lazernaya_tekhnika_uchebnik (863459), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Увеличение Θпер приводитк дополнительным потерям и расходам энергии. Требуемую точностьпрактически невозможно обеспечить, так как существуют ошибки наведения, которые включают следующие основные составляющие.1. Ошибки опорной системы координат передатчика, вследствиечего невозможно точно определить требуемое направление на объект.Точность наведения определяется точностью установки координатнойсистемы. Обычно она ориентируется относительно звезд или небесныхтел. Так как передатчик двигается относительно них, то требуется коррекция или компенсация этого движения, а закон движения известеннеточно.2.
Погрешность работы механизмов наведения, т.е. аппаратурнаяпогрешность. Так как антенныЛучинаводятся с помощью приводов,передатуправляемых дистанционно с почикаθпермощью чувствительных элементов, то существует много приПриемная станциячин возникновения аппаратурнойошибки.Рис. 4.9. Задача наведения833. Невозможно точно скомпенсировать движение передатчика относительно приемника, например, учесть снижение спутника или неравномерность вращения Земли. Прогнозирование этих движений с помощью динамических уравнений приводит к необходимости вычислятькоэффициенты этих уравнений, что сопровождается ошибками.
Измерение текущих координат объектов также сопровождается ошибками.4. Влияние атмосферы Земли: ослабление, рассеяние, турбулентность, рефракция (углы отклонения луча, идущего с Земли в космос,доходят до 10ʺ).5. При большой скорости движения передатчика относительноприемника (например, спутника относительно Земли) и при большихрасстояниях между ними появляется ошибка вычисления угла упреждения (рис. 4.10). Если спутник передает сигнал, находясь в точке 1, топри необходимости передать сигнал на спутник с учетом его движения,необходимо направлять луч в точку 2, но так как за время распространения сигнала спутник перемещается, то надо направить луч в упрежденную точку 3, где спутник будет находиться в момент приема сигнала.Ввиду отмеченных ошибок, наведение осуществляется либо с помощью расширения луча, либо за счет сканирования.
Для этого на станциях устанавливаются мощные лазеры-маяки и уголковые отражатели.После получения отраженного сигнала с помощью механизмов точногосканирования совмещаются оптические оси передатчика (приемника)и маяка.Обнаружение заключается в том, чтобы луч от передатчика приходил примерно по оси приемной станции, т.е.
приемная станция должнарасполагаться таким образом, что132бы угол рассогласования не превышал некоторого значения Θразр.Так как обычно угол неопределенности ΘН больше угла разрешенияΘразр, то необходимо сканирование,чтобы направить оптическую осьθупприемной станции соответствующим образом (рис. 4.11).Для определения направленияприхода луча используют четыреметода.Рис. 4.10. Задача упреждения84θперθпрθн12«Приемник»«Передатчик»Рис. 4.11. Задача обнаружения1. Антенное сканирование, которое осуществляется сканированиемантенны (зеркала), а система имеет фиксированное поле (рис. 4.12).2.
Сканирование в плоскости фотоприемника за счет его движенияпри неподвижной антенне. Этот способ не требует громоздких механизмов подвижки.3. Использование решетки (матрицы) фотоприемников. Параллельный анализ выходных сигналов отдельных приемников позволяетпутем сравнения найти место прихода луча без сканирования, так какобщая площадь решетки перекрывает телесный угол неопределенности. Каждый приемник работаетнезависимо, и его сигнал долженθнбыть пронумерован. Достигаемоеразрешение при этом может окаθнзаться больше, чем нужно.4. Использование решетки,разделенной на сектора.
Сигналыс секторов анализируются параллельно, затем сектор, в которомпроизошло обнаружение, сноваразбивается на сектора и так дополучения нужного разрешения(метод последовательного обнаружения). После каждого «шага»Приемникполе приемника перестраивается всоответствии с площадью сектора. Рис.
4.12. Антенное сканирование85Пространственное сопровождение заключается в том, чтобы поддерживать луч передатчика на площади чувствительной площадкиприемника, подстраиваясь под возмущающие движения передатчикаи приемника. Для выполнения этой задачи используются оптическиедатчики, сигналы с которых пропорциональны смещению луча в двухплоскостях (по азимуту и углу места) и используются для разворота антенны с помощью сервоприводов. На рис.4.13. показана схема устройства системы связи.Назначение основных элементов заключается в следующем.
Оптический датчик используется для согласования оптических осей каналовлазера-передатчика и лазера-маяка. Это осуществляется с помощьюуголковых отражателей при открытых затворах. При совпадении осейсигнал с ОД равен нулю. Во время работы системы затворы закрыты, асигнал с ОД, пропорциональный угловому смещению объекта, испольЭССУОТУОЗДСДЗДСДКФДСДОДСЗЭСОСОСММЛазер.передат.Лазер.маякРис. 4.13. Схема устройства системы связи:ПГСЗ – сканирующее зеркало; Т – телескопическая система (телескоп); ЭС – элементслежения; ДСД – дихроичные светоделители; К – оптические клинья; М – модулятор;ОС – оптическая система; УО – уголковый отражатель; Ф – светофильтр;ПГ – приемник гетеродинный; ОД – оптический датчик; ЭСС – электронная системаслежения; 3 – оптический затвор86зуется в электронной системе для управления элементом слежения, спомощью которого сигнал с ОД приводится к нулю. Дихроичные светоделители (ДСД) предназначены для разделения длин волн излучениялазера-передатчика и лазера-маяка приемной и передающей станций.Сущность их работы заключается, что одни длины волн ими отражаются, другие пропускаются в зависимости от места установки ДСД.Телескоп необходим для сбора и передачи энергии.
Чаще всего главноезеркало (или линза) имеет диаметр 150–250 мм. Для линзовой системыхарактерно отсутствие затенения, использование в качестве защитногоокна; для зеркальной – отсутствие хроматической аберрации, меньшийвес и габариты. Погрешность изготовления для обеспечения дифракционного предела может достигать λ/25. Чем больше увеличение телескопа, тем больше размер главного зеркала (меньше размер элементов зателескопом), больше требования к качеству изготовления оптическихэлементов, но меньше чувствительность к угловому смещению, так каконо уменьшается после телескопа. Сканирующее зеркало предназначено для поиска (обнаружения), наведения; элемент слежения – для ориентации и слежения (сопровождения) маяка; фильтр – для подавленияфона (полоса пропускания до 0,1–1 нм).
Клинья требуются для компенсации относительной скорости перемещения передатчика и приемникаи введения упреждения. В качестве источников излучения используются лазеры: газовые – Ar и CO2 (можно накачивать излучением Солнца),твердотельные – Nd (с удвоением частоты).4.5. Лазерные эталоны длины и времениТочные измерения различных величин являются предметом изучения метрологии. Любой процесс измерения сводится к сравнению измеряемой величины с образцовыми мерами, лучшая из которых принимается за эталон.
Долгое время эталоном длины являлся платиново-иридиевый стержень, составляющий одну сорокамиллионную часть земного меридиана, проходящего через Париж. Однако развитие техникии все более возрастающая точность проводимых измерений привели кнеобходимости изменения эталона единицы длины.
В настоящее времяв качестве эталона длины принята длина волны оптической спектральной линии 2p10 – 5d5 атомов изотопа криптона Kr86 (λ = 605,7802105 нм).Международный метр содержит 1650763,73λ этого перехода с точностью воспроизведения, равной 3·10‒9.87Эталоном времени на первых этапах развития метрологии являлосьсуточное вращение Земли, определяемое с помощью астрономическихнаблюдений. Создание маятниковых, а затем кварцевых часов со временем показало, что суточное вращение – весьма несовершенный эталонвремени.
В середине XX в. точность современных часов превзошла точность любых астрономических наблюдений времени и была необходима разработка более современного эталона времени. Учитывая то, чтопериод колебательного процесса и частота колебания связаны жесткойзависимостью Tν = l, создание эталона времени аналогично созданиюэталона частоты и наоборот. В макросистемах, включая и кварцевыечасы, существенную роль в долговременной стабильности частоты колебаний играет эффект старения, приводящий в результате накоплениянезаметных необратимых превращений к изменениям величины периода колебания и частоты, влияющим на точность эталона. Эффект старения отсутствует в микросистемах, где преобразование энергии происходит на энергетических уровнях, определяемых внутренней энергиейатома или молекулы данного вещества.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
