Обнаружение и измерение координат удаленных объектов метода-ми оптической локации в настоящее время производится с помощью оптических локационных лазерных систем (ОЛЛС). В результате ана-лиза параметров отраженного сигнала могут быть измерены координа-ты, угловые и линейные скорости, ориентация объекта в пространстве и т.п. Применение в оптических локационных системах (ОЛС) лазеров в качестве источников излучения значительно улучшает параметры ОЛС. Лазерное излучение является монохроматическим, когерентным, на-правленным, интенсивным и поляризованным. Благодаря этому в ОЛЛС можно формировать узкие диаграммы направленности при сравнитель-но небольших размерах передающих оптических систем, осуществлять эффективную пространственную и спектральную селекцию сигнала на фоне помех. В ряде случаев в ОЛЛС используется возможность с по-мощью лазеров генерировать очень короткие (10–8–10–12 с) и мощные импульсы излучения. Благодаря высокой частоте оптического сигнала имеется большой доплеровский сдвиг частоты, что позволяет измерять малые скорости перемещения объекта. Небольшая ширина диаграммы направленности дает возможность работать при малых углах места, так как практически устраняются отражения от земной поверхности и местных предметов. По сравнению с радиолокационными системами ОЛЛС обладают высокой точностью и разрешающей способностью при измерении дальности и угловых координат, большей помехозащи-щенностью и меньшими размерами.
Наряду с достоинствами ОЛЛС присущи и определенные недостатки: сильное ослабление оптического излучения в дожде, снеге и тумане; слож-ность наведения узкого луча на объект и получения больших полей обзора. Поэтому иногда целесообразно использовать ОЛЛС в комплексе с радио-локационными, телевизионными или радиометрическими системами.
|
|
Практическое использование ОЛЛС началось с создания лазерных дальномеров, которые появились в 1961 г., т.е. через год после изобрете-ния лазеpa. Хотя первые дальномеры были несовершенны, но уже через несколько лет появились довольно сложные системы, с помощью кото-рых решались комплексные задачи.
Так, например, уже в 1965 г. была создана лазерная система слеже-ния с автоматическим повторным поиском и захватом цели, предназна-ченная для системы точного слежения за ракетой «Сатурн-5» в началь-ной стадии полета с погрешностью порядка ±1ʺ в пределах поля 1º×1º. Средняя квадратическая ошибка слежения за уголковым отражателем на расстоянии 1 км в приземном слое из-за дрожания и мерцания со-ставила несколько угловых секунд.
С развитием элементной базы, совершенствованием методов гене-рирования и приема когерентного оптического излучения сфера при-менения ОЛЛС непрерывно расширялась. В настоящее время ОЛЛС используются в метрологии, геодезии, авиационной и космической съемках и т.д. С их помощью решаются такие задачи, как исследование динамики континентов, контроль окружающей среды, наблюдение за ИСЗ и Луной и т.д.
В ОЛЛС используются, в основном, два метода обработки полученной от объекта информации: фотографический и электронный. В некоторых ОЛЛС для определения расстояний используется электронный метод, а для определения угловых координат объекта – фотографический. Рассмо-трим принцип построения ОЛЛС оптико-электронного типа (рис. 4.2).
|
|
Основными частями аппаратуры являются: оптический передаю-щий блок, система наведения и слежения, оптический приемный блок, блок обработки, индикаторное или регистрирующее устройство. Зон-дирующий сигнал формируется в лазерном источнике 2. Форма этого сигнала определяется схемой управления 5. Сформированный пучок коллимируется оптической передающей системой 1. Расходимость луча на выходе оптического блока обычно составляет 0,1–10 мрад. Отражен-ное от объекта излучение собирается приемной оптической системой 10,пропускается через узкополосный светофильтр 11 и преобразуетсяфоточувствительным элементом 12 в электрический сигнал. Усиленные сигналы с выхода приемного блока поступают в блок обработки, в ко-торый поступает также опорный сигнал. Принятый и опорный сигналы позволяют измерить дальность по времени распространения сигнала до
| Оптический | Ввод данных | |||||||
| передающий | Блок | |||||||
| блок | ||||||||
| обработки | ||||||||
| Приемный | ||||||||
| оптический | ||||||||
| блок |
Рис. 4.2. Структурная схема оптической локационной системы обзора пространства, слежения и измерения координат:
|
|
1 –передающая оптическая система; 2 –лазерный источник излучения; 3 –блокпитания; 4 – схема формирования опорного сигнала; 5 – блок управления; 6 – блок измерения дальности; 7 – блок измерения угловых координат; 8 – регистратор; 9 – система наведения и слежения; 10 – приемная оптическая система; 11 – узкополосный интерференционный светофильтр; 12 – фотодетектор; 13 – усилитель
объекта и обратно. Одновременно фиксируются угловые координаты объекта.
Одним из первых применений ОЛЛС явилась оптическая локация Луны. В качестве приемо-передающей оптической системы был ис-пользован телескоп Крымской астрофизической обсерватории с диаме-тром главного зеркала 2,6 м (рис. 4.3), а в качестве отражателя исполь-зовались уголковые отражатели, установленные на откидывающейся крышке отечественного лунохода. Расстояние до Луны было определе-но с точностью до 3 м.
Характеристики ОЛЛС Крымской астрофизической обсерватории
| Приемо-передающая система: | |
| телескоп диаметром | 2,6 м |
| фокусное расстояние | 42,5 м |
| Энергия импульса (рубиновый лазер) | 4 Дж |
| Длительность импульса | 20 нс |
| Частота повторения импульсов | 4 / мин |
| Начальный диаметр пучка | 15 мм |
| Угловое поле (расходимость пучка на выходе лазера) | 15ʹ |
| Расходимость пучка на выходе телескопа | 5ʺ |
| Полоса пропускания фильтра (пропускание 40%) | 1 нм |
| Квантовый выход фотоумножителя (ФЭУ-77) | 9 % |
| Точность измерения времени | ±10 нс |
| К Луне | ФЭУ | Измерение | |
| времени | |||
| распротранения | |||
| Фильтр | сигнала | ||
| Диафрагма | |||
| Рубиновый | |||
| лазер |
Рис 4.3. Упрощенная оптическая схема установки для лазерной локации Луны, созданной в Крымской астрофизической обсерватории
Сеансы лазерной локации были начаты в 1969 г. Использовались уголковые отражатели, доставленные на Луну космическими корабля-ми «Аполлон». В отдельных сеансах погрешность определения рассто-яния составляла 5–10 см (относительная погрешность 3·10‒10). Кроме наблюдения за спутниками и Луной, ОЛЛС применяются для решения многих других задач в системах автономного сближения космических аппаратов, в высотометрах различного назначения, в профилометрах, для измерения высоты до облаков (например, ДОЛ-1 с диапазоном из-мерения от 15 до 4000 м) и т.д.
ОЛЛС делятся на импульсные и непрерывные в зависимости от того, как формируется выходное излучение во времени. Импульсные ОЛЛС характеризуются меньшей точностью измерений расстояний, но большей дальностью действия, чем фазовые. Аппаратурная точность современных лазерных дальномеров достигла такого уровня, что ос-новным препятствием к дальнейшему увеличению точности измерений является влияние внешних условий.
Одним из применений ОЛЛС является лазерное зондирование ат-мосферы. Принцип действия зондирующих ОЛЛС-лидаров заключа-ется в том, что в атмосферу посылается мощный импульс излучения
и анализируется интенсивность и спектр отраженного (рассеянного) сигнала. Выделяя ту или иную характеристику сигнала, можно судить
о параметрах атмосферы: температуре, давлении, влажности, скоро-сти ветра и его направлении. Изменяя частоту излучения посылаемо-го импульса, оказывается возможным получить информацию о про-странственном распределении температуры, давления и концентрации составляющих атмосферу газов. Наконец, отраженный сигнал несет информацию о степени загрязненности атмосферы различными аэро-золями. Многоволновые лидары используются для получения инфор-мации о высотном распределении параметров микрочастиц. В таких лидарах производится одновременная регистрация сигнала упругого рассеяния и рамановского сигнала рассеяния азота. К таким приборам можно отнести лидары серии MRL-400 фирмы «Оптосистемы». При-бор работает с неодимовым лазером на гранате и генерацией второй и третьей гармоник в импульсном режиме и определяет следующие ве-личины: обратное рассеяние на длинах волн 355; 532; 1064 нм; общее ослабление на длинах волн 355 и 532 нм; коэффициент деполяризации; содержание водяных паров; средний и эффективный радиусы аэрозо-лей; комплексный показатель преломления; поверхностная и объемная концентрация аэрозоля.
Поскольку отраженный сигнал, очевидно, имеет небольшую ин-тенсивность, в качестве источников излучения в лидарах используют мощные твердотельные или газовые лазеры, работающие в импульсном режиме. Кроме необходимости получить большую мощность, работа в импульсном режиме позволяет получить дополнительную инфор-мацию об удалении зондируемого участка атмосферы, а по характеру размытия импульса – о свойствах среды. Большое значение в лидарах имеет возможность перестройки частоты излучения лазера.
| 4.3. Лазерные гироскопы | 2 | ||||
| Основой лазерного гироскопа | |||||
| является так называемый кольце- | |||||
| вой лазер, резонатор которого со- | 4 | ||||
| стоит из зеркал, расположенных | |||||
| по периметру некоторого контура | |||||
| (кольца). Наиболее часто исполь- | 1 | 5 2 | |||
| зуется резонатор, зеркала которого | 2 | 3 | |||
| расположены в вершинах равно- | |||||
| стороннего треугольника (рис. 4.4). | Рис. 4.4. Схема кольцевого лазера |
Если в контур резонатора 2–2–2 поместить активную среду 1, то в нем будут распространяться колебания генерации по часовой стрелке и против нее. Эти колебания выводятся из резонатора через одно из зер-кал 2, которое делается частично прозрачным, и с помощью некоторого устройства 3, показанного на рис. 4.4, направляются на фотоприемник (фотоумножитель) 4. Конструктивно схема может быть выполнена в виде моноблока (рис. 4.5).
Если контур неподвижен, т.е. не вращается вокруг оси, перпенди-кулярной плоскости контура, то частоты обоих колебаний одинаковы.
В этом случае с выхода приемника 4 снимается постоянный сигнал (ча-стота оптического излучения значительно превышает величину 1/τ, где τ – постоянная времени приемника). Если же контур вращается вокруг оси с угловой скоростью Ω, то частоты колебаний, распространяющих-ся в противоположных направлениях, становятся различными. Раз-ность частот двух колебаний оказывается равной
| ∆ν = 4Ω S /(λ L), | (4.1) |
где S – площадь; L – периметр контура; λ – средняя длина волны коле-баний.
Если оба колебания направляются на фотодетектор, то выходной электрический сигнал будет содержать частоту, равную разности частот колебаний, т.е. f = ∆ν. Частота f называется частотой биений. Отсюда
| 2 | Ω = f λ L /(4 S). | ||||
| 1 | Таким образом, зная или из- | ||||
| 1 | меряя частоту биений и параме- | ||||
| 9 | 3 | тры | контура, можно определить | ||
| угловую скорость вращения кон- | |||||
| 8 | тура. Этот метод измерения угло- | ||||
| 7 | вых | скоростей является очень | |||
| 2 | чувствительным, так как частоты | ||||
| 2 | 4 | оптического излучения очень ве- | |||
| 5 | лики и даже небольшая скорость | ||||
| 6 | |||||
| вращения вызывает большую раз- | |||||
| Рис. 4.5. Конструкция лазерного | ность частот. | ||||
| гироскопа в кварцевом моноблоке: | Как видно из уравнения (4.1), | ||||
| 1 –клеммы питания; 2 –зеркала | |||||
| 4 | резонатора; 3 | – внутренний канал; | частота биений теоретически про- | ||
| – расщепляющая призма; 5 – выход на | порциональна угловой скорости | ||||
| фотодетектор; 6 | – диафрагма; 7 – экран; | ||||
| 8 –катод; 9 –кварцевый моноблок | вращения контура. Однако суще- |
ствует явление, которое искажает эту зависимость. Оно называется захватом частот и состоит в том, что при малых скоростях вращения частота биений исчезает (излучение происходит на одной частоте, кото-рая получает некоторое преимущество в интенсивности перед другой). Поэтому зависимость f от Ω выглядит следующим образом (рис. 4.6).
Для устранения явления захвата частоты встречных волн искус-ственно разносят, т.е. увеличивают разность между ними. Это дела-ется с помощью так называемых невзаимных элементов (элемент 5 на рис. 4.4). Сущность работы невзаимного элемента состоит в том, что он неодинаково действует на встречные волны. Например, если векторы электрических полей встречных волн вращаются в разные стороны, а в невзаимном элементе скорость вращения для одной волны увеличива-ется, а для другой уменьшается (например, за счет эффекта Фарадея), то оптические пути встречных волн становятся неодинаковыми и возни-кает разностная частота даже в отсутствии вращения. Таким образом,
с помощью невзаимного элемента устраняется явление захвата частот. Кроме того, устраняется неоднозначность отсчета направления движе-ния, присущая квантовому гироскопу, так как при наличии невзаимного элемента вращение контура в разные стороны приводит либо к умень-шению, либо к увеличению частоты, созданной невзаимным элементом. То, что кольцевой лазер называется квантовым гироскопом, объясняет-ся следующим образом. В формуле (4.1) Ω есть проекция угловой ско-рости вращения контура на ось, перпендикулярную плоскости контура. Поскольку любой кольцевой лазер вращается вместе с Землей, то выход-ной сигнал лазера будет зависеть от ориентации оси вращения контура относительно вектора угловой скорости вращения Земли: устройство
| как бы чувствует направление век- | f | Теоретическая | ||
| тора угловой скорости. Изменение | зависимость | |||
| положения контура приводит к из- | ||||
| менению выходного сигнала. Это | ||||
| справедливо не только для кольце- | ||||
| вых лазеров, размещенных на Зем- | ||||
| ле. Таким образом, функции коль- | ||||
| цевого лазера похожи на функции | Ωзахв. | Ω | ||
| гироскопа. Преимущества кванто- | ||||
| вого гироскопа перед механиче- | Рис. 4.6. Зависимость частоты | |||
| скими следующие: | биений от скорости вращения | |||
| контура |
отсутствие движущихся (вращающихся) частей;
меньшая потребляемая мощность (несколько десятков ватт); большее быстродействие (квантовый гироскоп начинает работать
почти мгновенно после включения, а механический требует значитель-ного времени для достижения заданного числа оборотов);
большая теоретическая чувствительность (она достигает примерно 2,5·10‒4 град/час);
сигнал квантового гироскопа легко выражается в цифровой форме (частота есть число периодов колебаний в единицу времени), что по-зволяет использовать его совместно с компьютером.
Из принципа работы квантового гироскопа ясно, что он может быть использован для измерения широты точки на Земле, направления мери-диальной плоскости (т.е. работать как квантовый компас), определения вертикали в данной точке Земли, а также для измерения угловой скоро-сти вращения и углов поворота. В последнем случае выходной сигнал устройства интегрируется.
Чувствительность квантового гироскопа пропорциональна периме-тру кольцевого резонатора. Для увеличения длины кольцевого резона-тора возможна спиральная конструкция с небольшим размером одного витка. В этом случае в качестве активной среды удобно использовать полупроводниковые элементы или волоконно-оптические квантовые генераторы (например, волоконный источник излучения ASE на сте-кловолокне, легированном эрбием, с длиной волны излучении 1536 нм производства Пермской научно-производственной приборостроитель-ной компании).
Лазерные системы связи
Растущий объем информации требует увеличения числа каналов связи и увеличения пропускной способности существующих кана-лов. Особенно это касается каналов Земля–спутник, спутник–спутник, спутник–Земля, где требуется передавать огромный объем информации
в ограниченные отрезки времени. Для спутниковой связи наиболее под-ходящими являются оптические каналы.
Во-первых, использование оптической частоты позволяет созда-вать новые каналы в совершенно другой области спектра, где существу-ют свободные частотные диапазоны, в то время как радиодиапазон уже почти полностью освоен (явление «тесноты эфира»).
Во-вторых, поскольку частота оптического диапазона намного пре-вышает частоту радиодиапазона, в оптическом диапазоне можно реали-зовать и большие полосы частот, а это, с одной стороны, дает возмож-ность передавать больший объем информации, а с другой – сокращать время передачи. Например, только видимой части спектра оптического диапазона соответствует полоса частот (для примера взята λ = 0,63 мкм)
∆ν = с ∆λ/λ2 ≈ 3·108·0,4/0,4 ≈ 3·108 МГц.
Если для передачи телевизионного канала необходима полоса 6 МГц, то в полосе ∆ν можно было бы разместить 3·108/6 = 50 млн каналов.
В-третьих, оптические системы для передачи оптического излуче-ния имеют гораздо меньшие, в соответствии с длиной волны, размеры, чем антенны радиодиапазона.
В-четвертых, узкие диаграммы направленности обеспечивают большую дальность действия и помехозащищенность.
К недостаткам оптических каналов относятся: ослабление излуче-ния в атмосфере; необходимость точного нацеливания передатчика и приемника.
Сигнал оптической несущей (рис. 4.7) модулируется сигналом информации и передается с помощью оптической системы в канал (космос, атмосфера, световод). Приемная система (рис. 4.8) фильтру-ет и фокусирует излучение на фотодетекторе, где оптический сигнал преобразуется в электрический. Радиотехническая цепь осуществляет необходимое усиление и фильтрацию передаваемой информации. Для модуляции оптической несущей информационным сигналом использу-ется ЧМ модуляция, ФМ, AM модуляция, а также модуляция по интен-сивности и модуляция по поляризации ПМ.
Фотодетекторы разделяются на два класса:
1) энергетические (приемники прямого детектирования или некоге-рентные приемники);
2) гетеродинные (когерентные).
Приемники прямого детектирования применяют тогда, когда ин-формация заключена в изменении мощности сигнала, гетеродинные – при AM, ЧМ и ФМ модуляции.
Передающая антенна характеризуется диаграммой направленности
и усилением. Усиление антенны G = Р mах/ Р и, где Р mах – максимальная плотность мощности в диаграмме направленности; Р и – плотность мощ-ности изотропной, т.е. излучающей во все стороны одинаково, антенны.
Источник
нформации
| Лазер | Модулятор | Оптическая | |||
| антенна |
Сканирующая
система
Рис. 4.7. Структурная схема передатчика системы связи
Сканирующая
система
| Приемн. | Простр. | Спектр. | Фото- | Радио- | |||||
| антенна | светоф. | свтетоф. | детектор | технич. | |||||
| цепь |
Местн.
генерат.
Рис. 4.8. Структурная схема приемника системы связи
Величина 10lg G есть усиление, выраженное в децибеллах. Оптиче-ская антенна диаметром 152 мм при ν = 6·1014 Гц дает усиление 115 дБ,
а в радиодиапазоне для излучения с длиной волны в десятки сантиме-тров антенна диаметром 63 м дает усиление около 60 дБ (это следует из того, что G = 4π/Ω, где Ω – телесный угол расходимости).
Кроме основной задачи – передачи и приема информации, для оп-тической связи огромное значение имеет проблема обеспечения попа-дания передаваемого излучения в приемник. Эта проблема состоит из трех задач:
1) наведение луча передатчика на приемную станцию (наведение);
2) обнаружение приемной станцией луча передатчика (обнару-жение);
3) сопровождение лучом передатчика приемной станции (сопрово-ждение).
Наведение луча передатчика на приемную станцию должно произ-водиться с погрешностью не хуже равной половине расходимости луча передатчика (рис. 4.9).
Так как Θпер может составлять единицы угловых секунд, то тре-буется очень большая точность наведения. Увеличение Θпер приводит
к дополнительным потерям и расходам энергии. Требуемую точность практически невозможно обеспечить, так как существуют ошибки на-ведения, которые включают следующие основные составляющие.
1. Ошибки опорной системы координат передатчика, вследствие чего невозможно точно определить требуемое направление на объект. Точность наведения определяется точностью установки координатной системы. Обычно она ориентируется относительно звезд или небесных тел. Так как передатчик двигается относительно них, то требуется кор-рекция или компенсация этого движения, а закон движения известен неточно.
2. Погрешность работы механизмов наведения, т.е. аппаратурная погрешность. Так как антенны
| наводятся с помощью приводов, | Лучи | |
| управляемых дистанционно с по- | передат- | |
| чика | ||
| мощью чувствительных элемен- | ||
| θпер | ||
| тов, то существует много при- | Приемная станция | |
| чин возникновения аппаратурной | ||
| ошибки. | Рис. 4.9. Задача наведения |
3. Невозможно точно скомпенсировать движение передатчика от-носительно приемника, например, учесть снижение спутника или не-равномерность вращения Земли. Прогнозирование этих движений с по-мощью динамических уравнений приводит к необходимости вычислять коэффициенты этих уравнений, что сопровождается ошибками. Изме-рение текущих координат объектов также сопровождается ошибками.
4. Влияние атмосферы Земли: ослабление, рассеяние, турбулент-ность, рефракция (углы отклонения луча, идущего с Земли в космос, доходят до 10ʺ).
5. При большой скорости движения передатчика относительно приемника (например, спутника относительно Земли) и при больших расстояниях между ними появляется ошибка вычисления угла упреж-дения (рис. 4.10). Если спутник передает сигнал, находясь в точке 1, то при необходимости передать сигнал на спутник с учетом его движения, необходимо направлять луч в точку 2, но так как за время распростране-ния сигнала спутник перемещается, то надо направить луч в упрежден-ную точку 3, где спутник будет находиться в момент приема сигнала.
Ввиду отмеченных ошибок, наведение осуществляется либо с по-мощью расширения луча, либо за счет сканирования. Для этого на стан-циях устанавливаются мощные лазеры-маяки и уголковые отражатели. После получения отраженного сигнала с помощью механизмов точного сканирования совмещаются оптические оси передатчика (приемника)
и маяка.
Обнаружение заключается в том, чтобы луч от передатчика прихо-дил примерно по оси приемной станции, т.е. приемная станция должна
| 3 | 2 | 1 | располагаться таким образом, что- |
| бы угол рассогласования не пре- | |||
| вышал некоторого значения Θразр. | |||
| Так как обычно угол неопределен- | |||
| ности ΘН больше угла разрешения | |||
| Θразр, то необходимо сканирование, | |||
| θуп | чтобы направить оптическую ось | ||
| приемной станции соответствую- | |||
| щим образом (рис. 4.11). | |||
| Для определения направления | |||
| прихода луча используют четыре | |||
| Рис. 4.10. Задача упреждения | метода. |
θпр θпер
θн
1
2
«Передатчик» «Приемник»
Рис. 4.11. Задача обнаружения
1. Антенное сканирование, которое осуществляется сканированием антенны (зеркала), а система имеет фиксированное поле (рис. 4.12).
2. Сканирование в плоскости фотоприемника за счет его движения при неподвижной антенне. Этот способ не требует громоздких меха-низмов подвижки.
3. Использование решетки (матрицы) фотоприемников. Парал-лельный анализ выходных сигналов отдельных приемников позволяет путем сравнения найти место прихода луча без сканирования, так как общая площадь решетки перекрывает телесный угол неопределенно-сти. Каждый приемник работает
| независимо, и его сигнал должен | θн | ||
| быть пронумерован. Достигаемое | |||
| разрешение при этом может ока- | θн | ||
| заться больше, чем нужно. | |||
| 4. Использование решетки, | |||
| разделенной на сектора. Сигналы | |||
| с секторов анализируются парал- | |||
| лельно, затем сектор, в котором | |||
| произошло | обнаружение, снова | ||
| разбивается на сектора и так до | |||
| получения | нужного разрешения | ||
| (метод последовательного обна- | |||
| ружения). После каждого «шага» | Приемник | ||
| поле приемника перестраивается в | |||
| соответствии с площадью сектора. | Рис. 4.12. Антенное сканирование |
Пространственное сопровождение заключается в том, чтобы под-держивать луч передатчика на площади чувствительной площадки приемника, подстраиваясь под возмущающие движения передатчика
и приемника. Для выполнения этой задачи используются оптические датчики, сигналы с которых пропорциональны смещению луча в двух плоскостях (по азимуту и углу места) и используются для разворота ан-тенны с помощью сервоприводов. На рис.4.13. показана схема устрой-ства системы связи.
Назначение основных элементов заключается в следующем. Опти-ческий датчик используется для согласования оптических осей каналов лазера-передатчика и лазера-маяка. Это осуществляется с помощью уголковых отражателей при открытых затворах. При совпадении осей сигнал с ОД равен нулю. Во время работы системы затворы закрыты, а сигнал с ОД, пропорциональный угловому смещению объекта, исполь-
| ЭСС | ||||
| Т | УО | УО | ||
| З | З | |||
| ДСД | ДСД | К Ф ДСД | ||
СЗ ЭС
ОС ОС
М М
ОД
ПГ
Лазер. Лазер.
передат. маяк
Рис. 4.13. Схема устройства системы связи:
СЗ – сканирующее зеркало; Т – телескопическая система (телескоп); ЭС – элемент слежения; ДСД – дихроичные светоделители; К – оптические клинья; М – модулятор; ОС – оптическая система; УО – уголковый отражатель; Ф – светофильтр;
ПГ – приемник гетеродинный; ОД – оптический датчик; ЭСС – электронная система слежения; 3 – оптический затвор
зуется в электронной системе для управления элементом слежения, с помощью которого сигнал с ОД приводится к нулю. Дихроичные све-тоделители (ДСД) предназначены для разделения длин волн излучения лазера-передатчика и лазера-маяка приемной и передающей станций. Сущность их работы заключается, что одни длины волн ими отража-ются, другие пропускаются в зависимости от места установки ДСД. Телескоп необходим для сбора и передачи энергии. Чаще всего главное зеркало (или линза) имеет диаметр 150–250 мм. Для линзовой системы характерно отсутствие затенения, использование в качестве защитного окна; для зеркальной – отсутствие хроматической аберрации, меньший вес и габариты. Погрешность изготовления для обеспечения дифракци-онного предела может достигать λ/25. Чем больше увеличение телеско-па, тем больше размер главного зеркала (меньше размер элементов за телескопом), больше требования к качеству изготовления оптических элементов, но меньше чувствительность к угловому смещению, так как оно уменьшается после телескопа. Сканирующее зеркало предназначе-но для поиска (обнаружения), наведения; элемент слежения – для ори-ентации и слежения (сопровождения) маяка; фильтр – для подавления фона (полоса пропускания до 0,1–1 нм). Клинья требуются для компен-сации относительной скорости перемещения передатчика и приемника
и введения упреждения. В качестве источников излучения используют-ся лазеры: газовые – Ar и CO2 (можно накачивать излучением Солнца), твердотельные – Nd (с удвоением частоты).