Lidar készülék. Lézeres lokátor

2017. május 22

Manapság egyre népszerűbb a fényérzékelés és távolságmérés technológiája - LIDAR (Light Identification Detection and Ranging). Szakértőink nyomon követik az ipar fejlődését, és elkészítették az e technológiának szentelt cikk áttekintését.

A technológiák kiegészítik majd az autonóm járművek kameráit és radarjait

A jövő teljesen autonóm járművei különböző szenzortechnológiák – fejlett látórendszerek, radar- és fényérzékelő és távolságmérő rendszerek (lézeres helymeghatározó) – kombinációjára fognak támaszkodni. A három közül a lézeres helymeghatározó messze a legdrágább része az egyenletnek, és világszerte erőfeszítéseket tesznek ezen árak csökkentésére.

A mechanikus lézeres lokátorok már elérhetőek a piacon, és több száz dollárba kerülnek. Ezeket a számokat csökkenteni kell ahhoz, hogy a rugalmas autóiparban indokolt legyen a lézeres lokátorok széles körű alkalmazása.

Az ártényező mellett a lézeres helymeghatározó beszállítóknak bizonyítaniuk kell termékeik nagy teljesítményét és megbízhatóságát. A fejlett vezetőtámogató rendszerek és az automatizált vezetés esetében nem elég a 99%-os megbízhatóság. Az autógyártás kritikus (biztonsági szempontból) szempontjaiban a berendezéseknek „hat kilences” megbízhatóságot kell mutatniuk – 99,9999%.

A fejlett technológia jelentőségét a közúti közlekedésben nem lehet túlbecsülni. Jó példa erre az Intel által javasolt 15,3 milliárd dolláros üzlet a Mobileye, egy izraeli számítógépes képfeldolgozó gyártó megvásárlására. A chipgyártó és a Mobileye tavaly összeállt a BMW-vel, hogy együttműködjenek az autonóm járműtechnológiában.

A lézeres helymeghatározó kulcsfontosságú eleme ennek a technológiának, és a befektetők nyitva tartják pénztárcájukat az ezen a technológián dolgozó induló vállalkozások előtt. 2017 márciusában a befektetők 10 millió dollárt fordítottak a TetraVue-ba, egy karlsbadi székhelyű, kaliforniai székhelyű lézeres helymeghatározó vállalkozásba. A befektetők listáján szerepel a Foxconn, a Nautilus Venture Partners, a Robert Bosch Venture Capital és a Samsung Catalyst Fund.

A kaliforniai Palo Alto-i székhelyű önvezető autószoftvereket indító Autonomic mintegy 11 millió dollárt gyűjtött össze a Ford Motortól és a Social Capitaltól. A társalapítók közül négyen korábban a Pivotal Labs-nál dolgoztak.

A technológia mozgatórugói

A Technavio előrejelzése szerint a globális autóipari lézeres hatótávolságú szenzorok piacán a CAGR 34% feletti lesz 2020-ig (1. ábra). A piackutató cég becslései szerint a lézeres helymeghatározó piac értéke 2015-ben 61,61 millió dollár volt, a legnagyobb keresletre az európai/közel-keleti/afrikai régiókban és Amerikában.

2016 júniusában a vállalat nyilvánosan közzétette a „Global Market for Automotive Laser Ranging Sensors 2016-2020” című jelentést, és ezt a jelentést az idei harmadik negyedévben frissíti.

„A lézeres mérési technológia az autóiparban gyors fejlődésen megy keresztül, mind a technológiai fejlődés, mind a piaci dinamika eredményeként.”, - Államok Siddharth Jaiswal, a Technavio egyik vezető autóelektronikai kutatási iparági elemzője.

A Technavio által megnevezett legfontosabb fejlesztések között:

1. Csökkentse a költségeket a méret növelése érdekében. A lézeres helymeghatározó gyártók azon dolgoznak, hogy csökkentsék a rendszerköltségeket hatékony feldolgozási módszerek alkalmazásával, és bizonyos esetekben a termékek egyedi elhelyezésével minden ügyfélszegmenshez: „A Google önvezető autójában használt 64 sugaras Velodyne HDL-64E lézeres távolságmérő egység ára 80 000 dollárba kerül” kijelenti Jaiswal.„A Velodyne 32 és 16 sugaras lézeres mérési egységeket is kínál 40 000 dolláros, illetve 8 000 dolláros áron, amelyek költséghatékonyabb projektekben használhatók. Arra számítunk, hogy a lézeres távolságmérő technológia a radar nyomdokaiba lép az autóiparban, ahol az ár kulcsszerepet játszott a piaci elfogadottságban. Ezért az ár kulcsfontosságú tényező a piaci szereplők számára.".
2. Kompakt kialakítás. A Velodyne 2005-ben kiadott első lézeres távolságmérő szenzora olyan nagy és nehéz volt (körülbelül 5 kilogrammot nyomott), hogy egy autó tetején kellett elhelyezni. A szenzor súlya ma már kevesebb, mint egy kilogramm, a félvezetős változat pedig elég kicsi ahhoz, hogy elférjen egy autóban.
3. Érzékelők kombinációja. A képérzékelők és a lézeres távolságmérő szenzorok kombinálásának technológiai trendje több mint egy évtizede népszerű kutatási téma. A kimenet megbízhatóbbá válik, ha a kombináció egy érzékelőtől származó információt eredményez, amely megerősíti egy másik típusú érzékelőtől származó információt. Ha azonban az egyik érzékelőtől származó adatok nem egyeznek a másik érzékelő adataival, a rendszer megbízhatatlanná válik.
4. Lézeres helymeghatározók használata járműveken kívül a közúti eszközök kezelésére. A Road Assessment Condition Surveys (TRACS) szolgáltatást 2000-ben vezették be Anglia főúthálózatába. Az Egyesült Királyság Útügyi Ügynöksége a TRACS tanulmány részeként rendszeres automatizált felméréseket végez az autópályák burkolatának állapotáról. A lézeres helymeghatározó az érzékelőtől való távolság mérésére szolgál, és potenciálisan adatokat szolgáltathat a felmérő járműtől sokkal nagyobb távolságra lévő tárgyakról, mint a TRACS felmérés során.

1. kép
Forrás: Technavio

„A lézeres lokátor nagyon jövedelmező helyen áll az autonóm vezetési érzékelők között”, mondja Jaiswal. „A 360 fokos térkép a fő megkülönböztető képessége a többi szenzortechnológiától, és az a képessége, hogy fény hiányában is képes észlelni tárgyakat, megtalálta a helyét az OEM-ek között. Ezenkívül az önvezető autók legdrágább alkatrészének, a lézeres távolságmérő érzékelőegységnek az árának egyértelmű csökkenése valószínűleg az autóipari lézeres távolságmérő érzékelők alkalmazását fogja eredményezni. Például 2016-ban a Velodyne bemutatta új ULTRA Puck VLP-32A lézeres lokátorát. Állítólag ez a legolcsóbb lézerradar, amely a SAE (Society of Automotive Engineers) által meghatározott 1-5 autonóm vezetési szintet képes elérni, és az iparág termékeinek korábbi verzióihoz képest is nagyon kompakt. Szilárdtest-architektúrájának köszönhetően az érzékelő elég kicsi ahhoz, hogy külső visszapillantó tükrökre is felszerelhető legyen, 3D érzékelési tartománya pedig 200 méterre (656 láb) bővül. A Velodyne egységenként 300 dollár alatti célárat tűzött ki, ami autóipari méretekben jelentős árcsökkenést jelent a korábbi kompakt lézeres helymeghatározó egység 7900 dolláros árához képest.".

Sőt, a lézeres lokátor bevált félvezető-eljárási technológiákkal is fejleszthető, a szilárdtest változatban pedig nincs mozgó alkatrész.

"A lézeres helymeghatározó kulcsfontosságú technológiának számít a pontos 3D-s térképezés, a "jármű érzés" és a navigáció szempontjából.", - Államok Pierre Cambu, a Yole Developpement képalkotási igazgatója. „Verseny folyik a teljesítményben és a tartósságban, rövidhullámú infravörös (SWIR) diódák, lavina fotodiódák vagy egyfoton lavina fotodiódák használatával. Az árak csökkentésére is nagy erőfeszítéseket tesznek. Ennek fő célja a lézeres lokátor félvezetővé tétele vezérelt lézerek, MEMS mikrotükrök vagy detektortömbök segítségével.".

Kambu azonban megjegyezte, hogy az autonóm vezetésnek különböző megközelítései vannak, és nem mindegyikhez szükséges lézeres lokátor. „A lézeres lokátor a pilóta nélküli járművek alapvető felszerelése, amelyeket én inkább robotjárműveknek nevezek. A jövőben az autonómia számos szintje lesz. Lézeres helymeghatározóra lehet szükség a vészfékezéshez városi környezetben, valószínűleg radarral és kamerákkal kombinálva. Ez a multimodális megközelítés mára egyértelműen meghatározott. Senki nem kérdőjelezi meg.".

A lézeres lokátorok piaca az árak esésével nőni fog, a mai 600 millió dollárról 1,2 milliárd dollárra a következő öt évben (2. ábra). "Ma három belépési pont van az autóiparban: 3000 dollár, 300 dollár és 30 dollár.", ő mondta. „A kamerák jelenleg 30 dolláros, a lézeres lokátor 3000 dolláros árszinten vannak. A lézeres lokátorgyártók célja most az ár csökkentése és a 300 dolláros cél elérése jelentős teljesítménycsökkenés nélkül. Az ilyen, valószínűleg szilárdtestalapú megközelítéseken alapuló lézeres lokátorok a következő három éven belül megjelennek a piacon.".

Ez egy kis része a látásérzékelők piacának. „A konszenzus az, hogy az autóradar és az autós látás előnyei közel azonosak, de a jövőkép 50%-ban fejlett vezetőtámogató rendszer (ADAS) és 50%-ban parkolássegítő” – mondta Kambu. „2016-ban 1 milliárd dollárt értünk el az autóipari látásérzékelők értékesítésében, 24%-os CAGR-értékkel. A csúcsérték 2021-ig 7,3 milliárd dolláros autóipari látóérzékelőből származó bevétel.”

2. ábra.
Forrás: Yole Development

Mi működik és mi nem

Amin Kashi, a Mentor Graphics, a Siemens leányvállalatának haladó vezetői segítségnyújtásért és autonóm vezetésért felelős igazgatója elmondta, hogy a lézerradarok iránti érdeklődés több mint egy évtizede kezdődött a radarok akkori magas költsége miatt, amelyek egyenként 500 dollárba kerültek. A lézeres lokátorok akkoriban rendkívül drágák voltak, egységenként akár 260 000 dollárt is elérhettek.

„Három évvel ezelőtt számos cég vagy startup kezdett érdeklődni a lézeres lokátorok iránt, és befektetett abba.”, mondja Kashi. "Minden nagyobb vállalat hirtelen lézeres helymeghatározó cégekbe fektetett be vagy vásárolt.".

E társaságok közé tartozott a Continental és a TRW. Kashi korábban a Quanergy Systemsnél dolgozott, amely mechanikus lézeres lokátort fejlesztett ki, most pedig egy fázissoros lézeres lokátoron dolgozik. A Quanergy szilárdtest lézeres lokátor darabonként 250 dollárért kapható.

Eközben a Mentor Graphics az OEM-eket és a nagyvállalatokat hardver-, szoftver- és tervezési szolgáltatásokkal látja el a lézeres helymeghatározó iparágban. „Képfeldolgozó szoftvert is biztosítunk, amely képes futni a szenzoraikon. Végső soron minden érzékelőt valamilyen módon csatlakoztatni kell. Olyan számítástechnikai platformra vagy rendszerre van szükség, amely ezeket a különféle információkat átveszi és érthetővé teszi a döntéshozó rendszer számára. Ez a mi érdekünk.".

„A kamerák, lézeres helymeghatározók és radarok kiegészítik egymást, pótolva az egyes technológiák hiányosságait.”, ő mondta. "Ez kritikus fontosságú, mert a lézeres helymeghatározó kevésbé hatékony lehet ködben, alacsony felhőzetben, homokviharban, heves esőben és havazásban."

"Még mindig szükség van az autonóm járművekben használt nagyon nagy felbontású érzékelőkre." jegyezte meg Amin Kashi. „Sok cég dolgozik lézeres távolságmérő technológián, sok startup, és nagyon lenyűgöző koncepcióik vannak. Érdekes lesz látni, hogy sikeres-e az útjuk a kommercializáció felé. Némelyikük teljesen szokatlan, de egy nagyszerű koncepcióból autóipari minőségű érzékelővé válni nagyon nehéz feladat. És ez sok befektetést igényel.".

A különböző lézeres távolságmérő technológiák összehasonlítása nem mindig egyszerű, és a növekvő verseny sem könnyíti meg őket.

"Rengeteg félrevezető információ van kint", - jelenti ki Luai Eldada, a Quanergy startup vezérigazgatója. „Vannak, akik hagyományos mechanikus lézeres lokátorokat készítenek: nagy, forgó mechanikus lézeres lokátorokat, amelyeket helikoptereken használnak, és hibrid szilárdtest-lokátoroknak hívják őket, mert félvezetőtartalmuk nem nulla. Ez csak egy álhír."

Az ilyen termékekben egy kis forgács van egy vödör méretű termékben, mondta Eldada. „Az autóiparban már senki sem használ mechanikus lézeres lokátorokat. Biztosak vagyunk benne, hogy a szilárdtest lokátorunk a legizgalmasabb fejlesztés ezen a területen."

Tavaly a Quanergy a második befektetési körben 90 millió dollárt kapott, így a teljes magánbefektetése 150 millió dollárra nőtt, a cég értéke pedig több mint 1 milliárd dollárra nőtt. A Delphi Automotive, a GP Capital, a Motus Ventures, a Samsung Ventures és a Sensata Technologies befektetést hajtott végre a második befektetési körben.

XenomatiX egy másik startup, amely szilárdtestlézeres lokátorokra specializálódott. „A startupok most élen járnak az autonóm vezetéshez szükségesnek tartott fejlesztésekben.”, - állapította meg Philip Guyens, a belga cég ügyvezető igazgatója. „Néhány nagy cég rengeteg pénzt költ és jelentős beruházásokat hajt végre az autonóm vezetéshez szükséges érzékelők és szoftverek beszerzésére. A legtöbb ilyen vállalat technológiai szempontból ugyanabba az irányba halad. Arra számítunk, hogy mindegyiküknek jelentős kihívásokkal kell szembenéznie. Mi viszont más irányba haladunk, és kicsit másképp csináljuk a dolgokat. Hiszünk abban, hogy ez a legjobb módja a nehézségek leküzdésének.".

"A XenomatiX igyekszik megszabadulni a lézerradarrendszerek érzékelési zavarától, amely abból adódik, hogy sok rendszer közvetlen repülési időt használ, egyetlen fénysugarat vagy egyetlen fényvillanást bocsát ki.", - állapította meg Guyens. „Az általunk használt módszer az, hogy egyszerre több ezer sugarat küldünk ki. Ez elég nehéz. A szemek védelme érdekében betartjuk a biztonsági óvintézkedéseket is. Ez a legfontosabb nehézség, amely mindannyiunk számára ugyanaz. Sok sugarat bocsátunk ki egyszerre, és ez még tovább nehezít mindent. Másrészt ez megbízhatóbbá teszi a rendszert valós körülmények között, ahol több lézerradar működik egyszerre.”

Egyes cégek azt állítják, hogy a kamerák és radarok elegendőek az autonóm vezetéshez, de Guyens nem így gondolja. Azzal érvel, hogy az autóvezetés volumetrikus világban zajlik, és a lézeres lokátor nélkülözhetetlen a minden irányú érzékeléshez.

Piaci zűrzavar

Az iparág egyik nagy kihívása az OEM-ek és a vezető vállalatok közötti kereslet és kínálat. Az OEM-ek azt várják el a vezető cégektől, hogy biztosítsák a számukra szükséges fejlett technológiákat, míg a vezető vállalatoknak bizonyított technológiákra van szükségük, mielőtt bemutathatnák azokat az OEM-eknek. Számos iparági bennfentes szerint az autóalkatrész-beszállítók nem akarnak nagy kutatási és fejlesztési költségeket vállalni az OEM beszerzési mennyiségi kötelezettségvállalása nélkül.

"Az Intel függőben lévő Mobileye felvásárlása jelentős előrelépést jelent a csúcstechnológiás termékek autóipari bevezetésében.", - Államok Guyens.

Az önvezető járművek felé vezető úton folyó verseny és az ehhez szükséges technológiai innovációk mennyisége megváltoztatja a korábban alkalmazott megközelítéseket.

„Ebben a pillanatban a lézeres távolságmérő technológia a technológiák teljesen új fúziója.”, - véli Jean-Yves Deschenes, a quebeci Phantom Intelligence cég elnöke. „Ezt az egyesülést az autóipar vezérli.”.

Öt-tíz évvel ezelőtt a lézeres lokátort elsősorban építészeti, térképészeti és katonai célokra használták. A blokkok hatalmas, terjedelmes eszközöknek tűntek, rengeteg tükörrel.

„Sokan keresik a megoldást”, ő mondta. „A közelmúltban végzett kutatások és a vállalatok, amelyekről sokat hallunk, most megpróbálják lecserélni ezeket a tükröket. A lézeres helymeghatározó szkennelési elvét megismételjük MEMS tükrök és sugárkormányzás segítségével. Számos leképezési módszer halad ebbe az irányba. A Phantom Intelligencenél úgy gondoljuk, hogy a megoldás a flash lézerradar használatában rejlik. A vaku lézeres lokátor inkább egy 3D kamera analógja. A keskeny sugár helyett, amely fokozatosan áthalad a látómezőn a kép rekonstruálásához, egy lézerimpulzus villan fel nagy területen, és sok pixelt használnak a kép rekonstruálásához.".

"A lézeres helymeghatározó hátránya, hogy a visszhang visszatér az érzékelőbe", - megjegyezte Deschenes, az általa „okosabbnak” nevezett jelfeldolgozás híve. Úgy véli, az autonóm vezetésnek öt szintje lesz, a teljesen autonóm járművek 2025-ben érkeznek majd, és 2030-ban terjednek el széles körben.

A dolgok valós állapota

A lézeres lokátor egy jól ismert technológia, amely végre nyereséges alkalmazásra talált a piacon.

„A lézeres távolságmeghatározás elve, az impulzussal sugárzott fény és a repülési idő visszhangja nem sokat változott”, mondta az egyik iparági forrás. „A fizikai elv soha nem változott a feltalálás óta, 40 éve. A változások inkább a komponensekre és a rendszerintegrációra vonatkoznak. Az alapelvben nincs változás".

A forrás megjegyezte, hogy a flash lézeres lokátort az elmúlt öt évben fejlesztették, és ez idő alatt hasonlóságokat mutatott a CMOS érzékelővel. „A flash lézeres lokátor technológia olyan terület, amely fokozott figyelmet igényel. Nagyon olcsó megoldást kínál, de nem nagy teljesítményt.".

Kevin Watson, a Microvision (Redmond, Washington) vezető termékfejlesztési vezetője nem ért egyet. „Nem hiszem, hogy ez semmilyen eredményre vezet”, mondta a vakulézeres lokátorról. „A MEMS tükör alapú lézerszkennereket sok éven át a lézeres helymeghatározó eszközök szent gráljának tekintették, mivel hihetetlenül kicsik, viszonylag olcsón előállíthatók nagy mennyiségben, és nagyon megbízhatóak. Ráadásul elég kompaktak ahhoz, hogy néhány darabot elférjenek az autóban.”.

Watson a lézeres lokátort az autóelektronika „legfontosabb érzékelőjének” nevezi. "A látórendszerek nagyszerűek, de teljesen passzívak, és a lézeres lokátor aktív". De a lézeres lokátornak is megvannak a maga korlátai. A radar képes felismerni a falat, nagy hatótávolságú, ködben is képes működni, de a lézeres távolság és a látás összetéveszthető. „Az autonómia negyedik szintjének elérése (a legmagasabb szintet megelőzően) még messze van”, - állapította meg Watson. „Ezt a következő tíz évben nem hajtják végre. Ez egy nagyon-nagyon komoly probléma. Még mindig túl sok a tennivaló".

Az RU 2575766 számú szabadalom tulajdonosai:

A találmány a lézeres távolságmeghatározás és a kvantumelektronika területére vonatkozik, és lézeres távolságmérő rendszerekben és komplexekben történő felhasználásra szolgál, mozgó objektumok észlelésére és mozgásuk paramétereinek meghatározására, beleértve a térbeli koordinátákat és a mozgás sebességét. A javasolt eszköz lézeres űrkommunikációs rendszerekben is használható a közeli vagy mélyűrben lévő űrjárművel való kommunikációra, valamint az űrhajót körülvevő plazmarétegen keresztül a Földre történő leszálláskor űrhajóval való kommunikációra. A javasolt eszköz a lézeres rendszerek azon osztályába tartozik, amelyek lézeres heterodinizálási módszert alkalmaznak lézeres távolságmérő jelek fogadására és feldolgozására. A lézerjelek fogadásának ez a módszere ismert és tanulmányozott a tudományos irodalomban, ahol megjegyzik ennek a módszernek néhány előnyét a lézerjelek közvetlen fotodetektálási módszeréhez képest. A lézeres heterodinizálás gyakorlati megvalósításának számos hiányossága azonban nem tette lehetővé ennek a módszernek a potenciális képességeinek teljes kihasználását hatékony, széles körű alkalmazásra alkalmas lézeres távolságmérő rendszerek létrehozására. Ennek a lézeres heterodinizálási eljárásnak a fő műszaki hátránya, hogy a vett lézersugárzás (LR) és a lézer heterodin sugárzás hullámfrontjait nagy pontossággal kell egyeztetni a vevő fotodetektor fényérzékeny helyén. A 156. oldalon található monográfia azt mutatja, hogy a vett és a heterodin lézersugárzás körülbelül 12 ívperces szögeltérése esetén a fotodetektor - fotokeverő kimenetén köztes frekvencián a jel ötszörösére csökken a jelszinthez képest nulla szögeltérés. A kimeneti jel szintjének ez a függése a kimenő jel erős ingadozásaihoz és időszakos teljes elvesztéséhez, a megfigyelt objektumok észlelésének valószínűségének csökkenéséhez és a lézeres vevőrendszer hatékonyságának csökkenéséhez vezet a gyorsan mozgó objektumok követésének valós körülményei között.

Egy német szabadalom (Z. No. 2819320) alapján ismert heterodin feldolgozó áramkörrel ellátott lézeres távolságmérő, amely lézert, óraimpulzus-generátort, adó-vevő optikai rendszert, lézeres lokális oszcillátort, vett lézersugárzás optikai keverőjét tartalmaz. helyi oszcillátor sugárzás, fotodetektor, erősítő és feldolgozó egység a közbenső jelekhez.frekvenciák a fotodetektor kimenetéről, memória és információ feldolgozó egység. Ennek az eszköznek a hátrányai közé tartozik az eszköz alacsony hatékonysága és alacsony észlelési képessége, amikor valós körülmények között működik, mozgó objektumokat figyelve különféle háttérzaj jelenlétében a vevő optikai rendszer bemenetén. Ezek a hátrányok abból adódnak, hogy a köztes frekvenciájú jel (fotomixing jel) szintje jelentős mértékben függ a lokális oszcillátor sugárzás és a vett lézersugárzás fotodetektorának helyén lévő beesési szögek illeszkedésétől. Gyorsan mozgó objektum követésekor a kapott lézersugárzás beesési szöge folyamatosan változik, ami a fotodetektor kimenetén a köztes frekvenciájú jel szintjének jelentős ingadozásához és ennek a szint csökkenéséhez vezet. melynek eredményeként csökken a tárgy helyes észlelésének valószínűsége, csökken a tárgy mozgási paramétereinek és hatékonyságának meghatározásának pontossága.a teljes eszköz egészének működése.

Az USA-ban kifejlesztett, lézerjelek vételére alkalmas heterodin módszerrel ismert lézeres lokátort a Laser Ranging című könyv 230. oldalán ad meg, amely adó-vevő távcsövet, lézererősítő fokozatú lézeradót, lézeres lokális oszcillátort, fényvevő egységet tartalmaz. erősítő egység, mester lézeroszcillátor, második fotodetektor, frekvenciamérő és vezérlő egység, információfeldolgozó és vezérlő egység. Ennek a komplexumnak a hátrányai közé tartozik az alacsony működési hatékonyság és a komplex komplexitása. A komplexumból hiányoznak azok az eszközök, amelyek biztosítanák a lokális oszcillátor lézersugárzás beesési szögeinek folyamatos illeszkedését a fényvevő egységre és a kapott lézersugárzásra, amely a kísérő gyorsan mozgó objektumról visszaverődik. A kapott lézersugárzás beesési szögének lehetséges változása a fotodetektor helyén az objektum észlelésének és nyomon követésének üzemmódjában a jelzett beesési szögek dinamikus eltérése következik be, ami további erős ingadozásokhoz vezet. a közbülső frekvenciájú jel szintje és a jel teljes elvesztéséhez, valamint az objektum észlelésének és követésének kudarcához. Ez a komplexum a fő lézeroszcillátor (lézeradó) sugárzás generálási frekvenciáját (hullámhosszát) állítja be. A lézergenerálás hullámhosszának intracavity piezokorrektorral történő beállítására alkalmazott módszer azonban nem rendelkezik a szükséges pontossággal, ami tovább csökkenti a lézeres lokátor pontosságát és hatékonyságát.

Prototípusként egy impulzusos sugárzási módú lézerlokátort választottak, melynek diagramját a Lézeres hatótávolság című könyv tartalmazza a 245. oldalon. Ez a lézerlokátor tartalmaz egy vevő és adó távcsövet irányító (szkennelő) egységgel, lencsét, fényvevő egység, jelfeldolgozó és vezérlő egység, lézeradó, lézeres lokális oszcillátor, frekvenciamérő egység, rögzített csillapítók - sugárzáselnyelők, sugárosztók. Ennek az eszköznek a hátrányai közé tartozik a valós mozgó tárgyakon végzett munka alacsony hatékonysága, valamint a mozgó objektum helyes észlelésének alacsony valószínűsége a vett lézersugárzás és a helyi oszcillátor beesési szögei közötti eltérés miatt. sugárzás a fényérzékelő egység helyén a mozgó tárgyak észlelésének és dinamikus követésének módjában.

Az elért műszaki eredmény a következő: a kimenő jelszint függőségének csökkentése a vett lézersugárzás (LR) érkezési szögének változásától, a lézeres távolságmérő rendszer hatékonyságának növelése mozgó tárgyak észlelésének és követésének körülményei között, ill. erős háttérbecsillanás jelenléte, a megfigyelt objektumok helyes észlelésének valószínűségének növelése, stabil lézeres kommunikáció megvalósítása egy űrhajóval a környező plazmarétegen keresztül, amikor az űreszköz Földre történő leszállása során a légkör sűrű rétegeibe lép.

Az új technikai eredményt a következőképpen érjük el.

1. Az első optikai tengelyen szekvenciálisan elhelyezett irányítóegységgel ellátott távcsövet tartalmazó lézerlokátorban, első lencsével, első fényvevő egységgel, amelynek kimenete spektrális szűrőblokkhoz van kötve, a kimenetek a vezérléshez vannak kötve. egység, egy lézeradó, egy lézeres lokális oszcillátor és egy frekvenciamérő egység, a kimeneti lézeradó optikailag csatlakozik a teleszkóphoz és áttetsző és visszaverő tükrökön keresztül a frekvenciamérő egység első optikai bemenetéhez, amelynek második optikai bemenete áttetsző tükrön keresztül optikailag kapcsolódik a lézeres helyi oszcillátor optikai kimenetéhez, a lézeradó, a lézeres lokális oszcillátor vezérlőbemenetei és a frekvenciamérő egység kimenete a vezérlőegységhez csatlakozik, egy első vezérelt csillapító, egy első lézersugárzás frekvenciaváltó egység, egy első lézersugárzás letapogató egység, amelynek optikai kimenete egy fényvisszaverő és két áttetsző tükörön keresztül optikailag kapcsolódik az első fényérzékelő egység optikai bemenetéhez, egy második vezérelt csillapítóhoz, optikailag sorba van vezetve. második blokk a lézersugárzás frekvenciájának eltolására, egy második blokk a lézersugárzás letapogatására, amelynek optikai kimenete két áttetsző tükörön keresztül optikailag kapcsolódik az első fényvevő egység optikai bemenetéhez, az első és a második vezérelt csillapító optikai bemeneteihez áttetsző tükrökön keresztül optikailag csatlakoznak a lézeres helyi oszcillátor optikai kimenetéhez, optikailag sorba kapcsolnak egy harmadik vezérelt csillapítót, egy harmadik lézerfrekvencia-váltó egységet és egy harmadik lézersugárzás letapogató egységet, egymás után felszerelve a második optikai tengelyre, egy optikailag csatlakoztatott akuszto-optikai modulátor vezérlőegységgel, második lencsével, első áttetsző tükörrel, vezérelt térszűrővel, harmadik lencsével, második áttetsző tükörrel, egy második fényvevő egységgel, amelynek kimenete a második bemenetére csatlakozik a vezérlőegységhez csatlakoztatott spektrális szűrőblokk, az akuszto-optikai modulátor optikai bemenete egy visszaverő tükörön és egy áttetsző tükörön keresztül optikailag kapcsolódik a lézerheterodin optikai kimenetéhez, a harmadik lézersugárzás letapogató egység optikai kimenete optikailag egy fényvisszaverő tükör és a második egy áttetsző tükör, a második fényérzékelő egység optikai bemenetével, a harmadik vezérelt csillapító optikai bemenete optikailag kapcsolódik a lézer helyi oszcillátor optikai kimenetéhez, egy harmadik fényérzékelő egység, az optikai melynek bemenete az első áttetsző tükrön keresztül a második lencse optikai kimenetéhez, a kimenete pedig a vezérlőegységhez csatlakoztatott fotodetektor egység vezérlőegységéhez, az első és második távoli tükörhöz csatlakozik, mechanikusan kapcsolva a mozgáshoz. egység, amelynek vezérlőbemenete a vezérlőegységhez csatlakozik, dinamikus spektrális szűrő, amelynek optikai bemenete az első letapogató tükrön és az első távtükrön keresztül optikailag kapcsolódik a távcső optikai kimenetéhez, valamint a távcső optikai kimenetéhez. a dinamikus spektrális szűrő a második leolvasó tükörön és a második távoli tükörön keresztül optikailag csatlakozik az első lencse optikai bemenetéhez, az első és a második letapogató tükör vezérlőelektródái a pásztázótükör vezérlőegységhez csatlakoznak, amelynek bemenete a vezérlőegységhez csatlakoztatva a dinamikus spektrális szűrő vezérlőbemenete a vezérlőegységhez, külső sarokreflektor a távcső optikai bemenetéhez optikailag és mechanikusan a vezérlőegységhez csatlakoztatott sarokreflektor mozgó blokkjához kapcsolódik , a lézeradó optikai kimenetét a teleszkóppal optikailag összekötő negyedik vezérelt csillapító, a vezérlőegységhez csatlakoztatott vezérelt csillapítók vezérlőbemenetei, a frekvenciaváltó egységek vezérlőbemenetei lézersugárzás és lézersugárzás letapogató egységek csatlakoznak a vezérlőegységhez.

2. A lézersugárzási frekvenciaváltó egység optikailag összekapcsolt bemeneti membránt, vezérlőegységgel ellátott akuszto-optikai cellát, első lencsét, pontmembránt, második lencsét és kimeneti membránt tartalmaz az optikai tengelyen sorba szerelve, míg a az akusztikai-optikai cella vezérlőelektródája az akuszto-optikai cella vezérlőegységéhez csatlakozik.

3. A lézersugárzás letapogató egység egy akuszto-optikai cella alapján készül, amelyben ultrahanghullámokat gerjesztenek, biztosítva a lézersugárzás terjedési irányának változását.

4. A dinamikus spektrális szűrő egy akuszto-optikai cella alapján készül, amelyben az ultrahanghullámok gerjesztése és kölcsönhatásba lép a cellán áthaladó vett lézersugárzással.

5. A lézeradó és a lézeres lokális oszcillátor lézergenerátorok alapján készül, amelyek képesek a generált lézersugárzás hullámhosszának beállítására.

ábrán. Az 1. ábra egy lézeres helymeghatározó blokkvázlatát mutatja. ábrán. A 2. ábra a lézer frekvenciaváltó egység blokkvázlatát mutatja. ábrán. A 3. és 4. ábra a lézeres helymeghatározó rendszerben előállított vett információjelek kísérletileg nyert spektrumát mutatja, a 3. ábra pedig. Az 5. ábra a háttér interferencia sugárzás spektrumát mutatja.

ábrán. Az 1 számok a lézeres lokátor következő elemeit jelzik.

1. Teleszkóp.

2. Útmutató blokk.

3. Első lencse.

4. Első fotodetektor egység.

5. Spektrális szűrők blokkja.

6. Vezérlőegység.

7. Lézeradó.

8. Lézeres lokális oszcillátor.

10. A lézersugárzás frekvenciaváltásának első blokkja.

11. Első lézersugárzás letapogató egység.

12. A lézersugárzás frekvenciaváltásának második blokkja.

13. Második lézersugárzás letapogató egység.

14. Az első vezérelt csillapító.

15. Második vezérelt csillapító.

16. Harmadik vezérelt csillapító.

17. A lézersugárzás frekvenciaváltásának harmadik blokkja.

18. A lézersugárzás letapogatásának harmadik blokkja.

19. Akusztikus-optikai modulátor.

29. Akusztikus-optikai modulátoros vezérlőegység.

20. Második lencse.

21. Az első áttetsző tükör.

22. Szabályozott térszűrő.

23. Harmadik lencse.

24. Második áttetsző tükör.

25. Második fotodetektor egység.

26. A spektrális szűrők második blokkja.

27. Harmadik fotodetektor egység.

28. A harmadik fotodetektor egység vezérlőegysége.

29. Akusztikus-optikai modulátor vezérlőegység, poz. 19 (feljebb felsorolva).

30. Dinamikus spektrális szűrő.

31. Leolvasó tükör vezérlőegység, poz. 35 és 36.

32, 33. Első és második távoli tükör.

34. Mozgó blokk.

35. Első letapogató tükör.

36. Második letapogató tükör.

37. Távoli sarokreflektor.

38. Blokk a sarokreflektor mozgatásához.

39. Átlátszó tükör.

40. Fényvisszaverő tükör.

41, 42, 43, 44. Áttetsző tükrök.

59. Fényvisszaverő tükör.

45, 46. Fényvisszaverő tükrök.

47, 48. Áttetsző tükrök.

49. Fényvisszaverő tükör az ellenreflektor optikai árnyékában

50 teleszkóp poz. 1.

58. Negyedik vezérelt csillapító.

59. Fényvisszaverő tükör.

ábrán. 2 a következő elemek vannak feltüntetve.

51. Bemeneti membrán.

52. Akusztikus-optikai cella.

53. Akusztikus-optikai cellavezérlő egység.

54. Első lencse.

55. Foltos rekeszizom.

56. Második lencse.

57. Kimeneti membrán.

60. Piezo elem.

A lézeres lokátor működési elve a következő.

A 7 lézeradó lézersugárzás impulzusokat állít elő, amelyek megvilágítják a megfigyelt objektumot. Az 1 teleszkóp a 2 vezetőegység segítségével a megfigyelt tér egy meghatározott területére irányul, ahol az észlelt és megfigyelt objektum elhelyezkedése és mozgása lehetséges. A tárgyról visszaverődő lézersugárzást az 1 teleszkóp rögzíti, és a távcső kimenetéről az első 3 lencse segítségével az első 4 fényvevő egység fényérzékeny területére (optikai bemenetére) fókuszál. Ebben az esetben egy 37 sarokreflektor. üzemmódban használt távcső optikai útjából eltávolítjuk az 1 távcső optikai útjából a 38 mozgó egységgel, tesztelve és beállítva a lézeres lokátort. Ezzel egyidejűleg a 32 és 33 távoli tükröket eltávolítják a lézeres lokátor vételi csatornájának optikai útjáról a 34 mozgóegység segítségével. Ebben az esetben az erős külső háttérzaj esetén használt dinamikus 30 spektrális szűrőt kikapcsolt az optikai útról. A vezérelt 58 csillapító a 7 lézeradó sugárzásának szabványos teljes átviteli módjára (nulla csillapítási mód) van átkapcsolva. Az 1 távcső kimenetéről érkező lézersugárzás közvetlenül az első 3 lencse optikai bemenetére jut, amely ezután a tárgyról visszaverődő vett lézersugárzást az első 4 fényvevő egység fényérzékeny betétére fókuszálja. A 8 lézer lokális oszcillátor által generált 42, 43 áttetsző tükrökön és a lézeres heterodin sugárzás paramétereinek megváltoztatásának két ágán keresztül jut be a fényérzékeny párnába, poz. 14, 10, 11 - első ág és poz. 15, 12, 13 - második ág. Ez a két ág két heterodin lézersugárzást képez, amelyek segítségével az első 4 fényvevő egység a kapott lézersugárzás heterodin lézervételének (fotomixelésének) módját valósítja meg a heterodin lézersugárzás két különböző frekvenciáján. Ennek megfelelően a 4 fotodetektor egység kimenetén két különböző f 1 és f 2 közbenső frekvencián két elektromos jel keletkezik, amelyeket azután az 5 spektrális szűrők első blokkjának bemeneteire továbbítanak, amelyekben külön szűrés és erősítés történik. a generált köztes frekvenciájú jelek mindegyikét végrehajtják. A generált lézeres heterodin sugárzás a 46 fényvisszaverő tükrön és a 47, 48 félig átlátszó tükrökön keresztül jut be az első 4 fényvevő egység bemenetére a 11 és 13 kimenetekről. Ebben az esetben az első lézeres heterodin sugárzás, amelyet a poz. 14, 10, 11 a fő és a második lézeres heterodin sugárzás, amelyet a poz. A 15, 12, 13 kiegészítő, és a lézeres helymeghatározó működésének tesztelésére és funkcionális vezérlésére, valamint a lézeres lokátor működési paramétereinek beállítására és beállítására szolgál közvetlenül a mozgó objektum észlelésének és követésének üzemmódjában. A lézersugárzás (LI) frekvenciaeltolásának első 10 és második 12 blokkja a vett lézersugárzás Doppler-frekvenciaeltolódásának kompenzálására szolgál, amely a megfigyelt mozgó objektumról visszaverődik. Az első 11 és a második 13 LR letapogató egység kompenzálja a vett és a heterodin lézersugárzás hullámfrontja közötti eltérést a 4 első fotodetektor egység optikai bemenetén. Megjegyzendő, hogy két heterodin sugárzás jelenléte a 4. az első 4 fotodetektor egység nem vezet a megfigyelt tárgyról visszavert lézer vételi sugárzás potenciáljának (érzékenységének) csökkenéséhez, mivel a 4 fényvevő egység kimenetén a megfelelő közbenső frekvenciájú jel (verések) amplitúdója arányos a megadott vett lézersugárzás nagyságával és a 8 lézerheterodin által meghatározott lézerheterodin sugárzás intenzitásával. Az 1 távcsőből érkező vett lézersugárzás és a lézersugárzás egyidejű regisztrálása eredményeként a 4 fotovevő egység által a 8 lézer lokális oszcillátorból, amely a fő ág elemein keresztül jön a poz. A 14., 10., 11. ábrákon látható, a 4 fotodetektor egység kimenetén egy f 1 köztes frekvenciájú jel jön létre, amely belép az 5 spektrális szűrőegységbe, ahol a jelet a megfelelő szűrőcellában szűrik és erősítik, a megfelelő szűrőre hangolva. az elektromos jel közbenső frekvenciájának értéke. Ezután az 5. blokk kimenetéről érkező felerősített és digitalizált jel a 6. blokkba kerül a 3. fotodetektorral visszavert lézersugárzás detektálási eredményének végső feldolgozására és regisztrálására, és az f 1 köztes frekvencia értékének rögzítésére a szűrés számával. Ebben az esetben a rögzített érték f 1 a közbülső frekvencia határozza meg a megfigyelt objektum sugárirányú sebességének értékét (a látóvonal mentén), mivel az egyenlő a tárgyról visszavert lézersugárzás és a 4 fényvevő egység bemenetére érkező heterodin lézersugárzás frekvenciáinak különbségére a poz. blokk kimenetéről. Ennek a (fő) heterodin sugárzásnak a frekvenciája megegyezik a 8 lézerheterodin sugárzási frekvenciájának és a lézersugárzásnak a lézer első frekvenciaváltója által végrehajtott járulékos frekvenciaeltolásának összegével. 10 sugárzás, amely a 6 vezérlőegység kimenetéről érkező vezérlőjelekkel működik. A 7 lézeradó és a 8 lézer lokális oszcillátor lézersugárzásának frekvenciái közötti különbség nagyságát a 9 frekvenciamérő egység folyamatosan méri, és annak kimenetéről a 6 vezérlőegységhez jut, amelyben minden információ generálódnak a tárgyat megvilágító 7 lézeradó és a 8 lézer lokális oszcillátor által generált lézersugárzás frekvenciaértékei, valamint a 10. blokk segítségével információkat a lézerfrekvencia-eltoló jel nagyságáról és az f köztes frekvencia nagyságáról. A 4. első fotodetektor blokk kimenetén lévő jel 1. ábrája (a 6. spektrális szűrőblokkban lévő szűrő számával, amely a 4. fotodetektor blokk kimeneti jelét szűrte). A kapott információk alapján a 6. blokk folyamatosan kiszámítja a megfigyelt tárgyról visszavert lézersugárzás frekvenciaeltolódását a megvilágító lézersugárzás frekvenciájához képest, és a jól ismert Doppler-képlet segítségével kiszámítja az objektum aktuális sugárirányú sebességét. Így a 10 lézersugárzás frekvenciaváltója a 8 lézer lokális oszcillátor által generált lézersugárzás bizonyos fix frekvenciaeltolását hajtja végre. A frekvenciaeltolásnak ezt az értékét a 6 vezérlőegység állítja be, és úgy választja ki, hogy a lézersugárzás közbenső frekvenciája legyen. az első 4 fényvevő egység kimenetén lévő f 1 jel az 5 szűrőegység rács fix frekvenciáiba esik. A megfigyelt objektum nagyon nagy mozgási sebességénél, például űrobjektumok követésekor a frekvencia eltolódása A lézersugárzást meglehetősen nagynak (több gigahertz nagyságrendűnek) választották, ami biztosítja a gyorsan mozgó objektumok hatékony követését. A 11 lézersugárzás letapogató egység biztosítja a lézer heterodin sugárnyaláb optimális beesési szögének beállítását az első 4 fényérzékelő egység fényérzékeny területén. A 13. és 18. ábra akuszto-optikai nagysebességű szkennerek alapján készült, és a letapogató egységek kimenetén egymástól függetlenül, két egymásra merőleges síkban precíz kétkoordinátás változást biztosít a lézer heterodin sugárzás terjedési irányában. amely szintén merőleges az első 4 fényvevő egység fényérzékeny területének síkjára. Megjegyzendő továbbá, hogy a 11 és 13 letapogató egységek megváltoztatják a fényérzékeny területre eső heterodin lézersugárzás terjedési irányát. a 4 fényvevő egység a 4 fényvevő egység fényérzékeny területének síkjára merőleges első optikai tengelyhez képest. A lézer heterodin sugárzás terjedésének normál szabványos iránya a 11 letapogató egység kimenetén és ennek megfelelően a 4 fényvevő egység bemenetén párhuzamos és egybeesik az első optikai tengellyel, amelyben a heterodin lézersugárzás a 11 letapogató egység kimenetén. a 11 letapogató egység normálisan (merőlegesen) esik a 4 fényvevő egység blokk fényérzékeny betétére, miután visszaverődik a 48 áttetsző tükörről. Ebben a pillanatban a 11 letapogató blokkban a szabályozási paraméterek rögzítve vannak, biztosítva a heterodin meghatározott normál előfordulását. lézersugárzás a 4 fényvevő blokk fényérzékeny párnáján. Ezzel egyidejűleg a 10 frekvenciaváltó blokkban a 6 vezérlőegység vezérlési paraméterei rögzítve vannak, biztosítva a jel közbenső frekvenciájának bizonyos beállított értékét a Az 5 spektrális szűrőegység bemenetére érkező első 4 fényvevő egység kimenete. Ez biztosítja a lézerlokátor szabványos működési módját, amely a megfigyelt tárgyról visszavert lézersugárzás vételének heterodin módszerén alapul. Ugyanakkor a második heterodin sugárzás képződésének második ága, amely elemeket tartalmaz pos. A 15., 12. és 13. ábra heterodin lézersugárzás második jelét állítja elő, amely szintén a 8 lézer lokális oszcillátor által generált lézersugárzáson alapul, és a 8 lézeres lokális oszcillátor kimenetéről egy félig átlátszó 43 tükörön keresztül jut ezen elemek bemenetére. A 12 lézersugárzás frekvenciaeltolási blokkja olyan eltolási értéket biztosít, amelynél a jel közbülső frekvenciájának értéke a 4 fotodetektor egység kimenetén egy bizonyos f 2 értékkel egyenlő, és jelentősen eltér az első f köztes frekvenciától. Az 1. ábra szerinti szűrőblokk lehetővé teszi azok külön szűrését a 6 szűrőblokkban, majd ezt követő külön feldolgozását a 6 vezérlőegységben. Az 5 spektrális szűrőblokk elektromos szűrőket biztosít a közbülső frekvenciájú jelek szűrésének és utólagos erősítésének biztosítására egy bizonyos spektrális tartományban. a második köztes frekvencia f 2 tartománya. Ezeket a spektrális elektromos szűrőket úgy tervezték, hogy fogadják és feldolgozzák a vett lézersugárzás és az elemek második ága által generált második heterodin lézersugárzás meghatározott ütemjeleit (fotomixelés). A 15., 12. és 13. ábrákon látható, és a 13 egység kimenetéről a 47 és 48 áttetsző tükrökön keresztül belépünk az első 4 fényvevő egység fényérzékeny platformjába. A megfigyelt tárgyról visszavert lézersugárzás vételének pillanatában a második 13 lézersugárzás letapogató egység segítségével a 6. vezérlőegység parancsai szerint a meghatározott második heterodin lézersugárzás terjedési irányának periodikus megváltoztatása az első optikai tengely irányához, azaz a fényérzékeny terület síkjának normáljához képest történik. a fényvevő egység 4. A második heterodin lézersugárzás terjedési irányát a 13 kétkoordinátás szkenner segítségével a 4 fényvevő egység fényérzékeny területének síkjához képest két merőleges irányban változtatjuk. Ennek eredményeként a a kapott lézersugárzás és a második heterodin sugárzás terjedési iránya (vektora) közötti eltérés szöge akkor következik be, amikor azok a 4 fényvevő egység fényérzékeny betétére esnek. Ennek eredményeként egy második, f 2 köztes frekvenciájú jel keletkezik a 4 fényvevő egység kimenetén, amelynek amplitúdója a vett lézersugárzás iránya és a második lézerheterodin sugárzás terjedési iránya közötti eltérés szögének folyamatos változását tükrözi. Ilyen eltérés hiányában, azaz a vett és a második heterodin lézersugárzás terjedési vektorainak meghatározott eltérésének nulla szögével és párhuzamosságával a második köztes frekvenciájú jel szintje (amplitúdója) a kimeneten a 4. fotodetektor egység a legnagyobb értékre törekszik. Ebben az esetben az első f 1 köztes frekvencia jelszintje a 4 első fotodetektor egység kimenetén változatlan marad, mivel az első heterodin lézersugárzás terjedési vektorának iránya az első letapogató egység kimenetén A 11. ábra szintén változatlan és rögzített a 6 vezérlőegység 11 pásztázó egység kimenetére továbbított rögzített vezérlőjel miatt. Ennek megfelelően a kapott lézersugárzás és az elemek által alkotott első heterodin lézersugárzás terjedési vektorai közötti eltérési szög poz. első ágának. 14, 10, 13. Így a 6 vezérlőegységben folyamatosan információ generálódik az interakció eredményeként a 4 első fényvevő egység kimenetén érkező két köztes frekvenciájú f 1 és f 2 jel nagyságáról ( beütése) a kapott lézersugárzás és az első és második heterodin lézersugárzás. Ez a két közbülső frekvenciájú f 1 és f 2 jel ugyanabból a vett lézersugárzásból származik, és csak a vett lézersugárzás és az első és második heterodin lézersugárzás vektorai közötti eltérés szögében tér el. Egyébként az első és a második köztes frekvencia jeleinek paraméterei megegyeznek. Az első köztes frekvenciájú jelet az első heterodin lézersugárzás terjedési vektorának állandó irányával és ennek megfelelően állandóan meghatározott eltérési szöggel kapjuk. Ennek az első köztes frekvenciájú jelnek a nagyságát vesszük az összehasonlítás alapjául. A második köztes frekvenciájú jelet a második heterodin lézersugárzás terjedési vektorának folyamatos változása mellett kapjuk meg, és ennek megfelelően a vett és a második heterodin lézer vektorai közötti meghatározott eltérési szög folyamatos változása mellett. sugárzás. A 6 vezérlőegységben a második köztes frekvenciájú jel amplitúdójának (szintjének) változásának folyamatos összehasonlítása az első közbenső frekvenciájú jel szintjéhez viszonyítva, azonos vett lézersugárzás és azonos szintű előállított lézer mellett. helyi oszcillátor sugárzást hajtanak végre. Az első és második közbülső frekvenciájú jelek vételi körülményeinek különbsége csak a vett és a heterodin lézersugárzás vektorainak jelzett eltérési szögeinek szintjei közötti különbség. Ezért amikor a második közbülső frekvencia jelszintje egy adott időpontban és a második heterodin lézersugárzás terjedési vektora irányának bizonyos értékénél meghaladja az első köztes frekvencia jelszintjét ebben az időpontban, a 6 vezérlőegységben döntés születik a vett és a második heterodin lézersugárzás hullámfrontjai közötti pontosabb illeszkedés elérésére.lézersugárzás, ami a második közbenső frekvencia jelszintjének relatív növekedését eredményezi a kimeneten. első 4 fényvevő egység. Ezt követően a 6 vezérlőegység az első 11 lézersugárzás letapogató egységbe belépő vezérlőjelet állít elő, melynek eredményeként a 11 letapogató egység ennek a blokknak a kimenetén beállítja a lézersugárzás terjedési vektorának irányát, hasonlóan. a második heterodin lézersugárzás terjedési vektorának irányába a második 13 letapogató blokk kimenetén a második közbenső frekvenciájú jel szintjének legnagyobb értékének időpontjában, az első közbenső frekvenciájú jel szintjéhez viszonyítva. Az első heterodin lézersugárzás vektorának ez az új megtalált iránya az első 11 lézersugárzás letapogató egységben van rögzítve. A második 13 lézersugárzás letapogató egység ezután a kimeneten folytatja a lézersugárzás terjedési vektor irányának folyamatos időbeli változását. A 13. blokk lézersugárzás terjedési vektorának újonnan megállapított irányához viszonyítva vízszintes és függőleges irányban (síkban). Azzal érvelhetünk, hogy az első és a második heterodin lézersugárzás képződésének két ága, az első 4 fényvevő egység és a 6 vezérlőegység egy rendszer a vett sugárterjedési vektorok nem illesztési szögének automatikus nyomon követésére és szabályozására. és heterodin lézersugárzást valósítunk meg, amely meghatározza az optimális (minimális) mismatch szöget a lézeres helymeghatározó jelek heterodin módszeres vételében. A kapott lézersugárzás és a két heterodin lézersugárzás közötti eltérés szintjének meghatározott monitorozása ezután folyamatosan és folyamatosan történik egy mozgó megfigyelt objektum fogadásakor és követésekor. Az első és a második 14 és 15 szabályozott csillapító az első és második heterodin lézersugárzás nagyságának (intenzitásának) kiegyenlítését szolgálja az első fényvevő egység 4 fényérzékeny területén.

A vett és a heterodin lézersugárzás közötti eltérés szögének szabályozásával egyidejűleg a lézerlokátor automatikusan beállítja és figyeli a vett és a heterodin lézersugárzás kölcsönhatása során kialakuló köztes ütési frekvencia értékét az első 4 fotodetektor egységben. Ennek a funkciónak a végrehajtásához egy 19 akuszto-optikai modulátort használnak, amely a második 20 lencsével együtt valós időben spektrális elemzést végez az első 4 fényvevő egység kimenetéről érkező köztes frekvenciájú elektromos jelekről a 4 első fényvevő egység fényében. a 8 lézer lokális oszcillátor kimenetéről a félig átlátszó 44 tükörön és az 59 fényvisszaverő tükrön keresztül a 19 akuszto-optikai modulátor optikai bemenetére érkező sugárzás. Elektromos jel a 4 első fényvevő egység kimenetéről (az egyik a központi fényérzékeny elemeket) a 19 akuszto-optikai modulátor vezérlőelektródájára táplálják ennek a 29 modulátornak a vezérlőegységén keresztül. A 19 akusztikai-optikai modulátorban a blokkban felerősített elektromos jel hatására akusztikus ultrahanghullám gerjesztődik. A 29. ábra a 4 fényvevő egység kimenetéről kapott és az első és második köztes frekvenciájú generált jeleket tartalmazza. A 19 akuszto-optikai modulátor optikai bemenete monokromatikus lézersugarat fogad a 8 lézer lokális oszcillátor kimenetéből egy félig átlátszó 44 tükörön és egy 59 fényvisszaverő tükörön keresztül. A 19 akuszto-optikai modulátorban a meghatározott lézer. A nyaláb kölcsönhatásba lép a gerjesztett ultrahanghullámmal, ami a 19 akuszto-optikai modulátor kimenetét eredményezi, és egyidejűleg a második 20 lencse bemenetén lézersugár képződik, amelyet egy elektromos jel modulál Az első 4 fotodetektor egység. A 20 lencse optikai Fourier-transzformációt hajt végre a 8 lézer lokális oszcillátorból származó lézersugárzás koherens fényében, és a 20 lencse fókuszsíkjában alkotja a modulált lézersugár térspektrumát, kombinálva a 20 lencse fókuszsíkjával. a vezérelt 22 térbeli szűrőt, és egyidejűleg kombinálva a harmadik 27 fényvevő egység fényérzékeny platformjával. A létrehozott térbeli spektrumot a harmadik 27 fényvevő egység olvassa be, és a 28 vezérlőegységén keresztül jut be a 6 vezérlőegységbe. Ezzel egyidejűleg térbeli szűrés Az előállított térbeli spektrum egy vezérelt 22 térszűrő segítségével történik. A modulált lézersugár valós időben képzett térspektruma két, a vett lézer kölcsönhatása eredményeként az első 4 fotodetektor egység kimenetén generált f 1 és f 2 köztes frekvenciájú jelnek megfelelő két spektrális rendet képvisel. sugárzás és két heterodin lézersugárzás. A vezérelt 22 térbeli szűrő a 6 vezérlőegység kimenetéről érkező vezérlőjelek alapján a 23 harmadik lencse optikai bemenetére csak a sugárzás tetszőleges spektrális rendű eloszlását továbbítja, ami megfelel például a vezérlőegység jelének. első köztes frekvencia f 1 . Lehetőség van az első közbenső frekvenciájú jelet kísérő vagy azzal együtt lévő zaj- és interferenciakomponensek szűrésére és kiküszöbölésére is. (Hasonlóan a második köztes frekvenciánál). Ezt követően az első köztes frekvencia szűrt sugárzáseloszlásának inverz átalakítását (transzformációját) a 6 vezérlőegységbe történő bemenetre szolgáló elektromos jellé hajtják végre a második 25 fotodetektor egység segítségével. A 23 harmadik lencse az inverzt hajtja végre. Fourier transzformáció koherens fényben és 23 formák a lencse fókuszsíkjában, a lézersugár eloszlása, amelyben a jel második közbülső frekvenciájú komponensét egy szabályozott 22 térbeli szűrő segítségével szűrik (kivéve), és néhány Az első közbenső frekvencia jelében lévő zaj és zavaró komponensek szintén kizártak. A vezérelt 22 térszűrő egy dinamikus átviteli membrán (ablak) funkcióját látja el, amely az első f1 köztes frekvencia jelének megfelelő fénysugár eloszlását továbbítja. Ezzel egyidejűleg a 8 lézeres lokális oszcillátor kimenetéből a harmadik heterodin lézersugár, amelyet kiegészítésképpen a heterodin lézersugárzást előállító elemek harmadik ágának felhasználásával alakítottak ki, megérkezik a második 25 fényvevő egység fényérzékeny platformjára. Ez a lézersugár a 45 fényvisszaverő tükrön és a 24 áttetsző tükrön keresztül jut be a 25 fotodetektor egység optikai bemenetébe (fényérzékeny terület). A fényérzékenyen kialakuló lézersugarak kölcsönhatása (verése) eredménye a 25 fotodetektor egység területén, ennek a 25 fotodetektor egységnek a kimenete egy valós idejű szűrt elektromos jelet generál, amely az első közbülső f 1 jelben korábban az első fotodetektor kimenetén lévő információnak megfelelő információt tartalmazza. egység 4. Ebben az esetben ennek a jelnek a frekvenciáját (központi) mind az első f 1 közbenső frekvencia értéke, mind a lézersugárzás f 3 beállított frekvenciaeltolásának értéke határozza meg a harmadik LI 17 frekvenciaeltolási blokkban, amely a 6 vezérlőegység kimenetéről érkező vezérlőjel állítja be. A 25 fotodetektor egység kimenetén lévő ütemjel frekvenciája megegyezik az f 1 + f 3 frekvenciák összegével, ahol f 3 a a lézersugárzás meghatározott beállítható frekvenciaeltolása a 17. blokkban. A 6 vezérlőegységben folyamatosan információ generálódik a 27 harmadik fotodetektor blokk kimenetéről a vezérlőegységén keresztül érkező első köztes frekvenciájú jel frekvenciájának aktuális értékéről. 28. Ennek a frekvenciának a nagysága megegyezik az első diffrakciós sorrend pozíciójának fókuszsíkjának középpontjától (a 20-as lencse fókuszától) mért távolsággal - a jel a közbülső frekvencia jelétől a vett lézer térspektrumában. A 27 fényvevő egység fényérzékeny platformjának síkjában kialakított nyaláb, amelyet a második 20 lencse segítségével alakítottak ki. Egy adott diffrakciós rendű fókuszsíkban állandóan változik a helyzet, ami tükrözi a mozgássebesség változásait (ingadozásait). a megfigyelt tárgy. A 6 vezérlőegység a kapott meghatározott információ alapján folyamatosan generál egy vezérlőjelet, amely belép az LI 17 harmadik frekvenciaváltó blokkba, amely kompenzálja a vezérelt 22 térbeli szűrőben szűrt és elektromos jellé alakított jel frekvenciájának áramváltozásait. jel a második 25 fotodetektor egység kimenetén. Ennek eredményeként a megadott frekvencia A második 25 fényvevő egység kimenetén a jel változatlan marad és megegyezik az egyik keskeny sávú spektrális elektromos szűrő f 4 működési szűrési frekvenciájával. a második 26 spektrális szűrőegységben.

f 1 +f 3 =f 4 =állandó.

Így megvalósul a vett jel frekvenciájában bekövetkezett változások automatikus vezérlésének és figyelésének rendszere, amelyet a vett lézersugárzás frekvenciájának Doppler-eltolódása okoz. Egy ilyen rendszer lehetővé teszi a vett információs jel frekvenciájának a szükséges határokon belüli stabilizálását, és ennek a jelnek a további szűrését és feldolgozását egy keskeny sávú szűrővel a 26 spektrális szűrők második blokkjában, amely az aktuális vett jelet a 26 spektrális szűrők második blokkjában veszi. egy stabilizált központi frekvenciát a második 25 fényvevő blokk kimenetéről, amely ezt a jelet olvassa, majd a keskeny sávú elektromos 26 szűrőn szűrt jelet továbbítjuk a 6 vezérlőegység bemenetére további elemzés céljából. Ennek a rendszernek a használata a vett információs jel közbenső frekvenciájának nyomon követésére és stabilizálására lehetővé teszi a 26 spektrális szűrők második blokkjában lévő jelek szűrését speciális keskeny sávú elektromos szűrőkkel, amelyek használata e rendszer nélkül lehetetlen lenne. a vett információs jel közbenső frekvenciájának áramváltozásainak követésére. Ez lehetővé teszi a helyes észlelés (detektálási képesség) valószínűségének növelését a vett információ végső feldolgozása és elemzése során a 6 vezérlőegységben. Miközben a vett információs jel frekvenciáját figyeli a frekvencia nagyságának változtatásával (szabályozásával) a lézersugárzás eltolása az LI 17 frekvenciaváltó egységben a harmadikban A 18 LI letapogató egység megváltoztatja a lézersugárzás terjedési vektorának irányát, hogy megfeleljen a második 25 fényvevő egység fényérzékeny területére eső lézersugárzás hullámfrontjainak, nevezetesen: modulált lézersugárzás a 19 akuszto-optikai modulátor kimenetéről és a harmadik heterodin lézersugárzás a 18 blokk kimenetéről. A meghatározott harmadik heterodin lézersugárzás szükséges optimális beesési szögéről a 6 vezérlőegységben kapunk információt. az első közbülső frekvenciájú jeltől a vezérelt 22 térszűrő síkjának középpontjához és ennek megfelelően a harmadik 27 fényvevő egység fényérzékeny területének középpontjához viszonyított diffrakciós sorrendeltolás nagysága alapján. a harmadik 27 fotodetektor blokk olvassa le, majd 28 vezérlőegységének kimenetéről folyamatosan továbbítja a 6 vezérlőegységet, amelyben a szükséges vezérlőjelek generálódnak és továbbítják a harmadik 18 lézersugárzás letapogató egységhez. A javasolt lézeres helymeghatározóban lehetőség van a vett információs jel közbenső frekvenciájának értékében bekövetkezett változások nyomon követésére és kompenzálására egy másik módszer megvalósítására is, amelyben a 6 vezérlőegységben generált visszacsatoló jel a frekvencia vezérlésére és kompenzálására szolgál. variációkat táplálunk az első lézersugárzás frekvenciaváltó 10 blokkjának vezérlőbemenetére, aminek eredményeként a vett jel első közbenső frekvenciája stabilizálódik a 4 első fotodetektor egység kimenetén. Ebben az esetben a frekvencia értéke Az eltolásvezérlő jelet a 6 vezérlőegység határozza meg a második köztes frekvencia aktuális értékében bekövetkezett változások mérése alapján, a 6 vezérlőegységnek a 27 harmadik fotodetektor egységtől kapott információk alapján. Lehetőség van a közbenső frekvencia változásainak egyidejű figyelésére is. a vett információs jel frekvenciáját úgy, hogy a 6 vezérlőegység kimenetéről vezérlőjelet továbbít az LI 10 első frekvenciaváltó blokk vezérlőbemenetére és a harmadik LI 17 frekvenciaváltó blokk vezérlőbemenetére. A közbülső frekvencia változásainak dinamikus kompenzációját kétáramú rendszer valósítja meg. frekvencia, amely különösen nagy nyomon követési pontosságot tesz lehetővé és kompenzálja a vett információs jel frekvenciaingadozásait a 26 spektrális szűrők második blokkjának bemenetén, ami lehetővé teszi speciális keskeny sávú szűrők használata ebben a blokkban, és a lézeres lokátor észlelési képességének és működési hatékonyságának növelése külső háttérvilágítás és interferencia esetén. Megjegyzendő, hogy a 6 vezérlőegységben generált lézersugárzás frekvenciaeltolásos vezérlőjel, amely a harmadik LI 17 frekvenciaeltolási blokk vezérlőbemenetére kerül, fontos információkat tartalmaz a mozgási sebesség változásának dinamikájáról. megfigyelt űrobjektum, és felhasználható ennek az objektumnak az űrpályán való mozgásának állapotának és természetének elemzésére. A 19 akuszto-optikai modulátor és a 20 lencse, amikor a harmadik 27 fényvevő blokk fényérzékeny platformján kialakítja az információs jel térbeli spektrumát az első 4 fényvevő blokk kimenetéről, egyidejűleg látja el a fontos tesztelési és felügyeleti funkciót. a lézerlokátor vételi csatornájának működési módja, amely magában foglalja az első 4 fényvevő blokkot és az első és második heterodin lézersugárzást tartalmazó formációs elemeket, poz. 8, 10-13. Ez annak köszönhető, hogy a 4 fényvevő egység kimenetén az első és második köztes frekvencia információs jelein kívül az első és második heterodin lézersugárzás ütemjele (fotomixelése) is keletkezik, a frekvencia amelyből egyenlő a jelzett első és második heterodin lézersugárzás frekvenciáinak különbségével. A 20 lencse által kialakított további diffrakciós sorrend formájában két lézeres heterodin sugárzás ütési jelének spektrális jelét a 27 harmadik fényvevő egység olvassa le, és a 28 egységen keresztül belép a 6 vezérlőegységbe a meghatározott ütem folyamatos monitorozása céljából. frekvencia, egyenlő ennek a diffrakciós rendnek a diffrakciós spektrum mintázatának középpontjától mért távolságával, amely egybeesik a 27 fényvevő egység fényérzékeny területének középpontjával. Ennek a diffrakciós sorrendnek a szintje arányos az első és a második intenzitással heterodin lézersugárzás. Amikor az első és a második heterodin sugárzás terjedési vektorai közötti szög megváltozik, ez a szint megváltozik. Ebben az esetben az első és második heterodin lézersugárzás frekvenciáját a 10 és 12 LI frekvenciaváltó egységek kimenetén úgy választjuk meg, hogy azok különbsége kisebb legyen, mint az első fotodetektor egység kimenetén kapott első és második közbenső frekvencia. A lézer heterodin sugárzásból származó jelzett ütemek és a meghatározott első és második köztes frekvenciájú jelek átfedésének elkerülése érdekében a 4. A gyakorlatban ez a feltétel könnyen teljesíthető a lézer heterodin sugárzás eltolási értékeinek megfelelő megválasztásával a 10. és 12. LI frekvenciaeltolási blokkban. Így a 6 vezérlőegységben a lézeres lokátor üzemmódjában a folyamatos működés a lézeres lokátor vevőcsatornájának megfigyelése és tesztelése a fotokeverő jelek elemzésén alapul, amelyek nem kapcsolódnak a megfigyelt objektumtól vett lézersugárzáshoz, és nem igényelnek visszavert jeleket a tárgyról a normál működés állapotának meghatározásához a lézeres lokátorról. Ez fontos tényező a lézeres lokátor hatékonyságának és megbízhatóságának növelésében. A javasolt lézeres lokátor további lehetőséget biztosít a zajvédelem növelésére és a működési hatékonyság javítására olyan magas szintű külső háttérinterferenciák és becsillanások esetén, amelyek akkor fordulnak elő, amikor nappal egy erős optikai sugárforrás közelében dolgoznak, például olyan objektum követésekor, amelynek a kép a napkorong közelében található. Először is a nappali munkavégzés során egy 19 akuszto-optikai modulátor, egy 20 lencse és egy harmadik 27 fényvevő egység segítségével az 1 teleszkóp bemenetén egy adott térbeli spektrumot alakítanak ki az általános háttérből, amely egy adott irányra irányul. A háttérspektrum a 27 fényvevő egység fényérzékeny területének síkjában jön létre, a 20 lencse fókuszsíkjához igazítva az első 21 áttetsző tükörön keresztül. Ebben az esetben a 4 első fotodetektor egység kimenetéről a korábban kiválasztott első és második közbenső frekvencia tartományában érkeznek jelek az első 10 és a második heterodin lézersugárzás frekvenciájának megfelelő értékein. második 12 LI váltóblokk. Megjegyzendő, hogy ezeknek a heterodin lézersugárzásoknak a frekvenciái és a kiválasztott közbenső frekvenciák a térbeli szűrés során a vezérelt 22 térszűrő blokkban, valamint a moduláló bemeneti frekvenciák teljes működési tartománya a 19 akuszto-optikai modulátorban határozzák meg a a 4 fotodetektor egység által heterodin vételi módban rögzített bemeneti lézersugárzás spektrális tartománya, amely megfelel a 7 lézeradó által keltett világító lézersugárzás hullámhosszának (tartományának). Információ a háttérsugárzás teljes spektrumáról a megadott tartományban A lézeradó kiválasztott működési frekvenciái a 27 harmadik fényvevő egység kimenetétől a 28 egységen keresztül a 6 vezérlőegységhez jutnak, ahol a háttérzaj szintjét elemzik, és döntés születik egy további 30. pozícióban lévő dinamikus spektrális szűrő használatáról, amely keskeny sávú szűrést hajt végre az 1 teleszkóp által vett lézersugárzáson, mielőtt ez a sugárzás az első 4 fényvevő egység optikai bemenetére (fényérzékeny területére) kerülne. Ehhez a 6 vezérlőegység parancsait követve a 34 mozgató egység végrehajtja az első és a második 32 és 33 távoli tükör behelyezése az optikai útba, amint az az 1. ábrán látható. 1. Ebben az esetben az 1 teleszkóp optikai kimenetéből származó lézersugárzás immár nem közvetlenül, hanem a dinamikus 30 spektrális szűrőn való áthaladás után jut be az 1 első lencse bemenetére. A 32 és 35 tükrökről való visszaverődés eredményeként a lézerrel vett sugárzás a dinamikus 30 spektrális szűrő bemenetére jut. A 30 spektrális szűrő kimenetéről érkező lézersugárzás keskeny sávú spektrális szűrése után a sugárzás a 36 és 33 tükrökről való visszaverődés után a 3 lencse bemenetére jut. A 30 dinamikus spektrális szűrőben a vett lézersugárzás keskeny sávú szűrésének hullámhosszát (frekvenciáját) a 6 vezérlőegység kimenetéről érkező jel szabályozza, és megfelel a 7 lézeradó által generált hullámhosszú lézersugárzásnak, figyelembe véve a figyelembe kell venni a mozgó tárgyról visszavert lézersugárzás frekvenciájának Doppler-eltolódásának nagyságrendjének lehetséges változásait. A vett lézersugárzás keskeny sávú szűrésének eredményeként a 30 dinamikus spektrális szűrőben a háttérzaj sugárzás le van vágva, és az intermodulációs zaj interferencia szintje a 4 első fotovevő egység kimenetén csökken, ha az a heterodinban működik. A 7 lézeradó lézersugárzása által megvilágított tárgyról visszavert lézersugárzás vételi módja, amely biztosítja a helyes észlelés valószínűségének növekedését és a lézerlokátor hatékonyságának növekedését magas szintű külső háttérinterferencia esetén. A 30 dinamikus spektrális szűrő ugyanakkor blokkolja a tükörfrekvenciás csatorna vételi sávját, amely egy optikai heterodin vevőben ugyanúgy van kialakítva, mint egy szuperheterodin rádióvevőben. A tükör vételi frekvenciájú háttérzaj vételének megszüntetése tovább növeli a javasolt lézeres lokátor zajtűrését és működési hatékonyságát. Az első és második 35 és 36 letapogató tükör biztosítja az optikai tengely pontos beállítását, amikor a dinamikus 30 spektrális szűrőt a lézeres lokátor vevő optikai útjába vezetjük. Ennek érdekében a 31 pásztázótükör-vezérlő egységtől ezekhez a tükrökhöz továbbított vezérlőjelek hatására az utóbbiak kis határok között megváltoztatják a tükrökről visszavert sugárzás irányát, hogy pontosan meghatározzák a távcsőből a távcső felé kimenő sugárzás irányát. a 30 szűrő bemenete és a 30 szűrőből a 3 lencse bemenetére érkező sugárzás Ebben az esetben a vevő optikai csatorna és a tárgyról visszavert lézersugárzás vételét biztosító optikai elemek pontos beállítása történik egy speciális lézeres helymeghatározó beállítási mód, amelyben egy külső 37 sarokreflektort helyezünk be az optikai adó- és vételi útvonalba egy 38 sarokreflektor mozgató egység segítségével, amint az az 1. ábrán látható. 1. Ebben az esetben a 7 lézeradó a minimális szintű sugárzást generáló üzemmódba kapcsol. Ugyanakkor egy vezérelt 58 csillapító járulékosan csillapítja a 7 adó lézersugárzását olyan szintre, amely lehetővé teszi a sugárzás rögzítését az első 4 fényvevő egység túlterhelése nélkül. A 37 sarokreflektor visszatér a távcső 1 bemenetére. a keletkezett lézersugárzást pontosan a sugárzási minta tengelye irányába irányítja az 1 teleszkóp egy mutatóegységgel a megfigyelt tárgy felé. Ezután a 37 sarokreflektor által generált vezérlő lézersugárzást rögzíti a 4 fényvevő egység, amely négy elemből álló fényérzékeny betéttel rendelkezik. Az első és második 35, 36 letapogató tükör segítségével a generált vezérlő lézersugárzás tengelye az első 4 fényvevő egység fényérzékeny területének közepére irányul. Ezzel egyidejűleg a 11 lézersugárzás letapogató egységekben, ill. A 13. ábrán a 6 vezérlőegység parancsait követően a generált heterodin lézersugárzás normál beesési szögét a 4 fényvevő egység fényérzékeny betétére állítjuk be. Ezzel befejeződik a lézeres lokátor vételi útjába bevezetett 30 dinamikus spektrális szűrő beállításának szakasza, ehhez hasonlóan az 1 teleszkóp bemenetén egy külső 37 sarokreflektor bevezetésével a lézeres lokátor szabványos működési módjának tesztelése és beállítása történik. Ezt anélkül hajtjuk végre, hogy dinamikus 30 spektrális szűrőt vezetnénk be az optikai útba.

Ha a fenti háttérelemzési módban jelentős mértékű háttérinterferenciát észlelünk a 7 lézeradó által keltett lézersugárzás tartományában, a javasolt lézerlokátor átkapcsolhat másik hullámhosszra vagy más hullámhossz-tartományra, amelyhez lehetőség van egy lézeradó és egy lézeres lokális oszcillátor a lézersugárzás generált hullámhosszainak hangolásával. Ebben az esetben a lézeradóban és lézeres lokális oszcillátorban generált lézersugárzás hullámhosszának hangolásával egyidejűleg a 30 dinamikus spektrális szűrőben a szűrő- és vevősáv hullámhosszának megfelelő dinamikus hangolása történik, valamint a szükséges frekvenciaeltolások kiválasztása és létrehozása az LI 10 és 12 frekvenciaeltolási blokkban, valamint a heterodin lézersugárzás szükséges beesési szögeinek megállapítása az első fényvevő egység 4 fényérzékeny területén. Ez az optimális, leghatékonyabb működést valósítja meg a lézeres lokátor üzemmódja a lézertávolság-mérő jelek és sugárzás kiválasztott vételi tartományában, minimális szintű külső háttérbevillanással és interferenciával.

A javasolt lézeres lokátorban az egyik fontos funkciót a lézersugárzás frekvenciaváltó egységei látják el, poz. 10., 12. és 17. ábra. A 2. ábra a lézersugárzás frekvenciáját eltoló ilyen blokk tömbvázlatát mutatja, amely egy 52 akuszto-optikai cella alapján készült, amely modulálja a cellán áthaladó lézersugárzást. Az 52 akuszto-optikai cella (2. ábra) optikai bemenete az 51 bemeneti membránon keresztül fogadja a 8 lézer lokális oszcillátor által generált lézersugárzást, amely egy félig átlátszó 42 tükörön és az első vezérelt csillapítón keresztül érkezik (lásd az 1. ábrát). 14. poz. az LI frekvenciaváltó egység bemenetére. 10. Az 52 akusztooptikai cellán áthaladva a lézersugárzás kölcsönhatásba lép egy bizonyos frekvenciájú ultrahanghullámmal, amelyet ebben a cellában egy speciális 60 piezoelektromos elem gerjeszt, amely érintkezésben van az akusztooptikai cella kristályával. 52. Ennek a kölcsönhatásnak az eredményeképpen az 52 akusztooptikai cella kimenetén lézersugár képződik, amelynek frekvenciája az akusztooptikai cellában lévő ultrahanghullám frekvenciájával eltolódik, amelynek frekvenciája meghatározzuk és beállítjuk az 53 vezérlőegységben ehhez az akusztikai-optikai cellához. Az 54 első lencse segítségével a generált lézersugarat egy adott értékkel frekvenciaeltolással, amelyet az 53 blokkban a 6 vezérlőegység parancsai határoznak meg, egy tűpontos 55 membrán síkjába irányítják, amely szigorúan ennek az LI optikai tengelyén helyezkedik el. frekvenciaváltó blokk. Ennek a lyukmembránnak az átviteli furat átmérője 0,2-0,4 milliméter. A „folt” kifejezés feltételes, és a membránnyílás kis átmérőjét tükrözi. A második 56 lencse kiterjeszti az axiális 55 lyukmembrán által szűrt lézersugárzás sugarát az 57 kimeneti membránra. Az 55 membrán az 56 lencse elülső fókuszsíkjában helyezkedik el. Ennek eredményeként az LI kimenetén frekvenciaváltó blokk az 57 kimeneti membrán után lézersugár képződik, amely szigorúan a blokk optikai tengelye mentén terjed, és a lézersugárzás frekvenciája pontosan eltolódik az ultrahang hullám frekvenciájával, amely az 53 vezérlőegységben van beállítva. így az LI frekvenciaeltolási blokkokban az áthaladó lézersugárzás frekvenciájának a 6 vezérlőegységben megadott eltolási értékkel történő szabályozott eltolódása, változtatás nélkül ennek a sugárzásnak a terjedési iránya. Az 52 akuszto-optikai cella Bragg-diffrakciós üzemmódban működik, melyben a cella kimenetén csak egy diffrakciós lézersugár képződik, amelybe a cellába érkező lézersugárzás összes energiáját pumpálják. Amikor a lézersugárzás kölcsönhatásba lép egy akuszto-optikai ultrahanghullámmal az 52-es cellában, a cellából kilépő lézersugár terjedési iránya megváltozik. Ezért az 55 membrán eltolódik az 54 első lencse fókuszpontjától, aminek következtében a generált sugárzás egy része a lézersugárzás eltolt frekvenciájával mindig a membránba kerül. A lézersugárzás terjedési irányában bekövetkező változások hatásának kiküszöbölésére frekvenciájának eltolódása esetén olyan diffúz reflektor is használható, amely a beeső lézersugárzás széles iránymintáját képezi eltolt frekvenciájú sugárzással, amelyből sugárzás keletkezik. majd lyukmembrán segítségével izoláljuk, szigorúan az LI frekvenciaváltó blokk optikai tengelye mentén terjedve. Az akuszto-optikai cella működését, amelyben a lézersugárzás frekvenciaeltolása valósul meg, a monográfia részletesen ismerteti. A lézersugárzás frekvenciája pozitívan vagy negatívan is eltolható. Megjegyzendő, hogy az LI frekvenciaeltolási blokkokban alkalmazott frekvenciaeltolási módszer, amely a lézersugárzás akuszto-optikai kölcsönhatásán alapul az akuszto-optikai cellában, nagyon pontos, mivel az eltolódás nagyságát közvetlenül a lézersugárzás frekvenciája határozza meg. a vezérlőjel az akuszto-optikai cella 53 vezérlőegységében, amelyben a megadott frekvencia nagy pontossággal van beállítva az 53 vezérlőegységben található speciális frekvenciaszintetizátor segítségével. amely lehetővé teszi a lézer frekvenciájának eltolását a lézeradó impulzusismétlési sebességével és a közbenső frekvencia változásának figyelését az első 4 fényvevő egység kimenetén a gyorsan mozgó űrobjektumok figyelésekor. Megjegyzendő, hogy az LR-frekvencia eltolására különféle fizikai hatások használhatók, például felhasználható az optikai sugárzás nemlineáris kölcsönhatása nemlineáris optikai kristályokban. A javasolt lézeres lokátorban egy fontos funkciót a lézersugárzás letapogató egységek látnak el. Ezek a blokkok akuszto-optikai lézersugárzás-elterelő cellák - precíziós lézersugárzás-szkennerek - alapján készülnek. Az akuszto-optikai szkennereknél az eltérítés nagy pontossága annak köszönhető, hogy a lézersugárzás eltérítési szögét meghatározó vezérlőjel az akusztikus hullámot a cellában gerjesztő elektromos jel, amelynek frekvenciája nagy pontossággal van beállítva. a lézersugárzás letapogató egységben található frekvenciaszintetizátor használatával. Ugyanakkor az akusztikai-optikai cellákon alapuló pásztázó egységek nagy teljesítményűek, amelyet az akusztikus hullám nagy sebessége határozza meg az akuszto-optikai cellán keresztül. Meg kell jegyezni, hogy amikor a lézersugárzás terjedési szögének iránya megváltozik az LI 11, 13 és 18 letapogató egységen keresztül, a lézersugárzás frekvenciájában bizonyos eltolódás következik be, amelyet a beadott vezérlőjel frekvenciája határoz meg. ennek a letapogató egységnek akuszto-optikai cellája. Az eltérített lézersugárzás ezen frekvenciaeltolódásának kompenzálására az előző frekvenciaeltolási blokkban (például a 10. blokkban a 11. letapogató blokk előtt) egy további előrefelé irányuló frekvenciaeltolást hajtanak végre, vagy az LI fő frekvenciaeltolását a frekvenciában. A 10 eltolási blokk egy meglévő vagy beállított kiegészítő frekvenciaeltolással történik az ezt követő 11 blokk lézersugárzás letapogatásakor. Így a szekvenciálisan telepített 10 lézersugárzás frekvenciaváltó egység és 11 lézersugárzás letapogató egység akuszto-optikai cellák alapján készül. , egyetlen egységként (elemként) működnek a frekvencia eltolására és a lézersugárzás letapogatására a 6 vezérlőegységből érkező jelek vezérlése mellett, és nagy pontosságot biztosítanak a lézersugárzás frekvenciájának és terjedési irányának változásában meghatározott határokon belül. Jelenleg olyan akusztoitikus cellákat fejlesztettek ki, amelyek a közeli ultraibolya sugárzástól a középső infravörös hullámhossz-tartományig működnek, 2 (két) gigahertz nagyságrendű mértékben eltolják a lézersugárzás hullámhosszát, és több kaszkád kölcsönhatást alkalmaznak. lézersugárzás akusztikus hullámmal, a lézersugárzás frekvenciájának eltolódását biztosítják 10 Gigahertzig, ami elegendő a Doppler-eltolódás kompenzálására a nyomkövetés és az űrobjektumokkal folytatott lézeres kommunikáció során. Lehetőség van a vezérlő piezoelemekkel ellátott letapogató tükrök lézersugárzás letapogató egységként történő alkalmazására is, hasonlóan a használt letapogató tükrökhöz. 35 és 36.

A lézeres lokátorban a 30 dinamikus spektrális szűrő egy akusztooptikai cella és egy piezoelektromos elem alapján van megvalósítva, amely az akusztooptikai cellában meghatározott frekvenciájú és intenzitású ultrahanghullámokat gerjeszt. Ennek eredményeként a 30. blokk optikai kimenetén csak lézersugárzás halad át egy adott szűk spektrális tartományban, amelyet a 30. blokkban található frekvenciaszintetizátor segítségével nagy pontossággal előállított vezérlőjel frekvenciája határoz meg. Ebben az esetben néhány további vezérelt a 30 dinamikus spektrális szűrőn áthaladó vett lézersugárzás frekvenciaeltolása. A vett LR ezen járulékos ismert frekvenciaeltolása figyelembe vehető és kompenzálva a 10 és 12 lézersugárzás frekvenciaeltolási blokkjaival, amikor ezek a blokkok egy adott értéket határoznak meg a generált heterodin lézersugárzás frekvenciaeltolása a 6 vezérlőegység parancsai szerint. Így a 10 és 11 lézersugárzási frekvenciák eltolási blokkjai azt a kiegészítő funkciót látják el, hogy kompenzálják a kapott lézersugárzás frekvenciaeltolódását, amikor az áthalad a dinamikus spektrumon. 30 szűrő. Ezenkívül a 30 dinamikus spektrális szűrő tartalmaz egy speciális vezérlő egységet, amely egy frekvenciaszintetizátort tartalmaz, amely biztosítja a pontos frekvencia értékű vezérlő elektromos jelek halmazának kialakítását, hogy meghatározott paraméterekkel gerjeszti az ultrahanghullámokat, biztosítva a vett dinamikus szűrését. lézersugárzás. A dinamikus spektrális szűrőkben, akuszto-optikai szkennerekben és frekvenciaváltó egységekben használt akuszto-optikai cellák működési elvét és jellemzőit egy monográfia és számos publikáció ismerteti.

Az 5. és 26. spektrális szűrőblokkként 0,1 és több száz megahertz közötti tartományban működő, modern elektromos keskeny sávú szűrőket használtak. Ugyanakkor az 5. és 26. szűrési blokkban teljes spektrális elektromos szűrőkészletek találhatók, amelyek egyenként és külön-külön vannak csatlakoztatva a 4. és 25. pozíciójú fényvevő egységek négyhelyes fényérzékeny elemének minden kimeneti elektródájához. keskeny sávú szűrőket használnak, mivel a rendszer kimenetéről érkező jel az információs jel frekvenciájának változásait kompenzálja, biztosítva, hogy ez a jel a 26. blokkban lévő megfelelő szűrő keskeny sávjába kerüljön a gyors követési feltételek mellett. mozgó tárgy. A 26. blokk egy meghatározott számú, meghatározott számú rögzített elektromos szűrőfrekvenciára hangolt keskeny sávú spektrális szűrőt tartalmaz, amely lehetővé teszi a vett jelek keskeny sávú szűrését egy bizonyos közbenső frekvencia tartományban, amelyet a készülékből érkező jel frekvenciája határoz meg. az első 4 fényvevő egység kimenete a 19 akuszto-optikai modulátorra, valamint a 17 lézerfrekvenciaváltó blokk kimenetén generált frekvencia lézersugárzás. Az 5. és 26. blokk szintén tartalmaz elektronikus erősítőket és számos eszközt az erősített és szűrt digitalizáláshoz. Az 5. és 26. blokkok a vett nagyfrekvenciás elektromos jelek demodulátorait (RF detektorok) is tartalmazhatják, amikor különféle algoritmusokat hajtanak végre a vett lézeres távolságmérő jelek és lézeres térkommunikációs jelek feldolgozására. Az 5 spektrális szűrőblokk fix áteresztősávú elektromos szűrőket tartalmaz, amelyek frekvencia szekvenciális sorozatára (köztes) vannak hangolva az első közbenső frekvencia és a második közbenső frekvencia tartományában. Az 5 spektrális szűrőblokk egy sor megfelelő elektromos erősítőket és analóg-digitális átalakítókat is tartalmaz, amelyek felerősített és szűrt elektromos jeleket digitalizálnak a 6 vezérlőegységbe, amely egy speciális többfunkciós számítógép, bemenetre kerülnek.

Vezérlőegységként 6, amely vezérli a lézeres lokátor összes blokkját és elemét, valamint feldolgozza a fényvevő egységektől és a 9 frekvenciamérő egységtől érkező információkat is, egy többfunkciós, nagy teljesítményű elektronikus számítógépet használnak, amely megfelelő interfészekkel rendelkezik, amelyek biztosítják párhuzamos kommunikáció a blokkokkal és elemekkel lézeres lokátor. A 6 vezérlőegység tartalmaz egy kijelzőt az információk megjelenítésére és egy kezelői vezérlőpanelt.

A 2. irányító egység az 1. teleszkóp tengelyét a megfigyelt tér egy adott pontjára irányítja, majd követi az észlelt mozgó objektumot. A 2. blokk vezérelt léptetőmotorok alapján készül. Léptetős villanymotorokat használnak a 34 mozgóblokkban és a 37 külső sarokreflektor 38 mozgó blokkjában is.

A 9 frekvenciamérő egység szabványos, hasonlóan a prototípusban használthoz, és egy fotodetektort tartalmaz, melynek bemenetére egy 7 lézeradó és egy 8 lézeres lokális oszcillátor lézersugárzás érkezik. A megadott fotodetektor kimenetéről a beat A közbülső frekvenciájú jelet felerősítik, digitalizálják és digitális formában továbbítják a 6 vezérlőegységhez, ahol a lézeradó és a helyi oszcillátor közbenső (különbség) ütemfrekvenciájának végső mérése történik, például impulzusok számlálásával. meghatározott ideig. Ha az adó vagy a helyi oszcillátor frekvenciájának instabilitása miatt frekvenciaváltozást észlel, a frekvenciaeltolás értékét az LI 10 és 12 frekvenciaváltó egységekben állítják be, ami pontosabb és hatékonyabb, mint a prototípus lézeradójában a frekvenciastabilizálás. Az áttetsző 39 tükör nagyon kis mennyiségű sugárzást ágaz le a 7 lézeradóról a 9 frekvenciamérő egység bemenetére, amely elegendő ennek az egységnek a normál működéséhez. A 7 lézeradó sugárzásának nagy része (99,9%) a 39 tükrön keresztül az 58 szabályozott csillapító bemenetére, majd a 49 visszaverő tükörre jut. A vezérelt 58 csillapító normál üzemmódban nem csillapítja a sugárzást, ill. teljesen átadja a teljes átmenő fényáramot. A lézersugárzás szabályozott csillapítóiként, poz. A 14., 15., 16. és 58. ábrák szerint iparilag előállított vezérelt optikai eszközöket alkalmaznak, amelyek a lézersugárzás tompított nyalábjának keresztmetszetét mechanikusan blokkolják, mint például a vezérelt membrán vagy a vezérelt redőny. Lehetőség van az áteresztett fényáram vezérelt, nagy sebességű elektro-optikai modulátoraira is. A 14, 15, 16 szabályozott csillapítók a heterodin lézersugárzás szintjének beállítására szolgálnak, biztosítva a 4, 27 és 25 fotodetektor egységek szabványos működési módját. A 14 és 15 szabályozott csillapítók két azonos szintű heterodin lézersugárzást generálnak az első fotodetektor egység 4. Egy vezérelt 58 csillapító csillapítja a 7 lézeradó jelszintjét, amelyet egy külső 37 sarokreflektor ágaz el az 1 teleszkóp bemenetére, az első 4 fényvevő egység szabványos érzékenységi szintjére. A vezérelt 22 térszűrő optikai átlátszóság alapján, például folyadékkristályokon és elektródamátrixon, amely a 6 vezérlőegység parancsaival szabályozott elektromos címzést biztosít, aminek eredményeként a 22 térszűrő síkjának egyes elemeinek átvitele, a 20 lencse fókuszsíkjával kombinálva, amely ebben a síkban alkotja a vett szűrendő információs jel térbeli spektrumát, vezérelhető. Az ipar gyártja az ezekre épülő különféle szabályozott átlátszóságú és térszűrőket, valamint folyadékkristály alapú szabályozott csillapítókat és vezérelt optikai redőnyöket. Lehetőség van arra is, hogy szabályozott átlátszóságként katódsugár-fénymoduláló csövet használjunk a 20 lencse fókuszsíkjában a sugárzást továbbító elemek elektronikus címzésével.

A lézeres helymeghatározóban a modern lézergenerátorok, amelyek a lézersugárzás meglehetősen szűk generálási sávját az ultraibolya és a középső infravörös hullámhossz-tartománytól kezdve lézeradóként és lézeres lokális oszcillátorként használhatják. Jelenleg nagyszámú lézergenerátor található ezekben a tartományokban, amelyek bizonyos határok között képesek a lézeres hullámhossz hangolására is. Ugyanakkor az ipar különféle optikai kristályokon alapuló akusztotikus cellákat és eszközöket fejlesztett ki és gyártott, amelyek az ultraibolya hullámhossztól a közeli és közép-infravörösig terjedő hullámhossz-tartományban működnek. A fotodetektor blokkok négyplatformos lézersugárzás vevők (első és második fotodetektor blokk, 4. és 25. pozíció), valamint többelemes fotodetektor mátrixok (27. fotodetektor blokk) alapján készülnek. Jelenleg számos különféle fizikai elven működő fotodetektor létezik, amelyek minden meghatározott hullámhossz-tartományban működnek. A javasolt lézeres lokátorban lehetőség van többelemes kétdimenziós mátrix fotodetektorok alkalmazására is a 4. fotodetektor blokkban, miközben biztosítják a vett és a heterodin lézersugárzás hullámfrontjainak illeszkedését a terjedési irány automatikus vezérlőrendszerével. heterodin lézersugárzás javasolt és használt ebben a lézeres lokátorban. Így a kvantumelektronika korszerű elemi bázisára építve megvalósítható a javasolt lézeres lokátor, amely erős háttérvilágítás mellett magas működési hatásfokkal rendelkezik, és nagyobb valószínűséggel gyorsan mozgó űrobjektumok észlelését, valamint nagyobb információtartalmat, ill. a megfigyelt objektumok mozgásának mért paramétereinek megbízhatósága.

A javasolt lézeres lokátor lézeres kommunikációs eszközként használható a felszíni térben mozgó, mozgó objektumokkal való kommunikáció megvalósítására, valamint a közeli és mélytérben lévő űrobjektumokkal való kommunikációra. A lézeres űrkommunikáció megvalósítása során a javasolt lézeres lokátor észlel egy objektumot, és nyomon követi az észlelt űrobjektumot (űrjárművet) szondázó lézerjel kibocsátása és visszavert lézeres megvilágító sugárzás vétele közben. Ezzel egyidejűleg a 7 lézeradó által generált lézersugárzást a 6 vezérlőegységtől a 7 lézeradóban található lézersugárzás modulátor felé érkező információs jel modulálja. a 4 fényvevő egységet, a 19. és 22. blokk által végzett átalakítást és előszűrést keskeny sávú szűrésnek és digitalizálásnak vetik alá a 26 spektrális szűrők második blokkjában, majd elküldik a 6 vezérlőegységhez a továbbított információ végső feldolgozása, demodulálása és fogadása céljából. az űrhajótól. Ebben az esetben az utóbbit fel kell szerelni a 2. ábrán látható lézeres lokátorhoz hasonló adó-vevő lézerkészülékkel. 1. Lehetőség van a vett információs jel vételére és szűrésére is a spektrális szűrők első blokkjával. 5. Figyelembe kell venni azt a lehetőséget is, hogy a javasolt lézeres lokátor segítségével folyamatos és stabil kapcsolat létesüljön az űrhajóval leszálláskor. A Föld és annak belépése a légkör sűrű rétegeibe egy plazmarétegen keresztül, amely ebben a pillanatban körülveszi az űrhajót. Ebben az esetben a rádiós tartományban megszakad a kommunikáció, és a kommunikáció a lézersugárzás tartományában, például a közeli infravörös tartományban úgy érhető el, hogy a lézersugárzást jelentősebb elnyelés nélkül átvezetjük egy plazmarétegen. A plazmarétegen keresztüli lézeres kommunikáció nagy hatékonyságát és megbízhatóságát a második 26 szűrőblokkban lévő keskeny sávú szűrés, valamint a Doppler-frekvencia változásainak nagy pontosságú követésére és a közbenső frekvencia lézerrel történő stabilizálására szolgáló rendszer jelenléte is biztosítja. frekvenciaváltó egységek.

A javasolt lézeres lokátor fejlesztéséből származó anyagok alapján kísérleti vizsgálatokat végeztek, amelyek megerősítették a javasolt lokátorrendszer működési hatékonyságának növekedését. ábrán. A 3. és 4. ábra az első 4 fényvevő egység kimenetéből származó köztes frekvenciájú jel térbeli spektrumának jellemző nézete, amelyet egy 19 akuszto-optikai modulátor és a fókuszsíkjában lévő 20 lencse alkot, kombinálva a vezérlő síkjaival. 22 térszűrő és a harmadik 27 fényvevő egység fényérzékeny területe, amelyek segítségével a bemutatott adatok térbeli spektrumokat rögzítenek. ábrán. A 3. ábra az első köztes frekvenciájú jel térbeli spektrumát mutatja, melynek értékét a kapott lézersugárzás tényleges spektrumát reprezentáló jobb diffrakciós rend távolsága határozza meg a spektrális mintázat középpontjától. A kapott spektrum szimmetrikus, mivel az akuszto-optikai modulátor lineáris diffrakciós üzemmódban működött. ábrán. A 4. ábra a vett lézersugárzás hasonló térbeli spektrumát mutatja a kapott első közbenső frekvencia megnövelt értékével, például az első heterodin lézersugárzás további frekvenciaeltolásának bevezetésével, amelyet a lézer első frekvenciaváltója hajt végre. sugárzás 10. Ebben az esetben az első diffrakciós rend távolsága a szimmetrikus spektrummintázat középpontjától megnő. A megadott távolság értéke lehetővé teszi a megfigyelt űrobjektum mozgási sebességében bekövetkezett változások becslését, valamint az objektum nagy pontosságú követését és a vett jelek keskeny sávú szűrését a 26 spektrális szűrők második blokkjában. . Az 5. ábra a kapott lézersugárzás fluktuációinak térbeli spektrumát mutatja, amelyet a fenti módszerrel a 27 harmadik fényvevő egység fényérzékeny helyén alakítanak ki, és akkor kapunk, ha az 1 teleszkóp tengelye egy erős háttérinterferenciaforrás közelében van, pl. , a napkorong közelében nappali körülmények között vételkor. ábrán látható. Az 5. ábrán látható, hogy a javasolt lézerlokátorban fellépő nagymértékű külső interferencia csökkenthető a vett lézersugárzás előszűrésével egy dinamikus 30 spektrális szűrővel, amely ráadásul a lézerlokátor vételi optikai útjába kerül.

Megjegyzendő, hogy a javasolt lézeres helymeghatározóban számos optimális algoritmus használható és valósítható meg a lézeres helymeghatározó jelek fogadására és feldolgozására, biztosítva a lézeres helymeghatározó komplexum hatékonyságának növelését a tér és a földi objektumok nyomon követésére, valamint a megbízható és folyamatos kommunikáció megvalósítására. ezekkel a tárgyakkal nehéz interferencia körülmények között.

Információs források

M. Ross, Lézervevők, M.: „Nauka”, 1969, 156. o.

német szabadalom, h. 2819320, 1979. sz.

Lézeres távolságmérő szerk. N.D. Ustinova, M.: „Gépészet”, 1984, 230. o.

Lézeres távolságmérő szerk. N.D. Ustinova, M.: „Gépészet”, 1984, 245. o., (prototípus). Eredeti: Appl. Dönt. 1979; v. 18, 3. szám, r. 290.

Mustel E.R., Parygin V.N. Fénymodulációs és szkennelési módszerek. M.: Tudomány, 1970

Balakshiy V.I., Parygin V.N., Chirkov L.E. Az akusztikai-optika fizikai alapjai. M.: Rádió és Kommunikáció, 1985, (219-234. o.); (134-167. o.).

Balakshiy V.I., Mankevich S.K., Parygin V.N. és mások Quantum Electronics, 12. kötet, 4. szám, 1985, 743-748.

1. Lézeres lokátor, amely az első optikai tengelyen egymás után elhelyezett távcsövet tartalmaz egy vezérlőegységhez csatlakoztatott irányító egységgel, egy első lencsével, egy első fényvevő egységgel, amelynek kimenete spektrális szűrőblokkhoz csatlakozik, kimenetekkel csatlakoztatva a vezérlőegységhez, egy lézeradóhoz, egy lézeres lokális oszcillátorhoz és egy blokkfrekvenciás méréshez, a lézeradó kimenete optikailag csatlakozik a teleszkóphoz, valamint áttetsző és visszaverő tükrökön keresztül a frekvenciamérő egység első optikai bemenetéhez, amelynek második optikai bemenete áttetsző tükörön keresztül optikailag kapcsolódik a lézeres helyi oszcillátor optikai kimenetéhez, a lézeradó vezérlőbemenetei, a lézeres lokális oszcillátor és a kimeneti frekvenciamérő egységek egy vezérlőegységhez vannak kötve, azzal jellemezve, hogy egy első vezérelt csillapító, egy első lézerfrekvencia-váltó egység, egy első lézersugárzás letapogató egység sorosan kerül bevezetésre, optikailag összekapcsolva egy fényvisszaverő és két áttetsző tükörrel, amelyek optikai kimenete optikailag kapcsolódik az első fényvevő egység optikai bemenetéhez, a második vezérelt csillapító, egy második lézersugárzás frekvenciaváltó egység, egy második lézersugárzás letapogató egység, amelynek optikai kimenete két áttetsző tükörön keresztül optikailag kapcsolódik az első fényérzékelő egység optikai bemenetéhez, az első és a második vezérelt optikai bemenetei a csillapítók optikailag csatlakoznak áttetsző tükrökön keresztül a lézeres lokális oszcillátor optikai kimenetéhez, egy harmadik vezérelt csillapítóhoz, egy harmadik lézerfrekvencia-váltó egységhez és egy harmadik lézeres letapogató egységhez, amelyek egymás után a második optikai tengelyen vannak elhelyezve, egy optikailag csatlakoztatott akusztikai-optikai modulátor egy vezérlőegység, egy második lencse, egy első áttetsző tükör, egy szabályozott térszűrő, egy harmadik lencse, egy második áttetsző tükör, egy második fényvevő egység, amelynek kimenete a spektrális szűrők második blokkjának bemenetéhez csatlakozik a vezérlőegység, az akuszto-optikai modulátor optikai bemenete fényvisszaverő tükörön és áttetsző tükörön keresztül optikailag kapcsolódik a lézer lokális oszcillátor optikai kimenetéhez, a harmadik lézer letapogató blokk sugárzás optikai kimenete fényvisszaverőn keresztül optikailag kapcsolódik tükör és egy második áttetsző tükör a második fotodetektor egység optikai bemenetére, a harmadik vezérelt csillapító optikai bemenete optikailag csatlakozik a lézer lokális oszcillátor optikai kimenetéhez, a harmadik fotodetektor egység, amelynek optikai bemenete az első áttetsző tükör a második lencse optikai kimenetére, valamint a vezérlőegységhez csatlakoztatott fényvevő egység vezérlőegységéhez csatlakoztatott kimenet, valamint az első és a második távoli tükör kerül bevezetésre, mechanikusan a mozgatóegységhez csatlakoztatva, a melynek vezérlőbemenete a vezérlőegységhez csatlakozik, dinamikus spektrális szűrő, amelynek optikai bemenete az első letapogató tükörön és az első távoli tükörön keresztül van optikailag csatlakoztatva a távcső optikai kimenetéhez, a dinamikus spektrális szűrő optikai kimenete a második leolvasó tükör és a második távoli tükör optikailag csatlakozik az első lencse optikai bemenetéhez, az első és a második leolvasó tükör vezérlőelektródái a leolvasó tükör vezérlőegységhez csatlakoznak, amelynek bemenete a vezérlőhöz csatlakozik. A vezérlőegységhez a dinamikus spektrális szűrő vezérlőbemenete, a vezérlőegységhez a csillapítók, a vezérlőegységhez a lézersugárzás frekvenciaváltó egységek és a lézersugárzás letapogató egységek vezérlőbemenetei csatlakoznak.

2. Az 1. igénypont szerinti lézeres lokátor, azzal jellemezve, hogy a lézersugárzás frekvenciaváltó egysége egy optikailag összekapcsolt bemeneti membránt, egy vezérlőegységgel ellátott akuszto-optikai cellát, egy első lencsét, egy tűpontos membránt, egy második lencsét és egy kimenetet tartalmaz. membrán, szekvenciálisan az optikai tengelyre szerelve, -val Ebben az esetben az akusztikai-optikai cella vezérlőelektródája az akuszto-optikai cella vezérlőegységéhez csatlakozik.

3. Az 1. igénypont szerinti lézerlokátor, azzal jellemezve, hogy a lézersugárzás letapogató egység egy akusztooptikai cella alapján van kialakítva, amelyben ultrahanghullámokat gerjesztenek, biztosítva a lézersugárzás terjedési irányának változását.

4. Az 1. igénypont szerinti lézerlokátor, azzal jellemezve, hogy a dinamikus spektrális szűrő egy akuszto-optikai cella alapján készül, amelyben ultrahanghullámok gerjesztettek, kölcsönhatásba lépve a cellán áthaladó vett lézersugárzással.

// 2565340

A találmány az optikai távolságmérő területére vonatkozik, és impulzus lézeres távolságmérő rendszerre vonatkozik. A rendszer tartalmaz egy impulzuslézert, két egytengelyes letapogató eszközt, egy akuszto-optikai terelőt, egy kimeneti optikai rendszert, egy számítástechnikai eszközt, egy akuszto-optikai terelővezérlő egységet, egy prizmanyaláb-osztót, egy mérőcsatornát, egy sor fotodetektort. , a fotodetektorok és száloptikai kötegek sorozatának lencséje.

A találmány tárgya videó adatfolyam generálása forgó szektor fotodetektorral. A módszer a forgó szenzor területére telepített fényérzékeny elemekből jelek generálásán, ezek későbbi térbeli differenciálódási magokká történő szervezésén alapul, amelyek kimenőjeleit analóg-digitális átalakításnak vetik alá, és további digitális feldolgozást végeznek. . A fényérzékeny elemek egymás után, egyenlő távolságra vannak elhelyezve Rmin-től Rmax-ig diszkrét sugarú íveken a forgó érzékelő területén, amely egy kör csonka szektora, amely a nagyobb oldalával a külső felé néz. forgás átmérője. A fényérzékeny elemekből származó fényáramot egyenáram erősíti, és frekvenciasáv korlátozza a fotocellák érzékenységétől és az érzékelő forgási sebességétől függően. A belső zaj minimalizálódik, és az egyes fényérzékeny elemek jelátviteli csatornáinak amplitúdó-frekvencia karakterisztikája minimalizálódik, az ezt követő térbeli differenciálódási magok kialakításával, amelyekből származó jeleket analóg-digitális átalakításnak, majd digitális feldolgozásnak vetik alá. A technikai eredmény a jobb képminőség. 2 n.p. f-ly, 6 ill.

A lézeres lokátor tartalmaz egy rendszert a vett és heterodin lézersugárzás hullámfrontjainak egyezésének automatikus nyomon követésére és vezérlésére a lézeres lokátor fényérzékelő egysége fényérzékeny területének síkjában. Ugyanakkor a lézeres helymeghatározó tartalmaz egy rendszert a kapott lézersugárzás Doppler-frekvencia-eltolódásában bekövetkezett változások nyomon követésére és kompenzálására a gyorsan mozgó űrobjektumok követésekor. A vett lézeres távolságmérő jelek nagy hatékonyságú feldolgozása optikai heterodinizálási módszerrel nagy pontosságú akuszto-optikai frekvenciaváltó elemek és lézersugárzás pásztázás alapján valósul meg. A technikai eredmény a lézeres távolságmérő rendszer hatékonyságának növekedése a mozgó távoli űrobjektumok követésének körülményei között, valamint a mozgó objektumok helyes észlelésének valószínűségének növekedése erős háttérzaj esetén. 4 fizetés f-ly, 5 ill.

Címkék: Lidar, emitter, jel, koherens, inkoherens, pásztázó optika

Lidars

A LIDAR (Light Identification Detection and Ranging) egy technológia távoli objektumokról információk megszerzésére és feldolgozására olyan aktív optikai rendszerek segítségével, amelyek a fényvisszaverődés és -szórás jelenségét használják átlátszó és áttetsző médiában.

A Lidar mint eszköz egy aktív optikai távolságmérő. Pásztázó lidarok számítógépes látórendszerekben a környező tér két- vagy háromdimenziós képe alakul ki. "Légköri" A lidarok nemcsak az átlátszatlan, visszaverő célpontok távolságának meghatározására képesek, hanem a fényt szóró átlátszó közeg tulajdonságainak elemzésére is. Az atmoszférikus lidar egy fajtája Doppler lidarok, amelyek meghatározzák a légáramlások irányát és sebességét a légkör különböző rétegeiben.

Működési elve

A lidar működési elve nem sokban különbözik a radartól: a sugárforrásból érkező irányított nyaláb visszaverődik a célpontokról, visszatér a forráshoz, és egy nagyon érzékeny vevő (lidar esetében fényérzékeny félvezető) veszi fel. eszköz); A válaszidő egyenesen arányos a célpont távolságával.

A lidar működési elve egyszerű. Egy tárgyat (felületet) rövid fényimpulzussal megvilágítanak, és megmérik azt az időt, amely alatt a jel visszatér a forráshoz. A fény nagyon gyorsan terjed - 3∙10 8 m/s. Azonban némi késéssel tér vissza, ami az objektum távolságától függ.

A foton által megtett távolság a tárgyhoz és visszafelé a következő képlettel számítható ki:

L = c ∙ t span 2

Az ennek a rövid időnek a méréséhez szükséges berendezéseknek rendkívül gyorsan kell működniük.

A Lidar gyors, rövid lézerfényimpulzusokat bocsát ki egy tárgyra (felületre), másodpercenként akár 150 000 impulzus sebességgel. A készüléken található érzékelő méri az impulzus visszatéréséhez szükséges időt. A fény állandó sebességgel halad, így a lidar nagy pontossággal tudja kiszámítani a távolságot közte és a cél között.

A rádiórendszer minden esetben érzékeli a jeleket az interferencia hátterében. Úgy gondoljuk, hogy a hasznos jel frekvenciája megegyezik a rendszer ω c = ω 0 rezonancia hangolási frekvenciájával. A kezdeti fázis nulla:

U c t = U cm sin ω 0 t

A jel és a zaj összege:

U sp t = u c t + u p t = U cm + U p1 sin ω 0 t + U p2 cos ω 0 t

Ahol U p1És U p2– interferencia amplitúdók.

• Inkoherens érzékelés (közvetlen mérési módszer): A válasz a teljes oszcilláció és interferencia amplitúdójára történik U spm A jel többlet a zaj felett a következő összefüggés: m ng 2 = U cm 2 U p1 2 + U p2 2 = U cm 2 2σ 2 ahol σ 2– az egyes interferencia-amplitúdók szórása U p1És U p2
• Koherens érzékelés: Teljesen kiküszöböli a jelre merőleges interferenciakomponenst. Csak az Ucm jelamplitúdó és az U p1 interferencia közös módusú komponensének összegével egyenlő oszcillációra ad választ. A jelnek a zaj feletti többlete a koherens detektálás során az m kg 2 = U cm 2 U _ p1 2 arány, ahol U _ p1 2 a közös módusú komponens amplitúdójának szórása. A koherens rendszerek a legalkalmasabbak Doppler- vagy fázisérzékeny mérésekhez, és jellemzően optikai heterodin-detektálást alkalmaznak. Ez lehetővé teszi, hogy sokkal kisebb teljesítménnyel működjenek, de a fotodetektor áramkör kialakítása sokkal bonyolultabb.

A pulzáló lidaroknak két fő kategóriája van: mikroimpulzusos és nagyenergiájú rendszerek.

• Mikroimpulzus lidarok hatékonyabb számítástechnikai technológián dolgozhat nagyobb számítási képességekkel. Ezek a lézerek kisebb teljesítményűek, és „szembiztos” besorolásúak, ami lehetővé teszi, hogy kis vagy semmilyen különleges óvintézkedés nélkül használhatók.
• Lidars A nagy impulzusenergiát főként a légkörkutatásban használják, ahol gyakran használják különféle légköri paraméterek mérésére, mint például a felhőmagasság, rétegzettség és sűrűség, a felhőrészecskék tulajdonságai, hőmérséklet, nyomás, szél, páratartalom és légköri gázkoncentráció.

Ellentétben a rádióhullámokkal, amelyek csak meglehetősen nagy fémtárgyakról verődnek vissza, a fényhullámok bármilyen közegben, így a levegőben is szóródhatnak, így nemcsak az átlátszatlan (fényvisszaverő) diszkrét céltárgyak távolságát lehet meghatározni, hanem a távolságot is. átlátszó környezetben rögzíteni a fényszórás intenzitását. A visszatérő visszavert jel ugyanazon a szóróközegen halad át, mint a forrásból érkező nyaláb, és másodlagos szóródáson megy keresztül, ezért az elosztott optikai közeg aktuális paramétereinek visszaállítása meglehetősen összetett feladat, amelyet analitikai és heurisztikus módszerekkel is megoldanak.

Kibocsátó

A tervek túlnyomó többségében az emitter egy lézer, amely nagy pillanatnyi teljesítményű, rövid fényimpulzusokat hoz létre. Az impulzusismétlési sebesség vagy a modulációs frekvencia úgy van megválasztva, hogy a két egymást követő impulzus közötti szünet ne legyen kevesebb, mint az észlelhető célpontok válaszideje (amelyek fizikailag távolabb helyezkedhetnek el, mint az eszköz becsült hatótávolsága). A hullámhossz megválasztása a lézer funkciójától, valamint a készülék biztonsági és adatvédelmi követelményeitől függ; A leggyakrabban használt lézerek az Nd:YAG lézerek és a következő hullámhosszúak (nanométerben):

• Az 1550 nm az emberi szem és a tipikus éjjellátó készülékek számára láthatatlan infravörös sugárzás. A szem nem képes ezeket a hullámokat a retina felszínére fókuszálni, így az 1550-es hullám traumatikus küszöbe lényegesen magasabb, mint a rövidebb hullámoknál
• 1064 nm - neodímium és itterbium lézerek közeli infravörös sugárzása, a szem számára láthatatlan, de éjjellátó készülékekkel észlelhető
• 532 nm - zöld sugárzás egy neodímium lézerből, hatékonyan „szúrja át” a víztömegeket
• 355 nm - közeli ultraibolya sugárzás

Lehetőség van a váltakozó feszültségű sugárzás folyamatos amplitúdómodulációjára is rövid impulzusok helyett.

Szkennelő optika

A legegyszerűbb légköri lidar rendszerek nem rendelkeznek vezetőeszközzel, és függőlegesen a zenitre irányulnak.

A horizont egy síkban történő pásztázásához egyszerű letapogató fejeket használnak. Bennük az álló adót és vevőt is a zenit felé irányítják; A horizonthoz és a sugárzási vonalhoz képest 45°-os szögben tükröt szerelnek fel, amely a sugárzási tengely körül forog. Légiközlekedési berendezésekben, ahol a hordozó repülőgép repülési irányára merőleges csíkot kell letapogatni, a sugárzási tengely vízszintes. A tükröt forgató motor és a vett jel feldolgozására szolgáló eszközök szinkronizálásához precíz forgórész helyzetérzékelőket, valamint a letapogatófej átlátszó burkolatán rögzített referenciajeleket alkalmaznak.

A két síkban végzett pásztázás egy olyan mechanizmust ad ehhez a sémához, amely a tükröt a fej minden egyes fordulatával rögzített szögben elforgatja - így jön létre a környező világ hengeres pásztázása. Ha elegendő számítási teljesítménnyel rendelkezik, használhat mereven rögzített tükröt és széttartó sugarak nyalábját - ebben a kialakításban egy „keret” alakul ki a fej fordulatánként.

Jel vétel és feldolgozás

A vételi útvonal dinamikus tartománya fontos szerepet játszik. Annak elkerülése érdekében, hogy a vevőt a „közeli zónában” szóródó intenzív megvilágítás ne terhelje túl, a nagy hatótávolságú rendszerek nagy sebességű mechanikus redőnyöket használnak, amelyek fizikailag blokkolják a vevő optikai csatornát. A mikroszekundumnál rövidebb válaszidővel rendelkező kis hatótávolságú eszközökben ez nem lehetséges.

Jelenlegi helyzet és kilátások

Légkörkutatás

A helyhez kötött lidarokkal végzett légkörkutatás a technológia alkalmazásának legelterjedtebb területe. Számos állandó (államközi és egyetemi) kutatóhálózatot telepítettek szerte a világon a légköri jelenségek nyomon követésére.

Erdőtüzek korai figyelmeztetése

A dombra (dombra vagy árbocra) helyezett, a horizontot pásztázó lidar képes megkülönböztetni a tüzek okozta anomáliákat a levegőben. A passzív infravörös rendszerekkel ellentétben, amelyek csak a termikus anomáliákat ismerik fel, a lidar az égési részecskék által generált anomáliák, a levegő kémiai összetételének és átlátszóságának változásai stb. alapján érzékeli a füstöt.

Földkutatás

A lidar földre szerelése helyett, ahol a visszavert fény a légkör szennyezett alsó rétegeiben való szóródás miatt zajos lenne, egy „atmoszférikus” lidar a levegőbe vagy pályára emelhető, ami jelentősen javítja a jelátvitelt. zaj arány és a rendszer hatékony hatótávolsága.

Építőipar és Bányászat

Az álló objektumokat (épületeket, városi tájakat, külszíni bányákat) átvizsgáló Lidarok viszonylag olcsók: mivel az objektum álló helyzetben van, nincs szükség különleges teljesítményre a jelfeldolgozó rendszertől, és maga a mérési ciklus is elég hosszú ideig tarthat (percek). ).

Tengeri technológia

Tengermélység mérés. Ehhez a feladathoz repülőgép-alapú differenciál-lidart használnak. A vörös hullámok szinte visszaverődnek a tenger felszínén, míg a zöld hullámok részben behatolnak a vízbe, szétszóródnak benne, és visszaverődnek a tengerfenékről. A technológiát a nagy mérési hibák és a mért mélységek kis tartománya miatt a polgári vízrajzban még nem alkalmazták.

Halak keresése. Hasonló eszközökkel észlelhetők a halrajok jelei a felszínhez közeli vízrétegekben. Az ESRL amerikai állami laboratórium szakemberei azt állítják, hogy a lidarokkal felszerelt könnyű repülőgépekkel halakat keresni legalább egy nagyságrenddel olcsóbb, mint a visszhangszondával felszerelt hajókkal.

Emberek mentése a tengeren. 1999-ben az amerikai haditengerészet szabadalmaztatta a tenger felszínén emberek és emberi testek felkutatására használt repülőgép lidar tervezését; A fejlesztés alapvető újdonsága a visszavert jel optikai maszkolása, amely csökkenti az interferencia hatását.

Aknamentesítés. Az aknák felderítése közvetlenül vízbe merült lidarokkal lehetséges (például hajóval vagy helikopterrel vontatott bója segítségével), de nincs különösebb előnye az aktív akusztikus rendszerekhez (szonárokhoz) képest.

Közlekedéssel

Járműsebesség érzékelés. Ausztráliában egyszerű lidarokat használnak az autók sebességének meghatározására – akárcsak a rendőrségi radarokat. Az optikai „radar” sokkal kompaktabb, mint a hagyományos, de kevésbé megbízható a modern személygépkocsik sebességének meghatározásában: az összetett formájú ferde síkok visszaverődései „összezavarják” a lidart.

Autonóm járművek. 1987 és 1995 között az EUREKA Prometheus projekt, amely több mint 1 milliárd dollárjába került az Európai Uniónak, az önvezető autók első gyakorlati fejlesztéseit hozta létre. A leghíresebb prototípus, a VaMP (amelyet a müncheni Bundeswehr Egyetem fejlesztett ki) az akkori processzorok számítási teljesítményének hiánya miatt nem használt lidarokat. Legújabb fejlesztésük, a MuCAR-3 (2006) egyetlen 360 fokos lidart használ magasan a jármű teteje fölé, valamint egy előre néző multifokális kamerát és egy inerciális navigációs rendszert.

Ipari és szolgáltató robotok. A robotokhoz való közeli gépi látórendszerek az IBM pásztázó lidar alapján hengeres letapogatást alkotnak, 360°-os horizontlefedési szöggel és +30..-30°-os függőleges látószöggel. Maga a távolságmérő, amely a pásztázó optikai fej belsejében van elhelyezve, állandó, kis teljesítményű sugárzással működik, amelyet körülbelül 10 MHz-es vivőfrekvencia modulál. A célpontok távolsága (10 MHz-es vivővel - legfeljebb 15 m) arányos a fényforrást moduláló referenciaoszcillátor és a válaszjel közötti fáziseltolódással.

Ru-Cyrl 18-oktatóanyag Sypachev S.S. 1989-04-14 [e-mail védett] Sztyepan Szipacsov hallgatók

Még mindig nem világos? – írjon kérdéseket a postafiókba

A cég műszaki igazgatója RIEGL

A RIEGL műszaki igazgatója, Dr. Andreas Ullrich a hullámformákról, az egyfotonokról és a Geiger lidarokról beszél a SPAR 3D projekt főszerkesztőjének, Sean Higginsnek adott interjújában.

Andreas Ullrich a Bécsi Műszaki Egyetemen szerzett villamosmérnöki doktorátust, és a "Nagyfelbontású optikai Doppler radarról" szóló értekezés szerzője (1987-1990). 2001 óta a Bécsi Műszaki Egyetemen tart radarról előadásokat. 2006 óta a RIEGL műszaki igazgatója.

A SPAR 3D kiadott egy áttekintést a légi lézerszkennerek jövőjéről. A SPAR 3D interjút készített számos lézerszkenner-szakértővel, és megkérdezte: „Ön szerint mi az egyfoton és Geiger lidarok jövője? Ebből mennyi hype és mi nem? Ebben az áttekintésben a megkérdezett szakértők többsége egyetértett abban, hogy ezek a technológiák erőteljes hatással lesznek a lézeres szkennelési piacra, ennek ellenére nagyon fontos megjegyezni, hogy a „klasszikus” vagy „hagyományos” lidaroknak még mindig jelentős előnyei vannak. Mivel ezek az előnyök csak röviden szerepelnek ebben az áttekintésben, a SPAR 3D teljes interjút közölt a RIEGL műszaki igazgatójával, Dr. Andreas Ullrich-fel. Válaszai átfogó magyarázatot adnak a teljes hullámforma-elemzési technológia értékéről, és betekintést nyújtanak abba, hogy a RIEGL miért folytatja ennek a technológiának a fejlesztését.

Sean Higgins: Melyek a technológiák erősségei a „lineáris” lidarhoz képest?

Orvos Andreas Ulrich: A "lineáris" kifejezés az analóg lézerreflexiós jel feldolgozásának régebbi módszereire utal, nem pedig a lidar feldolgozás fejlettebb digitális módjára. Riegl jel hullámforma digitalizálásával. Szabadalmaztatott megoldások a teljes hullámforma digitalizálására Riegl jelentősen eltérnek a jelzett „lineáris” lidaroktól. Technikai szempontból a különbség az, hogy a lidar vevőelemtől (fotodetektor) vett jel elemzése pontosabban, részletesebben és attribúciós reflexiós jellemzőkkel történik. A teljes hullámforma digitalizálásával (a továbbiakban: FSFS) rendelkező lidarok rendkívüli pontossággal rendelkeznek, mivel ez a technológia lehetővé teszi a tartomány nagyon pontos meghatározását, alacsony térbeli „zajjal” rendelkeznek, lehetővé teszik, hogy nagyszámú visszaverődést kapjon egytől. impulzus, meghatározza az egyes jelek alakját, és kivonja azokat, információkat szolgáltat arról a tárgyról, amelyről visszaverődött, és egyszerű radiometriai kalibrálást is lehetővé tesz.

Elméletileg az egyfoton és Geiger lidarok nagy potenciállal rendelkeznek a reflexiós pontok gyors összegyűjtésére, de elveszítik mind a térbeli pontosságot, mind a jelintenzitás információit. A másodpercenként fogadott reflexiós pontok számának radikális növekedése a Geiger és az egyfoton lidarokban első pillantásra eufóriához vezethet. A térbeli pontosság hiánya és a lézerreflexiók pontjaiban tárolható attribútum-információk teljes elvesztése azonban végül nem javuláshoz, hanem az eredmény romlásához vezet. Mindannyian azt akarjuk, hogy térképeink idővel egyre pontosabbak legyenek, de nem kevésbé. A lézerszkennelés piacának növekedése mindig is az egyre informatívabb és pontosabb adatok alacsonyabb költséggel történő megszerzésén alapult.

Az alacsonyabb adatgyűjtési költségek és a nagyobb hatékonyság a térképezési területeken a fő előnyök, amelyeket általában tolakodóan kínálnak a potenciális felhasználóknak. A pásztázási sebesség elméleti növekedését a valóság teljesen szétzilálja – például a Geiger Lidar ultragyors működéséhez csak tiszta napokra és kiváló időjárási körülményekre van szükség. Az adatok fogadása csak az egyik összetevője a hatékonyságnak: az adatokat is fel kell dolgozni és el kell juttatni az ügyfélhez. Az „új” technológiák alkalmazásának ezen szakaszaiban felmerülő problémák teljesen leértékelik a sebességnövekedés előnyeit .

Sean Higgins: Melyek az új technológiák fő hátrányai a teljes hullámforma digitalizált lidarhoz képest?

Orvos Andreas Ulrich: Az egyfoton és Geiger lidarok működése során keletkező pontok teljesen szintetikusak, és nem öröklik azoknak a tárgyaknak a tulajdonságait, amelyekről visszaverődtek. Lehetetlen belőlük megállapítani, hogy egy vagy több objektumról tükröződtek-e, vagy interpolációval vagy újramintavételezéssel nyerték őket. Ez a Geiger lidars kritikus hátránya. További hátránya a visszavert jel intenzitására vonatkozó adatok hiánya, a gyér növényzetbe való behatolás képtelensége, valamint az, hogy egyetlen impulzusból nem lehet többszörös visszaverődést rögzíteni.

Az egyfoton lidarok érzékenyebbek a többszörös visszaverődésre, mint a Geiger lidarok. Elméletileg minden típusú tárgyon képesek méréseket végezni – a vezetékektől a fák lombkorona alatti talajig. Amint azonban az USGS (United States Geological Survey) által az ILMF konferencián 2016-ban bemutatott kísérletek kimutatták, az ilyen rendszerek mérési pontossága lényegesen rosszabb, mint az OPFS lidarokkal rendelkező rendszereké. Ennek oka a hibás jelfeldolgozás. Az 50 cm-nél nagyobb tartományok meghatározásakor gyakran előfordulnak hibák különböző méretű és fényvisszaverő képességű tárgyakon.

A klasszikus lidarok nagyon különböző hullámhosszakon működnek - 532 nm (zöld), 1000 nm (infravörös közelében), 1550 nm (közepes IR) és tovább a hőtartomány felé; ez lehetővé teszi a multispektrális lidar koncepció megvalósítását, amely lehetővé teszi például az erdő állapotára vonatkozó adatok beszerzését. Az egyfoton lidarok ebben a szakaszban csak a látható tartományban működnek, és a belátható jövőben itt semmi sem fog változni.

Sean Higgins: Egy napon új technológiák válthatják fel a hagyományos lézeres szkennelési technológiákat (például a teljes hullámforma-digitalizálással rendelkező lidarokat)? Miért igen vagy miért nem?

Orvos Andreas Ulrich: Ez a legsürgetőbb kérdés a lézeres szkennelési iparban jelenleg foglalkoztatottak fejében: vajon ezek a technológiák felváltják-e a manapság általánosan lidarnak nevezett technológiákat. A válaszom nem. Mindkét új lidar opció hatékony eszköz, ha megfelelő helyzetekben használják. A Geiger lidar már most a legjobb módszer a digitális domborzatmodell gyors beszerzésére sivatagi régiókban vagy háborús övezetekben, ahol nagyon szükséges a MANPADS rakéták hatótávolságán kívül maradni, különösen, ha tiszta légkörben van, és nincs növényzet a területen. terület.

A növényzettel borított területeken a teljes hullámforma szkenner kiváló behatolási eredményeket biztosít. lehetővé teszi sokféle objektum megfejtését a pontok jelformájából, és nem csak a felületek felépítéséhez használt pontokat, beleértve a rudakat, vezetékeket, hálókat és más, finoman részletezett objektumokat. A teljes hullámformájú szkenner a választott technológia számos alkalmazáshoz, és az is marad – miközben folyamatosan fejlődik és növeli a sebességet, miközben a pontosság terén is felülmúlhatatlan. Szkennerek a cég teljes hullámformájának digitalizálásával RIEGL valós időhöz közeli adatfeldolgozási sebességet biztosít a lézeres szkenneléshez. Ez új lehetőségeket nyit meg ennek a technológiának a felhasználása előtt a gyors reagálás problémáinak megoldásában a mentési műveletek során. Ez mind RIEGL már bemutatja a legújabb megoldást - egy levegős lézeres letapogató rendszert, amely óránként 450 km 2 felvételt tesz lehetővé 8 pont per 1 m 2 sűrűséggel, és mindez a legmagasabb adatfeldolgozási sebességgel és nagyon az adatok magas minősége, ami már ismerős a felhasználók számára.

Sean Higgins: Az egyfoton és a Geiger lidarok kiforrott technológiák? Ön szerint tovább kellene fejlődniük ahhoz, hogy teljes potenciáljukat kiaknázzák?

Orvos Andreas Ulrich: Az egyfoton lidar lényegében egy hagyományos "lineáris" lidar, amely fotosokszorozó csövek használatán alapul; A Geiger lidar általában nem „lineáris” - ezek egyáltalán nem új technológiák. Ezeknek a technológiai megoldásoknak az alkalmazása a kereskedelmi földmérésre azonban új keletű. Az egyfoton lidar megalkotóinak nyilatkozatai szerint (az ILMF-2016-on) a technológiát fejleszteni kell, és a vett visszhangjel amplitúdójára vonatkozó adatok hozzáadásával javítani kell. Ezt sok évvel ezelőtt használták először a lézeres szkennelésben – amikor a lézerreflexiós pont első jellemzőit 8 bites intenzitásértékként írták le. Tehát ebben a tekintetben az egyfoton lidar technológia még nagyon kiforratlan.

A Geiger lidarok nagy múltra tekintenek vissza a katonai szegmensben, ahol már rengeteg optimalizálást alkalmaztak és alkalmaztak. A fizika törvényeit azonban nem lehetett megtéveszteni. Az egyik alapvető korlát az, hogy a Geiger Lidar detektor nem képes elég gyorsan helyreállítani a triggert ahhoz, hogy bármilyen további információt rögzítsen a visszaverődésekről. Egy másik korlát az, hogy soha nem lesz képes megbecsülni a visszavert jel valódi teljesítményét, ami kritikus a visszavert impulzus regisztrációs pillanatának eltolódásának kompenzálásához, és nem javítja a tartománymérés pontosságát.

Sean Higgins: Van-e a cégnek RIEGL egyfoton vagy Geiger lidar technológián alapuló lidarok gyártását tervezi?

Orvos Andreas Ulrich: Ahogy mondtam, a Riegl OPPS lidarokat kiváló technológiának tartjuk. Az OFPS-lidar szokatlanul pontos, mert a legnagyobb pontosságot nyújtja a tartományméréseknél, alacsony az adatok térbeli „zajja”, képes nagyon sok, egy impulzusról visszaverődő jel regisztrálására, számos jellemzőt biztosít az impulzus alakjára. visszavert jel minden ponthoz, és lehetővé teszi a radiometrikus kalibrálást minden ponthoz. Felhasználóink ​​üzleti modelljeiket a lidarjainktól kapott kiváló minőségű adatok és pontattribútumok köré építik fel. Minden más technológia, amelyet itt tárgyaltunk, nem tudja biztosítani a fenti jellemzőket. Ezért folytatjuk a lidar technológia fejlesztését a teljes jelhullámforma digitalizálásával.

Hallgatói kutatómunka (UNIRS) a témában:

"Lidar lencsék tükör áramkörei"

Szentpétervár

Bevezetés

1. Lidar működési elve

2. Lidar készülék

3. Lidar lencsék optikai tervei

3.1 Newton lencse

3.2 Cassegrain lencse

3.3 Gregory lencse

Következtetés

Bevezetés

A „lidar” kifejezés a fény azonosítása, észlelése és távolsága (detection and rangeing using light) angol kifejezés rövidítése.

A Lidar egy olyan technológia, amely távoli objektumokról információkat szerez és dolgoz fel olyan aktív optikai rendszerekkel, amelyek a fényvisszaverődés és -szórás jelenségét használják átlátszó és áttetsző médiában.

Eszközként a lidar egy optikai lokátor a levegő és a víz környezetének távérzékelésére. A Lidarok optikai lokátorokat is tartalmaznak, amelyek lehetővé teszik, hogy távolról információt szerezzen a szilárd tárgyakról.

A Lidarok keresettek és népszerűek a bennük használt lézerek előnyei miatt:

Sugárzás koherenciája

· Rövid hullámhosszú sugárzás, és ennek következtében a divergencia miatti alacsony veszteségek

Pillanatnyi sugárzási teljesítmény

Ezen tulajdonságok kombinációja nélkülözhetetlenné teszi a lidar használatát több száz métertől több kilométeres távolságban.

1. Lidar működési elve

Impulzusos lézersugárzás kerül a légkörbe. Ezután a légkör által ellentétes irányba szórva a sugárzást egy távcső gyűjti össze, és egy fotodetektor rögzíti, majd a jeleket digitalizálja.

impulzus lidar teleobjektív optikai

A Lidar gyors, rövid lézerfényimpulzusokat bocsát ki egy tárgyra (felületre), másodpercenként akár 150 000 impulzus sebességgel. A készüléken található érzékelő méri az impulzus visszatéréséhez szükséges időt. A fény állandó és ismert sebességgel halad, így a lidar nagy pontossággal tudja kiszámítani a távolságot közte és a cél között.

A pulzáló lidaroknak két fő kategóriája van: mikroimpulzusos és nagyenergiájú rendszerek.

A mikroimpulzus lidarok nagyobb teljesítményű számítógépes technológián működnek, nagyobb számítási képességekkel.

Ezek a lézerek kisebb teljesítményűek, és „szembiztos” besorolásúak, ami lehetővé teszi, hogy kis vagy semmilyen különleges óvintézkedés nélkül használhatók.

A nagy impulzusenergiájú lidarokat elsősorban a légkörkutatásban használják, ahol gyakran használják különféle légköri paraméterek mérésére, mint például a felhőmagasság, rétegzettség és sűrűség, a felhőrészecskék tulajdonságai, hőmérséklet, nyomás, szél, páratartalom és légköri gázkoncentráció.

2 . Lidar készülék

A legtöbb lidar három részből áll:

· Átviteli rész

· Fogadó rész

· Vezérlő rendszer

A lidar átvivő része (a) tartalmaz egy sugárforrást - egy lézert és egy optikai rendszert a kimeneti lézersugár kialakítására, azaz. a kimeneti pont méretének és a nyalábdivergencia szabályozásához.

A tervek túlnyomó többségében az emitter egy lézer, amely nagy pillanatnyi teljesítményű, rövid fényimpulzusokat hoz létre. Az impulzusismétlési sebesség vagy a modulációs frekvencia úgy van megválasztva, hogy a két egymást követő impulzus közötti szünet ne legyen kevesebb, mint az észlelhető célpontok válaszideje (amelyek fizikailag távolabb helyezkedhetnek el, mint az eszköz becsült hatótávolsága). A hullámhossz megválasztása a lézer funkciójától, valamint a készülék biztonsági és adatvédelmi követelményeitől függ; A leggyakrabban használt Nd:YAG lézerek és hullámhosszak:

Az 1550 nm az emberi szem és a tipikus éjjellátó készülékek számára láthatatlan infravörös sugárzás. A szem nem képes ezeket a hullámokat a retina felszínére fókuszálni, így az 1550-es hullám traumatikus küszöbe lényegesen magasabb, mint a rövidebb hullámoknál. A szemkárosodás kockázata azonban valójában nagyobb, mint a látható fényt kibocsátóké - mivel a szem nem reagál az infravörös sugárzásra, az emberi természetes védőreflex sem működik

1064 nm – neodímium és itterbium lézerek közeli infravörös sugárzása, a szem számára láthatatlan, de éjjellátó készülékekkel észlelhető

532 nm - zöld sugárzás egy neodímium lézerből, hatékonyan „szúrja át” a víztömegeket

355 nm -- ultraibolya sugárzás közelében

A vevő rész (b) egy lencséből (teleszkópból), spektrális és/vagy térbeli szűrőkből, egy polarizáló elemből és egy fotodetektorból áll. A vizsgált tárgyról visszavert és szórt sugárzást a vevő optika (teleszkóp) koncentrálja, majd spektrumanalizátoron halad át. Ez az eszköz arra szolgál, hogy elkülönítse azt a hullámhossz-tartományt, amelyben a megfigyeléseket végezzük, és ezért a háttérsugárzást más hullámhosszokon levágja. Az analizátor lehet összetett, gondosan hangolt mono- vagy polikromátor, vagy keskeny sávú szűrők készlete, beleértve a lézeradó hullámhosszán lévő cut-off szűrőt.

A kibocsátó és a vevő egység lehet egymástól távol, vagy egy egységben készülhet, ami az utóbbi években általánossá vált. Az adó és a vevő tengelyei kombinálhatók (koaxiális áramkör) vagy elválaszthatók (biaxiális áramkör).

A vezérlőrendszer(ek) a következő feladatokat látják el:

* A lidar üzemmód vezérlése;

* A lézerszondázó sugárzás frekvenciájának szabályozása;

* A sugárzási energia mérése a kimenő és a vett kétfrekvenciás lézersugárban mindkét frekvencián;

* Az eredmények feldolgozása, pl. a légkör spektrális jellemzőinek megszerzése, a szennyeződések jelenlétének és koncentrációinak meghatározása a számítógépes adatbázisban elérhető molekulák „spektrális portréi” segítségével;

* A lidar irányítórendszer vezérlése a vizsgált objektumhoz.

Kutatásom során úgy döntöttem, hogy közelebbről is megvizsgálom a különféle lidarokban használt lencsekialakításokat.

3 . Lidar lencsék optikai kialakítása

A vizsgált tárgyból érkező visszatérő jelet a lidar vevőlencsének kell elfognia, szűrnie kell (térben és spektrálisan), és a fotodetektor érzékeny területére kell irányítani. Mindezt maximális hatékonysággal, az objektív által gyűjtött hasznos fényjel jelentős vesztesége nélkül, és minden olyan interferencia maximális elnyomásával, amely a jelet zajossá teszi. Kövessük nyomon a hasznos jel áthaladását a vevő rendszeren, és vizsgáljuk meg külön ennek a rendszernek az egyes elemeit.

A lézer egy foltot világít meg a tárgyon, melynek méretét a sugár 2 divergenciája és az R tárgy távolsága határozza meg: D=2Rtg2R. A visszavert és visszaszórt sugárzás egy részét a lencse összegyűjti, amint az ábra mutatja: (a lézer és a vevőlencse koaxiális).

Csak a nyalábok szélső sugarai láthatók a pont azon pontjaiból, amelyek a lencsébe esnek. Nagy távolságok esetén a pontból érkező sugarak szinte párhuzamosak egymással. A lencse célja, hogy elegendő fényt gyűjtsön a foltról, és a foltot a fotodetektorra vetítse. Ezért az objektív fő paraméterei a fénygyűjtő terület, a gyújtótávolság és a látómező. Az űrlidaroknál, amikor a légkör vagy a föld vizsgált rétegeitől való távolság eléri a több száz kilométert, nagy, 1...3 m-es vagy annál nagyobb átmérőjű lencséket kell használni, hogy elegendő fényt gyűjtsenek össze, különösen akkor, ha Raman-szórásos vagy differenciális abszorpciós módban működik. A d átmérő és az f" fókusztávolság határozza meg az objektív rekeszértékét (relatív rekeszérték d/f"). Minél világosabb a rendszer, annál kisebb képméretet állít elő. A lencse látómezőjét az határozza meg, hogy a folt szélső pontjából érkező nyaláb milyen szögben halad át a lencse bemeneti pupillájának középpontján (az ábrán). A képméret (legfeljebb a fotodetektor méreténél), az egyenértékű gyújtótávolság (a vevő spektrális blokkjában lévő további vetítő elemek figyelembevételével) és a látómező szöge a 2a = 2f összefüggéssel függ össze. tg, amely lehetővé teszi az adott áramkörök paramétereinek kiválasztását és a szükséges elemek kiválasztását Sok esetben a folt nem közvetlenül a fotodetektorra vetül, hanem a mező diafragma síkjába (elsődleges kép), ami korlátozza a mezőt. A membrán méretének beállításával módosíthatja a fotodetektorra vetített folt tényleges méretét, vagyis lehetővé teszi a mérések térbeli felbontásának módosítását, valamint a zajrács csökkentését többszörös szórt fény Az elsődleges kép visszavetítése is egy módja a lencsén belül szórt fény elleni küzdelemnek. Amikor a terepi rekesz a maximális méretnél van, akkor a lézer és a lidar vevőlencséjének kölcsönös beállítása történik (maximum a vett jel). A mérések során a rekesznyílásnak van egy minimális mérete. A membrán általában írisz vagy korong alakú, különböző átmérőjű lyukakkal.

Mivel a lidar távoli tárgyakkal dolgozik, az objektívnek szinte végtelentől véges távolságig (a fókuszsíkban) kell képet alkotnia. Azok. teleobjektíveket használnak. A teleobjektív optikai számítása során figyelembe kell venni azt a tényt, hogy a kép szélének aberrációs elmosódásának minimálisnak vagy elfogadhatónak kell lennie a fényveszteség (a terepi rekesz általi vignettálás) szempontjából. Az olyan rendszerekben, mint a távolságmérők, szkennerek, batiméterek, a lencse átmérője kicsi - 15-150 mm. Ezért a lencsék általában lencsék.

A lidarokban használt lencsék:

· Tükör (reflektorok) - használjon tükröt fénygyűjtő elemként.

· Tükörlencse (katadioptriás) – mind a tükröket, mind a lencséket optikai elemként használják. Érdemes megjegyezni, hogy a lencsék mérete a fő tükörhöz hasonlítható, és az általa alkotott kép javítására szolgál.

A tükrök könnyűvé tehetők, ami a repülés és különösen az űrrendszerek szempontjából fontos. A tükörrendszereket a teleszkópok klasszikus sémái szerint építik fel: Newton), Gregory és Cassegrain. Az elsődleges fókusz után hagyományosan egy lencseobjektívet helyeznek el, ami azt jelenti, hogy a vevőrendszerben van néhány további optika. A tükörrendszerek mindig központi árnyékolással rendelkeznek, még a newtoni kivitelben is, ahol a vevő a tengely fókuszpontjában van elhelyezve. Kis, néhány ívmásodperces látómezők és kis relatív rekeszértékek (d/f" kisebb, mint 1:10) esetén a Newton-féle séma paraboloid helyett gömböt használ, ami gazdasági okokból előnyösebb. képminőség (csak energiát kell gyűjteni) néha a másodlagos hiperbolikus tükröt gömb alakúra lehet cserélni.A Cassegrain-típusú séma primer gömbtükörrel és másodlagos magasrendű aszférikus tükörrel is lehetséges. sémák hasznosak a nagy teleszkópokkal rendelkező űrlidarok számára.

A lézer és a vevőteleszkóp egymáshoz viszonyított helyzetének beállításai:

Az első sémában egy átlós lapos tükör hátsó felületét használják az optikai tengelyek igazítására. A második sémában a fogadó távcsövet formáló távcsőként is használják, ami szigorúbb minőségi követelményeket ír elő (különben a lézersugár nagymértékben eltér). Ezenkívül elkerülhetetlen veszteségeket okoz a sugárosztó használata. A harmadik kialakítás lyukakat használ az elsődleges és az átlós (vagy másodlagos) tükrökön. A központi zónák mindig nem működnek. Olyan sémákat is használnak, amelyekben a lézer és a teleszkóp tengelyei nincsenek egymáshoz igazítva - párhuzamosak vagy egymással ferde. Az ilyen sémák nem teszik lehetővé a lézersugár energia leghatékonyabb felhasználását, de lehetővé teszik, hogy megszabaduljon a tengely fényes pontjától (majdnem nulla látómező), ami a vevő túltelítettségét okozhatja. Az energiaszámítások elvégzésekor figyelembe kell venni a lézersugárban a Gauss-féle energiaeloszlást.

3.1 Newton lencse

Ezt az áramkört Isaac Newton találta fel 1668-ban. Itt a fő (parabola) tükör egy kis lapos átlós tükörre irányítja a sugárzást, amely a fókusz közelében található. Ez viszont a sugársugarat a csövön kívülre tereli, ahol a vevőkészüléket érinti.

Ez a rendszer minimális számú optikai elemet tartalmaz, ami egyszerű beállítást, alacsony tükörfeldolgozási igényt és alacsony gyártási költségeket tesz lehetővé. Nagy mérete miatt a fő tükörnek időre van szüksége a hőstabilizációhoz. Ezenkívül rendszeres időközönként módosítani kell a tükröket, amelyek szállítás és működés közben hajlamosak elveszni. A rendszer nem mentes a kóma aberrációjától.

A Newton-lencsét sok lidarban használják, nézzünk meg néhányat közülük:

1) Több hullámhosszú Raman lidar MRL-400

Ennek a lidarnak a működése a fény Raman-szórásának (Raman-effektus) jelenségén alapul - az optikai sugárzás rugalmatlan szóródása egy anyag (szilárd, folyékony vagy gáznemű) molekuláin, amelyet a sugárzás frekvenciájának észrevehető változása kísér. A szórt sugárzás spektrumában olyan spektrumvonalak jelennek meg, amelyek nem tartoznak az elsődleges (gerjesztő) fény spektrumába. A megjelenő vonalak számát és helyét az anyag molekulaszerkezete határozza meg.

A lézersugárzást egy tengelyen kívüli parabolatükör-kollimátor teleszkópozza. A lézer a kollimátorral együtt a vevőteleszkópra van felszerelve, amely lehetővé teszi a mérések elvégzését a horizonthoz képest bármilyen szögben.

MRL-400 lidar szerkezet

Sugárforrás: Quantel Brilliant Nd:YAG lézer harmadik harmonikus generátorral

Impulzus energia: 300/300/200 mJ - 1064/532/355 nm

Ismétlési frekvencia: 10 Hz

Tengelyen kívüli parabolikus tükörkollimátor 5-ös nagyítási tényezővel. Dielektromos tükörbevonatok biztosítják a kollimátor működését 355, 532, 1064 nm hullámhosszon.

Newtoni teleszkóp 400 mm-es rekesznyílással és 1200 mm-es gyújtótávolsággal.

2) Többhullámú aeroszolos lidar PL-200

PL-200 lidar szerkezet

Sugárforrás: Nd:YAG lézer harmadik harmonikus generátorral.

Energia 355 nm-en: 70 mJ

Ismétlési frekvencia: 25 Hz

Nyaláb eltérés:< 1 мрад

Kollimátor: A dielektromos bevonattal és 5-ös nagyítási tényezővel rendelkező, tengelyen kívüli parabolikus kollimátort a kibocsátott hullámhosszok (1064, 532, 355 nm) egyidejű teleszkópozására tervezték.

A lidar egy 300 mm-es rekesznyílású newtoni teleszkópot használ. A fő tükör parabola alakú, gyújtótávolsága 970 mm.

3.2 Cassegrain lencse

A sémát Laurent Cassegrain javasolta 1672-ben. A nagyobb átmérőjű (konkáv; az eredeti változatban parabolikus) elsődleges tükör egy kisebb átmérőjű (általában hiperbolikus) másodlagos konvex tükörre veri vissza a sugárzást. A másodlagos tükör az elsődleges tükör és a fókusz között helyezkedik el, és a lencse teljes gyújtótávolsága nagyobb, mint az elsődlegesé. Az azonos átmérőjű és gyújtótávolságú objektív csőhossza csaknem fele, és valamivel kisebb az árnyékolása, mint Gregory-é. A hagyományos Cassegrain reflektor nehezen gyártható (összetett tükörfelületek - parabola, hiperbola), és alulkorrigált kóma aberrációja is van. Az utolsó hátrányt a Cassegrain rendszer különféle módosításaiban javították.

Az SLR objektívek közül a Cassegrain objektív a legnépszerűbb a kompaktság és a nagy gyújtótávolság kombinációja miatt.

Nézzünk meg néhány lidart, amelyek a Cassegrain-séma szerint épített vevőtávcsövet használnak:

1) Helyhez kötött lidar komplex MVL-60

Az MVL-60 többhullámú lidar a légköri aeroszol- és felhőképződmények jellemzőinek operatív távoli elemzésére szolgál a légkörben 1064 (IR), 532 (zöld) és 355 (UV) nm hullámhosszon működő lézer segítségével.

A lidar vevőantenna egy teleszkóp, leggyakrabban tükör, amelyet általában a newtoni vagy a Cassegrain-séma szerint építenek. Mindkét sémát az MVL-60 lidar teleszkópban valósítják meg, amelynek fő parabolatükör átmérője 60 cm.

Teleszkópban lidar vevőantennaként való munka során a Cassegrain-sémát valósítják meg, amikor a vett visszavert lézerjel először a fő parabolatükröt, majd a másodlagos hiperbolikus tükröt találja el, majd a parabolatükör közepén lévő lyukon keresztül a elemző blokkba, ahol azután különböző fotodetektorokhoz irányítják, és számítógéppel regisztrálják.

Hagyományos csillagászati ​​műszerként működő távcső Newton sémáját valósítja meg: a fő parabolatükör optikai tengelyére egy lapos tükröt vezetnek be, melynek segítségével a főtükör által fogadott kép 90 fokos szögben jelenik meg. a távcső forgástengelye mentén. Ebbe a newtoni fókuszba okulárt vagy videokamerát helyezhet, és képeket készíthet a csillagos égbolt tárgyairól.

2) Több hullámhosszú lidar Raman csatornákkal

Impulzuskibocsátó: Nd:YAG lézer

Hullámhossz: 1064, 532 és 355 nm

Impulzus energia: 100/55/30 mJ

Impulzus időtartama: 10 ns

Impulzusküldési frekvencia: 10 Hz

A lézersugár átmérője (kiterjesztve): 50 mm

Lézer divergencia: 0,3 mrad

Teleszkóp (átmérő): Cassegrain, 300 mm-es elsődleges tükör

Sugárvételi szög: 0,6 - 5 mrad

Rugalmas szórási hullámhosszok: 1064, 532, 532 depolarizáció és 355 nm

Raman hullámhossz: 387, 407, 607 nm

3 . 3 Gregory Lens

Ezt az áramkört James Gregory találta fel 1663-ban. A Gregory-rendszerben a fő homorú parabolatükör sugárzása egy kis homorú elliptikus tükörre irányul, amely a sugarat a főtükör központi furatában elhelyezett fotodetektorba veri vissza. A másodlagos tükör jelenléte meghosszabbítja a gyújtótávolságot, és ezáltal lehetővé teszi a nagy nagyítások használatát.

A Gregory-féle séma szerint megépített vevőtávcső mérete nagyobb, mint egy newtoni távcső, és majdnem kétszer akkora, mint egy Cassegrain-lencse, ami növeli az árnyékolást, bonyolítja a beállítást és általában véve a biztonságát, szállítását és működését.

Ez a séma nem terjedt el olyan széles körben, mint a Newton- és Cassegrain-séma, mivel egyéb feltételek mellett a hátrányai jelentősebbek, és bizonyos esetekben alkalmazzák.

Következtetés

A lidarokban használt tükörlencsék tanulmányozása és a különféle sémák egymással való összehasonlítása során a következő következtetésre jutottam:

A tükörlencséknek számos előnye van (a lencsékhez képest):

* Nagy rekesznyílás és felbontás

* Nincsenek kromatikus aberrációk a tükrökben

* Magas fényáteresztő képesség

* A tükörrendszerek viszonylag egyszerű kialakításával a gömbi aberráció meglehetősen tökéletes korrekciója érhető el

* A tükörrendszerek nem tartalmaznak törő felületeket, ezért kényelmesen használhatók az IR és UV spektrális tartományokban

De az előnyök mellett a tükörlencséknek hátrányai is vannak:

* Nehézségek az aszférikus tükörfelületek gyártásában és szabályozásában

* Nehézségek a tükörrendszerek beállításában

* A nagy tükrök használatával kapcsolatos nehézségek (időjárási viszonyok hatása, hőstabilizálás szükségessége)

* A tükörrendszerek általában nagy kómával rendelkeznek, ami csökkenti a rendszer hasznos mezőjét. Ez a hátrány kiküszöbölhető tükörlencsés áramkörök használatával.

Hasonló dokumentumok

Prizmás monokulár: koncepció, cél, tervezési jellemzők. O. Malafeev prizmarendszerű monokulárjainak optikai tervezésének áttekintése, főbb elemek: lencse, okulár. Prizmával rendelkező okulár aberrációszámításának szakaszai a sugarak fordított útjában.

tanfolyami munka, hozzáadva 2013.01.18


A készülék optikai rendszerének méretszámítása. A mikroszkóp alkatrészek indoklása. Az optikai lencserendszer tanulmányozása számítógépen. Tervezési paraméterek számítása. Az objektív numerikus rekeszértéke a térben. A Huygens okulár optikai paraméterei.

tanfolyami munka, hozzáadva 2012.03.19


A kamera mint optikai eszköz. Fényképészeti objektív gyújtótávolsága. Fényképészeti objektív látómezeje. Az objektív rekesznyílása. Tükröződésgátló bevonatok. Szabványos relatív furatok sora. A fényképezőlencse felbontása és hiperfókusztávolsága.

bemutató, hozzáadva 2015.01.30


Az optikai műszerek piacának sokszínűsége. Képkontraszt módszerek. Diák és fedőlemezek. Lencsevédő eszközök. Prizmák és tükrök rendszere. Számláló kamrák és mérőeszközök. Modern direkt kohászati ​​mikroszkópok.

absztrakt, hozzáadva: 2014.11.27


Ideális optikai rendszer. Prizma számítás, okulár kiválasztása. Tengelyszimmetrikus és térbeli optikai rendszer. Tervezési paraméterek, lencse és prizma aberráció. A monokuláris aberrációk számítása. A hálórajz kiadása. A tárgyak terének triórája.

teszt, hozzáadva: 2013.10.02


Fénymikroszkópok típusai, felszerelésük. A mikroszkóp használatának és gondozásának szabályai. Az optikai műszerekben használt lencsék osztályozása. Fénymikroszkópok merülőrendszerei és számlálókamrái. Képkontraszt módszerek.

absztrakt, hozzáadva: 2014.10.06


Az elektrotechnika szerepe a hajógyártás fejlődésében. Mókuskalitkás forgórészes aszinkron motor vezérlésének működési diagramja. A ventilátor elektromos áramkörének működési elve. Villamos áramkör szerelési technológia, felhasznált anyagok és eszközök.

tanfolyami munka, hozzáadva 2009.12.12


Az Arkadyev-Mraks áramkör szerint összeállított gázzal töltött impulzusfeszültség-generátor fő áramköreinek elméleti elemzése. A GIN kisülési kör és a kisülési kör kiszámítása aperiodikusra. A GIN áramának és feszültségének mérése. Tervezés.

tanfolyami munka, hozzáadva 2011.04.19


Feszültségimpulzus generátor áramkör kiválasztása és általános tervezési elrendezés. A generátor kisülési áramkörének, kisülési, elülső és lengéscsillapító ellenállásainak, impulzusvizsgáló berendezés kapcsolóinak számítása. Vezérlési séma kidolgozása a telepítéshez.

tanfolyami munka, hozzáadva 2012.11.29


Az elektro-optikai konverterek fogalma és gyakorlati felhasználási területei, mint olyan eszközök, amelyek az elektronikus jeleket optikai sugárzássá vagy emberi érzékelés által hozzáférhető képpé alakítják. Felépítés, célok és célkitűzések, működési elv.