dotyczących bezpieczeństwa i niewidzialności instrumentu; Najczęściej stosowane lasery Nd:YAG i długości fal to:

1550 nm to promieniowanie podczerwone niewidoczne dla ludzkiego oka i typowych urządzeń noktowizyjnych. Oko nie jest w stanie skupić tych fal na powierzchni siatkówki, więc próg traumatyczny dla fali 1550 jest znacznie wyższy niż dla fal krótszych. Jednak ryzyko uszkodzenia oczu jest w rzeczywistości większe niż w przypadku emiterów światła widzialnego - ponieważ oko nie reaguje na promieniowanie podczerwone, nie działa również naturalny odruch ochronny człowieka.

1064 nm - promieniowanie bliskiej podczerwieni laserów neodymowych i iterbowych, niewidoczne dla oka, ale wykrywalne przez noktowizory

532 nm - zielone promieniowanie lasera neodymowego, skutecznie "przebijające" masy wody

355 nm — w pobliżu ultrafioletu

Część odbiorcza (b) składa się z obiektywu (teleskopu), filtrów widmowych i/lub przestrzennych, elementu polaryzacyjnego oraz fotodetektora. Promieniowanie odbite-rozproszone od badanego obiektu jest skupiane przez optykę odbiorczą (teleskop), a następnie przechodzi przez analizator widma. Urządzenie to służy do izolowania przedziału długości fali, w którym dokonywane są obserwacje, aw konsekwencji do odcinania promieniowania tła na innych długościach fal. Analizator może być albo złożonym, starannie dostrojonym mono- lub polichromatorem, albo zestawem filtrów wąskopasmowych, w tym filtrem odcinającym promieniowanie o długości fali nadajnika laserowego.

Jednostka nadawcza i odbiorcza mogą być daleko od siebie lub wykonane w jednym urządzeniu, co jest powszechne w ostatnich latach. Osie nadajnika i odbiornika mogą być łączone (obwód koncentryczny) lub oddalone od siebie (obwód dwuosiowy).

System(y) sterowania wykonuje następujące zadania:

* Kontrola trybu pracy Lidar;

* Kontrolowanie częstotliwości sondującego promieniowania laserowego;

* Pomiar energii promieniowania w wychodzącej i odbieranej dwuczęstotliwościowej wiązce laserowej na obu częstotliwościach;

* Przetwarzanie wyników, tj. uzyskiwanie charakterystyk spektralnych atmosfery, określanie obecności i stężenia zanieczyszczeń na podstawie „portretów widmowych” cząsteczek dostępnych w komputerowej bazie danych;

* Kontrola systemu wskazywania lidaru na badany obiekt.

W swoich badaniach postanowiłem szczegółowo rozważyć schematy soczewek stosowane w różnych lidarach.

3 . Schematy optyczne soczewek lidarowych

Sygnał zwrotny z badanego obiektu musi zostać przechwycony przez soczewkę odbiorczą lidaru, przefiltrowany (przestrzennie i spektralnie) i skierowany do czułego obszaru fotodetektora. Wszystko to musi być wykonane z maksymalną wydajnością, bez znacznej utraty użytecznego sygnału świetlnego zbieranego przez obiektyw oraz przy maksymalnym stłumieniu wszystkich szumów sygnału. Prześledźmy przejście użytecznego sygnału przez system odbiorczy i rozważmy osobno każdy element tego systemu.

Laser oświetla punkt na obiekcie, którego wielkość jest określona przez rozbieżność wiązki 2 i odległość od obiektu R: D=2Rtg2R. Część promieniowania odbitego i wstecznie rozproszonego jest zbierana przez soczewkę, jak pokazano na ryc.: (laser i soczewka odbiorcza są współosiowe).

Pokazane są tylko skrajne promienie wiązek z punktów w miejscu, które wpadają do soczewki. Na dużych odległościach promienie z punktu są praktycznie równoległe do siebie. Celem soczewki jest zebranie wystarczającej ilości światła z plamki i rzutowanie plamki na fotodetektor. Dlatego głównymi parametrami obiektywu są obszar zbierania światła, ogniskowa i pole widzenia. W przypadku lidarów kosmicznych, gdy odległość do badanych warstw atmosfery lub ziemi sięga setek kilometrów, konieczne jest zastosowanie soczewek o dużej średnicy 1…3 m, a nawet więcej, aby zebrać wystarczającą ilość światła, zwłaszcza podczas pracy w trybach rozpraszania Ramana lub absorpcji różnicowej. Średnica d i ogniskowa f" określają stosunek apertury obiektywu (apertura względna d/f"). Im jaśniejszy system, tym mniejszy rozmiar obraz, który tworzy. Pole widzenia soczewki jest określone przez kąt, pod jakim wiązka z skrajnego punktu plamki przechodzi przez środek źrenicy wejściowej soczewki (na rysunku). Rozmiar obrazu (nie większy niż rozmiar fotodetektora), ekwiwalentna ogniskowa (z uwzględnieniem dodatkowych elementów reprojekcyjnych w bloku spektralnym odbiornika) oraz kąt pola widzenia są powiązane zależnością 2a = 2f "tg, co pozwala na dobór parametrów określonych schematów i dobór potrzebnych elementów.W wielu przypadkach plamka rzutowana jest nie bezpośrednio na fotodetektor, ale na płaszczyznę przesłony polowej (obraz pierwotny), co ogranicza pole widzenia obiektywu. Regulując rozmiar przysłony polowej, można zmienić efektywny rozmiar plamki rzutowanej na fotodetektor. Innymi słowy, pozwala to na zmianę rozdzielczości przestrzennej pomiarów, a także redukcję siatki szumów z wielokrotnie rozproszonego Reprojekcja pierwotnego obrazu to także sposób na radzenie sobie ze światłem rozproszonym wewnątrz soczewki. Kiedy apertura pola ma maksymalny rozmiar, laser i soczewka lidaru odbiorczego są wzajemnie wyrównane (do maksimum odbieranego sygnału). Podczas pomiarów , apertura ma minimalny rozmiar. Diafragma ma zwykle postać tęczówki lub krążka z otworami o różnej średnicy.

Ponieważ lidar działa na odległych obiektach, soczewka musi budować obraz od niemal nieskończoności do skończonej odległości (w płaszczyźnie ogniskowej). Te. używane są teleobiektywy. Obliczenia optyczne teleobiektywu przeprowadzane są z uwzględnieniem faktu, że aberracyjne rozmycie krawędzi obrazu musi być minimalne lub akceptowalne z punktu widzenia utraty światła (winietowanie przy aperturze pola). W systemach takich jak dalmierze, skanery, batymetry średnica obiektywu jest niewielka - od 15 do 150 mm. Dlatego soczewki są zwykle soczewkami.

Soczewki stosowane w lidarach:

Lustro (reflektory) - użyj lustra jako elementu zbierającego światło.

Soczewka lustrzana (katadioptryczna) - jako elementy optyczne stosowane są zarówno lustra, jak i soczewki. Należy zauważyć, że soczewki są wielkością porównywalną do głównego lustra i służą do korygowania tworzonego przez nie obrazu.

Lustra mogą być lekkie, co jest ważne w lotnictwie, a zwłaszcza w systemach kosmicznych. Układy zwierciadlane budowane są według klasycznych schematów teleskopów: Newtona, Gregory'ego i Cassegraina. Po ognisku głównym warunkowo pokazywany jest obiektyw soczewkowy, co oznacza, że ​​w układzie odbiorczym znajduje się dodatkowa optyka. Systemy lustrzane zawsze mają centralne ekranowanie, nawet w schemacie Newtona, w którym odbiornik jest skupiony na osi. Przy małych polach widzenia w jednostkach sekund łukowych i małych otworach względnych (d/f” mniejszych niż 1:10) zamiast paraboloidy w schemacie Newtona stosuje się kulę, co jest preferowane ze względów ekonomicznych. Ze względu na małe wymagania dla jakości obrazu (wystarczy tylko zebrać energię) czasami możliwa jest wymiana wtórnego zwierciadła hiperbolicznego na sferyczne. przydatne dla lidarów kosmicznych z dużymi teleskopami.

Opcje względnego położenia lasera i teleskopu odbiorczego:

Na pierwszym schemacie tylna powierzchnia zwierciadła płaskiego ukośnego służy do ustawienia osi optycznych. W drugim schemacie teleskop odbiorczy jest również używany jako teleskop formujący, co wymaga surowszych wymagań dotyczących jego jakości (w przeciwnym razie wiązka lasera będzie się znacznie rozchodzić). Ponadto straty są w nim nieuniknione ze względu na zastosowanie rozdzielacza wiązki. Trzeci schemat wykorzystuje otwory w zwierciadłach głównych i ukośnych (lub wtórnych). Strefy centralne są zawsze nieczynne. Stosowane są również schematy, w których osie lasera i teleskopu nie są wyrównane - równoległe lub wzajemnie nachylone. Takie schematy nie pozwalają na jak najefektywniejsze wykorzystanie energii wiązki laserowej, ale pozwalają na pozbycie się jasnego punktu na osi (prawie zerowe pole widzenia), który może powodować przesycenie odbiornika. Obliczenia energetyczne powinny uwzględniać rozkład energii Gaussa w wiązce laserowej

3.1 Soczewka Newtona

Obwód ten został wynaleziony przez Izaaka Newtona w 1668 roku. Tutaj główne (paraboliczne) zwierciadło kieruje promieniowanie na małe płaskie zwierciadło ukośne znajdujące się w pobliżu ogniska. To z kolei odchyla wiązkę promieniowania na zewnątrz tuby, gdzie trafia do urządzenia odbiorczego.

Ten schemat ma minimalną liczbę elementów optycznych, co prowadzi do łatwości regulacji, niskich wymagań dotyczących obróbki lustra i niskich kosztów produkcji. Zwierciadło główne, ze względu na swoje duże rozmiary, wymaga czasu na stabilizację termiczną. Wymagana jest również okresowa regulacja lusterek, która często gubi się podczas transportu i podczas eksploatacji. System nie jest wolny od aberracji koma.

Soczewka Newtona jest używana w wielu lidarach, rozważ niektóre z nich:

1) Wielofalowy lidar ramanowski MRL-400

Działanie tego lidara opiera się na zjawisku ramanowskiego rozpraszania światła (efekt Ramana) - nieelastycznego rozpraszania promieniowania optycznego przez cząsteczki substancji (stałej, ciekłej lub gazowej), któremu towarzyszy zauważalna zmiana częstotliwości promieniowania. W widmie promieniowania rozproszonego pojawiają się linie widmowe, których nie ma w widmie światła pierwotnego (wzbudzającego). Liczba i położenie pojawiających się linii są określone przez strukturę molekularną substancji.

Promieniowanie laserowe jest teleskopowane przez pozaosiowy paraboliczny kolimator zwierciadlany. Laser wraz z kolimatorem montowany jest na lunecie odbiorczej, co umożliwia wykonywanie pomiarów pod dowolnym kątem do horyzontu.

Struktura lidara MRL-400

Źródło światła: laser Quantel Brilliant Nd:YAG z generatorem trzeciej harmonicznej

Energia impulsu: 300/300/200 mJ - 1064/532/355 nm

Częstotliwość powtarzania: 10 Hz

Pozaosiowy kolimator zwierciadlany paraboliczny o współczynniku powiększenia 5. Dielektryczne powłoki lustrzane zapewniają pracę kolimatora w zakresie długości fali 355, 532, 1064 nm.

Teleskop Newtona o aperturze 400 mm i ogniskowej 1200 mm.

2) Wielofalowy lidar aerozolowy PL-200

Struktura lidara PL-200

Źródło promieniowania: laser Nd:YAG z generatorem trzeciej harmonicznej.

Energia przy 355 nm: 70 mJ

Częstotliwość powtarzania: 25 Hz

Rozbieżność wiązki:< 1 мрад

Kolimator: Pozaosiowy kolimator paraboliczny z powłokami dielektrycznymi i współczynnikiem powiększenia 5 przeznaczony jest do jednoczesnego teleskopowania emitowanych długości fal (1064, 532, 355 nm).

Lidar wykorzystuje teleskop Newtona o aperturze 300 mm. Zwierciadło główne jest paraboliczne i ma ogniskową 970 mm.

3.2 Soczewka Cassegraina

Schemat został zaproponowany przez Lauren Cassegrain w 1672 roku. Zwierciadło główne o większej średnicy (wklęsłe; w pierwotnej wersji paraboliczne) rzuca promieniowanie na wtórne zwierciadło wypukłe o mniejszej średnicy (zwykle hiperboliczne). Zwierciadło wtórne znajduje się między zwierciadłem głównym a jego ogniskiem, a całkowita ogniskowa obiektywu jest większa niż ogniskowa głównego. Obiektyw o tej samej średnicy i ogniskowej ma prawie połowę długości tubusu i nieco mniej ekranowania niż Gregory. Tradycyjny reflektor Cassegraina jest trudny w wykonaniu (skomplikowane powierzchnie zwierciadeł - parabola, hiperbola), a do tego ma niedoskorygowaną aberrację koma. Ostatnia wada jest korygowana w różnych modyfikacjach schematu Cassegraina.

Spośród obiektywów SLR obiektyw Cassegraina jest najbardziej popularny ze względu na połączenie zwartości i długiej ogniskowej.

Rozważmy niektóre lidary, które wykorzystują teleskop odbiorczy zbudowany zgodnie ze schematem Cassegraina:

1) Stacjonarny kompleks lidarowy MVL-60

Wielofalowy lidar MVL-60 przeznaczony jest do operacyjnej zdalnej analizy charakterystyk formacji aerozolu atmosferycznego i chmur w atmosferze za pomocą lasera działającego na długości fali 1064 (IR), 532 (zielony) i 355 (UV) nm.

Lidarowa antena odbiorcza to teleskop, najczęściej zwierciadło, zwykle budowane według schematu Newtona lub Cassegraina. W teleskopie lidara MVL-60 o średnicy zwierciadła parabolicznego pierwotnego 60 cm zrealizowane są oba te schematy.

Teleskop pracując jako lidarowa antena odbiorcza realizuje schemat Cassegraina, kiedy odebrany odbity sygnał laserowy trafia najpierw na główne zwierciadło paraboliczne, następnie wtórne zwierciadło hiperboliczne, a następnie przez otwór w środku zwierciadła parabolicznego do zespołu analizatora , gdzie jest następnie rozprowadzany do różnych fotodetektorów i rejestrowany przez komputer.

Działając jako konwencjonalny instrument astronomiczny, teleskop realizuje schemat Newtona: w oś optyczną głównego zwierciadła parabolicznego wstawia się płaskie zwierciadło, za pomocą którego obraz odbierany przez zwierciadło główne jest wyświetlany pod kątem 90 stopni. wzdłuż osi teleskopu. W tym ognisku Newtona można umieścić okular lub kamerę wideo i uzyskać obrazy obiektów na rozgwieżdżonym niebie.

2) Lidar wielofalowy z kanałami Ramana

Emiter impulsów: laser Nd:YAG

Długość fali: 1064, 532 i 355 nm

Energia impulsu: 100/55/30 mJ

Szerokość impulsu: 10 ns

Częstotliwość impulsów: 10 Hz

Średnica wiązki laserowej (przedłużona): 50 mm

Rozbieżność wiązki laserowej: 0,3 mrad

Teleskop (średnica): Cassegrain, zwierciadło główne 300 mm

Kąt odbioru promieniowania: 0,6 - 5 mrad

Elastyczne długości fali rozpraszania: 1064, 532, 532 depolaryzacja i 355 nm

Długość fali ramanowskiej: 387, 407, 607 nm

3 . 3 Soczewka Grzegorz

Obwód ten został wynaleziony przez Jamesa Gregory'ego w 1663 roku. W systemie Gregory'ego promieniowanie z głównego wklęsłego zwierciadła parabolicznego kierowane jest do małego wklęsłego zwierciadła eliptycznego, które odbija wiązkę do fotodetektora umieszczonego w centralnym otworze zwierciadła głównego. Obecność zwierciadła wtórnego wydłuża ogniskową, a tym samym umożliwia stosowanie dużych powiększeń.

Rozmiar teleskopu odbiorczego, zbudowanego według schematu Gregory'ego, jest większy niż teleskop Newtona i prawie dwukrotnie większy niż soczewka Cassegraina, co zwiększa ekranowanie, komplikuje ustawienie i jego bezpieczeństwo, transport i ogólnie obsługę.

Ten schemat nie otrzymał takiego rozpowszechnienia jak schematy Newtona i Cassegraina, ponieważ przy innych rzeczach równych jego wady są bardziej znaczące i jest używany w niektórych szczególnych przypadkach.

Wniosek

W trakcie badania soczewek lustrzanych stosowanych w lidarach i porównywania ich ze sobą różne schematy, doszedłem do następującego wniosku:

Obiektywy SLR mają szereg zalet (w porównaniu do obiektywów):

ѕ Wysoka jasność i rozdzielczość

* Brak aberracji chromatycznych na lusterkach

* Wysoki współczynnik przepuszczalności światła

* Przy stosunkowo prostej konstrukcji układów luster możliwe jest uzyskanie w miarę idealnej korekcji aberracji sferycznej

* Systemy lustrzane nie zawierają powierzchni refrakcyjnych i dlatego nadają się do stosowania w obszarach widma IR i UV

Ale oprócz zalet obiektywy SLR mają również wady:

* Złożoność wytwarzania i kontroli powierzchni asferycznych luster

ѕ Trudności w ustawieniu systemów luster

* Utrudnienia związane z użytkowaniem dużych luster (wpływ warunków atmosferycznych, konieczność stabilizacji termicznej)

* Systemy lustrzane mają zwykle dużą komę, co zmniejsza użyteczne pole systemu. Ta wada jest eliminowana przez zastosowanie schematów soczewek lustrzanych.

Podobne dokumenty

Monokular pryzmatyczny: koncepcja, cel, cechy konstrukcyjne. Rozważenie schematu optycznego monokularów z układami pryzmatycznymi O. Malafeeva, główne elementy: soczewka, okular. Etapy obliczania aberracji okularu z pryzmatem w drodze wiązki wstecznej.

praca semestralna, dodano 18.01.2013


Obliczenia wymiarowe układu optycznego urządzenia. Uzasadnienie elementów mikroskopu. Badanie układu optycznego soczewki na komputerze. Obliczanie parametrów projektowych. Apertura numeryczna soczewki w przestrzeni. Parametry optyczne okularu Huygens.

praca semestralna, dodano 19.03.2012


Aparat jako urządzenie optyczne. Ogniskowa obiektywu fotograficznego. Pole widzenia obiektywu fotograficznego. Przysłona obiektywu. Lakiery rozświetlające. Standardowy zakres względnych otworów. Rozdzielczość obiektywu fotograficznego i odległość hiperfokalna.

prezentacja, dodano 30.01.2015


Różnorodność rynku urządzeń optycznych. Metody kontrastu obrazu. Slajdy i szkiełka nakrywkowe. Ochraniacze obiektywu. System pryzmatów i luster. Komory zliczeniowe i urządzenia pomiarowe. Nowoczesne bezpośrednie mikroskopy metalurgiczne.

streszczenie, dodano 27.11.2014


Idealny układ optyczny. Obliczenia pryzmatu, dobór okularu. Osiowo-symetryczny i przestrzenny układ optyczny. Parametry konstrukcyjne, aberracja soczewki i pryzmat. Obliczanie aberracji jednoocznych. Wydanie rysunku siatki. Triora przestrzeni przedmiotów.

test, dodano 02.10.2013


Rodzaje mikroskopów świetlnych, ich wyposażenie. Zasady użytkowania i pielęgnacji mikroskopu. Klasyfikacja soczewek stosowanych w przyrządach optycznych. Układy zanurzeniowe i komory zliczeniowe mikroskopów świetlnych. Metody kontrastu obrazu.

streszczenie, dodano 10.06.2014


Rola elektrotechniki w rozwoju przemysłu stoczniowego. Schemat funkcjonalny sterowania silnikiem asynchronicznym z wirnikiem klatkowym. Zasada działania obwodu elektrycznego wentylatora. Technologia montażu obwodów elektrycznych, stosowane materiały i narzędzia.

praca semestralna, dodano 12.12.2009


Analiza teoretyczna głównych obwodów generatora napięcia impulsowego wypełnionego gazem, zmontowanego zgodnie ze schematem Arkadiewa-Mraksa. Obliczanie obwodu rozładowania GVP, obwodu rozładowania dla aperiodyczności. Pomiar prądu i napięcia GIN. Wykonanie strukturalne.

praca semestralna, dodano 19.04.2011


Wybór obwodu generatora impulsów napięciowych i ogólny układ projektowy. Obliczenie obwodu rozładowania generatora, rezystancji rozładowania, czołowej i tłumika, przełączników instalacji testowania impulsów. Opracowanie schematu kontroli zakładu.

praca semestralna, dodano 29.11.2012


Pojęcie i zakres praktycznego zastosowania przetworników elektronowo-optycznych jako urządzeń przetwarzających sygnały elektroniczne na promieniowanie optyczne lub na obraz dostępny dla ludzkiej percepcji. Urządzenie, cele i zadania, zasada działania.

Właściciele patentu RU 2575766:

Wynalazek dotyczy dziedziny lokalizacji laserowej i elektroniki kwantowej i jest przeznaczony do stosowania w laserowych systemach i kompleksach lokalizacyjnych w celu wykrywania poruszających się obiektów i określania parametrów ich ruchu, w tym współrzędnych przestrzennych i prędkości ruchu. Proponowane urządzenie może być również wykorzystywane w laserowych systemach komunikacji kosmicznej do komunikacji ze statkiem kosmicznym w bliskiej lub głębokiej przestrzeni kosmicznej, a także do komunikowania się ze statkiem kosmicznym podczas jego lądowania na Ziemi przez warstwę plazmy otaczającą statek kosmiczny. Proponowane urządzenie należy do klasy systemów laserowych wykorzystujących metodę heterodynowania laserowego przy odbiorze i przetwarzaniu laserowych sygnałów lokalizacyjnych. Ta metoda odbioru sygnałów laserowych jest znana i badana w literaturze naukowej, w której odnotowuje się pewne zalety tej metody w porównaniu z metodą bezpośredniej fotodetekcji sygnałów laserowych. Szereg niedociągnięć w praktycznej implementacji heterodynowania laserowego nie pozwoliło jednak w pełni wykorzystać potencjału tej metody do tworzenia wydajnych laserowych systemów lokalizacji. szerokie zastosowanie. Główną wadą techniczną tej metody heterodynowania laserowego jest konieczność bardzo precyzyjnego dopasowania czoła fali odbieranego promieniowania laserowego (LI) i laserowego promieniowania heterodynowego na światłoczułym obszarze fotodetektora odbiorczego. Z monografii na stronie 156 wynika, że ​​w przypadku niedopasowania kątowego około 12 minut kątowych odbieranego i heterodynowego promieniowania laserowego, sygnał na wyjściu fotodetektora - fotomiksera o częstotliwości pośredniej zmniejsza się pięciokrotnie w stosunku do poziom sygnału przy zerowym niedopasowaniu kątowym. Taka zależność poziomu sygnału wyjściowego prowadzi do silnych fluktuacji i okresowego całkowitego zaniku sygnału wyjściowego, zmniejszenia prawdopodobieństwa wykrycia obserwowanych obiektów oraz spadku wydajności laserowego układu odbiorczego w rzeczywistych warunkach śledzenia szybko poruszających się obiektów.

Znany jest dalmierz laserowy ze schematem przetwarzania heterodynowego według niemieckiego patentu (Z. nr 2819320), zawierający laser, generator zegarowy, układ optyczny odbiorczo-nadawczy, lokalny oscylator laserowy, mikser optyczny odbieranego lasera promieniowania z lokalnym oscylatorem promieniowania, fotodetektorem, układem wzmacniającym i przetwarzającym sygnały o częstotliwościach pośrednich z wyjścia fotodetektora, układem pamięci i przetwarzania informacji. Do wad tego urządzenia należy zaliczyć niską wydajność i niską wykrywalność urządzenia podczas pracy w rzeczywistych warunkach obserwacji poruszających się obiektów w obecności różnego rodzaju szumów tła na wejściu odbiorczego układu optycznego. Wady te wynikają ze znacznej zależności poziomu sygnału o częstotliwości pośredniej (sygnału fotomiksującego) od dopasowania kątów padania promieniowania lokalnego oscylatora i odbieranego promieniowania laserowego na fotodetektor. Podczas śledzenia szybko poruszającego się obiektu kąt padania odbieranego promieniowania laserowego podlega ciągłym zmianom, co prowadzi do znacznych wahań poziomu sygnału o częstotliwości pośredniej na wyjściu fotodetektora i spadku tego poziomu, jak np. w wyniku czego zmniejsza się prawdopodobieństwo poprawnego wykrycia obiektu, dokładność określenia parametrów ruchu obiektu oraz sprawność działania urządzenia jako całości.

Znany lokalizator laserowy z heterodynową metodą odbioru sygnałów laserowych opracowany w USA, podany w książce Lokalizacja lasera na stronie 230, zawierający teleskop nadawczy i odbiorczy, nadajnik laserowy ze stopniami wzmacniania lasera, lokalny oscylator laserowy, zespół fotodetektora z jednostka wzmacniająca, główny oscylator laserowy, drugi fotodetektor, jednostka pomiaru i kontroli częstotliwości, jednostka przetwarzania i kontroli informacji. Wady tego kompleksu obejmują niską wydajność przy znacznej złożoności kompleksu. W kompleksie brakuje środków zapewniających ciągłe dopasowanie kątów padania na jednostkę fotoodbiorczą promieniowania laserowego lokalnego oscylatora i odbieranego promieniowania laserowego odbitego od towarzyszącego mu szybko poruszającego się obiektu. W wyniku ewentualnych zmian kąta padania na miejsce fotodetektora odbieranego promieniowania laserowego w trybie pracy detekcji i śledzenia obiektu dochodzi do dynamicznego niedopasowania wskazanych kątów padania, co prowadzi do silnych dodatkowych wahań poziomu sygnału o częstotliwości pośredniej oraz do całkowitej utraty sygnału i zakłócenia wykrywania i śledzenia obiektu. Kompleks ten wykorzystuje system regulacji częstotliwości generowania (długości fali) promieniowania głównego oscylatora laserowego (nadajnika laserowego). Jednak metoda zastosowana do strojenia długości fali generowania lasera za pomocą wewnątrzwnękowego piezokorektora nie ma wymaganej dokładności, co dodatkowo zmniejsza dokładność i wydajność radaru laserowego.

Jako prototyp wybrano lokalizator laserowy z trybem promieniowania pulsacyjnego, którego schemat podano w książce Lokalizacja laserowa na stronie 245. Ten lokalizator laserowy zawiera teleskop odbiorczy i nadawczy z jednostką wskazującą (skanującą), soczewkę, zespół fotodetektora, zespół przetwarzania i sterowania sygnałami, nadajnik laserowy, laserowy oscylator lokalny, zespół pomiaru częstotliwości, stałe tłumiki - pochłaniacze promieniowania, rozdzielacze wiązki. Wady tego urządzenia obejmują niską wydajność pracy na rzeczywistych poruszających się obiektach, a także małe prawdopodobieństwo poprawnego wykrycia poruszającego się obiektu ze względu na występowanie niedopasowania kątów padania w miejscu jednostki fotoodbiorczej odbierane promieniowanie laserowe i lokalne promieniowanie oscylatora w trybie detekcji i dynamicznego śledzenia poruszających się obiektów.

Osiągnięty efekt techniczny to: zmniejszenie zależności poziomu sygnału wyjściowego od zmian kąta padania odbieranego promieniowania laserowego (LI), wzrost wydajności laserowego systemu lokalizacji w warunkach detekcji i śledzenie poruszających się obiektów i przy silnym oświetleniu tła, zwiększenie prawdopodobieństwa poprawnego wykrycia obserwowanych obiektów, realizacja stabilnej komunikacji laserowej ze statkiem kosmicznym przez warstwę otaczającej plazmy przy wchodzeniu w gęste warstwy atmosfery podczas lądowanie statku kosmicznego na Ziemi.

Nowy wynik techniczny uzyskuje się w następujący sposób.

1. W lokalizatorze laserowym zawierającym lunetę z zespołem wskazującym zainstalowanym szeregowo na pierwszej osi optycznej, pierwszą soczewką, pierwszym zespołem fotodetektora, którego wyjście jest połączone z zespołem filtra widmowego, wyjścia są podłączone do układu sterowania nadajnika laserowego, heterodyny laserowej i jednostki pomiaru częstotliwości, wyjście nadajnika laserowego jest połączone optycznie z teleskopem i za pomocą półprzezroczystych i odbijających zwierciadeł z pierwszym wejściem optycznym jednostki pomiaru częstotliwości, którego drugie wejście optyczne jest połączone optycznie za pośrednictwem półprzezroczystego lustra z wyjściem optycznym lokalnego oscylatora laserowego, wejścia sterujące nadajnika laserowego, lokalnego oscylatora laserowego oraz wyjście jednostki pomiaru częstotliwości są podłączone do jednostki sterującej, pierwszy sterowany tłumik, pierwsza jednostka zmiany częstotliwości lasera, pierwsza jednostka skanowania promieniowania laserowego, której wyjście optyczne jest połączone optycznie z wejściem optycznym pierwszej jednostki fotoreceptorowej za pomocą luster odblaskowych i dwóch półprzezroczystych, drugie sterowane tłumik, połączone szeregowo optycznie, są wprowadzane do jednostki sterującej, drugiej jednostki zmiany częstotliwości promieniowania laserowego, drugiej jednostki skanującej promieniowaniem laserowym, której wyjście optyczne jest połączone optycznie za pomocą dwóch półprzezroczystych zwierciadeł z wejściem optycznym pierwszej jednostki fotoodbiorczej , wejścia optyczne pierwszego i drugiego sterowanego tłumika są optycznie połączone za pomocą półprzezroczystych zwierciadeł z wyjściem optycznym lokalnego oscylatora laserowego, połączone optycznie szeregowo trzeci sterowany tłumik, trzeci przesuwnik częstotliwości lasera i trzecia jednostka skanująca promieniowanie laserowe, zainstalowane szeregowo na drugiej osi optycznej, optycznie sprzężony modulator akustyczno-optyczny z jednostką sterującą, drugą soczewką, pierwszym zwierciadłem półprzezroczystym, sterowanym filtrem przestrzennym, trzecim obiektywem, drugim zwierciadłem półprzezroczystym, drugim jednostką fotoodbiorczą, wyjściem którego jest podłączony do wejścia drugiego bloku filtrów widmowych podłączonych do jednostki sterującej, wejście optyczne modulatora akustyczno-optycznego jest połączone optycznie za pomocą zwierciadła odblaskowego i półprzeźroczystego z wyjściem optycznym lokalnego lasera oscylatora, wyjście optyczne trzeciej jednostki skanującej promieniowanie laserowe jest połączone optycznie za pomocą zwierciadła odbijającego i drugiego zwierciadła półprzezroczystego z wejściem optycznym drugiej jednostki fotodetektora, wejście optyczne trzeciego sterowanego tłumika jest połączone optycznie z wyjście optyczne lokalnego oscylatora laserowego, trzecia jednostka fotodetektora, której wejście optyczne jest połączone przez pierwsze półprzezroczyste lustro z wyjściem optycznym drugiej soczewki, a wyjście jest połączone z jednostką sterującą jednostki fotodetektora podłączonej do jednostka sterująca, pierwsze i drugie zdalne zwierciadło połączone mechanicznie z jednostką ruchu, której wejście sterujące jest podłączone do jednostki sterującej, dynamiczny filtr widmowy, którego wejście optyczne jest połączone optycznie z wyjściem optycznym teleskopu przez pierwsze lustro skanujące i pierwsze zdalne lustro, a wyjście optyczne dynamicznego filtra widmowego przez drugie lustro skanujące i drugie zdalne lustro jest połączone optycznie z wejściem optycznym pierwszej soczewki, elektrodami sterującymi pierwszego i drugiego lustra skanującego są podłączone do jednostki sterującej zwierciadła skanującego, której wejście jest podłączone do jednostki sterującej, wejście sterujące dynamicznego filtra widmowego jest podłączone do jednostki sterującej, zdalny reflektor narożny podłączony optycznie do wejścia optycznego teleskopu i połączony mechanicznie do bloku do przesuwania reflektora narożnego podłączonego do jednostki sterującej, czwarty sterowany tłumik łączący optycznie wyjście optyczne nadajnika laserowego z lunetą, wejścia sterujące sterowanych tłumików są podłączone do jednostki sterującej, wejścia sterujące jednostki zmiany częstotliwości promieniowania laserowego i jednostki skanowania promieniowania laserowego są podłączone do jednostki sterującej.

2. Zespół zmiany częstotliwości promieniowania laserowego zawiera membranę wejściową, komórkę akustyczno-optyczną z jednostką sterującą, pierwszą soczewkę, przysłonę otworkową, drugą soczewkę i membranę wyjściową, optycznie sprzężone szeregowo na osi optycznej, podczas gdy elektroda kontrolna komórki akustyczno-optycznej jest połączona z jednostką sterującą komórki akustyczno-optycznej.

3. Jednostka skanująca promieniowaniem laserowym oparta jest na komórce akustyczno-optycznej, w której fale ultradźwiękowe są wzbudzane w celu zmiany kierunku propagacji promieniowania laserowego.

4. Dynamiczny filtr widmowy oparty jest na ogniwie akustyczno-optycznym, w którym wzbudzane są fale ultradźwiękowe, które oddziałują z odbieranym promieniowaniem laserowym przechodzącym przez ogniwo.

5. Nadajnik laserowy i laserowy oscylator lokalny wykonane są w oparciu o generatory laserowe z możliwością strojenia długości fali generowanego promieniowania laserowego.

na FIG. 1 przedstawia schemat blokowy radaru laserowego. na FIG. 2 przedstawia schemat blokowy laserowego przesuwnika częstotliwości. na FIG. 3 i 4 przedstawiają otrzymane eksperymentalnie widma odebranych sygnałów informacyjnych generowanych w laserowym systemie radarowym, a na ryc. 5 przedstawia widmo promieniowania interferencyjnego tła.

na FIG. 1, liczby oznaczają następujące elementy radaru laserowego.

1. Teleskop.

2. Prowadzenie blokowe.

3. Pierwsza soczewka.

4. Pierwsza jednostka fotodetektora.

5. Blok filtrów widmowych.

6. Jednostka sterująca.

7. Nadajnik laserowy.

8. Laserowy oscylator lokalny.

10. Pierwszy blok do przesuwania częstotliwości promieniowania laserowego.

11. Pierwszy blok do skanowania promieniowania laserowego.

12. Drugi blok do przesuwania częstotliwości promieniowania laserowego.

13. Drugi blok do skanowania promieniowania laserowego.

14. Pierwszy kontrolowany osłabiacz.

15. Drugi kontrolowany osłabiacz.

16. Trzeci kontrolowany osłabiacz.

17. Trzeci blok do przesuwania częstotliwości promieniowania laserowego.

18. Trzeci blok do skanowania promieniowania laserowego.

19. Modulator akustyczno-optyczny.

29. Jednostka sterująca modulatora akustyczno-optycznego.

20. Druga soczewka.

21. Pierwsze półprzezroczyste lustro.

22. Kontrolowany filtr przestrzenny.

23. Trzeci obiektyw.

24. Drugie półprzezroczyste lustro.

25. Druga jednostka fotodetektora.

26. Drugi blok filtrów widmowych.

27. Trzecia jednostka fotodetektora.

28. Jednostka sterująca trzecią jednostką fotodetektora.

29. Jednostka sterująca modulatora akustyczno-optycznego poz. 19 (wymienione powyżej).

30. Dynamiczny filtr widmowy.

31. Jednostka sterująca do skanowania lusterek poz. 35 i 36.

32, 33. Pierwsze i drugie zdalne lustro.

34. Blokada ruchu.

35. Pierwsze lustro skanujące.

36. Drugie lustro skanujące.

37. Zdalny reflektor narożny.

38. Blok do przesuwania reflektora narożnego.

39. Półprzezroczyste lustro.

40. Lustro odblaskowe.

41, 42, 43, 44. Lustra półprzezroczyste.

59. Lustro odblaskowe.

45, 46. Lustra odblaskowe.

47, 48. Półprzezroczyste lustra.

49. Zwierciadło odblaskowe umieszczone w cieniu optycznym kontrreflektora

50 poz. lunety 1.

58. Czwarty kontrolowany osłabiacz.

59. Lustro odblaskowe.

na FIG. 2 przedstawia następujące elementy.

51. Otwór wejściowy.

52. Komórka akustyczno-optyczna.

53. Jednostka sterująca komórki akustyczno-optycznej.

54. Pierwsza soczewka.

55. Membrana otworkowa.

56. Druga soczewka.

57. Otwór wyjściowy.

60. Element piezoelektryczny.

Zasada działania radaru laserowego jest następująca.

Nadajnik laserowy 7 generuje impulsy promieniowania laserowego, które oświetlają obserwowany obiekt. Teleskop 1 jest naprowadzany przez zespół wskazujący 2 na zadany obszar obserwowanej przestrzeni, w którym możliwe jest zlokalizowanie i przesunięcie wykrytego i obserwowanego obiektu. Promieniowanie laserowe odbite od obiektu jest wychwytywane przez teleskop 1 i jest ogniskowane z wyjścia teleskopu za pomocą pierwszej soczewki 3 na obszarze światłoczułym (wejście optyczne) pierwszego zespołu fotoodbiorczego 4. Jednocześnie reflektor narożny 37 jest usunięto z toru optycznego teleskopu 1 za pomocą jednostki ruchu 38, używanej w trybie testowania i regulacji lokalizatora laserowego. W tym samym czasie zdalne zwierciadła 32 i 33 zostały usunięte z toru optycznego kanału odbiorczego radaru laserowego za pomocą jednostki przemieszczającej 34. Jednocześnie dynamiczny filtr widmowy 30, stosowany w przypadku silnego zewnętrznego szumu tła, został wyłączony z toru optycznego. Sterowany tłumik 58 jest przełączany na standardowy tryb pełnej transmisji promieniowania nadajnika laserowego 7 (tryb zerowego tłumienia). Promieniowanie laserowe z wyjścia teleskopu 1 wchodzi bezpośrednio do wejścia optycznego pierwszej soczewki 3, która dodatkowo skupia odebrane promieniowanie laserowe odbite od obiektu na światłoczuły obszar pierwszej jednostki fotoodbiorczej 4. Jednocześnie obszar światłoczuły odbiera promieniowanie laserowe generowane przez laser heterodynowy 8 poprzez półprzezroczyste zwierciadła 42, 43 oraz dwie gałęzie zmiany parametrów promieniowania laserowego heterodynowego poz. 14, 10, 11 - pierwsza gałąź i poz. 15, 12, 13 - druga gałąź. Te dwie gałęzie tworzą dwa heterodynowe promieniowanie laserowe, za pomocą których pierwszy zespół fotodetektora 4 realizuje tryb heterodynowego odbioru laserowego (fotomiksowania) odbieranego promieniowania laserowego przy dwóch różnych częstotliwościach heterodynowego promieniowania laserowego. W związku z tym na wyjściu zespołu fotodetektora 4 powstają dwa sygnały elektryczne o dwóch różnych częstotliwościach pośrednich f1 i f2, które są następnie podawane na wejścia pierwszego bloku filtrów widmowych 5, w których oddzielne filtrowanie i wzmacnianie przeprowadzany jest każdy z generowanych sygnałów o częstotliwości pośredniej. Wygenerowane promieniowanie lasera heterodynowego wchodzi na wejście pierwszego zespołu fotodetektora 4 przez zwierciadło odbijające 46 i zwierciadła półprzezroczyste 47, 48 z wyjść 11 i 13. W tym przypadku, pierwsze promieniowanie lasera heterodynowego generowane przez elementy poz. 14, 10, 11 jest głównym, a drugim laserowym promieniowaniem heterodynowym, utworzonym przez elementy z poz. 15, 12, 13 ma charakter dodatkowy i służy do testowania i kontroli funkcjonalnej pracy radaru laserowego oraz do ustawiania i dostrajania parametrów pracy radaru laserowego bezpośrednio w trybie pracy wykrywania i śledzenia poruszającego się obiektu . Pierwsze 10 i drugie 12 bloków przesunięcia częstotliwości promieniowania laserowego (LI) są wykorzystywane do kompensacji przesunięcia częstotliwości Dopplera odbieranego promieniowania laserowego odbitego od obserwowanego poruszającego się obiektu. Pierwsze 11 i drugie 13 jednostek skanujących LI zapewnia kompensację niedopasowania czoła fal odebranego i heterodynowego promieniowania laserowego na wejściu optycznym pierwszego zespołu fotodetektora 4. Należy zauważyć, że obecność dwóch heterodynowych promieniowania na wejście pierwszego zespołu fotodetektora 4 nie zmniejsza potencjału (czułości) odbioru promieniowania laserowego odbitego od obserwowanego obiektu, ponieważ wielkość amplitudy sygnału o odpowiedniej częstotliwości pośredniej (uderzeniach) na wyjściu fotodetektora jednostka 4 jest proporcjonalna do wielkości odbieranego promieniowania laserowego i natężenia heterodynowego promieniowania laserowego określonego przez laserowy oscylator lokalny 8. W wyniku jednoczesnej rejestracji przez fotodetektor blok 4 odbieranego promieniowania laserowego pochodzącego z teleskopu 1, oraz promieniowanie laserowe z lokalnego oscylatora laserowego 8 przechodzące przez elementy gałęzi głównej poz. 14, 10, 11, na wyjściu jednostki fotodetektora 4 powstaje sygnał o częstotliwości pośredniej f 1, który wchodzi do jednostki filtra widmowego 5, gdzie przeprowadza się filtrowanie i wzmacnianie sygnału w odpowiedniej komórce filtra dostrojonej do odpowiednią wartość częstotliwości pośredniej sygnału elektrycznego. Następnie wzmocniony i zdigitalizowany sygnał z wyjścia bloku 5 wchodzi do bloku 6 w celu ostatecznego przetworzenia i rejestracji wyniku wykrycia odbitego promieniowania laserowego przez blok fotodetektora 3 i ustalenia wartości częstotliwości pośredniej f 1 przez liczbę komórka filtrująca sygnał częstotliwości pośredniej w bloku filtra widmowego 5. W tym przypadku stała wartość f 1 częstotliwość pośrednia określa wartość prędkości radialnej obserwowanego obiektu (wzdłuż wiązki celowniczej), gdyż jest ona równa częstotliwości różnica między odebranym promieniowaniem laserowym odbitym od obiektu a heterodynowym promieniowaniem laserowym wchodzącym na wejście zespołu fotodetektora 4 z zespołu wyjściowego poz. 11 przez zwierciadła 46, 47, 48. To (główne) promieniowanie heterodynowe ma wartość częstotliwości równą sumie częstotliwości promieniowania lokalnego oscylatora laserowego 8 i dodatkowego przesunięcia częstotliwości promieniowania laserowego realizowanego przez pierwszą jednostkę przesunięcia częstotliwości promieniowania laserowego 10, działający na podstawie sygnałów sterujących z wyjścia jednostki sterującej 6. Wartość różnicy między częstotliwościami promieniowania laserowego nadajnika laserowego 7 i lokalnego oscylatora laserowego 8 jest mierzona w sposób ciągły przez jednostkę pomiaru częstotliwości 9 i z jej wyjścia wchodzi do jednostki sterującej 6, w której znajdują się wszystkie informacje o wartościach ​z częstotliwości promieniowania laserowego generowanego przez nadajnik laserowy 7 oświetlający obiekt powstaje lokalny oscylator laserowy 8 oraz informacja o wartości sygnału przesunięcia częstotliwości promieniowania laserowego za pomocą bloku 10 oraz wartości częstotliwości pośredniej f 1 sygnału na wyjściu pierwszego bloku fotodetektora 4 (zgodnie z numerem filtra w bloku filtrów widmowych 6, który filtrował sygnał wyjściowy z bloku fotodetektora 4). Na podstawie uzyskanych informacji blok 6 w sposób ciągły oblicza przesunięcie częstotliwości promieniowania laserowego odbitego od obserwowanego obiektu w porównaniu z częstotliwością oświetlającego promieniowania laserowego oraz oblicza aktualną prędkość radialną obiektu za pomocą dobrze znanego wzoru Dopplera. Tak więc, laserowa jednostka przesunięcia częstotliwości 10 wykonuje pewne stałe przesunięcie częstotliwości promieniowania laserowego generowanego przez laserowy oscylator lokalny 8. Ta wartość przesunięcia częstotliwości jest ustawiana przez jednostkę sterującą 6 i jest wybierana w taki sposób, że częstotliwość pośrednia sygnału f 1 na wyjściu pierwszego zespołu fotodetektora 4 mieści się w siatce stałych częstotliwości zespołu filtrującego 5. Przy bardzo dużej prędkości ruchu obserwowanego obiektu, na przykład podczas śledzenia obiektów kosmicznych, wartość częstotliwości promieniowania laserowego Dobierane jest odpowiednio duże przesunięcie (rzędu kilku gigaherców), co zapewnia skuteczne śledzenie szybko poruszających się obiektów. Jednostka skanująca promieniowania laserowego 11 zapewnia ustalenie optymalnego kąta padania wiązki laserowego promieniowania heterodynowego na światłoczuły obszar pierwszej jednostki fotodetektora 4. Jednostka skanująca 11, jak również podobne jednostki poz. 13 i 18 wykonane są w oparciu o szybkie skanery akustyczno-optyczne i zapewniają precyzyjną dwuwspółrzędną zmianę kierunku propagacji heterodynowego promieniowania laserowego na wyjściu jednostek skanujących niezależnie w dwóch prostopadłych do siebie płaszczyznach, każda którego jest również prostopadła do płaszczyzny obszaru światłoczułego pierwszej jednostki fotoodbiorczej 4. Dodatkowo można zauważyć, że jednostki skanujące 11 i 13 zmieniają kierunek propagacji heterodynowego promieniowania laserowego padającego na obszar światłoczuły jednostka fotodetektora 4 względem pierwszej osi optycznej normalnej do płaszczyzny obszaru światłoczułego jednostki fotodetektora 4. Normalny standardowy kierunek propagacji heterodynowego promieniowania laserowego na wyjściu jednostki skanującej 11 i odpowiednio na wejściu jednostki fotoodbiorczej 4 jest równoległy i pokrywa się z pierwszą osią optyczną, w której heterodynowe promieniowanie laserowe z wyjścia jednostki skanującej 11 spada normalnie (prostopadle) na światłoczuły obszar bloku fotodetektora 4 po odbiciu od półprzezroczystego zwierciadła 48. W jednostce skanującej 11 w tym momencie ustalone są parametry kontrolne, które zapewniają określone normalne występowanie heterodynowe promieniowanie laserowe na światłoczuły obszar jednostki fotodetektora 4. W tym samym czasie parametry kontrolne z jednostki sterującej 6 są ustalane w jednostce przesunięcia częstotliwości 10, zapewniając pewną zadaną wartość częstotliwości pośredniej sygnał na wyjściu pierwszego zespołu fotodetektora 4, który wchodzi do zespołu filtrów widmowych 5. Zapewnia to standardowy tryb pracy lokalizatora laserowego oparty na heterodynowej metodzie odbierania promieniowania laserowego odbitego od obserwowanego obiektu. Jednocześnie druga gałąź tworzenia drugiego promieniowania heterodynowego, zawierająca elementy poz. 15, 12 i 13 generuje drugi heterodynowy sygnał promieniowania laserowego również oparty na promieniowaniu laserowym generowanym przez laser heterodynowy 8 i dostarczany na wejście tych elementów z wyjścia laserowego heterodynowego 8 przez półprzezroczyste zwierciadło 43. Druga jednostka przesunięcia częstotliwości lasera 12 zapewnia taką wartość przesunięcia, przy której wartość częstotliwości pośredniej sygnału na wyjściu zespołu fotodetektora 4 jest równa pewnej wartości f 2 i znacznie różni się od pierwszej częstotliwości pośredniej f 1 , co pozwala na ich filtrację oddzielnie w jednostce filtrującej 6, a następnie oddzielne przetwarzanie w jednostce sterującej 6. Jednostka filtra widmowego 5 zapewnia zestaw filtrów elektrycznych do filtrowania, a następnie wzmacniania sygnałów o częstotliwości pośredniej w pewnym zakresie widmowym w obszarze drugiej częstotliwości pośredniej fa 2 . Te widmowe filtry elektryczne są przeznaczone do odbierania i przetwarzania wskazanych sygnałów dudnienia (fotomiksowania) odebranego promieniowania laserowego i drugiego heterodynowego promieniowania laserowego utworzonego przez drugą gałąź elementów poz. 15, 12 i 13 oraz wejście w obszar światłoczuły pierwszej jednostki fotoodbiorczej 4 z wyjścia jednostki 13 przez półprzezroczyste zwierciadła 47 i 48. W momencie odbioru promieniowania laserowego odbitego od obserwowanego obiektu, za pomocą drugiego lasera jednostka skanująca promieniowanie 13 na polecenia z jednostki sterującej 6 następuje okresowa zmiana kierunku propagacji określonego drugiego heterodynowego promieniowania laserowego względem kierunku pierwszej osi optycznej, to jest względem normalnej do płaszczyzny światłoczuły obszar jednostki fotoodbiorczej 4. Zmiana kierunku propagacji drugiego heterodynowego promieniowania laserowego odbywa się za pomocą dwuwspółrzędnego skanera 13 w dwóch prostopadłych kierunkach względem normalnej do płaszczyzny światłoczułego obszaru jednostki fotoodbiorczej 4. W rezultacie kąt niedopasowania między kierunkiem (wektorem) propagacji odebranego promieniowania laserowego a drugim promieniowaniem heterodynowym, gdy padają one na światłoczuły obszar jednostki fotoodbiorczej 4. W rezultacie na wyjściu jednostki fotoodbiorczej 4 pojawia się tworzony jest drugi sygnał częstotliwości pośredniej f2, którego amplituda odzwierciedla ciągłą zmianę kąta niedopasowania między kierunkiem odbieranego promieniowania laserowego a kierunkiem propagacji drugiego heterodynowego promieniowania laserowego. W przypadku braku takiego niedopasowania, czyli przy zerowym kącie określonego niedopasowania i równoległości wektorów propagacji odebranego i drugiego heterodynowego promieniowania laserowego, poziom (amplituda) sygnału drugiej częstotliwości pośredniej w wyjście jednostki fotodetektora 4 będzie dążyć do najwyższej wartości. W tym przypadku wartość poziomu sygnału pierwszej częstotliwości pośredniej f1 na wyjściu pierwszej jednostki fotoodbiorczej 4 pozostaje niezmieniona ze względu na fakt, że kierunek wektora propagacji pierwszego heterodynowego promieniowania laserowego na wyjściu pierwsza jednostka skanująca 11 jest również niezmieniona i ustalona dzięki stałemu sygnałowi sterującemu dostarczanemu do jednostki skanującej 11 na wyjściu jednostki sterującej 6. W związku z tym kąt niedopasowania między wektorami propagacji odebranego promieniowania laserowego i pierwszego lasera heterodynowego promieniowanie, utworzone przez elementy pierwszej gałęzi poz. 14, 10, 13. Zatem w jednostce sterującej 6 w sposób ciągły generowana jest informacja o wartościach sygnałów dwóch częstotliwości pośrednich f 1 i f 2 uzyskanych na wyjściu pierwszej jednostki fotodetektora 4 w wyniku oddziaływanie (uderzenia) odbieranego promieniowania laserowego oraz pierwszego i drugiego heterodynowego promieniowania laserowego. Te dwa sygnały o częstotliwościach pośrednich f 1 i f 2 otrzymane z tego samego odebranego promieniowania laserowego i różnią się jedynie charakterem zmiany kąta niedopasowania między wektorami odebranego promieniowania laserowego a pierwszym i drugim heterodynowym promieniowaniem laserowym. W przeciwnym razie parametry sygnałów pierwszej i drugiej częstotliwości pośredniej są takie same. Sygnał pierwszej częstotliwości pośredniej uzyskano z tym samym kierunkiem wektora propagacji pierwszego heterodynowego promieniowania laserowego i odpowiednio z tym samym wskazanym kątem niedopasowania. Za podstawę porównania przyjmuje się wielkość tego pierwszego sygnału o częstotliwości pośredniej. Sygnał drugiej częstotliwości pośredniej uzyskano w warunkach ciągłej zmiany kierunku wektora propagacji drugiego heterodynowego promieniowania laserowego, a zatem przy ciągłej zmianie określonego kąta niedopasowania wektorów odebranej i drugiej heterodyny promieniowanie laserowe. Jednostka sterująca 6 w sposób ciągły porównuje zmianę amplitudy (poziomu) sygnału drugiej częstotliwości pośredniej względem poziomu sygnału pierwszej częstotliwości pośredniej w tym samym czasie z tym samym odebranym promieniowaniem laserowym i tym samym poziomem generowanego promieniowanie lokalnego oscylatora laserowego. Różnica między warunkami uzyskania sygnałów pierwszej i drugiej częstotliwości pośredniej to tylko różnica poziomów wskazanych kątów niedopasowania wektorów odbieranego i heterodynowego promieniowania laserowego. Dlatego też, gdy poziom sygnału drugiej częstotliwości pośredniej przekracza poziom sygnału pierwszej częstotliwości pośredniej w pewnym momencie i przy pewnej wartości kierunku wektora propagacji drugiego heterodynowego promieniowania laserowego w tym momencie, a w jednostce sterującej 6 podejmowana jest decyzja o uzyskaniu dokładniejszego dopasowania czoła fali odebranego i drugiego heterodynowego promieniowania laserowego, co skutkuje względnym wzrostem poziomu sygnału drugiej częstotliwości pośredniej na wyjściu pierwszej jednostki fotodetektora 4 Następnie jednostka sterująca 6 generuje sygnał sterujący wprowadzany do pierwszej jednostki skanującej 11 promieniowaniem laserowym, w wyniku czego jednostka skanująca 11 ustala kierunek wektora propagacji promieniowania laserowego na wyjściu tego bloku, podobny do kierunku wektor propagacji drugiego heterodynowego promieniowania laserowego na wyjściu drugiej jednostki skanującej 13 w czasie najwyższej wartości poziomu sygnału drugiej częstotliwości pośredniej, względem poziomu sygnału pierwszej częstotliwości pośredniej. Ten nowo znaleziony kierunek wektora pierwszego heterodynowego promieniowania laserowego jest ustalany w pierwszej jednostce skanującej promieniowaniem laserowym 11. Druga jednostka skanująca promieniowaniem laserowym 13 następnie kontynuuje ciągłą zmianę w czasie kierunku wektora propagacji promieniowania laserowego na wyjściu bloku 13 względem nowo znalezionego kierunku wektora propagacji promieniowania laserowego w kierunkach (płaszczyznach) poziomym i pionowym. Można argumentować, że na podstawie dwóch gałęzi powstawania pierwszego i drugiego heterodynowego promieniowania laserowego, pierwszego zespołu fotodetektora 4 i zespołu sterującego 6, powstał system automatycznego śledzenia i kontroli kąta niedopasowania wektorów propagacji realizowane jest odebrane i heterodynowe promieniowanie laserowe, które wyznacza optymalny (minimalny) kąt niedopasowania w metodzie heterodynowej odbierającej laserowe sygnały radarowe. Wspomniane monitorowanie poziomu niedopasowania między odebranym promieniowaniem laserowym a dwoma heterodynowymi promieniami laserowymi jest dalej przeprowadzane w sposób ciągły i ciągły podczas odbierania i śledzenia poruszającego się obserwowanego obiektu. Sterowane tłumiki pierwszy i drugi 14 i 15 służą do wyrównania wartości (natężenia) pierwszego i drugiego heterodynowego promieniowania laserowego na obszarze światłoczułym pierwszego zespołu fotodetektora 4.

Równolegle z kontrolą kąta niedopasowania odebranego i heterodynowego promieniowania laserowego w lokalizatorze laserowym następuje automatyczna regulacja i monitorowanie wartości pośredniej częstotliwości dudnień powstałej podczas interakcji odebranego i heterodynowego promieniowania laserowego w pierwszym zespole fotodetektora 4 Do realizacji tej funkcji wykorzystywany jest modulator akustyczno-optyczny 19, który wraz z drugą soczewką 20 przeprowadza w czasie rzeczywistym analizę widmową sygnałów elektrycznych o częstotliwości pośredniej pochodzących z wyjścia pierwszego zespołu fotodetektora 4 w świetle koherentnym promieniowanie wychodzące z wyjścia lokalnego oscylatora laserowego 8 poprzez zwierciadło półprzezroczyste 44 i zwierciadło odblaskowe 59 do wejścia optycznego modulatora akustyczno-optycznego 19. Sygnał elektryczny z wyjścia pierwszego zespołu fotodetektora 4 (z jednego z centralnych układów światłoczułych elementów) wchodzi do elektrody sterującej modulatora akustyczno-optycznego 19 przez jednostkę sterującą tego modulatora 29. W modulatorze akustyczno-optycznym 19 akustyczna fala ultradźwiękowa jest wzbudzana pod wpływem wzmocnionego w bloku 29 sygnału elektrycznego, odbieranego z wyjścia zespołu fotodetektora 4 i zawierające wygenerowane sygnały pierwszej i drugiej częstotliwości pośredniej. Wejście optyczne modulatora akustyczno-optycznego 19 odbiera monochromatyczną wiązkę promieniowania laserowego z wyjścia lokalnego oscylatora laserowego 8 przez półprzezroczyste zwierciadło 44 i zwierciadło odblaskowe 59. drugiej soczewki 20, powstaje wiązka promieniowania laserowego, modulowana sygnałem elektrycznym z wyjścia pierwszej jednostki fotodetektora 4. Soczewka 20 wykonuje optyczną transformatę Fouriera w spójnym świetle promieniowania laserowego heterodyny laserowej 8 i tworzy widmo przestrzenne modulowanej wiązki laserowej w płaszczyźnie ogniskowej soczewki 20, wyrównane z płaszczyzną kontrolowanego filtra przestrzennego 22 i jednocześnie połączone z obszarem światłoczułym trzeciej jednostki fotodetektora 27. Utworzone widmo przestrzenne jest odczytywane przez trzecią jednostkę fotodetektora 27 i przez jej jednostkę sterującą 28 wchodzi jednostka sterująca 6. W tym samym czasie przeprowadzana jest filtracja przestrzenna utworzonego widma przestrzennego przy użyciu kontrolowanego filtra przestrzennego 22. Powstające w czasie rzeczywistym widmo przestrzenne modulowanej wiązki laserowej to dwa rzędy widmowe odpowiadające dwóm sygnałom o częstotliwościach pośrednich f1 i f2 powstałych na wyjściu pierwszego zespołu fotodetektora 4 w wyniku oddziaływania odebranego promieniowania laserowego i dwa heterodynowe promieniowanie laserowe. Kontrolowany filtr przestrzenny 22 na sygnałach sterujących z wyjścia jednostki sterującej 6 przekazuje na wejście optyczne trzeciej soczewki 23 tylko rozkład promieniowania dowolnego rzędu widmowego, odpowiadający np. sygnałowi pierwszej częstotliwości pośredniej f 1. Możliwe jest również filtrowanie i wykluczanie niektórych składowych szumu i zakłóceń towarzyszących lub zawartych w pobliżu i razem z sygnałem pierwszej częstotliwości pośredniej. (Podobnie dla drugiej częstotliwości pośredniej). Następnie operacja odwrotnej transformacji (transformacji) przefiltrowanego rozkładu promieniowania pierwszej częstotliwości pośredniej na sygnał elektryczny do wprowadzenia do jednostki sterującej 6 jest przeprowadzana za pomocą drugiej jednostki fotodetektora 25. Trzecia soczewka 23 wykonuje odwrotną transformatę Fouriera w świetle spójnym i formuje się w płaszczyźnie ogniskowej soczewki 23 rozkład wiązki laserowej, w którym druga składowa sygnału o drugiej częstotliwości pośredniej jest filtrowana (wykluczana) za pomocą kontrolowanego filtra przestrzennego 22 oraz pewien szum i elementy zakłócające w sygnale pierwszej częstotliwości pośredniej są również wykluczone. Sterowany filtr przestrzenny 22 pełni funkcję dynamicznej przysłony przepuszczającej (okienka), która transmituje rozkład wiązki światła odpowiadający sygnałowi o pierwszej częstotliwości pośredniej f1. Jednocześnie trzecia heterodynowa wiązka laserowa z wyjścia lasera heterodynowego 8, dodatkowo formowana za pomocą trzeciej gałęzi elementów do formowania heterodynowego promieniowania laserowego, poz. 16, 17, 18. Ta wiązka laserowa wchodzi do wejścia optycznego (obszar światłoczuły) jednostki fotodetektora 25 przez lustro odblaskowe 45 i lustro półprzezroczyste 24. Tworzony jest filtrowany w czasie rzeczywistym sygnał elektryczny zawierający informacje odpowiadające informacjom zawartym wcześniej w sygnale pierwszej częstotliwości pośredniej f1 na wyjściu pierwszego zespołu fotodetektora 4. W tym przypadku częstotliwość (środkowa) tego sygnału jest określona zarówno przez wartość pierwszej częstotliwości pośredniej f 1, jak i przez wartość zadanego przesunięcia częstotliwości promieniowania laserowego f 3 w trzecim bloku przesunięcia częstotliwości LI 17, które jest ustawiana przez sygnał sterujący z wyjścia jednostki sterującej 6. Ta częstotliwość sygnału dudnienia na wyjściu jednostki fotodetektora 25 jest równa sumie częstotliwości f 1 + f 3 , gdzie f 3 jest wartością określonej regulowane przesunięcie częstotliwości promieniowania laserowego w zespole 17. Jednostka sterująca 6 w sposób ciągły generuje informację o aktualnej wartości częstotliwości sygnału pierwszej częstotliwości pośredniej pochodzącej z wyjścia trzeciego bloku fotodetektora 27 poprzez swoją jednostkę sterującą 28. wartość tej częstotliwości jest równa odległości od środka płaszczyzny ogniskowej (ognisko soczewki 20) położenia pierwszego rzędu dyfrakcji - znacznika z sygnału o częstotliwości pośredniej w widmie przestrzennym odebranej wiązki laserowej utworzonej w płaszczyźnie światłoczułego obszaru jednostki światłoczułej 27, utworzonej za pomocą drugiej soczewki 20. Położenie w płaszczyźnie ogniskowej tego rzędu dyfrakcji zmienia się cały czas, co odzwierciedla zmianę (fluktuacje) prędkości obserwowanego obiektu. Jednostka sterująca 6 w sposób ciągły generuje, zgodnie ze wskazaną informacją, sygnał sterujący, który wchodzi do trzeciej jednostki przesunięcia częstotliwości LI 17, która zapewnia kompensację bieżących zmian częstotliwości sygnału przefiltrowanego w sterowanym filtrze przestrzennym 22 i przetworzonego na sygnał elektryczny sygnału na wyjściu drugiego zespołu fotodetektora 25. W rezultacie określony sygnał częstotliwościowy na wyjściu drugiego zespołu fotodetektora 25 pozostaje niezmieniony i równy wartości roboczej częstotliwości filtrowania f 4 w jednym z wąskopasmowych filtry elektryczne w drugiej jednostce filtrów widmowych 26.

fa 1 +f 3 =f 4 = stała.

W ten sposób realizowany jest system automatycznego sterowania i śledzenia zmian częstotliwości odbieranego sygnału, w wyniku dopplerowskich przesunięć częstotliwości odbieranego promieniowania laserowego. Taki układ umożliwia stabilizację w wymaganych granicach częstotliwości odbieranego sygnału informacyjnego oraz zapewnia dalsze filtrowanie i przetwarzanie tego sygnału za pomocą filtra wąskopasmowego w drugim bloku filtrów widmowych 26, który odbiera aktualnie odbierany sygnał ze stabilizowaną częstotliwością środkową z wyjścia drugiej jednostki fotoodbiorczej 25, która odczytuje ten sygnał. Sygnał przefiltrowany w wąskopasmowym filtrze elektrycznym 26 jest dalej podawany na wejście jednostki sterującej 6 w celu dalszej analizy. Zastosowanie opisanego układu śledzenia i stabilizacji częstotliwości pośredniej odbieranego sygnału informacyjnego umożliwia filtrowanie sygnałów w drugim bloku filtrów widmowych 26 za pomocą specjalnych wąskopasmowych filtrów elektrycznych, bez których zastosowanie byłoby niemożliwe system śledzenia bieżących zmian częstotliwości pośredniej odbieranego sygnału informacyjnego. Umożliwia to zwiększenie prawdopodobieństwa prawidłowego wykrycia (wykrywalności) podczas końcowego przetwarzania i analizy odebranych informacji w jednostce sterującej 6. Podczas monitorowania częstotliwości odebranego sygnału informacyjnego poprzez zmianę (sterowanie) wielkością promieniowania laserowego przesunięcie częstotliwości w jednostce przesunięcia częstotliwości LI 17 w trzeciej jednostce skanującej LI 18 zmienia kierunek wektora propagacji promieniowania laserowego w celu dopasowania do czoła fali promieniowania laserowego padającego na światłoczuły obszar drugiej jednostki fotodetektora 25, a mianowicie: modulowane promieniowanie laserowe z wyjścia modulatora akustyczno-optycznego 19 i trzecie heterodynowe promieniowanie laserowe z wyjścia bloku 18. Informację o wymaganej wartości optymalnego kąta padania określonego trzeciego heterodynowego promieniowania laserowego uzyskuje się w jednostce sterującej 6 w oparciu o wielkość przesunięcia rzędu dyfrakcji od sygnału pierwszej częstotliwości pośredniej względem środka płaszczyzny kontrolowanego filtra przestrzennego 22 i odpowiednio środka obszaru światłoczułego trzeciej jednostki fotoodbiorczej 27. Informacja ta jest odczytywana przez trzeci blok fotodetektora 27, a następnie w sposób ciągły przepływa z wyjścia jego jednostki sterującej 28 do jednostki sterującej 6, w której generowane są niezbędne sygnały sterujące, które wchodzą do trzeciej jednostki skanującej promieniowaniem laserowym 18. W proponowanym radarze laserowym możliwe jest również zaimplementowanie innego sposobu śledzenia i kompensacji zmian wartości częstotliwości pośredniej odbieranego sygnału informacyjnego, w którym sygnał sprzężenia zwrotnego generowany w jednostce sterującej 6 do sterowania i kompensacji częstotliwości zmiany są podawane na wejście sterujące pierwszego zespołu przesunięcia częstotliwości lasera 10, w wyniku czego stabilizuje się pierwsza częstotliwość pośrednia odbieranego sygnału na wyjściu pierwszego zespołu fotodetektora 4. W tym przypadku wartość sterowania przesunięciem częstotliwości sygnał jest wyznaczany w jednostce sterującej 6 na podstawie pomiaru zmian wartości prądu drugiej częstotliwości pośredniej zgodnie z informacją dostarczoną do jednostki sterującej 6 z trzeciej jednostki fotodetektora 27. Możliwe jest również jednoczesne śledzenie zmian wartości częstotliwości pośredniej odebranego sygnału informacyjnego przez zastosowanie sygnału sterującego z wyjścia jednostki sterującej 6 do wejścia sterującego pierwszego bloku przesunięcia częstotliwości LI 10 i do wejścia sterującego trzeciego bloku przesunięcia częstotliwości LI 17. W tym przypadku dwuobwodowy układ dynamicznej kompensacji zmian częstotliwości pośredniej, który pozwala na zapewnienie szczególnie dużej dokładności śledzenia i kompensacji fluktuacji częstotliwości odbieranego sygnału informacyjnego na wejściu drugiego bloku filtrów widmowych 26, co pozwala na zastosowanie w tym bloku specjalnych filtrów wąskopasmowych oraz zwiększenie wykrywalności i skuteczności lokalizatora laserowego w warunkach zewnętrznego oświetlenia tła i zakłóceń. Należy zauważyć, że sygnał sterujący przesunięciem częstotliwości promieniowania laserowego utworzony w jednostce sterującej 6 i podawany na wejście sterujące trzeciej jednostki przesunięcia częstotliwości LI 17 zawiera ważna informacja o dynamice zmian prędkości ruchu obserwowanego obiektu kosmicznego i może służyć do analizy stanu i charakteru ruchu tego obiektu na orbicie kosmicznej. Modulator akustyczno-optyczny 19 i soczewka 20, tworząc na światłoczułym obszarze trzeciego bloku fotodetektora 27, widmo przestrzenne sygnału informacyjnego z wyjścia pierwszego bloku fotodetektora 4, jednocześnie pełnią ważną funkcję testowania i sterowania tryb działania kanału odbiorczego radaru laserowego, który obejmuje sam pierwszy blok fotodetektora 4 i elementy formujące, pierwsze i drugie heterodynowe promieniowanie laserowe poz. 8, 10-13. Wynika to z faktu, że na wyjściu jednostki fotoodbiorczej 4, oprócz sygnałów informacyjnych pierwszej i drugiej częstotliwości pośredniej, powstaje również sygnał dudniący (fotomiksowanie) pierwszego i drugiego heterodynowego promieniowania laserowego, częstotliwość z czego jest równa różnicy częstotliwości wskazanej pierwszej i drugiej heterodyny LI. Znak widmowy z tego sygnału dudnienia dwóch heterodynowych promieni laserowych w postaci dodatkowego rzędu dyfrakcji utworzonego przez soczewkę 20 jest odczytywany przez trzecią jednostkę fotodetektora 27 i przez jednostkę 28 wchodzi do jednostki sterującej 6 w celu późniejszego ciągłego monitorowania określonego dudnienia częstotliwość, równa odległości tego rzędu dyfrakcji od środka widma dyfrakcji pokrywającego się ze środkiem światłoczułego obszaru jednostki fotoodbiorczej 27. Poziom tego rzędu dyfrakcji jest proporcjonalny do intensywności pierwszego i drugiego heterodynowe promieniowanie laserowe. Kiedy zmienia się kąt między wektorami propagacji pierwszego i drugiego promieniowania heterodynowego, zmienia się ten poziom. W tym przypadku częstotliwości pierwszego i drugiego heterodynowego promieniowania laserowego na wyjściach jednostek przesunięcia częstotliwości LI 10 i 12 są dobrane tak, że ich różnica jest mniejsza niż te uzyskane na wyjściu pierwszej jednostki fotodetektora 4 pierwszej i drugiej drugie częstotliwości pośrednie w celu uniknięcia nakładania się na siebie sygnałów wskazanych dudnień z laserowego promieniowania heterodynowego i sygnałów wspomnianych częstotliwości pośrednich pierwszej i drugiej. W praktyce warunek ten jest łatwo spełniony poprzez odpowiedni dobór wartości przesunięć heterodynowego promieniowania laserowego w jednostkach przesunięcia częstotliwości LI 10 i 12. związanych z odbieranym promieniowaniem laserowym z obserwowanego obiektu i niewymagających obecności odbitego sygnałów z obiektu w celu określenia stanu normalnej pracy radaru laserowego. Jest to ważny czynnik zwiększający wydajność i niezawodność radaru laserowego. Proponowany lokalizator laserowy daje dodatkową możliwość zwiększenia odporności na zakłócenia i zwiększenia wydajności w warunkach wysokiego poziomu zewnętrznego szumu tła i oświetlenia, które występują podczas pracy w ciągu dnia w pobliżu silnego źródła promieniowania optycznego, np. podczas śledzenia obiektu, którego obraz znajduje się w pobliżu dysku słonecznego. Po pierwsze, podczas pracy w ciągu dnia, przy użyciu modulatora akustyczno-optycznego 19, obiektywu 20 i trzeciego zespołu fotodetektora 27, na wejściu teleskopu 1 tworzy się widmo przestrzenne ogólnego tła, skierowane na zadany obszar ​przestrzeń za pomocą jednostki wskazującej 2. Widmo tła jest tworzone w płaszczyźnie światłoczułego obszaru jednostki fotodetektora 27, wyrównanej z płaszczyzną ogniskową soczewki 20 za pomocą pierwszego półprzezroczystego zwierciadła 21. W tym przypadku odbiór sygnałów z wyjścia pierwszego zespołu fotodetektora 4 odbywa się w zakresie wybranych wcześniej częstotliwości pośrednich pierwszej i drugiej przy odpowiednich częstotliwościach pierwszego i drugiego heterodynowego promieniowania laserowego generowanych przez pierwsze 10 i drugie 12 bloków przesuwnych LI . Należy zauważyć, że częstotliwości tych heterodynowych promieni laserowych oraz wybrane częstotliwości pośrednie podczas filtrowania przestrzennego w sterowalnym zespole filtra przestrzennego 22, jak również całkowity zakres roboczy modulujących częstotliwości wejściowych w modulatorze akustyczno-optycznym 19 determinują widmową zakres wejściowego promieniowania laserowego rejestrowany w trybie odbioru heterodynowego przez zespół fotodetektora 4 i odpowiadający długości fali (zakresowi) oświetlającego promieniowania laserowego generowanego przez nadajnik laserowy 7. Informacja o całkowitym widmie promieniowania tła w określonym zakresie wybrane częstotliwości pracy nadajnika laserowego pochodzą z wyjścia trzeciego zespołu fotodetektora 27 przez zespół 28 do zespołu sterującego 6, gdzie analizowany jest poziom szumu tła i podejmowana jest decyzja o zastosowaniu dodatkowego dynamicznego filtru widmowego poz.30, który przeprowadza filtrację wąskopasmową promieniowania laserowego odbieranego przez teleskop 1, zanim to promieniowanie wejdzie na wejście optyczne (obszar światłoczuły) pierwszej jednostki fotoodbiorczej 4. W tym celu na polecenie jednostki sterującej 6 jednostka ruchu 34 wykonuje wprowadzenie pierwszego i drugiego zdalnego zwierciadła 32 i 33 na ścieżkę optyczną, jak pokazano na fig. 1. W tym przypadku promieniowanie laserowe z wyjścia optycznego teleskopu 1 wchodzi teraz na wejście pierwszej soczewki 1 nie bezpośrednio, ale po przejściu przez dynamiczny filtr widmowy 30. W wyniku odbicia od zwierciadeł 32 i 35 , odebrane promieniowanie laserowe przechodzi na wejście dynamicznego filtra widmowego 30. Po wąskopasmowej filtracji widmowej LI z wyjścia filtra widmowego 30, promieniowanie wchodzi na wejście soczewki 3 po odbiciu od zwierciadeł 36 i 33. Długość fali (częstotliwość) filtracji wąskopasmowej odbieranego promieniowania laserowego w dynamicznym filtrze widmowym 30 jest sterowana sygnałem z wyjścia jednostki sterującej 6 i odpowiada długości fali promieniowania laserowego generowanego przez nadajnik laserowy 7 , biorąc pod uwagę możliwe zmiany wartości przesunięcia Dopplera częstotliwości promieniowania laserowego odbitego od poruszającego się obiektu. W wyniku filtracji wąskopasmowej odbieranego promieniowania laserowego w dynamicznym filtrze widmowym 30 następuje odcięcie promieniowania tła zakłócającego oraz zmniejszenie poziomu zakłóceń szumu intermodulacyjnego na wyjściu pierwszej jednostki fotoodbiorczej 4, gdy pracuje ona w heterodynie tryb odbioru promieniowania laserowego odbitego od obiektu oświetlonego promieniowaniem laserowym z nadajnika laserowego 7, co zapewnia zwiększenie prawdopodobieństwa prawidłowej detekcji oraz zwiększenie skuteczności radaru laserowego w warunkach wysokiego poziomu zewnętrznego szumu tła. Jednocześnie dynamiczny filtr widmowy 30 blokuje pasmo odbiorcze kanału częstotliwości lustrzanej, które jest utworzone w optycznym odbiorniku heterodynowym w taki sam sposób jak w superheterodynowym odbiorniku radiowym. Wykluczenie odbioru szumu tła z częstotliwości odbioru lustrzanego dodatkowo zwiększa odporność na zakłócenia i efektywność proponowanego radaru laserowego. Pierwsze i drugie zwierciadło skanujące 35 i 36 zapewniają dokładne zawieszenie osi optycznej, gdy dynamiczny filtr widmowy 30 jest wprowadzany na odbierającą ścieżkę optyczną radaru laserowego. W tym celu pod wpływem sygnałów sterujących docierających do tych zwierciadeł z jednostki sterującej 31 zwierciadeł skanujących, te ostatnie zmieniają w niewielkim zakresie kierunek promieniowania odbitego od zwierciadeł, aby dokładnie ustalić kierunek promieniowania wyjściowego z teleskopu do wejścia filtra 30 i promieniowania wyjściowego z filtra 30 do wejścia obiektywu 3 Jednocześnie dokładna regulacja odbiorczego kanału optycznego i elementów optycznych zapewniających odbiór promieniowania laserowego odbitego od obiektu odbywa się w specjalnym trybie ustawiania lokalizatora laserowego, w którym zewnętrzny reflektor narożny 37 jest wprowadzany w optyczny tor nadawczo-odbiorczy za pomocą zespołu ruchu reflektora narożnego 38, jak pokazano na FIG. 1. W tym przypadku nadajnik laserowy 7 jest przełączany w tryb generowania promieniowania o minimalnym poziomie. Równocześnie sterowany tłumik 58 wykonuje dodatkowe tłumienie promieniowania laserowego z nadajnika 7 do poziomu umożliwiającego rejestrację promieniowania bez przeciążania pierwszego zespołu fotodetektora 4. Odbłyśnik narożny 37 zwraca na wejście lunety 1 część generowanego promieniowania laserowego dokładnie w kierunku osi charakterystyki promieniowania tego promieniowania skierowanego przez lunetę 1 za pomocą klocka wskazującego w kierunku obserwowanego obiektu. Ponadto, kontrolne promieniowanie laserowe utworzone przez reflektor narożny 37 jest rejestrowane przez jednostkę fotoodbiorczą 4, która ma czteroelementowy obszar światłoczuły. Za pomocą pierwszego i drugiego zwierciadła skanującego 35, 36 oś generowanego kontrolnego promieniowania laserowego jest prowadzona do środka światłoczułego obszaru pierwszej jednostki fotodetektora 4. światłoczuły obszar jednostki fotoodbiorczej 4 To kończy etap ustawiania dynamicznego filtru widmowego 30 wprowadzonego w tor odbiorczy lokalizatora laserowego.filtr widmowy 30.

W przypadku wykrycia znacznego poziomu szumu tła w powyższym trybie analizy tła w zakresie promieniowania laserowego generowanego przez nadajnik laserowy 7, w proponowanym lokalizatorze laserowym istnieje możliwość przełączenia na inną długość fali lub inny zakres długości fali, dla którego jest możliwe jest zastosowanie nadajnika laserowego i laserowego oscylatora lokalnego z dostrajaniem generowanych długości fal promieniowania laserowego. Równocześnie z dostrajaniem długości fal promieniowania laserowego generowanego w nadajniku laserowym i lokalnym oscylatorze laserowym przeprowadzane jest odpowiednie dostrajanie dynamiczne długości fali pasma filtrującego i odbiorczego w dynamicznym filtrze widmowym 30, jak a także dobór i ustalenie niezbędnych przesunięć częstotliwości w blokach przesunięć częstotliwości LI 10 i 12 oraz ustawienie wymaganych kątów padania heterodynowego promieniowania laserowego na obszar światłoczuły pierwszego zespołu fotodetektora 4. Realizuje to optymalną najbardziej wydajną tryb pracy radaru laserowego w wybranym zakresie odbioru laserowych sygnałów lokalizacyjnych i promieniowania przy minimalnym poziomie zewnętrznego oświetlenia tła i zakłóceń.

W proponowanym lokalizatorze laserowym jedną z ważnych funkcji pełnią laserowe układy przesunięcia częstotliwości poz. 10, 12 i 17. Na FIG. 2 przedstawia schemat blokowy takiej jednostki przesunięcia częstotliwości lasera opartej na komórce akustyczno-optycznej 52, która moduluje promieniowanie laserowe przechodzące przez komórkę. Wejście optyczne komórki akustyczno-optycznej 52 (ryc. 2) przez szczelinę wejściową 51 odbiera promieniowanie laserowe generowane przez lokalny oscylator laserowy 8 i dostarczane (patrz ryc. 1) przez półprzezroczyste lustro 42 i pierwszy sterowany tłumik 14 do wejście jednostki przesunięcia częstotliwości LI poz. 10. Przechodząc przez komórkę akustyczno-optyczną 52, promieniowanie laserowe oddziałuje z falą ultradźwiękową o określonej częstotliwości, wzbudzaną w tej celi za pomocą specjalnego elementu piezoelektrycznego 60, który styka się z kryształem komórki akustyczno-optycznej 52. W wyniku tego oddziaływania na wyjściu komórki akustyczno-optycznej 52 powstaje wiązka promieniowania laserowego, której częstotliwość jest przesunięta o wartość częstotliwości fali ultradźwiękowej w komórce akustyczno-optycznej, częstotliwość którego jest określona i ustawiona w jednostce sterującej 53 tej komórki akustyczno-optycznej. Za pomocą pierwszej soczewki 54 generowana wiązka laserowa o częstotliwości przesuniętej o zadaną wartość, określoną w bloku 53 poleceniami z jednostki sterującej 6, jest kierowana do płaszczyzny otworu 55, znajdującego się ściśle na osi optycznej tego bloku przesunięcia częstotliwości LI. Ten otwór ma średnicę przelotowego otworu 0,2-0,4 mm. Termin „punkt” jest warunkowy i odzwierciedla małą średnicę otworu membrany. Druga soczewka 56 rozszerza wiązkę laserową filtrowaną przez osiową przesłonę otworkową 55 do przesłony wyjściowej 57. Przysłona 55 jest umieszczona w przedniej płaszczyźnie ogniskowej soczewki 56 wzdłuż osi optycznej bloku i ma przesuniętą częstotliwość promieniowania laserowego dokładnie o częstotliwość fali ultradźwiękowej, która jest ustawiana w jednostce sterującej 53 przez komórkę akustyczno-optyczną zgodnie z sygnałem sterującym pochodzącym z jednostki sterującej 6. Zatem w jednostkach przesunięcia częstotliwości LI kontrolowane przesunięcie częstotliwości przepuszczanie promieniowania laserowego o wartość przesunięcia określoną w jednostce sterującej 6 bez zmiany kierunku propagacji tego promieniowania. Komórka akustyczno-optyczna 52 działa w trybie dyfrakcji Bragga, w którym na wyjściu komórki powstaje tylko jedna ugięta wiązka laserowa, do której pompowana jest cała energia promieniowania laserowego docierającego do komórki. Podczas oddziaływania promieniowania laserowego z akustyczno-optyczną falą ultradźwiękową w komórce 52 zmienia się kierunek propagacji wiązki laserowej wychodzącej z komórki. W związku z tym przesłona 55 jest przemieszczana z ogniska pierwszej soczewki 54, w wyniku czego część generowanego promieniowania o przesuniętej częstotliwości promieniowania laserowego zawsze wchodzi do przesłony. W celu wyeliminowania efektu zmiany kierunku rozchodzenia się promieniowania laserowego, z przesunięciem jego częstotliwości, możliwe jest również zastosowanie odbłyśnika dyfuzyjnego tworzącego szeroki wzór promieniowania padającego promieniowania laserowego o przesuniętej częstotliwości promieniowania, od którego promieniowanie jest następnie emitowany za pomocą przysłony otworkowej, rozchodząc się ściśle wzdłuż osi optycznej bloku przesunięcia częstotliwości lasera. Działanie ogniwa akustyczno-optycznego, w którym realizowane jest przesunięcie częstotliwości promieniowania laserowego, zostało szczegółowo opisane w monografii. Przesunięcie częstotliwości promieniowania laserowego można przeprowadzić zarówno w kierunku dodatnim, jak i ujemnym. Należy zauważyć, że metoda przesunięcia częstotliwości stosowana w jednostkach przesunięcia częstotliwości LR oparta na akustyczno-optycznym oddziaływaniu promieniowania laserowego w komórce akustyczno-optycznej jest bardzo dokładna, ponieważ wartość przesunięcia jest określana bezpośrednio przez częstotliwość sygnału sterującego w jednostce sterującej 53 komórki akustyczno-optycznej, w której określona częstotliwość jest ustawiana z dużą dokładnością za pomocą specjalnego syntezatora częstotliwości, który jest częścią tej jednostki sterującej 53. Należy również zwrócić uwagę na dużą szybkość tej metody, która umożliwia przesuwanie częstotliwości LR o częstotliwość powtarzania impulsów nadajnika laserowego i monitorowanie zmiany częstotliwości pośredniej na wyjściu pierwszego zespołu fotodetektora 4 podczas obserwacji szybko poruszających się obiektów kosmicznych. Należy zauważyć, że do przesunięcia częstotliwości LR można wykorzystać różne efekty fizyczne, na przykład możliwe jest wykorzystanie nieliniowego oddziaływania promieniowania optycznego w nieliniowych kryształach optycznych. Ważną funkcję w proponowanym lokalizatorze laserowym pełnią jednostki skanujące pod kątem promieniowania laserowego poz. 11, 13 i 18. Bloki te wykonane są na bazie akustyczno-optycznych komórek odchylających promieniowanie laserowe - precyzyjnych skanerów promieniowania laserowego. Wysoką dokładność ugięcia uzyskuje się w skanerach akustyczno-optycznych dzięki temu, że sygnałem sterującym określającym tu kąt ugięcia promieniowania laserowego jest sygnał elektryczny wzbudzający w komórce falę akustyczną, której częstotliwość ustawia się z dużą dokładnością za pomocą syntezator częstotliwości, który jest częścią tej jednostki skanującej promieniowaniem laserowym. Jednocześnie jednostki skanujące oparte na komórkach akustyczno-optycznych mają dużą prędkość, wyznaczoną przez dużą prędkość propagacji fali akustycznej przez komórkę akustyczno-optyczną. Należy zauważyć, że przy zmianie kierunku kąta propagacji promieniowania laserowego przez jednostkę skanującą LI 11, 13 i 18 następuje pewne przesunięcie częstotliwości promieniowania laserowego, które jest określone przez częstotliwość zastosowanego sygnału sterującego do komórki akustyczno-optycznej tej jednostki skanującej. Aby skompensować to przesunięcie częstotliwości odchylonego promieniowania laserowego w poprzednim bloku przesunięcia częstotliwości (na przykład blok 10 przed skanowaniem bloku 11), wykonywane jest dodatkowe przesunięcie częstotliwości do przodu lub główne przesunięcie częstotliwości LI w bloku przesunięcia częstotliwości 10 odbywa się z istniejącym lub zadanym dodatkowym przesunięciem częstotliwości w kolejnym blokowym skanowaniu promieniowania laserowego 11. Tak więc sekwencyjnie instalowany zespół przesunięcia częstotliwości lasera 10 oraz zespół skanujący promieniowaniem laserowym 11, wykonane na bazie komórek akustyczno-optycznych, działają jako pojedyncza jednostka (element) do przesunięcia częstotliwości i skanowania promieniowaniem laserowym pod kontrolą sygnałów pochodzących z jednostki sterującej 6 i zapewniają wysoką dokładność zmiany częstotliwości i kierunku propagacji promieniowania laserowego w określonych granicach. Obecnie opracowano komórki akustootyczne, które działają w zakresie długości fal od bliskiego ultrafioletu do średniej podczerwieni, zapewniając przesunięcie długości fali promieniowania laserowego o około 2 (dwa) gigaherce, a przy zastosowaniu kilku kaskad oddziaływania promieniowania laserowego z akustycznym fali, zapewniają przesunięcie częstotliwości promieniowania laserowego do 10 gigaherców, co jest wystarczające do skompensowania przesunięcia Dopplera podczas śledzenia i komunikacji laserowej z obiektami kosmicznymi. Jako jednostki skanujące dla promieniowania laserowego możliwe jest również zastosowanie zwierciadeł skanujących z kontrolnymi elementami piezoelektrycznymi, podobnych do stosowanych do skanowania zwierciadeł poz. 35 i 36.

W lokalizatorze laserowym dynamiczny filtr widmowy 30 jest realizowany na bazie komórki akustyczno-optycznej oraz elementu piezoelektrycznego, który wzbudza w komórce akustyczno-optycznej fale ultradźwiękowe o określonej częstotliwości i natężeniu. W rezultacie na wyjście optyczne bloku 30 przechodzi tylko promieniowanie laserowe w zadanym wąskim zakresie widmowym określonym przez częstotliwość sygnału sterującego generowanego z dużą dokładnością za pomocą syntezatora częstotliwości zawartego w bloku 30. W tym przypadku istnieje pewne dodatkowe kontrolowane przesunięcie częstotliwości odebranego promieniowania laserowego przechodzącego przez dynamiczny filtr widmowy 30. To dodatkowe znane przesunięcie częstotliwości odebranego LI jest uwzględniane i kompensowane przez bloki przesunięcia częstotliwości promieniowania laserowego 10 i 12, gdy te bloki ustawiają określoną wartość przesunięcie częstotliwości generowanego heterodynowego promieniowania laserowego za pomocą poleceń z jednostki sterującej 6. W ten sposób bloki przesunięcia częstotliwości promieniowania laserowego 10 i 11 wykonują dodatkową funkcję kompensacji przesunięcia częstotliwości odbieranego promieniowania laserowego, gdy przechodzi ono przez dynamiczne filtr widmowy 30. Dodatkowo dynamiczny filtr widmowy 30 zawiera specjalną jednostkę sterującą, która zawiera syntezator częstotliwości, który zapewnia tworzenie zestawu sterujących sygnałów elektrycznych o dokładnej wartości częstotliwości w celu wzbudzenia fal ultradźwiękowych z podane parametry, zapewniającą dynamiczną filtrację odbieranego promieniowania laserowego. Zasada działania i charakterystyka ogniw akustyczno-optycznych stosowanych w dynamicznych filtrach spektralnych, skanerach akustyczno-optycznych i przesuwnikach częstotliwości została opisana w monografii oraz w licznych publikacjach.

Jako bloki filtrów widmowych 5 i 26 zastosowano nowoczesne elektryczne filtry wąskopasmowe działające w zakresie od 0,1 do setek megaherców. Jednocześnie zespoły filtrujące 5 i 26 posiadają kompletne zestawy spektralnych filtrów elektrycznych podłączonych pojedynczo i oddzielnie do każdej elektrody wyjściowej czteropunktowego elementu światłoczułego zespołów fotodetektorów, stanowiących wyjście układu kompensacji zmian częstotliwości sygnał informacyjny, który zapewnia wejście tego sygnału do wąskiego pasma odpowiedniego filtra w bloku 26 w warunkach śledzenia szybko poruszającego się obiektu. Blok 26 zawiera pewien zestaw wąskopasmowych filtrów widmowych dostrojonych do określonej liczby stałych częstotliwości filtrowania elektrycznego, który umożliwia filtrowanie wąskopasmowe odbieranych sygnałów w pewnym zakresie częstotliwości pośrednich, określonych przez częstotliwość sygnału przychodzącego od wyjścia pierwszego bloku fotodetektora 4 do modulatora akustyczno-optycznego 19 oraz częstotliwości promieniowania laserowego generowanego na wyjściu bloku przesunięcia częstotliwości promieniowania laserowego 17. Bloki 5 i 26 zawierają również wzmacniacze elektroniczne oraz szereg środków do digitalizacji wzmocnionych i przefiltrowanych sygnałów w celu wprowadzenia informacji do jednostki sterującej 6. Bloki 5 i 26 mogą również zawierać demodulatory odebranych elektrycznych sygnałów o wysokiej częstotliwości (detektory RF) podczas wykonywania różnych algorytmów przetwarzania odebranych laserowych sygnałów lokalizacyjnych i laserowych sygnałów komunikacji kosmicznej. Blok filtrów widmowych 5 zawiera zestaw filtrów elektrycznych o stałej szerokości pasma, dostrojonych do szeregu częstotliwości (pośrednich) w obszarze pierwszej częstotliwości pośredniej i drugiej częstotliwości pośredniej. Blok filtrów widmowych 5 zawiera również zestaw odpowiednich wzmacniaczy elektrycznych i przetworników analogowo-cyfrowych, które przetwarzają na postać cyfrową wzmocnione i przefiltrowane sygnały elektryczne na wejście do jednostki sterującej 6, która jest wyspecjalizowanym komputerem wielofunkcyjnym.

Jako jednostkę sterującą 6, która steruje wszystkimi jednostkami i elementami radaru laserowego oraz przetwarza informacje pochodzące z jednostek fotodetektora i jednostki pomiaru częstotliwości 9, zastosowano wielofunkcyjny komputer elektroniczny o dużej wydajności, wyposażony w odpowiednie interfejsy zapewniające równoległa komunikacja z jednostkami i elementami lokalizatora laserowego. Jednostka sterująca 6 zawiera również wyświetlacz do wyświetlania informacji oraz pulpit sterowniczy operatora.

Jednostka wskazująca 2 celuje w oś teleskopu 1 cal dany punkt obserwowanej przestrzeni, a następnie śledzenie wykrytego poruszającego się obiektu. Blok 2 wykonany jest w oparciu o sterowane silniki krokowe. Krokowe silniki elektryczne są również stosowane w jednostce ruchu 34 iw jednostce ruchu 38 odległego reflektora narożnego 37.

Jednostka pomiaru częstotliwości 9 jest standardowa, podobna do zastosowanej w prototypie i zawiera fotodetektor, na którego wejście otrzymuje się promieniowanie laserowe z nadajnika laserowego 7 i laserowego oscylatora lokalnego 8. Z wyjścia tego fotodetektora sygnał dudnienia o częstotliwości pośredniej jest wzmacniany, przetwarzany cyfrowo i cyfrowo podawany do jednostki sterującej 6, gdzie przeprowadzany jest końcowy pomiar pośredniej (różnicowej) częstotliwości dudnienia nadajnika laserowego i lokalnego oscylatora, na przykład poprzez zliczanie impulsów w ustalonym okresie czasu. Gdy zostanie wykryta zmiana częstotliwości z powodu niestabilności częstotliwości nadajnika lub lokalnego oscylatora, wartość przesunięcia częstotliwości jest regulowana w blokach przesunięcia częstotliwości LI 10 i 12, co jest dokładniejsze i wydajniejsze niż stabilizacja częstotliwości w nadajniku laserowym w prototypie. Półprzezroczyste zwierciadło 39 rozgałęzia bardzo małą ilość promieniowania z nadajnika laserowego 7 do wejścia jednostki 9 pomiaru częstotliwości, wystarczającą do normalnej pracy tej jednostki. Główna część promieniowania nadajnika laserowego 7 (99,9%) przechodzi przez zwierciadło 39 na wejście sterowanego tłumika 58, a następnie do zwierciadła odbiciowego 49. Sterowany tłumik 58 nie tłumi promieniowania w trybie standardowym i całkowicie przechodzi cały transmitowany strumień światła. Jako sterowane tłumiki promieniowania laserowego poz. 14, 15, 16 i 58 stosuje się sterowane przyrządy optyczne produkcji przemysłowej, które zapewniają mechaniczne nakładanie się przekroju poprzecznego przechodzącej wiązki promieniowania laserowego w postaci sterowanej przysłony lub sterowanej przesłony. Możliwe jest również zastosowanie sterowanych szybkich modulatorów elektrooptycznych transmitowanego strumienia świetlnego. Sterowane tłumiki 14, 15, 16 są przeznaczone do ustalania poziomów heterodynowego promieniowania laserowego, zapewniając standardowy tryb pracy zespołów fotodetektorów 4, 27 i 25. Sterowane tłumiki 14 i 15 tworzą dwa heterodynowe promieniowanie laserowe o tym samym poziomie na wejściu pierwszego zespołu fotodetektora 4. Sterowany tłumik 58 tłumi poziom sygnału nadajnika laserowego 7, który jest odgałęziony zdalnym reflektorem narożnym 37 na wejście teleskopu 1, do poziomu standardowej czułości pierwszego zespołu fotoodbiorczego 4. Sterowany filtr przestrzenny 22 wykonana jest na bazie przeźroczystości optycznej, na przykład na bazie ciekłych kryształów i matrycy elektrodowej, zapewniając kontrolowane adresowanie elektryczne za pomocą poleceń z jednostki sterującej 6, w wyniku czego transmisja poszczególnych elementów płaszczyzny filtra przestrzennego 22 jest sterowany, wyrównany z płaszczyzną ogniskową soczewki 20, która tworzy w tej płaszczyźnie widmo przestrzenne odebranego sygnału informacyjnego, który ma być filtrowany. Przemysł produkuje różne sterowane przeźrocza i oparte na nich filtry przestrzenne, a także sterowane tłumiki i sterowane przesłony optyczne na bazie ciekłych kryształów. Możliwe jest również zastosowanie kineskopu modulującego światło z wiązką katodową z elektronicznym adresowaniem elementów transmitujących promieniowanie w płaszczyźnie ogniskowej soczewki 20 jako kontrolowanej przezroczystości.

W radarze laserowym nowoczesne generatory laserowe o dość wąskim paśmie generowania promieniowania laserowego od ultrafioletu do średniej podczerwieni mogą służyć jako nadajnik laserowy i heterodyna laserowa. Obecnie w tych zakresach istnieje duża liczba generatorów laserowych, które mają również możliwość dostrajania długości fali generowania w określonych granicach. W tym samym czasie opracowano i produkuje się w przemyśle różne komórki i urządzenia akustootyczne oparte na kryształach optycznych, działające w zakresie długości fal od ultrafioletu do bliskiej i średniej podczerwieni. Bloki fotodetektorów wykonane są w oparciu o czteromiejscowe odbiorniki promieniowania laserowego (blok fotodetektorowy pierwszy i drugi poz. 4 i 25) oraz wieloelementowe matryce fotodetektorowe (blok fotodetektorowy 27). Obecnie istnieje duża liczba fotodetektorów opartych na różnych zasadach fizycznych, działających we wszystkich określonych zakresach długości fal. W proponowanym lokalizatorze laserowym możliwe jest również zastosowanie wieloelementowych fotodetektorów matrycowych dwuwymiarowych w zespole fotodetektorów 4 przy zapewnieniu dopasowania czoła fal odbieranego i heterodynowego promieniowania laserowego z wykorzystaniem układu automatycznej kontroli kierunku propagacji heterodynowego promieniowania laserowego zaproponowanego i zastosowanego w tym lokalizatorze laserowym. Tym samym, w oparciu o nowoczesną bazę elementarną elektroniki kwantowej, możliwe jest wdrożenie zaproponowanego lokalizatora laserowego, który charakteryzuje się wysoką sprawnością działania w warunkach silnego oświetlenia tła oraz zapewnia większe prawdopodobieństwo wykrycia szybko poruszających się obiektów kosmicznych oraz wyższą zawartość informacji i rzetelność mierzonych parametrów ruchu obserwowanych obiektów.

Proponowany lokalizator laserowy może być wykorzystany jako laserowe urządzenie komunikacyjne do komunikacji z ruchomymi obiektami poruszającymi się w przestrzeni powierzchniowej, jak również do komunikacji z obiektami kosmicznymi w bliskiej i dalekiej przestrzeni. Przy realizacji laserowej komunikacji kosmicznej proponowany lokalizator laserowy wykrywa obiekt i śledzi wykryty obiekt kosmiczny (statek kosmiczny) w trybie emitowania sondującego sygnału laserowego i odbierania odbitego laserowego promieniowania oświetlającego. Jednocześnie promieniowanie laserowe generowane przez nadajnik laserowy 7 jest modulowane przez sygnał informacyjny dochodzący z jednostki sterującej 6 do modulatora promieniowania laserowego, który jest częścią nadajnika laserowego 7. Zmodulowany sygnał laserowy odbija się od obserwowanej przestrzeni obiekt po odebraniu przez zespół fotodetektora 4, przetworzony i wstępnie przefiltrowany przez bloki 19 i 22, zostaje poddany filtracji wąskopasmowej i digitalizacji w drugim bloku filtrów widmowych 26, a następnie przesłany do bloku sterującego 6 w celu ostatecznej obróbki, demodulacji i pozyskiwania informacji przesyłanych ze statku kosmicznego. W tym przypadku ten ostatni musi być wyposażony w laserowe urządzenie nadawczo-odbiorcze, podobne do lokalizatora laserowego na ryc. 1. Możliwe jest również odbieranie i filtrowanie odebranego sygnału informacyjnego za pomocą pierwszego bloku filtrów widmowych 5. Należy również zauważyć, że proponowany radar laserowy może nawiązać ciągłą i stabilną łączność ze statkiem kosmicznym podczas lądowania na Ziemi i jego wejścia w gęste warstwy atmosfery przez warstwę plazmy otaczającą statek kosmiczny w tym momencie. W takim przypadku komunikacja w zakresie radiowym jest przerywana, a komunikacja w zakresie promieniowania laserowego, na przykład w zakresie bliskiej podczerwieni, może być prowadzona dzięki przejściu promieniowania laserowego przez warstwę plazmy bez znacznej absorpcji. Wysoką wydajność i niezawodność komunikacji laserowej przez warstwę plazmy zapewnia również filtracja wąskopasmowa w drugiej jednostce filtrującej 26 oraz obecność układu do bardzo precyzyjnego śledzenia zmian częstotliwości Dopplera i stabilizacji częstotliwości pośrednich za pomocą laserowych jednostek przesuwania częstotliwości.

W oparciu o materiały do ​​opracowania proponowanego lokalizatora laserowego przeprowadzono badania eksperymentalne, które potwierdziły wzrost wydajności proponowanego układu lokalizatora. na FIG. 3 i 4 przedstawia charakterystyczny widok widma przestrzennego sygnału częstotliwości pośredniej z wyjścia pierwszego zespołu fotodetektora 4, utworzonego przez modulator akustyczno-optyczny 19 i obiektyw 20 w jego płaszczyźnie ogniskowej, wyrównanej z płaszczyznami kontrolowanej przestrzeni filtr 22 i obszar światłoczuły trzeciej jednostki fotodetektora 27, za pomocą której prezentowane są widma przestrzenne. na FIG. 3 przedstawia widmo przestrzenne sygnału pierwszej częstotliwości pośredniej, którego wartość jest określona przez odległość prawego rzędu dyfrakcji, reprezentującego rzeczywiste widmo odbieranego promieniowania laserowego, od centralnego punktu wzoru widmowego. Otrzymane widmo jest symetryczne, ponieważ modulator akustyczno-optyczny pracował w trybie dyfrakcji liniowej. na FIG. 4 przedstawia podobne widmo przestrzenne odbieranego promieniowania laserowego ze zwiększoną wartością otrzymanej pierwszej częstotliwości pośredniej, na przykład z wprowadzeniem dodatkowego przesunięcia częstotliwości pierwszego heterodynowego promieniowania laserowego, realizowanego przez pierwszą jednostkę przesunięcia częstotliwości lasera 10 W tym przypadku zwiększa się odległość pierwszego rzędu dyfrakcji od środka symetrycznego widma. Wartość podanej odległości umożliwia oszacowanie zmiany prędkości obserwowanego obiektu kosmicznego i zapewnia bardzo precyzyjne śledzenie obiektu oraz wąskopasmowe filtrowanie odbieranych sygnałów w drugim bloku filtrów widmowych 26. Na ryc. . 5 przedstawia widmo przestrzenne fluktuacji odbieranego promieniowania laserowego, utworzonego powyższą metodą na światłoczułym obszarze trzeciej jednostki fotoodbiorczej 27 i uzyskane, gdy oś teleskopu 1 znajduje się w pobliżu silnego źródła szumu tła, dla na przykład w pobliżu dysku słonecznego podczas odbioru w warunkach dziennych. Pokazane na FIG. 5, wysoki poziom zakłóceń zewnętrznych w proponowanym lokalizatorze laserowym można zmniejszyć poprzez wstępne filtrowanie odbieranego promieniowania laserowego za pomocą dynamicznego filtru widmowego 30, który jest dodatkowo wprowadzany w odbiorczą ścieżkę optyczną lokalizatora laserowego.

Należy zauważyć, że w proponowanym lokalizatorze laserowym istnieje możliwość zastosowania i zaimplementowania szeregu optymalnych algorytmów odbioru i przetwarzania laserowych sygnałów lokalizacyjnych, które zapewniają zwiększenie wydajności laserowego kompleksu lokalizacyjnego do śledzenia obiektów kosmicznych i naziemnych oraz do niezawodnej i ciągłej komunikacji z tymi obiektami w trudnych warunkach zakłócających.

Źródła informacji

M. Ross, Odbiorniki laserowe, M.: "Nauka", 1969, s. 156.

patent niemiecki, s. Nr 2819320, 1979.

Lokalizacja laserowa, wyd. N.D. Ustinova, M.: „Inżynieria”, 1984, s. 230.

Lokalizacja laserowa, wyd. N.D. Ustinova, M.: „Inżynieria”, 1984, s. 245, (prototyp). Oryginał: Jabłko. Optować. 1979; w. 18, nr 3, r. 290.

Mustel ER, Parygin V.N. Metody modulacji i skanowania światła. M.: "Nauka", 1970

Balakshiy VI, Parygin VN, Chirkov LE Fizyczne podstawy akustooptyki. M.: Radio i komunikacja, 1985, (s. 219-234); (s. 134-167).

Balakshiy VI, Mankevich S.K., Parygin V.N. i wsp. Quantum Electronics, tom 12, nr 4, 1985, s. 743-748.

1. Lokalizator laserowy zawierający teleskop zainstalowany szeregowo na pierwszej osi optycznej z jednostką wskazującą połączoną z jednostką sterującą, pierwszą soczewką, pierwszą jednostką fotodetektora, której wyjście jest połączone z jednostką filtra widmowego, wyjścia są podłączony do jednostki sterującej, nadajnika laserowego, heterodyny laserowej i jednostki pomiaru częstotliwości, wyjście nadajnika laserowego jest połączone optycznie z teleskopem oraz za pomocą zwierciadeł półprzezroczystych i odblaskowych z pierwszym wejściem optycznym pomiaru częstotliwości jednostka, której drugie wejście optyczne jest połączone optycznie poprzez półprzezroczyste lustro z wyjściem optycznym lokalnego oscylatora laserowego, wejścia sterujące nadajnika laserowego, lokalnego oscylatora laserowego oraz wyjście jednostki pomiaru częstotliwości są podłączone do jednostki sterującej jednostkę, znamienną tym, że pierwszy optycznie połączony tłumik, pierwsza jednostka zmiany częstotliwości promieniowania laserowego, pierwsza jednostka skanująca promieniowaniem laserowym są wprowadzone szeregowo, którego wyjście optyczne jest połączone optycznie z wejściem optycznym pierwszej jednostki fotodetektora za pomocą odblaskowe i dwa półprzezroczyste zwierciadła, połączone optycznie szeregowo drugi sterowany tłumik, druga jednostka zmiany częstotliwości lasera, druga jednostka skanowania promieniowania laserowego, której wyjście optyczne jest połączone optycznie za pośrednictwem dwóch półprzezroczystych zwierciadeł z wejściem optycznym pierwszego fotoodbiornika jednostki, wejścia optyczne pierwszego i drugiego sterowanego tłumika są połączone optycznie za pomocą półprzezroczystych zwierciadeł z wyjściem optycznym lokalnego oscylatora laserowego, optycznie połączone szeregowo trzeci sterowany tłumik, trzecia jednostka zmiany częstotliwości lasera i trzecia jednostka skanowania promieniowania laserowego zainstalowana szeregowo na drugiej osi optycznej; trzeci obiektyw, drugie półprzezroczyste zwierciadło, druga jednostka fotodetektora, której wyjście jest połączone z wejściem drugiej jednostki filtra widmowego podłączonej do jednostki sterującej, wejście optyczne przetwornika akustycznego modulator optyczny jest połączony optycznie poprzez lustro odblaskowe i lustro półprzezroczyste z wyjściem optycznym lokalnego oscylatora laserowego, wyjście optyczne trzeciej jednostki skanującej promieniowania laserowego jest połączone optycznie poprzez lustro odblaskowe i drugie lustro półprzezroczyste z optycznym wejście drugiej jednostki fotodetektora, wejście optyczne trzeciego sterowanego tłumika jest połączone optycznie z wyjściem optycznym lokalnego oscylatora laserowego, trzecia jednostka fotodetektora, której wejście optyczne jest połączone przez pierwsze półprzezroczyste lustro z wyjściem optycznym wprowadza się drugi obiektyw i wyjście podłączone do jednostki sterującej jednostki fotodetektora podłączonej do jednostki sterującej, a także pierwsze i drugie zdalne zwierciadło, połączone mechanicznie z jednostką ruchu, której wejście sterujące jest podłączone do jednostkę sterującą, dynamiczny filtr spektralny, którego wejście optyczne przechodzi przez pierwsze zwierciadło skanujące i pierwsze zdalne zwierciadło połączone optycznie z wyjściem optycznym teleskopu, przy czym wyjście optyczne dynamicznego filtra spektralnego przechodzi przez drugie zwierciadło skanujące i drugie zdalne zwierciadło jest podłączone optycznie do wejścia optycznego pierwszego obiektywu, elektrody sterujące pierwszego i drugiego zwierciadła skanującego są podłączone do jednostki sterującej lusterek skanujących, której wejście jest podłączone do jednostki sterującej, a wejście sterujące dynamiczny filtr widmowy jest podłączony do jednostki sterującej; Tłumiki są podłączone do jednostki sterującej, wejścia sterujące jednostek zmiany częstotliwości promieniowania laserowego oraz jednostki skanujące promieniowanie laserowe są podłączone do jednostki sterującej.

2. Lokalizator laserowy według zastrz. 1, znamienny tym, że jednostka przesunięcia częstotliwości promieniowania laserowego zawiera sprzężoną optycznie przesłonę wejściową, komórkę akustyczno-optyczną z jednostką sterującą, pierwszą soczewkę, przysłonę otworkową, drugą soczewkę i membrana wyjściowa zainstalowana szeregowo na osi optycznej, przy czym w tym przypadku elektroda sterująca komórki akustyczno-optycznej jest połączona z jednostką sterującą komórki akustyczno-optycznej.

3. Lokalizator laserowy według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że znajdujący się w nim zespół skanujący promieniowaniem laserowym wykonany jest na bazie komórki akustyczno-optycznej, w której wzbudzane są fale ultradźwiękowe w celu zmiany kierunku propagacji promieniowania laserowego.

4. Lokalizator laserowy według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że dynamiczny filtr widmowy w nim zawarty jest wykonany na bazie celki akustyczno-optycznej, w której wzbudzane są fale ultradźwiękowe, które oddziałują z odebranym promieniowaniem laserowym przechodzącym przez komórkę.

// 2565340

Wynalazek dotyczy dziedziny lokalizacji optycznej i dotyczy systemu lokalizacji lasera impulsowego. System zawiera laser impulsowy, dwa jednorzędowe urządzenia skanujące, deflektor akustyczno-optyczny, wyjściowy układ optyczny, urządzenie obliczeniowe, jednostkę sterującą deflektorem akustyczno-optycznym, rozdzielacz wiązki pryzmatu, kanał pomiarowy, układ fotodetektorów , cel tablicy fotodetektorów i wiązek światłowodowych.

[0001] Wynalazek dotyczy dziedziny tworzenia strumienia danych wizyjnych przez fotodetektor wirującego sektora. Metoda polega na formowaniu sygnałów z elementów światłoczułych zainstalowanych nad obszarem obracającego się czujnika, ich późniejszej organizacji w jądra zróżnicowania przestrzennego, których sygnały wyjściowe poddawane są konwersji analogowo-cyfrowej i ich dalszemu przetwarzaniu cyfrowemu . Elementy światłoczułe są instalowane szeregowo na równe odległości między sobą na łukach o dyskretnych promieniach od Rmin do Rmax na obszarze obracającego się czujnika, który ma kształt ściętego wycinka koła, zwróconego większym bokiem do zewnętrznej średnicy obrotu. Fotoprądy z elementów światłoczułych są wzmacniane w prądzie stałym i ograniczane w paśmie częstotliwości w zależności od czułości fotokomórek i szybkości czujnika. Szum wewnętrzny minimalizuje i koryguje charakterystykę amplitudowo-częstotliwościową kanałów transmisji sygnału każdego elementu światłoczułego, po czym następuje tworzenie jąder zróżnicowania przestrzennego, z których sygnały są poddawane konwersji analogowo-cyfrowej, a następnie przetwarzaniu cyfrowemu. EFEKT: poprawa jakości obrazu. 2 np. f-ly, 6 chorych.

Lokalizator laserowy zawiera układ automatycznego śledzenia i kontroli dopasowania czoła fali odbieranego i heterodynowego promieniowania laserowego w płaszczyźnie obszaru światłoczułego zespołu fotoodbiorczego lokalizatora laserowego. Jednocześnie lokalizator laserowy zawiera system śledzenia i kompensacji zmian przesunięć częstotliwości Dopplera odbieranego promieniowania laserowego podczas śledzenia szybko poruszających się obiektów kosmicznych. Wysokowydajne przetwarzanie otrzymanych laserowych sygnałów lokalizacyjnych metodą heterodynowania optycznego realizowane jest w oparciu o precyzyjne elementy akustyczno-optyczne do przesuwania częstotliwości i skanowania promieniowania laserowego. EFEKT: zwiększona skuteczność laserowego systemu lokalizacji w zakresie śledzenia ruchomych odległych obiektów kosmicznych, zwiększone prawdopodobieństwo poprawnej detekcji poruszających się obiektów w warunkach silnego szumu tła. 4 wp. f-ly, 5 chorych.

Dyrektor techniczny firmy RIEGL

RIEGL CTO Dr. Andreas Ulrich o digitalizacji fal, pojedynczym fotonie i lidarach Geigera w wywiadzie dla Seana Higginsa, redaktora naczelnego projektu SPAR 3D.

Andreas Ulrich jest doktorem elektrotechniki Politechniki Wiedeńskiej i autorem pracy doktorskiej pt. „Optyczny radar dopplerowski wysokiej rozdzielczości” (1987-1990). Od 2001 roku wykłada radar na Politechnice Wiedeńskiej. Od 2006 roku jest dyrektorem technicznym firmy RIEGL.

SPAR 3D opublikował przegląd przyszłości lotniczych skanerów laserowych. SPAR 3D przeprowadził wywiady z wieloma ekspertami od skanowania laserowego, zadając im pytanie: „Jak myślisz, jaka jest przyszłość pojedynczych fotonów i lidarów Geigera? Które z nich są hype, a które nie? W tym przeglądzie większość ekspertów, z którymi przeprowadzono wywiady, zgodziła się, że te technologie będą miały ogromny wpływ na rynek skanowania laserowego, niemniej jednak bardzo ważne jest, aby zauważyć, że „klasyczne” lub „konwencjonalne” lidary nadal mają znaczące zalety. Ponieważ w ta recenzja wspomniał o tych korzyściach bardzo powierzchownie, SPAR 3D opublikował pełny wywiad z RIEGL CTO, dr Andreasem Ulrichem. Jego odpowiedzi dostarczają kompleksowego wyjaśnienia wartości technologii pełnej analizy przebiegu i powodów, dla których firma RIEGL kontynuuje rozwój tej technologii.

Seana Higginsa: Jakie są mocne strony technologii w porównaniu z „liniowym” lidarem?

Lekarz Andreasa Ulrich: Użycie terminu „liniowy” odnosi się raczej do starszych metod przetwarzania analogowego sygnału odbiciowego lasera niż do bardziej zaawansowanego cyfrowego trybu przetwarzania lidarowego. Riegl z digitalizacją przebiegu. Opatentowane rozwiązania do pełnej digitalizacji przebiegów firmy Riegl bardzo znacząco różnią się od wskazanych lidarów „liniowych”. Z technicznego punktu widzenia różnica polega na tym, że analiza sygnału odbieranego z elementu odbiorczego lidaru (fotodetektora) jest wykonywana dokładniej, bardziej szczegółowo i z uzyskaniem atrybutowych charakterystyk odbicia. Lidary digitalizujące pełne przebiegi (zwane dalej FPFS) charakteryzują się niezwykłą dokładnością, ponieważ technologia ta pozwala na bardzo dokładne określenie zasięgu, mają niski „szum przestrzenny”, pozwalają na otrzymanie dużej liczby odbić z pojedynczego impulsu, określenie kształtu każdego sygnału i wydobyć z niego informacje o obiekcie, od którego został odbity, a także pozwalają na wykonanie prostej kalibracji radiometrycznej.

Teoretycznie lidary jednofotonowe i geigera mają ogromny potencjał do zbierania punktów odbicia, ale tracone są zarówno dokładność przestrzenna, jak i informacje o natężeniu sygnału. Radykalny wzrost liczby punktów odbicia odbieranych na sekundę z lidarów Geigera i jednofotonowych może na pierwszy rzut oka wywołać euforię. Jednak brak dokładności przestrzennej i całkowita utrata informacji atrybutowych, które mogłyby być zawarte w punktach odbić laserowych ostatecznie prowadzi raczej do pogorszenia niż poprawy wyniku. W końcu wszyscy chcemy, aby nasze mapy w końcu stawały się coraz dokładniejsze, ale nie mniej. Rozwój rynku skanowania laserowego zawsze opierał się na uzyskiwaniu coraz większej ilości informacji i dokładnych danych przy niższych kosztach.

Niższy koszt pozyskania danych i wyższa efektywność mapowania terenu to główne korzyści, które zazwyczaj natrętnie oferowane są potencjalnym użytkownikom. Teoretyczny wzrost prędkości skanowania całkowicie przekłada się na rzeczywistość - na przykład ultraszybkie działanie lidara geigera wymaga jedynie bezchmurnych dni i doskonałych warunków pogodowych. Pozyskiwanie danych to tylko jeden z elementów efektywności: dane trzeba też przetworzyć i dostarczyć klientowi. Problemy pojawiające się na tych etapach korzystania z „nowych” technologii całkowicie dewaluują korzyści płynące z przyrostu prędkości. .

Sean Higgins: Jakie są główne wady nowych technologii w porównaniu z lidarami o pełnym przebiegu?

Lekarz Andreasa Ulrich: Punkty powstałe podczas działania lidarów jednofotonowych i geigera są całkowicie syntetyczne i nie dziedziczą właściwości obiektów, od których się odbijają. Na ich podstawie nie można ustalić, czy zostały odbite od jednego lub kilku obiektów, czy też zostały ogólnie uzyskane w wyniku interpolacji lub ponownego próbkowania. Jest to krytyczna wada lidarów Geigera. Inne wady to brak danych o natężeniu odbitego sygnału, niemożność penetracji nawet rzadkiej roślinności oraz niemożność zarejestrowania kilku odbić z jednego impulsu.

Lidary jednofotonowe – w porównaniu do lidarów Geigera – są bardziej wrażliwe na wielokrotne odbicia. Teoretycznie mogą wykonywać pomiary na wszelkiego rodzaju obiektach – od przewodów po grunt pod koronami drzew. Jednak jak pokazały eksperymenty przeprowadzone przez USGS (US Geological Survey) i zaprezentowane na konferencji ILMF w 2016 roku, dokładność pomiaru odległości takich systemów jest znacznie gorsza niż w przypadku systemów z lidarami OPFS. Przyczyna leży w nieprawidłowym przetwarzaniu sygnału. Błędy w określeniu zasięgu na poziomie większym niż 50 cm często występują na obiektach o różnych rozmiarach i współczynniku odbicia.

Klasyczne lidary działają na bardzo różnych długościach fal - 532 nm (zielony), 1000 nm (bliski IR), 1550 nm (środkowy IR) i dalej w kierunku zakresu termicznego; umożliwia to realizację koncepcji lidaru wielostrefowego, dzięki czemu możliwe jest uzyskanie np. danych o stanie lasu. Lidary jednofotonowe działają obecnie tylko w zakresie widzialnym iw dającej się przewidzieć przyszłości nic się nie zmieni.

Seana Higginsa: Czy nowe technologie mogą pewnego dnia zastąpić konwencjonalne technologie skanowania laserowego (jak lidary z pełną cyfryzacją przebiegu)? Dlaczego tak lub dlaczego nie?

Lekarz Andreasa Ulrich: Osoby pracujące obecnie w branży skanowania laserowego zadają sobie najbardziej palące pytanie: czy te technologie zastąpią to, co obecnie powszechnie nazywa się lidarem. Moja odpowiedź brzmi nie. Obie nowe opcje lidaru są potężnymi narzędziami, gdy są używane we właściwych sytuacjach. Lidar Geigera już jest najlepsza metoda szybkie uzyskanie cyfrowego modelu terenu w regionach pustynnych lub na obszarach bojowych, gdzie bardzo konieczne jest pozostawanie poza zasięgiem rakiet MANPADS, zwłaszcza jeśli dzieje się to w czystej atmosferze i na terenie nie ma roślinności.

Na obszarach porośniętych roślinnością skaner Full Waveform Scanner zapewnia doskonałe wyniki penetracji. umożliwiają rozszyfrowanie wielu rodzajów obiektów z kształtu sygnału punktowego, a nie tylko punktów używanych do budowy powierzchni, w tym słupów, drutów, siatek i innych bardzo szczegółowych obiektów. Skaner pełnych przebiegów jest i nadal będzie technologią wybieraną dla ogromnej liczby aplikacji, stale ewoluując i zwiększając szybkość, pozostając niezrównaną pod względem dokładności. Skanery z digitalizacją pełnego przebiegu firmy RIEGL zapewniają szybkość przetwarzania danych skanowania laserowego zbliżoną do czasu rzeczywistego. Otwiera to nowe możliwości wykorzystania tej technologii w rozwiązywaniu problemów szybkiego reagowania w akcjach ratowniczych. To wszystko RIEGL już teraz demonstruje w obliczu najnowsze rozwiązanie – lotniczy system skanowania laserowego, który pozwala strzelać z prędkością 450 km 2 na godzinę przy zagęszczeniu 8 punktów na 1 m 2, a to wszystko w połączeniu z prędkość maksymalna przetwarzania danych i bardzo wysokiej jakości tych danych, która jest już znana użytkownikom.

Seana Higginsa: Czy pojedyncze fotony i lidary geigera to dojrzałe technologie? Czy uważasz, że należy je dalej rozwijać, aby w pełni wykorzystać swój potencjał?

Lekarz Andreasa Ulrich: Lidar pojedynczego fotonu jest zasadniczo konwencjonalnym lidarem „liniowym” opartym na wykorzystaniu fotopowielaczy; Lidar geigera generalnie nie jest „liniowy” - wszystko to w żadnym wypadku nie jest nową technologią. Jednak zastosowanie tych rozwiązań technologicznych do filmowania komercyjnego jest nowością. Zdaniem twórców lidara jednofotonowego (na ILMF-2016) technologia wymaga udoskonalenia i będzie udoskonalana poprzez dodawanie danych o amplitudzie odbieranego sygnału echa. Zostało to po raz pierwszy zastosowane w skanowaniu laserowym wiele lat temu – kiedy to pierwsze cechy charakterystyczne punktu odbicia lasera zostały opisane jako 8-bitowa wartość natężenia. Pod tym względem technologia lidaru jednofotonowego jest wciąż bardzo niedojrzała.

Lidary Geigera mają długą historię w segmencie wojskowym, ogromna liczba różnego rodzaju optymalizacji została już tam wykorzystana i zastosowana. Nie można było jednak oszukać praw fizyki. Jednym z podstawowych ograniczeń jest niewystarczająca zdolność detektora lidarowego Geigera do wystarczająco szybkiego powrotu do zdrowia po wyzwoleniu, aby uchwycić dodatkowe informacje o odbiciach. Innym ograniczeniem jest to, że nigdy nie będzie w stanie oszacować rzeczywistej mocy odbitego sygnału, co ma kluczowe znaczenie dla kompensacji odchylenia momentu rejestracji odbitego impulsu i nie poprawia dokładności pomiaru zasięgu.

Seana Higginsa: Czy firma posiada RIEGL planuje produkcję lidarów w oparciu o technologię lidarów pojedynczych fotonów lub geigera?

Lekarz Andreasa Ulrich: Jak powiedziałem wcześniej, uważamy lidary OFPS firmy Riegl za doskonałą technologię. Lidar OFPS jest niezwykle dokładny, ponieważ zapewnia najwyższą dokładność pomiaru zasięgu, niski „szum” danych przestrzennych, ma możliwość rejestracji bardzo dużej ilości sygnałów odbitych od jednego impulsu, daje wiele charakterystyk kształtu odbitego sygnału dla każdego punktu i umożliwia kalibrację radiometryczną dla każdego punktu. Nasi użytkownicy budują swoje modele biznesowe w oparciu o wysoką jakość danych oraz umiejętność wykorzystania atrybutów charakterystycznych punktów, które otrzymują z naszych lidarów. Wszystkie inne technologie, które tutaj omówiliśmy, nie mogą zapewnić powyższych cech. Dlatego będziemy nadal ulepszać technologię lidarową z pełną cyfryzacją przebiegów.