RU106759U1 - Устройство подавления помехи обратного рассеяния в ближней зоне поляризационного лидара - Google Patents
Устройство подавления помехи обратного рассеяния в ближней зоне поляризационного лидара Download PDFInfo
- Publication number
- RU106759U1 RU106759U1 RU2011105505/28U RU2011105505U RU106759U1 RU 106759 U1 RU106759 U1 RU 106759U1 RU 2011105505/28 U RU2011105505/28 U RU 2011105505/28U RU 2011105505 U RU2011105505 U RU 2011105505U RU 106759 U1 RU106759 U1 RU 106759U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electro
- optical shutter
- polarizer
- optical
- lidar
- Prior art date
Links
Landscapes
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
Устройство подавления помехи обратного рассеяния в ближней зоне поляризационного лидара, содержащее соосно расположенные объектив, поляризатор и фотодетектор, отличающееся тем, что непосредственно перед фотодетектором установлен электрооптический затвор, оптическая ось которого параллельна оптической оси поляризатора, имеющий возможность изменять коэффициент пропускания системы поляризатор - электрооптический затвор по заданному закону за счет подачи управляющего напряжения на кристалл электрооптического затвора, при этом в момент посылки лазерного зондирующего импульса на электрооптический затвор подается напряжение, достаточное для того, чтобы плоскость поляризации повернулась на угол приблизительно 90°, минимизируя коэффициент пропускания системы поляризатор - электрооптический затвор, а длительность Δtи импульса напряжения, запирающего электрооптический затвор, определяется по формуле Δtи=2rmin/с, где rmin - протяженность теневой зоны лидара, с - скорость света.
Description
Устройство относится к средствам для измерений пространственного распределения интенсивности рассеянного назад импульса оптического излучения и может быть использовано для приема и обработки сигналов обратного рассеяния при лазерном зондировании дисперсных сред, в оптической локации, в прикладной метеорологии для оценки микроструктуры облаков, при контроле уровня аэрозольных загрязнений.
Мощность однократно рассеянного назад излучения, поступающего на вход приемной системы лидара с расстояния r, описывается уравнением лазерного зондирования (УЛЗ):
Здесь: P0 - мощность лазерного импульса; А - площадь входной апертуры приемной системы лидара, τи - длительность зондирующего импульса излучения; G(r) - геометрический фактор лидара, который изменяется от 0 до 1 (G(r)=0 при 0<r<rmin; 0<G(r)<1 при rmin<r<rmax; G(r)=1 при r>rmах); t - время, отсчитываемое с момента посылки зондирующего импульса в атмосферу; σπ - коэффициент обратного рассеяния, определяемый как , где Хπ(r) - индикатриса рассеяния в направлении 180° относительно зондирующего излучения, σ - объемный коэффициент рассеяния; - прозрачность атмосферы на участке трассы от 0 до r; α(z) - объемный коэффициент ослабления на соответствующем участке трассы.
Регистрация получаемых данных лидарной системой сводится к получению пространственной картины распределения плотности мощности (интенсивности) в плоскости изображения рассеивающего объема для всей совокупности дальностей зондирования.
Как видно из УЛЗ сигнал обратного рассеяния (лидарный сигнал) характеризуется большим динамическим диапазоном, достигающим более 80 дБ. Одной из проблем регистрации сигнала приемной системой является интенсивная засветка фотодетектора излучением, приходящим из «ближней зоны», когда зондирующий импульс еще находиться на малых расстояниях от лидара. Чтобы зарегистрировать поток рассеянного назад излучения по всей трассе зондировании с одинаковой точностью, как от ближних слоев, расстояние до которых характеризует протяженность теневой зоны лидара, так и от удаленных слоев, необходимо задать жесткие требования к динамическому диапазону фотодетектора. Для решения этой задачи в лидарных системах дальнего радиуса действия применяют высокоскоростные механические затворы, физически блокирующие приемный оптический канал. Наиболее распространен механический способ модуляции оптического сигнала - с помощью растра (обтюратора), механического устройства для периодического перекрывания светового потока. Подвижная часть обтюратора содержит прозрачные и непрозрачные участки, которые попеременно располагаются на пути светового потока. Для лидаров ближнего действия использование таких устройств технически трудоемко и ограничено.
Проблема ближней зоны частично решается запиранием фотоприемника быстрым затвором. (Межерис Р. Лазерное дистанционное зондирование. // М. Мир. 1987 г., 550 с., с ил., страница 243.).
Известно множество типов модуляторов оптического излучения, построенных на основе механических и электромеханических устройств.
Наибольшее распространение получили дисковые модуляторы (растры), представляющие собой осесимметричные пластинки с прорезями различной конфигурации. (см. «Лидарные системы и их оптико-электронные элементы»: монография / Ю.М.Андреев и др.; Под общ. ред. М.В.Кабанова. - Томск: Изд-во Института оптики атмосферы СО РАН, 2004, стр.103-125.). Выбрано за прототип.
Технической задачей заявляемого решения является увеличение точности количественного измерения потока рассеянного назад излучения во всем диапазоне дальности действия лидара при заданном динамическом диапазоне приемной регистрирующей системы.
Проблему ближней зоны предлагается решить с помощью электрооптического затвора, оптически блокирующего приемный оптический канал. В соответствие с законом Малюса, интенсивность линейно-поляризованного света, выходящего из поляризатора, пропорциональна интенсивности падающего на поляризатор света и квадрату косинуса угла φ между плоскостями поляризации падающего света и поляризатора, т.е. свет проходит с некоторым коэффициентом пропускания, поэтому целесообразно управлять углом φ по некоторому закону с помощью управляющего напряжения.
Поставленная цель достигается тем, что непосредственно перед фотодетектором установлен электрооптический затвор, оптическая ось которого параллельна оптической оси поляризатора так, что при подаче управляющего напряжения на электрооптический затвор коэффициент пропускания системы «поляризатор - электрооптический затвор» изменяется по заданному закону, при этом в момент посылки лазерного зондирующего импульса на кристалл электрооптического затвора подается напряжение, достаточное для того, чтобы плоскость поляризации повернулась на угол приблизительно 90 градусов, а коэффициент пропускания системы поляризатор - электрооптический затвор стал минимальным, близким к нулю, причем длительность Δtи импульса напряжения, запирающего электрооптический затвор, определяется по формуле Δtи=2rmin/с, где rmin - протяженность теневой зоны лидара, с - скорость света.
В отличие от прототипа, предложенное устройство регистрации лидарного сигнала, согласно формуле, содержит дополнительный оптический элемент - электрооптический затвор, помещенный непосредственно перед фотодетектором, который ограничивает световой поток рассеянного назад излучения, поступающий на фотодетектор, в течение заданного времени с момента посылки в атмосферу зондирующего импульса.
На фиг.1 представлена принципиальная оптическая блок-схема устройства подавления помехи «ближней зоны» при лазерном поляризационном зондировании. Устройство содержит: 1 - лазер, 2 - объектив, 3 - диафрагма поля зрения, 4 - линза. 5 - линейный поляризатор, 6 - электрооптический затвор, 7 - фотодетектор, 8 - блок управления.
Устройство работает следующим образом. Рассеянное лазерное излучение от исследуемого объема среды фокусируется в плоскости изображения объектива (2). Объектив (2), диафрагма (3) и линза (4) образуют афокальную оптическую систему. Световой поток на выходе из этой афокальной системы, пройдя систему из линейных поляризаторов (5) и электрооптического затвора (6), принимается фотодетектором (7). Оптические оси поляризаторов и электрооптического затвора параллельны. Пока управляющее напряжение не подается на электрооптический затвор, световой поток свободно проходит через поляризаторы и затвор. Когда на электрооптический затвор подается напряжение, достаточное для того, чтобы плоскость поляризации затвора повернулась на 90 градусов, тогда пропускание системы из поляризатора и электрооптического затвора будет минимальным, близким к нулю. Управляющий блок (8) синхронизирует во времени работу затвора (6) и лазера (1) таким образом, чтобы регулировать плоскость поляризации проходящего через затвор света и снизить уровень сигнала в «ближней зоне» до заданного уровня.
Из совокупности заявленных признаков следуют следующие преимущества предложенного устройства подавления помехи обратного рассеяния при регистрации лидарного сигнала:
- увеличена дальность зондирования за счет возможности использования более мощного зондирующего лазерного импульса, что обеспечивается ограничением величины сигнала от "ближней зоны" и снижением динамического диапазона сигнала обратного рассеяния.
- обеспечена возможность уменьшения теневой (слепой) зоны зондирования, обусловленная оптимальным согласованием динамического диапазона лидарного сигнала с динамическим диапазоном фоторегистрирующего устройства приемной системы.
Использованные источники информации:
1. Межерис Р. Лазерное дистанционное зондирование. // М. Мир. 1987 г., 550 с., с ил., стр.243.
2. Лидарные системы и их оптико-электронные элементы: монография / Ю.М.Андреев [и др.]; Под общ. ред. М.В.Кабанова. - Томск: Изд-во Института оптики атмосферы СО РАН, 2004, стр.103-125.
Claims (1)
- Устройство подавления помехи обратного рассеяния в ближней зоне поляризационного лидара, содержащее соосно расположенные объектив, поляризатор и фотодетектор, отличающееся тем, что непосредственно перед фотодетектором установлен электрооптический затвор, оптическая ось которого параллельна оптической оси поляризатора, имеющий возможность изменять коэффициент пропускания системы поляризатор - электрооптический затвор по заданному закону за счет подачи управляющего напряжения на кристалл электрооптического затвора, при этом в момент посылки лазерного зондирующего импульса на электрооптический затвор подается напряжение, достаточное для того, чтобы плоскость поляризации повернулась на угол приблизительно 90°, минимизируя коэффициент пропускания системы поляризатор - электрооптический затвор, а длительность Δtи импульса напряжения, запирающего электрооптический затвор, определяется по формуле Δtи=2rmin/с, где rmin - протяженность теневой зоны лидара, с - скорость света.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011105505/28U RU106759U1 (ru) | 2011-02-14 | 2011-02-14 | Устройство подавления помехи обратного рассеяния в ближней зоне поляризационного лидара |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011105505/28U RU106759U1 (ru) | 2011-02-14 | 2011-02-14 | Устройство подавления помехи обратного рассеяния в ближней зоне поляризационного лидара |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU106759U1 true RU106759U1 (ru) | 2011-07-20 |
Family
ID=44753017
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011105505/28U RU106759U1 (ru) | 2011-02-14 | 2011-02-14 | Устройство подавления помехи обратного рассеяния в ближней зоне поляризационного лидара |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU106759U1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2473046C1 (ru) * | 2011-10-04 | 2013-01-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Лазерный измеритель дальности (варианты) |
RU2475702C1 (ru) * | 2011-10-04 | 2013-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Лазерный дальномер (варианты) |
CN109283548A (zh) * | 2018-07-16 | 2019-01-29 | 孙宏宇 | 一种激光测角系统及抗后向散射方法 |
-
2011
- 2011-02-14 RU RU2011105505/28U patent/RU106759U1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2473046C1 (ru) * | 2011-10-04 | 2013-01-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Лазерный измеритель дальности (варианты) |
RU2475702C1 (ru) * | 2011-10-04 | 2013-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Лазерный дальномер (варианты) |
CN109283548A (zh) * | 2018-07-16 | 2019-01-29 | 孙宏宇 | 一种激光测角系统及抗后向散射方法 |
CN109283548B (zh) * | 2018-07-16 | 2024-02-09 | 孙宏宇 | 一种激光测角系统及抗后向散射方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9383447B2 (en) | LIDAR method for measuring speeds and LIDAR device with time-controlled detection | |
CN103064076B (zh) | 光子计数三维成像激光雷达距离行走误差校正系统及方法 | |
EP2705350B1 (en) | Remote measurement of shallow depths in semi-transparent media | |
US8675184B2 (en) | Direct detection Doppler LIDAR method and direction detection Doppler LIDAR device | |
JP3491969B2 (ja) | 変位情報測定装置 | |
US11822157B2 (en) | Energy efficient, high resolution light detection and ranging imaging receiver with large field-of-view | |
US10746603B2 (en) | Optical device for obtaining 3D spatial information | |
RU106759U1 (ru) | Устройство подавления помехи обратного рассеяния в ближней зоне поляризационного лидара | |
CN108594257A (zh) | 基于多普勒效应的测速传感器及其标定方法与测量方法 | |
CN114624682B (zh) | 抑制近场强回波信号的方法和系统 | |
Ryan et al. | Laser beam broadening and depolarization in dense fogs | |
CN113484876A (zh) | 一种激光三维凝视成像系统 | |
CN108594258A (zh) | 基于多普勒效应的修正式测速传感器及其标定与测量方法 | |
US7920262B2 (en) | Systems for measuring backscattered light using rotating mirror | |
CN102998261B (zh) | 一种基于太赫兹波伪热光源的成像装置 | |
Krishnan et al. | Liquid refractometer based mirrorless fiber optic displacement sensor | |
US20180275254A1 (en) | System and method for glare suppression and ranging | |
CN208596228U (zh) | 基于多普勒效应的测速传感器 | |
RU2013148893A (ru) | Способ обнаружения оптических и оптико-электронных приборов и устройство для его реализации | |
RU190705U1 (ru) | Лидар для зондирования атмосферы | |
KR20220008734A (ko) | Fmcw 라이다를 위한 리드아웃 아키텍쳐 | |
RU2540451C1 (ru) | Система лазерной локации | |
CN103499814B (zh) | 一种高精度多普勒激光雷达频率锁定系统 | |
JPH11304909A (ja) | 信号光の電気光学的補正装置付レーザレーダ | |
CN114846354A (zh) | Lidar系统校准 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20170215 |