20464 (651783), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Створення лазерів відкрило нові перспективи у техніці локації.
2. Здатність поширюватися прямолінійно. Використання вузькоспрямованого лазерного променя, яким проводитися перегляд простору, дозволяє визначити напрямок на об'єкт (пеленг цілі).
Цей напрямок знаходять розміщенням осі оптичної системи, формує лазерне випромінювання (в радіолокації - у напрямку антени). Чим вже промінь, тим з більшою точністю може бути визначений пеленг. Визначимо коефіцієнт спрямованої дії і діаметр антени за такою простою формулою, G = 4п * S / 2 де G - коефіцієнт спрямованої дії, S площа антени, м2, / довжина хвилі випромінювання мкм.
Прості розрахунки показують - щоб отримати коефіцієнт спрямованості близько 1,5 при користуванні радіохвиль сантиметрового діапазону, потрібно мати антену діаметром близько 10 м. Таку антену важко поставити на танк, а тим більше на літальний апарат. Вона громіздка і нетранспортабельними. Потрібно використовувати більш короткі хвилі.
Кутовий розчин променя лазера, виготовленого з використанням твердотільного активної речовини, як відомо, становить лише 1,0 - 1,5 градуса і при цьому без додаткових оптичних фокусуючих систем (антен). Отже, габарити лазерного локатора можуть бути значно менше, ніж аналогічного радіолокатора. Використання ж незначних за габариту м оптичних систем дозволить звузити промінь лазера до декількох кутових хвилин, якщо в цьому виникне необхідність.
3. Здатність лазерного випромінювання поширюватися з постійної швидкістю дає можливість визначати дальність до об'єкта. Так, при імпульсному методі дальнометрирования використовується наступне співвідношення: L = ct і 2 де L відстань до об'єкта, км, С - швидкість поширення випромінювання км / с, t і час проходження імпульсу до цілі і назад, с.
Розгляд цього співвідношення показує, що потенційна точність виміру дальності визначається точністю вимірювання часу проходження імпульсу енергії до об'єкта і назад. Абсолютно ясно, що чим, коротше імпульс, тим краще (за наявності хорошої смуги пропускання, як кажуть радисти). Але нам вже відомо, що самої фізикою лазерного випромінювання закладена можливість отримання імпульсів з тривалістю 10-7 - 10-8 с. А це забезпечує гарні дані лазерному локатору.
Якими ж параметрами прийнято характеризувати локатор? Які його паспортні дані? Розглянемо деякі з них, див. рис.
Перш за все зона дії. Під нею розуміють область простору, в якій ведеться спостереження. Її межі обумовлені максимальної і мінімальної дальності дії і межами огляду по куту місця і азимуту. Ці розміри визначаються призначенням військового лазерного локатора.
Іншим параметром локатора є час огляду. Під ним розуміється час, протягом якого лазерний промінь призводить одноразовий огляд заданого обсягу простору.
Наступним параметром локатора є зумовлені координати. вони залежать від призначення локатора. Якщо він призначений для визначення місцезнаходження наземних і надводних об'єктів, то досить вимірювати дві координати: дальність та азимут. При спостереженні за повітряними об'єктами потрібні три координати. Ці координати слід визначати із заданою точністю, яка залежить від систематичних і випадкових помилок. Їх розгляд виходить за рамки цієї книги. Однак будемо користуватися таким поняттям, як роздільна здатність. Під роздільною здатністю розуміється можливість роздільного визначення координат близько розташованих цілей. Кожній координаті відповідає своя роздільна здатність. Крім того, використовується така характеристика, як перешкодозахищеність. Це здатність лазерного локатора працювати в умовах природних (Сонце, Місяць) і штучних перешкод.
І дуже важливою характеристикою локатора є надійність. Це властивість локатора зберігати свої характеристики і встановлених межах в заданих умовах експлуатації.
Схема лазерного локатора, призначеного для вимірювання чотирьох основних параметрів об'єкта (дальності, азимута, кута місця і швидкості) див. рис. на стор 17. Добре видно, що конструктивно такий локатор складається з трьох блоків: передавального, приймального і індикаторного. Основне призначення передавального локатора генерування лазерного випромінювання, формування його в просторі, в часі і напрямку в район об'єкта. Передавальний блок складається з лазера з джерелом порушення, модулятора добротності, скануючого пристрою, що забезпечує посилку енергії в заданій зоні по заданому закону сканування, а також передавальної оптичної системи.
Основне призначення приймального блоку - прийом випромінювання відбитого об'єктом, перетворення його в електричний сигнал і обробка для виділення інформації про об'єкт. Воно складається з приймальні оптичної системи, інтерференційного фільтра, приймача випромінювання, а також блоків вимірювання дальності, швидкості та кутових координат.
Індикаторний блок служить для вказівки в цифровій формі інформації про параметри мети.
У залежності від того, для якої мети служить локатор, розрізняють: далекоміри, вимірювачі швидкості (доплерівські локатори), власне локатори (дальність, азимут, і кут місця).
2.2 Наземні лазерні далекоміри
Лазерна дальнометрія є однією з перших областей практичного застосування лазерів у закордонній військовій техніці. Перші досліди відносяться до 1961 року, а зараз лазерні далекоміри використовуються і в наземній військовій техніці (артилерійські, такі), і в авіації (далекоміри, висотоміри, цілевказівники), і на флоті. Ця техніка пройшла бойові випробування у В'єтнамі і на Близькому Сході. В даний час ряд далекомірів прийнятий на озброєння в багатьох арміях світу.
Завдання визначення відстані між далекоміром і метою зводиться до вимірювання відповідного інтервалу часу між зондирующим сигналом і сигналом, відбиття від мети. Розрізняють три методи вимірювання дальності в залежності від того, який характер модуляції лазерного випромінювання використовується в далекоміри: імпульсний, фазовий чи фазово-імпульсний. Зовнішній вигляд імпульсного віддалеміра зображений на малюнку.
Сутність імпульсного методу дальнометрирования полягає в тому, що до об'єкта надсилається зондуюче імпульс, він же запускає тимчасової лічильник в далекоміра. Коли відбитий об'єктом імпульс приходить до далекоміру, то він зупиняє роботу лічильника. За часового інтервалу автоматично висвічується перед оператором відстань до об'єкта. Використовуючи раніше розглянуту формулу, оцінимо точність такого методу дальнометрирования, якщо відомо, що точність вимірювання інтервалу часу між зондирующим і відбитим сигналами відповідає 10 в -9 с. Оскільки можна вважати, що швидкість світла дорівнює 3 * 10в10 см / с, отримаємо похибка у зміні відстані близько 30 см. Фахівці вважають, що для вирішення ряду практичних завдань цього цілком достатньо.
При фазовому методі дальнометрирования лазерне випромінювання модулюється за синусоїдальним законом. При цьому інтенсивність випромінювання змінюється в значних межах. У залежності від дальності до об'єкта змінюється фаза сигналу, що впав на об'єкт. Відбитий від об'єкта сигнал прийде на приймальний пристрій також з певною фазою, що залежить від відстані. Це добре показано в розділі геодезичних далекомірів. Оцінимо похибку фазового далекоміра, придатного працювати в польових умовах. Фахівці стверджують, що оператору (не дуже кваліфікованого солдату) не складно визначити фазу з помилкою не більше одного градуса. Якщо ж частота модуляції лазерного випромінювання становить 10 МГц, то тоді похибка вимірювання відстані складе близько 5 см.
Перший лазерний далекомір ХМ-23 пройшов випробування, і був прийнятий на озброєння армій. Він розрахований на використання в передових спостережних пунктах сухопутних військ. Джерелом випромінювання в ньому є лазер на рубіні з вихідною потужністю 2.5 Вт і тривалістю імпульсу 30 нс. У конструкції далекоміра широко використовуються інтегральні схеми. Випромінювач, приймач і оптичні елементи змонтовані в моноблоці, який має шкали точного звіту азимута і кута місця мети. Харчування далекоміра виробляється то батареї нікелево-кадмієвих акумуляторів напругою 24 в, що забезпечує 100 вимірювань дальності без підзарядки. В іншому артилерійської далекоміри, також було узято на озброєння армій, є пристрій для одночасного визначення дальності до чотирьох цілей., Що лежать на одній прямій, шляхом послідовного стробування дистанцій 200,600,1000,2000 і 3000 м.
Цікавий шведський лазерний далекомір. Він призначений для використання в системах керування вогнем бортової корабельної та берегової артилерії. Конструкція далекоміра відрізняється особливою міцністю, що дозволяє застосовувати його в складених умовах. Далекомір можна сполучати при необхідності з підсилювачем зображення або телевізійним візиром. Режим роботи далекоміра передбачає або вимірювання через кожні 2 с. протягом 20 с. і з паузою між серією вимірювань протягом 20 с. або через кожні 4 с. протягом тривалого часу. Цифрові індикатори дальності працюють таким чином, що коли один з індикаторів видає останню виміряну дальність, і в пам'яті іншого зберігаються чотири попередні вимірювання дистанції.
Дуже вдалим лазерним далекоміром є LP-4. Він має в якості модулятора добротності оптико-механічний затвор. Приймальна частина далекоміра є одночасно візиром оператора. Діаметр вхідний оптичної системи складає 70 мм. Приймачем служить портативний фотодіод, чутливість якого має максимальне значення на хвилі 1,06 мкм. Лічильник оснащений схемою стробування по дальності, що діє з установки оператора від 200 до 3000 м. У схемі оптичного візира перед окуляром поміщений захисний фільтр для запобігання очі оператора від впливу свого лазера при прийомі відбитого імпульсу. Випромінювач в приймач змонтовані в одному корпусі. Кут місця мети визначається в межах 25 градусів. Акумулятор забезпечує 150 вимірювань дальності без підзарядки, його маса всього 1 кг. Далекомір пройшов випробування і був закуплений в низці країн таких як - Канада, Швеція, Данія, Італія, Австралія. Крім того, міністерство оборони Великобританії уклало контракт на поставку англійської армії модифікованого далекоміра LP-4 масою у 4.4. кг.
Портативні лазерні далекоміри розроблені для піхотних підрозділів і передових артилерійської спостерігачів. Один з таких далекомірів виконаний у вигляді бінокля. Джерело випромінювання та приймач змонтовані в загальному корпусі, з Монокулярний оптичним візиром шестиразового збільшення, в поле зору якого є світлове табло з світлодіодів, добре помітних як уночі, так і вдень. У лазері в якості джерела випромінювання використовується аллюминиевой-иттриевой гранат, з модулятором добротності на ніобіті літію. Це забезпечує пікову потужність в 1,5 Мвт. У приймальні частини використовується здвоєний лавинний фотодетектор з широкосмуговим малошумливим підсилювачем, що дозволяє детектувати короткі імпульси з малою потужністю, що становить всього 10 в -9 Вт Помилкові сигнали, відбиті від сусідніх предметів, що знаходяться в стовбурі з метою, виключається з допомогою схеми стробування по дальності. Джерелом живлення є малогабаритна акумуляторна батарея, що забезпечує 250 вимірів без підзарядки. Електронні блоки далекоміра виконані на інтегральних та гібридних схемах, що дозволило довести масу далекоміра разом з джерелом живлення до 2 кг.
Установка лазерних далекомірів на танки відразу зацікавила зарубіжних розробників військового озброєння. Це пояснюється тим, що на танку можна ввести далекомір в систему управління вогнем танка, ніж підвищити його бойові якості. Для цього був розроблений далекомір AN/VVS-1 для танка М60А. Він не відрізнявся за схемою від лазерного артилерійського далекоміра на рубіні, однак, крім видачі даних про дальності на цифрове табло в лічильно-вирішальне пристрій системи керування вогнем танка. При цьому вимір дальності може проводиться як навідником гармати так і командиром танка. Режим роботи далекоміра - 15 вимірювань в хвилину протягом однієї години. Зарубіжна друк повідомляє, що більш досконалий далекомір, розроблений пізніше, має межі виміру дальності від 200 до 4700 м. з точністю 10 м, і лічильно-вирішальне пристрій, пов'язане з системою управління вогнем танка, де спільно з іншими даними обробляється ще 9 видів даних про боєприпаси. Це, на думку розробників, дає можливість вражати ціль з першого пострілу. Система керування вогнем танкової гармати має в якості далекоміра аналог, розглянутий раніше, але в неї входять ще сім чуттєвих датчиків і оптичний приціл. Назва установки "Кобельда". У пресі повідомляється що вона забезпечує високу ймовірність ураження цілі і незважаючи на складність цієї установки перемикач механізму балістики в положення, відповідне обраному типу пострілу, а потім натиснути кнопку лазерного далекоміра. При веденні вогню по рухомій цілі навідник додатково опускає блокувальний перемикач управління вогнем для того, щоб сигнал від датчика швидкості повороту башти при стеженні за метою надходив за тахометром в обчислювальний пристрій, допомагаючи виробляти сигнал установи. Лазерний далекомір, що входить в систему "Кобельда", дозволяє вимірювати дальність одночасно до двох цілей, розташованих у створі. Система відрізняється швидкодією, що дозволяє зробити постріл в найкоротший час.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
