У статті представлено загальний огляд технології лазерного сканування об'єктів у просторі, розглянуто пристрої, що реалізують цю технологію та застосовуються в мобільних робототехнічних комплексах.

ОГЛЯД ТЕХНОЛОГІЇ LIDAR
Термін LIDAR (від англ. Light Detection and Ranging) відноситься до систем радіолокації, що працюють в оптичному діапазоні і використовують як джерело випромінювання лазер. Часто у зарубіжних джерелах можна зустріти аналогічні терміни – LADAR (Laser Detection and Ranging) та Laser Radar. У мобільних наземних робототехнічних комплексах та безпілотних літальних апаратах (БПЛА) ця технологія відіграє дуже важливу роль: вона використовується для автоматичної побудови тривимірної карти (сцени) навколишнього простору та просторової орієнтації апарату. Існують різні варіанти систем LIDAR, але в загальному випадку всі вони включають такі ключові елементи, що визначають принцип роботи системи: джерело фотонів (найчастіше це лазер);
● детектор фотонів;
● тактуючий ланцюг;
● оптична приймальна частина .

Системи LIDAR часпрольотного типу (Time-of-Flight, ToF) використовують короткі імпульси лазерного випромінювання, з високою точністю фіксуючи моменти їх передачі та прийому відгуків (відбитих сигналів), щоб обчислити відстані до об'єктів в навколишньому просторі або на поверхні землі (наприклад, при топозйомці з БПЛА). Після об'єднання серії таких вимірювань з інформацією про місцезнаходження та орієнтацію апарату, створюється результуюча тривимірна сцена області простору, що цікавить. Найчастіше ця сцена зберігається як масиву координат (x, y, z), званого хмарою точок.

Незважаючи на те, що існує безліч пристроїв LIDAR для різних сфер застосування, всі вони складаються з схожого набору функціональних вузлів (див. рис. 1), таких як:
● підсистема вимірювання відстані (лазерний передавач та приймач);
● скануюча підсистема;
● підсистема позиціонування та орієнтації;
● система управління;
● сховище даних.

ПІДСИСТЕМА ВИМІРЮВАННЯ ВІДСТАНИ
Принципові відмінності окремих пристроїв LIDAR полягають у реалізації функції вимірювання відстані. Найважливіший вузол системи LIDAR – підсистема вимірювання відстані – складається, у свою чергу, з таких внутрішніх підсистем, як лазерний передавач та електрооптичний приймач. Лазерний передавач випромінює енергію у вигляді сфокусованого променя, який до виходу з пристрою проходить через ряд перетворювальних компонентів: перемикач приймача, розширювачі променя, вихідна телескопічна оптика та інше. У системі LIDAR можуть використовуватися різні типи лазерів, але найчастіше застосовують твердотільний Nd:YAG-лазер, активним середовищем у якому виступає алюмо-ітрієвий гранат (Y3Al5O12), легований іонами неодиму. Лазерні скануючі далекоміри працюють на різних довжинах хвиль, але найчастіше використовуються такі:
● 1064 нм (близький інфрачервоний діапазон) – для топографічних сканерів;
● 532 нм (зелений) – для батиметричних (вимірюють глибину) сканерів;
● 600–1000 нм – для наземних пристроїв, призначених для комерційного використання;
● ∼1500 нм – для наземних скануючих систем, що використовуються в наукових цілях.

Вибір довжини хвилі лазерного випромінювача залежить від цілого ряду факторів:
● властивостей сканованих об'єктів;
● характеристик довкілля;
● чутливість використовуваного детектора;
● необхідного ступеня безпеки для очей;
● вимог до конструкції пристрою.

Крім довжини хвилі випромінювання необхідно враховувати потужність лазера. Електрооптичний приймач отримує енергію лазерного променя, відбитого чи розсіяного метою, і фокусує в світлочутливому детекторі з допомогою вхідний оптики.

Методи визначення відстані
Зафіксовані значення моментів передачі та прийому лазерного променя використовуються для розрахунку часу, проведеного світлом у дорозі, і, отже, відстані до об'єкта, що відбив промінь. У системі LIDAR зазвичай використовується один із двох режимів, що визначають метод вимірювання відстані: імпульсний режим або режим безперервної хвилі. У системах з імпульсною модуляцією, також відомих як час пролітні системи, лазером випромінюються поодинокі світлові імпульси з високою частотою проходження. Вимірюється час, що минув з моменту випромінювання імпульсного сигналу до моменту повернення відгуку до приймача. Відстань до точки поверхні об'єкта, в якій відбулося відображення лазерного променя, може бути обчислена за формулою: D = 0,5 × c × t, (1) де c – швидкість світла, t – повний час проходження світлом шляху до точки відображення та назад (Раундтрип), D – відстань, що шукається, до точки відображення. У системах з безперервною хвилею лазер випромінює безперервний сигнал, якого потім застосовується синусоїдальна амплітудна модуляція. У цьому випадку час проходження світлом повного шляху від передавача до приймача буде прямо пропорційно зсуву фаз у випромінюваному та прийнятому сигналах: (2) де - фазовий зсув, T - період сигналу. Після визначення часу t проходження променя відстань D, як і в першому випадку, обчислюється за формулою (1). Для зниження невизначеності може бути використана багатотонова синусоїдальна модуляція. Також у системах із безперервною хвилею використовується альтернативний метод – з лінійною частотною модуляцією. У таких системах переданий та прийнятий сигнали змішуються, а для демодуляції та отримання інформації, що міститься в несучій частоті, використовується когерентний приймач. Слід зазначити, що у рівняннях (1) і (2) передбачається, що детектор протягом часу t стаціонарний. Для випадків з детектором, що пересувається, необхідно буде внести в рівняння відповідні поправки.

Методи детекції
Зазвичай у системах LIDAR використовується два способи детекції: пряма та когерентна. При прямій детекції приймач перетворює сигнал безпосередньо в напругу або струм, пропорційний вхідної оптичної потужності. Приймачі можуть включати лавинні фотодіоди та фотоелектронні помножувачі. LIDAR-детектори можуть працювати в режимі рахунку фотонів. У цьому режимі детектор здатний реєструвати навіть дуже невелику кількість фотонів, а в режимі лічильника Гейгер стає чутливим навіть до окремих фотонів. Електронна схема приймача проводить вимірювання струму, що генерується, з поправкою на час прольоту фотонів у приймачі, в результаті чого виходить прямий вимір моменту прийому оптичного відгуку. При когерентній детекції отриманий оптичний сигнал поєднується з локальним осцилятором за допомогою гетеродина, і тільки після цього фокусується на фоточутливому елементі. При змішуванні інформація перетворюється на вузькосмуговий сигнал, що знижує шум у порівнянні з методом прямого детектування, де використовується оптичний фільтр.

Промінь і масив, що біжить
Важливо, що описані методи визначення відстані та способи детектування вимагають різної геометрії приймачів. В цілому, більшість комерційних систем LIDAR працюють за принципом «променя, що біжить», де для одного випромінюваного імпульсу фіксується один або кілька (як правило, від 2 до 5) значень відстані для оптичних сигналів, що повернулися вздовж однієї і тієї ж лінії візування (множинні повернення ). Для наступного імпульсу підсистема цілевказівки змінює напрямок лінії візування, а потім знову записується кілька значень відстані. Цей метод – метод точкового сканування – зазвичай застосовується в системах LIDAR, що працюють у лінійному режимі, при якому енергія лазера фокусується на малій області досліджуваної поверхні, і потрібен досить сильний відбитий сигнал для запису відгуку та розрахунку дистанції. Однак існують також системи LIDAR, які використовують лазерне випромінювання для засвічення великої площі поверхні. При цьому вони оснащені покадровим матричним детектором для вимірювання значень відстані для кожного пікселя в масиві. Цим системам з кадровою розгорткою потрібна невелика сила відбитого сигналу. Вони записують сотні чи навіть тисячі відстаней для випромінюваного імпульсу.

ПІДСИСТЕМА РОЗгортання (СКАНУВАННЯ)
У тих випадках, коли необхідно не просто визначити відстань до об'єкта, а зробити огляд цільової області, система LIDAR повинна проводити вимірювання у безлічі точок. Для побудови сцени цільової області простору використовується комбінація руху LIDAR-пристрою в цілому і роботи підсистеми розгортки, через яку проходить оптичний сигнал, що випромінюється. Поширений варіант реалізації підсистеми розгортки заснований на використанні дзеркала, що коливається. Послідовна зміна напряму лінії візування, вздовж якої випромінюється оптичний сигнал здійснюється за допомогою рухомого дзеркала. Це дзеркало повертається на обмежений кут (кут огляду) навколо осі, що лежить на його площині і, як правило, паралельна напрямку руху пристрою. Гойдання дзеркала дозволяє сканувати цільову область простору і формувати сцену потрібної ширини, яка визначається кутом коливання дзеркала (див. рис. 2).

Мал. 2. Система розгортки з хитається
дзеркалом

Підсистема на основі дзеркала, що коливається, створює синусоїдальну розгортку. При цьому частота гойдання обернено пропорційна заданому куту огляду (ширині сцени). Основний недолік такого способу розгортки – непостійна швидкість руху дзеркала. Двічі протягом робочого циклу дзеркало повинне сповільнитися, повністю зупинитися, змінити напрямок руху на протилежний і знову прискоритися. В результаті вимірювання, що виробляються з постійною частотою, формують сцену з нерівномірною щільністю крапок (менше крапок у середині смуги сканування і більше по краях). Підсистема розгортки лазерного променя за допомогою дзеркала, що коливається, застосовується, зокрема, в лазерних сканерах фірм Leica і Optech. Альтернативний спосібсканування заснований на використанні призми, що обертається. У такій підсистемі розгортки багатогранна призма із дзеркальними гранями безперервно обертається навколо осі симетрії. Лазерний промінь переходить від однієї грані призми до іншої стрибкоподібно, внаслідок чого масив точок, що формується під час руху пристрою, складається з ряду паралельних ліній (див. рис. 3).

Мал. 3. Система розгортки з обертається
призмою

Цей варіант позбавлений недоліків дзеркала, що коливається, проте він складніше в реалізації і в тому, що стосується обробки результатів вимірювань. Системи LIDAR з призмою, що обертається, виробляє австрійська фірма Riegl. Третій варіант підсистеми сканування використовує дзеркало, що обертається. Вісь обертання в цьому варіанті розташована майже перпендикулярно поверхні дзеркала (див. рис. 4).

Мал. 4. Скануюча система з обертовим
дзеркалом

За рахунок відхилення поверхні дзеркала від площини перпендикулярної до осі обертання формується розгортка відбитого лазерного променя у вигляді еліптичної кривої. Перевага методу полягає в тому, що кожна точка простору сканується двічі. Разом з тим еліптична розгортка значно ускладнює обробку результатів сканування, оскільки обробка подвійних вимірів є складним завданням. Крім того, оскільки точки в одній і тій же області отримані з різних позицій (оскільки система рухається і змінює орієнтацію в просторі), отримана таким способом хмара точок може містити велику кількість «шумів». Прикладами систем, що використовують розгортку лазерного променя за допомогою дзеркала, що обертається, є сканери Leica AHAB DragonEye. В якості альтернативи механічній розгортці в даний час існує застосована в деяких системах LIDAR оптоволоконна підсистема для направлення лазерного променя на цільову область. При такому способі досягається більш стабільна геометрія сканування завдяки фіксованим зв'язкам між оптоволоконними каналами та іншими оптичними каналами пристрою. Лазерний промінь прямує за допомогою оптоволоконного пучка, а напрям сканування для кожного імпульсу залежить від того, з якого оптоволоконного каналу він випромінюється. Подібна система пучків використовується і в приймальній оптиці (див. рис. 5).

ПІДСИСТЕМА ПОЗИЦІОНУВАННЯ ТА ОРІЄНТАЦІЇ
Для практичного використання інформації, одержуваної за допомогою скануючих лазерних далекомірів, одного масиву значень відстані від пристрою до об'єктів і величин відносних кутів сканування недостатньо. Достовірність даних про навколишній простір (одержуваних у вигляді тривимірної хмари точок або двовимірного зображення з даними про відстані) може бути досягнута лише за умови, що для кожної точки вимірюються абсолютні значення положення та орієнтації несучої платформи системи LIDAR у просторі в момент прийому відгуку від імпульс. Для таких вимірювань використовується підсистема орієнтації та позиціонування. Ця підсистема включає два основних компоненти: прийомний модуль системи глобального позиціонування (ГЛОНАСС або GPS) і блок інерційної навігації (IMU). Дані GPS-приймача використовуються для запису розташування несучої платформи в певні моменти часу. З багатьох існуючих методів уточнення GPS-координат, в системах LIDAR, як правило, застосовується диференціальна постобробка сигналу зі стаціонарної базової станції або диференціальні оновлення в реальному часі. Для отримання більш точних наборів даних накладаються суворі обмеження розміщення базової станції щодо платформи лазерного далекоміра. Орієнтація платформи вимірюється за допомогою інерційного блоку вимірювального пристрою, в якому використовуються гіроскопи і акселерометри. Дані GPS та IMU записуються під час руху платформи та об'єднуються (зазвичай під час кроку постобробки даних).

СИСТЕМА УПРАВЛІННЯ (СИСТЕМНИЙ КОНТРОЛЕР)
Для генерації хмари точок усі підсистеми, що становлять систему LIDAR, повинні працювати спільно. Якість отриманих даних безпосередньо залежить лише від параметрів кожної підсистеми, а й від взаємоузгодженості їх роботи. Виставлення параметрів сенсорів та контроль роботи підсистем здійснює системний контролер лазерного далекоміра.

СХОВИЩЕ ДАНИХ
Кінцеві дані LIDAR є файлами зі значеннями координат GPS і IMU, з виміряними значеннями відстаней і іноді з інформацією від інших підсистем. Оскільки системи LIDAR можуть генерувати дуже великі обсяги даних, у системі передбачений накопичувач, який дані зберігаються відразу після збору.

ПРАКТИЧНИЙ ПРИКЛАД: VELODYNE HDL-64E
Як приклад розглянемо пристрій лазерного скануючого далекоміра високої роздільної здатності HDL-64E, виробленого компанією Velodyne. Саме цей 64-променевий LIDAR із тривимірним скануванням встановлений на безпілотні автомобілі, розроблені компанією Google. Лазерний далекомір став одним із ключових компонентів, що дозволило зробити автомобіль по-справжньому автономним.

Пристрій Velodyne, встановлений на даху безпілотного автомобіля (див. рис. 6), генерує докладну тривимірну карту навколишнього простору. Бортовий комп'ютер об'єднує дані вимірювань, отриманих з LIDAR, з картами високого дозволу, формуючи різні моделі даних, які дозволяють роботизованому автомобілю пересуватися самостійно, уникаючи зіткнень з перешкодами та не порушуючи правил дорожнього руху. Модель далекоміра HDL-64E має 64 пари випромінювач-детектор, які забезпечують наявність рівновіддалених секторних оглядових полів по 26,5°. Для забезпечення 360-градусного огляду по азимуту весь оптичний блок закріплений на підставі, що обертається (див. рис. 7) і обертається з частотою 600 оборотів в хвилину.

Мал. 7. Зовнішній виглядлазерного далекоміра
HDL-64E

У разі потреби ця частота регулюється в діапазоні 300...900 об/хв шляхом передачі простої текстової команди через послідовний інтерфейс. Цей послідовний порт може бути використаний для оновлення прошивки сканера. Далекомір Velodyne має максимальний діапазон вимірювання відстані – до 120 м з похибкою не більше 2 см . Незалежно від частоти обертання оптичного блоку пристрій постійно генерує великий обсягданих - 1 млн точок в секунду, що відповідає горизонтальному кутовому дозволу 0,05 °. Пристрій статично та динамічно збалансований, що зводить до мінімуму вплив вібрації та забезпечує стабільне зображення сцени. Кожен лазер далекоміра HDL-64E випромінює оптичний імпульс тривалістю 5 нс (на рівні 50% амплітуди з максимальною піковою потужністю 60 Вт). Висока напруга, необхідна для створення пікового струму у випромінювачі на рівні 30 А, генерується схемою зворотноходового перетворювача, що дозволяє використовувати для живлення лазерної установки низьку напругу. Вихідний лазерний промінь фокусується лінзами. При попаданні на ціль частина випромінювання відбивається назад у напрямку джерела. Це відбите світло проходить через окрему систему лінз і УФ-фільтр, необхідний зниження фонової оптичної засвітки (збільшення відношення сигнал/шум). Лінзи приймальної системи фокусують відбите випромінювання на лавинний фотодіод, що генерує електричний сигнал, пропорційний інтенсивності оптичного. Лазер і лавинний фотодіод юстуються на заводі-виробнику для забезпечення максимальної чутливості при мінімізації перехресних сигнальних перешкод, утворюючи таким чином найбільш ефективну пару випромінювач-детектор. Відповідно до сили відбитого сигналу, що детектується лавинним фотодіодом та схемою підсилювача, система змінює амплітуду лазерного імпульсу, підтримуючи мінімальний необхідний рівень випромінювання. Це автоматичне підстроювання потужності лазера, по-перше, знижує нагрівання оптичного блоку і підвищує його надійність, а по-друге, не дає детекторам увійти в режим насичення. В іншому випадку, при отриманні детектором занадто великої кількостіоптичної енергії, наставав би режим насичення, для виходу з якого детектору потрібен значний час (якщо воно перевищує період проходження імпульсів, це неминуче призводить до спотворення сигналу, що детектується). По-третє, якщо рівень сигналу можна порівняти з шумом, що ускладнює його детектування, система автоматично підвищує рівень потужності лазерного випромінювання. Це може відбуватися, наприклад, у разі наближення до порога чутливості (120 м) або при слабкому відображенні чорної матової поверхні. Вихідний сигнал посилюється та передається на аналого-цифровий перетворювач із частотою дискретизації 3 ГГц. Потім оцифрований сигнал з детектора передається у цифровий сигнальний процесор (DSP), який використовує власний алгоритм аналізу даних та визначення часу повернення сигналу. Використання коротких оптичних імпульсів у поєднанні з високочастотною обробкою сигналу забезпечують більшу роздільну здатність системи. Пари випромінювач-детектор поділені на дві групи по 32 лазери. Одна група розташована у верхній частині модуля та спрямована на верхню половину поля огляду, а друга група, що знаходиться під першою, спрямована на нижню половину поля огляду. Оскільки верхній оптичний блок призначений для вимірювання великих відстаней, кутова відстань між оптичними імпульсами у нього більша, ніж у нижньому блоці, який проводить вимірювання на більш коротких дистанціях. Пристрій надає дані користувачеві через стандартний порт 100BaseT Ethernet. Інформація безперервно передається у вигляді кадрів. Частота генерації кадрів дорівнює частоті обертання оптичного блоку (при 600 об/хв – 10 Гц). Обсяг даних, переданих за секунду, може містити понад мільйон точок. У пакетах даних міститься інформація про відстань та інтенсивність випромінювання для кожної пари випромінювач-детектор, а також відповідна кутова координата. Ці дані можуть бути зібрані за допомогою стандартної утилітизбору Ethernet-пакетів, наприклад Wireshark, і візуалізовані в комп'ютерної програми , Такий як Velodyne Digital Sensor Recorder. Також отримані дані можуть бути оброблені автономною навігаційною системою для створення оціночної картки, яка потім може використовуватися для виявлення перешкод, пошуку оптимального маршруту та, зрештою, для обчислень, пов'язаних з кермовим керуванням, гальмуванням та прискоренням. На малюнку 8 показаний приклад кадру даних із пристрою HDL-64E, отриманого за допомогою програми Velodyne Digital Sensor Recorder. Поблизу центру зображення видно білу точку, що вказує на положення сенсора. Для кожної пари випромінювач-детектор згенерована хмара точок представлена ​​окремим кольором. Просторове представлення даних формується поєднанням двомірних хмар точок. При обертанні модуля набір точок від однієї пари випромінювач-детектор утворює на рівній поверхні безперервне коло. Наведений приклад відноситься до варіанта встановлення далекоміра на даху кабіни вантажівки, тому на зображенні нижче білої точки є темна область - кузов. Як видно на малюнку, попереду вантажівки знаходяться два транспортні засоби: іншу вантажівку, яка намагається повернути ліворуч, і легковий автомобіль, що перетинає перехрестя. Крім того, позаду легкового автомобіля на зображенні видно дорожню огорожу, землю та дерева. Ліворуч і праворуч від сенсора видно хвилясті області, що відповідають дорожній огорожі та тротуару і виділяють проїжджу частину в поле зору. Уздовж тротуару розрізнимо чагарник. Отримані дані дозволяють визначити дорожню ситуацію позаду сенсора – на зображенні є транспортний засіб, що знаходиться за вантажівкою. Важливо, що у будь-якій із хмар точок немає розривів у кругових даних (навколо вантажівки). Цей факт показує, що частоти проходження лазерних імпульсів для верхнього і нижнього блоків далекоміра налаштовані правильно. Якби частота проходження імпульсів була нижчою, ніж потрібно, то кожна з кіл складалася б з пунктирних ліній. Порожні області на зображенні виникають через перешкод, що перебувають на оптичному шляху, не дозволяють отримати дані про простір за ними (ефект затінення). Наприклад, так виникає чорна смуга за кузовом вантажівки. Слід зазначити, що пристрій LIDAR також може бути встановлений під кутом 90° вертикальної осі для зміни області огляду. Така схема установки може бути використана в геодезичних та картографічних додатках. Розглянутий лазерний далекомір Velodyne HDL-64E відноситься до класу 1M, тобто вважається безпечним для очей. Сенсор поміщений у водонепроникний корпус, зберігає працездатність при екстремальних температурах і є оптимальним для використання в автомобілях. Основні технічні характеристикипристрої наведені у таблиці.

Майже всі поліцейські сили світу (в т.ч. та ДАІ) використовують радари для вимірювання швидкості, примусу виконання швидкісного режиму та поповнення скарбниці. З моменту розробки цих пристроїв, за ними невідступно йдуть антирадари. На жаль, поліція має два тузи — вони можуть вибирати час і місце для своїх.<отстрелов>(і підвищують їхню забійну силу, вибираючи місця, небезпечні чи ні, де більшість нормальних людей їздить швидко) і оголошувати нелегальними найбільш ефективні контрзаходи, такі як наведення перешкод та використання антирадарів.

Радар посилає пульсуючий або безперервний сигнал радіочастоти та слухає відображення цього сигналу. Коли імпульс досягає об'єкта, що рухається, його частота змінюється у відповідність зі швидкістю і напрямом руху (ефект Допплера). Також з'явилися нові системи, які використовують лазерне випромінювання визначення швидкості.

Існує три основні частотні діапазони, в яких працюють поліцейські радари, зазвичай звані X-діапазон (11 ГГц), K-діапазон (24 ГГц) та Ka-діапазон (32-36 ГГц). Всі радар-детектори слухають ці частоти і пищать, цвірінькають і моргають, коли знаходять сигнал. Підвищення чутливості антирадару дозволяє раніше виявляти радар. На жаль, ці частоти використовуються також різними корисними пристроями, такими як системи автоматичного відчинення дверей гаража, системами охорони, а також присутні в випромінюванні ліній електропередач. Звідси зростає другий бік проблеми — антирадари, які ловлять все поспіль і частіше брешуть, ніж попереджають.

Лідар (Lidar, лазерний радар) - новий ворог

Лідар, на відміну звичайного радара, використовує лазерне випромінювання (довжина вільні близько 900нм) визначення швидкості автомобіля. Він через деякі проміжки часу вимірює відстань від пристрою до мети і його зміну обчислює швидкість. Оскільки вимірюється відстань дуже важливо, щоб лідер був встановлений стабільно і капітально для отримання правильних значень, і звичайна мета (автомобіль) у цьому випадку перетворюється на набір поверхонь, які є добрими відбивачами. Це дуже важливо, оскільки пристрій використовує відображення лазерного променя від мети вимірювання відстані.

З погляду водія, основна відмінність від радара полягає у складності виявлення. Розмір плями променя становить близько 4 футів на відстані півмілі (120см на 800м), і воно дуже мало для захоплення детектором. Крім того, всі пристрої цього класу автоматично відключають випромінювач після виконання виміру, а не працюють безперервно, як більшість радарів.

Фоторадар - найпростіший спосіб збирати гроші

Черговий виток у війні радарів та антирадарів – фоторадар, при виявленні яким ви дізнаєтеся про це лише після отримання квитанції на штраф. Він має малопотужний радар тієї чи іншої конструкції для визначення швидкості та фотографує автомобіль, що рухається з перевищенням швидкості (аж до номерів та особи за кермом). Сперечатися марно — машина не бреше. Деякі фоторадари обладнані пристроєм повороту, що дозволяє сканувати деяку ділянку дороги, що ускладнює їх виявлення і зменшує ймовірність помилки. Радар, що визначає швидкість, дуже малопотужний, його радіус дії зазвичай не перевищує 30-50м, що також ускладнює його виявлення, особливо якщо він загороджується будівлями або іншими автомобілями.

Використовується кілька типів таких пристроїв:

• Австралія використовує Fairy slant radar system, яка використовує радар K-діапазону з кутом 45 градусів.
• Нова Зеландія та частина Канади – Auto patrol Ka-фоторадар, досить вбивчий. Він використовує малопотужний радар на 34.6 ГГц з кутом 22.5 градусів і робить фотографії автомобілів, що рухаються в обох напрямках. Однак він не робить знімок, якщо виявляє кілька автомобілів у кадрі для економії плівки. Частота завбачливо обрана як третя гармоніка X-діапазону, де більшість радар-детекторів мають знижену чутливість для придушення побутових перешкод.

Vascar (Visual Average Speed ​​Computer and Recorder)

Це не радарна система. Суть у тому, що є дві позначки на дорозі. У момент перетину першої вмикається таймер, у момент перетину другої - вимикається. Відстань між відмітками – фіксована. Швидкість обчислюється. Єдиний контрзахід - уважність.

Контрзаходи

Наведення перешкод (Radar jamming)

З часів протистояння електронні контрзаходи стали дуже популярними. Якщо пропустити міркування щодо законності використання таких пристроїв і перейти до технічної сторони питання, що дає наведення перешкод? Існують шумелки (джамери) двох типів - активні та пасивні. Пасивні приймають сигнал радара, зашумляють його і передають назад без посилення. Основна проблема цього методу видно, якщо порівняти площу антени пристрою (близько 1 кв.дюйма) із фронтальною площею автомобіля. Будь-який сигнал шумелки буде пригнічений сигналом від решти автомобіля та благополучно відфільтрований системою шумоподавлення радара. Дослідження подібних пристроїв показали їхню досить низьку ефективність (див. оригінальний текст, там є посилання).

Набагато ефективніші (а отже, і більш незаконні) — активні шумелки. У цьому випадку пристрій надсилає потужний сигнал, що пригнічує відбитий автомобілем. Як приклад – VCDD Stealth, ціна близько 700 USD (у Новій Зеландії). Складається з низькоякісного широкосмугового детектора випромінювання, сигналом якого включається випромінювач на тій же частоті. На думку журналів Car & Drivers та NZ Autonews, існують кілька серйозних проблем при використанні цього пристрою:

• Працює лише вперед
• Погано працює у короткохвильовому діапазоні
• Працює лише в діапазонах X і K
• Має великі габарити
• Намертво глушить інші детектори на милі навколо З огляду на високу вартість, незаконність та пп.1-5 видається не дуже зручним використання такого пристрою. За іншими інформацією немає.

Схованки (Stealth)

Кращий спосіб сховатися від радара - обклеїти автомобіль матеріалом, який використовується на знаменитих літаках-невидимках, проте є деякі труднощі з його наявністю у продажу. Тому, для початку, слід звернути увагу на передній профіль автомобіля. Очевидно, що автомобіль з низьким профілем, ззаду мотором і закритими підйомними фарами (Mazda RX7), відображає сигнал у зворотному напрямку набагато гірше, ніж мінівен або трейлер. Взагалі, автомобіль з низьким лобовим опором, теоретично відбиває сигнал куди завгодно, лише над зворотному напрямі, і з урахуванням використання у сучасних автомобілях пластмас тощо. профіль для відображення сигналу радара зменшується. Однак, інформації про будь-які формальні дослідження на цю тему немає.

Наведення перешкод на лідери (Lidar jamming)

На відміну від радара, лазерне випромінювання – це світло, і в цьому сенсі його придушення простіше та легальніше. Car & Driver magazine (квітень 1994) помістив непогану нотатку, в якій, зокрема, йшлося про те, що використання пари потужних протитуманок дозволяє зменшити відстань дії лідарного спідометра вдвічі, що за наявності детектора дає кілька додаткових секунд. Robert Weverka та Craig Peterson у своїй статті (Autotronics, березень 1995, стор. 36) стверджують, що це не працює, проте не пояснюють, чому C&D отримали позитивні результати.

Схованки від лідарів (Lidar stealth)

Лідар працює на принципі відображення світлового (лазерного) променя від поверхні мети, тому кращий спосібсховатися від нього — мати автомобіль із низьким профілем, чорного кольору, без хромованих деталей та покритий брудом. Непогано також мати покриття (чохли?) на великі блискучі поверхні для придушення відображення. Тестів на цю тему не траплялося.

Детектори

Детектори радарів по суті радіоприймач, який моргає, пищить або цвірінькає коли приймає сигнал частоти, на якій працюють радари. Крім різних лампочок, основне різницю між детекторами — чутливість і придушення випадкових спрацьовувань. Найчастіше — це взаємовиключні параметри.

Громадська думка та огляди

Виробники детекторів постійно пропонують нові моделі. Ціна не завжди визначає якість. Деякі дешеві моделі показують непогані результати. З іншого боку, деякі дорогі мають відверті провали в певних діапазонах.

На що звертати увагу

При покупці, окрім ціни дивіться на:

• чутливість - іноді виробники поміщають результати тестів, має бути не нижче 110 дБ
• пам'ять — можливість збереження налаштувань
• Mute (вимкнення звуку) - на випадок суцільного потоку поліцейських машин з радарами
• Прихована (монтаж) — якщо використання детекторів заборонено законами країни
• Регулювання гучності
• Діапазон - K/Ka/X - band, lidar
• Наявність різних лампочок і звукових тонів для різних джерел випромінювання

Де встановлювати

Зазвичай, найкраще місцедля встановлення детектора вгорі лобового скла, поруч із дзеркалом. Це дозволяє збільшити дальність дії та забезпечує гарний<обзор>дороги. Виняток становлять автомобілі, що мають сонцезахисну металізовану смужку по лобовому склі, яка блокує роботу детектора.

Детектори детекторів

У деяких країнах, де заборонено використання детекторів, використовуються детектори радар-детекторів (наприклад, VG2 у Канаді). Їх принцип роботи заснований на уловлюванні частоти, яка використовується в супергетеродинах приймачів детекторів. Багато виробників детекторів враховують цю тонкість і випускають.<невидимые>детектори, такі як моделі Bel і Valentine One, а Whistler випускає поділи оснащені детекторами детекторів.

Важливо, що жодна із систем не є ефективною на 100 відсотків. Крім того, періодично з'являються нові різновиди радарів, розроблені з використанням останніх технологій та існуючі антирадари стають неефективними.

На даний момент існує єдиний дієвий спосібуникнути штрафів за перевищення швидкості – не лихачити!

Науково-дослідна робота студента (УНІРС) на тему:

«Дзеркальні схеми лідарних об'єктивів»

Санкт-Петербург

Вступ

1. Принцип дії лідара

2. Влаштування лідара

3. Оптичні схеми об'єктивів лідерів

3.1 Об'єктив Ньютона

3.2 Об'єктив Кассегрена

3.3 Об'єктив Грегорі

Висновок

Вступ

Термін "лідар" є абревіатурою англійського вираження light identification, detection and ranging (виявлення та визначення дальності за допомогою світла).

Лідар - технологія отримання та обробки інформації про віддалені об'єкти за допомогою активних оптичних систем, що використовують явища відображення світла та його розсіювання у прозорих та напівпрозорих середовищах.

Як прилад, лідер являє собою оптичний локатор для дистанційного зондування повітряних та водних середовищ. Також до лідерів відносять оптичні локатори, які дозволяють дистанційно отримувати інформацію про тверді об'єкти.

Лідари затребувані і користуються популярністю завдяки перевагам лазерів, що використовуються в них:

· Когерентність випромінювання

· Мала довжина хвилі випромінювання і, як наслідок, малі втрати через розбіжність

· Миттєва потужність випромінювання

Сукупність цих властивостей робить використання лідара незамінним на дистанціях від сотень метрів до кількох кілометрів.

1. Принцип дії лідара

Імпульсне випромінювання лазера надсилається в атмосферу. Потім, розсіяне атмосферою у зворотному напрямку, випромінювання збирається телескопом і реєструється фотоприймачем з наступним оцифруванням сигналів.

імпульсний лідер телеоб'єктив оптичний

Лідар запускає швидкі короткі імпульси лазерного випромінювання на об'єкт (поверхню) із частотою до 150000 імпульсів на секунду. Датчик на приладі вимірює проміжок часу, необхідний повернення імпульсу. Світло рухається з постійною та відомою швидкістю, тому лідер може обчислити відстань між ним та цілі з високою точністю.

Існують дві основні категорії імпульсних лідарів: мікроімпульсні та високоенергетичні системи.

Мікроімпульсні лідори працюють на більш потужній комп'ютерної технікиз великими обчислювальними можливостями.

Ці лазери меншої потужності і класифікуються як "безпечні для очей", що дозволяє використовувати їх практично без особливих запобіжних заходів.

Лідари з великою енергією імпульсу в основному застосовуються для дослідження атмосфери, де вони часто використовуються для вимірювання різних параметрів атмосфери, таких як висота, нашарування та щільність хмар, властивості частинок хмари, температуру, тиск, вітер, вологість та концентрацію газів в атмосфері.

2 . Влаштування лідара

Більшість лідарів складається із трьох частин:

· Передавальна частина

· Приймальна частина

· Система управління

Передавальна частина (а) лідара містить джерело випромінювання - лазер і оптичну системуна формування вихідного лазерного пучка, тобто. для керування розміром вихідної плями та розбіжністю пучка.

В більшості конструкцій випромінювачем служить лазер, що формує короткі імпульси світла високої миттєвої потужності. Періодичність проходження імпульсів або модулююча частота вибираються так, щоб пауза між двома послідовними імпульсами була не меншою, ніж час відгуку від цілей (які можуть фізично перебувати далі, ніж розрахунковий радіус дії приладу). Вибір довжини хвилі залежить від функції лазера та вимог до безпеки та скритності приладу; найчастіше застосовуються Nd:YAG-лазери та довжини хвиль:

1550 нм – інфрачервоне випромінювання, невидиме ні оку людини, ні типовим приладам нічного бачення. Око не здатне сфокусувати ці хвилі на поверхні сітківки, тому травматичний поріг для хвилі 1550 значно вищий, ніж для коротких хвиль. Однак ризик пошкодження очей насправді вищий, ніж у випромінювачів видимого світла - оскільки око не реагує на ІЧ випромінювання, то не спрацьовує і природний захисний рефлекс людини

1064 нм - ближнє інфрачервоне випромінювання неодимових та ітербієвих лазерів, невидиме оку, але виявлене приладами нічного бачення

532 нм - зелене випромінювання неодимового лазера, що ефективно «пробиває» маси води

355 нм - ближнє ультрафіолетове випромінювання

Приймальна частина (б) складається з об'єктиву (телескоп), спектрального та/або просторових фільтрів, поляризаційного елемента та фотодетектора. Випромінювання, відбито-розсіяне від об'єкта, що досліджується, концентрується приймальною оптикою (телескопом), а потім проходить через аналізатор спектру. Цей прилад служить виділення інтервалу довжин хвиль, у якому проводяться спостереження, і, отже, для відсічення фонового випромінювання інших довжинах хвиль. Аналізатор може бути або складний, ретельно налаштований моно-або поліхроматор, або набір вузькосмугових фільтрів, включаючи фільтр відсічення випромінювання на довжині хвилі лазерного передавача.

Випромінювач і приймальний блок можуть бути далеко рознесені один від одного або виконані в єдиному блоці, що останні роки є звичайним. Осі випромінювача та приймача можуть бути поєднані (коаксіальна схема) або рознесені (біаксіальна схема).

Система управління(в) виконує такі завдання:

ѕ Управління режимом роботи лідара;

ѕ Управління частотою зондувального випромінювання лазера;

ѕ Вимір енергії випромінювання у вихідному і прийнятому двочастотному лазерному пучку на обох частотах;

ѕ Обробка результатів, тобто. отримання спектральних характеристик атмосфери, визначення наявності та концентрацій домішок за наявними у базі даних комп'ютера «спектральним портретам» молекул;

ѕ Управління системою наведення лідара на досліджуваний об'єкт.

У своєму дослідженні я вирішив докладно розглянути схеми об'єктивів, що використовуються у різних лідерах.

3 . Оптичні схеми об'єктивів лідерів

Зворотний сигнал від об'єкта, що досліджується, повинен бути перехоплений приймальним об'єктивом лідара, відфільтрований (просторово і спектрально) і спрямований на чутливий майданчик фотоприймача. Все це повинно бути зроблено з максимальною ефективністю, без значних втрат корисного світлового сигналу, зібраного об'єктивом, і з максимальним придушенням всіх завад, що зашумляють сигнал. Простежимо проходження корисного сигналу через приймальну систему та розглянемо окремо кожен елемент цієї системи.

Лазер висвітлює на об'єкті пляма, розмір якої визначається розбіжністю пучка 2 та відстанню до об'єкта R: D=2Rtg2R. Частина відбитого і розсіяного у напрямку випромінювання збирається об'єктивом, як показано на рис.: (лазер і приймальний об'єктив співвісни).

Показані лише крайні промені пучків від крапок у плямі, які потрапляють до об'єктиву. При великих відстанях промені від точки практично паралельні один одному. Призначення об'єктива - зібрати достатню кількість світла від плями та спроектувати пляму на фотоприймачі. Тому основними параметрами об'єктива є світлозбиральна площа, фокусна відстань та поле зору. Для космічних лідерів, коли відстань до досліджуваних шарів атмосфери або землі досягає сотень кілометрів, необхідно використовувати об'єктиви з великим діаметром 1...3 м і навіть більше, щоб зібрати достатньо світла, особливо при роботі в комбінаційному режимі розсіювання або диференціального поглинання. Діаметр d і фокусна відстань f" визначають світлосилу об'єктива (відносний отвір d/f"). Чим світлосильніша система, тим менший розмірзображення, яке вона формує. Поле зору об'єктива визначається кутом, під яким промінь від крайньої точки плями проходить через центр вхідної зіниці об'єктива (рис.). Розмір зображення (не більше розміру фотоприймача), еквівалентна фокусна відстань (з урахуванням додаткових перепроектуючих елементів у спектральному блоці приймача) та кут поля зору пов'язані співвідношенням 2a = 2f"tg, яке дозволяє вибрати параметри конкретних схем та підібрати необхідні елементи. У багатьох випадках пляма проектується не на фотоприймач безпосередньо, а в площину польової діафрагми (первинне зображення), яка обмежує поле зору об'єктива.Регулюючи розміри польової діафрагми, можна змінювати ефективний розмір плями, що проектується на фотоприймач. шумову засітку від багаторазово розсіяного світла Перепроектування первинного зображення також є способом боротьби з розсіяним всередині об'єктива світлом. Діафрагма зазвичай буває ірисова або у вигляді диска з отворами різного діаметра.

Оскільки лідер працює з віддаленими об'єктами, об'єктив повинен будувати зображення практично з нескінченності на кінцеву відстань (у фокальній площині). Тобто. використовуються телеоб'єктиви. Оптичний розрахунок телеоб'єктива роблять з урахуванням того, що абераційне розмиття краю зображення має бути мінімальним або прийнятним з погляду світлових втрат (віньєтування польовою діафрагмою). У системах типу далекомірів, сканерів, батиметрів діаметр об'єктива невеликий - від 15 до 150 мм. Тому об'єктиви зазвичай лінзові.

Об'єктиви, що використовуються у лідерах:

· Дзеркальні (рефлектори) - використовують як світлозбиральний елемент дзеркало.

· Дзеркально - лінзові (катадіоптричні) - як оптичні елементи використовуються і дзеркала, і лінзи. Лінзи за розміром можна порівняти з головним дзеркалом і служать для корекції зображення, що формується ним.

Дзеркала можна зробити полегшеними, що важливо для авіаційних та особливо космічних систем. Дзеркальні системи будують за класичними схемами телескопів: Ньютона), Грегорі та Кассегрена. Після первинного фокусу умовно наведено лінзовий об'єктив, що означає наявність деякої додаткової оптики приймальній системі. Дзеркальні системи мають центральне екранування, навіть у схемі Ньютона, у якій у фокусі на осі розміщений приймач. При невеликих полях зору одиниці кутових секунд і малих відносних отворах (d/f" менше 1:10) замість параболоїда в схемі Ньютона використовують сферу, що переважно з економічних міркувань. Через невисокі вимоги до якості зображення (треба тільки зібрати енергію) іноді вдається замінити вторинне гіперболічне дзеркало на сферичне, можливі варіанти схеми типу Кассегрена з головним сферичним дзеркалом і вторинним асферичним дзеркалом високого порядку.

Варіанти взаємного розташування лазера та приймального телескопа:

У першій схемі суміщення оптичних осей використовується тильна поверхня діагонального плоского дзеркала. У другій схемі приймальний телескоп використовується і як формує, що вимагає посилення вимог до його якості (інакше лазерний пучок сильно розійдеться). Крім того, у ній неминучі втрати через використання світлодільника. У третій схемі використовуються отвори в головному та діагональному (або вторинному) дзеркалах. Центральні зони завжди неробочі. Використовують також схеми, у яких осі лазера і телескопа не суміщені – паралельні чи взаємно нахилені. Такі схеми не дозволяють максимально ефективно використовувати енергію лазерного пучка, але дозволяють позбутися яскравої плями на осі (майже нульове поле зору), яка може спричинити перенасичення приймача. При енергетичних розрахунках слід враховувати гаусовий розподіл енергії в лазерному пучку

3.1 Об'єктив Ньютона

Ця схема була винайдена Ісааком Ньютоном у 1668 році. Тут головне (параболічне) дзеркало спрямовує випромінювання на невелике плоске діагональне дзеркало, розташоване поблизу фокусу. Воно у свою чергу відхиляє пучок випромінювання за межі труби, де він потрапляє на приймальний пристрій.

Дана схема має мінімальну кількість оптичних елементів, що обумовлює простоту юстування, невисокі вимоги до обробки дзеркал та невисоку вартість виготовлення. Головне дзеркало через свій великий розмір вимагає часу на термостабілізацію. Також потрібно періодичне підстроювання дзеркал, схильна втрачатися при транспортуванні та в процесі експлуатації. Система невільна від аберації коми.

Об'єктив Ньютона використовується в багатьох лідерах, розглянемо деякі з них:

1) Багатохвильовий романівський лідер MRL-400

В основу роботи цього лідара покладено явище комбінаційне розсіювання світла (ефект Рамана) - непружне розсіювання оптичного випромінювання на молекулах речовини (твердого, рідкого чи газоподібного), що супроводжується помітною зміною частоти випромінювання. У спектрі розсіяного випромінювання з'являються спектральні лінії, яких немає в спектрі первинного (збудливого) світла. Число і розташування ліній визначається молекулярною будовою речовини.

Випромінювання лазера телескопується позаосьовим параболічним дзеркальним коліматором. Лазер разом із коліматором кріпиться на приймальному телескопі, що дозволяє проводити вимірювання під будь-яким кутом до горизонту.

структура лідара MRL-400

Джерело випромінювання: Nd:YAG лазер Quantel Brilliant з генератором третьої гармоніки

Енергія в імпульсі: 300/300/200 мДж – 1064/532/355 нм

Частота повторення: 10 Гц

Позаосьовий параболічний дзеркальний коліматор з коефіцієнтом збільшення 5. Діелектричні дзеркальні покриття забезпечують роботу коліматора на довжинах хвиль 355, 532, 1064 нм.

Телескоп Ньютона з апертурою 400 мм та фокусною відстанню 1200 мм.

2) Багатохвильовий аерозольний лідер PL-200

структура лідара PL-200

Джерело випромінювання: Nd:YAG лазер із генератором третьої гармоніки.

Енергія на довжині хвилі 355 нм: 70 мДж

Частота повторення: 25 Гц

Розбіжність пучка:< 1 мрад

Коліматор: Позаосьовий параболічний коліматор з діелектричними покриттями і коефіцієнтом збільшення 5 призначений для одночасного телескопування довжин довжин хвиль (1064, 532, 355 нм).

Лідар використовується телескоп Ньютона з апертурою 300 мм. Головне дзеркало є параболічним з фокальною відстанню 970 мм.

3.2 Об'єктив Кассегрена

Схема була запропонована Лореном Кассегреном у 1672 році. Головне дзеркало більшого діаметра (увігнуте; в оригінальному варіанті параболічне) відкидає випромінювання на вторинне опукло меншого діаметра (зазвичай гіперболічне). Вторинне дзеркало розташоване між головним дзеркалом та його фокусом та повна фокусна відстань об'єктива більша, ніж у головного. Об'єктив при тому самому діаметрі і фокусній відстані має майже вдвічі меншу довжину труби і трохи менше екранування, ніж у Грегорі. Традиційний рефлектор Кассегрена складний у виробництві (складні поверхні дзеркал – парабола, гіпербола), а також має недовиправлену аберацію коми. Останній недолік виправлений у різних модифікаціях схеми Кассегрена.

З дзеркальних об'єктивів побудований за схемою Кассегрена користується найбільшою популярністю завдяки поєднанню компактності та великої фокусної відстані.

Розглянемо деякі лідери, в яких використовується приймальний телескоп, побудований за схемою Кассегрена:

1) Стаціонарний лідарний комплекс МВЛ-60

Багатохвильовий лідер МВЛ-60 призначений для оперативного дистанційного аналізу характеристик атмосферного аерозолю та хмарних утворень в атмосфері за допомогою лазера, що працює на довжинах хвиль 1064 (ІЧ), 532 (зелений) та 355 (УФ) нм.

Приймальна антена лідара є телескопом, найчастіше дзеркальним, побудованим зазвичай за схемою Ньютона або Кассегрена. У телескопі лідара МВЛ-60 з діаметром головного параболічного дзеркала 60 см реалізовані обидві ці схеми.

При роботі в якості приймальної антени лідара в телескопі реалізується схема Кассегрена, коли прийнятий відбитий сигнал лазера потрапляє спочатку на головне параболічне дзеркало, потім на вторинне дзеркало гіперболічне, а далі через отвір в центрі параболічного дзеркала в блок аналізатора, де потім розводиться реєструється комп'ютером.

Працюючи як звичайного астрономічного приладу в телескопі реалізується схема Ньютона: на оптичну вісь головного параболического дзеркала вводиться плоске дзеркало, з якого прийняте головним дзеркалом зображення виводиться під кутом 90 град. вздовж поворотної осі телескопа. У цьому фокусі Ньютона можна розмістити окуляр або відеокамеру і отримувати зображення об'єктів зоряного неба.

2) Багатохвильовий лідер з Раманівськими каналами

Випромінювач імпульсний: Nd:YAG лазер

Довжина хвилі: 1064, 532 і 355 нм

Енергія імпульсу: 100/55/30 мДж

Тривалість імпульсу: 10 нс

Частота посилки імпульсів: 10 Гц

Діаметр лазерного пучка (розширений): 50 мм

Розбіжність лазерного випромінювання: 0.3 мрад

Телескоп (діаметр): Кассегрен, 300 мм первинне дзеркало

Кут прийому випромінювання: 0.6 - 5 мрад

Довжини хвиль пружного розсіювання: 1064, 532, 532 деполяризація та 355 нм

Раманівські довжини хвиль: 387, 407, 607 нм

3 . 3 Об'єктив Грегорі

Ця схема була винайдена Джеймсом Грегорі в 1663 році. У системі Грегорі випромінювання від головного увігнутого параболічного дзеркала спрямовується на невелике увігнуте дзеркало еліптичне, яке відображає пучок у фотоприймальний пристрій, поміщене в центральному отворі головного дзеркала. Наявність вторинного дзеркала подовжує фокусну відстань і цим дає можливість застосовувати великі збільшення.

Розмір приймального телескопа, побудованого за схемою Грегорі, виходить більше, ніж телескоп Ньютона і майже вдвічі більше, ніж об'єктив Кассегрена, що збільшує екранування, ускладнює юстировку та її збереження, транспортування та експлуатацію загалом.

Дана схема не набула такого поширення, як схеми Ньютона і Кассегрена, так як за інших рівних її недоліки більш істотні, і використовується в деяких специфічних випадках.

Висновок

У процесі вивчення дзеркальних об'єктивів, що використовуються в лідарах, та порівняння між собою різних схемя зробив такий висновок:

Дзеркальні об'єктиви мають ряд переваг (порівняно з лінзовими):

ѕ Висока світлосила і роздільна здатність

ѕ Відсутність хроматичних аберацій у дзеркал

ѕ Високий коефіцієнт світлопропускання

ѕ При порівняно нескладній конструкції дзеркальних систем можна отримати досить досконалу корекцію сферичної аберації

ѕ Дзеркальні системи не містять заломлюючих поверхонь і тому зручні для використання в ІЧ та УФ областях спектру

Але, крім переваг, дзеркальні об'єктиви мають і недоліки:

ѕ Складність виготовлення та контролю асферичних поверхонь дзеркал

ѕ Складність юстування дзеркальних систем

ѕ Складнощі, пов'язані з використанням великих дзеркал (вплив погодних умов, необхідність термостабілізації)

ѕ Дзеркальні системи, як правило, мають велику кому, що зменшує корисне поле системи. Даний недолік усувають застосуванням дзеркально-лінзових схем.

Подібні документи

Призменный монокуляр: поняття, призначення, особливості конструкції. Розгляд оптичної схеми монокулярів із призмінними системами О. Малафєєва, основні елементи: об'єктив, окуляр. Етапи абераційного розрахунку окуляра із призмою у зворотному ході променів.

курсова робота , доданий 18.01.2013


Габаритний розрахунок оптичної системи. Обґрунтування компонентів мікроскопа. Дослідження оптичної системи об'єктива на ЕОМ. Розрахунок конструктивних властивостей. Числова апертура об'єктива у просторі. Оптичні параметри окуляра Ґюйгенса.

курсова робота , доданий 19.03.2012


Фотоапарат як оптичний прилад. Фокусна відстань фотооб'єктиву. Поле зору фотооб'єктиву. Світлосила об'єктива. Покриття, що просвітлюють. Стандартний ряд відносних отворів. Роздільна здатність фотооб'єктива та гіперфокальна відстань.

презентація , доданий 30.01.2015


Різноманітність ринку оптичних приладів. Методи контрастування зображення. Предметне та покривне скло. Пристрої захисту об'єктиву. Система призм та дзеркал. Рахункові камери та вимірювальні пристрої. Сучасні металургійні прямі мікроскопи.

реферат, доданий 27.11.2014


Ідеальна оптична система. Розрахунок призми, вибір окуляра. Осесиметрична та просторова оптична система. Конструкційні параметри, аберація об'єктив та призма. Розрахунок аберацій монокуляра. Випуск креслення сітки. Тріорі простору предметів.

контрольна робота , доданий 02.10.2013


Види світлових мікроскопів, їхня комплектація. Правила використання та догляду за мікроскопом. Класифікація об'єктивів, що застосовуються в оптичних приладах. Іммерсійні системи та лічильні камери світлових мікроскопів. Методи контрастування зображення.

реферат, доданий 06.10.2014


Роль електротехніки у розвитку суднобудування. Функціональна схема керування асинхронним двигуном із короткозамкненим ротором. Принцип роботи електричної схеми вентилятора Технологія монтажу електричної схеми, використовувані матеріали та інструменти.

курсова робота , доданий 12.12.2009


Теоретичний аналіз основних контурів газонаповненого генератора імпульсної напруги, зібраного за схемою Аркадьєва-Мракса. Розрахунок розрядної схеми ГІН, розрядного контуру на аперіодичність. Вимірювання струму та напруги ГІНу. Конструктивне виконання.

курсова робота , доданий 19.04.2011


Вибір схеми генератора імпульсів напруги та загального компонування конструкції. Розрахунок розрядного контуру генератора, розрядних, фронтових та демпферних опорів, комутаторів імпульсної випробувальної установки. Розробка схеми керування установкою.

курсова робота , доданий 29.11.2012


Поняття та сфери практичного використання електронно-оптичних перетворювачів як пристроїв, що перетворюють електронні сигнали на оптичне випромінювання або зображення, доступне для сприйняття людиною. Пристрій, цілі та завдання, принцип дії.

Власники патенту UA 2575766:

Винахід відноситься до області лазерної локації і квантової електроніки і призначене для використання в лазерних локаційних системах і комплексах з метою виявлення об'єктів, що рухаються, і визначення параметрів їх руху, включаючи просторові координати і швидкість руху. Пропонований пристрій може бути використано в системах лазерного космічного зв'язку для здійснення зв'язку з космічним кораблем в ближньому або далекому космосі, а також для здійснення зв'язку з космічним кораблем при здійсненні його посадки на Землю через шар плазми, що оточує космічний корабель. Пропонований пристрій відноситься до класу лазерних систем, що використовують метод лазерного гетеродинування прийому та обробки лазерних локаційних сигналів. Даний метод прийому лазерних сигналів відомий та досліджений у науковій літературі, де зазначено деякі переваги цього методу порівняно з методом прямого фотодетектування лазерних сигналів. Однак ряд недоліків при практичній реалізації лазерного гетеродинування не дозволяв повною мірою використовувати потенційні можливості даного методу для створення ефективних лазерних локаційних систем широкого застосування. Основним технічним недоліком зазначеного методу лазерного гетеродинування є необхідність високоточного узгодження хвильових фронтів лазерного випромінювання (ЛІ) і випромінювання лазерного гетеродина на фоточутливій майданчику приймального фотодетектора. У монографії на стор. 156 показано, що за наявності кутового неузгодженості величиною порядку 12 кутових хвилин приймається і гетеродинного лазерних випромінювань сигнал на виході фотоприймача - фотозмішувача на проміжній частоті зменшується в п'ять разів порівняно з рівнем сигналу при нульовому кутовому неузгодженні. Така залежність рівня вихідного сигналу призводить до сильних флуктуацій і періодичного повного пропадання вихідного сигналу, зменшення ймовірності виявлення об'єктів, що спостерігаються, і зниження ефективності роботи лазерної системи прийому в реальних умовах стеження за швидко рухомими об'єктами.

Відомий лазерний далекомір з гетеродинною схемою обробки за патентом Німеччини (з. №2819320) , що містить лазер, генератор тактових імпульсів, приймально-передавальну оптичну систему, лазерний гетеродин, оптичний змішувач прийнятого лазерного випромінювання з випромінюванням гетеродина, фотодетектор, частоти з виходу фото детектора, блок пам'яті та обробки інформації. До недоліків даного пристрою слід віднести низьку ефективність і невисоку виявну здатність пристрою при його роботі в реальних умовах спостереження за об'єктами, що рухаються, за наявності різних фонових перешкод на вході приймальної оптичної системи. Зазначені недоліки обумовлені значною залежністю рівня сигналу проміжної частоти (сигналу фотозмішування) від узгодження кутів падіння на майданчик фотодетектора випромінювання гетеродина і лазерного випромінювання, що приймається. При здійсненні стеження за швидко рухомим об'єктом кут падіння лазерного випромінювання схильний до безперервних змін, що призводить до значних флуктуацій рівня величини сигналу проміжної частоти на виході фотодетектора і зниження цього рівня, внаслідок чого зменшується ймовірність правильного виявлення об'єкта, знижується точність визначення параметрів руху роботи всього пристрою загалом.

Відомий лазерний локатор з гетеродинним методом прийому лазерних сигналів розробки США, наведений в книзі Лазерна локація на стор. , блок вимірювання та контролю частоти, блок обробки інформації та управління. До недоліків даного комплексу слід віднести низьку ефективність роботи за значної складності комплексу. У комплексі відсутні засоби, що забезпечують безперервне узгодження кутів падіння на фотоприймальний блок лазерного випромінювання гетеродина і прийнятого лазерного випромінювання, відбитого від об'єкта, що швидко рухається. В результаті можливих змін кута падіння на майданчик фотоприймача лазерного випромінювання в робочому режимі виявлення і супроводу об'єкта відбувається динамічне неузгодження зазначених кутів падіння, що призводить до сильних додаткових флуктуацій рівня сигналу проміжної частоти і до повного пропадання сигналу і зриву виявлення і зриву виявлення. У даному комплексі використана система підстроювання частоти генерації (довжини хвилі) випромінювання лазерного генератора (лазерного передавача), що задає. Однак використаний метод підстроювання довжини хвилі генерації лазера за допомогою внутрішньорезонаторного п'єзокоректора не має необхідної точності, що додатково знижує точність та ефективність роботи лазерного локатора.

В якості прототипу обраний лазерний локатор з імпульсним режимом випромінювання, схема якого наведена в книзі Лазерна локація на стор. 245. передавач, лазерний гетеродин, блок вимірювання частоти, фіксовані послаблювачі-поглиначі випромінювання, світлодільники. До недоліків даного пристрою слід віднести низьку ефективність роботи по реальних рухомих об'єктах, а також невисоку ймовірність правильного виявлення об'єкта, що рухається внаслідок наявності неузгодженості кутів падіння на майданчик фотоприймального блоку прийнятого лазерного випромінювання і випромінювання гетеродина в режимі виявлення і динамічного супроводу.

Досяганим технічним результатом є наступне: зменшення залежності рівня вихідного сигналу від змін кута приходу лазерного випромінювання (ЛІ), підвищення ефективності роботи системи лазерної локації в умовах виявлення і стеження за об'єктами, що рухаються, і за наявності сильних фонових засвіток, підвищення ймовірності правильного виявлення спостережуваних об'єктів, реалізація сталого лазерного зв'язку з космічним кораблем через шар навколишньої плазми при вході в щільні шари атмосфери під час посадки космічного корабля на Землю.

Новий технічний результат досягається в такий спосіб.

1. У лазерний локатор, що містить послідовно встановлені на першій оптичній осі телескоп з блоком наведення, перший об'єктив, перший фотоприймальний блок, вихід якого підключений до блоку спектральних фільтрів, під'єднаний виходами до блоку управління, лазерний передавач, лазерний гетеродин і блок вимірювання частоти, вихід лазерного передавача оптично пов'язаний з телескопом і, за допомогою напівпрозорого та відбивного дзеркал, з першим оптичним входом блоку вимірювання частоти, другий оптичний вхід якого оптично пов'язаний за допомогою напівпрозорого дзеркала з оптичним виходом лазерного гетеродина, керуючі входи лазерного передавача, лазерного гетеродина та вихід блоку вимірювання частоти до блоку управління, введені послідовно оптично зв'язані перший керований послаблювач, перший блок зсуву частоти лазерного випромінювання, перший блок сканування лазерного випромінювання, оптичний вихід якого за допомогою відбивного та двох напівпрозорих дзеркал оптично пов'язаний з оптичним входом першого фотоприймального блоку, послідовно оптично пов'язані другий керований послаблювач, другий блок зсуву частоти лазерного випромінювання, другий блок сканування лазерного випромінювання, оптичний вихід якого за допомогою двох напівпрозорих дзеркал оптично пов'язаний з оптичним входом першого фотоприймального блоку, оптичні входи першого і другого керованих послаблювачів оптично пов'язані за допомогою напівпрозорих дзеркал з оптичним виходом лазерного гетеродина третій керований послаблювач, третій блок зсуву частоти лазерного випромінювання і третій блок сканування лазерного випромінювання, послідовно встановлені на другій оптичній осі оптично пов'язані акустооптичний модулятор з блоком управління, другий об'єктив, перше напівпрозоре дзеркало, керований просторовий фільтр фотоприймальний блок, вихід якого під'єднаний до входу другого блоку спектральних фільтрів, підключеного до блоку управління, оптичний вхід акустооптичного модулятора оптично пов'язаний за допомогою відбивного дзеркала і напівпрозорого дзеркала з оптичним виходом лазерного гетеродина напівпрозорого дзеркала з оптичним входом другого фотоприймального блоку, оптичний вхід третього керованого послаблювача оптично пов'язаний з оптичним виходом лазерного гетеродина, третій фотоприймальний блок, оптичний вхід якого пов'язаний за допомогою першого напівпрозорого дзеркала з оптичним виходом другого об'єктиву, а вихід під'єднаний до блоку управління під'єднаним блоком до блоку управління, перше і друге виносні дзеркала, механічно пов'язані з блоком переміщення, керуючий вхід якого підключений до блоку управління, динамічний спектральний фільтр, оптичний вхід якого за допомогою першого дзеркала скануючого і першого виносного дзеркала оптично пов'язаний з оптичним виходом телескопа, а оптичний вихід динамічного спектрального фільтра за допомогою другого скануючого дзеркала і другого виносного дзеркала оптично пов'язаний з оптичним входом першого об'єктиву, керуючі електроди першого і другого скануючих дзеркал приєднані до блоку управління дзеркалами скануючими, вхід якого підключений до блоку управління, керуючий вхід динамічного спектрального фільтра підключений кутовий відбивач, оптично пов'язаний з оптичним входом телескопа і механічно пов'язаний з блоком переміщення кутового відбивача, підключеного до блоку управління, четвертий керований ослаблювач, оптично зв'язує оптичний вихід лазерного передавача з телескопом лазерного випромінювання та блоків сканування лазерного випромінювання підключені до блоку управління.

2. Блок зсуву частоти лазерного випромінювання містить послідовно встановлені на оптичній осі оптично зв'язані вхідну діафрагму, акустооптичну комірку підключає ячейки.

3. Блок сканування лазерного випромінювання виконаний на основі акустооптичного осередку, в якому збуджені ультразвукові хвилі, що забезпечують зміну напряму поширення лазерного випромінювання.

4. Динамічний спектральний фільтр виконаний на основі акустооптичної комірки, в якій збуджені ультразвукові хвилі, що взаємодіють з лазерним випромінюванням, що проходить через комірку.

5. Лазерний передавач та лазерний гетеродин виконані на основі лазерних генераторів з можливістю перебудови довжини хвилі лазерного випромінювання, що генерується.

На фіг. 1 представлена ​​блок-схема лазерного локатора. На фіг. 2 представлена ​​блок-схема блоку зсуву частоти лазерного випромінювання. На фіг. 3 і 4 представлені експериментально отримані спектри інформаційних сигналів, що формуються в системі лазерного локатора, а на фіг. 5 представлений спектр фонового випромінювання перешкод.

На фіг. 1 цифрами позначені наступні елементи лазерного локатора.

1. Телескоп.

2. Блок наведення.

3. Перший об'єктив.

4. Перший фотоприймальний блок.

5. Блок спектральних фільтрів.

6. Блок керування.

7. Лазерний передавач.

8. Лазерний гетеродин.

10. Перший блок зсуву частоти лазерного випромінювання.

11. Перший блок сканування лазерного випромінювання.

12. Другий блок зсуву частоти лазерного випромінювання.

13. Другий блок сканування лазерного випромінювання.

14. Перший керований ослаблювач.

15. Другий керований ослаблювач.

16. Третій керований ослаблювач.

17. Третій блок зсуву частоти лазерного випромінювання.

18. Третій блок сканування лазерного випромінювання.

19. Акустооптичний модулятор.

29. Блок управління акустооптичного модулятора.

20. Другий об'єктив.

21. Перше напівпрозоре дзеркало.

22. Керований просторовий фільтр.

23. Третій об'єктив.

24. Друге напівпрозоре дзеркало.

25. Другий фотоприймальний блок.

26. Другий блок спектральних фільтрів.

27. Третій фотоприймальний блок.

28. Блок керування третім фотоприйомним блоком.

29. Блок управління акустооптичного модулятора поз. 19 (зазначено вище).

30. Динамічний спектральний фільтр.

31. Блок управління дзеркалами поз. 35 та 36.

32, 33. Перше та друге виносні дзеркала.

34. Блок переміщення.

35. Перше дзеркало, що сканує.

36. Друге дзеркало, що сканує.

37. Виносний кутовий відбивач.

38. Блок переміщення кутового відбивача.

39. Напівпрозоре дзеркало.

40. Відбивне дзеркало.

41, 42, 43, 44. Напівпрозорі дзеркала.

59. Відбивне дзеркало.

45, 46. Відбивні дзеркала.

47, 48. Напівпрозорі дзеркала.

49. Відбивне дзеркало, розташоване в оптичній тіні контррефлектора

50 телескопа поз. 1.

58. Четвертий керований ослаблювач.

59. Відбивне дзеркало.

На фіг. 2 позначені такі елементи.

51. Вхідна діафрагма.

52. Акустооптичний осередок.

53. Блок управління акустооптичною коміркою.

54. Перша лінза.

55. Діафрагма точкова.

56. Друга лінза.

57. Вихідна діафрагма.

60. П'єзоелемент.

Принцип дії лазерного локатора ось у чому.

Лазерний передавач 7 генерує імпульси лазерного випромінювання, що підсвічує об'єкт, що спостерігається. Телескоп 1 за допомогою блоку наведення 2 направляється в деяку задану область спостережуваного простору, в якій можливе знаходження і пересування об'єкта, що виявляється і спостережуваного. Відбите від об'єкта лазерне випромінювання уловлюється телескопом 1 і з виходу телескопа за допомогою першого об'єктиву 3 фокусується на фоточутливій площадці (оптичному вході) першого фотоприймального блоку 4. При цьому з оптичного тракту телескопа 1 за допомогою блоку переміщення 38 винесений в кутовий відбивач 37 тестування та налаштування лазерного локатора. Одночасно з оптичного тракту приймального каналу лазерного локатора прибрані виносні дзеркала 32 і 33 за допомогою блоку переміщення 34. При цьому динамічний спектральний фільтр 30, використовуваний при зовнішніх сильних фонових перешкодах, вимкнений з оптичного тракту. Керований ослаблювач 58 переведений в режим повного стандартного пропускання випромінювання лазерного передавача 7 (режим нульового ослаблення). Лазерне випромінювання з виходу телескопа 1 надходить безпосередньо на оптичний вхід першого об'єктива 3, який далі фокусує прийняте лазерне випромінювання, відбите від об'єкта, на фоточутливий майданчик першого фотоприймального блоку 4. Одночасно на фоточутливий майданчик надходить лазерне випромінювання, що генерується лазерним гетеродином 8, 42, 43 та дві гілки зміни параметрів лазерного гетеродинного випромінювання поз. 14, 10, 11 - перша гілка та поз. 15, 12, 13 - друга гілка. Зазначені дві гілки формують два гетеродинних лазерних випромінювання, за допомогою яких у першому фотоприйомному блоці 4 реалізується режим гетеродинного лазерного прийому (фотозмішування) прийнятого лазерного випромінювання на двох частотах, що різняться гетеродинного лазерного випромінювання. Відповідно на виході фотоприймального блоку 4 формуються два електричні сигнали на двох різних проміжних частотах f 1 і f 2 надходять далі на входи першого блоку спектральних фільтрів 5, в якому здійснюється роздільна фільтрація і посилення кожного зі сформованих сигналів проміжних частот. Сформоване лазерне гетеродинне випромінювання надходить на вхід першого фотоприймального блоку через 4 відбивне дзеркало 46 і напівпрозорі дзеркала 47, 48 з виходів 11 і 13. При цьому перше лазерне гетеродинне випромінювання, сформоване елементами поз. 14, 10, 11 є основним, а друге лазерне гетеродинне випромінювання, сформоване елементами поз. 15, 12, 13 є додатковим і служить для тестування та функціонального контролю роботи лазерного локатора, а також для налаштування та підстроювання параметрів функціонування лазерного локатора безпосередньо в робочому режимі виявлення та супроводу об'єкта, що рухається. Перший 10 і другий блоки 12 зсуву частоти лазерного випромінювання (ЛИ) служать для компенсації доплерівського зсуву частоти прийнятого лазерного випромінювання, відбитого від спостережуваного рухомого об'єкта. Перший 11 і другий 13 блоки сканування забезпечують компенсацію неузгодження хвильових фронтів прийнятого і гетеродинного лазерних випромінювань на оптичному вході першого фотоприймального блоку 4. Слід зазначити, що наявність двох гетеродинних випромінювань на вході першого фотоприймального блоку 4 не призводить до зниження потенціалу (чутливості) випромінювання, відбитого від спостережуваного об'єкта, так як величина амплітуди сигналу відповідної проміжної частоти (биття) на виході фотоприймального блоку 4 пропорційна величині зазначеного прийнятого лазерного випромінювання і величині інтенсивності лазерного гетеродинного випромінювання, що задається лазерним гетеродином 4 В випромінювання, що надходить від телескопа 1, та лазерного випромінювання від лазерного гетеродина 8, що надходить через елементи основної гілки поз. 14, 10, 11, на виході фотоприймального блоку 4 формується сигнал проміжної частоти f 1 який надходить в блок спектральних фільтрів 5, де здійснюється фільтрація і посилення сигналу у відповідній комірці фільтра, налаштованої на відповідну величину проміжної частоти електричного сигналу. Далі посилений і оцифрований сигнал з виходу блоку 5 надходить в блок 6 для остаточної обробки і реєстрації результату виявлення відбитого лазерного випромінювання фотоприйомним блоком 3 і фіксації величини проміжної частоти f 1 за номером осередку фільтрації сигналу проміжної частоти в блоці спектральних фільтрів 5. f 1 проміжної частоти визначає величину радіальної швидкості об'єкта, що спостерігається (променю візування), так як вона дорівнює різниці частот прийнятого відбитого від об'єкта лазерного випромінювання і гетеродинного лазерного випромінювання, що надходить на вхід фотоприймального блоку 4 з виходу блоку поз. 11 через дзеркала 46, 47, 48. Дане (основне) гетеродинне випромінювання має величину частоти, рівну сумі частоти випромінювання лазерного гетеродина 8 і додаткового зсуву частоти лазерного випромінювання, здійснюваного першим блоком зсуву частоти лазерного випромінювання 10, що працює за сигналами управління з виходу 6. Величина різниці частот лазерного випромінювання лазерного передавача 7 і лазерного гетеродина 8 безперервно вимірюється блоком вимірювання частоти 9 і з його виходу надходить в блок управління 6, в якому утворюється вся інформація про величини частот лазерних випромінювань, сформованих підсвічуючим об'єкт лазерним передавачем 7, лазерним гетеродином 8 а також інформація про величину сигналу зсуву частоти лазерного випромінювання за допомогою блоку 10 і величині проміжної частоти f 1 сигналу на виході першого фотоприймального блоку 4 (по номеру фільтра в спектральному блоці фільтрів 6, що здійснив фільтрацію вихідного сигналу від фотоприймального блоку 4). За отриманою зазначеної інформації в блоці 6 безперервно обчислюється величина зсуву частоти лазерного випромінювання, відбитого від об'єкта, що спостерігається в порівнянні з частотою підсвічує лазерного випромінювання і обчислюється величина поточної радіальної швидкості об'єкта за відомою формулою Доплера. Таким чином, блок зсуву частоти лазерного випромінювання 10 здійснює деякий фіксований зсув частоти лазерного випромінювання, сформованого лазерним гетеродином 8. Дана величина зсуву частоти задається блоком управління 6 і вибирається таким чином, щоб проміжна частота сигналу f 1 на виході першого фотоприймального блоку 4 потрапляла в фіксованих частот блоку фільтрації 5. При дуже високій швидкості руху об'єкта, що спостерігається, наприклад, при стеженні за космічними об'єктами, величина зсуву частоти лазерного випромінювання вибирається досить великий (порядку декількох Гігагерц), що забезпечує ефективне стеження за швидко рухомими об'єктами. Блок сканування лазерного випромінювання 11 забезпечує встановлення оптимального кута падіння пучка лазерного гетеродинного випромінювання на фоточутливий майданчик першого фотоприймального блоку 4. Блок сканування 11, а також аналогічні блоки поз. 13 і 18 виконані на основі акустооптичних швидкодіючих сканерів і забезпечують прецизійну двокоординатну зміну напрямку поширення лазерного гетеродинного випромінювання на виході блоків сканування незалежно в двох перпендикулярних один до одного площинах, кожна з яких є також перпендикулярною до площини фоточутливої ​​площадки першого фотоприйом. , що блоки сканування 11 і 13 здійснюють зміну напрямку поширення гетеродинного лазерного випромінювання, що падає на фоточутливу площадку фотоприймального блоку 4 відносно першої оптичної осі, нормальної до площини фоточутливої ​​площадки фотоприймального блоку 4. Нормальне стандартне напрям поширення лазерного гетеродинного випромінювання на виході блоку сканування 11 і, відповідно, на вході фотоприймального блоку 4, є паралельним і збігається з першою оптичною віссю, при якому гетеродинне лазерне випромінювання з виходу блоку сканування 11 падає нормально (перпендикулярно) блоку 4 після відображення від напівпрозорого дзеркала 48. У блоці сканування 11 в цей момент фіксуються керуючі параметри, що забезпечують зазначене нормальне падіння гетеродинного лазерного випромінювання на фоточутливу площадку фотоприймального блоку 4. Одночасно в блоці зсуву частоти 10 фіксуються параметри управління від блоку управління 6 встановлену величину проміжної частоти сигналу на виході першого фотоприймального блоку 4, що надходить на вхід блоку спектральних фільтрів 5. Цим забезпечується стандартний режим роботи лазерного локатора на основі гетеродинного методу прийому лазерного випромінювання, відбитого від об'єкта, що спостерігається. Одночасно з цим друга гілка формування другого гетеродинного випромінювання, що містить елементи поз. 15, 12 і 13 формує другий сигнал гетеродинного лазерного випромінювання також на основі лазерного випромінювання, що генерується лазерним гетеродином 8 і надходить на вхід зазначених елементів з виходу лазерного гетеродина 8 через напівпрозоре дзеркало 43. Другий блок зсуву частоти лазерного випромінювання 12 забезпечує якої величина проміжної частоти сигналу на виході фотоприймального блоку 4 дорівнює деякій величині f 2 і істотно відрізняється від першої проміжної частоти f 1 , що дозволяє забезпечити їх роздільну фільтрацію в блоці фільтрів 6 і подальшу роздільну обробку в блоці управління 6. У блоці спектральних фільтрів 5 передбачено набір електричних фільтрів для забезпечення фільтрації і подальшого посилення сигналів проміжної частоти в деякому спектральному діапазоні в районі другої проміжної частоти f 2 . Дані спектральні електричні фільтри призначені для прийому та обробки зазначених сигналів биття (фотозмішування) лазерного випромінювання, що приймається, і другого гетеродинного лазерного випромінювання, сформованого другою гілкою елементів поз. 15, 12 і 13 і надходить на фоточутливу площадку першого фотоприймального блоку 4 з виходу блоку 13 через напівпрозорі дзеркала 47 і 48. У момент прийому лазерного випромінювання, відбитого від об'єкта, що спостерігається, за допомогою другого блоку сканування лазерного випромінювання 13 по командах від блоку здійснюється періодична зміна напряму поширення зазначеного другого гетеродинного лазерного випромінювання щодо напрямку першої оптичної осі, тобто щодо нормалі до площини фоточутливого майданчика фотоприймального блоку 4. Зміна напрямку поширення другого гетеродинного лазерного випромінювання здійснюється за допомогою двокоординатного сканера 13 у двох перпендикулярних напрямках щодо нормалі до площини фоточутливого майданчика фотоприймального блоку 4. В результаті відбувається періодична зміна кута неузгодженості між напрямком (вектора) поширення прийнятого лазерного випромінювання і другого г на фоточутливу площадку фотоприймального блоку 4. У результаті на виході фотоприймального блоку 4 утворюється другий сигнал проміжної частоти f 2 амплітуда якого відображає безперервну зміну кута неузгодженості напрямку прийнятого лазерного випромінювання з напрямом поширення другого лазерного гетеродинного випромінювання. За відсутності такого неузгодженості, тобто при нульовому вугіллі зазначеного неузгодженості та паралельності векторів поширення прийнятого та другого гетеродинного лазерних випромінювань рівень (амплітуда) сигналу другої проміжної частоти на виході фотоприймального блоку 4 буде прагнути до найбільшого значення. При цьому величина рівня сигналу першої проміжної частоти f 1 на виході першого фотоприймального блоку 4 залишається незмінною внаслідок того, що напрям вектора поширення першого гетеродинного лазерного випромінювання на виході першого блоку сканування 11 також незмінно і фіксовано внаслідок фіксованого сигналу керуючого, що надходить на блок сканування 11 з виходу блоку управління 6. Відповідно є незмінним і кут неузгодженості між векторами поширення прийнятого лазерного випромінювання та першого гетеродинного лазерного випромінювання, сформованого елементами першої гілки поз. 14, 10, 13. Таким чином, в блоці управління 6 безперервно формується інформація про величини сигналів двох проміжних частот f 1 і f 2 отриманих на виході першого фотоприймального блоку 4 в результаті взаємодії (биття) прийнятого лазерного випромінювання і першого і другого гетеродинних лазерних випромінювань. Зазначені два сигнали проміжних частот f 1 і f 2 отримані від одного і того ж прийнятого лазерного випромінювання і відрізняються тільки характером зміни кута неузгодженості між векторами лазерного випромінювання, що приймається, і першого і другого гетеродинних лазерних випромінювань. В іншому параметри сигналів першої та другої проміжних частот є однаковими. Сигнал першої проміжної частоти отриманий при незмінному напрямку вектора поширення першого гетеродинного лазерного випромінювання і, відповідно, при зазначеному незмінному вугіллі неузгодженості. Величина цього сигналу проміжної частоти прийнята за основу порівняння. Сигнал другої проміжної частоти отриманий за умов безперервної зміни напрямку вектора поширення другого гетеродинного лазерного випромінювання, і, відповідно, при безперервній зміні зазначеного кута неузгодженості векторів прийнятого та другого лазерного гетеродинного випромінювання. У блоці управління 6 здійснюється безперервне порівняння зміни амплітуди (рівня) сигналу другої проміжної частоти щодо рівня сигналу першої проміжної частоти в той же момент часу при тому самому прийнятому лазерному випромінюванні і однаковому рівні генерованого випромінювання лазерного гетеродина. Відмінністю умов отримання сигналів першої та другої проміжних частот є лише відмінність у рівнях зазначених кутів неузгодженості векторів прийнятого та гетеродинних лазерних випромінювань. Тому при перевищенні рівня сигналу другої проміжної частоти над рівнем сигналу першої проміжної частоти в деякий момент часу і при деякому значенні напрямку вектора поширення другого гетеродинного лазерного випромінювання в цей момент часу в блоці управління 6 виноситься рішення про досягнення більш точного узгодження хвильових фронтів прийнятого лазерних випромінювань, в результаті чого відбулося відносне збільшення рівня сигналу другої проміжної частоти на виході першого фотоприймального блоку 4. Далі блок керування 6 виробляє керуючий сигнал, що надходить у перший блок сканування лазерного випромінювання 11, в результаті якого блок сканування 11 встановлює напрям вектора поширення лазерного випромінювання на виході даного блоку, аналогічне напрямку вектора поширення другого гетеродинного лазерного випромінювання на виході другого блоку сканування 13 в момент часу найбільшої величини другого рівня сигналу проміжної частоти, відносно рівня сигналу першої проміжної частоти. Дане нове знайдений напрям вектора першого гетеродинного лазерного випромінювання фіксується в першому блоці сканування лазерного випромінювання 11. Другий блок сканування 13 лазерного випромінювання далі продовжує безперервну зміну в часі напрямку вектора поширення лазерного випромінювання на виході блоку 13 щодо знову знайденого напрямку вектора поширення лазер вертикальному напрямках (площинах). Можна стверджувати, що на основі двох гілок формування першого і другого гетеродинних лазерних випромінювань, першого фотоприймального блоку 4 і блоку управління 6 реалізована система автоматичного стеження та управління кутом неузгодженості векторів поширення прийнятого та гетеродинного лазерних випромінювань, що встановлює оптимальний (мінімальний) кут неузгодженості в гете прийому лазерних локаційних сигналів Зазначене стеження за рівнем неузгодженості прийнятого лазерного випромінювання і двох гетеродинних лазерних випромінювань здійснюється далі безперервно і постійно при прийомі і стеженні за об'єктом, що рухається. Перший і другий 14 і 15 керовані послаблювачі служать для зрівнювання величин (інтенсивності) першого і другого лазерних гетеродинних випромінювань на фоточутливій площадці першого фотоприймального блоку 4.

Одночасно зі здійсненням управління кутом неузгодженості прийнятого та гетеродинного лазерних випромінювань у лазерному локаторі здійснюється автоматичне підстроювання та стеження за величиною проміжної частоти биття, що утворюється при взаємодії прийманого та гетеродинного лазерних випромінювань у першому фотоприймальному блоці 4. Для виконання зазначеної функції служить акустооптичний з другим об'єктивом 20 здійснює в реальному масштабі часу спектральний аналіз вступників з виходу першого фотоприймального блоку 4 електричних сигналів проміжних частот у когерентному світлі випромінювання, що надходить з виходу лазерного гетеродина 8 через напівпрозоре дзеркало 44 і відбивне дзеркало 59 на оптичний вхід. з виходу першого фотоприймального блоку 4 (з одного з центральних фоточутливих елементів) надходить на керуючий електрод акустооптичного модулятора 19 через блок управління цього модулятора 29. В акустооптичному модуляторі 19 збуджується акустична ультразвукова хвиля під впливом посиленого в блоці 29 електричного 4 і містить сформовані сигнали першої та другої проміжних частот. На оптический вход акустооптического модулятора 19 поступает монохроматический пучок лазерного излучения с выхода лазерного гетеродина 8 через полупрозрачное зеркало 44 и отражательное зеркало 59. В акустооптическом модуляторе 19 указанный лазерный пучок взаимодействует с возбужденной ультразвуковой волной, в результате чего на выходе акустооптического модулятора 19 и одновременно на входе другого об'єктиву 20 утворюється пучок лазерного випромінювання, промодулированний електричним сигналом з виходу першого фотоприймального блоку 4. Об'єктив 20 здійснює оптичне Фур'є-перетворення в когерентному світлі лазерного випромінювання лазерного гетеродина 8 і формує просторовий спектр модульованого лазерного пучка в фок просторового фільтра 22 і одночасно суміщеною з фоточутливою майданчиком третього фотоприймального блоку 27. Сформований просторовий спектр зчитується третім фотоприйомним блоком 27 і через його блок управління 28 надходить в блок управління 6. Одночасно здійснюється просторова фільтрація сформованого просторового спектра 2 з допомогою керуючого. Сформований в реальному масштабі часу просторовий спектр модульованого лазерного пучка являє собою два спектральних порядку, відповідних двом сигналів проміжних частот f 1 і f 2 сформованим на виході першого фотоприймального блоку 4 в результаті взаємодії лазерного випромінювання і двох гетеродинних лазерних випромінювань. Керований просторовий фільтр 22 по керуючих сигналах з виходу блоку управління 6 пропускає на оптичний вхід третього об'єктива 23 тільки розподіл випромінювання якогось одного спектрального порядку, відповідного, наприклад, сигналу першої проміжної частоти f 1 . Можлива також фільтрація та виключення деяких шумових та перешкодових складових, супутніх або що містяться поблизу та разом із сигналом першої проміжної частоти. (Аналогічно і для другої проміжної частоти). Далі здійснюється операція зворотного перетворення (перетворення) відфільтрованого розподілу випромінювання першої проміжної частоти в електричний сигнал для введення в блок управління 6, що здійснюється за допомогою другого фотоприймального блоку 25. Третій об'єктив 23 здійснює зворотне Фур'є-перетворення в когерентному світлі3 , розподіл лазерного пучка, в якому відфільтрована за допомогою керованого просторового фільтра 22 (виключена) друга складова сигналу з другою проміжною частотою, а також виключені деякі перешкоди та заважають складові сигналу першої проміжної частоти. Керований просторовий фільтр 22 виконує функцію динамічної пропускає діафрагми (вікна), яка пропускає розподіл світлового пучка, що відповідає сигналу першої проміжної частоти f 1 . Одночасно на фоточутливу майданчик другого фотоприймального блоку 25 надходить третій гетеродинний лазерний пучок з виходу лазерного гетеродина 8, додатково сформований за допомогою третьої гілки елементів формування гетеродинного лазерного випромінювання поз. 16, 17, 18. Даний лазерний пучок надходить на оптичний вхід (фоточутливий майданчик) фотоприймального блоку 25 через відбивне дзеркало 45 і напівпрозоре дзеркало 24. В результаті взаємодії (биття) сформованих на фоточутливому майданчику фотоприймального блоку 25 лазерних пуч5 утворюється відфільтрований в реальному масштабі часу електричний сигнал, що містить інформацію, відповідну інформації, що раніше в сигналі першої проміжної частоти f 1 на виході першого фотоприймального блоку 4. При цьому частота (центральна) цього сигналу визначається як величиною першої проміжної частоти f 1 так і величиною встановленого зсуву частоти лазерного випромінювання f 3 в третьому блоці зсуву частоти 17, який встановлюється по керуючому сигналу з виходу блоку управління 6. Дана частота сигналу биття на виході фотоприймального блоку 25 дорівнює сумі частот f 1 +f 3 де f 3 - величина зазначеного встановлюваного зсуву частоти лазерного випромінювання в блоці 17. У блоці управління 6 безперервно утворюється інформація про поточну величину частоти сигналу першої проміжної частоти, що надходить з виходу третього фотоприймання блоку 27 через його блок управління 28. Величина цієї частоти дорівнює відстані від центру фокальної площини (фокусу об'єктива 20) положення першого дифракційного порядку - відмітки від сигналу проміжної частоти у сформованому в площині фоточутливої ​​площадки фотоприймального блоку 27 просторового спектру приймається лазер другого об'єктива 20. Положення у фокальній площині даного дифракційного порядку постійно змінюється, що відображає зміну (флуктуації) швидкості руху об'єкта, що спостерігається. Блок управління 6 безперервно формує отриманої зазначеної інформації керуючий сигнал, що надходить в третій блок зсуву частоти 17, забезпечує компенсацію поточних змін частоти сигналу, відфільтрованого в керованому просторовому фільтрі 22 і перетвореному в електричний сигнал на виході другого фотоприймального блоку 25. сигналу на виході другого фотоприймального блоку 25 залишається незмінною та рівною величині робочої частоти фільтрації f 4 в одному з вузькосмугових спектральних електричних фільтрів у другому блоці спектральних фільтрів 26.

f 1 + f 3 = f 4 = const.

Таким чином, реалізується система автоматичного керування та стеження за змінами частоти сигналу, що приймається, обумовленими доплерівськими зміщеннями частоти прийнятого лазерного випромінювання. Така система дозволяє здійснити стабілізацію в необхідних межах частоти прийнятого інформаційного сигналу і забезпечити подальшу фільтрацію і обробку цього сигналу за допомогою вузькосмугового фільтра в другому блоці спектральних фільтрів 26, який надходить поточний приймається сигнал зі стабілізованою центральною частотою з виходу другого другого фотоприймального блоку, що зчитує цей сигнал Відфільтрований у вузькосмуговому електричному фільтрі 26 сигнал надходить далі на вхід блоку управління 6 для подальшого аналізу. Використання зазначеної системи стеження та стабілізації проміжної частоти прийнятого інформаційного сигналу дозволяє здійснити фільтрацію сигналів у другому блоці спектральних фільтрів 26 за допомогою спеціальних вузькосмугових електричних фільтрів, застосування яких було б неможливо без цієї системи відстеження поточних змін проміжної частоти прийнятого інформаційного сигналу. Це дозволяє підвищити ймовірність правильного виявлення (виявну здатність) при остаточній обробці та аналізі отриманої інформації в блоці управління 6. Під час здійснення стеження за частотою прийнятого інформаційного сигналу за допомогою зміни (управління) величиною зсуву частоти лазерного випромінювання в блоці зсуву частоти 17 в третьому блоці сканування 18 здійснюється зміна напрямку вектора поширення лазерного випромінювання для узгодження хвильових фронтів лазерних випромінювань, що падають на фоточутливу площадку другого фотоприймального блоку 25, а саме: промодулированного лазерного випромінювання з виходу акустооптичного модулятора 19 і третього гетеродинного лазерного випромінювання. необхідної величини оптимального кута падіння зазначеного третього гетеродинного лазерного випромінювання виходить в блоці управління 6 на основі величини зміщення дифракційного порядку від сигналу першої проміжної частоти щодо центру площини керованого просторового фільтра 22 і, відповідно, центру фоточутливої ​​площадки третього фотоприймального блоку 27. блоком 27 і далі безперервно надходить з виходу його блоку управління 28 блок управління 6, в якому виробляються необхідні керуючі сигнали, що надходять в третій блок сканування лазерного випромінювання 18. У пропонованому лазерному локаторі можливе також здійснення іншого методу стеження і компенсації змін величини проміжної частоти інформаційного сигналу, при якому сформований в блоці управління 6 сигнал зворотнього зв'язкудля управління та компенсації варіацій частоти подається на керуючий вхід першого блоку зсуву частоти лазерного випромінювання 10, в результаті чого здійснюється стабілізація першої проміжної частоти сигналу, що приймається на виході першого фотоприймального блоку 4. При цьому величина сигналу управління зсувом частоти визначається в блоці управління 6 на основі вимірювання змін поточної величини другої проміжної частоти за інформацією, що надходить у блок управління 6 від третього фотоприймального блоку 27. Можливе також одночасне відстеження змін величини проміжної частоти прийнятого інформаційного сигналу шляхом подачі керуючого сигналу з виходу блоку керування 6 на керуючий вхід першого блоку зсуву частоти 10 і 10 на керуючий вхід третього блоку зсуву частоти 17. У цьому випадку реалізується двоконтурна система динамічної компенсації змін проміжної частоти, що дозволяє забезпечити особливо високу точність стеження і компенсації флуктуацій частоти прийнятого інформаційного сигналу на вході другого блоку спектральних фільтрів 26, що дозволяє використовувати в даному блоці вузькосмугові фільтри та підвищити виявну здатність та ефективність роботи лазерного локатора в умовах зовнішніх фонових засвіток та перешкод. Слід зазначити, що формується в блоці управління 6 сигнал управління зсувом частоти лазерного випромінювання, що надходить на керуючий вхід третього блоку зсуву частоти 17, містить важливу інформацію про динаміку зміни швидкості руху космічного об'єкта, що спостерігається, і може бути використаний для аналізу стану і характеру руху даного об'єкта на космічній орбіті. Акустооптичний модулятор 19 і об'єктив 20 при формуванні на фоточутливому майданчику третього фотоприймального блоку 27 просторового спектра інформаційного сигналу з виходу першого фотоприймального блоку 4 здійснюють одночасно важливу функцію тестування і контролю режиму роботи приймального каналу лазерного локатора, до якого відносяться власне перший фотоприймач першого та другого гетеродинних лазерних випромінювань поз. 8, 10-13. Це обумовлено тим, що на виході фотоприймального блоку 4 крім інформаційних сигналів першої та другої проміжних частот, утворюється також сигнал биття (фотозмішування) першого і другого гетеродинних лазерних випромінювань, частота якого дорівнює різниці частот зазначених першого і другого гетеродинних ЛІ. Спектральна відмітка від даного сигналу биття двох лазерних гетеродинних випромінювань у вигляді додаткового дифракційного порядку, сформованого об'єктивом 20, зчитується третім фотоприйомним блоком 27 і через блок 28 надходить в блок управління 6 для наступного безперервного контролю зазначеної частоти биття, рівної відстані диференційної картини спектру, що збігається з центром фоточутливої ​​площадки фотоприймального блоку 27. Рівень даного дифракційного порядку пропорційний інтенсивності першого і другого лазерних випромінювань гетеродини. При зміні кута між векторами розповсюдження першого та другого гетеродинних випромінювань цей рівень змінюється. При цьому величини частот першого і другого гетеродинних лазерних випромінювань на виходах блоків зсуву частоти ЛІ 10 і 12 підбираються такими, щоб їх різниця була менше одержуваних на виході першого фотоприймального блоку 4 першої і другої проміжних частот, щоб уникнути накладення сигналів зазначених биття від лазерних гетеродинних випромінювань і сигналів зазначених першої та другої проміжних частот. Практично така умова легко виконується відповідним вибором величин зсуву лазерних гетеродинних випромінювань в блоках зсуву частоти 10 і 12. Таким чином, в блоці управління 6 в робочому режимі лазерного локатора здійснюється безперервний функціональний контроль і тестування приймального каналу лазерного локатора на основі аналізу сигналів фотозмішування, пов'язаних з лазерним випромінюванням від спостережуваного об'єкта і не вимагають наявності відбитих сигналів від об'єкта для визначення стану нормального функціонування лазерного локатора. Це є важливим фактором підвищення ефективності та надійності роботи лазерного локатора. У пропонованому лазерному локаторі передбачена додаткова можливість збільшення перешкодозахищеності та підвищення ефективності роботи в умовах високого рівня зовнішніх фонових перешкод та засвіток, що виникають при роботі вдень поблизу потужного джерела оптичного випромінювання, наприклад, при стеженні за об'єктом, зображення якого знаходиться поблизу сонячного диска. Спочатку при роботі в денний час за допомогою акустооптичного модулятора 19, об'єктиву 20 і третього фотоприймального блоку 27 здійснюється формування просторового спектра загального фону на вході телескопа 1, направленого в задану область простору за допомогою блоку наведення 2. Спектр фону формується в площині фоточутливої 27, суміщеною з фокальною площиною об'єктива 20 за допомогою першого напівпрозорого дзеркала 21. При цьому прийом сигналів з виходу першого фотоприймального блоку 4 здійснюється в діапазоні раніше вибраних першої та другої проміжних частот при відповідних величинах частот першого і другого гетеродинних лазерних випромінювань, сформованих першим 10 12 блоками зсуву ЧИ. Слід зазначити, що частотами цих гетеродинних Лазерних випромінювань і обраними проміжними частотами при просторовій фільтрації в діапазоні вхідного лазерного випромінювання 4 і відповідного довжині хвилі (діапазону) підсвічує лазерного випромінювання, що генерується лазерним передавачем 7. Інформація про сумарний спектр фонового випромінювання у вказаному діапазоні обраних робочих частот лазерного передавача надходить з виходу третього фотоприймального блоку 27 через блок рівня 28 блок управління 6, де фонових шумів і приймається рішення про використання додаткового динамічного спектрального фільтра поз.30, здійснює вузькосмугову фільтрацію приймається телескопом 1 лазерного випромінювання до надходження цього випромінювання на оптичний вхід (фоточутливу площадку) першого фотоприймального блоку 4. Для цього по командах від блоку 6 управління блок переміщення 34 здійснює введення першого і другого виносних дзеркал 32 і 33 оптичний тракт так, як це показано на фіг. 1. При цьому лазерне випромінювання з оптичного виходу телескопа 1 тепер потрапляє на вхід першого об'єктива 1 не безпосередньо, а після проходження через динамічний спектральний фільтр 30. В результаті відображення від дзеркал 32 і 35 лазерне випромінювання проходить на вхід динамічного спектрального фільтра 30. вузькосмугової спектральної фільтрації З виходу спектрального фільтра 30 випромінювання потрапляє на вхід об'єктива 3 після відображення від дзеркал 36 і 33. Довжина хвилі (частота) вузькосмугової фільтрації прийнятого лазерного випромінювання в динамічному спектральному фільтрі 30 управляється по сигналу з виходу блоку лазерного випромінювання, що генерується лазерним передавачем 7, з урахуванням можливих змін на величину доплерівського зміщення частоти відбитого від об'єкта лазерного випромінювання, що рухається. В результаті вузькосмугової фільтрації прийнятого лазерного випромінювання в динамічному спектральному фільтрі 30 відбувається відсікання фонового перешкодового випромінювання і зниження рівня інтермодуляційних шумових перешкод на виході першого фотоприймального блоку 4 при його роботі в режимі гетеродинного прийому лазерного випромінювання, відбитого від об'єкта, що забезпечує збільшення ймовірності правильного виявлення та підвищення ефективності роботи лазерного локатора в умовах високого рівня зовнішніх фонових перешкод. Одночасно динамічний спектральний фільтр 30 здійснює блокування смуги прийому дзеркального частотного каналу, який в оптичному гетеродинному приймачі утворюється як і в супергетеродинному приймачі радіодіапазону. Виняток прийому фонових шумів дзеркальної частоти прийому додатково підвищує завадозахисність та ефективність роботи пропонованого лазерного локатора. Перше і друге скануючі дзеркала 35 і 36 забезпечують точне провішування оптичної осі при введенні динамічного спектрального фільтра 30 прийомний оптичний тракт лазерного локатора. Для цього під впливом керуючих сигналів, що надходять на зазначені дзеркала від блоку управління 31 скануючими дзеркалами, останні змінюють у невеликих межах напрямки відбитих від дзеркал випромінювань для точного встановлення напрямку вихідного випромінювання від телескопа на вхід фільтра 30 і вихідного випромінювання від фільтра 30 на вхід об'єктива При цьому точне юстування приймального оптичного каналу і оптичних елементів, що забезпечують прийом лазерного випромінювання, відбитого від об'єкта, здійснюють у спеціальному режимі налаштування лазерного локатора, при якому здійснюється введення в оптичний приймально-передаючий тракт виносного кутового відбивача 37 за допомогою блоку переміщення кутового відбивача 3 , як це показано на фіг. 1. У цьому випадку лазерний передавач 7 переводиться в режим генерації мінімального випромінювання рівня. Одночасно керований ослаблювач 58 здійснює додаткове ослаблення лазерного випромінювання від передавача 7 до рівня, що дозволяє зареєструвати випромінювання без перевантаження першого фотоприймального блоку 4. Кутовий відбивач 37 здійснює повернення на вхід телескопа 1 частини генерованого лазерного випромінювання точно в напрямку осі діаграми за допомогою блоку наведення у бік об'єкта, що спостерігається. Далі сформоване кутовим відбивачем 37 контрольне лазерне випромінювання реєструється фотоприйомним блоком 4, що має чотириелементну фоточутливу площадку. За допомогою першого і другого скануючих дзеркал 35, 36 здійснюється наведення осі сформованого контрольного лазерного випромінювання в центр фоточутливої ​​площадки першого фотоприймального блоку 4. фоточутливу площадку фотоприймального блоку 4. На цьому закінчується етап налаштування введеного в приймальний тракт лазерного локатора динамічного спектрального фільтра 30. Аналогічним чином за допомогою введення на вході телескопа 1 виносного кутового відбивача 37 здійснюється тестування та налаштування стандартного режиму роботи лазерного локатора без введення оптичного спектрального фільтра 30.

При виявленні в зазначеному вище режимі аналізу фонової обстановки значного рівня фонових перешкод в діапазоні лазерного випромінювання, що генерується лазерним передавачем 7, в запропонованому лазерному локаторі можливий перехід на іншу довжину хвилі або інший діапазон довжин хвиль, для чого можна використовувати лазерний передавач і лазерний гетеродин з перебудовою довжин довжин хвиль лазерних випромінювань. При цьому одночасно з перебудовою довжин хвиль лазерних випромінювань, що генеруються в лазерному передавачі та лазерному гетеродині, здійснюється відповідна динамічна перебудова довжини хвилі смуги фільтрації та прийому в динамічному спектральному фільтрі 30, а також вибір і встановлення необхідних зрушень частоти в блоках зсуву частоти 1 10 і 1 і встановлення необхідних кутів падіння гетеродинних лазерних випромінювань на фоточутливий майданчик першого фотоприймального блоку 4. Цим реалізується оптимальний ефективний режим роботи лазерного локатора в обраному діапазоні прийому лазерних локаційних сигналів і випромінювань з мінімальним рівнем зовнішніх фонових засвіток і перешкод.

У пропонованому лазерному локаторі одну з важливих функцій виконують блоки зсуву частоти лазерного випромінювання поз. 10, 12 та 17. На фіг. 2 представлена ​​блок-схема такого блоку зсуву частоти лазерного випромінювання, виконаного на основі акустооптичної комірки 52, що здійснює модуляцію лазерного випромінювання, що проходить через комірку. На оптичний вхід акустооптичної комірки 52 (фіг. 2) через вхідну діафрагму 51 надходить лазерне випромінювання, що генерується лазерним гетеродином 8 і надходить (див. фіг. 1) через напівпрозоре дзеркало 42 і перший керований ослаблювач 14 на вхід блоку зсуву частоти ЛІ. 10. При проходженні через акустооптичну комірку 52 лазерне випромінювання взаємодіє з ультразвуковою хвилею певної частоти, збудженої в цьому осередку за допомогою спеціального п'єзоелемента 60, що знаходиться в контакті з кристалом акустооптичної комірки 52. В результаті зазначеної взаємодії частота якого зсунута на величину частоти ультразвукової хвилі в акустооптичному осередку, частота якої визначена і задана в блоці управління 53 даної акустооптичної осередком. За допомогою першої лінзи 54 сформований лазерний пучок зі зсунутою частотою на задану величину, що визначається в блоці 53 по командах від блоку управління 6, направляється в площину точкової діафрагми 55, розташованої строго оптичної осі даного блоку зсуву частоти. Дана точкова діафрагма має діаметр пропускаючого отвору, що дорівнює 0,2-0,4 міліметра. Термін "точкова" є умовним і відображає малу величину діаметра отвору діафрагми. Друга лінза 56 здійснює розширення пучка лазерного випромінювання, відфільтрованого осьової точкової діафрагмою 55, до вихідної діафрагми 57. Діафрагма 55 знаходиться в передній фокальній площині лінзи 56. В результаті на виході даного блоку зсуву частоти 5 вздовж оптичної осі блоку і має частоту лазерного випромінювання, зсунуту точно на величину частоти ультразвукової хвилі, яка задана в блоці управління 53 акустооптичною коміркою по керуючому сигналу, що надходить від блоку управління 6. Таким чином в блоках зсуву частоти ЛІ, здійснюється керований зсув частоти проходить випромінювання на задану блоці управління 6 величину зсуву без зміни напрямку поширення цього випромінювання. Акустооптична комірка 52 працює в режимі дифракції Брегга, при якому на виході комірки утворюється тільки один дифрагований лазерний пучок, який перекачується вся енергія лазерного випромінювання, що надходить на комірку. При здійсненні взаємодії лазерного випромінювання з акустооптичною ультразвуковою хвилею в комірці 52 змінюється напрям поширення лазерного пучка, що виходить з комірки. Тому діафрагма 55 зміщена від точки фокусу першої лінзи 54, в результаті чого діафрагму завжди потрапляє частина сформованого випромінювання зі зсунутою частотою лазерного випромінювання. Для виключення впливу зміни напрямку поширення лазерного випромінювання, при зсуві його частоти можливе також використання дифузного відбивача, що формує широку діаграму спрямованості падаючого лазерного випромінювання зі зміщеною частотою випромінювання, з якого потім за допомогою точкової діафрагми виділяється випромінювання, що поширюється строго вздовж оптичної осі . Докладно робота акустооптичної комірки, в якій реалізується зсув частоти лазерного випромінювання, викладена в монографії. Зсув частоти лазерного випромінювання може бути здійснений як у позитивну, так і в негативну сторону. Слід зазначити, що використаний в блоках зсуву частоти метод зсуву частоти на основі акустооптичної взаємодії лазерного випромінювання в акустооптичному осередку має високу точність, так як величина зсуву визначається безпосередньо величиною частоти керуючого сигналу в блоці управління 53 акустооптичної осередком, в якому зазначена частота задається з високою точністю за допомогою спеціального синтезатора частоти, що входить до складу даного блоку керування 53. Також слід відзначити високу швидкодію даного методу, що дозволяє здійснювати зсув частоти з частотою повторення імпульсів лазерного передавача і здійснювати відстеження зміни проміжної частоти на виході першого фотоприймального блоку 4 при спостереженні за швидко космічними об'єктами, що рухаються. Слід зазначити можливість використання для зсуву частоти різних фізичних ефектів, наприклад, можна використовувати нелінійну взаємодію оптичних випромінювань в нелінійних оптичних кристалах. Важливу функцію у запропонованому лазерному локаторі виконують блоки сканування лазерного випромінювання поз. 11, 13 і 18. Дані блоки виконані на основі акустооптичних осередків, що відхиляють лазерне випромінювання - прецизійних сканаторів лазерного випромінювання . Висока точність відхилення досягається в акустооптичних сканаторах внаслідок того, що керуючим сигналом, що визначає кут відхилення лазерного випромінювання, тут є збуджує акустичну хвилю в комірці електричний сигнал, частота якого з високою точністю задається за допомогою синтезатора частоти, що входить до складу блоку сканування лазерного випромінювання. Одночасно блоки сканування на основі акустооптичних осередків мають високу швидкодію, що визначається високою швидкістю поширення акустичної хвилі через акустооптичну комірку. Слід зазначити, що при зміні напрямку кута поширення лазерного випромінювання через блок сканування ЛІ 11, 13 і18 відбувається деякий зсув частоти лазерного випромінювання, що визначається частотою поданого на акустооптичну комірку даного блоку сканування керуючого сигналу. Для компенсації цього зміщення частоти лазерного випромінювання, що відхиляється в попередньому блоці зсуву частоти (наприклад, блок 10 перед блоком сканування 11) здійснюється додатковий випереджальний зсув частоти, або основний зсув частоти ЧИ в блоці зсуву частоти 10 здійснюється з наявним або встановлюваним додатковим зсувом частоти сканування лазерного випромінювання 11. Таким чином, послідовно встановлені блок зсуву частоти лазерного випромінювання 10 і блок сканування 11 лазерного випромінювання, виконані на основі акустооптичних осередків, працюють як єдиний блок (елемент) зсуву частоти та сканування лазерного випромінювання під керуванням сигналів, що надходять від блоку управління 6 і забезпечують високу точність зміни частоти та напрями поширення лазерного випромінювання у заданих межах. В даний час розроблені акустооїтичні осередки, що працюють від ближнього ультрафіолетового до середнього інфрачервоного діапазонів довжин хвиль, що забезпечують зсув довжини хвилі лазерного випромінювання на величину порядку 2 (двох) Гігагерц, а при використанні декількох каскадів взаємодії ЛИ з акустичної хвилі 1 що достатньо для компенсації доплерівського зсуву при стеженні та здійсненні лазерного зв'язку з космічними об'єктами. Як блоки сканування лазерного випромінювання можливе також використання скануючих дзеркал з п'єзоелементами, що управляють, аналогічно використовуваним скануючим дзеркалам поз. 35 та 36.

У лазерному локаторі динамічний спектральний фільтр 30 реалізований на основі акустооптичної комірки та п'єзоелемента, що збуджує в акустооптичному комірці ультразвукові хвилі, певної частоти та інтенсивності. В результаті оптичний вихід блоку 30 проходить тільки лазерне випромінювання в заданому вузькому спектральному діапазоні, що визначається частотою керуючого сигналу, сформованого з високою точністю за допомогою синтезатора частоти, що входить до складу блоку 30. При цьому відбувається деякий додатковий контрольований зсув частоти прийнятого лазерного випромінювання, що проходить через динамічний спектральний фільтр 30. Цей додатковий відомий зсув частоти приймається Враховується і компенсується за допомогою блоків зсуву частоти лазерного випромінювання 10 і 12 при встановленні цими блоками заданої величини зсуву частот формованих гетеродинних лазерних випромінювань по командах від блоку управління 6. Таким чином, блоки зсуву частоти лазерного випромінювання 10 і 11 виконують додаткову функцію компенсації зсуву частоти прийнятого лазерного випромінювання при його проходженні через динамічний спектральний фільтр 30. Додатково динамічний спектральний фільтр 30 містить спеціальний керуючий блок, який входить синтезатор частоти, що забезпечує формування набору керуючих електричних сигналів для збудження ультразвукових хвиль з заданими параметрами, Забезпечують динамічну фільтрацію прийнятого лазерного випромінювання. Принцип роботи та характеристики акустооптичних осередків, використаних у динамічних спектральних фільтрах, акустооптичних сканаторах та блоках зсуву частоти викладені в монографії та в численних публікаціях.

Як блоки спектральних фільтрів 5 і 26 використані сучасні електричні вузькосмугові фільтри, що працюють у діапазонах від 0,1 до сотень мегагерц. При цьому в блоках фільтрації 5 і 26 є повні набори спектральних електричних фільтрів, підключених індивідуально і роздільно до кожного вихідного електрода чотириплощадного фоточутливого елемента фотоприймальних блоків поз.4 і 25. У блоці 26 використані вузькосмугові фільтри, так як на його вхід надходить сигнал з виходу системи компенсації змін частоти інформаційного сигналу, що забезпечує попадання цього сигналу у вузьку смугу відповідного фільтра в блоці 26 в умови стеження за об'єктом, що швидко рухається. Блок 26 містить деякий набір вузькосмугових спектральних фільтрів, налаштованих на деякий ряд фіксованих частот електричної фільтрації, що дозволяє здійснювати вузькосмугову фільтрацію сигналів, що приймаються в деякому діапазоні зміни проміжних частот, що визначається частотою сигналу, що надходить з виходу першого фотоприймального блоку 4 на акустооптичний моду лазерного випромінювання, сформованого на виході блоку зсуву частоти лазерного випромінювання 17. Блоки 5 і 26 містять також електронні підсилювачі та ряд засобів оцифрування посилених і відфільтрованих сигналів для введення інформації в блок управління 6. Блоки 5 і 26 можуть також містити демодулятори приймаються електричних високочастотних сигналів ВЧ детектори) при виконанні різних алгоритмів обробки лазерних локаційних сигналів і сигналів лазерного космічного зв'язку. Блок спектральних фільтрів містить 5 набір електричних фільтрів з фіксованою смугою пропускання, налаштованих на послідовний ряд частот (проміжних), в районі першої проміжної частоти і другої проміжної частоти. Блок спектральних фільтрів 5 містить також набір відповідних електричних підсилювачів і аналого-цифрових перетворювачів, що здійснюють оцифрування посилених і відфільтрованих електричних сигналів для введення в блок 6 управління, що являє собою спеціалізовану багатофункціональну ЕОМ.

Як блок управління 6, що здійснює управління всіма блоками та елементами лазерного локатора, а також здійснює обробку інформації, що надходить від фотоприймальних блоків і блоку вимірювання частоти 9, використана багатофункціональна високопродуктивна електронно-обчислювальна машина, забезпечена відповідними інтерфейсами, що забезпечують паралельний зв'язок з блоками лазерний локатор. До складу блоку керування 6 входить також дисплей для відображення інформації та пульт управління оператора.

Блок наведення 2 здійснює наведення осі телескопа 1 задану точкуспостережуваного простору і подальше стеження за виявленим об'єктом, що рухається. Блок 2 виконаний на основі керованих крокових електродвигунів. Крокові електричні двигуни використані в блоці переміщення 34 і в блоці переміщення 38 виносного кутового відбивача 37.

Блок вимірювання частоти 9 є стандартним, аналогічним використовуваному в прототипі, і містить фотоприймач, на вхід якого надходять лазерні випромінювання лазерного передавача 7 і лазерного гетеродина 8. З виходу вказаного фотоприймача сигнал биття на проміжній частоті посилюється, оцифровується і надходить в цифровому вигляді блок управління 6, де здійснюється остаточне вимірювання проміжної (різницевої) частоти биття лазерного передавача і гетеродина, наприклад, шляхом підрахунку імпульсів за фіксований період часу. При виявленому зміні частоти внаслідок нестабільності частоти передавача або гетеродина, здійснюється підстроювання величини зсуву частоти в блоках зсуву частоти 10 і 12, що є більш точним і ефективним, ніж стабілізація частоти в лазерному передавачі в прототипі. Напівпрозоре дзеркало 39 відгалужує малу величину випромінювання лазерного передавача 7 на вхід блоку вимірювання частоти 9, достатню для нормальної роботи цього блоку. Основна частина випромінювання лазерного передавача 7 (99,9%) проходить через дзеркало 39 на вхід керованого ослаблювача 58 і далі до відбивного дзеркала 49. Керований ослаблювач 58 в стандартному режимі не здійснює ослаблення випромінювання і повністю пропускає весь світловий потік, що проходить. Як керовані ослаблювачі лазерного випромінювання поз. 14, 15, 16 і 58 використані оптичні прилади, що випускаються промисловістю, що забезпечують механічне перекриття перерізу проходить пучка лазерного випромінювання за типом керованої діафрагми або керованого затвора. Можливе також використання керованих швидкодіючих електрооптичних модуляторів світлового потоку, що проходить. Керовані послаблювачі 14, 15, 16 призначені для встановлення рівнів гетеродинних лазерних випромінювань, що забезпечують стандартний режим роботи фотоприймальних блоків 4, 27 і 25. Керовані послаблювачі 14 і 15 здійснюють формування на вході першого фотоприймального блоку 4 двох гетеродинних лазерів. Керований ослаблювач 58 здійснює ослаблення рівня сигналу лазерного передавача 7, що відгалужується виносним кутовим відбивачем 37 на вхід телескопа 1, до рівня стандартної чутливості першого фотоприймального блоку 4. Керований просторовий фільтр 22 виконаний на основі оптичного транспаранта, наприклад, на базі що забезпечують керовану електричну адресацію по командах від блоку управління 6, в результаті чого здійснюється управління пропусканням окремих елементів площини просторового фільтра 22, суміщеною з фокальною площиною об'єктива 20, який формує в цій площині просторовий спектр інформаційного сигналу, що підлягає фільтрації. Різні керовані транспаранти та просторові фільтри на їх основі, а також керовані послаблювачі та керовані оптичні затвори на базі рідких кристалів випускаються промисловістю. Можливе також використання в якості керованого транспаранту електронно-променевої світломодулюючої трубки з електронною адресацією елементів, що пропускають випромінювання, у фокальній площині об'єктива 20 .

У лазерному локаторі як лазерний передавач і лазерний гетеродин можуть бути використані сучасні лазерні генератори з досить вузькою смугою генерації лазерного випромінювання від ультрафіолетового до середнього інфрачервоного діапазону довжин хвиль. В даний час у зазначених діапазонах є велика кількість лазерних генераторів, що мають також можливість перебудови довжини хвилі генерації в певних межах. Одночасно розроблені та випускаються промисловістю різні акустооїтичні осередки та пристрої на основі оптичних кристалів, що працюють у діапазонах довжин хвиль від ультрафіолетового до ближнього та середнього інфрачервоного діапазонів. Фотоприймальні блоки виконані на основі чотиримайданних приймачів лазерного випромінювання (перший та другий фотоприймальні блоки поз. 4 та 25), а також на основі багатоелементних фотоприймальних матриць (фотоприймальний блок 27). В даний час існує велика кількість фотоприймальних пристроїв на різних фізичних принципах, що працюють у всіх діапазонах довжин хвиль. У пропонованому лазерному локаторі можливе також використання багатоелементних двовимірних матричних фотоприймачів у фотоприймальному блоці 4 при забезпеченні узгодження хвильових фронтів прийнятого та гетеродинного лазерних випромінювань за допомогою запропонованої та використаної в даному лазерному локаторі системи автоматичного управління напрямом поширення гетеродинного лазерного випромінювання. Таким чином, на основі сучасної елементної бази квантової електроніки можлива реалізація запропонованого лазерного локатора, що має високу ефективність роботи в умовах сильних фонових засвіток і забезпечує більш високу ймовірність виявлення космічних об'єктів, що швидко рухаються, і більш високу інформативність і достовірність вимірюваних параметрів руху спостережуваних об'єктів.

Пропонований лазерний локатор може бути використаний як пристрій лазерного зв'язку, для реалізації зв'язку з об'єктами, що рухаються, що пересуваються в приземному просторі, а також для зв'язку з космічними об'єктами в ближньому і дальньому космосі. При здійсненні лазерного космічного зв'язку пропонований лазерний локатор здійснює виявлення об'єкта та стеження за виявленим космічним об'єктом (космічним апаратом) в режимі випромінювання зондувального лазерного сигналу та прийому відбитого лазерного випромінювання, що підсвічує. Одночасно лазерне випромінювання, що формується лазерним передавачем 7, піддається модуляції інформаційним сигналом, що надходить від блоку управління 6 на модулятор лазерного випромінювання, що входить до складу лазерного передавача 7. Відображений від спостерігається космічного об'єкта модулированний лазерний сигнал після прийому блоків 19 і 22, піддається вузькосмугової фільтрації та оцифрування у другому блоці спектральних фільтрів 26 і далі направляється в блок управління 6 для остаточної обробки, демодуляції та отримання інформації, переданої з борту космічного корабля. При цьому останній повинен бути оснащений приймально-передавальним лазерним пристроєм, аналогічним лазерному локатору на фіг. 1. Можливий також прийом та фільтрація прийнятого інформаційного сигналу за допомогою першого блоку спектральних фільтрів 5. Слід зазначити також можливість встановлення за допомогою пропонованого лазерного локатора безперервного та стійкого зв'язку з космічним кораблем при здійсненні посадки на Землю та його вході у щільні шари атмосфери через шар плазми , що оточує в цей момент космічний корабель. При цьому зв'язок у радіодіапазоні переривається, а зв'язок у діапазоні лазерних випромінювань, наприклад, у ближньому ІЧ-діапазоні, може бути здійснена за рахунок лазерного проходження випромінювання через шар плазми без істотного поглинання. Висока ефективність та надійність лазерного зв'язку через шар плазми забезпечується також вузькосмугової фільтрацією у другому блоці фільтрів 26 та наявністю системи високоточного відстеження змін доплерівської частоти та стабілізації проміжної частоти за допомогою блоків зсуву частоти лазерного випромінювання.

За матеріалами розробки пропонованого лазерного локатора проведено експериментальні дослідження, що підтвердили збільшення ефективності роботи запропонованої системи локатора. На фіг. 3 і 4 наведено характерний вид просторового спектру сигналу проміжної частоти з виходу першого фотоприймального блоку 4, сформованого акустооптичним модулятором 19 і об'єктивом 20 в його фокальній площині, суміщеній з площинами керованого просторового фільтра 22 і фоточутливої ​​площадки просторові діапазони. На фіг. 3 представлений просторовий спектр сигналу першої проміжної частоти, величина якої визначається відстанню правого дифракційного порядку, що представляє власне спектр прийнятого лазерного випромінювання від центральної точки спектральної картини. Отриманий спектр є симетричним, оскільки акустооптичний модулятор працював у лінійному режимі дифракції. На фіг. 4 представлений аналогічний просторовий спектр лазерного випромінювання при збільшеному значенні отриманої першої проміжної частоти, наприклад, при введенні додаткового зсуву частоти першого гетеродинного лазерного випромінювання, здійснюваного першим блоком зсуву частоти лазерного випромінювання 10. При цьому відстань першого дифракційного порядку від центру симетричної. Величина зазначеної відстані дозволяє здійснити оцінку зміни швидкості руху космічного об'єкта, що спостерігається, і забезпечити високоточне стеження за об'єктом і вузькосмугову фільтрацію прийнятих сигналів у другому блоці спектральних фільтрів 26. На фіг. 5 представлений просторовий спектр флуктуацій прийнятого лазерного випромінювання, сформований зазначеним вище способом на фоточутливій майданчику третього фотоприймального блоку 27 і отриманий при розташуванні осі телескопа 1 поблизу потужного джерела фонових перешкод, наприклад, поблизу сонячного диска прийому в денних умовах. Поданий на фіг. 5 високий рівень зовнішніх перешкод у пропонованому лазерному локаторі може бути зменшений за допомогою здійснення попередньої фільтрації прийнятого лазерного випромінювання за допомогою динамічного спектрального фільтра 30, додатково вводиться прийомний оптичний тракт лазерного локатора.

Слід зазначити, що в запропонованому лазерному локаторі можливе використання та реалізація низки оптимальних алгоритмів прийому та обробки лазерних локаційних сигналів, що забезпечують підвищення ефективності роботи лазерного локаційного комплексу стеження за космічними та наземними об'єктами та здійснення надійного та безперервного зв'язку із зазначеними об'єктами у складних перешкодових умовах.

Джерела інформації

М. Росс, Лазерні приймачі, М.: "Наука", 1969, стор 156.

Патент ФРН, з. №2819320, 1979.

Лазерна локація за ред. Н.Д. Устинова, М.: «Машинобудування», 1984, стор 230.

Лазерна локація за ред. Н.Д. Устинова, М.: «Машинобудування», 1984, стор 245, (прототип). Оригінал: Appl. Opt. 1979; v. 18, №3, нар. 290.

Мустель Є.Р., Паригін В.М. Методи модуляції та сканування світла. М.: "Наука", 1970 р.

Балакший В.І., Паригін В.М., Чирков Л.Є. Фізичні засади акустооптики. М.: Радіо та зв'язок, 1985 р., (стор. 219-234); (Стор. 134-167).

Балакший В.І., Манкевич С.К., Паригін В.М. та ін Квантова електроніка, т. 12, №4, 1985, стор 743-748.

1. Лазерний локатор, що містить послідовно встановлені на першій оптичній осі телескоп з блоком наведення, підключеним до блоку управління, перший об'єктив, перший фотоприймальний блок, вихід якого підключений до блоку спектральних фільтрів, під'єднаний виходами до блоку управління, лазерний передавач, лазерний гетеродин і блок вимірювання частоти, вихід лазерного передавача оптично пов'язаний з телескопом і, за допомогою напівпрозорого та відбивного дзеркал, з першим оптичним входом блоку вимірювання частоти, другий оптичний вхід якого оптично пов'язаний за допомогою напівпрозорого дзеркала з оптичним виходом лазерного гетеродина, керуючі входи лазерного передавача, лазерного гетеродина та вихід блоку вимірювання частоти підключені до блоку управління, який відрізняється тим, що введені послідовно оптично зв'язані перший керований послаблювач, перший блок зсуву частоти лазерного випромінювання, перший блок сканування лазерного випромінювання, оптичний вихід якого за допомогою відбивного та двох напівпрозорих дзеркал оптично пов'язаний з оптичним входом першого фотоприймального блоку , послідовно оптично пов'язані другий керований послаблювач, другий блок зсуву частоти лазерного випромінювання, другий блок сканування лазерного випромінювання, оптичний вихід якого за допомогою двох напівпрозорих дзеркал оптично пов'язаний з оптичним входом першого фотоприймального блоку, оптичні входи першого і другого керованих послаблювачів оптично пов'язані за допомогою напівпрозорих дзеркал оптичним виходом лазерного гетеродина, послідовно оптично зв'язані третій керований послаблювач, третій блок зсуву частоти лазерного випромінювання і третій блок сканування лазерного випромінювання, послідовно встановлені на другій оптичній осі оптично пов'язані акустооптичний модулятор з блоком управління, другий об'єктив, перше напівпрозоре дзеркало третій об'єктив, друге напівпрозоре дзеркало, другий фотоприймальний блок, вихід якого приєднаний до входу другого блоку спектральних фільтрів, підключеного до блоку управління, оптичний вхід акустооптичного модулятора оптично пов'язаний за допомогою відбивного дзеркала і напівпрозорого дзеркала з оптичним виходом лазерного гетеродина, оптичний вихід випромінювання оптично пов'язаний за допомогою відбивного дзеркала і другого напівпрозорого дзеркала з оптичним входом другого фотоприймального блоку, оптичний вхід третього керованого послаблювача оптично пов'язаний з оптичним виходом лазерного гетеродина, третій фотоприймальний блок, оптичний вхід якого пов'язаний за допомогою першого напівпрозорого дзеркала з оптичним виходом приєднаний до блоку керування фотоприймальним блоком, підключеного до блоку керування, а також введені перше і друге виносні дзеркала, механічно пов'язані з блоком переміщення, керуючий вхід якого підключений до блоку керування, динамічний спектральний фільтр, оптичний вхід якого за допомогою першого дзеркала скануючого і першого виносного дзеркала оптично пов'язаний з оптичним виходом телескопа, оптичний вихід динамічного спектрального фільтра за допомогою другого скануючого дзеркала і другого виносного дзеркала оптично пов'язаний з оптичним входом першого об'єктива, керуючі електроди першого і другого скануючих дзеркал приєднані до блоку керування скануючими дзеркалами, вхід якого підключений керуючий вхід динамічного спектрального фільтра підключений до блоку управління, виносний кутовий відбивач, оптично пов'язаний з оптичним входом телескопа і механічно пов'язаний з блоком переміщення кутового відбивача, підключеного до блоку управління, четвертий керований послаблювач, оптично зв'язуючий оптичний вихід лазерного передавача з телескопом ослаблювачів підключені до блоку управління, керуючі входи блоків зсуву частоти лазерного випромінювання та блоків сканування лазерного випромінювання підключені до блоку управління.

2. Лазерний локатор за п.1, який відрізняється тим, що в ньому блок зсуву частоти лазерного випромінювання містить послідовно встановлені на оптичній осі оптично зв'язані вхідну діафрагму, акустооптичну комірку з блоком управління, першу лінзу, точкову діафрагму, другу лінзу і вихідну діафрагму цьому керуючий електрод акустооптичної комірки підключений до блоку управління акустооптичної коміркою.

3. Лазерний локатор за п.1, який відрізняється тим, що в ньому блок сканування лазерного випромінювання виконаний на основі акустооптичної комірки, в якій збуджені ультразвукові хвилі, що забезпечують зміну напряму поширення лазерного випромінювання.

4. Лазерний локатор по п.1, який відрізняється тим, що в ньому динамічний спектральний фільтр виконаний на основі акустооптичної комірки, в якій збуджені ультразвукові хвилі, що взаємодіють з лазерним випромінюванням, що проходить через комірку.

// 2565340

Винахід відноситься до галузі оптичної локації та стосується системи імпульсної лазерної локації. Система містить імпульсний лазер, два однокоординатних скануючих пристроїв, акустооптичний дефлектор, вихідну оптичну систему, обчислювальний пристрій, блок управління акустооптичним дефлектором, призмовий світлодільник, вимірювальний канал, масив фотоприймальних пристроїв, об'єктив масиву фотоприймальних пристроїв та волоконно-оптичні джгу.

Винахід відноситься до галузі формування потоку відеоданих секторним фотоприймачем, що обертається. Спосіб заснований на формуванні сигналів від фоточутливих елементів, встановлених за площею сенсора, що обертається, їх подальшої організації в ядра просторового диференціювання, вихідні сигнали яких піддаються аналого-цифровому перетворенню та їх подальшій цифровій обробці. Фоточутливі елементи встановлюють послідовно на рівних відстаняхміж собою на дугах з дискретними радіусами від Rmin до Rmax на площі сенсора, що обертається, має форму усіченого сектора кола, який звернений більшою стороною до зовнішнього діаметра обертання. Фотоструми від фоточутливих елементів посилюють по постійному струму і обмежують смугою частот залежно від чутливості фотоелементів і частоти обертання сенсора. Власні шуми мінімізують і коригують амплітудно-частотні характеристики каналів передачі сигналів кожного фоточутливого елемента з подальшим формуванням ядер просторового диференціювання, сигнали з яких піддають аналогово-цифрового перетворення та подальшої цифрової обробки. Технічний результат – підвищення якості зображення. 2 н.п. ф-ли, 6 іл.

Лазерний локатор містить систему автоматичного стеження та управління узгодженням хвильових фронтів прийнятого та гетеродинного лазерних випромінювань у площині фоточутливого майданчика фотоприймального блоку лазерного локатора. Одночасно лазерний локатор містить систему стеження і компенсації змін доплерівських зрушень частоти лазерного випромінювання, що приймається при здійсненні стеження за швидко рухомими космічними об'єктами. Високоефективна обробка лазерних локаційних сигналів методом оптичного гетеродинування реалізована на основі високоточних акустооптичних елементів зсуву частоти і сканування лазерного випромінювання. Технічний результат - підвищення ефективності роботи системи лазерної локації в умовах стеження за віддаленими космічними об'єктами, що рухаються, збільшення ймовірності правильного виявлення рухомих об'єктів в умовах сильних фонових перешкод. 4 з.п. ф-ли, 5 іл.

Технічний директор компанії RIEGL

Технічний директор компанії RIEGL, доктор Андреас Ульріх про лідерів з оцифруванням форми сигналу, однофотонних і гейгерівських лідерів в інтерв'ю головному редактору проекту SPAR 3D Шону Хіггінсу.

Андреас Ульріх доктор наук в галузі електротехніки Віденського технологічного університету та автор дисертації на тему "Висока роздільна здатність оптичного доплерівського радіолокатора" (1987-1990). З 2001 року він читає лекції з радіолокації у Віденському технологічному університеті. З 2006 року є технічним директором компанії RIEGL.

SPAR 3D випустив огляд, присвячений майбутньому повітряних лазерних сканерів. Співробітники SPAR 3D опитали низку експертів у галузі лазерного сканування, поставивши їм питання «Яке, на вашу думку, майбутнє однофотонних та гейгерівських лідерів? Що з цього є рекламним галасом, а що ні?». У цьому огляді більшість опитаних фахівців зійшлося на думці, що дані технології вплинуть на ринок лазерного сканування, проте дуже важливо відзначити, що «класичні», або «звичайні» лідори все ще мають істотні переваги. Оскільки в даному оглядідуже поверхово згадали про ці переваги, SPAR 3D опублікував у повному обсязі інтерв'ю з технічним директором RIEGL доктором Андреасом Ульріхом. Його відповіді дають вичерпне пояснення цінності технології аналізу повної форми сигналу та дозволяють зрозуміти причини, через які компанія RIEGL продовжує розвивати цю технологію.

Шон Хіггінс: У чому сильні сторони технологій, порівнюваних з «лінійним» лідером?

Лікар АндреасУльріх:Використання терміна «лінійний» відноситься до старіших методів обробки аналогового сигналу лазерного відображення, а не до більш досконалого цифрового режиму обробки лідарів Rieglз оцифруванням форми сигналу. Запатентовані рішення щодо оцифрування повної форми сигналу від Rieglвідрізняються від зазначених «лінійних» лідерів дуже суттєво. З технічної точки зору, різниця полягає в тому, що аналіз сигналу, що надійшов з приймального елемента лідара (фотодетектора), виконується більш точно, більш детально і з отриманням атрибутивних характеристик відображення. Лідари з оцифровкою повної форми сигналу (далі за текстом - ОПФС) мають надзвичайну точність, оскільки ця технологія дозволяє дуже точно визначити дальність, вони мають низький просторовий «шум», вони дозволяють отримувати велику кількість відображень від одного імпульсу, визначати форму кожного сигналу і витягувати з неї інформацію про об'єкт, від якого він відбився, а також дозволяють виконувати нескладне радіометричне калібрування.

Теоретично однофотонні і гейгер-лідери мають великий потенціал за швидкістю збору точок відображень, проте при цьому втрачається як просторова точність, так і інформація про інтенсивність сигналу. Радикальне збільшення кількості отриманих за секунду точок відображень у гейгерівського та однофотонного лідерів може на перший погляд ввести в ейфорію. Тим не менш, недолік просторової точності і повна втрата атрибутивної інформації, яка могла б утримуватися в точках лазерних відображень, зрештою призводить не до поліпшення, а до погіршення результату. Адже ми всі хочемо, щоб наші карти в результаті ставали все більш точними, але ніяк не менше. Зростання ринку лазерного сканування завжди базувалося на тому, щоб отримувати все більш інформативні та точні дані за меншу ціну.

Найменша вартість отримання даних та більш висока ефективність картографування територій – ось основні переваги, які зазвичай нав'язливо пропонуються потенційним користувачам. Теоретичне збільшення швидкості сканування повністю розбивається на реальність – наприклад, для надшвидкої роботи гейгер-лідара потрібні лише ясні дні та прекрасні погодні умови. Отримання даних – це лише один із компонентів ефективності: дані також потрібно обробити та поставити замовнику. Проблеми, які виникають цих етапах використання «нових» технологій, повністю знецінюють переваги приросту швидкості .

Шон Хіггінс: У чому полягають основні недоліки нових технологій порівняно з лідерами з оцифруванням повної форми сигналу?

Лікар АндреасУльріх:Точки, створювані під час роботи однофотонних і гейгер-лидаров є повністю синтетичними і успадковують властивості об'єктів, яких вони відбилися. За ними не можна визначити, чи вони відбилися від одного або декількох об'єктів, або взагалі були отримані за рахунок інтерполяції або ресемлінгу. Це – критична нестача гейгер-лідарів. Інші недоліки - відсутність даних про інтенсивність відбитого сигналу, нездатність пробити навіть рідкісну рослинність, а також неможливість реєстрації кількох відбитків від одного імпульсу.

Однофотонні лідори - порівняно з гейгер-лідарами - більш чутливі до численних відбитків. Теоретично вони можуть проводити вимірювання на всіх типах об'єктів – від проводів до ґрунту під кронами дерев. Однак, як показали експерименти, проведені USGS (Геологічна служба США) та представлені на конференції ILMF у 2016 році, точність визначення дальності у подібних систем значно гірша, ніж у систем з ОПФС-лідарами. Причина у некоректній обробці сигналу. Помилки визначення дальності на рівні більше 50 см часто-густо виникають на об'єктах зі змінними розмірами і відбивною здатністю.

Класичні лідери працюють на дуже різних довжинах хвиль - 532 нм (зелений), 1000 нм (ближній ІЧ), 1550 нм (середній ІЧ) і далі у бік теплового діапазону; це дозволяє реалізувати концепцію багатозонального лідара, що дозволяє отримувати, наприклад, дані про стан лісу. Однофотонні лідери на даному етапі працюють тільки у видимому діапазоні, і в найближчому майбутньому тут нічого не зміниться.

Шон Хіггінс:Чи можуть нові технології одного разу замінити звичайні технології лазерного сканування (на зразок лідарів з оцифруванням повної форми сигналу)? Чому так чи чому ні?

Лікар АндреасУльріх:Це найбільш актуальне питання, яке займає розуми тих, хто зайнятий зараз у галузі лазерного сканування: чи замінять ці технології те, що зараз прийнято називати лідером. Моя відповідь ні. Обидва нові варіанти лідерів є потужними інструментами тоді, коли їх застосовують у правильних ситуаціях. Гейгер-лідар уже зараз є найкращим методомдля швидкого отримання цифрової моделі рельєфу в пустельних регіонах або в районах бойових дій, де дуже потрібно залишатися поза зоною ураження ракетами ПЗРК, особливо якщо справа відбувається в чистій атмосфері та на території немає рослинності.

У районах, покритих рослинністю, сканер з оцифровкою повної форми сигналу показує чудові результати щодо проникнення. дозволяють дешифрувати за формою сигналу точок безліч типів об'єктів, а не тільки точки, що використовуються для побудови поверхонь, у тому числі стовпи, дроти, сітки та інші дрібно детальні об'єкти. Сканер з оцифровкою повної форми сигналу є найкращою технологією при вирішенні величезної кількості завдань, і залишиться таким - при цьому безперервно еволюціонуючи та підвищуючи швидкість роботи, і при цьому ще залишаючись неперевершеним у частині точності. Сканери з оцифровкою повної форми сигналу компанії RIEGLзабезпечують швидкість обробки даних лазерного сканування, близьку до реального часу. Це відкриває нові можливості щодо застосування даної технології при вирішенні завдань швидкого реагування при рятувальних операціях. Все це RIEGLвже зараз демонструє в особі новітнього рішення - повітряної лазерної скануючої системи, яка дозволяє знімати по 450 км 2 на годину при щільності 8 точок на 1 м 2 і це все у поєднанні з найбільшою швидкістюобробки даних та дуже високою якістю цих даних, яка вже звична для користувачів.

Шон Хіггінс:Чи є однофотонні та гейгер-лідери зрілими технологіями? Чи вважаєте ви, що їм слід продовжити розвиток, щоб повністю розкрити їхній потенціал?

Лікар АндреасУльріх:Однофотонний лідер по суті є звичайним лінійним лідером, заснованим на використанні фотопомножувачів; гейгер-лідар - загалом не "лінійний" - все це аж ніяк не нові технології. Тим не менш, застосування цих технологічних рішень при комерційній зйомці є новим. Згідно з заявами творців однофотонного лідара (на ILMF-2016) технологія потребує поліпшення і вдосконалюватиметься за допомогою додавання даних про амплітуд прийнятої ехо-сигналу. Це було вперше застосовано у лазерному скануванні багато років тому – коли перші атрибутивні характеристики точки лазерного відображення описувалися як 8-бітного значення інтенсивності. Тож у цьому відношенні технологія однофотонного лідара ще дуже незріла.

У гейгер-лідарів довга історія у військовому сегменті, там вже було використано та застосовано безліч усіляких оптимізацій. Проте обдурити закони фізики не вдалося. Одне з фундаментальних обмежень - недостатня здатність детектора гейгер-лідара досить швидко відновитися після спрацьовування для того, щоб відловити будь-які додаткові відомості про відображення. Інше обмеження - він ніколи не зможе забезпечити оцінку істинної потужності відбитого сигналу, що є критичним для компенсації відходу моменту реєстрації відбитого імпульсу і не дозволяє покращити точність вимірювання дальності.

Шон Хіггінс:Чи є у компанії RIEGLплани з виробництва лідарів, заснованих на технологіях однофотонних чи гейгер-лідарів?

Лікар АндреасУльріх: Як я вже казав, ми вважаємо ОФПС-лідери Riegl чудовою технологією ОФПС-лідар надзвичайно точний, оскільки забезпечує високу точність вимірювання дальності, низьку просторову «шумність» даних, має можливість реєстрації дуже великої кількості відбитих від одного імпульсу сигналів, дає масу характеристик форми відбитого сигналу для кожної точки, і дозволяє провести радіометричне калібрування для кожної точки . Наші користувачі вибудовують свої бізнес-моделі, розраховуючи на високу якість даних та можливість використання атрибутивних характеристик точок, які вони одержують із наших лідерів. Всі інші технології, які ми тут обговорювали, не можуть забезпечити вказаних вище характеристик. Тому ми продовжуватимемо вдосконалювати саме технологію лідерів з оцифруванням повної форми сигналу.