RU2110079C1 - Method of radiation guidance on object - Google Patents

Method of radiation guidance on object Download PDF

Info

Publication number
RU2110079C1
RU2110079C1 SU5100471A RU2110079C1 RU 2110079 C1 RU2110079 C1 RU 2110079C1 SU 5100471 A SU5100471 A SU 5100471A RU 2110079 C1 RU2110079 C1 RU 2110079C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
laser radiation
radiation
time
formation
working
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.М. Казанский
В.А. Кочкин
Ю.Ф. Кутаев
В.Н. Нетемин
О.Ю. Носач
Original Assignee
Товарищество с ограниченной ответственностью "Астрам"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Товарищество с ограниченной ответственностью "Астрам" filed Critical Товарищество с ограниченной ответственностью "Астрам"
Priority to SU5100471 priority Critical patent/RU2110079C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2110079C1 publication Critical patent/RU2110079C1/en

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: laser location, laser communication system. SUBSTANCE: method of radiation guidance on object consists in formation of object image, in determination of its angular coordinates
Figure 00000005
, in formation of auxiliary laser radiation, in determination of coordinates
Figure 00000006
of its energy center and in generation of direction of laser radiation in proportion to
Figure 00000007
. At time moment t2 illumination of object is carried out by first pulse of probing laser radiation and distance R to object is found. Object image is formed by illumination at time moment t1 that is bigger than tв by second pulse of probing laser radiation. Auxiliary radiation is formed at time moment t2 with t2 less than tв, less than 2R/C, where C is velocity of light. Formation of operating laser radiation is conducted with time delay relative to time moment tв less than time of frozenness of atmosphere. EFFECT: improved reliability of method. 1 dwg

Description

Изобретение относится к лазерной локации, в частности, к лазерным системам связи. The invention relates to laser ranging, in particular, to laser communication systems.

Известен способ наведения излучения на объект, заключающийся в формировании изображения объекта, определении его координат, определении наиболее яркой точки объекта и наведении на нее лазерного излучения. A known method of directing radiation to an object, which consists in forming an image of the object, determining its coordinates, determining the brightest point of the object and pointing the laser radiation at it.

К недостаткам известного способа может быть отнесена невысокая точность наведения, обусловленная рассогласованием спектров приемного и передающего каналов, ложной идентификацией объекта в присутствии помех, а также турбулентность атмосферы. The disadvantages of this method can be attributed to low accuracy of guidance, due to the mismatch of the spectra of the receiving and transmitting channels, false identification of the object in the presence of interference, as well as atmospheric turbulence.

Известен также способ наведения излучения на объект, заключающийся в непрерывном подсвете объекта зондирующим лазерным излучением, приеме отраженного сигнала, формировании изображения и наведении рабочего лазерного излучения на наиболее яркую точку объекта. There is also a method of directing radiation to an object, which consists in continuous illumination of the object by probing laser radiation, receiving the reflected signal, image formation and pointing the working laser radiation to the brightest point of the object.

К недостаткам данного способа относятся низкая скрытность, обусловленная непрерывным режимом работы лазера подсвета, и невысокая точность наведения, что связано с влиянием турбулентности среды распространения, статических неоднородностей среды для пространственно разнесенных каналов зондирующего и рабочего излучений. The disadvantages of this method include the low secrecy due to the continuous operation of the backlight laser and the low accuracy of guidance, which is associated with the influence of turbulence of the propagation medium, static inhomogeneities of the medium for spatially separated channels of the probe and working radiation.

В качестве прототипа выбран способ наведения излучения на объект, заключающийся в формировании изображения объекта, определении его угловых координат

Figure 00000008
, формировании вспомогательного лазерного излучения, оптически связанного с диаграммой направленности рабочего лазерного излучения, определении координат энергетического центра
Figure 00000009
вспомогательного лазерного излучения, формировании в момент времени t1 рабочего лазерного излучения в направлении
Figure 00000010
, причем формирование вспомогательного лазерного излучения осуществляют непрерывно на длине волны, отличной от рабочей длины волны, а формирование изображения объекта осуществляют в видимом диапазоне.As a prototype, a method of directing radiation to an object is selected, which consists in forming an image of the object, determining its angular coordinates
Figure 00000008
, the formation of auxiliary laser radiation, optically associated with the radiation pattern of the working laser radiation, the determination of the coordinates of the energy center
Figure 00000009
auxiliary laser radiation, the formation at time t 1 of the working laser radiation in the direction
Figure 00000010
moreover, the formation of auxiliary laser radiation is carried out continuously at a wavelength different from the working wavelength, and the image formation of the object is carried out in the visible range.

Недостатком способа-прототипа является низкая точность, обусловленная ошибками наведения, связанными с атмосферной дисперсией и с дисперсией канала распространения, а также ошибкой, связанной с влиянием турбулентности на трассе распространения, не компенсируемой вследствие различных спектральных диапазонов приемного и передающего каналов. The disadvantage of the prototype method is the low accuracy due to pointing errors associated with atmospheric dispersion and dispersion of the propagation channel, as well as an error associated with the influence of turbulence on the propagation path, which is not compensated due to different spectral ranges of the receiving and transmitting channels.

Целью изобретения является повышение точности,
Цель достигается тем, что в способе наведения излучения на объект, заключающемся в формировании изображения объекта, определении его угловых координат

Figure 00000011
, формировании вспомогательного лазерного излучения, определении координат энергетического центра
Figure 00000012
вспомогательного лазерного излучения, осуществлении отработки направления рабочего лазерного излучения с длиной волны λраб пропорционально
Figure 00000013
, в момент времени t1 осуществляют подсвет объекта первым импульсом зондирующего лазерного излучения с длиной волны λраб и определяют дальность до объекта, изображение объекта формируют посредством подсвета в момент времени t2 > t1 вторым импульсом зондирующего лазерного излучения, спектральной селекции и усиления отраженного от объекта зондирующего лазерного излучения, причем вспомогательное лазерное излучение формируют в момент времени tв, t2 < tв < t2 + 2R/C на длине волны λраб, , где R - дальность до объекта, C - скорость света, а формирование рабочего лазерного излучения осуществляют с временной задержкой относительно момента времени tв, меньшей времени замороженности атмосферы.The aim of the invention is to improve the accuracy,
The goal is achieved by the fact that in the method of directing radiation to an object, which consists in forming an image of the object, determining its angular coordinates
Figure 00000011
, the formation of auxiliary laser radiation, the determination of the coordinates of the energy center
Figure 00000012
auxiliary laser radiation, working out the direction of the working laser radiation with a wavelength of λ slave in proportion
Figure 00000013
, at time t 1 , the object is illuminated with the first pulse of the probe laser radiation with a wavelength λ slave and the range to the object is determined, the image of the object is formed by illuminating at time t 2 > t 1 with the second pulse of the probe laser radiation, spectral selection and amplification reflected from of the probe laser radiation, whereby the auxiliary laser radiation is formed at time t in , t 2 <t in <t 2 + 2R / C at the wavelength λ slave , where R is the distance to the object, C is the speed of light, and formed The working laser radiation is carried out with a time delay relative to the time instant t in , shorter than the atmosphere freezing time.

На чертеже приведена блок-схема устройства наведения излучения на объект, реализующего способ, соответствующий изобретению. The drawing shows a block diagram of a device for directing radiation to an object that implements the method corresponding to the invention.

Устройство наведения излучения на объект содержит источник рабочего лазерного излучения 1, источник зондирующего лазерного излучения 2, источник вспомогательного лазерного излучения 3, селектор угловых мод 4 с первым объективом 5, первым светоделителем 6 и модулятором 7, второй объектив 8, третий (приемный) объектив 9, квантовый усилитель 10, фотоприемное устройство 11, блок обработки 12, блок определения дальности 13, формирователь временных интервалов (ФВИ) 14, коммутатор 15, вычитающее устройство 16, привод опорно-поворотного устройства (ОПУ) 17, блок управления 18 приводом ОПУ, поворотное зеркало 19, реотражатель 20, затвор 21, второй светоделитель 22, блоки накачки 23, 24, 25 соответственно источников рабочего, зондирующего и вспомогательного лазерных излучений, блок управления 26 квантового усилителя. A device for directing radiation to an object contains a source of working laser radiation 1, a source of probing laser radiation 2, a source of auxiliary laser radiation 3, an angular mode selector 4 with a first lens 5, a first beam splitter 6 and a modulator 7, a second lens 8, and a third (receiving) lens 9 , a quantum amplifier 10, a photodetector 11, a processing unit 12, a range determining unit 13, a time interval shaper (FWI) 14, a switch 15, a subtracting device 16, a drive of a slewing ring device (OPU) 17, bl 18 to control the drive OPU, the pivoting mirror 19, reotrazhatel 20, the shutter 21, the second beam splitter 22, the pump blocks 23, 24, 25, respectively, the working springs, the probe and the auxiliary laser emission control unit 26 of the quantum amplifier.

Устройство наведения излучения на объект работает следующим образом. A device for directing radiation to an object works as follows.

По данным внешнего целеуказания (ЦУ) ожидаемые координаты объекта поступают в блок управления 18 приводом ОПУ 17, который вырабатывает управляющее воздействие на привод ОПУ 17, выходы двигателей которого через редукторы подключены к ОПУ, несущему поворотное зеркало 19. В результате зеркало 19 ориентируется таким образом, чтобы линия визирования была выставлена в точку ожидания. According to the data of external target designation (CC), the expected coordinates of the object are sent to the control unit 18 of the control gear drive 17, which generates a control action on the control gear drive 17, the motor outputs of which are connected via gearboxes to the control gear supporting the rotary mirror 19. As a result, the mirror 19 is oriented in such a way so that the line of sight is set to a waiting point.

В момент времени t1 ФВИ 14 формирует импульс запуска, по которому осуществляют накачку активной среды источника зондирующего лазерного излучения 2 с помощью блок накачки 24. Источник зондирующего лазерного излучения 2 формирует импульс с длиной волны λ = λраб, который через объективы 8 и 5 проходит в передающий канал, образованный элементами 1, 22, 19, и подсвечивают объект. Отраженное от объекта излучение через поворотное зеркало 19, второй светоделитель 22, открытый затвор 21, приемный объектив 9, квантовый усилитель 10 поступает на фотоприемное устройство 11.At time t 1, the PVI 14 generates a trigger pulse, through which the active medium of the probe laser source 2 is pumped using a pump unit 24. The probe laser source 2 generates a pulse with a wavelength of λ = λ slave , which passes through lenses 8 and 5 into the transmitting channel formed by the elements 1, 22, 19, and highlight the object. The radiation reflected from the object through the rotary mirror 19, the second beam splitter 22, the open shutter 21, the receiving lens 9, the quantum amplifier 10 is supplied to the photodetector 11.

Зарегистрированное излучение поступает на блок определения дальности 13, определяющий временной интервал δ t между посылкой и приемом первого импульса зондирующего лазерного излучения. Очевидно, что δ t = 2R/C, где C - скорость распространения излучения, R - дальность до объекта. Полученное значение дальности вводится в ФВИ 14, где используется при формировании временного цикла работы устройства. The registered radiation enters the range determination unit 13, which determines the time interval δ t between sending and receiving the first pulse of the probe laser radiation. Obviously, δ t = 2R / C, where C is the radiation propagation velocity, R is the distance to the object. The obtained range value is entered in FVI 14, where it is used in the formation of the time cycle of the device.

После поступления сигнала δ t формируют второй импульс зондирующего лазерного излучения в момент времени t2. С временной задержкой Δτ < δt относительно t2 формируют импульс вспомогательного лазерного излучения длительностью τВ. . Излучение источника вспомогательного лазерного излучения 3, формируемого после накачки его блока накачки 25, отражаясь от первого светоделителя 6, поступает на модулятор 7 селектора угловых мод 4 и подсвечивает его излучением на рабочей длине волны λраб. . Модулятор 7 может быть выполнен в виде матричного пространственно-временного модулятора света. Отраженное от него излучение проходит через первый объектив 5 и невозбужденную активную среду источника рабочего лазерного излучения 1. Отражаясь от второго светоделителя 22, вспомогательное лазерное излучение поступает на реотражатель 20 и после отражения от него - в приемный канал
Приемный объектив 9 фокусирует вспомогательное лазерное излучение на фотоприемное устройство 11. Зарегистрированный сигнал поступает на блок обработки 12, реализующий операцию определения координат наиболее яркой точки объекта путем разделения потока излучения на N парциальных потоков и выделения максимального из них. В результате определяются координаты энергетического центра пучка вспомогательного лазерного излучения

Figure 00000014
характеризующие величину углового рассогласования визирных осей приемного и передающего каналов.After the signal δ t is received, a second pulse of probe laser radiation is generated at time t 2 . With a time delay Δτ <δt with respect to t 2 , an auxiliary laser pulse of duration τ V is formed . . The radiation of the source of auxiliary laser radiation 3, formed after pumping its pump unit 25, reflected from the first beam splitter 6, is fed to the modulator 7 of the angular mode selector 4 and illuminated by radiation at a working wavelength λ slave . . The modulator 7 can be made in the form of a matrix spatio-temporal light modulator. The radiation reflected from it passes through the first lens 5 and the unexcited active medium of the working laser radiation source 1. Reflecting from the second beam splitter 22, the auxiliary laser radiation enters the reflector 20 and, after reflection from it, into the receiving channel
The receiving lens 9 focuses the auxiliary laser radiation on the photodetector 11. The registered signal is fed to the processing unit 12, which implements the operation of determining the coordinates of the brightest point of the object by dividing the radiation flux into N partial streams and extracting the maximum of them. As a result, the coordinates of the energy center of the beam of auxiliary laser radiation are determined
Figure 00000014
characterizing the magnitude of the angular mismatch of the sighting axes of the receiving and transmitting channels.

В момент времени

Figure 00000015
в приемный канал поступает отраженный от объекта второй импульс зондирующего лазерного излучения. Формируемое изображение объекта используют для определения его угловых координат
Figure 00000016
в блоке обработки 12. Полученные координаты
Figure 00000017
поступают на коммутатор 15, откуда подаются на первый вход вычитающего устройства 16, на второй вход которого подаются полученные ранее координаты энергетического центра вспомогательного лазерного излучения
Figure 00000018
. На выходе вычитающего устройства 16 формируется сигнал управления модулятором 7, пропорциональный
Figure 00000019
необходимый для коррекции направления оси рабочего лазерного излучения.At time
Figure 00000015
the second pulse of the probing laser radiation reflected from the object enters the receiving channel. The generated image of the object is used to determine its angular coordinates
Figure 00000016
in processing unit 12. Coordinates obtained
Figure 00000017
arrive at the switch 15, from where they are fed to the first input of the subtractor 16, to the second input of which the previously obtained coordinates of the energy center of the auxiliary laser radiation are fed
Figure 00000018
. The output of the subtracting device 16 is formed by the control signal of the modulator 7, proportional
Figure 00000019
necessary to correct the direction of the axis of the working laser radiation.

После отработки управляющего воздействия, спустя интервал времени Δ t (например, априорно заданный), подается сигнал на накачку активной среды (блок 23) источника рабочего лазерного излучения 1. При этом интервал Δ t выбран меньшим времени замороженности атмосферы. Это позволяет считать, что в силу малого временного интервала Δ t, не превышающего интервал корреляции временных флуктуаций турбулентной среды распространения излучения, ее искажения (фазовые и амплитудные неоднородности) при распространении отраженного от объекта второго импульса зондирующего лазерного излучения и при формировании рабочего лазерного излучения сильно коррелированы. Поэтому фазовые неоднородности наклона волнового фронта одинаковы при распространении отраженного от объекта второго импульса зондирующего лазерного излучения и при прохождении рабочего лазерного излучения. After working out the control action, after a time interval Δ t (for example, a priori set), a signal is supplied to pump the active medium (block 23) of the working laser radiation source 1. In this case, the interval Δ t is chosen to be shorter than the time of freezing of the atmosphere. This allows us to assume that due to the small time interval Δ t not exceeding the correlation interval of temporal fluctuations of the turbulent medium of radiation propagation, its distortions (phase and amplitude inhomogeneities) during the propagation of the second probe laser pulse reflected from the object and during the formation of the working laser radiation are strongly correlated . Therefore, the phase inhomogeneities of the slope of the wavefront are the same when the second pulse of the probe laser radiation reflected from the object propagates and when the working laser radiation passes through.

Формирование рабочего лазерного излучения в заданном направлении осуществляется путем подачи управляющего воздействия на элемент разложения модулятора 7, соответствующий угловому направлению

Figure 00000020
Генерация рабочего лазерного излучения приводит к формированию совокупности угловых мод внутри некоторого телесного угла, из которых селектором угловых мод 4 будет выделена только мода, соответствующая угловому направлению
Figure 00000021
Усиленное рабочее лазерное излучение через второй светоделитель 22 и поворотное зеркало 19 направляется на объект. Для того чтобы приемный канал не подвергался воздействию излучения, затвор 21 закрывают и снимают накачку с усилителя 10, что обеспечивается подачей соответствующего управляющего сигнала с ФВИ 14.The formation of the working laser radiation in a given direction is carried out by applying a control action to the decomposition element of the modulator 7, corresponding to the angular direction
Figure 00000020
The generation of working laser radiation leads to the formation of a set of angular modes inside a certain solid angle, from which only the mode corresponding to the angular direction will be selected by the angular mode selector 4
Figure 00000021
The amplified working laser radiation through the second beam splitter 22 and the rotary mirror 19 is directed to the object. In order to prevent the receiving channel from being exposed to radiation, the shutter 21 is closed and the pump is removed from the amplifier 10, which is ensured by the supply of the corresponding control signal from the PVI 14.

Вследствие совмещения спектрального диапазона работы приемного и передающего каналов обеспечивается устранение влияния дисперсии среды распространения. А поскольку определение положения визирной оси передающего канала относительно визирной оси приемного канала, определение координат объекта и формирование рабочего лазерного излучения осуществляется за время, меньшее времени замороженности атмосферы, то ошибки наведения, обусловленные неоднородностями среды распространения, исключаются. Due to the combination of the spectral range of operation of the receiving and transmitting channels, the influence of the dispersion of the propagation medium is eliminated. And since the determination of the position of the sighting axis of the transmitting channel relative to the sighting axis of the receiving channel, the determination of the coordinates of the object and the formation of the working laser radiation is carried out in a time shorter than the time of freezing of the atmosphere, pointing errors due to inhomogeneities of the propagation medium are excluded.

Claims (1)

Способ наведения излучения на объект, заключающийся в формировании изображения объекта, определении его угловых координат
Figure 00000022
формировании вспомогательного лазерного излучения, определении координат энергетического центра
Figure 00000023
вспомогательного лазерного излучения, осуществление отработки направления рабочего лазерного излучения с длиной волны λраб пропорционально
Figure 00000024
отличающийся тем, что в момент времени t1 осуществляют подсвет объекта первым импульсом зондирующего лазерного излучения с длиной волны λраб и определяют дальность до объекта, изображение объекта формируют посредством подсвета в момент времени t2 > t1 вторым импульсом зондирующего лазерного излучения, спектральной селекции и усиления отраженного от объекта зондирующего лазерного излучения, причем вспомогательное лазерное излучение формируют в момент времени tb, t2 < tb < t2 + 2R/C на длине волны λраб, где R - дальность до объекта, C - скорость света, а формирование рабочего лазерного излучения осуществляют с временной задержкой относительно момента времени tb, меньшей времени замороженности атмосферы.The method of directing radiation to an object, which consists in forming an image of the object, determining its angular coordinates
Figure 00000022
the formation of auxiliary laser radiation, the determination of the coordinates of the energy center
Figure 00000023
auxiliary laser radiation, working out the direction of the working laser radiation with a wavelength of λ slave in proportion
Figure 00000024
characterized in that at time t 1 the object is illuminated with a first pulse of probing laser radiation with a wavelength λ slave and the distance to the object is determined, the image of the object is formed by illuminating at time t 2 > t 1 with a second pulse of probing laser radiation, spectral selection and amplification reflected from an object of the probing laser, wherein an auxiliary laser beam is formed at time t b, t 2 <t b <t 2 + 2R / C at the wavelength λ slave where R - distance to the object, C - velocity veto, and the formation of a working laser beam is carried out with a time delay relative to the moment of time t b, at atmospheric icing time.
SU5100471 1991-09-25 1991-09-25 Method of radiation guidance on object RU2110079C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5100471 RU2110079C1 (en) 1991-09-25 1991-09-25 Method of radiation guidance on object

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5100471 RU2110079C1 (en) 1991-09-25 1991-09-25 Method of radiation guidance on object

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2110079C1 true RU2110079C1 (en) 1998-04-27

Family

ID=21616189

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5100471 RU2110079C1 (en) 1991-09-25 1991-09-25 Method of radiation guidance on object

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2110079C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2541505C2 (en) * 2013-07-09 2015-02-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт оптико-электронного приборостроения" (ОАО "НИИ ОЭП") Method of delivering laser radiation to moving object and apparatus therefor
RU2706292C2 (en) * 2015-04-30 2019-11-15 Таль Optical system and method for guiding laser beam through atmosphere
RU2744040C1 (en) * 2020-02-28 2021-03-02 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") Laser beams guidance method and device for implementation thereof

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2541505C2 (en) * 2013-07-09 2015-02-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт оптико-электронного приборостроения" (ОАО "НИИ ОЭП") Method of delivering laser radiation to moving object and apparatus therefor
RU2706292C2 (en) * 2015-04-30 2019-11-15 Таль Optical system and method for guiding laser beam through atmosphere
RU2744040C1 (en) * 2020-02-28 2021-03-02 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") Laser beams guidance method and device for implementation thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20240027588A1 (en) Multi-wavelength pulse steering in lidar systems
US11988773B2 (en) 2-dimensional steering system for lidar systems
US10473768B2 (en) Lidar system
US6879384B2 (en) Process and apparatus for measuring an object space
US5200606A (en) Laser radar scanning system
US5285461A (en) Improved laser radar transceiver
CN1092791C (en) Surveying instrument
US20170261612A1 (en) Optical distance measuring system and light ranging method
US5009502A (en) System of holographic optical elements for testing laser range finders
CN111487639B (en) Laser ranging device and method
US6545749B1 (en) Electronic distance measuring device
US7079228B2 (en) Combined laser altimeter and ground velocity measurement apparatus
JP2021536586A (en) Polarized-encoded beam transmission and collection
US11047959B2 (en) Apparatus and method for generating multiple-wavelength distributed continuous wave and pulse optical transmission signal
KR20220116224A (en) Detection and distance measurement systems employing optical waveguides
US11237255B2 (en) LiDAR system
RU2324145C1 (en) Laser rangefinder
RU2110079C1 (en) Method of radiation guidance on object
GB2306828A (en) Covert 3-dimensional imaging lidar
RU2541505C2 (en) Method of delivering laser radiation to moving object and apparatus therefor
WO1993001465A1 (en) Optical system in a laser guidance system
US10942259B2 (en) Light scanning sensor capable of steering both transmit and receive signals
EP0449337A2 (en) Range finding array camera
GB2251150A (en) Laser radar system
JPH05312953A (en) Optical ranging system