Казаринов Ю.М. Радиотехнические системы. Под ред. Ю.М.Казаринова (2008) (1151786), страница 72
Текст из файла (страница 72)
Следствием этого является более высокая, чем у РЛС СВЧ диапазона, угловая разрешающая способность и точность измерения угловых координат. Малое поле зрения (узкая ДН) приемных оптических антенн позволяет эффективно селектировать отражения от Земли и местных предметов при работе с объектами, имеющими малый угол места, повышает помехоустойчивость ОЛС по отношению к преднамеренным помехам. 375 Переход в оптический диапазон дает также возможность повысить точность измерения дальности до цели и ее радиальной скорости. При импульсном методе измерения это связано с возможностью излучения импульсов наносекундной длительности с пиковой мощностью в сотни и тысячи мегаватт.
При фазовом методе измерение ведется на поднесущих, имеющих частоты вплоть до СВЧ диапазона. Допплеровские методы измерения радиальной скорости в оптическом диапазоне характеризуются высокой чувствительностью. Так, при длине волны )ч, = ! мкм радиальной скорости г„= О, ! м/с соответствует допплеровское смешение частоты Г„= 2г„/)ч, = 200 кГц. Для реализации допплеровских методов требуется высокая стабильность излучения, которая может быть достигнута с помощью газовых лазеров. Высокое пространственное разрешение, свойственное оптическим сигналам, позволяет успешнее, чем в радиодиапазоне, распознавать наблюдаемые объекты и формировать изображение лоцируемого обьекта.
ОЛС присуши следующие особенности, которые нужно учитывать при выборе частотного диапазона проектируемой локационной системы. ). Характеристики ОЛС сильно зависят от свойств среды, в которой происходит распространение лазерного излучения. Например, при работе в приземном слое атмосферы (тропосфере) дальность действия и точность измерения координат определяются в основном метеоусловиями. 2. Вследствие узости ДН требуется большое время для поиска цели по угловым координатам. 3.
Существующие ограничения по частоте повторения импульсов, вызванные теплофизическими особенностями работы лазера, снижают темп обновления информации, получаемой от лоцируемого объекта. 4. Квантовый характер электромагнитного излучения уменьшает эффективность обнаружения сигнала и измерения его параметров не только вследствие внутренних и внешних шумов, но и вероятностного характера регистрации оптического излучения. Основными областями применения ОЛС являются: ° геодезия, картография, строительное и горное дело; ° траекторные измерения космических объектов в системах земля — космос и космических комплексах (сближение, стыковка); ° калибровка радиолокационных измерителей; ° получение метеоинформации; . управление оружием.
Часто ОЛС работают в комплексе с другими системами, что позволяет преодолеть ряд присущих им недостатков. Например, для наведения луча ОЛС на цель применяют оптические или теле- 376 визионные визиры, используют данные, полученные от РЛС и тепловых локаторов. Из рассмотренных в гл. 1 режимов работы локационных систем для ОЛС наиболее характерным является активный режим, при котором источник зондирующего сигнала и приемник отраженного излучения пространственно совмещены. Структурные схемы ОЛС.
Структурная схема ОЛС в общем виде представлена на рис. 9.1. В ее состав входят источник и приемник излучения, оптическая система, формирующая излучаемый в направлении цели световой пучок и собирающая отраженное объектом излучение, система обработки и наведения, осуществляющая оценивание координат цели и ее автоматическое сопровождение. Характеристики ОЛС во многом зависят от свойств среды, в которой происходит распространение излучения, отражающей способности объекта и уровня помех, которые, как и в радиодиапазоне, можно разделить на внешние и внутренние. На рис. 9.1 для обозначения оптических, электрических и механических связей использованы соответственно двойные, одинарные и пунктирные линии.
Рассмотрим подробнее элементы структурной схемы ОЛС. Источник излучения — лазерный передатчик — служит для создания зондирующего сигнала с требуемыми характеристиками, он работает в импульсном или непрерывном режимах. Остановимся на процессе формирования лазерного сигнала с требуемыми параметрами. Известно, что возможности локационной системы во многом определяются выбором закона модуляции излучаемого сигнала. Для лазерного излучения могут быть использованы два вида модуляции; внешняя и внутренняя.
Наибольшее распространение получила внешняя модуляция, обладающая по сравнению с внутренней значительно большими возможностями. Суть ее состоит в том, что при прохождении линей- Среда 1 ! Объект, Рис, 9.1. Структурная схема ОЛС 377 но поляризованного света через некоторые кристаллы под действием приложенного к ним напряжения изменяется направление вектора поляризации проходящего света. Если приложенное напряжение равно так называемому полуволновому, то поляризация на выходе кристалла окажется ортогональной входной, и если на выходе такого кристалла будет установлен поляризатор, согласованный с вектором поляризации исходной волны, то интенсивность излучения на выходе поляризатора будет равна нулю (свет не пройдет), а в случае снятия приложенного напряжения — первоначальной. Величина полуволновою напряжения зависит от типа кристалла и может изменяться от сотен вольт до десятков киловольт.
Быстродействие модулятора определяется электрическими параметрами цепей, формирующих управляющее напряжение. Для реализации Ч М более удобными оказываются акустооптические модуляторы, использующие эффект дифракции света на неоднородностях коэффициента преломления, формируемых за счет изменения давления в кристалле, создаваемого с помощью модулируюшего напряжения, преобразуемого в звуковую волну с помощью пьезовозбудителей.
Пьезовозбудители из ниобата лития способны работать на частотах в сотни мегагерц. Для формирования ДНА, обеспечивающей концентрацию излучаемой энергии в узком пучке, применяется оптическая система (рис. 9.2), состоящая из двух линз: окуляра 1 и объектива 2, фокальные плоскости которых совмещены.
Такая система, называемая коллимирующей, позволяет уменьшить расходимость исходного пучка в К раз: К=гтрк, гдето у~ — фокусные расстояния окуляра и объектива соответственно. Величина К называется коэффициентом усиления оптической антенны. Для наведения лазерного луча на цель и сканирования используют систему поворотных зеркал и призм или устройства, основанные на эффекте преломления луча в оптически неоднородной среде, в которой изменение показателя преломления создается управляющим напряжением. Часть отраженного от цели излучения вместе с внешними помехами попадает на входную апертуру оптического приемного устройства (ОПУ), состоящего из оптической приемной антен- Оптический передатчик 2 Рнс.
9.2. Структурная схема оптической системы: 1 — окуляр; 2 — объектив; Л и )2 — фокусные расстояния окуляра и объектива соот- ветственно 378 Рис. 9.3. Телескопическая система: 1 — объектив; 2 — диафрагма; 5 — окуляр; 4 — фильтр; 5 — линза; 6 — фотоприемник; Ов„— угол поля зрения приемника; Г; — фокусное расстояние объектива; 4,р — диаметр лиафрагмы приемника ны, светофильтра и фотоприемника, В ОПУ применяют линзовые, отражательные и смешанные антенные устройства.
Среди линзовых антенн наиболее распространенной является телескопическая система, изображенная на рис. 9.3. Принимаемый световой пучок поступает на объектив 1, в фокусе которого располагается диафрагма 2, вместе с объективом определяющая угол поля зрения приемника: 9п„= 2агста4„/(2у;), где гавр — диаметр диафрагмы; У; — фокусное расстояние объектива.
С помощью окуляра 3 формируется параллельный пучок, который пропускается через оптический фильтр 4. Линза 5фокусирует отфильтрованный сигнал на светочувствительной поверхности фотоприемника б. Антенное устройство смешанного типа представлено на рис. 9.4. Приходящее излучение попадает на зеркало 2, переотражается на зеркало ! и после прохождения диафрагмы 3 преобразуется с помощью окуляра 4, оптического фильтра 5, фокусируюшей линзы б и поступает на фотоприемник 7. Смешанная система позволяет получить компактную и дешевую конструкцию с малым коэффициентом оптических потерь.
Фотоприемник, преобразующий оптический сигнал в электрический, может быть выполнен на основе прямого фотодетектирования (энергетический прием) или с помощью оптического гетеродинирования. Приемники с прямым фотодетектированием получили широкое распространение в видимой и ближней инфракрасной областях спектра. В таких приемниках излучение с выхода оптического фильтра поступает на светочувствительный элемент, преобразующий световой поток в электрический сигнал, представляющий собой сумму одноэлектронных импульсов, появляющихся в результате преобразования фотон — электрон. 379 4 5 б 7 Рис. 9.4. Антенное устройство смешанного типа: 1, 2 — зеркала; 3 — диафрагма; 4 — окуляр; 5 — оптический Фильтр; б — Фоку- сирукзизая линза; 7 — фотоприемник При гетеродинном приеме (рис.
9.5) на светочувствительный элемент 4 подается аддитивная смесь принятого световою потока 1 и излучения от оптического гетеродина 3, формируемая с помощью полупрозрачного зеркала 2. На выходе светочувствительного элемента с помощью фильтра 5 выделяется сигнал промежуточной частоты. Дальнейшая обработка ведется уже в радиодиапазоне. Фотогетеродинный метод позволяет получить высокую чувствительность, обеспечивает эффективную частотную и пространственную селекции сигнала за счет использования узкополосных фильтров радиодиапазона и учета зависимости уровня сигнала на промежуточной частоте от взаимного положения волновых фронтов приходящего и опорного излучений.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
