Справочник по радиолокации (ред. Сколник М. И.) т. 4 - 1978 г. (1151803), страница 75
Текст из файла (страница 75)
Лазерное излучение может проникнуть через неноторые среды, такие кзк плотная плазма и морская вода, непроницаемые для излучения СВЧ; эти свойства позволяют найти дополнительные области применения оптических локаторов. С другой стороны, тучи и туман непроницаемы для лазерного излучения и даже в нормальной ясной атмосфере на большинстве ллин волн оно испытывает значительное ослабление.
Характеристики. Характеристики оптического локатора можно определить, пользуясь формулами, аналогичными классическим формулам ралиолокации, которые применяются в области СВЧ, Для случая дальнего поля, когда ширине луча локатора больше цели, требуемая для обнаружения цели мощность (ватты) передатчика определяется выражением Ги 9. Оптические локаторы где  — удвоенная полоса по видеочастоте, Гц, подставленная вместо 1/г и с!Х вЂ” вместо частоты ч, причем с — скорость света,м/с, а Х вЂ” длина волны, м. Из формулы (10) легко можно установить возможности и ограничения, присущие оптическим локаторам и произвести непосредственное сравнение оптических и СВЧ систем. Во-первых, если з (10) подставить ОВямХ'/А, и считать, что для приемника и передатчика апертуры остаются постоянными, получим Р~ "ь.
Например, для сопровождения цели РЛС, работающей на волне в 1 см потребуется в 1О' раз большая мощность, чем оптической системе с длиной волны 1 мкм (!О ' см], если ЭПР цели и другие коэффициенты не зависят от длины волны. При условии постоянства апертуры ширина луча антенны на длине'волны 1 мкм будет а !04 раз меньше, чем на 1 см, или угловое разрешение в пространстве будет лучше в 10' раз на более короткой волне. Уменьше. ние ширины луча приводит к увеличению трудностей поиска цели и обнаружения отраженного сигнала, если оптическая система не снабжена визуальной или радиолокационной системой наведения.
Таким образом, хотя для лазерной системы требуется много меньшая мощность передатчика, время поиска цели оптической системой легко может стать недопустимо болушим, так квк время сканирования заданного сектора пространства пропорционально 1/Х', если частота повторения импульсов сохраняется неизменной, и желательно иметь хотя бы один импульс в телесном угле, равном ширине луча. Лальнейшие ограничения при поиске, если не ограничивается размер апертуры, но если наложено ограничение на время поиска в заданном секторе, очевидны. В этом случае Р, - 1/Х, если используетсн многолучевая или распределенная приемные системы. Коэффициент качества поискового оптического локатора выражается э виде произведения мощность-апертура, точно тзк же, как и для РЛС.
Из формулы (10) следует В01 Рг Аз=сопя! —, если и, 3, и Эг считаются независимыми от длины волны, Средняя требуемая мощность определяется выражением Рат = Рг тгг (12) где т — длительность импульса; г,— частота повторения импульсов. Если требуется осуществить поиск в пространственном угле ()т, время, необходимое для обзора этого сектора, равно аг (13) Ог !г' если предполагается наличие одного импульса в элементе, определяющем угловое разрешение.
Теперь, если подставить (!2) и (!3) в (1!), то получим ~~г Рат Ае й= сопя! — ° Это выражение для обнаружения на квантовом пороге аналогично соответст- вующему соотношению для РЛС: Р, А, — = сопя! —, Т ! где Т, — эффективная температура шума приемника. Таким образом, даже для РЛС, основной функцией которой является поиск цели, выгодно иметь как можно более длинную волну, так как стоимость антенны с заданными разме- 294 9.1 Принципы работы рами для более длинных волн оказывается ниже из-за менее жестких требований к точности соблюдения заданной поверхности при изготовлении антенны.
Использование в оптическом диапазоне возможно более длинных волн оказывается еще более выгодным, так как шумы приемника также обратно пропорциональны длине волны. Иэ предыдущего рассмотрения очевидно, что оптические локаторы работают в невыгодных условиях по сравнению с РЛС в режиме поиска. К счастью, во многих приложениях оптических локаторов поиск имеет небольшое значение. Во многих случаях поиск может осуществляться с помощью вспомогательных средств, таких как РЛС, пассивные оптические или инфракрасные обнаружители. Классическим и эффективным примером оптической вспомогательной системы для поиска является простой оптический локационный дальномер, в котором наблюдатель визуально наводит систему на цель, прежде чем производится включение лазера.
В некоторых случаях применения оптических локаторов размеры цели много больше, чем ширина лазерного луча. Если поверхность представляет собой диффузный (Ламбертов) отражатель, то отраженная мощность Рг Яг 5г гА, соз р Рг= п)зз (16) где г — отражательная способность поверхности; ф — угол между нормалью н поверхности и направлением распространения. По закону Ламберта яркость бесконечной диффузно-отражающей поверхности (выраженная в ваттах на квадратный метр-стерадиан) есть постоянная функция угла, под которым наблюдается цель. Чтобы уловлетворить этому соотношению, интенсивность 1Вт)ср) должна уменьшаться как соыр и, таким образом, полный телесный угол, в котором сосредоточено излучение, равен и, а не 4п.
Тогда ламбертов отражатель имеет усиление 4гсозф, а, тан как ЭПР п=0А., где 0 — усиление и А,— эффективная площадь отражающего объекта, непосредственное сравнение формул (16) и (9) дает о=4г)1тйз сох ф. Для зеркального отражателя, размеры которого больше ширины луча при нормальном падении (гр=б), отраженная мощность определяется формулой г 81 8г гАе 4Из Огз (1?) (18) о = 4пг)1ст, где с — скорость света, т — длительность импульса. В результате 295 Большинство протяженных поверхностей, встречающихся при оптической лока. ции, являются не чисто ламбертовыын и не чисто зеркальными отражателямн.
Если говорить радиолокационным языном, усиление редко бывает равным 4. Например, бетонная взлетно-посадочная полоса имеет характеристики, близкие к ламбертовой отражающей поверхности, а даже неспокойная поверхность волы при падении, близком к нормальному, создает усиление много больше 4. При работе оптических локаторов, имеющих очень узкий луч, с протяженными целями отраженный сигнал определяется в большей степени шириной луча, чем временем нахождения луча на цели. Однако лазерные импульсы могут быть очень короткими (субнаносеиунды) и ограничения, свнзанные с временем нахождения луча на цели, иногда могут представлять интерес. В таких случаях ЭПР при нормальном падении и диффузном отражении определяется выражением Гл.
У. Оптические локаторы Р! о! Ьг Ае гст Р )7з Ог' (19) Измерение параметров целей. Измерение координат дальности, углов и скорости цели выполняется оптическим локатором аналогично тому, как это делается в РЛС. Так как оптические локаторы чаще всего работают в импульсном режиме, обычный метод измерения дальности состоит в использовании счетчика для определения времени запаздывания лазерного импульса, отраженного от цели Если применяется лазер в режиме непрерывного или близкого к непрерывному излучениям, могут быть также использованы схемы с модуляцией, основанные на измерении запаздывания фазы на боковой частоте.
Измерение углов или сопровождение целей может осуществляться методом расщепленного луча или моноимпульсным методом. Скорость цели измеряется несколькими методами, простейший из которых состоит в измерении изменения дальности за единицу времени. Более быстрый и точный метод состоит в измерении доплеровского сдвига частоты в отраженном сигнале. Для измерения доплеровского сдвига необходимо использовать гетеродинный или когерентный метод приема оптического сигнала.
Точность измеренной доплеровской частоты сильно зависит от времени когерентности лазерного передатчика (ширины его спектральной линии) и стабильности мест. ного гетеродина, в качестве которого обычно используется часть выходной мощности лазерного передатчика, преобразованная по частоте. Измерение доплеровской частоты в оптической области представляет весьма сложную проблему, так как требуется создание очень широкополосных цепей (с большими полосами пропускания по промежуточной частоте). Покажем это на примере. Доплеровская частота определяется выражением (20) Р.2. Лазерные передатчики и модуляторы Принципы работы лазеров.
В основе работы лазера лежит явление вынужденного (индуцированного) испускания — явление, описанное Эйнштейном в 1917 г. Мощность излучения, испускаемого единицей объема, заполненного атомамн, при переходе их с верхнего энергетического уровня Ез на нижний уровень Е! описывается, согласно Эйнштейну, соотношением: 290 где )гя — радиальная скорость цели поотиошению клокатору. Для Х 10 ам в 'г'л О,! м/с, та=200 кГц, а прн Ул=б км/с, тл 5 ГГц, Последний результат показывает, что для спутников или спускающихся космических аппаратов диапазон частот, представляющих интерес, может легко перекрывать большую часть диапазона СВЧ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
