RU2048686C1

RU2048686C1 - Laser locator transceiver

Info

Publication number: RU2048686C1
Authority: RU
Inventors: В.И. Выхристюк; Ю.Ф. Кутаев; С.К. Манкевич; Б.В. Полетаев; Г.Н. Ставраков
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью "Астрам"
Priority date: 1986-12-01
Filing date: 1986-12-01
Publication date: 1995-11-20

Abstract

FIELD: laser location; laser location systems providing for high-accuracy location of coordinate rates of remote objects and pointing of laser beam to selected object so as to deliver information signal. SUBSTANCE: series-connected and optically coupled transceiver has laser 7 with trigger unit 8, first semi-transparent mirror 9, optical quantum amplifier 10 with trigger unit 11, and first nontransparent mirror 12, as well as photodetector 19 with control unit 20 whose output is connected to input of control computer unit 21 connected through its outputs to trigger units of laser and optical quantum amplifier; in addition, it is provided with series-connected and optically coupled space-time optical beam modulator 1 with control unit 2, insulating plate 3, polarized light filter 4, second semi-transparent mirror 5, and first shaping optical system optically coupled with transceiving telescopic system, second nontransparent mirror 16 with aperture 17, second shaping optical system 18 optically coupled with photodetector 19, additional radiation source 22, light filter 23 with control unit 24 and beam expander 25, third nontransparent mirror 27, diffraction grating 24, and control pulse shaper 26 whose outputs are connected to inputs of control unit 2 of space-time optical beam modulator 1. EFFECT: improved accuracy of beam pointing to target. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к лазерной локации и может быть использовано в лазерных локационных системах для точного определения координат удаленных воздушно-космических объектов и наведения на выбранный объект излучения лазера с целью доставки на данный объект информационного сигнала. The invention relates to laser ranging and can be used in laser ranging systems to accurately determine the coordinates of distant aerospace objects and to direct laser radiation at a selected object in order to deliver an information signal to a given object.

При осуществлении доставки на удаленный объект информационного сигнала важной проблемой является задача совмещения оси лазерного излучателя с оптической осью приемного канала и наведения излучателя лазерного передатчика на выбранный объект. В известных лазерных передатчиках эта задача решается путем использования двухконтурной системы наведения на основе электромеханических приводов, управляющих положением зеркальных элементов в оптическом тракте лазерного излучателя. При этом для определения истинного положения оси лазерного передатчика в пространстве необходима его непрерывная работа, на что бесполезно затрачивается энергия. Вследствие ограниченной точности и невысокого быстродействия электромеханических приводов точность наведения лазерного излучения на объект оказывается невысокой. When delivering an information signal to a remote object, an important problem is the task of combining the axis of the laser emitter with the optical axis of the receiving channel and pointing the emitter of the laser transmitter to the selected object. In well-known laser transmitters, this problem is solved by using a dual-circuit guidance system based on electromechanical drives that control the position of mirror elements in the optical path of the laser emitter. At the same time, to determine the true position of the axis of the laser transmitter in space, its continuous operation is necessary, which energy is wasted. Due to the limited accuracy and low speed of electromechanical drives, the accuracy of laser radiation guidance to the object is low.

В качестве прототипа выбрано наиболее близкое по технической сущности устройство, содержащее последовательно расположенные и оптически сопряженные оптический квантовый генератор (ОКГ), разделитель луча, приемопередающую оптическую систему (телескоп), фотоприемник с поляризационным фильтром, вход которого связан посредством полупрозрачного и диэлектрического зеркала с телескопом, отражательное зеркало, коллимирующий объектив, светофильтр и полупрозрачное зеркало, а также электрооптический и фотопроводниковый слои, нанесенные на поверхность диэлектрического зеркала. К недостаткам данного устройства следует отнести невысокую точность наведения лазерного излучения на цель. As a prototype, the device closest in technical essence was selected, containing sequentially located and optically conjugated optical quantum oscillators (OCGs), a beam splitter, a transceiver optical system (telescope), a photodetector with a polarizing filter, the input of which is connected via a translucent and dielectric mirror to the telescope, reflective mirror, collimating lens, light filter and translucent mirror, as well as electro-optical and photoconductive layers deposited on the surface of the dielectric mirror. The disadvantages of this device include the low accuracy of pointing laser radiation at the target.

Целью изобретения является повышение точности наведения излучения на цель. The aim of the invention is to increase the accuracy of pointing radiation to the target.

Это достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно оптически соединенные ОКГ с блоком запуска, первое полупрозрачное зеркало, оптический квантовый усилитель (ОКУ) с блоком запуска и первое непрозрачное зеркало, а также фотоприемник с блоком управления фотоприемником, выход которого соединен с входом управляющего вычислительного блока, первый и второй выходы которого соединены соответственно с входами блоков запуска ОКГ и ОКУ, введены последовательно оптически соединенные пространственно-временной модулятор оптического излучения (ПВМОИ) с блоком управления, включающий последовательно установленные матрицу электродов, зеркало и электрооптический кристалл с прозрачным для оптического излучения покрытием, диэлектрическая пластина, поляризационный светофильтр, второе полупрозрачное зеркало и первая формирующая оптическая система, оптически соединенная с ОКГ, последовательно оптически соединенные уголковый отражатель с блоком поворота, оптически соединенный с приемопередающей телескопической системой, второе непрозрачное зеркало и вторая формирующая оптическая система, оптически соединенная с фотоприемником, последовательно оптически соединенные источник излучения, светофильтр с блоком управления и расширитель пучка излучения, оптически соединенный с вторым полупрозрачным зеркалом, последовательно оптически соединенные третье непрозрачное зеркало и дифракционная решетка, установленная за первым полупрозрачным зеркалом, а также блок формирования управляющих импульсов, выходы которого соединены с соответствующими входами блока управления ПВМОИ, причем третий, четвертый и пятый выходы управляющего вычислительного блока соединены соответственно с входами блока поворота уголкового отражателя, блока управления светофильтром и блока формирования управляющих импульсов, а первое непрозрачное зеркало оптически соединено с вторым непрозрачным зеркалом, при этом во втором непрозрачном зеркале выполнено отверстие с центром на оси фотоприемника. This is achieved by the fact that in a device containing serially optically connected laser with a trigger unit, a first translucent mirror, an optical quantum amplifier (OCU) with a trigger unit and a first opaque mirror, as well as a photodetector with a photodetector control unit, the output of which is connected to the input of the control computer unit, the first and second outputs of which are connected respectively to the inputs of the blocks of the launch of the laser and the CMO, introduced in series optically connected spatio-temporal optical modulator about radiation (PVMOI) with a control unit including a series-mounted matrix of electrodes, a mirror and an electro-optical crystal with a coating transparent for optical radiation, a dielectric plate, a polarizing filter, a second translucent mirror and a first forming optical system, optically connected to the laser, and serially optically connected to the corner reflector with a rotation unit, optically connected to a telescopic transceiver system, a second opaque mirror and a second shape optical system, optically connected to a photodetector, serially optically connected radiation source, a light filter with a control unit and a beam expander, optically connected to a second translucent mirror, optically connected to a third opaque mirror and a diffraction grating mounted behind the first translucent mirror, and also a unit the formation of control pulses, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the control unit PVMOI, and the third, fourth and the fifth outputs of the control computing unit are connected respectively to the inputs of the angular reflector rotation unit, the light filter control unit and the control pulse generation unit, and the first opaque mirror is optically connected to the second opaque mirror, while a hole is made in the second opaque mirror centered on the axis of the photodetector.

При этом блок управления ПВМОИ может быть выполнен в виде N x N последовательно соединенных триггеров и ключевых блоков, выходы которых соединены с соответствующими электродами матрицы электродов ПВМОИ, а также блока постоянного напряжения, первый выход которого соединен с вторыми входами ключевых блоков, а второй с покрытием ПВМОИ, причем входы триггеров соединены с соответствующими выходами блока формирования управляющих импульсов. At the same time, the control module of the MFMOI can be made in the form of N x N series-connected triggers and key blocks, the outputs of which are connected to the corresponding electrodes of the matrix of electrodes of the MFMOI, as well as a constant voltage unit, the first output of which is connected to the second inputs of the key blocks, and the second is coated PVMOI, and the inputs of the triggers are connected to the corresponding outputs of the block forming control pulses.

Кроме того, блок формирования управляющих импульсов может быть выполнен в виде дешифратора и N x N цифроаналоговых преобразователей (ЦАП), входы которых соединены с соответствующими выходами дешифратора, подключенного к пятому выходу управляющего вычислительного блока, а выходы ЦАП соединены с соответствующими входами блока управления ПВМОИ. In addition, the control pulse generating unit can be made in the form of a decoder and N x N digital-to-analog converters (DAC), the inputs of which are connected to the corresponding outputs of the decoder connected to the fifth output of the control computing unit, and the outputs of the DAC are connected to the corresponding inputs of the PVMOI control unit.

На фиг. 1 приведена функциональная схема приемопередающего устройства лазерного локатора; на фиг. 2 изображение, зарегистрированное фотоприемником. In FIG. 1 shows a functional diagram of a transceiver device of a laser locator; in FIG. 2 image registered by the photodetector.

Приемопередающее устройство лазерного локатора содержит ПВМОИ 1, блок управления ПВМОИ 2, диэлектрическую пластину 3, поляризационный фильтр 4, первое полупрозрачное светоделительное зеркало 5, формирующую линзу 6, задающий ОКГ 7 с блоками запуска 8, второе полупрозрачное светоделительное зеркало 9, оптический квантовый усилитель 10 с блоками запуска 11, первое отражательное зеркало 12, приемопередающую телескопическую систему 13, уголковый отражатель 14, блок перемещения 15, второе отражательное зеркало 16 с отверстием 17, формирующий объектив 18, фотоприемник 19, выполненный, например, в виде матрицы приборов с зарядовой связью (ПЗС); блок управления фотоприемником 20, управляющий вычислительный блок 21, источник излучения 22, например маломощный лазер, управляемый светофильтр 23, блок управления светофильтром 24, расширитель пучка 25, блок формирования 26, третье отражательное зеркало 27, дифракционную рассеивающую решетку 28. ПВМОИ 1 содержит последовательно расположенные и взаимосвязанные электрооптический кристалл 29, с прозрачным металлическим покрытием 30, диэлектрическое зеркало 31 и матрицу металлических электродов 32. The laser locator transceiver contains PVMOI 1, a PVMOI 2 control unit, a dielectric plate 3, a polarizing filter 4, a first translucent beam splitter mirror 5, a lens 6 defining a laser 7 with trigger units 8, a second translucent beam splitter 9, and an optical quantum amplifier 10 s the trigger units 11, the first reflective mirror 12, the transceiver telescopic system 13, the corner reflector 14, the displacement block 15, the second reflective mirror 16 with the hole 17 forming the lens 18, otopriemnik 19 made, for example, a matrix device with a charge coupled device (CCD); a photodetector control unit 20, a control computing unit 21, a radiation source 22, for example, a low-power laser, a controlled light filter 23, a light filter control unit 24, a beam expander 25, a forming unit 26, a third reflection mirror 27, and a diffraction scattering grating 28. The MREOI 1 contains successively arranged and interconnected electro-optical crystal 29, with a transparent metal coating 30, a dielectric mirror 31 and a matrix of metal electrodes 32.

Приемопередающее устройство лазерного локатора осуществляет слежение за удаленными космическими объектами в режиме пассивной локации. При этом телескоп 13 воспринимает излучение от объекта, подсвеченного солнечным излучением. После обнаружения объекта осуществляется измерение его координат и наведение по измеренным координатам лазерного излучателя, состоящего из ОКГ 7 и ОКУ 10. Его задачей является формирование импульса лазерного излучения и доставка энергии на объект. При этом лазерный передатчик (поз. 7, 8) работает в однократном режиме с низкой частотой повторения импульсов излучения 0,1-1 Гц. A laser locator transceiver monitors remote space objects in a passive location mode. In this case, the telescope 13 receives radiation from an object illuminated by solar radiation. After the object is detected, its coordinates are measured and the laser emitter consisting of laser 7 and the laser 10 is measured. The task is to generate a laser pulse and deliver energy to the object. In this case, the laser transmitter (pos. 7, 8) operates in a single mode with a low pulse repetition rate of 0.1-1 Hz.

В устройстве используются химический ОКГ и химический ОКУ на основе специальной газовой смеси, в которой инверсия населенностей создается в результате протекания быстрых химических реакций с образованием атомов (или радикалов) в возбужденном состоянии. Для возбуждения активной газовой смеси используется фотодиссоциация молекул, инициируема световым импульсом, формируемым блоками запуска 8, 11 на основе ламп-вспышек. Используемые в данном устройстве ОКГ и ОКУ на основе химического создания инверсной населенности имеют высокий коэффициент усиления и высокий КПД, а также обладают большой выходной мощностью. Работа такого ОКГ и ОКУ осуществляется с малой частотой повторения излучаемых импульсов, при этом задающий ОКГ одновременно используется и для изменения оси лазерного излучения при его наведении на выбранный объект. Задающий ОКГ 7 совместно с ПВМОИ 1 используется в качестве элемента точного контура наведения лазерного излучения на объект. The device uses a chemical laser and chemical gas based on a special gas mixture in which the population inversion is created as a result of rapid chemical reactions with the formation of atoms (or radicals) in an excited state. To excite the active gas mixture, photodissociation of molecules is initiated, initiated by a light pulse generated by trigger units 8, 11 based on flash lamps. Based on the chemical creation of the inverted population, the laser and OCH used in this device have a high gain and high efficiency, and also have a large output power. The operation of such laser and laser is carried out with a low repetition rate of the emitted pulses, while the master laser is simultaneously used to change the axis of the laser radiation when it is aimed at the selected object. The master laser 7 in conjunction with PVMOI 1 is used as an element of the exact contour of laser radiation guidance to the object.

Работа лазерного передатчика при формировании и усилении лазерного импульса осуществляется следующим образом. The operation of the laser transmitter during the formation and amplification of the laser pulse is as follows.

Под воздействием импульса оптической накачки, формируемого блоком запуска 8, задающий ОКГ 7 генерирует импульс лазерного излучения, который далее подвергается усилению в оптическом квантовом усилителе 10. В качестве одного из зеркал резонатора задающего ОКГ используется отражательное зеркало 27. В качестве второго зеркала резонатора задающего ОКГ использован ПВМОИ 1. В задающем ОКГ 7 вследствие большого коэффициента усиления используемого активного вещества возможно существование большого количества угловых мод. ПВМОИ 1 совместно с элементами 3, 4, 6 используется в качестве управляемого селектора мод. В результате селекции на выходе задающего ОКГ 7 формируется излучение одной выделенной моды с выбранным направлением волнового вектора. Излучение данной моды поступает на вход ОКУ 10, усиливается и через отражательные зеркала 12, 16 поступает на оптический вход приемопередающей телескопической системы 13. Under the influence of the optical pump pulse generated by the trigger unit 8, the master laser 7 generates a laser pulse, which is then amplified in the optical quantum amplifier 10. As one of the mirrors of the master laser, the reflective mirror 27 is used. As the second mirror of the master laser PVMOI 1. In the master laser 7, due to the large gain of the active substance used, a large number of angular modes can exist. PVMOI 1 together with elements 3, 4, 6 is used as a controlled mode selector. As a result of selection at the output of the master laser 7, the radiation of one selected mode with the selected direction of the wave vector is formed. The radiation of this mode arrives at the input of the GCS 10, is amplified, and through reflective mirrors 12, 16 enters the optical input of the transceiver telescopic system 13.

ПВМОИ имеет N x N ячеек, каждая из которых индивидуально управляется импульсным сигналом, поступающим с блока управления 2, содержащего N x N последовательно соединенных триггеров и ключей, а также источник постоянного напряжения, первым выходом подключенный к вторым входам ключей, а вторым выходом к металлическому покрытию 30 (на чертеже не показаны). Управляющий сигнал с выхода блока управления 2 прикладывается между одним из металлических электродов 32 (с выхода соответствующего триггера блока управления 2) и прозрачным металлическим покрытием 30. При этом электрооптический кристалл 29 в соответствующей ячейке под данным металлическим электродом 32 находится под воздействием приложенного импульсного управляющего напряжения. Электрооптический кристалл в данной ячейке под воздействием напряжения приобретает двулучепреломление, в результате чего плоскость поляризации светового потока изменяется на угол 45^о при однократном прохождении и на угол 90^о при двукратном прохождении.PWMOI has N x N cells, each of which is individually controlled by a pulse signal coming from control unit 2, containing N x N series-connected triggers and keys, as well as a DC voltage source connected to the second inputs of the keys with the first output and the metal output with the second coating 30 (not shown). A control signal from the output of the control unit 2 is applied between one of the metal electrodes 32 (from the output of the corresponding trigger of the control unit 2) and a transparent metal coating 30. In this case, the electro-optical crystal 29 in the corresponding cell under this metal electrode 32 is under the influence of an applied pulse control voltage. The electro-optical crystal in this cell under the influence of voltage acquires birefringence, as a result of which the plane of polarization of the light flux changes by an angle of 45 ^about with a single passage and by an angle of 90 ^about with a double passage.

В данной конструкции ПВМОИ имеет место двукратное прохождение светового потока через электрооптический кристалл 29 за счет отражения от диэлектрического зеркала 31. Световой поток распространяется от кюветы задающего ОКГ 7 на оптический вход ПВМОИ 1 и проходит через поляризационную пластину 3, выполненную из специального кварцевого стекла. Диэлектрическая пластина 3 осуществляет вращение плоскости поляризации проходящего светового потока на угол 90^о при двукратном прохождении в прямом и обратном направлениях. При дальнейшем распространении светового потока в сторону ПВМОИ 1 и прохождении дважды через электрооптический кристалл 29 световой поток или приобретает дополнительное вращение плоскости поляризации на угол 90^о в тех ячейках ПВМОИ 1, на которые подано управляющее напряжение с блока управления 2, или не приобретает вращения плоскости поляризации в тех ячейках ПВМОИ 1, на которые не подано управляющее напряжение. Световой поток, отраженный от ячеек ПВМОИ 1, на которые не подано напряжение, будет иметь плоскость поляризации, ортогональную плоскость поляризации поляризационного фильтра 4 и будет задержан этим фильтром.In this design of the PWMOI there is a double passage of the light flux through the electro-optical crystal 29 due to reflection from the dielectric mirror 31. The light flux propagates from the cuvette of the master laser 7 to the optical input of the PWMOI 1 and passes through a polarizing plate 3 made of special quartz glass. The dielectric plate 3 rotates the plane of polarization of the transmitted light flux by an angle of 90 ^about with double passage in the forward and reverse directions. With further propagation of the luminous flux toward PVMOI 1 and passes twice through the electrooptic crystal 29, the light flux or acquire an additional rotation of the polarization plane through an angle of ⁹⁰ ° in those cells PVMOI 1, to which a control voltage from the control unit 2, or acquires the rotation of the polarization plane in those cells of the PVMOI 1 for which the control voltage is not applied. The light flux reflected from the cells of the PVMOI 1, to which voltage is not applied, will have a plane of polarization orthogonal to the plane of polarization of the polarization filter 4 and will be delayed by this filter.

Через поляризационный фильтр 4 пройдет световой поток только от той ячейки ПВМОИ 1, на которую подано управляющее напряжение, обеспечивающее дополнительное вращение плоскости поляризации на 90^о. Таким образом, ПВМОИ 1 совместно с диэлектрической пластиной 3 и поляризационным фильтром 4 выполняют роль управляемого амплитудного оптического фильтра, обеспечивающего пропускание на вход кюветы задающего ОКГ 7 в обратном ходе от ПВМОИ 1 светового потока, отраженного от тех участков диэлектрического зеркала 31 ячеек ПВМОИ 1, на которые подано управляющее напряжение. Совместно с формирующей линзой 6 это обеспечивает селекцию угловых мож задающего ОКГ 7.Through a polarizing filter 4 will be held only on the luminous flux of the cell PVMOI 1, which is supplied with a control voltage, provides an additional rotation of the polarization plane by ⁹⁰ °. Thus, PVMOI 1, together with the dielectric plate 3 and the polarizing filter 4, play the role of a controlled amplitude optical filter, which ensures the transmission of the light flux reflected from those sections of the dielectric mirror 31 of the cells of PVMOI 1 to which control voltage is applied. Together with the forming lens 6, this ensures the selection of angular laser sets 7.

Селекция заданной моды осуществляется следующим образом. В момент подачи на блок запуска 8 управляющего сигнала лампы-вспышки, входящие в этот блок, осуществляют подсвет кюветы с активным веществом, инициирующим световые импульсы. При этом осуществляется возникновение и предварительное усиление набора плоских угловых мод электромагнитного поля, распространяющихся между зеркалами 27 и 31 задающего ОКГ 7. Возникновение большого набора плоских угловых мод и их одновременное и равномерное усиление обусловлено наличием перед плоским отражательным зеркалом 27 дифракционной рассеивающей решетки 28, имеющей широкую угловую диаграмму рассеивания проходящего через нее светового потока, отраженного от зеркала 27. Дифракционная решетка 28 представляет собой, например, стеклянную пластину, на которую резцом нанесены штрихи с различными пространственными периодами и в различных направлениях с равномерным распределением по углу. В результате на вход кюветы задающего ОКГ 7 со стороны дифракционной решетки после отражения от полупрозрачного зеркала поступает набор плоских волн следующего вида:
E₁=

α_ije

(1) где α_ij амплитуда волны с пространственными частотами ω_ix, ω_jy, характеризующими наклон волнового вектора.The selection of a given mode is as follows. At the moment of supplying to the start-up unit 8 a control signal of the flash lamp included in this unit, the cuvette with the active substance initiating light pulses is illuminated. In this case, the emergence and preliminary amplification of a set of plane angular modes of the electromagnetic field propagating between the mirrors 27 and 31 of the master laser 7. The appearance of a large set of plane angular modes and their simultaneous and uniform amplification is due to the presence of a diffraction scattering grating 28 in front of the planar reflective mirror 28, which has a wide the angular diagram of the scattering of the light flux passing through it, reflected from the mirror 27. The diffraction grating 28 is, for example, glass hydrochloric plate on which the cutter touches applied to different spatial periods and in different directions with a uniform distribution over the angle. As a result, at the input of the cuvette of the master laser 7 from the diffraction grating, after reflection from a translucent mirror, a set of plane waves of the following form is received:
E ₁ =

α _ij e

(1) where α _{ij is} the wave amplitude with spatial frequencies ω _ix , ω _jy characterizing the slope of the wave vector.

После прохождения через кювету активного вещества ОКГ 7 данный набор плоских угловых мод (1) усиливается и поступает на входную апертуру формирующей линзы 6, которая осуществляет преобразование по Фурье набора угловых мод (1) и формирует в плоскости ПВМОИ 1 пространственный спектр набора мод (1) в виде двумерного распределения S (x,y):
S(x, y)

[E₁] Σα_ijδ(ζ-ω_x, η-ω_y)
(2) где δ (ζ, η) дельта-функция;
ζ, η координаты в плоскости ПВМОИ 1.After passing through the cuvette of the active substance OKG 7, this set of planar angular modes (1) is amplified and fed to the input aperture of the forming lens 6, which Fourier transforms the set of angular modes (1) and forms the spatial spectrum of the mode set in the PWMO 1 plane (1) in the form of a two-dimensional distribution S (x, y):
S (x, y)

[E ₁ ] Σα _ij δ (ζ-ω _x , η-ω _y )
(2) where δ (ζ, η) is a delta function;
ζ, η coordinates in the plane of PWMOI 1.

Плоскость ПВМОИ 1 совмещена с фокальной плоскостью линзы 6. При этом каждая точка плоскости ПВМОИ 1 с координатами ζ, η соответствует определенной плоской волне, распространяющейся в активном веществе задающего ОКГ 7 под определенным углом к оптической оси 0-0'. The plane of the PVMOI 1 is aligned with the focal plane of the lens 6. Moreover, each point of the plane PVMOI 1 with the coordinates ζ, η corresponds to a certain plane wave propagating in the active substance of the master laser 7 at a certain angle to the optical axis 0-0 '.

ПВМОИ 1 осуществляет выделение из сформированного набора плоских волн (1) одной волны (угловой моды) α_ij eⁱ ^ωix^+j ^ωjy с заданным направлением распространения, т.е. с необходимым наклоном волнового вектора

относительно оптической оси 0-0'. Для этого управляющее напряжение с блока управления 2 подается только на одну ячейку ПВМОИ 1 с соответствующими координатами ζ_o η_o в плоскости ПВМОИ 1. Так как на остальные ячейки ПВМОИ 1 управляющее напряжение не подается, то световой поток, отраженный от диэлектрического зеркала 31 в местах расположения этих ячеек задерживается поляризационным фильтром 4 и на вход кюветы с активным веществом ОКГ 7 не проходит. Через поляризационный фильтр 4 на вход кюветы проходит только плоская волна, соответствующая световой волне, отраженной от ПВМОИ 1 в точке, соответствующей ячейке ПВМОИ, на которую подано управляющее напряжение. Эта световая волна имеет наклон волнового фронта относительно оси О-О', соответствующий выбранной ячейке ПВМОИ с координатами ζ=ζ_o, η=η₀
Данная сформированная световая волна при обратном проходе через кювету ОКГ 7 подвергается усилению. При этом за этот проход осуществляется почти полное снятие существующей инверсной населенности (на 95%). Далее волна поступает на вход кюветы ОКУ 10. Возбуждение активной среды в ОКУ 10 осуществляется с помощью блока запуска 11 одновременно с возбуждением задающего ОКГ 7. В ОКУ 10 осуществляется усиление сформированной световой волны. В результате на выходе ОКУ 10 формируется импульс лазерного излучения, пространственное направление которого относительно оси О-О в точности соответствует направлению волнового вектора исходной световой волны, сформированной на выходе задающего ОКГ7. С выхода ОКУ 10 лазерный импульс направляется с помощью первого 12 и второго 16 отражательных зеркал на вход приемопередающей телескопической системы 13. Телескоп 13 осуществляет переизлучение сформированного импульса в пространство в направлении объекта. Таким образом, в задающем ОКГ 7 и ОКУ 10 осуществляется формирование лазерного импульса и изменение характеристик его диаграммы направленности в соответствии с управляющими сигналами, поступающими с блока управления 2 на ПВМОИ 1.PVMOI 1 extracts one wave (angular mode) α _ij e ⁱ ^ω ix ^{+ j} ^ω jy from the generated set of plane waves (1) with a given propagation direction, i.e. with the necessary slope of the wave vector

relative to the optical axis 0-0 '. To do this, the control voltage from the control unit 2 is supplied only to one cell of the MFMOI 1 with the corresponding coordinates ζ _o η _o in the plane of the MFMOI 1. Since no control voltage is supplied to the other cells of the MFMOI 1, the light flux reflected from the dielectric mirror 31 in places the location of these cells is delayed by the polarization filter 4 and does not pass to the input of the cell with the active substance of OGG 7. Only a plane wave passes through the polarization filter 4 to the cell inlet, corresponding to the light wave reflected from PVMOI 1 at a point corresponding to the cell of PVMOI to which the control voltage is applied. This light wave has an inclination of the wavefront relative to the O-O 'axis, corresponding to the selected cell of the MFER with coordinates ζ = ζ _o , η = η ₀
This formed light wave during the return passage through the cuvette OKG 7 is subjected to amplification. At the same time, almost complete removal of the existing inverse population (by 95%) is carried out for this passage. Next, the wave enters the input of the cuvette OKU 10. The excitation of the active medium in the OKU 10 is carried out using the trigger unit 11 simultaneously with the excitation of the master laser 7. In the OKU 10, the generated light wave is amplified. As a result, a laser pulse is generated at the output of the OCV 10, the spatial direction of which relative to the O-O axis exactly corresponds to the direction of the wave vector of the initial light wave generated at the output of the master laser 7. From the output of the CMO 10, the laser pulse is directed using the first 12 and second 16 reflective mirrors to the input of the transceiver telescopic system 13. The telescope 13 re-emits the generated pulse into space in the direction of the object. Thus, in the master laser 7 and the CMO 10 is the formation of a laser pulse and the change in the characteristics of its radiation pattern in accordance with the control signals from the control unit 2 to PVMOI 1.

Устройство обеспечивает решение задачи точного совмещения в пространстве оси приемного канала с оптической осью канала лазерного излучателя, без чего невозможно наведение лазерного излучения на объект или его выделенный элемент. The device provides a solution to the problem of precise alignment in space of the axis of the receiving channel with the optical axis of the channel of the laser emitter, without which it is impossible to point the laser radiation at the object or its selected element.

В приемном и передающем каналах устройства используется один и тот же приемопередающий телескоп 13. Работа приемного канала осуществляется следующим образом. Отраженное от объекта излучение улавливается телескопом 13 и далее в параллельном ходе лучей по оси О₂-О₂ через отверстие в отражательном зеркале 17 поступает на входную апертуру формирующего объектива 18. Он формирует изображение наблюдаемого поля зрения, в котором находится наблюдаемый объект, подсвеченный солнечным излучением. В момент обнаружения объекта уголковый отражатель 14 выведен из апертуры приемопередающего канала с помощью блока отклонения 15.In the receiving and transmitting channels of the device uses the same transceiver telescope 13. The operation of the receiving channel is as follows. The radiation reflected from the object is captured by the telescope 13 and then in the parallel path of the rays along the О ₂ -О ₂ axis through the hole in the reflective mirror 17 it enters the input aperture of the forming lens 18. It forms an image of the observed field of view in which the observed object is illuminated by solar radiation . At the time of detection of the object, the corner reflector 14 is withdrawn from the aperture of the transceiver channel using the deflection unit 15.

Изображение наблюдаемого поля зрения формируется объективом 18 в плоскости фоточувствительной площадки фотоприемника 19, осуществляющего регистрацию изображения наблюдаемого поля I(x,y) и преобразование его в последовательность электрических импульсов, поступающих в блок управления 20, где осуществляется их усиление и оцифровка. Информация в цифровой форме поступает в управляющий вычислительный блок 21, где заносится в оперативную память. В блоке 21 осуществляется вычисление координат всех ярких точек (объектов), а также по команде оператора формирование управляющих сигналов для наведения оси излучения лазера в одну из ярких точек в наблюдаемом поле зрения, координаты которой задаются оператором. The image of the observed field of view is formed by the lens 18 in the plane of the photosensitive area of the photodetector 19, which registers the image of the observed field I (x, y) and converts it into a sequence of electrical pulses entering the control unit 20, where they are amplified and digitized. Information in digital form enters the control computing unit 21, where it is entered into RAM. In block 21, the coordinates of all the bright points (objects) are calculated, and also, upon the operator’s command, the formation of control signals for pointing the laser radiation axis to one of the bright points in the observed field of view, the coordinates of which are set by the operator, is generated.

Совмещение оптических осей лазера и приемного канала фотоприемника 19 осуществляется следующим образом. В промежутках времени между формированием импульсов лазерного излучения осуществляется просвечивание оптического канала лазера дополнительным источником 22. Световой поток, сформированный источником 22 и расширителем пуска 25, через полупрозрачное зеркало 5, поляризационный светофильтр 4 и диэлектрическую пластину 3 поступает на плоскость ПВМОИ 1 отражается от диэлектрического зеркала 31 после двукратного прохождения через электрооптический кристалл 29 и в обратном ходе проходит через диэлектрическую пластину 3 и поляризационный фильтр 4. Этот световой поток используется как контрольное излучение для определения положения оси излучения лазера относительно приемного канала. При этом через поляризационный фильтр 4 проходит световой поток, отраженный от тех ячеек ПВМОИ 1, на которые подано управляющее напряжение с выхода блока управления 2. Линза 6 формирует набор плоских волн, распространяющихся через весь оптический канал лазерного излучателя (поз. 7, 10, 12). При этом возбуждения газовой смеси задающего ОКГ 7 и ОКУ 10 с помощью блоков запуска 8, 11 не производится. Световой поток с выхода ОКУ 10 после отражения от зеркал 12, 16 поступает на вход телескопа 13. Контрольное излучение после отражения от зеркала 16 распространяется вдоль оси О₁-О₁ параллельно оси приемного канала О₂-О₂. При этом направление распространения контрольного излучения учитывает все неточности юстировки и установки элементов оптического канала лазерного излучателя зеркал 12, 16, линзы 6, ПВМОИ 1.The combination of the optical axes of the laser and the receiving channel of the photodetector 19 is as follows. In the time intervals between the formation of laser radiation pulses, the optical channel of the laser is illuminated by an additional source 22. The luminous flux generated by the source 22 and the start extender 25 passes through the translucent mirror 5, the polarizing light filter 4, and the dielectric plate 3 onto the plane of the FIRMO 1 and is reflected from the dielectric mirror 31 after passing twice through the electro-optical crystal 29 and in the reverse stroke passes through the dielectric plate 3 and the polarizing filter 4. This luminous flux is used as control radiation to determine the position of the axis of the laser radiation relative to the receiving channel. In this case, the light flux reflected through the polarizing filter 4 passes from those cells of the PVMOI 1 to which the control voltage is supplied from the output of the control unit 2. Lens 6 forms a set of plane waves propagating through the entire optical channel of the laser emitter (items 7, 10, 12 ) In this case, the excitation of the gas mixture of the master OKG 7 and OKU 10 using the start blocks 8, 11 is not performed. The light flux from the output of the OCV 10 after reflection from the mirrors 12, 16 goes to the input of the telescope 13. The control radiation after reflection from the mirror 16 propagates along the axis O ₁ -O ₁ parallel to the axis of the receiving channel O ₂ -O ₂ . In this case, the direction of propagation of the control radiation takes into account all inaccuracies in alignment and installation of the elements of the optical channel of the laser emitter of mirrors 12, 16, lens 6, PVMOI 1.

Для определения точного направления оптической оси лазера в пространстве часть контрольного излучения отражается назад к фотоприемнику 19 с помощью уголкового отражателя 14, вводимого в оптический тракт с помощью механического блока перемещения 15 только на время работы источника контрольного сигнала и определения направления оси лазерного излучателя. To determine the exact direction of the optical axis of the laser in space, part of the control radiation is reflected back to the photodetector 19 using an angle reflector 14 introduced into the optical path using the mechanical displacement unit 15 only for the duration of the control signal source and determine the direction of the axis of the laser emitter.

Уголковый отражатель 14 перекрывает только часть апертуры приемного канала, что позволяет одновременно с регистрацией контрольного излучения фотоприемником 19 осуществлять и слежение за объектом с определением его координат. Объектив 18 одновременно формирует изображение наблюдаемого поля зрения и фокусирует на плоскость фоточувствительной площадки фотоприемника 19 контрольное излучение, отраженное от уголкового отражателя 14. При этом на фоточувствительной площадке фотоприемника 19 формируется изображение плоскости ПВМОИ 1, на которое наложено изображение наблюдаемого поля зрения. Изображение, сформированное объективом 18 и регистрируемое фотоприемником 19, приведено на фиг. 2, где 33 периферийные ячейки ПВМОИ 1, на которые подано управляющее напряжение с блока управления 2; 34 изображение наблюдаемого объекта; 35 фоточувствительная площадка фотоприемника 19; 36 и 37 границы телевизионного растра. The corner reflector 14 covers only part of the aperture of the receiving channel, which allows simultaneously with the registration of the control radiation by the photodetector 19 to monitor the object with the determination of its coordinates. The lens 18 simultaneously forms an image of the observed field of view and focuses on the plane of the photosensitive area of the photodetector 19 the control radiation reflected from the corner reflector 14. At the same time, an image of the PVMOI plane 1 is formed on the photosensitive area of the photodetector 19, on which the image of the observed field of view is superimposed. The image formed by the lens 18 and recorded by the photodetector 19 is shown in FIG. 2, where 33 peripheral cells of PVMOI 1 are supplied with a control voltage from control unit 2; 34 image of the observed object; 35 photosensitive area of the photodetector 19; 36 and 37 borders of a television raster.

Любые изменения в юстировке или сдвигах элементов оптического тракта, например зеркал 12, 16 или ПВМОИ 1, приводят к смещению изображения ПВМОИ 1 в плоскости фоточувствительной площадки фотоприемника 19. При этом для направления оси лазерного излучения на объект достаточно возбудить лазерный импульс путем подачи управляющего напряжения на ячейку ПВМОИ 1, изображение которой совпадает с изображением 34 объекта. Таким образом, точное совмещение оптических осей лазерного излучения и приемного канала осуществляется путем подачи на соответствующую ячейку ПВМОИ 1 управляющего напряжения при совпадении на фотоприемнике 19 изображений объекта и данной ячейки. Any changes in the alignment or shifts of the elements of the optical path, for example, mirrors 12, 16 or PVMOI 1, lead to a displacement of the image of the PVMOI 1 in the plane of the photosensitive area of the photodetector 19. Moreover, to direct the axis of the laser radiation to the object, it is sufficient to excite the laser pulse by applying a control voltage to cell PVMOI 1, the image of which coincides with the image 34 of the object. Thus, the exact combination of the optical axes of the laser radiation and the receiving channel is carried out by applying a control voltage to the corresponding PVMOI 1 cell when the images of the object and the given cell coincide on the photodetector 19.

При формировании контрольного излучения управляющее напряжение подается с блока управления 2 на периферийные ячейки 33 ПВМОИ 1, при этом на фоточувствительной площадке фотоприемника изображения границ рабочей зоны ПВМОИ 1 наблюдаются в виде отдельных точечных площадок. Информация о расположении границ рабочей зоны ПВМОИ 1 совместно с информацией о положении объекта внутри рабочей зоны ПВМОИ 1 поступает в цифровой форме с выхода блока управления фотоприемником 20 на вход управляющего вычислительного блока 21, осуществляющего определение ячейки с номером (i, j), изображение которой совпадает с изображением объекта 34. When forming the control radiation, the control voltage is supplied from the control unit 2 to the peripheral cells 33 of the PVMOI 1, while on the photosensitive area of the photodetector, the images of the boundaries of the working zone of the PVMOI 1 are observed as separate point platforms. Information about the location of the boundaries of the PVMOI 1 working area together with information about the position of the object inside the PVMOI 1 working area is received in digital form from the output of the photodetector control unit 20 to the input of the control computing unit 21, which determines the cell with the number (i, j), the image of which coincides with the image of the object 34.

Определение номера ячейки осуществляется следующим образом. В блок памяти вычислительного блока 21 заносится информация о координатах Х₁Y₁ выбранного оператором яркого объекта 34 относительно границ 36, 37 телевизионного растра (см. фиг. 2) фотоприемника 19. При включении источника дополнительного излучения 22 и формировании изображения осуществляется регистрация изображений точечных площадок 33, расположенных на границах рабочей зоны ПВМОИ. При этом в блок памяти вычислительного блока 21 заносится информация о координатах каждой точечной площадки также относительно границ 36, 37 растра фотоприемника 19. Одновременно в память блока 21 заносится информация о номерах (i, j) точечных площадок. В вычислительном блоке 21 осуществляется сравнение координат объекта X₁Y₁ с координатами точечных площадок i, j и определяется номер площадки по вертикали j с координатой Х, совпадающей с координатой Х₁ изображения объекта, и номер площадки по горизонтали i с координатой Y, совпадающей с координатой Y₁ изображения объекта. В результате определяется номер той ячейки i,j, которая совпадает по положению с изображением объекта 34 в плоскости фоточувствительной площадки фотоприемника 19. Данная ячейка i, j имеет координаты Х_i X₁; Y_j Y₁, совпадающие с координатами наблюдаемого объекта Х₁Y₁.The determination of the cell number is as follows. Information on the coordinates X ₁ Y _{1 of} the bright object 34 selected by the operator relative to the borders 36, 37 of the television raster (see Fig. 2) of the photodetector 19 is entered into the memory block of the computing unit 21. When the additional radiation source 22 is turned on and the image is formed, the image of the point sites 33, located at the borders of the working area of the PVMOI. At the same time, information about the coordinates of each point site is also recorded in the memory block of the computing unit 21 relative to the borders 36, 37 of the raster of the photodetector 19. At the same time, information about the numbers (i, j) of the point sites is recorded in the memory of the block 21. In the computing unit 21, the coordinates of the object X ₁ Y ₁ are compared with the coordinates of the point sites i, j, and the site number is determined vertically j with the coordinate X coinciding with the coordinate X _{1 of the} image of the object and the number of the site horizontally i with the Y coordinate coinciding with the coordinate Y _{1 of the} image of the object. As a result, the number of the cell i, j that coincides in position with the image of the object 34 in the plane of the photosensitive area of the photodetector 19 is determined. This cell i, j has the coordinates X _i X ₁ ; Y _j Y ₁ , coinciding with the coordinates of the observed object X ₁ Y ₁ .

После определения номера ячейки ij ПВМОИ 1, совпадающей с изображением объекта, вычислительный блок 21 вырабатывает команды на запуск лазерного генератора (7, 10) и на излучение лазерного импульса в направлении объекта. При этом с выхода вычислительного блока 21 на блок управления светофильтром 24 подается в кодовой форме сигнал на закрытие светофильтра 23. Одновременно с блока 21 поступает в кодовой форме сигнал на блок перемещения 15, вырабатывающий аналоговый сигнал, поступающий на исполнительный механизм-электродвигатель, входящий в состав блока 15 и обеспечивающий выведение уголкового отражателя из приемопередающего тракта. Управляющий сигнал с информацией о номере i, j ячейки ПВМОИ 1, совпадающей с изображением объекта, поступает также с выхода блока 21 на вход блока формирования управляющих импульсов 26, содержащий дешифратор и N x N ЦАП (на фиг. 1 не показаны). Блок формирования управляющих импульсов 26 вырабатывает аналоговый сигнал, поступающий на один из входов блока управления 2 ПВМОИ 1, непосредственно связанный с ячейкой с номером i, j, на которую и поступает аналоговый управляющий импульс, обеспечивающий открывание данной ячейки. Одновременно с выхода блока формирования управляющих импульсов 26 на блок управления 2 поступают сигналы, обеспечивающие закрывание периферийных ячеек ПВМОИ 1. Одновременно на блоки запуска 8, 11 поступают управляющие сигналы, обеспечивающие запуск ламп-вспышек и возбуждение активной газовой среды в ОКГ 7 и ОКУ 10. В результате того, что в момент запуска ОКГ 7 и ОКУ10 и ПВМОИ 1 открыта только ячейка с номером i, j, сформированный лазерный импульс излучается точно в направлении объекта, изображение которого в плоскости фоточувствительной площадки фотоприемника 19 совпадает с изображением ячейки ПВМОИ 1 с номером i, j. After determining the cell number ij of PVMOI 1, which coincides with the image of the object, the computing unit 21 generates commands to start the laser generator (7, 10) and to emit a laser pulse in the direction of the object. At the same time, from the output of the computing unit 21, the signal to close the filter 23 is supplied in code form in code form to the control unit of the filter 23. Simultaneously, from the unit 21, a signal is transmitted in code form to the displacement unit 15, which generates an analog signal supplied to the actuator-electric motor included block 15 and providing the removal of the corner reflector from the transceiver path. The control signal with information about the number i, j of the cell of the PWMOI 1, which coincides with the image of the object, also comes from the output of block 21 to the input of the block of formation of control pulses 26 containing the decoder and N x N DACs (not shown in Fig. 1). The control pulse generating unit 26 generates an analog signal supplied to one of the inputs of the control unit 2 of the PVMOI 1, which is directly connected to the cell number i, j, to which the analog control pulse is supplied, which ensures the opening of this cell. Simultaneously, from the output of the control pulse generation unit 26, the control unit 2 receives signals providing closing of the peripheral cells of the PVMOI 1. At the same time, control signals providing the start of flash lamps and excitation of the active gas medium in OKG 7 and OKU 10 are received at the start blocks 8, 11. As a result of the fact that only the cell number i, j is open at the time of the launch of OKG 7 and OKU10 and PVMOI 1, the generated laser pulse is emitted exactly in the direction of the object, the image of which is in the plane of the photosensitive area photodetector 19 coincides with the image of the cell PVMOI 1 with the number i, j.

После излучения лазерного импульса в направлении объекта работа устройства периодически повторяется в описанном порядке. Предложенное устройство, реализованное согласно изобретению, позволяет увеличить точность наведения оси лазерного излучения на объект за счет использования ПВМОИ, формирующей линзы, и объектива, уголкового отражателя, блока перемещения, поляризационного фильтра и диэлектрической пластины, рассеивающей решетки, блоков управления. Точность наведения оси лазерного излучения на объект составляет 0,05, что более чем на порядок превышает точность наведения излучения на объект в известных устройствах, в том числе в прототипе. After emitting a laser pulse in the direction of the object, the operation of the device is periodically repeated in the described order. The proposed device, implemented according to the invention, can increase the accuracy of pointing the axis of the laser radiation on the object through the use of MFMOI, forming lenses, and a lens, an angular reflector, a moving unit, a polarizing filter and a dielectric plate, a scattering grating, control units. The accuracy of pointing the axis of the laser radiation to the object is 0.05, which is more than an order of magnitude higher than the accuracy of pointing radiation to the object in known devices, including in the prototype.

Важным преимуществом изобретения является возможность точного наведения лазерного излучения на выделенный объект в нерабочем режиме без возбуждения задающего ОКГ и ОКУ. Это достигается использованием специального источника контрольного излучения и просвечиванием всего оптического тракта лазера контрольным излучением, отраженным от ПВМОИ 1. При этом контрольное излучение проходит одни и те же пути, что и возбуждаемое в рабочем режиме лазерное излучение, что и обеспечивает необходимую высокую точность наведения в рабочем режиме лазерного передатчика. An important advantage of the invention is the ability to accurately direct laser radiation at the selected object in the idle mode without excitation of the master laser and CMO. This is achieved by using a special source of control radiation and scanning the entire optical path of the laser with control radiation reflected from PWMOI 1. In this case, the control radiation passes the same paths as the laser radiation excited in the operating mode, which ensures the necessary high accuracy of guidance in the working laser transmitter mode.

Claims

1. TRANSMITTER OF A LASER LOCATOR, comprising serially optically connected optical quantum generator with a trigger unit, a first translucent mirror, an optical quantum amplifier with a trigger unit and a first opaque mirror, and a photodetector with a photodetector control unit, the output of which is connected to the input of the control computing unit, moreover, the first and second outputs of the control computing unit are connected respectively to the inputs of the start blocks of the optical quantum generator and an optical quantum amplifier, characterized in that, in order to increase the accuracy of pointing the radiation at the target, a spatially coupled spatially temporal optical radiation modulator with a control unit including series-mounted electrode array, a mirror and an electro-optical crystal transparent to optical radiation is introduced into it coated, dielectric plate, polarizing filter, second translucent mirror and first forming optical system, optically inennaya with an optical quantum generator, a serially optically connected corner reflector with a rotation unit, optically connected to a transceiving telescopic system, a second opaque mirror and a second forming optical system, optically connected to a photodetector, serially optically connected radiation source, a light filter with a control unit and a radiation beam expander optically connected to a second translucent mirror, optically connected to a third opaque in series a mirror and a diffraction grating installed behind the first translucent mirror, as well as a control pulse generating unit, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the space-time optical radiation modulator control unit, the third, fourth and fifth outputs of the control computing unit being connected respectively to the inputs of the corner reflector, light filter control unit and control pulse generation unit, and the first opaque mirror is optically connected but with a second non-transparent mirror, wherein the second non-transparent mirror has an opening centered on the axis of the photodetector.

2. The device according to claim 1, characterized in that the control unit of the spatio-temporal optical radiation modulator is made in the form of N · N series-connected triggers and key blocks, the outputs of which are connected to the corresponding electrodes of the electrode array of the spatio-temporal optical radiation modulator, as well as a constant voltage unit, the first input of which is connected to the second inputs of the key blocks, and the second coated with a spatio-temporal modulator of optical radiation, and the inputs N · N triggers are connected to the corresponding outputs of the control pulse generation unit.

3. The device according to claim 1, characterized in that the control pulse generation unit comprises a decoder and N · N digital-to-analog converters, the inputs of which are connected to the corresponding outputs of the decoder, the decoder input being connected to the fifth output of the control computing unit, and the outputs digital-to-analog converters are connected to the corresponding inputs of the space-time optical radiation modulator control unit.