RU2125279C1

RU2125279C1 - Method of sighting of radiation on moving object and device for its realization

Info

Publication number: RU2125279C1
Application number: RU97119381A
Authority: RU
Inventors: Е.М. Земсков; В.М. Казанский; В.А. Кочкин; Ю.Ф. Кутаев; С.К. Манкевич
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью "Астрам"
Priority date: 1997-11-14
Filing date: 1997-11-14
Publication date: 1999-01-20

Abstract

FIELD: laser location. SUBSTANCE: after spectral selection of signals Doppler shift of frequency is found and frequency of auxiliary laser radiation is corrected by value of available Doppler shift of frequency while object is illuminated with second pulse of auxiliary laser radiation with shifted frequency. Laser radiation is formed with time lag less than time of freezing of atmosphere relative to time moment of reception of second pulse reflected from radiation object. EFFECT: enhanced accuracy of sighting of radiation on moving objects. 3 cl, 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области лазерной локации, в частности к лазерным системам связи с космическими объектами, а также к системам для доставки излучения на космические и воздушные объекты. The present invention relates to the field of laser ranging, in particular to laser communication systems with space objects, as well as to systems for delivering radiation to space and air objects.

Известен способ наведения излучения на объект [1], заключающийся в формировании изображения объекта, определении его координат, определении наиболее яркой точки объекта и наведении на нее рабочего лазерного излучения. A known method of directing radiation to an object [1], which consists in forming an image of the object, determining its coordinates, determining the brightest point of the object and pointing the working laser radiation at it.

К недостаткам известного способа следует отнести невысокую точность наведения, вследствие получения изображения объекта и формирования рабочего лазерного излучения на различных длинах волн, что приводит, в силу наличия дисперсии, к ошибке наведения Δ, вызванной рассогласованием спектров приемного и передающего каналов. Дополнительная ошибка наведения в известном способе [1] обусловлена отсутствием возможности селекции изображения объекта от окружающего фона (фон неба, звезд и т.д.). The disadvantages of this method include the low accuracy of the guidance, due to the image of the object and the formation of the working laser radiation at different wavelengths, which leads, due to the dispersion, to the pointing error Δ caused by the mismatch of the spectra of the receiving and transmitting channels. An additional guidance error in the known method [1] is due to the lack of the ability to select the image of the object from the surrounding background (background of the sky, stars, etc.).

В качестве прототипа выбран способ наведения излучения на объект [2], заключающийся в формировании изображения объекта, определении его угловых координат θ₀, формировании вспомогательного лазерного излучения, оптически связанного с диаграммой направленности рабочего лазерного излучения, определении координат энергетического центра θ_ц вспомогательного лазерного излучения, формировании в момент времени t₁ рабочего лазерного излучения в направлении θ₀-θ_ц, причем формирование вспомогательного лазерного излучения осуществляют непрерывно в видимом диапазоне спектра, например, на длине волны λ_раб = 0,63 мкм, отличной от рабочей длины волны, а формирование изображения объекта осуществляют в видимом диапазоне.As a prototype, the method of directing radiation to an object [2] was chosen, which consists in forming an image of the object, determining its angular coordinates θ ₀ , forming auxiliary laser radiation optically associated with the directivity pattern of the working laser radiation, determining the coordinates of the energy center θ _{c of} auxiliary laser radiation, the formation at time t _{1 of the} working laser radiation in the direction θ ₀ -θ _c , and the formation of auxiliary laser radiation is carried out continuously in the visible range of the spectrum, for example, at a wavelength of λ _slave = 0.63 μm, different from the working wavelength, and imaging of the object is carried out in the visible range.

К недостаткам известного способа относится невысокая точность наведения, обусловленная различием длин волн рабочего и вспомогательного лазерных излучений, что приводит, вследствие атмосферной дисперсии канала распространения, к ошибкам наведения излучения на объект. The disadvantages of this method include the low accuracy of the guidance, due to the difference in the wavelengths of the working and auxiliary laser radiation, which leads, due to atmospheric dispersion of the propagation channel, to errors in pointing the radiation at the object.

Кроме того, при осуществлении наведения лазерного излучения на движущийся космический объект необходимо обеспечить прием отраженного сигнала в широкой полосе, включающей возможный доплеровский сдвиг сигнала ΔY_доп _max. Это приводит к существенному снижению эффективности и помехозащищенности приема вследствие регистрации и накопления шумов в широкой полосе по сравнению с узкополосным приемом сигналов от неподвижного или медленно движущегося объекта. При этом, вследствие влияния шумов, ухудшается точность определения координат объекта и точность наведения лазерного излучения на движущийся объект.In addition, when laser radiation is aimed at a moving space object, it is necessary to receive a reflected signal in a wide band, including a possible Doppler signal shift ΔY _extra _max . This leads to a significant decrease in the efficiency and noise immunity of the reception due to registration and accumulation of noise in a wide band compared to narrow-band reception of signals from a stationary or slowly moving object. In this case, due to the influence of noise, the accuracy of determining the coordinates of the object and the accuracy of pointing laser radiation to a moving object are deteriorating.

Достигаемым техническим результатом является повышение точности наведения лазерного излучения на движущиеся космические и воздушные объекты. Achievable technical result is to increase the accuracy of laser radiation guidance on moving space and air objects.

Новый технический результат достигается тем, что:
1. В известном способе, заключающемся в формировании вспомогательного лазерного излучения, подсвете им объекта, приеме, формировании изображения объекта, определении его угловых координат Θ₀ и формировании в направлении Θ₀ рабочего лазерного излучения на длине волны λ_раб, после приема отраженного от объекта излучения осуществляют его спектральную селекцию на рабочей длине волны λ_раб, осуществляют определение доплеровского сдвига частоты ΔY_доп, отраженного от объекта излучения, осуществляют коррекцию частоты вспомогательного лазерного излучения на величину доплеровского сдвига частоты -ΔY_доп и подсвечивают объект вторым импульсом вспомогательного лазерного излучения со смещенной частотой излучения, а формирование рабочего лазерного излучения осуществляют с временной задержкой, меньшей времени замороженности атмосферы относительно момента времени приема второго импульса, отраженного от объекта излучения.A new technical result is achieved by the fact that:
1. In the known method, which consists in the formation of auxiliary laser radiation, illumination of the object, reception, imaging of the object, determining its angular coordinates Θ ₀ and forming in the direction Θ _{0 of the} working laser radiation at a wavelength λ _slave , after receiving the radiation reflected from the object its spectral selection is performed at the operating wavelength λ _slave, a determination of the Doppler frequency shift ΔY _additional reflected radiation from the object, is performed frequency correction auxiliary lasers radiation was the magnitude of Doppler frequency shift -ΔY _additional object is illuminated and the second pulse of the auxiliary laser emission frequency-shifted, and the formation of the working laser beam is carried out with a time delay, at time relative atmospheric icing receive timing of the second pulse of radiation reflected from the object.

2. Определение доплеровского сдвига частоты ΔY_доп, отраженного от объекта излучения осуществляют путем формирования последовательности импульсов вспомогательного лазерного излучения, подсвета объекта последовательностью сформированных импульсов излучения, осуществляют дискретный сдвиг частоты Y_i каждого последующего импульса вспомогательного лазерного излучения относительно частоты излучения Y_i-1 предыдущего импульса лазерного излучения, осуществляют прием, спектральную селекцию отраженного от объекта излучения на рабочей длине волны λ_раб, определяют амплитуду A_i отселектированного сигнала каждого отраженного от объекта импульса лазерного излучения и определяют лазерный импульс с наибольшей амплитудой A_i=A_m отселектированного на рабочей длине волны λ_раб сигнала, при этом за величину доплеровского сдвига частоты ΔY_доп принимают разность Y_m-Y_p между частотой излучения Y_m лазерного импульса с наибольшей отселектированной амплитудой и частотой Y_p рабочего лазерного излучения, соответствующей длине волны λ_раб = 1/Y_p:ΔY_доп = Y_m-Y_p.
3. В известное устройство, содержащее установленные на первой оптической оси источник рабочего лазерного излучения с блоком накачки, первое поворотное зеркало с приводом зеркала и блоком управления приводом зеркала, расположенные на второй оптической оси, первую фотоприемную матрицу, первый световой затвор, объектив, первое светоделительное зеркало, лазерный усилитель с блоком накачки, телескопическую систему, а также задающий лазерный генератор с блоком накачки, матричный световой модулятор селектора угловых мод с блоком управления, блок обработки информации и формирователь временных интервалов, отличающееся тем, что введены первый и второй активные квантовые фильтры с блоками накачки, второй световой затвор, вторая фотоприемная матрица, отражательное вогнутое зеркало, второе светоделительное зеркало, блок смещения частоты задающего лазерного генератора, блок смещения частоты лазерного усилителя, второе поворотное зеркало с приводом зеркала и блоком управления приводом, расположенное на второй оптической оси, первый активный квантовый фильтр размещен между первым светоделительным зеркалом и лазерным усилителем, оптический вход источника рабочего лазерного излучения посредством отражательного вогнутого зеркала связан с оптическим входом второго активного квантового фильтра, оптический выход которого через второе светоделительное зеркало связан с матричным световым модулятором селектора угловых мод, а через второй световой затвор - с фоточувствительной площадкой второй фотоприемной матрицы, выход задающего лазерного генератора через первое светоделительное зеркало связан с оптическим входом лазерного усилителя, оптический вход телескопической системы оптически сопряжен с установленным на второй оптической оси вторым поворотным зеркалом, при этом блоки смещения частоты задающего лазерного генератора и лазерного усилителя подключены к блоку обработки информации, управляющие входы блоков накачки лазерного задающего генератора и лазерного усилителя, первого и второго активных квантовых фильтров, первого и второго световых затворов попарно подключены к соответствующим выходам формирователя временных интервалов, выходы первой и второй фотоприемных матриц подключены к блоку обработки информации, выходы которого подсоединены к блоку накачки источника рабочего лазерного излучения и к блоку управления матричным световым модулятором селектора угловых мод, блоки управления приводами первого и второго поворотных зеркал подсоединены к источнику внешнего целеуказания, выход которого подсоединен к блоку обработки информации, причем блок смещения частоты задающего лазерного генератора и блок смещения частоты лазерного усилителя выполнены в виде снабженных источниками тока соленоидов, внутри которых расположены соответственно задающий лазерный генератор и лазерный усилитель.2. Determination of the Doppler frequency shift ΔY _additional reflected from the radiation object is carried out by forming a sequence of pulses of auxiliary laser radiation, the object is illuminated by a sequence of generated radiation pulses, a discrete shift of the frequency Y _{i of} each subsequent pulse of auxiliary laser radiation relative to the radiation frequency Y _{i-1 of the} previous pulse is carried out laser radiation, carry out reception, spectral selection of radiation reflected from the object at the working length e wavelength λ _slave determine the amplitude A _i been accumulated signal each reflected from the laser pulse object and determining a laser pulse with a maximum amplitude A _i = A _m been accumulated at the operating wavelength λ _slave signal, wherein for the magnitude of the Doppler shift frequency ΔY _dop take the difference Y _m -Y _p between the radiation frequency Y _{m of the} laser pulse with the largest amplitude selected and the frequency Y _{p of the} working laser radiation corresponding to the wavelength λ _slave = 1 / Y _p : ΔY _extra = Y _m -Y _p .
3. In a known device containing a source of working laser radiation mounted on the first optical axis with a pump unit, a first rotary mirror with a mirror drive and a mirror drive control unit located on the second optical axis, a first photodetector, a first light shutter, a lens, a first beam splitter a mirror, a laser amplifier with a pumping unit, a telescopic system, as well as a master laser generator with a pumping unit, a matrix light modulator of the angular mode selector with a control unit, an information processing lock and a time interval generator, characterized in that the first and second active quantum filters with pumping units, a second light shutter, a second photodetector, a reflective concave mirror, a second beam splitter mirror, a frequency shift unit of a master laser oscillator, a laser frequency shift unit are introduced amplifier, a second rotary mirror with a mirror drive and a drive control unit located on the second optical axis, the first active quantum filter is placed between the first the optical beam source and the laser amplifier, the optical input of the source of working laser radiation through a reflective concave mirror is connected to the optical input of the second active quantum filter, the optical output of which is connected through the second beam splitting mirror to the matrix light modulator of the angular mode selector, and through the second light shutter, to the photosensitive the site of the second photodetector matrix, the output of the master laser through the first beam splitting mirror is connected to the optical laser amplifier, the optical input of the telescopic system is optically coupled to a second rotary mirror mounted on the second optical axis, while the frequency offset blocks of the master laser and laser amplifier are connected to the information processing unit, the control inputs of the pump blocks of the laser master and laser amplifier, the first and the second active quantum filters, the first and second light gates are connected in pairs to the corresponding outputs of the shaper time intervals, output The odes of the first and second photodetector arrays are connected to the information processing unit, the outputs of which are connected to the pump unit of the working laser radiation source and to the control unit of the matrix light modulator of the angular mode selector, the drive control units of the first and second rotary mirrors are connected to an external target designation source, the output of which is connected to the information processing unit, wherein the frequency biasing unit of the master laser generator and the frequency biasing unit of the laser amplifier are configured as GOVERNMENTAL solenoid current source, inside which are located, respectively defining a laser oscillator and a laser amplifier.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства, реализующего предложенный способ, где введены следующие обозначения:
1. Источник рабочего лазерного излучения с блоком накачки 2;
3. Поворотное зеркало;
4. Привод поворотного зеркала;
5. Блок управления приводом поворотного зеркала;
6. Отражательное вогнутое зеркало;
7. Второе поворотное зеркало (ПЗ);
8. Привод второго ПЗ;
9. Блок управления приводом второго ПЗ;
10. Телескопическая система;
11. Задающий лазерный генератор с блоком накачки 12;
13. Лазерный усилитель с блоком накачки 14;
15. Первый активный квантовый фильтр с блоком накачки 16;
17. Первое светоделительное зеркало;
18. Объектив;
19. Первый световой затвор;
20. Первая фотоприемная матрица (ФПМ);
21. Второй активный квантовый фильтр с блоком накачки 22;
23. Второе светоделительное зеркало;
24. Второй световой затвор;
25. Вторая фотоприемная матрица;
26. Матричный световой модулятор селектора угловых мод с блоком управления 27;
28. Блок обработки информации;
29. Формирователь временных интервалов;
30. Блок смещения частоты задающего лазерного генератора;
31. Блок смещения частоты лазерного усилителя;
32. Блок-распределитель сигналов внешнего целеуказания (в состав устройства не входит).In FIG. 1 shows a block diagram of a device that implements the proposed method, where the following notation is introduced:
1. A source of working laser radiation with a pump unit 2;
3. Swivel mirror;
4. A drive of a rotary mirror;
5. The control unit drive a rotary mirror;
6. Reflective concave mirror;
7. The second rotary mirror (PZ);
8. The drive of the second PZ;
9. The control unit of the drive of the second PZ;
10. Telescopic system;
11. The master laser generator with a pump unit 12;
13. Laser amplifier with pump unit 14;
15. The first active quantum filter with pump unit 16;
17. The first beam splitting mirror;
18. The lens;
19. The first light shutter;
20. The first photodetector array (FPM);
21. The second active quantum filter with a pump unit 22;
23. The second beam splitting mirror;
24. The second light shutter;
25. The second photodetector array;
26. Matrix light modulator of the angular mode selector with control unit 27;
28. Information processing unit;
29. Shaper time intervals;
30. The frequency offset unit of the master laser;
31. The block offset frequency of the laser amplifier;
32. Distribution block of external target designation signals (not included in the device).

Высокоточное наведение лазерного излучения на объект осуществляют с помощью предложенного способа. High-precision guidance of laser radiation on the object is carried out using the proposed method.

Устройство, реализующее предложенный способ, функционирует следующим образом. A device that implements the proposed method operates as follows.

По данным внешнего целеуказания (ВЦУ) ожидаемые координаты объекта поступают в блоки управления приводами 5 и 9 первого и второго поворотных зеркал 3 и 7. Блоки управления приводами 5 и 9 вырабатывают управляющие воздействия на привод поворотных зеркал 4 и 8. В результате поворотные зеркала 3 и 7 ориентируют таким образом, чтобы линии визирования канала рабочего лазерного излучения (поворотное зеркало 3) и приемопередающего канала вспомогательного лазерного излучения (поворотное зеркало 7) были направлены на точку ожидания объекта. При дальнейшем функционировании устройства поворотными зеркалами 3 и 7 управляют синхронно по данным ВЦУ и ориентируют в одном и том же направлении в пространстве. According to the external target designation (VCU), the expected coordinates of the object are received in the control units for the drives 5 and 9 of the first and second rotary mirrors 3 and 7. The control units for the drives 5 and 9 generate control actions on the drive of the rotary mirrors 4 and 8. As a result, the rotary mirrors 3 and 7 are oriented in such a way that the line of sight of the channel of the working laser radiation (rotary mirror 3) and the transceiver channel of the auxiliary laser radiation (rotary mirror 7) are directed to the waiting point of the object. With further operation of the device, the rotary mirrors 3 and 7 are synchronously controlled according to the data of the VTsU and are oriented in the same direction in space.

Информация об ожидаемых координатах объекта по данным внешнего целеуказания поступает также в блок обработки информации 28, осуществляющий управление работой всего устройства. При этом информация поступает как об ожидаемых угловых координатах объекта θ_ox, так и о наклонной дальности до объекта R_x. По полученным значениям дальности R_x блок обработки информации 28 вырабатывает строб-импульс по дальности, который поступает на управляющие входы первой и второй фотоприемных матриц 20, 25, и обеспечивает синхронное открытие ФПМ с временем ожидаемого момента прихода отраженного от объекта зондирующего сигнала.Information on the expected coordinates of the object according to external target designation is also received in the information processing unit 28, which controls the operation of the entire device. In this case, information is received both about the expected angular coordinates of the object θ _ox , and about the inclined distance to the object R _x . Based on the obtained values of the range R _x, the information processing unit 28 generates a range strobe pulse, which is fed to the control inputs of the first and second photodetector arrays 20, 25, and ensures the simultaneous opening of the FPM with the expected time of arrival of the probe signal reflected from the object.

Поворотные зеркала 3 и 7 имеют большую инерционность, поэтому высокоточное наведение рабочего лазерного излучения на объект осуществляют с помощью предложенного способа и его конкретной реализации, изложенной ниже. Rotary mirrors 3 and 7 have a large inertia, therefore, high-precision guidance of the working laser radiation to the object is carried out using the proposed method and its specific implementation, described below.

Для высокоточного определения координат объекта в системах приемопередающего канала и канала рабочего лазерного излучения осуществляют подсвет объекта вспомогательным лазерным излучением в форме последовательности коротких импульсов. To accurately determine the coordinates of the object in the systems of the transceiver channel and the channel of the working laser radiation, the object is illuminated with auxiliary laser radiation in the form of a sequence of short pulses.

Данное лазерное излучение формируют с помощью задающего лазерного генератора 11 и лазерного усилителя 13. Накачку активной среды задающего лазерного генератора 11 и лазерного усилителя 13 осуществляют с помощью блоков накачки 12, 14, в качестве которых могут быть использованы, например, батареи конденсаторов, разряд которых происходит от электронного ключа, управляемого формирователем временных импульсов 33. В качестве задающего лазерного генератора 11 и лазерного усилителя 13 могут быть использованы фотодиссоционные лазеры высокой импульсной мощности. Телескопической системой 10 обеспечивают как формирование пучка светового излучения с малой расходимостью, направляемого для облучения объекта, так и прием излучения, отраженного от объекта. Отраженное от объекта излучение принимают телескопической системой 10. Излучение проходит через лазерный усилитель 13 и поступает на вход активного квантового фильтра 15, накачка которого с помощью блока накачки 16, аналогичного блокам накачки 12, 14, осуществляется после формирования и излучения в ЗГ 11 и ЛУ 13 лазерного импульса для подсвета объекта. Таким образом, к моменту приема отраженного от объекта оптического импульса обеспечивают возбужденное состояние активной среды АКФ 15. При проходе через первый АКФ 15 оптического импульса, отраженного от объекта, осуществляют его усиление и спектральную селекцию. Активная среда в лазерном усилителе 13 к приходу отраженного от объекта импульса находится в невозбужденном состоянии и не оказывает воздействия на приходящий слабый оптический импульс. This laser radiation is generated using a master laser 11 and a laser amplifier 13. The active medium of the master laser 11 and a laser amplifier 13 is pumped using pump units 12, 14, for which, for example, capacitor banks that discharge from an electronic key controlled by a temporary pulse generator 33. As a master laser generator 11 and a laser amplifier 13, high-pulse photodissociation lasers can be used th power. The telescopic system 10 provides both the formation of a beam of light radiation with low divergence, directed to irradiate the object, and the reception of radiation reflected from the object. The radiation reflected from the object is received by the telescopic system 10. The radiation passes through the laser amplifier 13 and enters the input of the active quantum filter 15, the pump of which is pumped using the pump unit 16, similar to the pump units 12, 14, after the formation and radiation in the ЗГ 11 and ЛУ 13 laser pulse to illuminate the object. Thus, by the time of receiving the optical pulse reflected from the object, the excited state of the active medium of the ACF 15 is provided. When the optical pulse reflected from the object passes through the first ACF 15, it is amplified and spectrally selected. The active medium in the laser amplifier 13 at the arrival of the pulse reflected from the object is in an unexcited state and does not affect the incoming weak optical pulse.

Далее осуществляют формирование изображения объекта в плоскости фоточувствительной площадки фотоприемной матрицы 20 с помощью объектива 18. При этом оптический затвор 19 находится в открытом состоянии по управляющему сигналу с блока формирования временных интервалов 29. Оптический затвор 19 находится в закрытом состоянии в момент формирования в ЗГ 11 и ЛУ 13 мощного лазерного импульса подсвета объекта и служит для защиты матричного фотоприемника 20 от помехи обратного рассеивания, возникающей при прохождении мощного лазерного импульса через приемопередающий канал. Информация с выхода фотоприемной матрицы 20 поступает в блок обработки информации 28. Блоком обработки информации 28 реализуют операцию определения координат θ₀ наиболее яркой точки объекта путем разделения потока излучения от изображения объекта на N парциальных потоков по числу фоточувствительных элементов в фотоприемной матрице 20 и выделения максимального из них.Next, an image of the object is formed in the plane of the photosensitive area of the photodetector matrix 20 using the lens 18. In this case, the optical shutter 19 is in the open state by the control signal from the time interval generating unit 29. The optical shutter 19 is in the closed state at the time of formation in the ЗГ 11 and LU 13 of a powerful laser pulse illuminates the object and serves to protect the matrix photodetector 20 from backscatter interference arising from the passage of a powerful laser pulse through transceiving channel. Information from the output of the photodetector matrix 20 enters the information processing unit 28. The information processing unit 28 implements the operation of determining the coordinates θ _{0 of} the brightest point of the object by dividing the radiation flux from the image of the object into N partial streams by the number of photosensitive elements in the photodetector matrix 20 and extracting the maximum from them.

Таким образом, за один цикл приема и обработки первого импульса вспомогательного лазерного излучения, отраженного от объекта осуществляют спектральную селекцию и усиление излучения, формирование изображения объекта, определение угловых координат θ₀.
Вследствие быстрого движения наблюдаемого объекта отраженное от объекта лазерное излучение приобретает доплеровское смещение частоты, обусловленное величиной радиальной скорости объекта V_R по линии визирования
ΔY_доп = 2V_R/λ_раб.
Для космических объектов величина скорости V_R может достигать нескольких километров в секунду, соответственно, доплеровский сдвиг частоты может достигать величины ΔY_доп = 1,5-2 ГГц на λ_раб, при полосе спектральной селекции ΔY = 300 МГц, что приводит к существенному снижению эффективности спектральной фильтрации и усиления отраженного от объекта сигнала и снижению точности определения координат объекта и точности наведения рабочего лазерного излучения. Для предотвращения этого явления в предлагаемом способе осуществляют определение доплеровского сдвига частоты ΔYν_доп, отраженного от объекта вспомогательного лазерного излучения.Thus, for one cycle of reception and processing of the first pulse of auxiliary laser radiation reflected from the object, spectral selection and amplification of radiation, imaging of the object, determination of the angular coordinates θ _{0 are} carried out.
Due to the rapid movement of the observed object, the laser radiation reflected from the object acquires a Doppler frequency shift due to the radial velocity of the object V _R along the line of sight
ΔY _extra = 2V _R / λ _slave
For space objects, the velocity V _R can reach several kilometers per second, respectively, the Doppler frequency shift can reach ΔY _extra = 1.5-2 GHz per λ _slave , with a spectral selection band ΔY = 300 MHz, which leads to a significant decrease in efficiency spectral filtering and amplification of the signal reflected from the object and reducing the accuracy of determining the coordinates of the object and the accuracy of pointing the working laser radiation. To prevent this phenomenon, the proposed method determines the Doppler frequency shift ΔYν _add reflected from the object of the auxiliary laser radiation.

Далее осуществляют коррекцию частоты излучения ν_i вспомогательного лазерного излучения на величину измеренного доплеровского сдвига частоты -ΔY_доп. Коррекцию осуществляют путем сдвига частоты вспомогательного лазерного излучения, формируемого в лазерном ЗГ 11 и лазерном усилителе 13 на величину -ΔY_доп. Смещение частоты формируемого вспомогательного лазерного излучения осуществляют одновременно в лазерном ЗГ 11 и лазерном усилителе 13 с помощью блоков смещения частоты 30, 31, на которые поступают одинаковые управляющие сигналы с выхода блока обработки информации 28, который вырабатывает сигнал управления, пропорциональный измеренному доплеровскому сдвигу частоты Δν_доп.
В результате частота Y_i вспомогательного лазерного излучения оказывается скорректированной (смещенной) на величину -ΔY_доп относительно исходной частоты Y_p, соответствующей рабочей длине волны λ_раб рабочего лазерного излучения: Y_i = Y_p-ΔY_доп. Второй импульс вспомогательного лазерного излучения с частотой Y_i = Y_p-ΔY_доп. излучают в сторону объекта через телескопическую систему 10 и поворотное зеркало 7.Then, the radiation frequency ν _{i of the} auxiliary laser radiation is corrected by the measured Doppler frequency shift -ΔY _add . The correction is carried out by shifting the frequency of the auxiliary laser radiation generated in the laser 3G and the laser amplifier 13 by a value of -ΔY _add . The frequency shift of the generated auxiliary laser radiation is carried out simultaneously in the laser ЗГ 11 and the laser amplifier 13 using frequency offset units 30, 31, which receive the same control signals from the output of the information processing unit 28, which generates a control signal proportional to the measured Doppler frequency shift Δν _additional .
As a result, the frequency Y _{i of the} auxiliary laser radiation turns out to be corrected (shifted) by a value of -ΔY _extra relative to the initial frequency Y _p corresponding to the working wavelength λ of the _{slave of the} working laser radiation: Y _i = Y _p -ΔY _extra . The second pulse of the auxiliary laser radiation with a frequency of Y _i = Y _p -ΔY _add . radiate towards the object through a telescopic system 10 and a rotary mirror 7.

Отраженное от объекта излучение вследствие доплеровского сдвига частоты ΔY_доп будет иметь частоту
Y_отр = Y_i+ΔY_доп = (Y_p-ΔY_доп)+ΔY_доп = Y_p,
точно совпадающую с частотой рабочего лазерного перехода в активном квантовом фильтре (АКФ) 15 и соответствующую рабочей длине волны λ_раб рабочего лазерного излучения. При этом спектральная селекция и усиление данного отраженного от объекта лазерного излучения в активном квантовом фильтре 15 осуществляются с наибольшей эффективностью в узкой спектральной полосе, что обусловливает высокую точность определения текущих угловых координат объекта θ_ot.
Определение доплеровского сдвига частоты ΔY_доп, отраженного от объекта вспомогательного лазерного излучения, осуществляют следующим образом (п. 2 формулы изобретения).The radiation reflected from the object due to the Doppler frequency shift ΔY _extra will have a frequency
Y _neg = Y _i + ΔY _add = (Y _p -ΔY _add ) + ΔY _add = Y _p
exactly coincides with the working frequency of the laser transition in the active quantum filter (ACF) 15 and the corresponding operating wavelength λ _slave laser working. In this case, the spectral selection and amplification of this laser radiation reflected from the object in the active quantum filter 15 is carried out with the greatest efficiency in a narrow spectral band, which determines the high accuracy of determining the current angular coordinates of the object θ _ot .
The determination of the Doppler frequency shift ΔY _additional reflected from the object of the auxiliary laser radiation is as follows (paragraph 2 of the claims).

Осуществляют формирование последовательности импульсов вспомогательного лазерного излучения и осуществляют подсвет объекта последовательностью сформированных импульсов. The pulse sequence of the auxiliary laser radiation is formed and the object is illuminated by the sequence of generated pulses.

При формировании импульсов вспомогательного лазерного излучения с помощью лазерного ЗГ 11 и лазерного усилителя 13 осуществляют дискретный сдвиг частоты Y_i каждого последующего i-го лазерного импульса относительно частоты Y_i-1 предыдущего излученного лазерного импульса на некоторую фиксированную величину

Сдвиг частоты осуществляют с помощью блоков смещения частоты 30, 31 по управляющим сигналам, формируемым в блоке обработки информации 28. Прием, спектральную селекцию и усиление отраженного от объекта излучения осуществляют с помощью активного квантового фильтра 15 в системе источника вспомогательного лазерного излучения на рабочей длине волны λ_раб и, соответственно, на частоте спектральной селекции Y_p = 1/λ_раб,
Частота спектральной селекции и усиления принимаемого (отраженного) лазерного сигнала Y_p определяется параметрами АКФ 15 и является постоянной величиной. Величину дискрета ΔY_λ смещения частоты излучения выбирают из необходимости обеспечения точной настройки частоты принимаемого сигнала на центральную частоту Y_p полосы спектральной селекции сигналов в АКФ 15, что составляет, например, величину ΔY_L = 0,2×ΔY_акф, где ΔY_акф - ширина полосы спектральной селекции АКФ 15 по уровню 0,5. При уменьшении величины дискрета ΔY_L - точность настройки частоты сигнала на центральную частоту приема АКФ Y_p может быть увеличена.When generating pulses of auxiliary laser radiation using a laser 3G and laser amplifier 13, a discrete shift of the frequency Y _{i of} each subsequent i-th laser pulse relative to the frequency Y _{i-1 of the} previous emitted laser pulse is performed by a certain fixed amount

The frequency shift is carried out using frequency offset blocks 30, 31 according to the control signals generated in the information processing unit 28. Reception, spectral selection and amplification of the radiation reflected from the object is carried out using an active quantum filter 15 in the auxiliary laser radiation source system at a working wavelength λ _slave and, accordingly, at the frequency of spectral selection Y _p = 1 / λ _slave ,
The frequency of spectral selection and amplification of the received (reflected) laser signal Y _p is determined by the parameters of the ACF 15 and is a constant value. The discrete value ΔY _λ of the radiation frequency offset is selected from the need to accurately adjust the frequency of the received signal to the center frequency Y _p of the spectral selection band of signals in ACF 15, which is, for example, ΔY _L = 0.2 × ΔY _acf , where ΔY _acf is the width spectral selection bands of ACF 15 at a level of 0.5. With a decrease in the discrete value ΔY _L - the accuracy of tuning the signal frequency to the center frequency of ACF reception Y _p can be increased.

Частоту излучения Y_i вспомогательного лазерного зондирующего сигнала, формируемого лазерным ЗГ 11 и ЛУ 13 дискретно увеличивают от импульса к импульсу в некотором диапазоне [Y₁-Y₂], центральная частота которого Y₀=Y_p соответствует рабочей частоте АКФ 15. Границы этого диапазона Y₁, Y₂ изменения частоты вспомогательного лазерного сигнала определяют в блоке обработки информации 28 по данным предварительного внешнего целеуказания (ВЦУ), которые содержат данные о возможных ожидаемых скоростях движения наблюдаемого космического объекта v по линии визирования. В блоке обработки информации 28 по этой информации осуществляют вычисление величины возможного (ожидаемого) доплеровского сдвига частоты отраженного от объекта лазерного излучения ΔY_в по формуле ΔY_в = 2v_p/λ_раб. Диапазон изменения частот [Y₁-Y₂] выбирают таким, чтобы он перекрывал ожидаемый доплеровский сдвиг частоты: (Y₁-Y₂)/2 > ΔY_в.
Каждый излученный импульс вспомогательного лазерного излучения имеет отличную от других импульсов частоту Y_i. Отраженный от движущегося объекта импульс приобретает доплеровский сдвиг частоты ΔY_i _доп = 2v_pY_i/c, где v_p - скорость движения объекта по линии визирования (радиальная скорость), c - скорость света. Таким образом, частота принимаемого оптического сигнала равна Y_io = Y_i ± 2v_p/c, где знак "+" или "-" определяется направлением движения объекта. После осуществления операции спектральной селекции и усиления отраженного от объекта лазерного импульса с помощью АКФ 15 на рабочей длине волны λ_раб, соответствующей частоты Y_p, амплитуда отсепарированного импульса будет зависеть от точности совпадения частоты Y_io отраженного сигнала с частотой Y_p рабочего перехода активной среды в АКФ 15. Указанная амплитуда будет максимальной при совпадении частот Y_io = Y_p. Для фиксации этого момента совпадения частот осуществляют определение амплитуды каждого отселектированного и отраженного от объекта импульса вспомогательного лазерного излучения. Измерение амплитуды осуществляют с помощью фотоприемника 20 и блока обработки информации 28. Как было показано выше, блоком обработки информации 28 осуществляют определение координат θ₀ наиболее яркой точки объекта путем разделения на N парциальных потоков сформированного изображения объекта в системе многоэлементного матричного фотоприемника 20 и определения элемента с наибольшей величиной зарегистрированной амплитуды (интенсивности). При этом измеренную величину амплитуды A_oi от наиболее яркой точки (элемента) изображения объекта оцифровывают и запоминают в блоке обработки 28, присваивают этой запомненной амплитуде номер i, соответствующий номеру i излученного лазерного импульса с частотой излучения Y_i. С помощью блока обработки информации 28 из всех зарегистрированных импульсов сигналов, отраженных от объекта, определяют лазерный импульс i=m с наибольшей амплитудой A_oi имеющий излученную частоту Y_i = Y_m (m - номер излученного импульса). При этом частота отраженного от объекта зондирующего сигнала соответствует рабочей частоте Y_p лазерного перехода в АКФ 15 Y_oi = Y_om = Y_раб, а за величину доплеровского сдвига частоты ΔY_доп принимают разность частот ΔY_доп = Y_m-Y_p. Далее в системе источника вспомогательного лазерного излучения (ЗГ 11 и ЛУ 13) осуществляют непрерывную коррекцию частоты излучения Y_i вспомогательного лазерного излучения на величину измеренного доплеровского сдвига -ΔY_доп. Блок обработки информации 28 вырабатывает управляющие сигналы, которые по системе обратной связи поступают на блоки 30, 31 смещения частоты излучения и обеспечивают смещение частоты Y_m вспомогательного лазерного излучения на величину доплеровского сдвига -ΔY_доп. При этом обеспечивают поддержание максимальной величины амплитуды A_oi отраженного от объекта вспомогательного лазерного излучения, а частота отраженного от объекта вспомогательного лазерного излучения Y_m = Y_p соответствует частоте Y_p рабочего лазерного перехода в активной среде АКФ 15. На этом операция определения величины доплеровского сдвига частоты ΔY_доп завершена.The radiation frequency Y _{i of the} auxiliary laser probe signal generated by the laser 3G and LU 13 is discretely increased from pulse to pulse in a certain range [Y ₁ -Y ₂ ], the center frequency of which Y ₀ = Y _p corresponds to the operating frequency of ACF 15. The boundaries of this range Y _1, Y ₂ changes the frequency of the auxiliary laser signal is determined in the information processing unit 28 according to the prior external targeting (HCA), which contain data that may be expected speeds of movement of the object space observed by v lin and sight. In the information processing unit 28 according to this data is performed the calculation of possible values (expected) Doppler frequency shift of the reflected laser light _{in the} object ΔY _in the formula ΔY = 2v _p / λ _slave. The frequency range [Y ₁ -Y ₂ ] is chosen so that it overlaps the expected Doppler frequency shift: (Y ₁ -Y ₂ ) / 2> ΔY _c .
Each emitted pulse of the auxiliary laser radiation has a frequency Y _i different from other pulses. The pulse reflected from a moving object acquires a Doppler frequency shift ΔY _i _extra = 2v _p Y _i / c, where v _p is the speed of the object along the line of sight (radial speed), c is the speed of light. Thus, the frequency of the received optical signal is equal to Y _io = Y _i ± 2v _p / c, where the sign "+" or "-" is determined by the direction of movement of the object. After the operation of spectral selection and amplification of the laser pulse reflected from the object using the ACF 15 at the working wavelength λ _slave corresponding to the frequency Y _p , the amplitude of the separated pulse will depend on the accuracy of coincidence of the frequency Y _{io of the} reflected signal with the frequency Y _{p of the} working transition of the active medium in ACF 15. The indicated amplitude will be maximum when the frequencies Y _io = Y _p coincide. To fix this moment of coincidence of frequencies, the amplitude of each auxiliary laser radiation selected and reflected from the object is determined. The amplitude is measured using the photodetector 20 and the information processing unit 28. As shown above, the information processing unit 28 determines the coordinates θ _{0 of} the brightest point of the object by dividing into N partial streams the generated image of the object in the multi-element matrix photodetector 20 system and determining the element c the largest recorded amplitude (intensity). In this case, the measured value of the amplitude A _oi from the brightest point (element) of the image of the object is digitized and stored in the processing unit 28, assign this memorized amplitude number i, corresponding to the number i of the emitted laser pulse with the radiation frequency Y _i . Using the information processing unit, 28 of all the recorded signal pulses reflected from the object determine the laser pulse i = m with the largest amplitude A _oi having the emitted frequency Y _i = Y _m (m is the number of the emitted pulse). The frequency of the probe signal reflected from the object corresponds to the working frequency Y _{p of the} laser transition in the ACF 15 Y _oi = Y _om = Y _slave , and the frequency difference ΔY _add = Y _m -Y _{p is} taken as the frequency Doppler frequency shift ΔY _add . Next, in the system of the auxiliary laser radiation source (ZG 11 and LU 13), the radiation frequency Y _{i of the} auxiliary laser radiation is continuously corrected by the measured Doppler shift -ΔY _add . The information processing unit 28 generates control signals that are fed back to the radiation frequency offset blocks 30, 31 and provide an offset of the auxiliary laser radiation frequency Y _{m by the} Doppler shift -ΔY _add . At the same time, it is ensured that the maximum amplitude A _oi of the auxiliary laser radiation reflected from the object is maintained, and the frequency of the auxiliary laser radiation reflected from the object Y _m = Y _p corresponds to the frequency Y _{p of the} working laser transition in the active medium of the ACF 15. At this, the operation of determining the magnitude of the Doppler frequency shift ΔY _add completed.

Осуществляют подсвет объекта вторым импульсом вспомогательного лазерного излучения со смещенной частотой излучения. The object is illuminated with a second pulse of auxiliary laser radiation with a shifted radiation frequency.

Далее осуществляют прием отраженного от объекта второго импульса вспомогательного лазерного излучения, его спектральную селекцию и усиление на рабочей длине волны λ_раб в системе источника рабочего лазерного излучения поз. 3, 1, 6, 25, 27, 29. Спектральную селекцию и усиление отраженного от объекта вспомогательного излучения осуществляют с помощью второго активного квантового фильтра АКФ 21, который по своему устройству и характеристикам аналогичен АКФ 15. Вогнутое отражательное зеркало 6 выполняет функции фокусирующего элемента и формирует на фоточувствительной матрице 25 изображение объекта. Регистрацию сформированного после спектральной селекции в АКФ 21 изображения объекта осуществляют с помощью второй фотоприемной матрицы 25, также аналогичной по своим характеристикам и функции ФПМ 20. Блок обработки информации 28 осуществляет по сигналам, поступающим с выхода ФПМ 25 определение угловых координат объекта θ₀ в системе источника рабочего лазерного излучения 1. При этом в отраженном от объекта лазерном излучении скомпенсирован доплеровский сдвиг частоты ΔY_доп, вызванный большой радиальной скоростью движения наблюдаемого космического объекта по направлению линии визирования (v_р). Принимаемое от объекта излучение, вследствие компенсации доплеровского сдвига имеет частоту Y, точно совпадающую с рабочей частотой Y_p лазерного перехода активной среды в активном квантовом фильтре 21. Это обуславливает наибольшую эффективность спектральной селекции в АКФ 21 принимаемого отраженного от объекта излучения и высокую точность определения угловых координат объекта θ₀ в фотоприемной матрице 25. При этом измеренные в системе источника рабочего лазерного излучения угловые координаты θ₀ содержат также информацию о фазовых неоднородностях (искажениях) турбулентной среды как по трассе распространения излучения по внешнему атмосферному каналу, так и по внутренней трассе распространения излучения внутри собственно системы формирования рабочего лазерного излучения поз. 3, 1, 6, 25. Каждому приемному элементу фотоприемной матрицы 25 соответствует определенный элемент в матричном световом модуляторе селектора угловых мод 26.Then, the second laser pulse reflected from the object is received, its spectral selection and amplification at the working wavelength λ _slave in the system of the working laser radiation source pos. 3, 1, 6, 25, 27, 29. The spectral selection and amplification of the auxiliary radiation reflected from the object is performed using the second active quantum filter ACF 21, which in its structure and characteristics is similar to ACF 15. The concave reflecting mirror 6 functions as a focusing element and forms an image of the object on the photosensitive matrix 25. The images of the object formed after spectral selection in the ACF 21 are recorded using the second photodetector array 25, which is also similar in its characteristics and function to the FPM 20. The information processing unit 28 determines the angular coordinates of the object θ ₀ in the source system using the signals from the FPM 25 output. working laser radiation 1. In this case, the Doppler frequency shift ΔY _additional due to the large radial velocity of the observed braid object in the direction of the line of sight (v _p ). The radiation received from the object, due to compensation for the Doppler shift, has a frequency Y that exactly matches the working frequency Y _{p of the} laser transition of the active medium in the active quantum filter 21. This leads to the highest spectral selection efficiency in the ACF 21 of the received radiation reflected from the object and high accuracy in determining the angular coordinates object θ ₀ in the photodetector array 25. in this case the measured system operating laser source angular coordinates θ ₀ also contain information on the phase neodymium orodnostyah (distortion) of the turbulent environment as a radiation propagation path along the outer atmospheric channel, and the inner track of radiation propagation inside the actual working system forming laser pos. 3, 1, 6, 25. Each receiving element of the photodetector array 25 corresponds to a certain element in the matrix light modulator of the angle mode selector 26.

Разделение светового потока с выхода АКФ 21 на два геометрически идентичных световых потока, поступающих на фотоприемную матрицу 25 и матричный световой модулятор селектора угловых мод 26 осуществляется с помощью светоделительного полупрозрачного зеркала 23. Separation of the light flux from the output of the ACF 21 into two geometrically identical light fluxes arriving at the photodetector array 25 and the matrix light modulator of the angle mode selector 26 is carried out using a beam-splitting translucent mirror 23.

Момент времени приема t_пр отраженного от объекта импульса излучения в фотоприемной матрице 25 фиксируют в блоке обработки информации 28, куда с выхода ФПМ 25 поступает соответствующий импульсный сигнал, содержащий также информацию об угловых координатах объекта θ₀ Блок обработки информации 28 определяет элемент в матрице модуляторов 26, соответствующий элементу в матрице фотоприемников 25 с угловыми координатами объекта θ₀ и выдает управляющий сигнал, обеспечивающий открывание данного элемента матричного светового модулятора селектора угловых мод 26. Одновременно с блока обработки информации 28 на блок накачки 2 подают сигнал, обеспечивающий накачку активной среды источника рабочего лазерного излучения 1. Этим обеспечивают формирование рабочего лазерного излучения на длине волны λ_раб и его излучение в направлении θ₀ точно соответствующем направлению прихода отраженного от движущегося объекта вспомогательного лазерного излучения также на длине волны λ_раб с измеренными угловыми координатами θ₀. На этом операции наведения рабочего излучения на движущийся объект завершены.The time of reception t _pr of the radiation pulse reflected from the object in the photodetector matrix 25 is fixed in the information processing unit 28, where the corresponding pulse signal is received from the output of the FPM 25, which also contains information about the angular coordinates of the object θ ₀ Information processing unit 28 determines an element in the modulator matrix 26 corresponding to the element in the photodetector array 25 with angular coordinates θ ₀ of the object and outputs the control signal providing the opening of the element matrix light modulator selector y lauryl mod 26. Simultaneously, the block information 28 on the pump unit 2 serves processing signal providing pumping source operating laser active medium 1. This ensures the formation of a working laser radiation at a wavelength λ _slave and its radiation in the direction of θ ₀ exactly corresponding to the direction of arrival of the reflected from a moving object of auxiliary laser radiation also at a wavelength λ _slave with measured angular coordinates θ ₀ . In this operation, guidance of the working radiation to a moving object is completed.

Источник рабочего лазерного излучения 1 работает в режиме лазера-усилителя без второго отраженного полупрозрачного зеркала на выходе источника 1, что исключает потери мощного излучения при наличии такого полупрозрачного зеркала в обычных схемах лазерных генераторов. Основным и единственным отражательным зеркалом резонатора источника 1 является отражательное зеркало, образованное матрицей модуляторов-отражателей 30, управляемых по сигналам блока управления 31. Начальным возбудителем режима генерации в источнике 1 является спонтанное излучение, возникающее под воздействием блока накачки 2 в активном веществе источника излучения 1. The source of working laser radiation 1 operates in a laser amplifier without a second reflected translucent mirror at the output of source 1, which eliminates the loss of powerful radiation in the presence of such a translucent mirror in conventional laser generator circuits. The main and only reflecting mirror of the source 1 resonator is a reflecting mirror formed by a matrix of reflector modulators 30, controlled by the signals of the control unit 31. The initial exciter of the lasing mode in the source 1 is spontaneous emission arising under the influence of the pump unit 2 in the active substance of the radiation source 1.

Генерация рабочего лазерного излучения на длине волны λ_раб в источнике излучения 1 приводит к формированию совокупности угловых мод внутри некоторого телесного угла Ω. Вогнутое зеркало 6 и матричный модулятор 26 образуют селектор угловых мод, выделяющих угловую моду, соответствующую открытому элементу матричного модулятора, на который подано соответствующее управляющее воздействие от блока обработки информации 28. Вследствие различий в добротности резонатора для различных угловых направлений будет усиливаться только мода, соответствующая угловому направлению θ₀, для которой модулятор 26 открыт и имеет высокий коэффициент отражения.The generation of working laser radiation at a wavelength λ _slave in the radiation source 1 leads to the formation of a set of angular modes inside a certain solid angle Ω. The concave mirror 6 and the matrix modulator 26 form an angular mode selector that selects the angular mode corresponding to the open element of the matrix modulator, which receives the corresponding control action from the information processing unit 28. Due to differences in the quality factor of the resonator for different angular directions, only the mode corresponding to the angular direction θ ₀ , for which the modulator 26 is open and has a high reflection coefficient.

Активный квантовый фильтр 21 осуществляет дополнительное усиление лазерного излучения выделенной угловой моды после отражения от открытого элемента матричного модулятора 30, вследствие того, что в АКФ 21 и источнике рабочего излучения 1, используется одно и то же активное вещество и частоты рабочих лазерных переходов идентичны. The active quantum filter 21 additionally amplifies the laser radiation of the selected angular mode after reflection from the open element of the matrix modulator 30, due to the fact that the same active substance is used in the ACF 21 and the source of working radiation 1 and the frequencies of the working laser transitions are identical.

В момент времени генерации рабочего излучения в источнике 1 световой затвор 24 находится в закрытом состоянии для защиты высокочувствительной фотоприемной матрицы 25 от импульса рабочего лазерного излучения. At the time of generation of the working radiation in the source 1, the light shutter 24 is in the closed state to protect the highly sensitive photodetector 25 from the pulse of the working laser radiation.

Момент времени излучения рабочего лазерного излучения t_изл имеет временную задержку Δt₃ относительно момента приема t_пр излучения от объекта, зафиксированного в блоке обработки информации 28 Δt₃ = t_изл-t_пр, не превышающую время замороженности атмосферы t_a:Δt₃ ≪ t_a. Это обеспечивается высокой скоростью срабатывания матричного светового модулятора селектора угловых мод 26 и высокой скоростью обработки информации и формирования управляющих сигналов в блоке обработки информации 28. Усиленное в источнике 1 рабочее лазерное излучение через поворотное зеркало 3 направляют на объект.The time of radiation of the working laser radiation t _rad has a time delay Δt ₃ relative to the moment of receiving t _pr radiation from an object fixed in the information processing unit 28 Δt ₃ = t _rad -t _pr not exceeding the time of atmospheric freezing t _a : Δt ₃ ≪ t _a . This is ensured by the high response speed of the matrix light modulator of the angular mode selector 26 and the high speed of information processing and the formation of control signals in the information processing unit 28. The working laser radiation amplified in the source 1 is directed to the object through a rotary mirror 3.

Вследствие малого интервала времени Δt₃ между приемом и определением координат объекта θ₀ и формированием рабочего лазерного излучения в направлении θ₀ меньшим времени замороженности атмосферы t_a, фазовые искажения излучения по трассе распространения сохраняются неизменными как во время приема, так и во время обратного прохождения рабочего лазерного излучения и не ухудшают точность наведения излучения на объект. Осуществление спектральной селекции, формирования изображения объекта и определение его угловых координат на длине волны λ_{раб =} независимо от скорости движения объекта по линии визирования обеспечивает высокую эффективность спектральной фильтрации и высокую точность определения угловых координат и наведения излучения на движущийся объект.Due to the small time interval Δt ₃ between receiving and determining the coordinates of the object θ ₀ and the formation of the working laser radiation in the θ ₀ direction less than the atmospheric freezing time t _a , the phase distortions of the radiation along the propagation path remain unchanged both during reception and during the return passage of the working laser radiation and do not impair the accuracy of pointing radiation at the object. The implementation of spectral selection, imaging of the object and determination of its angular coordinates at a wavelength of λ _{slave =} regardless of the speed of the object along the line of sight provides high spectral filtering efficiency and high accuracy in determining angular coordinates and directing radiation to a moving object.

При этом осуществление компенсации доплеровского смещения частоты отраженного от объекта излучения позволяет осуществить измерение угловых координат объекта непосредственно в системе источника рабочего лазерного излучения на длине волны λ_раб, что исключает возможность появления дополнительных ошибок рассогласования приемного и передающего каналов, так как диаграммы направленности на прием и в режиме формирования рабочего излучения совпадают. Это обеспечивается совпадением (совмещением) полей зрения фотоприемной матрицы 25 и матричного светового модулятора селектора угловых мод 26 и исключает необходимость дополнительной операции определения угловых координат θ_ц центра диаграммы направленности рабочего лазерного излучения.At the same time, compensation for the Doppler frequency shift of the radiation reflected from the object makes it possible to measure the angular coordinates of the object directly in the system of the working laser radiation source at a wavelength of λ _slave , which eliminates the possibility of additional errors in the mismatch between the receiving and transmitting channels, since the radiation patterns in the mode of formation of the working radiation coincide. This is ensured by the coincidence (combination) of the fields of view of the photodetector matrix 25 and the matrix light modulator of the angular mode selector 26 and eliminates the need for an additional operation to determine the angular coordinates θ _{c of the} center of the radiation pattern of the working laser radiation.

Применение предлагаемого способа и устройства для его осуществления в системах наведения излучения на движущиеся объекты позволяет получить следующие результаты:
обеспечить повышение точности наведения рабочего лазерного излучения на движущийся объект, за счет исключения ошибок определения координат движущегося объекта, возникающих при отсутствии компенсации доплеровского сдвига и снижении эффективности спектральной фильтрации и квантового усиления в условиях увеличения влияния фоновых шумов и помех при приеме слабых оптических зондирующих сигналов от космического объекта;
обеспечить повышение эффективности спектральной фильтрации и подавления фоновых помех, т.е. увеличить помехозащищенность локатора, вследствие компенсации доплеровского сдвига частоты и точной настройки отраженного от движущегося объекта и принимаемого излучения на весьма узкую частоту рабочего перехода активной среды активного квантового фильтра, соответствующую рабочей длине волны λ_раб источника рабочего лазерного излучения.The application of the proposed method and device for its implementation in systems for directing radiation to moving objects allows to obtain the following results:
to increase the accuracy of pointing the working laser radiation to a moving object, by eliminating errors in determining the coordinates of a moving object that occur when there is no compensation for Doppler shift and a decrease in the efficiency of spectral filtering and quantum amplification under the influence of background noise and interference when receiving weak optical sounding signals from space object;
provide an increase in the efficiency of spectral filtering and suppression of background noise, i.e. increase the noise immunity of the locator compensation due to Doppler frequency shift and the exact setting reflected from a moving object and the received radiation to a very narrow operating frequency of transition of the active medium of the active quantum filter corresponding to the wavelength λ _slave laser source working.

Устройство, реализующее предлагаемый способ выполнено на базе стандартных блоков и узлов. A device that implements the proposed method is based on standard blocks and nodes.

Блоки смещения частоты излучения задающего лазерного генератора 30 и лазерного усилителя 31 представляют собой соленоиды, внутри которых расположены кюветы с активным веществом и блоками накачки. Соленоиды снабжены источниками тока, которые содержат электронные регуляторы величины тока I и обеспечивают по управляющим сигналам, поступающим от блока обработки информации 28 изменение величины тока, протекающего через соленоиды и формирование заданной величины напряженности магнитного поля внутри активной среды задающего лазерного генератора и лазерного усилителя. Данные соленоиды создают внутри активной среды лазерных генераторов продольное магнитное поле с управляемой величиной напряженности H, направление которого совпадает с направлением оптической оси. При наличии внутри активной среды магнитного поля происходит расщепление энергетических уровней благодаря эффекту Зеемана и смещение частоты генерируемого лазерного излучения, пропорционально величине напряженности продольного магнитного поля. Генерацию вспомогательного зондирующего лазерного излучения для подсвета объекта осуществляют с помощью ЗГ 11 и лазерного однопроходного усилителя 13, в которых смещение частоты рабочего лазерного перехода осуществляют синхронно и одновременно на одну и ту же величину. В активных квантовых фильтрах 15, 21 смещения частоты не осуществляют. В качестве активного квантового фильтра 15, 21 может быть использован, например, фотодиссоционный лазер с газовой средой на основе перфторалкилиодидов. Активный квантовый фильтр 15, 21 представляет собой малошумящий квантовый усилитель с высоким коэффициентом усиления и весьма узкой полосой пропускания. АКФ 15, 21 работает на частоте рабочего лазерного перехода Y_p соответствующей рабочей длине волны λ_раб источника 1 и обеспечивает высокий коэффициент усиления (K > 10⁴) на один проход и весьма узкую полосу спектральной фильтрации Δν = 300 МГц на рабочей длине волны. Этим обеспечивается высокая эффективность фильтрации отраженных от объекта сигналов в узкой спектральной полосе при наличии компенсации доплеровского сдвига и точной настройки принимаемого сигнала на полосу приема АКФ 15, 21. Высокий коэффициент усиления АКФ 15 и высокая чувствительность фотоприемной матрицы 20 позволяют компенсировать потери принимаемого сигнала в светоделительном зеркале 17 и обеспечить предельно высокую чувствительность приемного канала, содержащего АКФ 15 и фотоприемную матрицу 20, оптически сопряженных через полупрозрачное зеркало 17 и объектив 18, формирующий в плоскости ФПМ 20 изображение объекта.The blocks of the frequency shift of the radiation of the master laser generator 30 and the laser amplifier 31 are solenoids, inside which are located the cell with the active substance and the pump units. The solenoids are provided with current sources that contain electronic controllers of the current value I and provide, according to the control signals from the information processing unit 28, a change in the magnitude of the current flowing through the solenoids and the formation of a predetermined value of the magnetic field inside the active medium of the master laser generator and laser amplifier. These solenoids create a longitudinal magnetic field inside the active medium of the laser generators with a controlled value of intensity H, the direction of which coincides with the direction of the optical axis. In the presence of a magnetic field inside the active medium, the energy levels are split due to the Zeeman effect and the frequency shift of the generated laser radiation is proportional to the magnitude of the longitudinal magnetic field. The generation of auxiliary probe laser radiation to illuminate the object is carried out using a ЗГ 11 and a single-pass laser amplifier 13, in which the frequency shift of the working laser transition is carried out synchronously and simultaneously by the same amount. In active quantum filters 15, 21, frequency offsets are not performed. As an active quantum filter 15, 21, for example, a photodissociation laser with a gaseous medium based on perfluoroalkyl iodides can be used. Active quantum filter 15, 21 is a low-noise quantum amplifier with a high gain and a very narrow passband. ACF 15, 21 operates at the frequency of the working laser transition Y _p corresponding to the working wavelength λ of the source 1 _slave and provides a high gain (K> 10 ⁴ ) per pass and a very narrow spectral filtering band Δν = 300 MHz at the working wavelength. This ensures high filtering efficiency of the signals reflected from the object in a narrow spectral band in the presence of Doppler shift compensation and fine tuning of the received signal to the ACF receiving band 15, 21. The high gain of the ACF 15 and the high sensitivity of the photodetector 20 make it possible to compensate for the loss of the received signal in the beam splitter mirror 17 and provide extremely high sensitivity of the receiving channel containing the ACF 15 and the photodetector 20, optically paired through a half an opaque mirror 17 and a lens 18 forming an image of an object in the plane of the FPM 20.

Аналогичным образом второй приемный канал в системе источника рабочего излучения 1, содержащий второй АКФ 21 и ФПМ 25 имеет высокую чувствительность за счет обеспечения компенсации потерь во втором светоделительном зеркале 24 высоким коэффициентом усиления в АКФ 21. При этом наличие в первом и втором приемных каналах перед АКФ 15 и 21 лазерного усилителя 13 и источника излучения 1 не приводит к ослаблению принимаемого сигнала, отраженного от объекта, так как в момент приема активная среда в лазерном усилителе 13 и источнике 1 находится в ненакаченном (невозбужденном) состоянии и не оказывает воздействия на проходящий отраженный от объекта сигнал. Similarly, the second receiving channel in the working radiation source system 1, containing the second ACF 21 and FPM 25, has high sensitivity by providing loss compensation in the second beam splitting mirror 24 with a high gain in ACF 21. Moreover, the presence of the first and second receiving channels in front of the ACF 15 and 21 of the laser amplifier 13 and the radiation source 1 does not weaken the received signal reflected from the object, since at the time of reception the active medium in the laser amplifier 13 and the source 1 is not pumped state (unexcited) and does not affect the transmitted signal reflected from the object.

Предложенная схема компоновки приемопередающего канала формирования вспомогательного лазерного излучения, при которой лазерный усилитель зондирующего излучения 13 и высокочувствительный АКФ 15 расположены на одной оптической оси, обеспечивает работу устройства в режиме передачи и приема на одной совмещенной телескопической системе и позволяет использовать поворотное зеркало с меньшими габаритами, что позволяет повысить точность слежения за движущимися объектами. Развязка каналов осуществляется за счет различного времени накачки АКФ 15 и ЗГ 11 с ЛУ 13. Защита ФПМ 20 осуществляется с помощью оптического затвора 19, открываемого по сигналам с формирователя временных интервалов 29 на время ожидаемого прихода отраженного от объекта излучения, когда формирование зондирующего лазерного излучения в ЗГ 11 и ЛУ 13 завершено. Формирователь временных интервалов 29 выполнен, например, на стандартных электронных линиях задержки и обеспечивает формирование сетки управляющих импульсов для запуска блоков накачки ЗГ 11, ЛУ 13, АКФ 15 и 21 и открывания оптических затворов. Главный синхроимпульс поступает на ФВИ 29 с выхода блока обработки 28, который вырабатывает этот синхроимпульс по сигналам внешнего целеуказания 32, содержащих информацию о дальности до объекта. При этом формируется необходимый наиболее оптимальный режим облучения объекта последовательностью импульсов вспомогательного лазерного излучение и приема отраженных сигналов. Блок обработки информации 28 формирует также строб-импульсы, поступающие на фотоприемные матрицы 25, 20 и обеспечивающие высокочувствительный прием в ФПМ только в пределах времени действия строб-импульса и отсекающие помехи и шумы, воздействующие на ФПМ. The proposed layout of the transceiver channel for generating auxiliary laser radiation, in which the laser probe radiation amplifier 13 and the highly sensitive ACF 15 are located on the same optical axis, ensures the operation of the device in the transmission and reception mode on one combined telescopic system and allows the use of a swivel mirror with smaller dimensions, which allows you to increase the accuracy of tracking moving objects. The isolation of the channels is carried out due to different pump times of the ACF 15 and ZG 11 with LU 13. The FPM 20 is protected by an optical shutter 19, which is opened by signals from the shaper of time intervals 29 for the time of the expected arrival of radiation reflected from the object when the formation of the probe laser radiation in ЗГ 11 and ЛУ 13 completed. Shaper time intervals 29 is made, for example, on standard electronic delay lines and provides the formation of a grid of control pulses for starting the pumping units ЗГ 11, ЛУ 13, АКФ 15 and 21 and opening the optical shutters. The main clock arrives at FVI 29 from the output of the processing unit 28, which generates this clock from the external target designation 32 containing information about the distance to the object. In this case, the necessary most optimal mode of irradiation of the object with a sequence of pulses of auxiliary laser radiation and reception of reflected signals is formed. The information processing unit 28 also generates strobe pulses arriving at the photodetector arrays 25, 20 and providing highly sensitive reception in the FPM only within the operating time of the strobe pulse and cutting off interference and noise affecting the PSM.

Источник рабочего лазерного излучения 1 представляет собой квантовый усилитель высокой мощности и содержит активную среду, например, фотодиссоционного лазера, аналогичную используемым в АКФ 15, 21 и в ЗГ 11 и ЛУ 13. Блоки накачки 2, 22, 12, 16, 14 являются аналогичными по принципу действия (например, батарея конденсаторов) и различаются только по используемой мощности накачки. The source of the working laser radiation 1 is a high-power quantum amplifier and contains an active medium, for example, a photodissociation laser, similar to that used in ACF 15, 21 and ZG 11 and LU 13. Pumping units 2, 22, 12, 16, 14 are similar in the operating principle (for example, a capacitor bank) and differ only in the pump power used.

В качестве матричного светового модулятора селектора угловых мод 26 может быть использован, например, электрооптический матричный модулятор на основе кристаллов ДКДР, имеющий высокое быстродействие и высокий коэффициент отражения открытых элементов. As the matrix light modulator of the angular mode selector 26, for example, an electro-optical matrix modulator based on DCDR crystals, having high speed and high reflection coefficient of open elements, can be used.

В качестве оптических затворов 24, 19 могут быть также использованы электрооптические затворы на кристаллах ДКДР или электромеханические затворы типа вращающегося диска с отверстиями. As optical shutters 24, 19, electro-optical shutters on DCDR crystals or electromechanical shutters such as a rotating disk with holes can also be used.

В качестве блока обработки информации 28 использована стандартная ПЭВМ с блоками сопряжения для приема и передачи импульсных управляющих сигналов. As the information processing unit 28, a standard PC with interface units for receiving and transmitting pulse control signals is used.

Использование в предлагаемом устройстве, реализующем предложенный способ, двух отдельных поворотных зеркал для канала формирования рабочего излучения и для приемопередающего канала вспомогательного лазерного излучения, позволяет использовать опорно-поворотные устройства с меньшим размером зеркала, по сравнению с вариантом компоновки на одном поворотном зеркале рядом расположенных приемного канала и канала рабочего лазерного излучения. Это позволяет за счет уменьшения габаритов и массы ОПУ повысить точность наведения излучения при работе по движущимся космическим объектам. The use in the proposed device that implements the proposed method, two separate rotary mirrors for the channel forming the working radiation and for the transceiver channel of the auxiliary laser radiation, allows the use of rotary support devices with a smaller mirror size, compared with the layout on the same rotary mirror adjacent to the receiving channel and channel working laser radiation. This allows to reduce the accuracy of radiation guidance when working on moving space objects by reducing the dimensions and mass of the OPU.

На предприятии проведены испытания экспериментального образца устройства, реализующего предложенный способ. Проведенные испытания подтвердили увеличение точности наведения при работе по быстродвижущимся объектам при использовании предложенного способа и устройства для его реализации. The company conducted tests of an experimental device that implements the proposed method. The tests carried out confirmed an increase in the accuracy of guidance when working on fast-moving objects using the proposed method and device for its implementation.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 321891, кл. G 01 S 17/00, 17.08.88.Sources of information
1. USSR author's certificate N 321891, cl. G 01 S 17/00, 08/17/08.

2. Патент РФ 2048686, 1995. 2. RF patent 2048686, 1995.

Claims

1. The method of directing radiation to a moving object, which consists in the formation of auxiliary laser radiation, light up the object, receiving the radiation reflected from the object, forming an image of the object, determining its angular coordinates θ ₀ and forming in the direction θ ₀ working laser radiation at a wavelength of λ _slave characterized in that after receiving the radiation reflected from the object carried its spectral selection at the operating wavelength λ _slave, a determination of the Doppler frequency shift ΔY _additional reflection ennogo radiation from the object, is performed frequency correction auxiliary laser radiation on the magnitude of the Doppler shift frequency -ΔY _additional object is illuminated and the second pulse of the auxiliary laser emission frequency-shifted, and the formation of the working laser beam is carried out with a time delay, at atmospheric icing time relative to the moment of reception time second pulse reflected from the radiation object.

2. The method according to claim 1, characterized in that the determination of the Doppler frequency shift ΔY _additional reflected from the object of radiation is carried out by forming a sequence of pulses of auxiliary laser radiation, illuminating the object with a sequence of generated radiation pulses, carry out a discrete shift of frequency Y _{i of} each subsequent pulse of auxiliary laser radiation relative to the radiation frequency Y _{i-1 of the} previous laser pulse, receive, spectral selection reflected from the radiation object at the working wavelength λ _slave , determine the amplitude A _{i of the} selected signal of each laser pulse reflected from the object and determine the laser pulse with the largest amplitude A _i = A _{m of the} signal selected at the working wavelength λ _slave , while for the magnitude of the Doppler frequency shift ΔY _extra take the difference Y _m - Y _p between the radiation frequency Y _{m of the} laser pulse with the largest selected amplitude and the frequency Y _{p of the} working laser radiation corresponding to the wavelength λ _slave = 1 / Y _p : ΔY _extra = Y _m - Y _p .
3. A device for implementing a method of directing radiation to a moving object, comprising a working laser source with a pump unit mounted on the first optical axis, a first rotary mirror with a mirror drive and a mirror drive control unit, a first photodetector array, a first light shutter located on the second optical axis , lens, first beam splitting mirror, laser amplifier with pumping unit, telescopic system, as well as a master laser generator with pumping unit, matrix of lights the first angular mode selector modulator with a control unit, an information processing unit and a time interval generator, characterized in that the first and second active quantum filters with pumping units, a second light shutter, a second photodetector, a reflective concave mirror, a second beam splitter mirror, an offset unit are introduced the frequency of the master laser, the frequency offset unit of the laser amplifier, a second rotary mirror with a mirror drive and a drive control unit located on the second optical and, the first active quantum filter is placed between the first beam splitting mirror and the laser amplifier, the optical input of the working laser radiation source is connected through the reflective concave mirror to the optical input of the second active quantum filter, the optical output of which is connected through the second beam splitting mirror to the matrix light modulator of the angular mode selector, and through the second light shutter - with a photosensitive area of the second photodetector matrix, the output of the master laser oscillator through the first beam splitting mirror is connected to the optical input of the laser amplifier, the optical input of the telescopic system is optically coupled to a second rotary mirror mounted on the second optical axis, while the frequency offset blocks of the master laser and laser amplifier are connected to the information processing unit, the control inputs of the pump master laser and a laser amplifier, the first and second active quantum filters, the first and second light shutters are paired to the output shaper of the time intervals, the outputs of the first and second photodetector arrays are connected to the information processing unit, the outputs of which are connected to the pump unit of the working laser radiation source and to the control unit of the matrix light modulator of the angular mode selector, the drive control units of the first and second rotary mirrors are connected to the source external target designation, the output of which is connected to the information processing unit, the frequency offset unit of the master laser oscillator and the unit Ia frequency laser amplifier are in the form of solenoids provided with current sources, which are respectively disposed inside a laser oscillator and defining a laser amplifier.