Обнаружение целей с помощью лазерной локации. Описание обобщенной и структурной схем лазерного локатора. Основные геометрические схемы лазерной локации - бистатическая и моностатическая. Объекты локации и характер отражения от них, оптические помехи.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Содержание

• Введение
• 1. Обобщенная и структурная схемы лазерного локатора
• 1.1 Обобщенная схема лазерной локации
• 1.2 Геометрические схемы лазерной локации
• 1.3 Объекты локации
• 1.4 Оптические помехи
• 1.5 Структурная схема лазерного локатора
• Заключение
• Литература

Введение

Тема контрольной работы "Обобщенная и структурная схемы лазерного локатора" по дисциплине "Оптотехника".

Вторая половина XX в. ознаменовалась появлением и бурным развитием ряда новых отраслей науки и техники, среди которых одно из первых мест по праву занимает лазерная (оптическая) локация.

Как самостоятельная область лазерная локация появилась только после разработки оптических квантовых генераторов. Рубин явился первым веществом, в котором в 1960 г. была осуществлена генерация лазерного излучения с длиной волны 0,69 мкм. Лазер на рубине и по сей день находит применение в лазерной локации. В 1961 г. была впервые показана возможность генерации лазерного излучения ионами неодима на длине волны 1,06 мкм. В настоящее время лазеры этого типа широко используются в лазерных локационных системах различного назначения. В 1964 г. был создан лазер на СО₂, работающий на длине волны 10,6 мкм. Высокие выходные мощности излучения, способность работать в непрерывном и импульсном режимах, а также высокая прозрачность атмосферы в этой области спектра делают лазер на СО₂ и сейчас весьма перспективным для решения задач локации.

За короткий промежуток времени с момента появления первого лазера было создано большое количество мощных источников когерентного света. Одновременно велись широкие исследования по разработке методов модуляции и демодуляции лазерного излучения.

Превосходные характеристики даже первых лазеров на рубине (мощное излучение и коллимированность светового пучка) и развитие методов модуляции добротности позволили генерировать очень короткие лазерные импульсы и проводить пространственно разрешенные измерения подобно радарам: интервал между временем посылки лазерного импульса и временем прихода отраженного сигнала на приемник можно непосредственно связать (через скорость света) с расстоянием от лазерного передатчика до объекта, от которого произошло отражение.

К началу 80-х годов XX в. лазерная локация сформировалась в самостоятельное научно-техническое направление. Значительные достижения квантовой электроники позволили не только создать уникальные по своим характеристикам лазерные локационные системы, но и эффективно их использовать в различных областях техники.

С помощью лазерных локаторов осуществляют наблюдение за летательными аппаратами (самолетами, ракетами, искусственными спутниками Земли), исследуют состояние земной атмосферы, проводят локацию Луны. Лазерные локаторы используются для дальнометрии, при посадке самолетов, стыковке космических аппаратов, в военной области и т.п.

Лазерной (оптической) локацией называют обнаружение и определение местоположения различных объектов (их дальности и угловых координат) с помощью лазерного излучения, т.е. когерентного электромагнитного излучения оптического диапазона волн. Технические средства, предназначенные для лазерной локации, называют лазерными локационными системами или станциями (ЛЛС) либо лазерными (оптическими) локаторами.

При лазерной локации информация об объекте локации, извлекаемая ЛЛС, переносится лазерными локационными сигналами, т.е. принимаемыми электромагнитными волнами (излучениями) оптического диапазона, параметры которых определенным образом связаны с координатами и характеристиками объектов локации.

Обнаружение целей с помощью лазерной локации состоит в фиксации поступающих на вход приемного устройства ЛЛС лазерных локационных сигналов и является первым этапом первичной обработки информации в ЛЛС. Как известно, этот этап состоит из двух операций: выделение сигнала на фоне помех и принятие решения о наличии или отсутствии сигнала от объекта локации на входе приемника локатора с некоторыми вероятностями правильного и ложного обнаружений. При этом используются различия спектральных и статистических характеристик лазерного локационного сигнала и помехи (шума).

Цель работы - ознакомится и привести описание обобщенной и структурной схем лазерного локатора.

1. Обобщенная и структурная схемы лазерного локатора

Обобщенная схема лазерной локационной системы (ЛЛС) включает в себя источник лазерного излучения и приемник (расположенные в общем случае в разных точках пространства), объект локации (наблюдения), среду распространения и источники помех.

1.1 Обобщенная схема лазерной локации

Обобщенная схема ЛЛС показана на рис.1. В соответствии с этой схемой лазерное излучение источника проходит через среду распространения излучения (слой земной атмосферы), ослабляется в ней (в основном вследствие поглощения атмосферными газами и рассеяния на частицах аэрозоля) и попадает на объект локации. Часть лазерного излучения отражается объектом локации в обратном направлении (в сторону приемника излучения лазерного локатора).

Рис.1. Обобщенная схема ЛЛС

Отраженный сигнал улавливается приемной оптической антенной и с помощью приемной оптики собирается и направляется на приемник излучения (фотоприемник), который преобразует его в электрический сигнал, пропорциональный интенсивности принятого лазерного излучения. Далее этот сигнал подвергается усилению и соответствующей обработке в целях извлечения информации о дальности до объекта локации, его угловых координатах и т.п. При этом, чтобы извлечь необходимую информацию об объекте локации, необходимо использовать специальные методы измерения и алгоритмы обработки, так как значение лазерного сигнала, регистрируемого приемником лазерного локатора, сложным образом зависит от характеристик земной атмосферы на трассе распространения излучения, отражающих свойств объекта локации, параметров источника и приемника излучения и геометрической схемы локации.

В общем случае процесс обнаружения лазерного сигнала и измерения его параметров происходит на фоне разного рода оптических помех (обратного рассеяния, фоновых, флуктуационных) в условиях, когда полезный сигнал значительно ослаблен и искажен из-за влияния среды распространения излучения.

1.2 Геометрические схемы лазерной локации

В соответствии с расположением в лазерном локаторе источника и приемника излучения, существуют две основные геометрические схемы лазерной локации - бистатическая и моностатическая.

В бистатической схеме локации источник и приемник излучения разнесены на заметное расстояние либо конструктивно (например, в системах наведения и сопровождения), либо для того, чтобы добиться хорошего пространственного разрешения (например, при дистанционном лазерном зондировании).

При работе лазерного локатора по бистатической схеме лазерной локации поверхности (рис.2) источник И, расположенный в точке (х_и, у_к, z_K) земной системы координат xyz, облучает некоторый участок поверхности (земной, морской или искусственного объекта). Рассеянное поверхностью излучение регистрируется приемником П, расположенным в точке (x_n,y_n,z_n) земной системы координат.

Рис.2. Бистатическая схема лазерной локации:

И - источник;

П - приемник;

ЛП - лазерное пятно подсвета

На рис.3 показаны примеры использования бистатической схемы локации в военных целях для высокоточного наведения ракет, бомб и снарядов. На рис.3, а представлена полуактивная ЛЛС наведения, в которой лазерный подсвет объекта локации осуществляется с борта самолета. Летчик осуществляет поиск, опознавание, выбор объекта, прицеливание, перевод лазерной станции подсвета в режим излучения. Наведение лазерного луча и удержание его на объекте выполняется с помощью специального прицела (оптического, телевизионного, инфракрасного или радиолокационного). На рис.3, б показана аналогичная полуактивная ЛЛС наведения, в которой подсвет объекта осуществляется с наземного пункта.

В моностатической схеме локации источник и приемник излучения конструктивно устанавливаются в одном месте.

На рис.4 приведены примеры использования моностатической схемы локации. На рис.4, а показан бортовой самолетный лазерный локатор, предназначенный, например, для определения высоты самолета над морской поверхностью, измерения параметров морского волнения или контроля нефтяных загрязнений на морской поверхности; на рис.4, б - лазерный альтиметр, установленный на космическом аппарате, а на рис.4, в - наземный лазерный локатор, предназначенный для слежения за искусственными спутниками Земли (ИСЗ).

Моностатическая схема локации с совмещенными источником и приемником излучения используется также, например, в лазерных дальномерных системах и лазерных системах дистанционного зондирования атмосферы. При этом лазерный...