RU2191406C1 - Technique delivering radiation to traveling object and device for its implementation - Google Patents
Technique delivering radiation to traveling object and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2191406C1 RU2191406C1 RU2001116522A RU2001116522A RU2191406C1 RU 2191406 C1 RU2191406 C1 RU 2191406C1 RU 2001116522 A RU2001116522 A RU 2001116522A RU 2001116522 A RU2001116522 A RU 2001116522A RU 2191406 C1 RU2191406 C1 RU 2191406C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation
- axis
- unit
- coordinates
- vector
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к лазерной локации, а также к системам транспортировки и доставки мощного излучения на воздушные и космические объекты. The invention relates to laser ranging, as well as to systems for transporting and delivering powerful radiation to air and space objects.
Преимущественная область использования изобретения - очистка космического околоземного пространства от различных малоразмерных объектов, представляющих опасность для современных космических аппаратов и спутников. Воздействие мощного лазерного излучения на малоразмерные объекты, находящиеся на космической орбите, приводит к изменению параметров движения и, как следствие, орбит этих нежелательных объектов, вследствие чего данные объекты через некоторое время сгорают в более плотных слоях атмосферы. The preferred area of use of the invention is the cleaning of space near-Earth space from various small-sized objects that pose a danger to modern spacecraft and satellites. The effect of powerful laser radiation on small-sized objects located in space orbit leads to a change in the parameters of motion and, as a consequence, the orbits of these undesirable objects, as a result of which these objects burn up after some time in denser layers of the atmosphere.
Известен способ наведения и доставки силового излучения на объект [1], заключающийся в определении пространственных координат объекта, формировании силового излучения от источника, находящегося на земной поверхности, наведения силового излучения на космический объект посредством распределительного и наводящего зеркал, находящихся в космосе на космических орбитах. Данный способ обладает недостатком, характеризующимся невысокой плотностью энергии силового излучения на объекте, что обусловлено влиянием атмосферного канала распространения излучения, приводящего к существенному увеличению расходимости излучения, направляемого через атмосферный канал на объект. A known method of guidance and delivery of power radiation to an object [1], which consists in determining the spatial coordinates of the object, the formation of power radiation from a source located on the earth's surface, pointing power radiation to a space object through distribution and guidance mirrors in space in space orbits. This method has a drawback characterized by a low energy density of power radiation at the object, which is due to the influence of the atmospheric radiation propagation channel, leading to a significant increase in the divergence of radiation directed through the atmospheric channel to the object.
Известен способ адаптивной фокусировки излучения на объект через слой турбулентной атмосферы [2], заключающийся в подсвете объекта силовым излучением через искажающую среду - атмосферный канал распространения излучения, приеме отраженного от объекта излучения, введении в поток силового излучения фазовых предискажений и максимизации отраженного от объекта сигнала. There is a method of adaptively focusing radiation on an object through a layer of turbulent atmosphere [2], which consists in illuminating the object with power radiation through a distorting medium — an atmospheric radiation propagation channel, receiving radiation reflected from the object, introducing phase pre-emphasis into the radiation flux and maximizing the signal reflected from the object.
К недостаткам данного способа следует отнести невысокую плотность энергии силового излучения на объекте вследствие низкой эффективности компенсации атмосферных искажений при работе по движущемуся космическому объекту. The disadvantages of this method include the low energy density of power radiation at the object due to the low efficiency of the compensation of atmospheric distortions when working on a moving space object.
Известен способ наведения излучения на объект [3], заключающийся в определении координат объекта формировании импульса вспомогательного излучения в направлении измеренных координат объекта, приеме отраженного от объекта импульса вспомогательного излучения, формировании рабочего излучения посредством обращения волнового фронта отраженного импульса вспомогательного излучения, введении дополнительного наклона волнового фронта в рабочее излучение и направлении его на объект через атмосферный канал распространения излучения. К недостаткам данного способа следует отнести невысокую плотность энергии излучения на объекте вследствие низкой эффективности компенсации атмосферных искажений в канале распространения рабочего излучения, что обусловлено влиянием высокой скорости движения космического объекта, вследствие которой вспомогательное излучение, в котором фиксируются атмосферные искажения, и сформированное на основе обращения волнового фронта рабочее излучение проходят по разным атмосферным каналам.A known method of pointing radiation to an object [3], which consists in determining the coordinates of the object generating an auxiliary radiation pulse in the direction of the measured coordinates of the object, receiving an auxiliary radiation pulse reflected from the object, generating the working radiation by reversing the wavefront of the reflected auxiliary radiation pulse, introducing an additional wavefront tilt into the working radiation and directing it to the object through the atmospheric radiation propagation channel. The disadvantages of this method include the low density of radiation energy at the object due to the low efficiency of the compensation of atmospheric distortions in the propagation channel of the working radiation, due to the influence of the high velocity of the space object, due to which the auxiliary radiation, in which atmospheric distortions are recorded, and formed on the basis of the wave front working radiation pass through different atmospheric channels.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является способ доставки излучения на движущийся объект [4], выбранный в качестве прототипа. Данный способ заключается в определении координат , дальности R0(t0) и скорости объекта в момент времени to относительно первой заданной точки пространства А1 в первой системе координат, связанной с платформой летательного аппарата (ЛА), движущейся относительно источника рабочего излучения, формировании вспомогательного излучения, определении расстояния между второй заданной точкой пространства А2 во второй системе координат, связанной с платформой ЛА, и источником рабочего излучения, направлении вспомогательного излучения от источника рабочего излучения во вторую заданную точку пространства А2, формировании импульса отраженного вспомогательного излучения путем отражения импульса вспомогательного излучения во второй заданной точке пространства А2, формировании рабочего излучения посредством обращения волнового фронта вспомогательного излучения, отраженного во второй заданной точке пространства А2, наведения рабочего излучения из первой заданной точки пространства A1 в точку ожидаемого нахождения объекта с координатами относительно первой заданной точки пространства А1 посредством первого блока наведения излучения.The closest in technical essence to the proposed technical solution is a method of delivering radiation to a moving object [4], selected as a prototype. This method consists in determining the coordinates range R 0 (t 0 ) and speed object at time t o relative to the first given point in space A 1 in the first coordinate system associated with the platform of the aircraft (LA), moving relative to the source of working radiation, the formation of auxiliary radiation, determining the distance between the second given point in space A 2 in the second coordinate system associated with the aircraft platform, and a source of working radiation direction of radiation from the auxiliary radiation source operating at a second predetermined point in space a 2 formation mpulsa reflected auxiliary radiation by reflecting the pumping radiation pulses during a second predetermined point in space A 2, forming working radiation by conjugation auxiliary radiation reflected at a second predetermined point in space A 2, guidance working radiation of a first predetermined point in space A 1 to a point expected finding object with coordinates relative to the first predetermined point of space A 1 through the first radiation guidance unit.
К недостаткам данного способа следует отнести невысокую точность наведения излучения из первой заданной точки пространства А1 в направлении точки ожидаемого нахождения объекта, что обусловлено изменением направления оси диаграммы направленности сформированного после ОВФ рабочего излучения, поступающего в точку A1 от источника рабочего излучения, расположенного на земле, относительно необходимого для точного наведения рабочего излучения идеального направления оси рабочего излучения, которое должно поступать в точку А1 строго перпендикулярно вектору скорости платформы ЛА. Для этого импульс вспомогательного излучения от источника рабочего излучения, расположенного на земле, должен приходить в точку А2 на отражательный элемент, расположенный на платформе движущегося с высокой космической скоростью ЛА в момент, когда точка А2 проходит точку траверса траектории относительно наземного источника рабочего излучения. Для выполнения этого условия необходимо с высокой степенью точности иметь информацию о моменте времени прохождения точки траверса платформой ЛА и связанной с платформой заданной точки А2, а также осуществлять в соответствии с этой информацией формирование импульса вспомогательного излучения в соответствующий момент времени с весьма малой временной погрешностью. Высокая скорость движения ЛА приводит к невысокой точности определения указанных моментов времени и, соответственно, к изменению углового направления оси рабочего излучения, приходящего в первую заданную точку А1, относительно идеального направления оси рабочего излучения, строго перпендикулярного вектору скорости платформы ЛА и оси первого блока наведения, параллельной вектору скорости платформы ЛА. При этом вектор направления рабочего излучения из точки А1 в точку ожидаемого нахождения объекта с координатами приобретает неконтролируемый дополнительный угловой сдвиг, обусловленный указанным изменением направления оси вектора рабочего излучения, приходящего в точку А1, относительно требуемого идеального направления, перпендикулярного оси первого блока наведения излучения. Вследствие этого точность наведения рабочего излучения из точки А1 в точку ожидаемого нахождения объекта уменьшается, что обусловливает также снижение плотности энергии рабочего излучения на объекте.The disadvantages of this method include the low accuracy of pointing radiation from the first given point in space A 1 in the direction of the point of the expected location of the object, which is due to a change in the direction of the radiation pattern axis formed after phase conjugation of the working radiation arriving at point A 1 from the working radiation source located on the ground relative to the ideal direction of the axis of the working radiation, which should be directed to point A 1 strictly perpendicularly for precise guidance of the working radiation ndicular to the aircraft platform velocity vector. For this, the auxiliary radiation pulse from the source of the working radiation located on the ground should come to point A 2 on the reflective element located on the platform of the aircraft moving at high space speed at the moment when point A 2 passes the traverse point of the trajectory relative to the ground source of working radiation. To fulfill this condition, it is necessary to have, with a high degree of accuracy, information about the time of the traverse point passing by the aircraft platform and the predetermined point A 2 connected to the platform, and also to generate, in accordance with this information, the auxiliary radiation pulse at the corresponding time with a very small time error. The high speed of the aircraft’s movement leads to low accuracy in the determination of the indicated times and, accordingly, to a change in the angular direction of the axis of the working radiation arriving at the first given point A 1 relative to the ideal direction of the axis of the working radiation strictly perpendicular to the velocity vector of the aircraft platform and the axis of the first guidance unit parallel to the velocity vector of the aircraft platform. In this case, the direction vector of the working radiation from point A 1 to the point of the expected location of the object with coordinates acquires an uncontrolled additional angular shift due to the indicated change in the direction of the axis of the vector of the working radiation arriving at point A 1 with respect to the required ideal direction perpendicular to the axis of the first radiation guidance unit. As a result, the accuracy of pointing the working radiation from point A 1 to the point of the expected location of the object decreases, which also leads to a decrease in the energy density of the working radiation at the object.
В качестве прототипа для устройства, реализующего предлагаемый способ, выбрано устройство, реализующее способ - прототип [4]. As a prototype for a device that implements the proposed method, the selected device that implements the method is a prototype [4].
Достигаемым техническим результатом является повышение точности наведения излучения на движущийся объект, увеличение плотности энергии излучения на объекте. Achievable technical result is to increase the accuracy of pointing radiation to a moving object, increasing the radiation energy density at the object.
Новый технический результат достигается следующим. A new technical result is achieved as follows.
1. В известном способе, заключающемся в определении в момент времени to координат , дальности R(to) и скорости объекта относительно первой заданной точки пространства А1 в системе координат, связанной с платформой летательного аппарата (ЛА), движущейся относительно источника рабочего излучения, определении расстояния между платформой ЛА и источником рабочего излучения, формировании вспомогательного излучения, формировании рабочего излучения посредством обращения волнового фронта (ОВФ) вспомогательного излучения, наведения оси рабочего излучения из первой заданной точки пространства А1 в точку ожидаемого нахождения объекта с координатами посредством первого блока наведения, до формирования вспомогательного излучения осуществляют наведение оси источника вспомогательного излучения на ось источника рабочего излучения, осуществляют определение пространственных координат вектора направленности оси источника рабочего излучения относительно первой заданной точки пространства А1 в момент времени t1, определяют координаты первого вектора разности между координатами точки ожидаемого нахождения объекта и координатами вектора направленности оси источника рабочего излучения относительно первой заданной точки пространства А1 , осуществляют наведение выходной оси первого блока наведения в первую уточненную точку ожидаемого нахождения объекта с координатами , равными первому вектору разности
,
осуществляют контроль точности наведения излучения на объект путем определения вектора ошибки наведения излучения на объект в момент прихода излучения на объект, осуществляют компенсацию измеренной ошибки наведения путем наведения выходной оси первого блока наведения во вторую уточненную точку ожидаемого нахождения объекта с пространственными координатами , равными сумме координат первой уточненной точки ожидаемого нахождения объекта и координат вектора ошибки наведения излучения на объект
осуществляют смещение оси источника вспомогательного излучения параллельно самой себе в плоскости, перпендикулярной этой оси, на величину, пропорциональную расстоянию от платформы ЛА до источника рабочего излучения и величине скорости платформы ЛА относительно источника рабочего излучения, в момент времени формирования импульса вспомогательного излучения определяют координаты вектора направления оси источника рабочего излучения в системе координат, связанной с первой заданной точкой А1, определяют координаты второго вектора разности между ранее определенным вектором направления оси источника рабочего излучения в момент времени t1 и вектором направления оси источника рабочего излучения , координаты которого определены в момент времени формирования импульса вспомогательного излучения
на основании полученных величин пространственных координат второго вектора разности формируют компенсирующий угловой сдвиг, пропорциональный величинам пространственных координат второго вектора разности , осуществляют введение компенсирующего углового сдвига в направление распространения рабочего излучения в момент времени его прихода на платформу ЛА, осуществляют наведение рабочего излучения из первой заданной точки пространства А1 во вторую уточненную точку ожидаемого нахождения объекта с пространственными координатами посредством первого блока наведения, при этом суммирование векторов и их координат осуществляют по правилам суммирования векторных величин.1. In the known method, which consists in determining at time t o coordinates range R (t o ) and speed object relative to the first given point in space A 1 in the coordinate system associated with the aircraft platform (LA) moving relative to the working radiation source, determining the distance between the aircraft platform and the working radiation source, generating auxiliary radiation, generating working radiation by means of wavefront reversal (phase conjugation) ) auxiliary radiation, pointing the axis of the working radiation from the first given point in space A 1 to the point of the expected location of the object with coordinates by means of the first guidance unit, until the auxiliary radiation is formed, the axis of the auxiliary radiation source is guided to the axis of the working radiation source, the spatial coordinates of the directivity vector are determined the axis of the source of working radiation relative to the first given point in space A 1 at time t 1 , determine the coordinates of the first difference vector between coordinates points of the expected location of the object and the coordinates of the directivity vector the axis of the source of working radiation relative to the first given point in space A 1 guidance of the output axis of the first guidance unit to the first specified point of the expected location of the object with coordinates equal to the first difference vector
,
control the accuracy of pointing radiation to the object by determining the vector errors of pointing the radiation at the object at the time of arrival of radiation at the object, they compensate for the measured guidance errors by pointing the output axis of the first guidance unit to the second specified point of the expected location of the object with spatial coordinates equal to the sum of coordinates the first specified point of the expected location of the object and the coordinates of the vector errors pointing the radiation at the object
the axis of the auxiliary radiation source is shifted parallel to itself in a plane perpendicular to this axis by an amount proportional to the distance from the aircraft platform to the working radiation source and the speed of the aircraft platform relative to the working radiation source, at the time of the auxiliary radiation pulse formation, the coordinates of the axis direction vector are determined working radiation source in the coordinate system associated with the first given point A 1 determine the coordinates of the second difference vector between a previously defined direction vector of the axis of the working radiation source at time t 1 and the direction vector of the axis of the working radiation source whose coordinates are determined at the time of formation of the auxiliary radiation pulse
based on the obtained spatial coordinates of the second difference vector form a compensating angular shift proportional to the spatial coordinates of the second difference vector carry out the introduction of a compensating angular shift in the direction of propagation of the working radiation at the time of its arrival on the aircraft platform, carry out the guidance of the working radiation from the first given point in space A 1 to the second specified point of the expected location of the object with spatial coordinates by means of the first guidance unit, while the summation of the vectors and their coordinates is carried out according to the rules of summation of vector quantities.
2. Для определения пространственных координат вектора направленности оси источника рабочего излучения формируют зондирующее лазерное излучение, вектор направленности оси которого совпадает с направлением оси источника рабочего излучения, направляют сформированное зондирующее излучение от источника рабочего излучения в первую заданную точку А1 пространства и определяют пространственные координаты вектора направленности сформированного зондирующего излучения в системе координат относительно точки А1, полученные значения координат принимают за пространственные координаты вектора направленности оси источника рабочего излучения, причем формирования рабочего излучения не производят.2. To determine the spatial coordinates the directivity vectors of the axis of the working radiation source form probing laser radiation, the directivity vector of the axis of which coincides with the direction of the axis of the working radiation source, direct the generated probing radiation from the working radiation source to the first given point A 1 of the space and determine the spatial coordinates of the directivity vector of the generated sounding radiation in the coordinate system relative to point A 1 , the obtained coordinate values are taken as spatial coordinates directional vectors of the axis of the source of working radiation, and the formation of working radiation is not produced.
3. Для осуществления контроля точности наведения излучения на объект осуществляют формирование зондирующего излучения в момент времени tz, следующий за моментом времени t1 определения координат оси источника рабочего излучения, направляют зондирующее излучение от точки А1 на источник рабочего излучения, а после отражения зондирующего излучения от источника рабочего излучения осуществляют наведение зондирующего излучения на объект из первой заданной точки А1 посредством первого блока наведения, определяют реальные координаты объекта на момент времени прихода на объект зондирующего излучения, определяют координаты вектора разности между точкой реального положения объекта с координатами в момент времени прихода зондирующего излучения на объект и точкой ожидаемого нахождения объекта с координатам
координаты полученного вектора разности принимают за координаты вектора ошибки наведения излучения на объект причем ось сформированного зондирующего излучения совпадает с направлением оси источника вспомогательною излучения.3. In order to control the accuracy of pointing the radiation at the object, probing radiation is formed at a time t z following the time t 1 of determining the coordinates of the axis of the working radiation source, the probe radiation is sent from point A 1 to the working radiation source, and after reflection of the probe radiation from the source of the working radiation, the probe radiation is guided to the object from the first predetermined point A 1 by means of the first guidance block, the real coordinates of the object are determined a at the time of arrival of the probe radiation to the object, the coordinates of the difference vector are determined between the point of the real position of the object with coordinates at the time of arrival of the probe radiation to the object and the point of the expected location of the object with coordinates
the coordinates of the resulting difference vector are taken as the coordinates of the vector errors pointing the radiation at the object moreover, the axis of the generated probing radiation coincides with the direction of the axis of the auxiliary radiation source.
4. Для определения вектора ошибки наведения излучения на объект осуществляют многократный подсвет объекта серией импульсов зондирующего излучения, для каждого из зондирующих импульсов подсвета объекта определяют вектор разности между измеренными реальными координатами объекта на момент прихода на объект данного импульса зондирующего излучения и координатами точки ожидаемого нахождения объекта осуществляют определение среднего вектора разности для полученной серии произведенных измерений вектора разности , параметры полученного усредненного вектора разности принимают за параметры вектора ошибок Р наведения излучения на объект , где i - номер импульса зондирующего излучения из серии импульсов с общим числом импульсов, равным М:
i=1,2,3... М.4. To determine the error vector pointing radiation to the object provides multiple illumination of the object by a series of pulses of probing radiation, for each of the probing pulses of illumination of the object determine the vector the difference between the measured real coordinates of the object at the moment of the arrival of a given probe pulse to the object and the coordinates of the point expected location of the object determine the average difference vector for the obtained series of measurements of the difference vector , parameters of the obtained averaged difference vector take for the parameters of the error vector P guidance radiation to the object where i is the pulse number of the probe radiation from a series of pulses with a total number of pulses equal to M:
i = 1,2,3 ... M.
5. До формирования импульса вспомогательного излучения в момент времени, непосредственно предшествующий этому формированию излучения, осуществляют измерение пространственных координат вектора направленности оси источника рабочего излучения в системе координат относительно первой заданной точки А1, а в момент времени формирования импульса вспомогательного излучения направление оси источника вспомогательного излучения устанавливают противоположным измеренному направлению оси источника рабочего излучения в системе координат относительно первой заданной точки А1 пространства.5. Before the formation of the auxiliary radiation pulse at the time instant immediately preceding this radiation formation, the spatial coordinates of the directivity vector of the axis of the working radiation source are measured in the coordinate system relative to the first given point A 1 , and at the time of the formation of the auxiliary radiation pulse, the direction of the axis of the auxiliary radiation source set opposite to the measured direction of the axis of the source of the working radiation in the coordinate system rel relative to the first given point A 1 space.
6. После определения в момент времени t1 пространственных координат вектора направленности оси источника рабочего излучения относительно первой заданной точки пространства А1 осуществляют наведение оси источника рабочего излучения в первую заданную точку пространства А1 путем введения компенсирующего углового сдвига в направление оси источника рабочего излучения, пропорционального по величине и противоположного по знаку измеренным координатам вектора направленности оси источника рабочего излучения в системе координат относительно первой заданной точки A1 посредством третьего блока наведения, а последующего определения координат первого вектора разности и наведения выходной оси первого блока наведения в первую уточненную точку ожидаемого нахождения объекта с координатами не производят.6. After determining at time t 1 the spatial coordinates of the directivity vector the axis of the working radiation source relative to the first predetermined point of space A 1 , the axis of the working radiation source is guided to the first predetermined point of space A 1 by introducing a compensating angular shift in the direction of the axis of the working radiation source, which is proportional in magnitude and opposite in sign to the measured coordinates of the directivity vector of the axis of the working source radiation in the coordinate system relative to the first predetermined point a 1 via the third guidance unit, as defined later I have the coordinates of the first difference vector and guidance of the output axis of the first guidance unit to the first specified point of the expected location of the object with coordinates do not produce.
7. В известное устройство для осуществления способа по п.1, содержащее размещенные на подвижной платформе летательного аппарата (ЛА) первый блок наведения, лазер подсвета цели, первое отражательное зеркало, первый блок обработки информации, первый блок связи, размещенные в наземной части устройства на одной оптической оси, оптически связанные второй блок наведения, источник рабочего излучения с блоком накачки, первая фокусирующая линза, блок обращения волнового фронта (ОВФ), отражательное зеркало с отверстием в центре, первый задающий генератор с формирующей линзой, второй блок обработки информации, второй блок связи, при этом оптический вход второго блока наведения через отражательное зеркало с отверстием в центре соединен с оптическим выходом источника рабочего излучения, выход первого задающего генератора оптически соединен через формирующую линзу и отверстие в центре отражательного зеркала с оптическим входом второго блока наведения, второй блок обработки информации соединен с блоком связи и с блоком накачки источника рабочего излучения, оптический выход лазера подсвета цели соединен с оптическим входом первого блока наведения посредством первого отражательного зеркала, первый блок обработки информации соединен с первым блоком связи и первым блоком наведения, введены размещенные на платформе ЛА третий блок наведения, первый фотоприемный блок, второй фотоприемный блок, расположенный в наземной части устройства, лазерный генератор вспомогательного излучения, дефлектор с блоком управления, светоделительное зеркало с отверстием в центре, второе отражательное зеркало с отверстием в центре, вторая фокусирующая линза, третье отражательное зеркало, блок угловой компенсации с блоком управления, плоскопараллельная пластина, уголковый отражатель, при этом лазерный генератор вспомогательного излучения, дефлектор, второе отражательное зеркало с отверстием в центре, светоделительное зеркало с отверстием в центре и третий блок наведения расположены на одной оптической оси, оптический вход первого блока наведения оптически соединен с третьим блоком наведения посредством последовательно расположенных на второй оптической оси блока угловой компенсации, плоскопараллельной пластины и светоделительного зеркала с отверстием в центре, оптический выход лазерного генератора вспомогательного излучения оптически соединен с третьим блоком наведения посредством дефлектора, отверстия в центре второго отражательного зеркала и отверстия в центре светоделительного зеркала, оптический вход первого фотоприемного блока оптически соединен с оптическим входом первого блока наведения посредством светоделительного зеркала с отверстием в центре, плоскопараллельной пластины и блока угловой компенсации, а с третьим блоком наведения посредством последовательно установленных и оптически связанных светоделительного зеркала с отверстием в центре, второго отражательного зеркала с отверстием в центре, второй фокусирующей линзы и третьего отражательного зеркала, второй фотоприемный блок и уголковый отражатель размещены на оптическом выходе второго блока наведения, причем оптический выход второго блока наведения оптически связан с третьим блоком наведения через атмосферный канал распространения излучения, первый блок обработки информации соединен с выходом первого фотоприемного блока, лазерным генератором вспомогательного излучения и с блоками управления дефлектором, блоком угловой компенсации и третьим блоком наведения, выход второго фотоприемного блока соединен со вторым блоком обработки информации. 7. In a known device for implementing the method according to
8. В устройстве по п.7 первый фотоприемный блок содержит два многоэлементных фотоприемника, два объектива и светоделительное зеркало, причем первый многоэлементный фотоприемник оптически соединен с оптическим входом данного фотоприемного блока посредством первого объектива, а второй многоэлементный фотоприемник оптически соединен с оптическим входом фотоприемного блока посредством первого объектива, второго светоделительного зеркала и второго объектива. 8. In the device according to
9. В устройстве по п.7 лазерный генератор вспомогательного излучения содержит последовательно установленные на оптической оси оптически связанные источник излучения с блоком накачки, Фурье-линзу, третье светоделительное зеркало, блок оптических затворов с блоком управления, матрицу уголковых отражателей, источник подсвета со второй формирующей линзой, последовательно установленные на другой оптической оси оптически связанные второй задающий генератор, диафрагму, четвертый объектив и четвертый многоэлементный фотоприемник, при этом четвертый многоэлементный фотоприемник оптически соединен посредством четвертого объектива и третьего светоделительного зеркала с блоком оптических затворов, а через диафрагму - с выходом второго задающего генератора, выход второго задающего генератора связан с оптическим входом источника излучения посредством диафрагмы, третьего светоделительного зеркала и Фурье-линзы, четвертый многоэлементный фотоприемник, источник подсвета, блок управления блоком оптических затворов, второй задающий генератор и блок накачки источника излучения соединены с первым блоком обработки информации. 9. In the device according to
10. В устройстве по п. 7 первый и второй блоки наведения выполнены идентично и содержат два поворотных зеркала, два узла вращения, три подшипника вращения и два блока вращения, при этом первое и второе поворотные зеркала размещены в первом и втором узлах вращения под углом 45o к взаимно перпендикулярным осям вращения, первый узел вращения механически связан с основанием блока наведения посредством первого подшипника вращения, второй и третий подшипники вращения установлены вместе с первым поворотным зеркалом в первом узле вращения, второй узел вращения механически связан с первым узлом вращения посредством второго и третьего подшипников вращения, оси вращения узлов вращения совпадают с оптическими осями распространения излучения через блок наведения, каждый блок вращения содержит шаговый электродвигатель, датчик угла поворота и ячейку связи, соединенную с блоком обработки информации.10. In the device according to
11. В устройстве по п.7 во втором блоке наведения второй фотоприемный блок и уголковый отражатель размещены на четвертом поворотном зеркале, причем направления оптических осей второго фотоприемного блока, уголкового отражателя и выходной оси блока наведения параллельны. 11. In the device according to
12. В устройстве по п.7 третий блок наведения выполнен в виде отражательного зеркала, размещенного в двойном кардановом подвесе. 12. In the device according to
13. В устройстве по п.7 элементы, размещенные на борту платформы ЛА, установлены на виброзащитном основании, механически соединенном с платформой ЛА. 13. In the device according to
14. В устройстве по п.7 на платформе летательного аппарата (ЛА) первый и третий блоки наведения установлены на одной оптической оси и оптически связаны через светоделительное зеркало, выполненное без отверстия, оптический вход первого фотоприемного блока оптически соединен с третьим блоком наведения через последовательно установленные светоделительное зеркало, фокусирующую линзу и отражательное зеркало, выход лазерного генератора вспомогательного излучения оптически соединен с третьим блоком наведения посредством дефлектора и вновь введенного малоразмерного отражательного зеркала, установленного на оптической оси между светоделительным зеркалом и третьим блоком наведения. 14. In the device according to
15. В устройстве по п.7 блок обращения волнового фронта содержит последовательно установленные на оптической оси оптически соединенные первую кювету с прозрачными окнами, первую и вторую проекционные линзы и вторую кювету с прозрачными окнами, при этом первая и вторая кюветы заполнены веществом, в котором осуществляют формирование обращенной волны. 15. In the device according to
На фиг. 1 приведена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ, где введены следующие обозначения. In FIG. 1 shows a block diagram of a device that implements the proposed method, where the following notation is introduced.
1 - Платформа летательного аппарата (ЛА) - самолета, содержащего первый (2) и второй (3) люки для приема и наведения лазерного излучения. 1 - Platform aircraft (LA) - aircraft containing the first (2) and second (3) hatches for receiving and directing laser radiation.
4 - Первый блок наведения. 4 - The first block guidance.
5 - Третий блок наведения. 5 - The third block guidance.
6 - Первый блок обработки информации. 6 - The first block of information processing.
7 - Лазерный генератор вспомогательного излучения. 7 - Laser auxiliary radiation generator.
8 - Дефлектор с блоком управления 62. 8 - Deflector with
9 - Первый фотоприемный блок. 9 - The first photodetector unit.
10 - Светоделительное зеркало с отверстием в центре. 10 - Beam splitter mirror with a hole in the center.
11 - Лазер подсвета цели. 11 - Laser target illumination.
12 - Первое отражательное зеркало. 12 - The first reflective mirror.
13 - Второе отражательное зеркало с отверстием в центре. 13 - The second reflective mirror with a hole in the center.
14 - Вторая фокусирующая линза. 14 - The second focusing lens.
15 - Третье отражательное зеркало. 15 - The third reflective mirror.
16 - Блок угловой компенсации с блоком управления 17. 16 - Angular compensation unit with
67 - Плоскопараллельная пластина. 67 - Plane-parallel plate.
Первый блок наведения 4 содержит первое 18 и второе 19 поворотные зеркала с первым 20 и вторым 21 блоками вращения. The
Третий блок наведения 5 содержит отражательное зеркало 22, расположенное в двойном кардановом подвесе 23 и блок управления 24. The
25 - Первый блок связи. 25 - The first communication unit.
82 - Виброзащитное основание. 82 - Vibration protection base.
83 - Виброгасящие элементы. 83 - Vibration suppression elements.
Элементы поз. 1-25 расположены на борту ЛА 1. Elements pos. 1-25 are located on board the
Наземная часть устройства, реализующего способ, содержит следующие элементы. The ground part of the device that implements the method contains the following elements.
26 - Источник рабочего излучения с блоком накачки 27. 26 - Source of working radiation with a pumping unit 27.
28 - Первая фокусирующая линза. 28 - The first focusing lens.
29 - Блок обращения волнового фронта (ОВФ). 29 - Wavefront reversal unit (phase conjugation).
30 - Второй блок обработки информации. 30 - The second block of information processing.
31 - Второй блок наведения, содержащий третье 32 и четвертое 33 поворотные зеркала и третий 34 и четвертый 35 блоки вращения. 31 - The second guidance unit containing the third 32 and fourth 33 rotary mirrors and the third 34 and fourth 35 rotation blocks.
36 - Второй фотоприемный блок. 36 - The second photodetector unit.
37 - Объектив. 37 - The lens.
38 - Первый многоэлементный фотоприемник. 38 - The first multi-element photodetector.
39 - Отражательное зеркало с отверстием в центре. 39 - Reflective mirror with a hole in the center.
40 - Первый задающий генератор с формирующей линзой 41. 40 - The first master oscillator with a forming lens 41.
42 - Второй блок связи. 42 - The second communication unit.
43 - Система внешнего целеуказания - в состав устройства не входит. 43 - External target designation system - is not part of the device.
80 - Атмосферный канал распространения излучения. 80 - Atmospheric radiation propagation channel.
На фиг.2 более подробно представлена блок-схема части устройства, реализующего способ, размещенная на борту ЛА 1. Соответственные элементы на фиг.2 и фиг.1 имеют одинаковые номера позиций. Первый фотоприемный блок 9 содержит второй 44 и третий 45 объективы и второй 46 и третий 47 многоэлементные фотоприемники; второе светоделительное зеркало 48. Figure 2 presents in more detail a block diagram of part of a device that implements the method, placed on board the
Лазерный генератор вспомогательного излучения 7 содержит следующие элементы:
49 - Источник излучения с блоком накачки 50.The laser
49 - A radiation source with a
51 - Фурье-линза. 51 - Fourier lens.
52 - Блок оптических затворов. 52 - Block optical shutters.
53 - Матрица уголковых отражателей. 53 - The matrix of corner reflectors.
54 - Второй задающий генератор. 54 - The second master oscillator.
55 - Диафрагма. 55 - Aperture.
56 - Третье светоделительное зеркало. 56 - Third beam splitting mirror.
57 - Четвертый объектив. 57 - The fourth lens.
58 - Четвертый многоэлементный фотоприемник. 58 - Fourth multi-element photodetector.
59 - Блок управления блоком оптических затворов 52. 59 - Control unit
60 - Источник подсвета со второй формирующей линзой 61. 60 - Illumination source with a second forming
62 - Блок управления дефлектором. 62 - Deflector control unit.
63 - Второй блок угловой компенсации с блоком управления 64. 63 - The second block of angular compensation with a
Позицией 65 на блок-схеме на фиг.2 обозначена наземная часть устройства, реализующего способ, содержащая источник рабочего излучения 26.
66 - Уголковый отражатель. 66 - Corner reflector.
67 - Плоскопараллельная пластина. 67 - Plane-parallel plate.
80 - Атмосферный канал распространения излучения. 80 - Atmospheric radiation propagation channel.
На фиг. 3 изображен ход световых лучей от выхода лазерного генератора 7 вспомогательного излучения до наземной части устройства 65 и обратно. In FIG. 3 shows the course of light rays from the output of the laser
Плоскость чертежа на фиг. 3 совпадает с плоскостью падения луча e1-е на отражательное зеркало 22. Обозначения позиций элементов соответствуют обозначениям на фиг.1, фиг.2.The drawing plane in FIG. 3 coincides with the plane of incidence of the beam e 1- e on the
На фиг.4 представлена блок-схема третьего блока наведения 5 (на фиг.1), где обозначены следующие элементы:
23 - Двойной карданов подвес, состоящий из двух рам 68, 69.Figure 4 presents a block diagram of a third guidance block 5 (figure 1), where the following elements are indicated:
23 - Double gimbal suspension, consisting of two
70,71 - Шаговые электродвигатели. 70.71 - Stepper motors.
22 - Отражательное зеркало. 22 - Reflective mirror.
24 - Блок управления. 24 - Control unit.
На фиг.5 представлена схема конструктивного выполнения первого и второго блоков наведения (поз. 4, 31 на фиг.1, фиг.2). Цифрами обозначены следующие элементы. Figure 5 presents a diagram of the structural implementation of the first and second guidance units (
18, 19 - Первое и второе поворотные зеркала. 18, 19 - The first and second rotary mirrors.
72, 73 - Первый и второй узлы вращения. 72, 73 - The first and second nodes of rotation.
74 - Основание блока наведения. 74 - The base of the guidance unit.
75, 76, 77 - Первый, второй и третий подшипники вращения. 75, 76, 77 - First, second and third rotation bearings.
20, 21 - Первый и второй блоки вращения на основе шаговых электродвигателей. 20, 21 - The first and second blocks of rotation based on stepper motors.
36 - Второй фотоприемный блок. 36 - The second photodetector unit.
66 - Уголковый отражатель. 66 - Corner reflector.
На фиг. 5а представлен вариант выполнения блока угловой компенсации 63 (на фиг.2). Цифрами обозначены элементы. In FIG. 5a shows an embodiment of the angular compensation unit 63 (in FIG. 2). The numbers indicate the elements.
78 - Металлическая пластина. 78 - Metal plate.
79 - Пьезоэлементы. 79 - Piezoelectric elements.
64 - Блок управления. 64 - Control unit.
На фиг. 6 представлена блок-схема второго варианта компоновки части устройства, реализующего способ, размещенной на борту платформы ЛА 1, где цифровые обозначения элементов соответствуют аналогичным позициям представленных чертежей фиг. 1-5. Позицией 81 обозначено вновь введенное отражательное малоразмерное зеркало, установленное на оптической оси А3-А1-А2. Второе отражательное зеркало 13 с отверстием в центре (см. фиг.2) в данном втором варианте компоновки отсутствует (исключено), а светоделительное зеркало 10 выполнено без отверстия в центре.In FIG. 6 is a block diagram of a second embodiment of a part of a device that implements a method deployed on board an
На фиг.7 представлена схема-блока обращения волнового фронта (поз. 29 на фиг. 1), на которой обозначены следующие элементы:
84 - первая кювета,
85 - вторая кювета,
86, 87 - первая и вторая проекционные линзы.In Fig.7 presents a block diagram of the wavefront treatment (pos. 29 in Fig. 1), which indicates the following elements:
84 - the first ditch,
85 - the second ditch,
86, 87 - the first and second projection lenses.
В предлагаемом способе и устройстве для его осуществления реализуют доставку рабочего излучения на объект, находящийся на космической околоземной орбите. Источник рабочего излучения (поз. 26 на фиг.1 и фиг.2) находится на поверхности земли (или на водной поверхности, например на палубе несущего корабля). Система наведения рабочего излучения на объект расположена на борту платформы летательного аппарата 1 (ЛА) и состоит из первого блока наведения 4 и ряда дополнительных управляющих элементов. Доставку излучения на объект осуществляют через атмосферный канал поз. 80 трассы распространения излучения. Основное влияние на параметры пучка распространяющегося в атмосфере излучения оказывает приземной слой атмосферы до высоты 1000-2000 м. Поэтому высокое качество компенсации атмосферной турбулентности можно реализовать по методу обращения волнового фронта (ОВФ) при расположении платформы летательного аппарата (ЛА) с источником излучения для инициирования ОВФ и системой наведения на высоте 10-20 км над поверхностью земли. В соответствии с этим в устройстве, реализующем способ, в качестве платформы ЛА 1 использован специально оборудованный самолет, находящийся в рабочем режиме в полете на высоте 10-15 км со скоростью Vп≤1000 км/час. При этом удаление от источника рабочего излучения (дальность по прямой линии А2-В4) составляет не более 20-30 км. При этом за счет использования ОВФ реализуют высокое качество компенсации атмосферных флуктуаций в канале распространения излучения между источником рабочего излучения 26 и платформой ЛА 1, в котором основной вклад в уровень флуктуаций и искажений излучения дает приземной слой атмосферы. Искажения рабочего излучения при его дальнейшем распространении от платформы ЛА 1 до объекта на высотах свыше 15000 м над землей практически отсутствуют. Формирование мощного рабочего излучения осуществляют путем обращения волнового фронта вспомогательного излучения, прошедшего до блока ОВФ 29 через атмосферный канал распространения 80 и усиленного в мощном квантовом усилителе - источнике рабочего излучения 26. Источником вспомогательного излучения в устройстве, реализующем способ, является специальный вновь введенный лазерный генератор вспомогательного излучения 7, размещенный на платформе ЛА 1. Формирование вспомогательного излучения, инициирующего ОВФ, осуществляют на борту платформы ЛА 1. Сформированное вспомогательное излучение с выхода лазерного генератора 7 вспомогательного излучения направляют на оптический вход второго блока наведения 31 (см. фиг.1), входящего в состав наземной части устройства 65, реализующего способ. Наведение вспомогательного излучения на оптическую ось источника рабочего излучения 26 - на вход второго блока наведения 31 - осуществляют посредством вновь введенного третьего блока наведения 5, расположенного на борту платформы ЛА 1. Задачей, выполняемой вторым и третьим блоками наведения 31, 5, является взаимное совмещение осей источника вспомогательного излучения - лазерного генератора 7 - и источника рабочего излучения 26. Эту операцию осуществляют до рабочего режима формирования вспомогательного и рабочего излучений. При осуществлении операций по взаимному наведению осей источников вспомогательного и рабочего излучений используют излучение первого 40 и второго 54 задающих генераторов.In the proposed method and device for its implementation, delivery of working radiation to an object located in space near-Earth orbit is realized. The source of working radiation (pos. 26 in Fig. 1 and Fig. 2) is located on the surface of the earth (or on a water surface, for example, on the deck of a carrier ship). The guidance system of the working radiation to the object is located on board the platform of the aircraft 1 (LA) and consists of the
После формирования рабочего излучения с обращенным волновым фронтом в блоке ОВФ 29 осуществляют наведение рабочего излучения на объект посредством первого блока наведения 4. Рабочее излучение от блока ОВФ 29 проходит в обратном ходе через квантовый усилитель - источник рабочего излучения 26, и далее через второй блок наведения 31, атмосферный канал и третий блок наведения 5 излучение поступает на вход первого блока наведения 4, посредством которого рабочее излучение направляют на объект в упрежденную точку встречи движущегося объекта и распространяющегося излучения. After the formation of the working radiation with the reversed wavefront in the phase conjugation unit 29, the working radiation is guided to the object by the
Основными физическими объектами, над которыми осуществляют операции в предлагаемом способе, являются лазерные (световые) пучки, называемые также в тексте излучением, характеризуемые вектором направленности (или направления) оси диаграммы направленности излучения. В тексте для сокращения слова "диаграммы направленности" опускают и используют термин: вектор направления оси излучения, или вектор направления (направленности) оси источника излучения. Под последним понимают некоторый измеримый аппаратурный параметр источника излучения (лазера), характеризующий направление вектора оси излучения, которое будет сформировано данным источником излучения в рабочем режиме - в режиме генерации излучения. Вектор направленности оси является единичным вектором и характеризуется, например, угловыми координатами направления своей оси относительно некоторой главной оси используемой системы координат или параметрами направляющих косинусов - проекций единичного вектора в Декартовой системе координат. В устройстве, реализующем способ, на борту ЛА 1 использована (выбрана) главная система координат с центром в первой заданной точке A1 пространства и главной осью А1-А2, совпадающей с продольной осью ЛА 1 и направлением вектора скорости ЛА 1 относительно источника рабочего излучения 26. Главная ось ЛА 1 А2-А1 соосна (является продолжением) оси А9-A8-А10 лазерного генератора вспомогательного излучения 7; таким образом, точки A9-A8-A7-A10-A1-A2 лежат на одной прямой и составляют главную ось части устройства, находящейся на борту платформы ЛА (см. фиг.2). Главная ось А2-А1 непосредственно переходит в ось А1-А3, являющуюся осью оптического входа первого блока наведения 4. Аналогично главная ось А2-А1 однозначно связана и переходит во входную оптическую ось первого фотоприемного блока 9 А1-А5 и А1-А6. Связь направления главной оси A2-А1 со входом первого фотоприемного блока 9 осуществлена посредством оптических элементов поз. 13, 14, 15, как показано на фиг.2.The main physical objects that are operated on in the proposed method are laser (light) beams, also called radiation in the text, characterized by the directional vector (or direction) of the axis of the radiation pattern. In the text, for abbreviation, the word “radiation patterns” is omitted and the term is used: the direction vector of the radiation axis, or the direction vector (direction) of the radiation source axis. The latter is understood to mean some measurable hardware parameter of the radiation source (laser), characterizing the direction of the radiation axis vector, which will be generated by this radiation source in the operating mode - in the radiation generation mode. The directional vector of the axis is a unit vector and is characterized, for example, by angular coordinates directions of its axis relative to some main axis of the coordinate system used or by the parameters of the guiding cosines - projections of the unit vector in the Cartesian coordinate system. In the device that implements the method, the main coordinate system with the center at the first given point A 1 of the space and the main axis A 1 -A 2 coinciding with the longitudinal axis of the
Первый блок наведения 4 характеризуется своей входной осью (оптической) А1-А3, жестко связанной с главной осью А3-А1. Первый блок наведения 4 характеризуется выходной (оптической) осью А4-О3, направление которой в пространстве устанавливают с помощью блоков вращения 20, 21, а характеризуют вектором направленности выходной оси определяемом, например, угловыми координатами φx, φy относительно неподвижной оси А3-A1, однозначно и жестко связанной с главной осью А2-А1. Действие первого блока наведения 4 (и других блоков наведения) можно характеризовать оператором, переводящим вектор направления входной оси А1-А3 в направление вектора выходной оси А4-О3. Направление в пространстве выходной оси первого блока наведения 4 совпадает с направлением распространения светового луча, который на входе в блок наведения 4 распространялся по направлению входной оси А1-А3.The
Входная ось А1-А3 характеризуется единичным вектором направления определяющим направление этой оси относительно первой заданной точки А1. Вектор является также вектором направления входной оси первого фотоприемного блока 9 Соответственно вектор перпендикулярен вектору - единичному вектору направления главной оси А10-А1-А2.The input axis A 1 -A 3 is characterized by a unit direction vector determining the direction of this axis relative to the first predetermined point A 1 . Vector is also a direction vector of the input axis of the
Формирование рабочего излучения, его наведение и доставку на объект осуществляют следующим образом. The formation of the working radiation, its guidance and delivery to the object is as follows.
В некоторый произвольный момент времени t0 осуществляют определение координат объекта дальности до объекта R0(t0) и скорости объекта относительно первой заданной точки A1. Точка А1 является центром системы координат, связанной с платформой летательного аппарата (ЛА) 1. Собственно система координат может быть выбрана Декартовой (прямоугольной), сферической, цилиндрической или любой другой. В дальнейшем будем использовать прямоугольную систему координат, связанную с точкой А1, при этом пространственные координаты объекта будем характеризоваться дальностью R0 до объекта и направлением единичного вектора направленного от платформы ЛА (точка А1) в точку расположения объекта. Вследствие движения ЛА относительно источника рабочего излучения 26, находящегося на земле, и относительно объекта в системе координат А1, неподвижной относительно платформы ЛА, как объект, так и источник рабочего излучения 26 являются движущимися элементами. В дальнейшем первая заданная точка А1 обозначает и систему координат, связанную с ЛА. Для определения координат объекта выходную (визирную) ось первого блока наведения (см. фиг.2) направляют на область пространства, в которой предполагается нахождение объекта. Данную операцию осуществляют на основе информации о предполагаемых координатах объекта, которая поступает от системы внешнего целеуказания 43 через блоки связи 42, 25 на борт ЛА и далее через блок обработки информации 6 на блоки вращения 20, 21 поворотных зеркал 18, 19. Выходная (визирная) ось первого блока наведения 4 представляет собой прямую, проходящую через точку А4 - центр второго поворотного зеркала 19 - в плоскости, перпендикулярной плоскости зеркала 19 и под углом 45o к нормали этого зеркала. На фиг.2 выходная ось первого блока наведения 4 условно показана в виде прямой, проведенной из точки А4 в точку О3 предполагаемого нахождения объекта. Поворотные зеркала 18, 19 работают в режиме постоянного угла φпад падения излучения на поверхность зеркала, равного φпад = 45°. С помощью блоков вращения 20, 21 осуществляют поворот зеркал 18, 19 по двум взаимно перпендикулярным осям, а именно: по азимутальной оси φAZ с помощью блока 20 и по оси угла места φM с помощью блока вращения 21. В результате этого выходная ось А4-О3 может быть развернута и установлена в любом заданном пространственном направлении. Для определения параметров движения объекта осуществляют его подсвет с помощью лазера подсвета цели 11, диаграмма направленности которого перекрывает зону предполагаемого нахождения объекта. Отраженное от объекта излучение поступает в обратном ходе на вход первого блока наведения 4 и далее распространяется вдоль оптической оси А4-А3-A1-А5 (см. фиг. 2) и поступает на вход первого фотоприемного блока 9. Изображение картинной плоскости объекта в пределах зоны нахождения объекта, подсвеченной лазером подсвета цели 11, формируют в плоскости фоточувствительной площадки второго многоэлементного фотоприемника 46 с помощью второго объектива 44. Одновременно изображение центральной части зоны нахождения объекта в увеличенном масштабе формируют на входе третьего многоэлементного фотоприемника 47 с помощью третьего объектива 45.At some arbitrary point in time t 0 determine the coordinates of the object the distance to the object R 0 (t 0 ) and the speed of the object relative to the first given point A 1 . Point A 1 is the center of the coordinate system associated with the platform of the aircraft (LA) 1. Actually, the coordinate system can be selected by Cartesian (rectangular), spherical, cylindrical or any other. In the future, we will use a rectangular coordinate system associated with the point A 1 , while the spatial coordinates of the object will be characterized by the distance R 0 to the object and the direction of the unit vector directed from the aircraft platform (point A 1 ) to the point of location of the object. Due to the movement of the aircraft relative to the source of the working
Посредством фотоприемников 46, 47 осуществляют определение угловых координат Θox, Θoy направления на объект относительно неподвижной оси А1-А3. При этом многоэлементный фотоприемник 46 осуществляет определение координат объекта в широком угловом поле зрения - в пределах всей зоны пространства, подсвеченной лазером подсвета цели 11, а фотоприемник 47 осуществляет определение координат в узком поле зрения с высокой точностью. Точки А6, A5 определяют центры площадок многоэлементных фотоприемников 46, 47 и соответствуют первой заданной точке A1. Координаты объекта с помощью фотоприемников 46, 47 определяют по величине смещения Δx, Δy фоточувствительного элемента многоэлементного фотоприемника 46, 47 относительно его центра A5, А6, в котором уровень принятого сигнала от объекта превысил некоторый установленный порог. Координаты объекта при этом будут равны следующим величинам:
Θx = Θox+φAZ (1)
Θy = Θoy+φM
где Θox = Δx•f
Величины Δx, Δy - координаты элемента (ячейки) в многоэлементном фотоприемнике 46, 47, в котором превышен пороговый уровень сигнала. (Δx и Δy отсчитывают от центра - точки А5, А6).Using the
Θ x = Θ ox + φ AZ (1)
Θ y = Θ oy + φ M
where Θ ox = Δx • f
The values Δx, Δy are the coordinates of the element (cell) in the
fл - эквивалентное фокусное расстояние объективов 44 или 45.f l - the equivalent focal length of the
Величины φAZ и φM определяют угол поворота оси А3-А4 относительно неподвижной оси А3-А1 (φAZ) и, соответственно, угол поворота выходной оси А4-О3 относительно оси А3-А4.The values of φ AZ and φ M determine the angle of rotation of the axis A 3 -A 4 relative to the fixed axis A 3 -A 1 (φ AZ ) and, accordingly, the angle of rotation of the output axis A 4 -O 3 relative to the axis A 3 -A 4 .
Как было отмечено, многоэлементные фотоприемники 46, 47 определяют координаты объекта согласно (1) соответственно со средней (46) и с высокой точностью (фотоприемник 47). В дальнейшем в тексте описания не делается различия между параметрами, выдаваемыми фотоприемниками 46 или 47, так как операции по использованию этой информации являются одинаковыми. При этом предполагается, что на более поздних операциях по определению координат объекта и параметров световых пучков для получения более высокой точности используют информацию, выдаваемую многоэлементным фотоприемником 47, работающим с высокой точностью в узком поле зрения. Информация об измеренных координатах объекта Θx,y с выходов многоэлементных фотоприемников 46, 47 поступает в блок обработки информации 6. При этом информация о величинах углов φAZ и φM поступает в блок 6 от блоков вращения 20, 21, от соответствующих датчиков углов поворота, которыми снабжены блоки 20, 21. Таким образом, координаты вектора направления на объект складываются из координат (угловых) вектора относительно неподвижной оси А1-А3 (определяемых фотоприемниками 46, 47) и координат направления визирной оси А4-О3 определяемые и задаваемые блоками вращения 20, 21. Первый фотоприемный блок 9 осуществляет, таким образом, определение координат (угловых) единичного вектора направления на объект относительно вектора направления оси А1-А3, т.е. координаты (угловые) вектора разности - единичный вектор абсолютного направления на объект относительно внешней независимой системы координат, например, относительно источника рабочего излучения 26. При имеем т.е. измеряемый вектор является нуль - вектором, если вектор абсолютного направления на объект совпадает (параллелен) вектору направления оси Представленное соотношение является определением выполняемой первым фотоприемным блоком 9 операции определения координат относительно оси A1-А3 в системе координат, связанной с первой заданной точкой А1.As was noted,
Дальность до объекта Rо определяют также в фотоприемниках 46, 47 по моменту прихода импульса излучения, отраженного от объекта, относительно момента времени излучения данного импульса лазером подсвета цели 11. Информация о величине Ro также поступает в блок обработки 6 от фотоприемников 46, 47 и от лазера подсвета цели 11 в виде моментов времени излучения и приема сигналов от объекта. Поляризация излучения от лазера подсвета цели 11 выбрана такой, что это излучение свободно проходит через светоделительное зеркало 10 (с отверстием в центре). Данное светоделительное зеркало 10 выполнено со специальным светоделительным поляризационным покрытием, пропускающим излучение от объекта с вектором поляризации, лежащим, например, в плоскости зеркала 10. Рабочее излучение, поступающее от источника рабочего излучения 26, и после отражения от зеркала 22, имеет поляризацию, перпендикулярную поляризации излучения от объекта. Рабочее излучение не пропускается светоделительным зеркалом 10, а отражается от него на вход первого блока наведения 4.The distance to the object R о is also determined in
С помощью блока наведения 4, лазера подсветки цели 11, работающего в импульсно-периодическом режиме излучения, первого фотоприемного блока 9 и блока обработки информации 6, осуществляют непрерывное слежение за объектом, определение его текущих координат, начиная от момента времени to, а также определяют и вычисляют тангенциальную составляющую скорости Vot объекта по формуле
где и - угловые координаты объекта в последовательные моменты времени to и to+Δt;
Δt - малый фиксированный промежуток времени;
Ro(to) - дальность до объекта, измеренная в момент времени to .Using the
Where and - the angular coordinates of the object at successive times t o and t o + Δt;
Δt is a small fixed period of time;
R o (t o ) - the distance to the object, measured at time t o .
Радиальную скорость объекта измеряют, например, на основе определения изменения дальности до объекта ΔR за малый промежуток времени Δt. Полученные и измеренные данные определяют координаты и вектор скорости объекта относительно первой заданной точки пространства А1 в момент времени to. На основании этих данных осуществляют прогнозирование и определение координат объекта для любого заданного последующего момента времени t на основании следующего векторного соотношения:
где С - скорость света; - единичный вектор координат объекта относительно точки А1 в момент времени to; - скорость объекта в момент t0 относительно точки A1; - вектор координат объекта относительно точки А1 в момент времени t>to.The radial velocity of an object is measured, for example, on the basis of determining the change in the distance to the object ΔR for a small period of time Δt. The obtained and measured data determine the coordinates and the velocity vector of the object relative to the first given point of space A 1 at time t o . Based on these data, forecasting and determining the coordinates of the object are carried out for any given subsequent point in time t based on the following vector relation:
where C is the speed of light; - the unit vector of the coordinates of the object relative to the point A 1 at time t o ; - the speed of the object at time t 0 relative to the point A 1 ; is the coordinate vector of the object relative to point A 1 at time t> t o .
Скорость объекта считают постоянной величиной, так как определение координат и наведение излучения на объект осуществляют за достаточно малые промежутки времени. Возможно использование также других эмпирических и вероятностных методов прогнозирования положения объекта в некоторой ожидаемой точке , координаты которой определяют на основании измеренных координат объекта в момент времени to.Object Speed consider a constant value, since the determination of coordinates and the guidance of radiation on the object is carried out for a sufficiently small period of time. It is also possible to use other empirical and probabilistic methods for predicting the position of an object at some expected point whose coordinates are determined based on the measured coordinates of the object at time t o .
Промежуток времени (t-to), необходимый для наведения рабочего излучения в точку ожидаемого нахождения объекта , определяют в блоке обработки информации 6 на основании определения расстояния Н между платформой ЛА и источником рабочего излучения 26 (на фиг.2). Данное расстояние Н принимается равным расстоянию между первой заданной точкой A1 на платформе ЛА и точкой В1, определяющей центр отражательного зеркала 39 (с отверстием в центре) (см. фиг.1).The time interval (tt o ) necessary for pointing the working radiation to the point of the expected location of the object are determined in the
Величину расстояния Н получают, например, по данным внешнего целеуказания от системы ВЦУ 43, которая непрерывно выдает информацию о параметрах движения платформы ЛА 1 через блоки связи 25, 42 на вход блока обработки информации 6. При этом в блок обработки информации 6 поступают данные о величине расстояния Н(t) в любой текущий и будущий момент времени t. The magnitude of the distance H is obtained, for example, according to external target designation from the
Возможно определение расстояния Н локационным методом с использованием расположенного на борту ЛА и входящего в состав лазерного генератора вспомогательного излучения 7 второго задающего генератора 54. Импульс излучения от задающего генератора 54 направляют с помощью третьего блока наведения 5 в сторону источника рабочего излучения 26 (см. фиг.2). Прием импульса осуществляют с помощью второго фотоприемного блока 36, сигнал с выхода которого поступает во второй блок обработки информации 30. Момент излучения импульса генератором 54 и приема фотоприемным блоком 36 сравнивают в блоках обработки информации 6 и 30 с текущими сигналами единого времени, поступающими от системы внешнего целеуказания 43. На основании этого сравнения определяют в блоке 30 промежуток времени между излучением и приемом импульса в фотоприемном блоке 36, определяющий расстояние Н. Эта информация по каналу связи 42-25 поступает на борт ЛА. Возможен также прием излученного задающим генератором 54 импульса после отражения его от источника рабочего излучения 26 первым фотоприемным блоком 9 и определения на этой основе расстояния Н в блоке обработки информации 6 по сигналу, поступающему от фотоприемного блока 9. При этом излучение второго задающего генератора 54 отражается от уголкового отражателя 66, расположенного на входе второго блока наведения 31, т.е. в непосредственной близости от источника рабочего излучения 26. (Расстояние между уголковым отражателем 66 и источником рабочего излучения 26 фиксировано и известно). It is possible to determine the distance H by the location method using the
Информация о расстоянии Н характеризует промежуток времени T=2H/C между формированием импульса вспомогательного излучения с помощью лазерного генератора вспомогательного излучения 7 и приходом в первую заданную точку A1 на платформу ЛА импульса рабочего излучения с обращенным волновым фронтом. На основании информации о промежутке времени T=2H/C и ранее определенных координатах объекта Ro(to) и в момент времени to определяют координаты точки О3 ожидаемого нахождения объекта в некоторый будущий прогнозируемый момент времени t3. В направлении на эту точку О3 с направлением вектора осуществляют разворот выходной оси первого блока наведения 4 (ось А4-О3 на фиг.2). Первый блок наведения 4 переводят в режим слежения за некоторой точкой О3 предполагаемого нахождения объекта в прогнозируемый момент времени t3 доставки излучения на объект.Information on the distance H characterizes the time interval T = 2H / C between the formation of the auxiliary radiation pulse using a laser
Режим слежения первого блока наведения 4 характеризуется следующими временными соотношениями:
Момент прихода t3 рабочего излучения на объект равен
t3 = to1 + T + t02 (3),
где to1 - момент излучения импульса вспомогательного излучения лазерным генератором 7;
Т - промежуток времени T=2H/C (4);
tо2 - промежуток времени распространения рабочего излучения от первой заданной точки А1 до точки нахождения объекта О3 в момент времени t3.The tracking mode of the
The moment of arrival of t 3 working radiation on the object is
t 3 = t o1 + T + t 02 (3),
where t o1 is the moment of radiation of the pulse of the auxiliary radiation by the
T is the time interval T = 2H / C (4);
t o2 - the time period of propagation of the working radiation from the first given point A 1 to the point of location of the object O 3 at time t 3 .
Координаты точки ожидаемого нахождения объекта в прогнозируемый момент времени t3, а также значение этого момента времени относительно to определяют на основе решения следующей системы из четырех уравнений, соответствующих векторному соотношению (2):
i=1, 2, 3.Point coordinates the expected location of the object at the predicted time t 3 , as well as the value of this time relative to t o is determined based on the solution of the following system of four equations corresponding to the vector relation (2):
i = 1, 2, 3.
В системе уравнений (5) неизвестными величинами являются t3, Θ31,Θ32,Θ33.In the system of equations (5), the unknown quantities are t 3 , Θ 31 , Θ 32 , Θ 33 .
Здесь - единичный вектор координат объекта в момент времени to; = (Vo1; Vo2; Vo3); Ro(to) - соответственно вектор скорости объекта и дальность до объекта в момент времени to.Here is the unit vector of the coordinates of the object at time t o ; = (V o1 ; V o2 ; V o3 ); R o (t o ) - respectively, the velocity vector of the object and the distance to the object at time t o .
Момент времени t2 в (5) соответствует приходу импульса рабочего излучения с обращенным волновым фронтом в первую заданную точку А1.The time t 2 in (5) corresponds to the arrival of a pulse of working radiation with a reversed wavefront at the first given point A 1 .
Величина t3-t2=to2. Отсюда и из (3) момент времени t2 равен
t2 = to1 + T = to1 + 2H/C (6),
где to1 - момент времени формирования импульса вспомогательного излучения лазерным генератором вспомогательного излучения 7. Все моменты времени отсчитываются от начального момента времени tо определения координат объекта, который может быть принят равным нулю to=0.The value of t 3 -t 2 = t o2 . From here and from (3), the time t 2 is
t 2 = t o1 + T = t o1 + 2H / C (6),
where t o1 is the time moment of formation of the auxiliary radiation pulse by the laser generator of
Таким образом, режим слежения за упрежденной точкой О3 ожидаемого нахождения объекта характеризуется следующими операциями:
1). В некоторый произвольный момент времени tо определяют координаты и параметры движения объекта Ro(to).Thus, the tracking mode of the anticipated point O 3 the expected location of the object is characterized by the following operations:
1). At some arbitrary point in time t about determine the coordinates and object motion parameters R o (t o ).
2). Определяют промежуток времени T=2H/C на основе информации о расстоянии между платформой ЛА и источником рабочего излучения, находящимся на земле для момента времени to и последующих моментов времени.(to1....).2). The time interval T = 2H / C is determined based on information about the distance between the aircraft platform and the source of working radiation located on the ground for time t o and subsequent time instants. (T o1 ....).
3). Выбирают априорно момент времени запуска лазерного генератора 7, равный to1>tо.3). A priori, the start time of the
Для этого момента времени to1 определяют величину Н(to1) и на основании (6) и системы уравнений (5) вычисляют в блоке обработки информации 6 параметры единичного направления из первой заданной точки А1 в точку О3 ожидаемого нахождения объекта. По полученным величинам в блоке обработки информации 6 вырабатывают управляющие сигналы, поступающие на блоки вращения 20, 21, в результате чего обеспечивают направление выходной оси А4-О3 первого блока наведения 4 в точку ожидаемого нахождения объекта с координатами
Режим слежения за объектом обеспечивается контуром наведения, в который входят следующие элементы, находящиеся на борту ЛА 1:
- первый блок наведения 4, выходная ось которого А4-О3 является управляемой;
- первый фотоприемный блок 9, определяющий текущие координаты объекта относительно точки A1 и неподвижной оси A1-А3, информация о которых поступает в блок 6;
- блок обработки информации 6, осуществляющий анализ текущего положения объекта, определение прогнозируемых координат объекта, определение на основе (5), (6) координат точки ожидаемого положения объекта и выработку управляющих сигналов, поступающих в блоки вращения 20, 21 для направления выходной оси первого блока наведения 4 в указанную точку ожидаемого нахождения объекта с координатами
В данном установленном режиме слежения за упрежденной точкой О3 ожидаемого нахождения объекта, когда выходная ось первого блока наведения 4 направлена в указанную точку О3, исходное видимое изображение объекта в момент времени to (точечное) будет смещено в плоскости фоточувствительной площадки первого фотоприемного блока 9 на величину которая в угловых единицах равна
Здесь, как и ранее, скорость объекта полагаем постоянной в пределах времени слежения и наведения излучения. (Величина t3 определяется из (5) по заданным величинам to1 и H(to1);
Величина характеризует угловое смещение точечного изображения объекта за промежуток времени t3-to.For this point in time t o1 determine the value of H (t o1 ) and on the basis of (6) and the system of equations (5) calculate the unit parameters in the
The tracking mode for the object is provided by the guidance loop, which includes the following elements on board the aircraft 1:
- the
- the
-
In this set tracking mode for the lead point O 3 of the expected location of the object, when the output axis of the
Here, as before, the speed of the object we consider constant within the time of tracking and pointing radiation. (The value of t 3 is determined from (5) from the given values of t o1 and H (t o1 );
Value characterizes the angular displacement of a point image of an object over a period of time t 3 -t o .
Далее согласно предлагаемому способу перед формированием вспомогательного излучения осуществляют наведение оси источника вспомогательного излучения на ось источника рабочего излучения 26, находящегося на земле. Для этого используют излучение второго задающего генератора 54, входящего в состав лазерного генератора вспомогательного излучения 7, причем генерацию собственно вспомогательного излучения посредством источника излучения 49 не производят. Излучение задающего генератора 54 осуществляет провешивание оси вспомогательного излучения без его генерации. Задающий генератор 54 формирует узкий пучок, проходящий через диафрагму 55 и поступающий в точку А7, совмещенную (или близко расположенную по оси) с фокусом Фурье-линзы 51. Последняя формирует плоский световой пучок, распространяющийся строго по оси А7-А10 лазерного генератора 7 и определяющий эту ось. Подробнее работа лазерного генератора 7 описана ниже. Сформированный световой пучок проходит через отверстия в зеркалах 13, 10, через дефлектор 8, находящийся вначале в положении нулевого отклонения пучка, далее отражательным зеркалом 22 третьего блока наведения 5 сформированный пучок отклоняют и направляют (как показано на фиг. 2) на источник рабочего излучения 26. Световой пучок поступает на оптический вход второго фотоприемного блока 36 и регистрируется в виде светового пятна, сфокусированного объективом 37 на входе первого многоэлементного фотоприемника 38. Второй фотоприемный блок 36 размещен непосредственно на четвертом поворотном зеркале 33 таким образом, что визирная ось данного фотоприемного блока 36 и выходная ось второго блока наведения 31 являются параллельными. При перемещении (вращении) поворотного зеркала 33 указанные оси перемещаются в пространстве совместно и остаются параллельными. Наведение оси источника вспомогательного излучения осуществляют путем последовательного изменения направления в пространстве осей второго и третьего блоков наведения 31 и 5. Критерием достижения оптимального результата наведения принимают установление пятна от излучения второго задающего генератора 54 в центре фоточувствительной площадки второго фотоприемного блока 38. Это достигают путем подачи соответствующих управляющих сигналов от блоков обработки информации 30, 6 в блоки вращения 34, 35 и блок управления 24 третьим блоком наведения 5. Информация о результате наведения и положения светового пятна поступает с выхода второго фотоприемного блока 36 во второй блок обработки информации 30, а через него и блоки связи 42, 25 в первый блок информации 6. Далее второй блок наведения 31 осуществляет режим слежения за платформой ЛА по критерию нахождения светового пятна от второго задающего генератора 54 в центре фоточувствительной площадки второго фотоприемного блока 36.Further, according to the proposed method, before forming the auxiliary radiation, the axis of the auxiliary radiation source is guided to the axis of the working
Для осуществления этого режима слежения образуют контур управления, в который входят следующие элементы: второй задающий генератор 54, второй фотоприемный блок 36; второй блок обработки информации 30; второй блок наведения 31. To implement this tracking mode form a control loop, which includes the following elements: a
Третий блок наведения 5 также устанавливают в положение, обеспечивающее указанное положение светового пятна в фотоприемном блоке 36. В результате ось лазерного генератора 7 источника вспомогательного излучения А7-А10 устанавливают соосно выходной оси второго блока наведения 31 В4-В5, а следовательно, и соосно оси В1-В2 источника рабочего излучения 26, 29 (см. фиг.1). Действительно, излучение второго задающего генератора 54, ось которого совпадает с направлением оси А7-А10 лазерного генератора 7 из точки A7, распространяется по следующему направлению (см. фиг.1 и фиг.2):
A7-A10-A1-A2-B5-B4-B3-B1-B2.The
A 7 -A 10 -A 1 -A 2 -B 5 -B 4 -B 3 -B 1 -B 2 .
Таким образом, оси лазерного генератора вспомогательного излучения 7 и источника рабочего излучения 26, 29 В1-В2 являются взаимно совмещенными.Thus, the axis of the laser
Далее осуществляют определение пространственных координат вектора направленности оси источника рабочего излучения в системе координат относительно первой заданной точки пространства А1 в момент времени t1. Определение координат указанного вектора осуществляют следующим способом. Осуществляют формирование (генерацию) зондирующего лазерного излучения посредством первого задающего генератора 40, входящего в состав части аппаратуры устройства, регистрирующего способ, 65 расположенного на земле (см. фиг.1). Формирующая линза 41 формирует параллельный световой поток, центральная часть которого проходит через небольшое отверстие (диаметр 2-5 мм) в центре отражательного зеркала 39. Далее лазерное излучение распространяется по направлению, указанному на фиг.1 и фиг.2 точками В1-B3-B4-B5-А2-A1. Таким образом, излучение первого задающего генератора 40 определяет (материализует) направление оси рабочего излучения, которое далее будет сформировано в результате совместной работы лазерного генератора вспомогательного излучения 7, источника рабочего излучения 26 и блока ОВФ 29.Next, determine the spatial coordinates the directional vector of the axis of the source of working radiation in the coordinate system relative to the first given point in space A 1 at time t 1 . The determination of the coordinates of the specified vector is as follows. The probing laser radiation is generated (generated) by means of the first master oscillator 40, which is part of the apparatus part of the device registering the
Диаметр светового пучка данного излучения, принимаемого на борту ЛА 1, определяется диаметром зеркал 22, 10, 13. Поляризация данного излучения выбрана такой, при которой светоделительное зеркало 10 работает в режиме пропускания излучения. Зондирующее лазерное излучение далее проходит по направлению, обозначенному точками A1-А10-А11, через светоделительное зеркало 10, отражается от второго отражательного зеркала 13, на вход второй фокусирующей линзы 14, которая фокусирует световой поток в плоскость третьего отражательного зеркала 15. Далее световой поток отражается в точке А11, совмещенной с фокусом второй фокусирующей линзы 14 и в обратном ходе проходит по направлению, обозначенному точками А11-А10-А1-A5, А6, поступает на вход первого фотоприемного блока 9 и фокусируется в плоскости фоточувствительных площадок (точки A5, А6) многоэлементных фотоприемников 46, 47.The diameter of the light beam of this radiation received on board the
С помощью первого фотоприемного блока 9 осуществляют определение угловых координат вектора направления оси рабочего излучения в системе координат, связанной с первой заданной точкой А1 в соответствии с соотношением:
где Δxp, Δyp - отклонение светового пятна от зондирующего излучения задающего генератора 40 в плоскости фотоприемников 46,47 от центра (точки A5, А6); fл - фокусное расстояние объективов 44, или 44, 45 для грубого и точного определения угловых координат в первом фотоприемном блоке 9 (см. фиг. 2). Полученные координаты являются, как было показано выше, координатами разностного вектора и характеризуют отклонение вектора направленности оси рабочего излучения от направления вектора оси A1-А3 при распространении рабочего излучения по направлению А2-А1-А3 на оптический вход первого блока наведения 4.Using the
where Δx p , Δy p is the deviation of the light spot from the probe radiation of the master oscillator 40 in the plane of the photodetectors 46.47 from the center (points A 5 , A 6 ); f l - the focal length of the
Далее согласно предлагаемому способу определяют координаты первого вектора разности между координатами точки ожидаемого нахождения объекта и координатами вектора направленности оси источника рабочего излучения относительно первой заданной точки пространства А1:
Данную операцию осуществляют с помощью первого блока обработки информации 6. Полученные угловые координаты первого вектора разности характеризуют угловые координаты первой уточненной точки ожидаемого нахождения объекта , в направлении которой учтены как параметры точки ожидаемого нахождения объекта вследствие его движения, так и параметры рассогласования оси рабочего излучения относительно входной оси А1-А3 первого блока наведения 4, задаваемой вектором Для компенсации последнего согласно способу далее осуществляют наведение выходной оси первого блока наведения в первую уточненную точку ожидаемого нахождения объекта с координатами равными первому вектору разности
Этим осуществляют наведение реального направления оси источника рабочего излучения из первой заданной точки A1 точно в точку ожидаемого нахождения объекта. Действительно, первый блок наведения 4 осуществляет операцию преобразования (перевода) направления неподвижной прямой А1-А3 (см. фиг.2) в направление прямой А4-О3, направленной в точку ожидаемого нахождения объекта О3 с координатами вектора направления в эту точку, полученными ранее в соответствии с (5). Алгоритм действия первого блока наведения 4 можно представить оператором Р1:
где - вектор направления оси светового пучка на входе первого блока наведения 4 относительно точки А1;
- вектор управления вращения оси А1-А3, осуществляемого поворотными зеркалами 19, 18 относительно неподвижной оси A1-А3;
- вектор направления оси светового пучка на выходе первого блока наведения 4, при и
При нулевых величинах (8) угловых координат вектора направления оси рабочего излучения вектор направления на выходе блока наведения 4 будет иметь следующие угловые координаты, в соответствии с (11) вследствие ранее установленного направления выходной оси блока наведения 4
.Further, according to the proposed method, the coordinates of the first difference vector are determined between coordinates points of the expected location of the object and the coordinates of the directivity vector the axis of the source of working radiation relative to the first given point in space A 1 :
This operation is carried out using the first
This provides guidance of the real direction of the axis of the source of the working radiation from the first given point A 1 exactly to the point the expected location of the object. Indeed, the
Where - the direction vector of the axis of the light beam at the input of the
- the control vector of rotation of the axis A 1 -A 3 carried out by
is the direction vector of the axis of the light beam at the output of the
At zero values (8) of angular coordinates the direction vector of the axis of the working radiation direction vector at the output of
.
Для получения необходимо обеспечить выполнение соотношения , отсюда
,
что совпадает с (10) при
Для точного наведения оси рабочего излучения в точку ожидаемого нахождения объекта с координатами осуществляют установление выходной оси первого блока наведения 4 (вектора вращения оси А1-А3) в соответствии с величиной Далее осуществляют наведение оси первого блока наведения 4 в первую уточненную точку ожидаемого нахождения объекта в соответствии с (10). Для выполнения этой операции на блоки вращения 20, 21 с выхода блока обработки информации 6 поступают управляющие сигналы, обеспечивающие разворот и направление выходной оси первого блока наведения 4 в соответствии с величиной относительно неподвижной оси А1-А3. Этим обеспечивают наведение указанной выходной оси первого блока наведения 4 в первую уточненную точку ожидаемого нахождения объекта При этом собственно ось рабочего излучения будет направлена из точки А1 точно в точку ожидаемого нахождения объекта с учетом того, что рабочее излучение от источника рабочего излучения 26 будет распространяться по направлению вектора имеющего относительно точки А1 и неподвижной оси А1-А3 угловой сдвиг, характеризуемый координатами (8), измеренными первым фотоприемным блоком 9. Таким образом, определение в единой системе координат, связанной с первой заданной точкой A1, направления вектора оси источника рабочего излучения и ранее выполненное определение координат объекта и координат точки ожидаемого нахождения объекта обеспечивает наведение оси источника рабочего излучения на движущийся объект в динамическом режиме.For getting it is necessary to ensure the fulfillment of the ratio from here
,
which coincides with (10) for
For precise guidance of the axis of the working radiation at the point of the expected location of the object with the coordinates set the output axis of the first guidance unit 4 (rotation vector axis A 1 -A 3 ) in accordance with the value Next, the axis of the
Первый блок наведения 4 переводят в режим слежения за первой уточненной точкой ожидаемого нахождения объекта, в координатах которой учтены как пространственные координаты точки так и реальные координаты оси источника рабочего излучения.The
Для выполнения этого режима от блока обработки информации 6 на блоки вращения 20, 21 непрерывно поступают управляющие сигналы, обеспечивающие разворот поворотных зеркал 18, 19 в соответствии с угловыми координатами (величинами) вектора управления (13). При этом в параметрах вектора управления непрерывно учитывают координаты вектора направления оси рабочего излучения в системе координат относительно точки А1, измеряемые первым фотоприемным блоком 9. Выполнение режима слежения за первой уточненной точкой ожидаемого нахождения объекта осуществляют с помощью контура наведения, в который входят следующие элементы: первый блок наведения 4, первый фотоприемный блок 9, первый блок обработки информации 6, блоки вращения 20, 21.To perform this mode, from the
Далее согласно предлагаемому способу осуществляют контроль точности наведения излучения на объект путем определения вектора ошибки наведения излучения на объект в момент прихода излучения на объект. После этого осуществляют компенсацию измеренной ошибки наведения путем наведения выходной оси первого блока наведения во вторую уточненную точку ожидаемого нахождения объекта с пространственными координатами , равными сумме координат первой уточненной точки ожидаемого нахождения объекта и координат вектора ошибки наведения излучения на объект:
Последовательно рассмотрим выполнение указанных операций, начиная от операции контроля точности наведения излучения на объект.Further, according to the proposed method, control the accuracy of pointing radiation to the object by determining the vector errors of pointing radiation to the object at the time of radiation arrival at the object. After that, the measured guidance error is compensated by pointing the output axis of the first guidance unit to the second specified point of the expected location of the object with spatial coordinates equal to the sum of coordinates the first specified point of the expected location of the object and the coordinates of the vector errors pointing radiation to the object:
We will successively consider the performance of these operations, starting from the operation of controlling the accuracy of directing radiation to an object.
Для выполнения операции контроля точности наведения излучения осуществляют формирование импульса зондирующего излучения с помощью второго задающего генератора 54, который в этом случае имитирует работу всего лазерного генератора 7. Данный импульс зондирующего излучения формируют в момент времени tz=to1 в соответствии (6). Таким образом, момент генерации (формирования) импульса зондирующего излучения to1 соответствует моменту генерации импульса вспомогательного излучения лазерным генератором 7 в рабочем режиме по отношению к моменту времени to определения координат объекта. Момент времени tz=to1 следует за моментом времени t1 определения координат оси источника рабочего излучения . Сформированный импульс зондирующего излучения проходит до источника рабочего излучения 26 по направлению, обозначенному точками A7-A10-A1-A2-В5-В4. Далее импульс отражается от уголкового отражателя 66 (см. фиг.1) и в обратном ходе, после отражений от зеркала 22 третьего блока наведения 5, светоделительного зеркала 10 и прохождения по направлению - А2-A1-А3-А4-O3 - направляется в сторону объекта. При этом генерации и формирования собственно импульса рабочего излучения блоками 26, 29 не осуществляют. Ширина сформированного светового пучка зондирующего излучения (угловая) является достаточно большой и перекрывает всю зону предполагаемого нахождения объекта вместе с возможными ошибками наведения. В соответствии с установленным ранее направлением выходной оси первого блока наведения 4 импульс зондирующего излучения направляют в точку ожидаемого нахождения объекта, при этом приход данного импульса на объект определяется моментом времени 13, вычисленном ранее. Импульс зондирующего излучения, отраженный от объекта, принимают и регистрируют с помощью первого фотоприемного блока 9. При этом регистрируют угловые координаты реального положения объекта в момент прихода на него импульса зондирующего излучения (t3) и момент времени t4 приема отраженного излучения от объекта. Вектор разности координат характеризует точность наведения излучения на объект. Момент времени t4 в соответствии с (6) равен
t4 = tо1 + 2H/C + 2R(t3)/C (15).To perform the operation of controlling the accuracy of radiation guidance, a probe radiation pulse is generated using a
t 4 = t о1 + 2H / C + 2R (t 3 ) / C (15).
На основании известных параметров to1, t4, H из (15) определяют R(t3) - дальность до объекта в момент t3 прихода на объект импульса излучения. Данную величину R(t3) используют для определения точности прогнозирования траектории объекта и для дальнейшего определения параметров движения объекта.Based on the known parameters t o1 , t 4 , H from (15) determine R (t 3 ) - the distance to the object at the time t 3 arrival of the radiation pulse to the object. This value of R (t 3 ) is used to determine the accuracy of predicting the trajectory of the object and to further determine the parameters of the movement of the object.
Измеренные координаты реального положения объекта в момент прихода на объект излучения используют для определения вектора разности координат Вектор разности координат и реальные координаты объекта определяют на основе следующего соотношения:
Здесь - координаты зондирующего светового пучка, отраженного от объекта, измеренные непосредственно первым фотоприемным блоком 9;
- реальные координаты объекта в момент прихода излучения на объект;
- вектор управления (13), определяющий изменение направления светового пучка, осуществляемое первым блоком наведения 4;
- ранее определенные параметры координат ожидаемой точки () и оси источника рабочего излучения (8).Measured coordinates the real position of the object at the time of arrival of the radiation object is used to determine the vector of the coordinate difference The coordinate difference vector and the real coordinates of the object are determined based on the following relationship:
Here - coordinates of the probe light beam reflected from the object, measured directly by the
- the real coordinates of the object at the time of arrival of radiation at the object;
- the control vector (13), which determines the change in the direction of the light beam, carried out by the
- previously defined coordinates of the expected point ( ) and the axis of the working radiation source (8).
На основе (16) в блоке обработки информации 6 определяют вектор разности как разность
.Based on (16) in the
.
Координаты полученного вектора разности (17) принимают за координаты (параметры) вектора ошибки наведения излучения на объект:
.The coordinates of the resulting difference vector (17) are taken as the coordinates (parameters) of the vector errors pointing radiation to the object:
.
В предлагаемом способе определение вектора ошибки возможно как в результате однократного измерения, так и в результате осуществления серии измерений реализаций вектора ошибки с последующим усреднением его параметров по ансамблю и определения среднего вектора ошибки наведения В последнем случае для определения вектора ошибки осуществляют подсвет объекта серией импульсов i=1...M зондирующего излучения от генератора 54, с общим произвольным числом импульсов М. Для каждого i-го зондирующего импульса подсвета объекта по вышеприведенной технологии определяют вектор разности в соответствии с (16), (17).In the proposed method, the determination of the error vector possible both as a result of a single measurement, and as a result of a series of measurements of implementations of the error vector followed by averaging its parameters over the ensemble and determining the average guidance error vector In the latter case, to determine the error vector the object is illuminated by a series of pulses i = 1 ... M of the probe radiation from the
Осуществляют определение параметров среднего вектора разности для полученной серии произведенных измерений вектора разности в соответствии с соотношениями
.Determine the parameters of the average difference vector for the obtained series of measurements of the difference vector in accordance with the ratios
.
Параметры полученного усредненного вектора разности принимают за параметры вектора ошибок наведения излучения на объект
.The parameters of the obtained average difference vector are taken as the parameters of the error vector pointing radiation to an object
.
М - общее число зондирующих импульсов излучения. M is the total number of probe pulses of radiation.
Далее осуществляют компенсацию измеренной ошибки наведения путем наведения выходной оси первого блока наведения 4 во вторую уточненную точку ожидаемого нахождения объекта с координатами равными сумме координат
В результате этой операции исключают измеренную величину ошибки наведения, характеризуемую вектором ошибки и направляют выходную ось первого блока наведения 4 в точку пространства с координатами
Таким образом, выходная ось первого блока наведения 4 установлена в точку реального нахождения объекта в момент прихода излучения на объект с учетом ранее полученных координат оси источника рабочего излучения в системе координат первой заданной точки A1.Then, the measured guidance error is compensated by pointing the output axis of the
As a result of this operation, the measured value of the pointing error characterized by the error vector is eliminated. and direct the output axis of the
Thus, the output axis of the
Собственно наведение оси первого блока наведения 4 во вторую уточненную точку осуществляют путем подачи соответствующих управляющих сигналов, пропорциональных величине вектора (22) с выхода блока обработки информации 6 на блоки вращения 20, 21 первого блока наведения 4.Actually pointing the axis of the
Далее, согласно предлагаемому способу, осуществляют подготовку к формированию вспомогательного излучения и рабочего излучения. Осуществляют смещение направления оси источника вспомогательного излучения относительно первой заданной точки A1 в плоскости, перпендикулярной этой оси, на величину, пропорциональную расстоянию от платформы ЛА до источника рабочего излучения и скорости платформы ЛА относительно источника рабочего излучения Vп. Указанное смещение оси источника вспомогательного излучения - лазерного генератора 7 - осуществляют с помощью дефлектора 8, управляемого по сигналам от блока обработки информации 6. Данное смещение оси необходимо для компенсации перемещения в пространстве точки А2 - центра отражательного зеркала 22, третьего блока наведения излучения 5, возникающего вследствие движения платформы ЛА 1 относительно находящегося на земле источника рабочего излучения 26. На фиг.3 схематично показан ход светового луча от источника вспомогательного излучения 7, смещенного относительно точки А1 в плоскости, перпендикулярной оси, на величину h посредством дефлектора 8. Позициями b1 и b2 обозначены два последовательных положения отражательного зеркала 22, обусловленные движением платформы ЛА со скоростью Vп, параллельно оси A1 - по указанной на чертеже фиг.3 стрелке Соответственно, - последовательные положения центра отражательного зеркала 22; е - положение точки отражения светового луча от лазерного генератора 7, отклоненного на величину h и распространяющегося по направлению к источнику рабочего излучения. Отклоненный световой луч находится в пределах отверстия в центре зеркал 13 и 10. В обратном ходе световой луч от лазерного генератора 7, представляющий рабочее излучение от источника рабочего излучения 26, 29, будет отражен от зеркала 22 в точке , смещенной относительно точки на величину
здесь Vп - составляющая скорости ЛА вдоль оси A1-А2, - промежуток времени двойного распространения излучения до источника рабочего излучения, определяемой расстоянием Н. Из фиг.3 величина h равна
.Further, according to the proposed method, carry out preparations for the formation of auxiliary radiation and working radiation. The direction of the axis of the auxiliary radiation source is shifted relative to the first predetermined point A 1 in the plane perpendicular to this axis by a value proportional to the distance from the aircraft platform to the working radiation source and the speed of the aircraft platform relative to the working radiation source V p . The specified axis offset of the auxiliary radiation source - laser generator 7 - is carried out using a
here V p - component of the speed of the aircraft along the axis A 1 -A 2 , - the time interval of double propagation of radiation to the source of the working radiation, determined by the distance N. From figure 3, the value of h is equal to
.
Здесь величины Vп и H известны из параметров движения платформы ЛА, которые поступают от системы внешнего целеуказания 43. Угол α - угол между нормалью к плоскости зеркала 22 и осью А1-А2. Параметры угла α определяют по показаниям датчиков угла, входящим в состав третьего блока наведения 5. Величину смещения луча h в плоскости падения светового пучка е1e на отражательное зеркало 22, которая совпадает с плоскостью чертежа на фиг.3, определяют согласно (23) по величине составляющей скорости Vп платформы параллельной оси А1-А2, которая совпадает с продольной осью платформы ЛА 1 - (самолета). Если согласно данным целеуказания платформа ЛА 1 имеет составляющую скорости V1 п, перпендикулярную показанной на фиг.3 плоскости падения светового луча на отражательное зеркало 22, то осуществляют смещение оси источника вспомогательного излучения посредством дефлектора 8 на величину h2, перпендикулярную показанной на фиг.3 плоскости падения, т.е. перпендикулярно плоскости чертежа фиг.3, но также в плоскости, перпендикулярной оси A1-А2. Данная величина h2 не зависит от угла α и определяется только составляющей скорости V1 n, перпендикулярной оси А1-А2 и равна:
В результате смещения оси источника вспомогательного излучения - лазерного генератора 7 - в направлениях h и h2 в соответствии с соотношениями (23), (24) обеспечивают такое направление оси рабочего излучения при его распространении от источника рабочего излучения 26 до платформы ЛА, при котором указанная ось рабочего излучения проходит через центр А2 отражательного зеркала 22, что обеспечивает дальнейшее распространение рабочего излучения по направлению неподвижной оси А1-А3 на вход первого блока наведения 4. При движении платформы ЛА со скоростью Vп не более 300 м/сек и дальностях Н<10-20 км размер центрального отверстия в зеркалах 10, 13 составляет 1-2 см.Here, the values of V p and H are known from the motion parameters of the aircraft platform, which come from the external
As a result of the displacement of the axis of the auxiliary radiation source — the
В качестве дефлектора 8 может быть использована плоскопараллельная пластина толщиной d, расположенная в двойном кардановом подвесе, управляемом шаговыми двигателями от блока управления 62. As a
При падении светового луча на плоскопараллельную пластинку под углом ε1 смещение луча в поперечном направлении h равно
,
где ε2 - угол преломления луча в пластине.When a light beam falls on a plane-parallel plate at an angle ε 1, the beam displacement in the transverse direction h is
,
where ε 2 is the angle of refraction of the beam in the plate.
При повороте плоскопараллельной пластины вокруг оси, лежащей в ее плоскости и перпендикулярной оси А1-А2, происходит изменение угла падения ε1 и изменение величины смещения луча h.When the plane-parallel plate rotates around an axis lying in its plane and perpendicular to the axis A 1 -A 2 , the angle of incidence ε 1 changes and the beam displacement h changes.
Возможно также применение в качестве дефлектора 8 устройства дискретного отклонения светового пучка на основе электрооптических кристаллов,
После установления компенсирующего скорость платформы ЛА положения оси источника вспомогательного излучения осуществляют рабочий запуск лазерного генератора вспомогательного излучения 7, то есть осуществляют собственно формирование вспомогательного излучения, на основе которого далее формируют посредством ОВФ рабочее излучение.It is also possible to use as a deflector 8 a device for discrete deflection of a light beam based on electro-optical crystals,
After establishing the position of the axis of the auxiliary radiation source compensating for the speed of the aircraft platform, the laser operation of the auxiliary
Вплоть до момента запуска лазерного генератора вспомогательного излучения 7 первый, второй и третий блоки наведения 4, 5, 31 осуществляют и продолжают указанный и рассмотренный выше режим слежения, при котором выходная (визирная) ось первого блока наведения 4 направлена во вторую уточненную точку предполагаемого нахождения объекта, а действия второго и третьего блоков наведения 31, 5 обеспечивают динамическое пространственное совмещение направлений осей источника рабочего излучения В2-В1-В3 и неподвижной относительно ЛА 1 главной оси А3-A1-A10-A7-A8, проходящей через первую заданную точку А1, определяющей систему координат, связанную с точкой A1, и совпадающей с исходной осью лазерного генератора вспомогательного излучения 7. При выполнении режимов слежения и определения координат объекта и координат векторов направленности осей источников излучений первый фотоприемный блок 9 работает в режиме приема указанных сигналов раздельно во времени (режим разделения времени). Управление данным режимом осуществляют с помощью блока обработки информации 6, в состав которого входит таймер, синхронизированный с сигналами точного единого времени, поступающими от блока 43 внешнего целеуказания. При этом луч света, сформированный первым задающим генератором 40 и распространяющийся по направлению В1-В3, соответствующему оси В3-В1-В2, проходит далее в своем распространении по направлению A2-A1-A10 и далее с учетом отражения в зеркалах 13, 15 и 10 - в обратном ходе - луч проходит по направлению А10-А11-А10-А1-А5, А6 и поступает в центр площадок многоэлементных фотоприемников 46, 47. То есть оси лазерного генератора вспомогательного излучения 7, главная ось А1-А2, оси первого фотоприемного блока А6-А1 и А5-А1 и ось источника рабочего излучения В3-В1-В2 являются взаимно совмещенными, продолжающими друг друга в пространстве. Возможное динамическое отклонение оси источника рабочего излучения, задаваемое направлением В4-А2 от главной оси А1-А2 (с учетом отражения в отражательном зеркале 22), компенсируют на этапе последней операции по формированию и наведению рабочего излучения.Until the start of the laser of the
Формирование рабочего излучения осуществляют далее следующим образом. Вначале определяют момент времени рабочего запуска лазерного генератора вспомогательного излучения 7 to1p. Момент времени to1p выбирают и определяют на основе тех же соотношений (5), (6), которые были изложены и рассмотрены ранее при определении первого момента импульса to1 формирования вспомогательного излучения, в котором было осуществлено формирование импульса зондирующего излучения от второго задающего генератора 54, благодаря которому был осуществлен контроль точности наведения. Поэтому момент времени to1p выбирают следующим, за ранее выбранным и определенным моментом времени to1, т. е. выполняется условие to1p>to1>to. Для этого моменты времени определяют величину расстояния H(to1p), величину направления в соответствии с ранее изложенными операциями, то есть осуществляют слежение за точкой ожидаемого нахождения объекта определенной на основании решения уравнений (5) и соотношения (6), но с новыми более поздними параметрами момента формирования импульса вспомогательного излучения to1p>to1. При этом сохраняют и используют ранее полученные компенсационные добавления к устанавливаемому направлению выходной (визирной) оси первого блока наведения 4. При этом осуществляют наведение выходной оси первого блока наведения 4 во вторую уточненную точку ожидаемого нахождения объекта в соответствии с (22), но с параметрами рассчитанными и установленными для более позднего момента времени to1p.The formation of the working radiation is carried out further as follows. First, determine the time of the working start of the laser auxiliary radiation generator 7 t o1p . The time t o1p is selected and determined on the basis of the same relations (5), (6) that were stated and considered earlier when determining the first moment of the auxiliary radiation generating pulse t o1 , in which the probe radiation pulse was generated from the
После определения момента времени to1p запуска лазерного генератора вспомогательного излучения 7 осуществляют передачу этой информации от блока обработки информации 6 через блоки связи 25, 42 во второй блок обработки информации 30, с помощью которого обеспечивают запуск источника рабочего излучения 26 (лазерного усилителя) от блока накачки 27 синхронно с приходом на этот источник 26 импульса вспомогательного излучения от лазерного генератора 7 в момент времени t5 = to1p + H( to1p)/C.After determining the time t o1p of starting the laser
Управляющий сигнал от блока обработки информации 30 поступает в блок накачки 27 в момент времени t5.The control signal from the
Для запуска лазерного генератора вспомогательного излучения 7 в момент времени to1p от блока обработки информации 6, управляющего процессом запуска, на блок накачки 50 источника излучения 49 поступает управляющий сигнал для осуществления накачки источника излучения 49. Одновременно с этим на блок управления 59 блоком оптических затворов 52 от блока обработки информации 6 поступает управляющий сигнал для открытия одного из затворов 52. Положение открытого элемента затвора 52 определяет направление в пространстве относительно исходной оси А7-А10 вектора направления диаграммы направленности (оси) сформированного импульса вспомогательного излучения. При открывании центрального затвора в блоке оптических затворов 52 сформированное вспомогательное излучение распространяется строго вдоль оси А7-А10-A1. При открывании одного из затворов 52, расположенных на расстоянии Δx3, Δy3 от центральной точки A8 (т.е. от оси A7-А10), сформированное вспомогательное излучение будет распространяться под углом к оси А7-А10, определяемым вектором с угловыми координатами
где fc - фокусное расстояние Фурье-линзы 51.To start the laser
where f c is the focal length of the
В момент времени, непосредственно предшествующий запуску лазерного генератора 7, осуществляют определение координат вектора направления оси источника рабочего излучения 26 в системе координат, связанной с первой заданной точкой A1 в соответствии с соотношением (8) с помощью первого фотоприемного блока 9 в соответствии с тем, как это было осуществлено ранее при определении координат вектор .At the time instant immediately preceding the start of the
На основе полученных значений координат вектора
осуществляют выбор координат (Δx3, Δy3) положения открытого затвора в блоке затворов 52 в соответствии со следующим соотношением:
Отсюда
Этим выбором открываемого затвора 52 осуществляют направление вектора оси формируемого вспомогательного излучения точно по направлению вектора оси источника рабочего излучения и компенсируют возможный небольшой сдвиг (уход) направления оси источника рабочего излучения в момент времени, непосредственно предшествующий моменту времени формирования импульса вспомогательного излучения.Based on the obtained vector coordinate values
carry out the selection of coordinates (Δx 3 , Δy 3 ) the position of the open shutter in the block of
From here
With this choice of the
Далее согласно предлагаемому способу в момент времени, совпадающий с моментом времени to1p формирования импульса вспомогательного излучения (или непосредственно предшествующий этому моменту времени), определяют координаты вектора направления оси источника рабочего излучения в системе координат, связанной с первой заданной точкой А1, определяют величину координат второго вектора разности между ранее определенным вектором направления оси источника рабочего излучения (8) в момент времени t1 и вектором направления оси источника рабочего излучения координаты которого определены в момент времени to1p формирования вспомогательного излучения:
На основании координат полученного второго вектора разности (30) определяют и формируют компенсирующий угловой сдвиг, пропорциональный величинам пространственных координат второго вектора разности (30), для внесения в параметры вектора направления оси сформированного рабочего излучения.Further, according to the proposed method, at the time moment coinciding with the time moment t o1p of the formation of the auxiliary radiation pulse (or immediately preceding this time moment), the coordinates of the direction vector of the axis of the working radiation source are determined in the coordinate system associated with the first given point A 1 determine the value of the coordinates of the second difference vector between a previously defined direction vector of the axis of the working radiation source (8) at time t 1 and the direction vector of the axis of the working radiation source the coordinates of which are determined at time t o1p the formation of auxiliary radiation:
Based on the coordinates of the obtained second difference vector (30) determine and form a compensating angular shift proportional to the spatial coordinates of the second difference vector (30), for inclusion in the parameters of the direction vector of the axis of the generated working radiation.
Координаты вектора направления оси источника рабочего излучения определяют в соответствии с соотношением (8) с помощью первого фотоприемного блока 9, аналогично тому, как это было изложено выше - по величине смещения светового пятна относительно центров многоэлементных фотоприемников 46, 47 при приеме излучения, сформированного первым задающим генератором 40, задающим направление оси В2-В1-В3 источника рабочего излучения. Прием излучения от первого задающего генератора 40 и определение координат смещения светового пятна относительно точек центров A5, А6 в первом фотоприемном блоке 9 осуществляют в момент времени to1p или в непосредственно предшествующий этому момент времени. Информация о параметрах вектора поступает с выходов первого фотоприемного блока 9 в блок обработки информации 6, в котором по ранее измеренным параметрам вектора определяют параметры второго вектора разности (30). На основании полученных параметров второго вектора разности в блоке обработки информации 6 определяют компенсирующий угловой сдвиг (31), противоположный по величине параметрам вектора разности , и формируют соответствующие управляющие сигналы, поступающие на блок управления 17 блока угловой компенсации 16. Последний под воздействием управляющих сигналов с блока управления изменяет свои параметры в соответствии с величиной компенсирующего углового сдвига для внесения компенсационных добавлений (смещений) в параметры вектора направления оси рабочего излучения. При использовании второго варианта выполнения блока угловой компенсации поз. 63, 64 на фиг.2 управляющие сигналы, пропорциональные величине (31), поступают с выхода блока обработки информации 6 на блок управления 64, выходы которого подсоединены к пьезоэлементам 63 (79) (см. фиг.5а). Описание работы данного варианта блока угловой компенсации приведено ниже.Vector coordinates the directions of the axis of the working radiation source are determined in accordance with relation (8) using the
Сформированный лазерным генератором 7 в момент времени to1p импульс вспомогательного излучения распространяется от платформы ЛА 1 по направлению А10-A1-А2-В5-В4-В3-В1-В2. При прохождении импульса вспомогательного излучения через кювету 26 источника рабочего излучения происходит усиление излучения с большой величиной коэффициента усиления, определяемого параметрами этого источника излучения. В блоке ОВФ 29 формируется излучение с обращенным волновым фронтом, которое имеет направление вектора распространения, противоположное направлению вектора оси вспомогательного излучения, и соответствует направлению оси В1-В3-В4-А2-А1, измеренное в момент to1p формирования импульса вспомогательного излучения. В обратном ходе излучение с обращенным волновым фронтом распространяется от точки В2 по направлению B1-B3-B4-A2-A1-A3-A4 и далее в направлении ожидаемой точки нахождения объекта. В обратном ходе через кювету 26 источника рабочего излучения происходит усиление излучения с ОВФ, в результате чего на выходе кюветы источника рабочего излучения 26 формируют рабочее излучение высокой мощности. Данное излучение благодаря наличию обращенного волнового фронта обеспечивает автоматическую компенсацию искажений, связанных с неоднородностями турбулентной атмосферы по трассе распространения излучения до ЛА 1, а также неоднородностями активной среды источника рабочего излучения 26. Вследствие этого на отражательное зеркало 22 возвращается рабочее излучение с квазиплоским волновым фронтом, малой расходимостью и высокой плотностью излучения, причем центр диаграммы направленности данного рабочего излучения приходится точно на центральную точку А2 (точка А2 2 на фиг.3), из которой фактически был излучен импульс вспомогательного излучения в момент времени to1p. Рабочее излучение, сформированное на основе ОВФ, в обратном ходе от источника рабочего излучения до отражательного зеркала 22 - третьего блока наведения - после прохождения через атмосферный канал распространения 80 и автоматической компенсации атмосферных искажений физически эквивалентно неискаженному световому пучку с апертурой, соответствующей выходной апертуре источника рабочего излучения, в данном случае равной апертуре выходного поворотного зеркала во втором блоке наведения 30, имеющего входной видимый диаметр в плоскости, перпендикулярной выходной оси, равный Dp. Размер светового пучка рабочего излучения, приходящего на отражательное зеркало 22, обусловлен только дифракцией на выходной апертуре источника рабочего излучения 26 и пропорционален величине где Н - расстояние от источника рабочего излучения до отражательного зеркала 22 - до платформы ЛА. При соответствующем выборе диаметра апертуры Dp источника рабочего излучения и диаметра отражательного зеркала 22 d3 для всех возможных значений расстояния Н выполняется условие
при котором весь сформированный в результате ОВФ пучок рабочего излучения поступает в обратном ходе на отражательное зеркало 22 третьего блока наведения 5. При этом, как показано, ось диаграммы направленности пучка рабочего излучения приходится на центр отражательного зеркала 22 - точку А2. Сформированное рабочее излучение проходит в своем дальнейшем распространении от отражательного зеркала 22 (точка А2) до входа в первый блок наведения (точка А3) через блок угловой компенсации 16, посредством которого осуществляют введение углового компенсирующего сдвига в направлении вектора направленности рабочего излучения в соответствии с ранее определенными параметрами компенсирующего углового сдвига Далее сформированное рабочее излучение посредством первого блока наведения 4 направляют на объект в направлении ранее определенной второй уточненной точки ожидаемого нахождения объекта в момент доставки рабочего излучения на объект с учетом внесенных поправок в направление выходной оси первого блока наведения 4. На этом цикл доставки рабочего излучения на объект завершен.The pulse of auxiliary radiation generated by the
in which the entire working radiation beam formed as a result of phase conjugation enters backward to the
Согласно предлагаемому способу возможен второй вариант осуществления компенсации отклонения оси источника рабочего излучения от направления главной оси А2-A1 и, соответственно, от направления входной оси А1-А3 первого блока наведения 4. Данный второй вариант отражен в пункте 6 формулы изобретения и заключается в том, что после определения в момент времени t1 пространственных координат вектора направленности оси источника рабочего излучения относительно первой заданной точки пространства А1 осуществляют наведение оси источника рабочего излучения в первую заданную точку пространства А1 посредством третьего блока наведения 5. Наведение оси источника рабочего излучения в первую заданную точку А1 осуществляют путем введения компенсирующего углового сдвига посредством третьего блока наведения 5 в направлении оси источника рабочего излучения при отражении рабочего излучения от отражательного зеркала 22. Данный вводимый компенсирующий угловой сдвиг пропорционален по величине и противоположен по знаку (направлению) измеренным координатам вектора направленности оси источника рабочего излучения в системе координат относительно точки А1. Для выполнения этой операции с выхода первого фотоприемного блока 9 сигналы Δxp, Δyp (8), определяющие параметры вектора через первый блок обработки информации 6 поступают с обратным знаком в блок управления 24 третьего блока наведения 5. Положение отражательного зеркала 22 под воздействием этих управляющих сигналов устанавливают такое, что направление вектора оси источника рабочего излучения после отражения от зеркала 22 становится параллельным главной оси А3-A1, то есть в системе координат, связанной с первой заданной точкой А1, измеряемый вектор направления становится нуль-вектором
В этом варианте реализации способа не производят определения координат первого вектора разности и наведения выходной оси первого блока наведения в первую уточненную точку ожидаемого нахождения объекта с координатами Последующие операции способа осуществляют так же, как изложено выше, причем при определении параметров векторов и координат полагают величину т.е. координаты первой уточненной точки считают равными координатам точки ожидаемого нахождения объекта. В момент формирования импульса зондирующего излучения определяют координаты вектора направленности оси источника рабочего излучения 26, на основании которых определяют координаты второго вектора разности на основании соотношения
.According to the proposed method, a second variant of compensation for the deviation of the axis of the working radiation source from the direction of the main axis A 2 -A 1 and, accordingly, from the direction of the input axis A 1 -A 3 of the
In this embodiment of the method, the coordinates of the first difference vector are not determined and guidance of the output axis of the first guidance unit to the first specified point of the expected location of the object with coordinates The subsequent operations of the method are carried out in the same way as described above, moreover, when determining the parameters of the vectors and coordinates, the value those. the coordinates of the first specified point are considered equal to the coordinates points of the expected location of the object. At the moment of formation of the probe radiation pulse, the coordinates directional vectors of the axis of the working
.
Таким образом, вектор является вектором разности между нуль-вектором и вектором направления оси источника рабочего излучения, который определен в момент формирования вспомогательного излучения. Нуль-вектор в (31) обусловлен тем, что ось источника рабочего излучения наведена посредством третьего блока наведения 5 в первую заданную точку А1, а вектор определяет мгновенное отклонение указанной оси от главной оси A1-А2 (и соответственно оси A1-А3).So the vector is the difference vector between the null vector and the direction vector axis of the source of working radiation, which is determined at the time of formation of the auxiliary radiation. The zero vector in (31) is due to the fact that the axis of the working radiation source is induced by the
Для осуществления указанного наведения оси источника рабочего излучения в первую заданную точку A1 образуют контур наведения (управления), в который входят следующие элементы: первый задающий генератор 40, третий блок наведения 5, первый фотоприемный блок 9, первый блок обработки информации 6, блок управления 24.To implement the indicated guidance of the axis of the source of working radiation at the first predetermined point A 1 , a guidance (control) loop is formed, which includes the following elements: the first master oscillator 40, the
Данный второй вариант реализации компенсации отклонения оси источника рабочего излучения 26 является физически эквивалентным вышеизложенному первому варианту, но может иметь преимущества при решении конкретных технических задач. This second embodiment of the compensation of the deviation of the axis of the source of working
На этом цикл доставки рабочего излучения на объект завершен. This completes the cycle of delivery of working radiation to the object.
Далее рассмотрим особенности работы отдельных элементов устройства, реализующего способ. Next, we consider the features of the individual elements of the device that implements the method.
В устройстве, реализующем способ, разделение рабочего излучения, идущего от источника рабочего излучения 26 (фиг. 2) и излучения, отраженного от объекта и содержащего информацию о координатах объекта, осуществляют с помощью светоделительного зеркала 10, которое для выполнения этой функции снабжено поляризационным покрытием со стороны прихода на это зеркало излучений, т.е. со стороны точек А2 и А3. С обратной стороны зеркала 10 покрытие отсутствует и световой поток, идущий со стороны точки А10, отражается от обратной стороны зеркала на вход первого фотоприемного блока 9. Рабочее излучение имеет вектор поляризации, например, лежащий в плоскости светоделительного зеркала 10 и отражается от поляризационного покрытия на вход первого блока наведения - по направлению А1-А3. Данная поляризация рабочего излучения задается поляризацией вспомогательного излучения, формируемого источником излучения 49, входящим в состав лазерного генератора вспомогательного излучения 7. При формировании рабочего излучения на основе ОВФ в блоке 29 исходная поляризация сохраняется. Собственно вспомогательное излучение от лазерного генератора 7 имеет небольшое поперечное сечение пучка и проходит через отверстия в центре зеркал 13, 10, которые имеют диаметр менее 0,1 от диаметра этих зеркал. Остальные зеркала, через которые проходит рабочее или отраженное от объекта излучение, являются полностью отражательными зеркалами (поз. 13, 22, 19, 20, 15). Излучение для подсвета объекта, формируемое лазером подсвета цели 11, имеет направление вектора поляризации, перпендикулярное вектору поляризации рабочего излучения - при рассмотрении в плоскости светоделительного зеркала 10. При этом направлении вектора поляризации излучение от объекта проходит через светоделительное зеркало 10 на вход первого фотоприемного блока 9 по направлению А3-А1-А5. Зондирующее излучение, формируемое первым задающим генератором 40, имеет направление вектора поляризации, перпендикулярное вектору поляризации рабочего излучения, вследствие чего при распространении от точки А2 оно проходит через светоделительное зеркало 10 по направлению А2-А1-А10 и далее, как рассмотрено выше в описании.In the device that implements the method, the separation of the working radiation coming from the source of working radiation 26 (Fig. 2) and radiation reflected from the object and containing information about the coordinates of the object is carried out using a
Второй задающий генератор 54 формирует лазерное излучение с круговой поляризацией. Такое излучение, принимаемое на платформе ЛА 1 после отражения от уголкового отражателя 66, частично проходит через светоделительное зеркало 10 по направлению А2-A1-А10 и поступает на вход первого фотоприемного блока 9, частично отражается от светоделительного зеркала 10 по направлению A2-A1-A3. Последнее обеспечивает возможность подсвета объекта излучением второго задающего генератора 54 и выполнение операций контроля точности наведения, как это изложено выше. Для пропускания отраженного от объекта излучения, подсвеченного излучением задающего генератора 54 через светоделительное зеркало 10 на вход первого фотоприемного блока 9, служит плоскопараллельная пластина 67, обеспечивающая преобразование линейной поляризации пучка в круговую поляризацию. Данная пластина 67 имеет эквивалентную толщину, равную λ/4, где λ - длина волны излучения. Аналогичная пластина входит в состав второго задающего генератора 54 и обеспечивает формирование этим генератором излучения с круговой поляризацией.The
Следует отметить, что для подсвета объекта при выполнении операций контроля точности наведения может быть использован лазер подсвета цели 11. В этом случае запуск лазера подсвета цели 11 и формирование импульса задающего излучения этим лазером осуществляют в момент времени t2 (6), соответствующий приходу импульса рабочего излучения с обращенным волновым фронтом на платформу ЛА 1 (на отражательное зеркало 22). При этом момент времени t2 определяют на основании решения уравнений (5) и соотношения (6). Остальные операции выполняются в неизменном виде, описанном выше.It should be noted that to illuminate the object during the operations of monitoring the accuracy of guidance, a
Все лазерные генераторы, входящие в устройство, реализующее способ (поз. 26, 40, 49, 54, 11), работают на одной длине волны λраб в ближнем ИК - диапазоне, например, лазерные генераторы фотодиссоционного типа, с различным уровнем мощности. Наиболее мощным является источник рабочего излучения 26 на основе мощного фотодиссоционного двухпроходного усилителя. Блок обращения волнового фронта 29 (ОВФ) выполнен в виде кюветы с прозрачными окнами, заполненной смесью газов (SF6+Хе), находящихся под давлением. Возможно использование других веществ в газовой фазе, например сероуглерода. Формирование излучения с обращенным волновым фронтом осуществляют в соответствии с эффектом ОВФ [8], реализуемым в результате концентрации излучения высокой мощности в фокусе первой фокусирующей линзы 28 - точка В2. Излучение с обращенным волновым фронтом распространяется в обратном ходе строго по направлению В2-В1-В3.All laser generators included in the device that implements the method (
Для разделения рабочего излучения на длине волны λраб фотодиссоционного лазера и лазерных излучений для информационных каналов, используемых для определения координат объекта и координат векторов направленности осей, можно использовать светоделительное зеркало с дихроичным двухволновым покрытием. В этом случае лазерные генераторы подсвета цели и для провешивания осей (поз. 11, 54, 40) работают на длине волны λ2 = λраб+Δλ, незначительно отличающейся от рабочей длины волны λраб, на которой работает источник излучения 49 и источник рабочего излучения λраб. Фотоприемники, входящие в состав устройства, имеют широкополосную характеристику чувствительности и регистрируют излучение на обеих длинах волн.To separate the working radiation at a wavelength λ, the slave of a photodissociation laser and laser radiation for information channels used to determine the coordinates of the object and the coordinates of the directional vectors of the axes, you can use a beam splitting mirror with a dichroic two-wave coating. In this case, the laser generators for illuminating the target and for hanging axes (
Для защиты фотоприемников 46, 47 от действия рабочего излучения или действия лазерного генератора вспомогательного излучения 7 предусмотрено стробирование по времени работы фотоприемников 46, 47 или перекрывание входа первого фотоприемного блока 9 специальным оптическим затвором. Данные средства входят в состав фотоприемного блока 9 и на фиг.2 не показаны. To protect the
Рассмотрим более подробно работу лазерного генератора вспомогательного излучения 7, блок-схема которого представлена на фиг.2. Данный лазерный генератор содержит источник излучения 49 с блоком накачки 50 и селектор мод лазерного излучения, состоящий из элементов поз. 53, 52, 51. Источник излучения 49 содержит кювету с активным веществом и первый элемент резонатора, например ретрозеркало с набором уголковых отражателей (на фиг.2 в блоке 7 не показаны). Второй элемент резонатора образует матрица уголковых отражателей 53, причем перед каждым уголковым отражателем 53 расположен соответствующий управляемый оптический затвор в блоке оптических затворов 52, управляемых от блока управления 59. Источник излучения 49 при воздействии накачки работает в режиме генерации множества угловых мод. Селектор мод, образованный элементами 53, 52, 51 осуществляет выделение и генерацию одной угловой моды, вектор направленности которой определяется координатами Δx3, Δy3 затвора в плоскости блока затворов 52, совмещенной с фокальной плоскостью Фурье-линзы 51, как было отмечено выше. В качестве блоков оптических затворов 52 может быть использована многоканальная матрица для внутрирезонаторной оперативной селекции направлений излучения, описание которой опубликовано в [5].Consider in more detail the operation of the laser
Конструктивно многоканальная матрица представляет собой две последовательно соединенные треугольные призмы, к отражающим граням которых пристыкованы пьезомодулирующие пластины, образующие систему строк и столбцов в проходящем излучении. Действие многоканальной матрицы основано на нарушении режима полного внутреннего отражения излучения от границы раздела, к которой осуществляют прижим модулирующих пластин с помощью пьезоэлементов, управляемых импульсами напряжения от блока управления 59. Относительный оптический контраст между открытой и закрытой ячейками (затворами) в 52 составляет более 1000:1. Контроль положения оси источника вспомогательного излучения 7 осуществляют с помощью излучения второго задающего генератора 54 и элементов поз. 57, 58, 60, 61. Как было отмечено выше, излучение задающего генератора 54 распространяется по направлению - диафрагма 55, точки A7-A10-A1-A2 и далее до второго фотоприемного блока 36 и до уголкового отражателя 66. Данное излучение определяет (материализует) ось вспомогательного излучения, которая в исходном состоянии совпадает с направлением A7-A1-A2, проходящим через первую заданную точку A1. Координаты Δx3, Δy3 открытого элемента блока затворов 52 относительно точки А8 в плоскости, перпендикулярной оси A7-A1-A2, характеризуют, как было отмечено, параметры (угловые) вектора направленности вспомогательного излучения, генерируемого источником излучения 49. Точки А7 и А8 находятся на одной оси А8-А1 на небольшом расстоянии друг от друга, причем точка А8 находится в фокальной плоскости Фурье-линзы 51. Четвертый многоэлементный фотоприемник 58 осуществляет контроль совмещения центра блока затворов 52 - точки А8 с точкой А7, которая является индикатором положения оси излучения, формируемого вторым задающим генератором 54. Четвертый объектив 57 формирует в плоскости фоточувствительной площадки фотоприемника 58 одновременно изображение диафрагмы 55 (точки А7) и изображение плоскости затворов 52 - (точки А8). С обратной стороны матрица уголковых отражателей 53 подсвечена излучением источника подсвета 60. При осуществлении контроля положения точки А8 открывают в блоке затворов 52 только один центральный затвор (точка А8) и с помощью многоэлементного фотоприемника 58 определяют его координаты Δxo, Δyo в системе фоточувствительной площадки фотоприемника 58. В следующий момент времени при выключенном источнике подсвета 60 и включенном задающем генераторе 54 осуществляют измерение координат диафрагмы 55 (точка А7) Δxд, Δyд. Разность этих координат определяет смещение центра блока затворов 52 относительно оси A7-А1. При превышении этой разности некоторого допустимого уровня осуществляют подъюстировку положения блока затворов перпендикулярно оси А7-А1 или учитывают величину этой разности при выборе координат открываемого затвора 52 при установлении заданной величины координат вектора направленности оси вспомогательного излучения. Измерение и контроль координат световых пятен осуществляют с помощью многоэлементного фотоприемника 58 и блока обработки информации 6, в который поступает сигнал от фотоприемника 58, аналогично тому, как осуществляют определение координат с помощью первого фотоприемного блока 9.Structurally, a multichannel matrix consists of two triangular prisms connected in series, to the reflecting faces of which piezo-modulating plates are attached, forming a system of rows and columns in transmitted radiation. The action of the multichannel matrix is based on the violation of the mode of total internal reflection of radiation from the interface to which the modulating plates are pressed using piezoelectric elements controlled by voltage pulses from the
Устройство, реализующее способ, содержит три блока наведения поз. 4, 5, 31. A device that implements the method contains three guidance blocks pos. 4, 5, 31.
На фиг.4 схематично представлена блок-схема третьего блока наведения 5, который содержит отражательное зеркало 22, размещенное в двойном кардановом подвесе 23. Последний состоит из двух рам 68 и 69, укрепленных одна в другой, оси вращения которых (φAZ и φM) взаимно перпендикулярны. Двойной кардановый подвес 23 содержит также два электродвигателя 70, 71 (шаговых), которые обеспечивают поворот отражательного зеркала 22 (нормали к зеркалу 22 А3- Z) вокруг указанных двух осей φAZ, φM. Электродвигатели 70, 71 снабжены также датчиками углов поворота осей карданова подвеса, информация от которых поступает в блок обработки информации 6.Figure 4 schematically shows a block diagram of a
Дефлектор 8 устроен аналогично конструкции, представленной на фиг.4. В случае выполнения дефлектора 8 на основе двойного карданова подвеса (фиг.4) вместо зеркала 22 устанавливают прозрачную для рабочего излучения плоскопараллельную пластину небольшой толщины h1. При повороте пластины вокруг оси φM или φAZ на величину β1 проходящий через пластину световой луч при входном нормальном распространении по оси А7-А10 на выходе после прохождения через плоскопараллельную пластину смещается на величину h (25) в плоскости, перпендикулярной оси вращения пластины. Таким образом, задавая угол поворота плоскопараллельной пластины в двойном кардановом подвесе по осям φAZ и φM можно получить необходимое смещение светового луча с заданными параметрами Δhx, Δhy.
На фиг.5 представлен вариант конструктивного выполнения первого и второго блоков наведения 4, 31.The
Figure 5 presents a variant of the structural implementation of the first and second guidance blocks 4, 31.
Блок наведения 4 содержит два поворотных зеркала 18, 19, размещенных в первом 72 и втором 73 узлах вращения под углом 45o к осям вращения φAZ, φM, которые являются взаимно перпендикулярными. На фиг.5 оси вращения - азимутальная φAZ и угломестная φM - обозначены соответственно векторами . Первый узел вращения 72 механически связан с основанием 74 блока наведения 4 через первый подшипник вращения 75. Второй 76 и третий 77 подшипники вращения размещены вместе с первым поворотным зеркалом 18 в первом узле вращения 72. Второй узел вращения 73 с укрепленным в нем вторым поворотным зеркалом 19 механически связан с основанием первого узла вращения через второй и третий подшипники вращения 76, 77. Оси вращения подшипников вращения совпадают с осями вращения соответственно, а также совпадают с оптическими осями распространения световых пучков через блок наведения. Блок наведения содержит два блока вращения 20, 21. Каждый блок вращения 20, 21 содержит электродвигатель (шаговый), блок управления электродвигателем, включающий цифровую ячейку связи с блоком обработки информации 6 и датчик угла поворота оси по соответствующему направлению оси.The
Конструкция блоков наведения 4 и 31 идентична. Второй блок наведения 31 снабжен вторым фотоприемным блоком 36 и уголковым отражателем 66, которые расположены во втором узле вращения 73, как показано на фиг.5, причем оптические оси второго фотоприемного блока 36 и уголкового отражателя параллельны выходной оси блока наведения. The design of guidance blocks 4 and 31 is identical. The second guidance unit 31 is provided with a
На фиг.5а представлен один из вариантов выполнения блока угловой компенсации. Согласно этому варианту второе поворотное зеркало 19 в первом блоке наведения 4 установлено на металлической пластине 78 с помощью четырех пьезоэлементов 79, являющихся одновременно держателями зеркала 19. Металлическая пластина 78 установлена во втором узле вращения 73 на место второго поворотного зеркала 19. On figa presents one of the embodiments of the block angular compensation. According to this embodiment, the second
Пьезоэлементы 79 подсоединены к блоку управления 64, который соединен с блоком обработки информации 6. Под воздействием электрических управляющих сигналов от блока управления 64 пьезоэлементы 78 изменяют свою длину в сторону увеличения или уменьшения на заданное значение. При этом положение плоскости поворотного зеркала 19 изменяется в пространстве на небольшую угловую величину ΔφM, ΔφAZ, что и обеспечивает осуществление компенсации углового сдвига вектора направленности излучения, падающего и отраженного от данного зеркала 19. На фиг.2 пьезоэлементы 79 условны показаны в виде двух пьезоэлементов поз.63, подсоединенных к блоку управления 64.The
На фиг. 2 позицией 16 показан первый вариант выполнения блока угловой компенсации с блоком управления 17. In FIG. 2,
В качестве первого варианта использована акустооптическая двухкоординатная ячейка 16, в которой в двух взаимно перпендикулярных направлениях возбуждены акустические волны, обуславливающие в режиме дифракции Брэгга отклонение светового пучка на угол, определяемый частотой (длиной волны) возбуждаемой акустической волны. При изменении частоты возбуждаемых волн в двух взаимно перпендикулярных направлениях осуществляют изменение углов отклонения проходящего через ячейку 16 светового пучка также в двух взаимно перпендикулярных направлениях φAZ и φM в соответствии с частотами двух управляющих сигналов, формируемых блоком управления 17. Последний содержит два генератора высокочастотных сигналов с перестраиваемой частотой, управляемых по сигналам от блока обработки информации 6, в котором вырабатывают сигналы управления для блока угловой компенсации 16, пропорциональные величине необходимого компенсирующего углового сдвига в соответствии с изложенным выше.As the first option, an acousto-optical two-coordinate
Третьим вариантом блока угловой компенсации может быть использован применяемый в качестве прецизионных дефлекторов пространственный модулятор света с электронной адресацией [6], [7]. Данный пространственный модулятор содержит электрооптический кристалл, прозрачный для рабочей длины волны λраб, на котором с помощью электронного луча наносят зарядный рельеф с заданным законом пространственного распределения, обеспечивающий вследствие электрооптического эффекта сдвиг фазы проходящего света и отклонение его на заданный угол относительно нормали к оси кристалла, совпадающей с оптической осью распространения светового пучка. Особенностью данного устройства как дефлектора является высокая точность установления величины угла отклонения и высокое быстродействие, обусловленное безынерционностью электронного луча.The third version of the angular compensation unit can be used as a precision deflectors spatial light modulator with electronic addressing [6], [7]. This spatial modulator contains an electro-optical crystal that is transparent to the working wavelength λ slave , on which a charge relief is applied using an electron beam with a given spatial distribution law, which ensures, due to the electro-optical effect, a phase shift of the transmitted light and its deviation by a predetermined angle relative to the normal to the axis of the crystal, coinciding with the optical axis of propagation of the light beam. A feature of this device as a deflector is the high accuracy of determining the value of the deflection angle and high speed due to the inertia of the electron beam.
При реализации предлагаемого способа возможен второй вариант компоновки части устройства, расположенной на борту платформы ЛА. Блок-схема второго варианта представлена на фиг.6. Данный вариант отличается тем, что входная ось первого блока наведения А3-A1-А2 расположена горизонтально, параллельно оси летательного аппарата, в результате чего исключено одно из отражательных зеркал (поз. 13), а светоделительное зеркало 10 выполнено без центрального отверстия, что упрощает конструкцию данного зеркала. Вращение поворотного зеркала 18 вокруг указанной оси А3-А2 обеспечивает сканирование по углу места, а выходная ось первого блока наведения 4 осуществляет азимутальное сканирование, что позволяет упростить организацию сопровождения объектов, находящихся в зените. Размер вновь введенного малоразмерного отражательного зеркала 81 составляет 0,1 от входной апертуры светоделительного зеркала 10.When implementing the proposed method, the second variant of the layout of the part of the device located on board the aircraft platform is possible. The block diagram of the second option is presented in Fig.6. This option is characterized in that the input axis of the first guidance unit A 3 -A 1 -A 2 is located horizontally parallel to the axis of the aircraft, as a result of which one of the reflective mirrors is excluded (pos. 13), and the
Данная компоновка является более простой и обладает преимуществом, в основном определяемым, как указано, улучшением работы первого блока наведения 4 по объектам, находящимся в области зенита. This arrangement is simpler and has the advantage, mainly determined, as indicated, by improving the operation of the
В устройстве, реализующем способ, в качестве первого и второго блоков обработки информации 6, 30 использованы стандартные ЭВМ, снабженные цифровыми процессорами, таймерами, цифровыми блоками ввода - вывода информации, обеспечивающими возможности параллельной работы с элементами устройства. In the device that implements the method, standard computers equipped with digital processors, timers, digital information input / output blocks providing parallel operation with the device elements are used as the first and second
Устройство, реализующее способ, содержит виброзащитное основание 82, на котором размещены элементы устройства, расположенные на борту летательного аппарата 1. Данное виброзащитное основание, условно показано на фиг.1 позицией 82, представляет собой металлическую раму 82, соединенную с корпусом ЛА 1 через виброгасящие несущие элементы 83, например пружины. A device that implements the method includes a vibration-proof base 82, on which the device elements are located, located on board the
Все элементы устройства, расположенные на борту ЛА 1, установлены на виброзащитном основании 82. Это позволяет снизить уровень вибраций летательного аппарата 1, воздействующих на оптические элементы устройства, реализующего способ. All elements of the device located on board the
На фиг. 7 представлена схема второго варианта блока обращения волнового фронта (ОВФ - поз. 29 на фиг.1). Данный вариант выполнения блока ОВФ содержит последовательно расположенные на оптической оси В2-В6 первую 84 и вторую 85 кюветы с прозрачными окнами, заполненные рабочим веществом, с помощью которого осуществляют формирование обращенной волны, например, смесью газов (SF6= 1 атм + Хе=20 атм). Первая 86 и вторая 87 проекционные линзы осуществляют проектирование центральной области первой кюветы 84 - точка В2 на центральную область второй кюветы 85 - точка В6. Проекционные линзы 86, 87 расположены на двойном фокусном расстоянии 2fл от центров соответствующих кювет и развернуты относительно оси В2-В6 для исключения влияния бликов. Использование блока ОВФ представленной конструкции позволяет увеличить область взаимодействия, в которой генерируется обращенная волна, снизить уровень пороговой интенсивности генерации обращенной волны и обеспечить селекцию шумового излучения, идущего под большими углами к оси В2-В6 за счет работы первой кюветы 84 в качестве "мягкой диафрагмы", т.е. диафрагмы с нечетко выраженными краями.In FIG. 7 is a diagram of a second embodiment of a wavefront reversal unit (phase conjugation — pos. 29 in FIG. 1). This embodiment of the phase conjugation unit contains first 84 and second 85 cuvettes with transparent windows sequentially located on the optical axis B 2 -B 6 , filled with a working substance, with the help of which the formation of a backward wave is carried out, for example, with a mixture of gases (SF 6 = 1 atm + Xe = 20 atm). The first 86 and second 87 projection lenses design the central region of the
Достигаемым техническим результатом при реализации предлагаемого способа является повышение точности наведения мощного излучения на движущийся объект. Повышение точности достигается за счет использования информации о координатах вектора направленности мощного рабочего излучения на момент времени его прихода на платформу ЛА в заданную точку A1, относительно которой определяют координаты объекта и параметры его движения. Согласно предлагаемому способу координаты движущегося объекта и параметры вектора оси источника рабочего излучения определяют в единой системе координат, связанной с платформой ЛА 1, с помощью одного и того же первого фотоприемного блока 9, в котором предусмотрен режим предварительного определения координат в широком (поисковом) поле зрения и режим определения координат с высокой степенью точности в более узком центральном поле зрения с помощью второго многоэлементного фотоприемника 47. При этом с помощью первого блока наведения 4 осуществляют слежение за движущимся объектом с учетом параметров вектора направления оси источника рабочего излучения в системе координат, связанной с точкой А1, т.е. осуществляют наведение выходной оси первого блока наведения 4 в первую уточненную точку ожидаемого нахождения объекта. Таким образом, первый блок наведения 4 реализует режим слежения за двумя динамическими объектами: собственно объектом наведения (целью) и источником рабочего излучения, определяемым координатами его вектора направленности оси относительно системы координат, связанной с точкой А1. Точность наведения излучения на объект в предлагаемом способе будет существенно лучше, чем в прототипе, в котором отслеживание оси источника рабочего излучения не производят и компенсацию изменения координат его вектора направленности не осуществляют.Achievable technical result in the implementation of the proposed method is to increase the accuracy of pointing powerful radiation on a moving object. Improving accuracy is achieved through the use of information about the coordinates of the directivity vector of powerful working radiation at the time it arrives on the aircraft platform at a given point A 1 , relative to which the coordinates of the object and its motion parameters are determined. According to the proposed method, the coordinates of a moving object and the parameters of the axis vector of the source of working radiation are determined in a single coordinate system associated with the
В предлагаемом способе и устройстве для его реализации возможен второй режим раздельного слежения за указанными двумя динамическими объектами, при котором слежение за объектом осуществляют с помощью первого блока наведения 4, а слежение за источником рабочего излучения осуществляют с помощью третьего блока наведения 5. При этом с помощью третьего блока наведения 5 осуществляют наведение вектора направленности оси источника рабочего излучения в первую заданную точку A1, т.е. динамическое совмещение оси источника рабочего излучения в системе координат, связанной с точкой А1 с направлением неподвижной входной оси А1-А3 первого блока наведения 4. Этим осуществляют динамическую компенсацию отклонений вектора направленности оси источника рабочего излучения от направления оси А1-А3, что, соответственно, исключает составляющую динамической ошибки наведения, которая обусловлена нестабильностью (отклонением) направления оси источника рабочего излучения во времени.In the proposed method and device for its implementation, a second mode of separate tracking of the indicated two dynamic objects is possible, in which the tracking of the object is carried out using the
Вторым фактором, обеспечивающим повышение точности наведения излучения на объект при использовании предлагаемого способа, является осуществление контроля точности наведения путем определения величины ошибки наведения и ее компенсация при осуществлении наведения рабочего импульса излучения на объект. При этом осуществляют подсвет объекта специальным импульсом зондирующего излучения, а запуск источника рабочего излучения не производят. Определение ошибки наведения осуществляют путем определения реальных координат объекта, полученных в момент прихода на объект зондирующего излучения, имитирующего приход рабочего излучения, и сравнения полученных координат объекта с прогнозируемыми параметрами координат точки ожидаемого нахождения объекта, в которую было осуществлено наведение выходной оси первого блока наведения. The second factor that improves the accuracy of radiation guidance to the object when using the proposed method is to control the accuracy of guidance by determining the magnitude of the guidance error and its compensation when the guidance of the working radiation pulse to the object. In this case, the object is illuminated with a special probe radiation pulse, and the working radiation source is not launched. The guidance error is determined by determining the actual coordinates of the object obtained at the time of the arrival of the probe radiation simulating the arrival of the working radiation, and comparing the obtained coordinates of the object with the predicted coordinates of the point of the expected location of the object into which the output axis of the first guidance block was guided.
Определение ошибки наведения может быть осуществлено однократно в результате одного цикла подсвета объекта зондирующим излучением и определением одной реализации ошибки наведения или путем многократного подсвета объекта серией зондирующих импульсов, определения текущей ошибки наведения для каждого отдельного элементарного зондирующего импульса подсвета объекта, определения средней величины ошибки наведения на основе полученной серии текущих ошибок наведения. Компенсацию динамического отклонения оси источника рабочего излучения от главной оси - направления А2-А1-А3 - осуществляют на основе полученной средней величины ошибки наведения.The determination of the guidance error can be made once as a result of one cycle of illumination of the object by probing radiation and the determination of one implementation of the guidance error or by repeatedly illuminating the object with a series of probing pulses, determining the current guidance error for each individual elementary probe pulse of illumination of the object, determining the average value of the guidance error based on the resulting series of current pointing errors. Compensation of the dynamic deviation of the axis of the source of working radiation from the main axis - the direction A 2 -A 1 -A 3 - is carried out on the basis of the obtained average value of the pointing error.
Третьим фактором, повышающим точность излучения, согласно предлагаемому способу является компенсация мгновенною отклонения оси источника рабочего излучения в момент формирования импульса вспомогательного излучения. Точная компенсация возможна вследствие того обстоятельства, что вектор направленности рабочего излучения в момент его прихода в точку А2 на отражательное зеркало 22 третьего блока наведения 5 определяется направлением в этот момент времени оси В1-В3-В4-А2. Поэтому определение в этот момент времени направления указанной оси в системе координат относительно точки A1 с помощью излучения первого задающего генератора 40 позволяет с высокой степенью точности определить мгновенное отклонение оси рабочего излучения в момент его прихода в точку А2 отражательного зеркала 22 на платформу ЛА 1 от направления оси А2-А1-А3. Это мгновенное отклонение сравнивают с величиной динамического отклонения от источника рабочего излучения (ранее определенной), компенсация которой была ранее осуществлена, и определяют разность этих величин, на основе которой осуществляют окончательную угловую компенсацию направления вектора оси рабочего излучения в момент его распространения от точки А2 до точки А3 до окончательной операции наведения излучения на объект. Дополнительным фактором, повышающим эффективность работы устройства, реализующего способ, как системы наведения излучения, является осуществление компенсирующих сдвигов оси вспомогательного излучения до момента формирования импульса вспомогательного излучения, на основе которого осуществляют формирование рабочего излучения на основе ОВФ.The third factor that increases the accuracy of radiation, according to the proposed method is the compensation of the instantaneous deviation of the axis of the source of working radiation at the time of formation of the pulse of auxiliary radiation. Accurate compensation is possible due to the fact that the directivity vector of the working radiation at the time of its arrival at point A 2 on the
Увеличение точности наведения излучения на объект обуславливает повышение плотности энергии излучения на объекте. An increase in the accuracy of radiation guidance to an object causes an increase in the radiation energy density at the object.
Действительно, для решения задачи доставки излучения на объект необходимо обеспечить выполнение следующего соотношения, связывающего расходимость излучения Θп, угловые размеры объекта Θоб и величину χ, которая характеризует рассогласование угловых координат объекта и угловых координат вектора направления оси излучения (лазерного пучка) в момент прихода излучения на объект в плоскости объекта:
.Indeed, in order to solve the problem of delivering radiation to an object, it is necessary to ensure the fulfillment of the following relation connecting the divergence of radiation Θ p , the angular dimensions of the object Θ about and the value χ, which characterizes the mismatch of the angular coordinates of the object and the angular coordinates of the direction vector of the radiation axis (laser beam) at the time of radiation on an object in the plane of the object:
.
Величина χ суммарно характеризует эффективность работы системы наведения излучения на объект и является суммарной ошибкой наведения излучения. Можно показать, что эта величина равна
χ = δΘсн+δro (33),
где δΘсн - среднеквадратичная ошибка установления оси пучка излучения, отнесенная к плоскости объекта в момент прихода излучения;
δro - среднеквадратичная ошибка определения координаты объекта для момента прихода излучения на объект.The value of χ summarizes the overall performance of the radiation guidance system on the object and is the total error of radiation guidance. It can be shown that this quantity is equal to
χ = δΘ cn + δr o (33),
where δΘ sn is the root-mean-square error of establishing the axis of the radiation beam, referred to the plane of the object at the time of radiation arrival;
δr o - the standard error of determining the coordinates of the object for the moment of arrival of radiation on the object.
В результате использования предлагаемого способа обеспечивается уменьшение величины суммарной ошибки наведения χ (32). As a result of using the proposed method, a decrease in the total pointing error χ (32) is provided.
При использовании в качестве модели лазерного излучения, доставляемого на объект, гауссова пучка величина осевой плотности энергии A2(z) на расстоянии z от источника излучения равна
где Io - полная энергия, излучаемая источником (лазерным генератором),
Wo - радиус гауссова пучка по уровню 1/е амплитуды в зоне перетяжки (у источника),
λ - длина волны.When using a Gaussian beam as the model of laser radiation delivered to the object, the axial energy density A 2 (z) at a distance z from the radiation source is
where I o is the total energy emitted by the source (laser generator),
W o is the radius of the Gaussian beam at the level of 1 / e amplitude in the waist zone (at the source),
λ is the wavelength.
Плотность энергии гауссова пучка в его рабочей зоне на расстоянии z от источника равна
,
где
- радиус рабочей зоны пучка в плоскости объекта на расстоянии z от источника; r - расстояние от оси пучка излучения.The energy density of a Gaussian beam in its working area at a distance z from the source is
,
Where
- the radius of the working zone of the beam in the plane of the object at a distance z from the source; r is the distance from the axis of the radiation beam.
Тогда для малой величины размера объекта Θоб≪ θ
χ≤θп/2 (36).
Гарантированная плотность энергии, доставленной на объект будет, равна
,
где δ = χ•z - суммарная ошибка наведения излучения в линейной мере.Then, for a small size of the object объекта ob ≪ θ
χ≤θ p / 2 (36).
The guaranteed density of energy delivered to the object will be equal to
,
where δ = χ • z is the total error of radiation guidance in a linear measure.
Величина E(δ, z) характеризует минимальный гарантированный уровень плотности энергии на объекте, соответствующий положению объекта на границе рабочей зоны пучка, определяемый радиусом W(z). The value E (δ, z) characterizes the minimum guaranteed level of energy density at the object, corresponding to the position of the object at the boundary of the beam working zone, determined by the radius W (z).
Относительная величина плотности энергии η на объекте в зависимости от ошибки наведения δ равна
(38).The relative value of the energy density η at the object depending on the guidance error δ is
(38).
Соответственно для η в угловых параметрах получаем:
,
где - угловая расходимость излучения, выраженная через параметры гауссова пучка, принятого в качестве модели излучения, доставляемого на объект.Accordingly, for η in the angular parameters we obtain:
,
Where - the angular divergence of the radiation, expressed in terms of the parameters of a Gaussian beam, adopted as a model of radiation delivered to the object.
Таким образом, при уменьшении ошибки наведения χ относительная величина плотности энергии на объекте возрастает экспоненциально в соответствии с представленным соотношением (39), что доказывает повышение эффективности доставки излучения на объект и повышение плотности энергии на объекте в результате реализации предлагаемого способа. Следует отметить, что увеличение точности наведения излучения на объект, достигаемое при реализации предлагаемого способа, позволяет реализовать и использовать лазерные пучки с более низкой расходимостью Θп, что непосредственно следует из условия (32), определяющего ограничения на величину расходимости используемого для доставки излучения лазерного пучка при известном достигнутом уровне величины ошибки наведения излучения. Использование ОВФ при формировании рабочего излучения позволяет реализовать весьма малый уровень расходимости, ограниченный лишь дифракционным пределом. Поэтому при использовании предлагаемого способа доставки излучения на объект единственным фактором, ограничивающим плотность энергии на объекте и эффективность работы системы доставки излучения, будет являться точность наведения излучения. Рассмотрим основные физические ограничения на величину ошибки наведения в устройстве, реализующем предлагаемый способ.Thus, with a decrease in the pointing error χ, the relative value of the energy density at the object increases exponentially in accordance with the presented relation (39), which proves the increase in the efficiency of radiation delivery to the object and the increase in energy density at the object as a result of the implementation of the proposed method. It should be noted that an increase in the accuracy of radiation guidance to the object, achieved by the implementation of the proposed method, makes it possible to realize and use laser beams with a lower divergence Θ p , which directly follows from condition (32), which determines the restrictions on the divergence of the laser beam used to deliver the radiation at a known achieved level, the magnitude of the radiation guidance error. The use of phase conjugation in the formation of working radiation makes it possible to realize a very small level of divergence, limited only by the diffraction limit. Therefore, when using the proposed method for delivering radiation to an object, the only factor limiting the energy density at the object and the efficiency of the radiation delivery system will be the accuracy of radiation guidance. Consider the main physical limitations on the magnitude of the pointing error in a device that implements the proposed method.
В устройстве, реализующем способ, слежение за движущимся объектом и наведение излучения на объект осуществляют посредством блоков наведения, которые содержат поворотные отражательные зеркала, укрепленные в блоке вращения, положение в пространстве которых изменяется посредством электромеханических приводов - электродвигателей с аналоговым или цифровым управлением. С точки зрения механики отражательное зеркало с блоком вращения представляет собой жесткий ротатор, основное уравнение динамики которого имеет следующий вид:
.In a device that implements the method, tracking a moving object and directing radiation to the object is carried out by means of guidance blocks that contain rotary reflective mirrors mounted in a rotation block, the position in space of which is changed by electromechanical drives - electric motors with analog or digital control. From the point of view of mechanics, a reflective mirror with a rotation unit is a rigid rotator, the basic equation of dynamics of which has the following form:
.
Здесь Io - момент инерции всей механической системы поворотного зеркала блока наведения относительно оси вращения, ω - угловая скорость вращения, ho - демпфирующий механический момент, обусловленный силами трения и сопротивления, М - возмущающий момент, обусловленный вращательным моментом, создаваемым электрическим приводом под воздействием управляющего сигнала Иупр, который в общем случае равен M = Rm • Uy(t) • Re -1, где iя = Uy(t)/Rc, iя - ток в обмотке якоря электропривода, Rm - коэффициент пропорциональности, Rс - сопротивление обмотки якоря, Uу - управляющее напряжение, формируемое блоком управления и пропорциональное углу рассогласования между выходной осью блока наведения и направлением на объект: Uy = R1•[φo-φ]; φo и φ - абсолютные угловые координаты объекта и выходной оси блока наведения, R1 - коэффициент пропорциональности.Here I o is the moment of inertia of the entire mechanical system of the rotary mirror of the guidance unit relative to the axis of rotation, ω is the angular velocity of rotation, h o is the damping mechanical moment due to the forces of friction and resistance, M is the disturbing moment due to the rotational moment created by the electric drive under the influence control signal And control , which in the general case is M = R m • U y (t) • R e -1 , where i i = U y (t) / R c , i i is the current in the winding of the drive armature, R m - proportionality coefficient, R with - armature winding resistance, U y is the control voltage generated by the control unit and proportional to the angle of mismatch between the output axis of the guidance unit and the direction to the object: U y = R 1 • [φ o -φ]; φ o and φ are the absolute angular coordinates of the object and the output axis of the guidance unit, R 1 is the proportionality coefficient.
Величину φo-φ измеряет первый фотоприемный блок совместно с блоком обработки информации. Считая, что координаты выходной оси блока наведения φ(t) жестко связаны с текущим углом поворота электромеханической системы блока вращения отражательного зеркала и отсутствуют люфты, с учетом (40), а также соотношения получим следующее уравнение динамики блока наведения излучения на основе отражательных (поворотных) зеркал:
- коэффициент передачи.The value of φ o -φ is measured by the first photodetector unit together with the information processing unit. Assuming that the coordinates of the output axis of the guidance unit φ (t) are rigidly connected with the current angle of rotation of the electromechanical system of the rotation unit of the reflective mirror and there are no backlashes, taking into account (40), as well as the relation we obtain the following equation of dynamics of the radiation guidance block based on reflective (rotary) mirrors:
- gear ratio.
Данное уравнение динамики соответствует модели блока наведения, в которой инерционным звеном системы наведения является собственно механический блок вращения с отражательным зеркалом, а электрические передаточные звенья являются безынерционными. Такая модель позволяет определить влияние на динамику блока наведения основных параметров - массы и инерционности блока вращения с отражательным крупногабаритным зеркалом, момент инерции Io которого в общем случае равен Io = K2mR3 2, где m - общая масса блока вращения с отражательным зеркалом, R3 - радиус отражательного зеркала; К2 - коэффициент, определяемый конструкцией и формой зеркала и равный, например, K2 = 1/2 для круглого зеркала. На основании анализа стандартного уравнения динамики системы наведения можно показать, что данная система наведения на основе крупногабаритных зеркал с электромеханическими приводами характеризуется следующими параметрами:
время τy установления переходного процесса в системе (41) вида равно
.This dynamic equation corresponds to the guidance block model, in which the inertial link of the guidance system is the mechanical rotation block with a reflective mirror, and the electrical transmission links are inertialess. Such a model makes it possible to determine the influence on the dynamics of the guidance unit of the basic parameters - the mass and inertia of the rotation unit with a large reflective mirror, the inertia moment I o of which in the general case is equal to I o = K 2 mR 3 2 , where m is the total mass of the rotation unit with a reflective mirror , R 3 is the radius of the reflective mirror; K 2 - coefficient determined by the design and shape of the mirror and equal, for example, K 2 = 1/2 for a round mirror. Based on the analysis of the standard equation of dynamics of the guidance system, it can be shown that this guidance system based on large-sized mirrors with electromechanical drives is characterized by the following parameters:
transient establishment time τ y in system (41) of the form equally
.
Условие апериодичности переходного процесса
ho ≥ 2(IoRo)1/2 (43).Transient aperiodicity condition
h o ≥ 2 (I o R o ) 1/2 (43).
При большом коэффициенте передачи Ro, одновременно удовлетворяющем условию (43), время установления переходного процесса стремится к минимальной величине
τm ≅ 3T = 6Io/ho (44).With a large transfer coefficient R o , simultaneously satisfying condition (43), the time of establishment of the transition process tends to the minimum value
τ m ≅ 3T = 6I o / h o (44).
Величина τm является минимальной величиной длительности переходного процесса, которую можно реализовать в блоке наведения с элетромеханическими приводами и заданными параметрами момента инерции Io и демпфирующего момента ho. Величина τmin определяет быстродействие блока наведения и характеризует величину ошибки наведения при слежении за быстродвижущимися динамическими объектами. В общем случае ошибка наведения δΘ при наведении выходной оси блока наведения на динамический объект пропорциональна величине
δΘ = τm•δUo (45),
где δUo - среднеквадратичная ошибка определения скорости движения динамического объекта в системе наблюдения и прогнозирования траектории и параметров движения объекта.The value of τ m is the minimum value of the duration of the transient process, which can be implemented in the guidance unit with electro-mechanical drives and the specified parameters of the moment of inertia I o and the damping moment h o . The value of τ min determines the speed of the guidance unit and characterizes the magnitude of the guidance error when tracking fast-moving dynamic objects. In the general case, the guidance error δΘ when pointing the output axis of the guidance unit to a dynamic object is proportional to
δΘ = τ m • δU o (45),
where δU o is the standard error of determining the speed of a dynamic object in the monitoring system and predicting the trajectory and parameters of the object’s movement.
Соотношения (45), (32) позволяют непосредственно связать величину ошибки наведения с параметрами блока наведения и расходимостью используемого и сформированного рабочего излучения. Полагаем расходимость Θп излучения ограниченной только дифракционным пределом и равной
.Relations (45), (32) make it possible to directly relate the magnitude of the guidance error to the parameters of the guidance unit and the divergence of the used and generated working radiation. We assume that the divergence Θ n of the radiation is limited only by the diffraction limit and is equal to
.
Для величины ошибки наведения получаем следующую оценку:
.For the magnitude of the guidance error, we obtain the following estimate:
.
Соотношение (47) показывает, что уменьшение расходимости излучения приводит в общем случае к увеличению ошибки наведения вследствие увеличения габаритов зеркал R3 и момента инерции системы вращения Io. Относительную величину расходимости используемого рабочего излучения можно определить на основании (47) и соотношения (32) устанавливающего взаимосвязь между минимальной расходимостью используемого излучения и допустимой величиной ошибки наведения. Отсюда получаем следующую оптимальную величину используемой расходимости излучения, соответствующей равенству в (32):
.Relation (47) shows that a decrease in the divergence of radiation in the general case leads to an increase in the pointing error due to an increase in the dimensions of the mirrors R 3 and the moment of inertia of the rotation system I o . The relative divergence of the used working radiation can be determined on the basis of (47) and relation (32) establishing the relationship between the minimum divergence of the radiation used and the allowable value of the pointing error. From this we obtain the following optimal value of the radiation divergence used, which corresponds to the equality in (32):
.
Величина (48) характеризует оптимальную расходимость используемого рабочего излучения, которая определяется только конструктивными параметрами используемого блока наведения - массой блока вращения с отражательным зеркалом m, конструктивным коэффициентом К2 и величиной демпфирующего механического момента ho. За величину δUo следует принять некоторую максимальную оценку величины ошибки определения скорости движения объекта, обусловленную возможностями измерения и прогнозирования его параметров движения.Value (48) characterizes the optimal divergence of the used working radiation, which is determined only by the design parameters of the guidance block used — the mass of the rotation block with a reflective mirror m, the design coefficient K 2, and the value of the damping mechanical moment h o . For the value of δU o should take some maximum estimate of the magnitude of the error in determining the speed of the object, due to the capabilities of measuring and predicting its motion parameters.
В предлагаемом способе и устройстве для его осуществления возможна реализация данной минимальной расходимости излучения Θп вследствие того, что ряд факторов, влияющих на уровень используемой и достигнутой минимальной расходимости излучения, исключены (или скомпенсированы). К таким факторам, как показано выше, относятся компенсация атмосферной турбулентности посредством ОВФ и компенсация ряда факторов, влияющих на ошибку наведения путем более точного наведения оси источника рабочего излучения на принимающую платформу ЛА и исключение ошибок наведения в системе первого блока наведения. Уменьшение расходимости используемого излучения до оптимальной возможной величины Θп (48) в предлагаемом устройстве позволяет, соответственно, реализовать более высокую плотность излучения на объекте.In the proposed method and device for its implementation, it is possible to realize this minimum radiation divergence Θ p due to the fact that a number of factors affecting the level of the used and achieved minimum radiation divergence are excluded (or compensated). Such factors, as shown above, include compensation of atmospheric turbulence by phase conjugation and compensation of a number of factors affecting the pointing error by more accurately pointing the axis of the working radiation source to the receiving aircraft platform and eliminating pointing errors in the system of the first guidance block. Reducing the divergence of the radiation used to the optimum possible value Θ p (48) in the proposed device allows, accordingly, to realize a higher radiation density at the object.
Следует отметить, что при выносе платформы ЛА в космическое пространство (в невесомости) массу блока вращения m с отражательным зеркалом можно существенно уменьшить и повысить эффективность системы наведения излучения за счет соответственного уменьшения расходимости излучения в (48). It should be noted that when the aircraft platform is carried out into outer space (in zero gravity), the mass of the rotation unit m with a reflecting mirror can be significantly reduced and the efficiency of the radiation guidance system can be increased due to a corresponding decrease in the radiation divergence in (48).
Применение предлагаемого способа и устройства для его осуществления в системах доставки излучения на движущиеся объекты позволяет получить следующие результаты:
обеспечить повышение точности наведения мощного излучения на движущийся объект за счет исключения в процессе наведения ошибок, обусловленных отклонением оси источника рабочего излучения от заданного направления и другими факторами;
обеспечить увеличение плотности энергии излучения на объекте за счет компенсации атмосферных искажений при осуществлении ОВФ и одновременном повышении точности наведения излучения.The application of the proposed method and device for its implementation in systems for the delivery of radiation to moving objects allows to obtain the following results:
to provide increased accuracy of pointing high-power radiation to a moving object due to elimination of errors during the guidance process due to deviation of the axis of the working radiation source from a given direction and other factors;
to provide an increase in the radiation energy density at the facility by compensating for atmospheric distortions during phase conjugation and simultaneously increasing the accuracy of radiation guidance.
Проведенные на предприятии исследования экспериментального макета, реализующего предложенный способ, подтвердили получение новых технических результатов. Conducted at the enterprise research experimental model that implements the proposed method, confirmed the receipt of new technical results.
Источники информации
1. Арбатов А.Г. и др. Космическое оружие: дилемма безопасности. Под ред. Е.П. Велихова. - М., Мир, 1986 г. с.37 рис.1.4.Sources of information
1. Arbatov A.G. et al. Space weapons: a security dilemma. Ed. E.P. Velikhova. - M., Mir, 1986 p. 37 fig. 1.4.
2. Воронцов М.А., Шмальгаузен В.И. Принципы адаптивной оптики. - М., Наука, 1985, с.92, рис 8.13. 2. Vorontsov M.A., Schmalhausen V.I. The principles of adaptive optics. - M., Nauka, 1985, p. 92, Fig. 8.13.
3. Патент РФ 2033629, опубл. 20.04.95. Бюл. 11. 3. RF patent 2033629, publ. 04/20/95. Bull. eleven.
4. Патент РФ 2124740, опубл. 10.01.99. Бюл. 1 /Прототип/. 4. RF patent 2124740, publ. 01/10/99. Bull. 1 / Prototype.
5. С. К. Манкевич и др. Многоканальная матрица для оперативной внутрирезонаторной селекции направлений излучения. Тезисы докладов 15йВсесоюзн. НТК: Высокоскоростная фотография и метрология быстропротекающих процессов. М., ВНИИОФИ. 1991 г., стр.119.5. S. K. Mankevich et al. Multichannel matrix for operational intracavity selection of radiation directions.
6. Авт. свид. СССР 669976, а.з. 2464830 от 21.03.1977 г. Манкевич С.К. и др. Электронно-лучевая светомодулирующая трубка. 6. Auth. testimonial. USSR 669976, a.z. 2464830 dated 03/21/1977 Mankevich S.K. and other electron beam light-modulating tube.
7. Манкевич С.К., Нагаев А.И., Парыгин В.Н. и др. Отклонение света при помощи пространственного модулятора с электронной адресацией. -Радиотехника и электроника, 1982 г., том 27, 3, стр.529. 7. Mankevich S.K., Nagaev A.I., Parygin V.N. et al. Light rejection using a spatial modulator with electronic addressing. - Radio Engineering and Electronics, 1982, volume 27, 3, p. 529.
8. Открытие 215 от 12.07.1979 г. Приоритет 6.01.1972 г. Обращение волнового фронта. Зельдович Б.Я., Носач О.Ю., Рагульский В.В. и др. 8. Opening 215 of 07/12/1979.
Claims (15)
осуществляют наведение выходной оси первого блока наведения, расположенного на платформе летательного аппарата, в первую уточненную точку ожидаемого нахождения объекта с координатами равными первому вектору разности
осуществляют контроль точности наведения излучения на объект путем определения вектора ошибки наведения излучения на объект в момент прихода излучения на объект, осуществляют компенсацию измеренной ошибки наведения путем наведения выходной оси первого блока наведения, расположенного на платформе летательного аппарата, во вторую уточненную точку ожидаемого нахождения объекта с пространственными координатами , равными сумме координат первой уточненной точки ожидаемого нахождения объекта и координат вектора ошибки наведения излучения на объект
осуществляют смещение оси источника вспомогательного излучения, расположенного на платформе летательного аппарата, параллельно самой себе в плоскости, перпендикулярной этой оси, на величину, пропорциональную расстоянию от платформы ЛА до источника рабочего излучения, расположенного на земной поверхности, и величине скорости платформы ЛА относительно источника рабочего излучения, расположенного на земной поверхности, в момент времени формирования импульсов вспомогательного излучения определяют координаты вектора направления оси источника рабочего излучения в системе координат, связанной с первой заданной точки А1, определяют координаты второго вектора разности между ранее определенным вектором направленности оси источника рабочего излучения в момент времени t1 и вектором направления оси источника рабочего излучения координаты которого определены в момент времени формирования импульса вспомогательного излучения
на основании полученных величин пространственных координат второго вектора разности формируют компенсирующий угловой сдвиг, пропорциональный величинам пространственных координат второго вектора разности осуществляют введение компенсирующего углового сдвига в направление распространения рабочего излучения в момент времени его прихода на платформу ЛА, осуществляют наведение рабочего излучения из первой заданной точки пространства А1 во вторую уточненную точку ожидаемого нахождения объекта с пространственными координатами посредством первого блока наведения, расположенного на платформе летательного аппарата, при этом суммирование векторов и их координат осуществляют по правилам суммирования векторных величин, каждый вектор характеризуется угловыми координатами направления своей оси относительно главной оси используемой системы координат с центром в первой заданной точке пространства А1.1. The method of delivery of radiation to a moving object, which consists in determining at time t 0 angular coordinates range R (t 0 ) and speed object relative to the first given point in space A 1 in the coordinate system associated with the platform of the aircraft (LA), moving relative to the source of working radiation located on the earth's surface, determining the distance between the platform of the aircraft and the source of working radiation located on the earth's surface, the formation of auxiliary radiation by means of auxiliary radiation located on the platform of the aircraft, the formation of working radiation through treatment Olnova front (PC) of the auxiliary radiation, the sighting axis working radiation of a first predetermined point in space A 1 to a point of the expected location of the object with the coordinates of the vector by means of the first guidance unit located on the aircraft platform, characterized in that prior to the formation of auxiliary radiation by the auxiliary radiation source located on the aircraft platform, the axis of the auxiliary radiation source located on the aircraft platform is guided to the axis of the working radiation source located on the earth's surface, the spatial coordinates of the directivity vector are determined the axis of the source of working radiation relative to the first given point in space A 1 at time t 1 , determine the coordinates of the first difference vector between the coordinates of the vector points of the expected location of the object and the coordinates of the directivity vector the axis of the source of working radiation relative to the first given point in space A 1
the output axis of the first guidance unit located on the aircraft platform is guided to the first specified point of the expected location of the object with coordinates equal to the first difference vector
control the accuracy of pointing radiation to the object by determining the vector errors of pointing the radiation at the object at the time of arrival of radiation at the object, they compensate for the measured pointing errors by pointing the output axis of the first guidance unit located on the aircraft platform to the second specified point of the expected location of the object with spatial coordinates equal to the sum of coordinates the first specified point of the expected location of the object and the coordinates of the vector errors pointing the radiation at the object
the axis of the auxiliary radiation source located on the aircraft platform is shifted parallel to itself in a plane perpendicular to this axis by an amount proportional to the distance from the aircraft platform to the working radiation source located on the earth’s surface and the speed of the aircraft platform relative to the working radiation source located on the earth's surface, at the time of formation of the pulses of the auxiliary radiation determine the coordinates of the direction vector of the axis and working radiation source in the coordinate system associated with the first given point And 1 determine the coordinates of the second difference vector between a previously defined directional vector of the axis of the working radiation source at time t 1 and the direction vector of the axis of the working radiation source whose coordinates are determined at the time of formation of the auxiliary radiation pulse
based on the obtained spatial coordinates of the second difference vector form a compensating angular shift proportional to the spatial coordinates of the second difference vector carry out the introduction of a compensating angular shift in the direction of propagation of the working radiation at the time of its arrival on the aircraft platform, carry out the guidance of the working radiation from the first given point of space A 1 to the second specified point of the expected location of the object with spatial coordinates by means of the first guidance unit located on the platform of the aircraft, while the summation of the vectors and their coordinates is carried out according to the rules of summing vector quantities, each vector is characterized by the angular coordinates of its axis relative to the main axis of the coordinate system used, centered at the first given point in space A 1 .
координаты полученного вектора разности принимают за координаты вектора ошибки наведения излучения на объект причем ось сформированного зондирующего излучения совпадает с направлением оси источника вспомогательного излучения.3. The method according to claim 1, characterized in that in order to control the accuracy of pointing the radiation at the object, probing radiation is generated by a second master oscillator located on the aircraft platform at time t z following the time t 1 of determining the axis coordinates a source of working radiation located on the earth’s surface directs probing radiation from point A 1 to a source of working radiation located on the earth’s surface, and after reflection it is probing of the radiation from the source of the working radiation, guidance of the probe radiation to the object from the first predetermined point A 1 is carried out by means of the first guidance unit located on the aircraft platform, the real coordinates of the object are determined at the time of arrival of the probe radiation to the object, the coordinates of the difference vector are determined between the point of the real position of the object with coordinates at the time of arrival of the probe radiation to the object and the point of the expected location of the object with coordinates
the coordinates of the resulting difference vector are taken as the coordinates of the vector errors pointing the radiation at the object moreover, the axis of the generated probing radiation coincides with the direction of the axis of the source of auxiliary radiation.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001116522A RU2191406C1 (en) | 2001-06-19 | 2001-06-19 | Technique delivering radiation to traveling object and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001116522A RU2191406C1 (en) | 2001-06-19 | 2001-06-19 | Technique delivering radiation to traveling object and device for its implementation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2191406C1 true RU2191406C1 (en) | 2002-10-20 |
Family
ID=20250802
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001116522A RU2191406C1 (en) | 2001-06-19 | 2001-06-19 | Technique delivering radiation to traveling object and device for its implementation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2191406C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005057122A1 (en) * | 2003-12-10 | 2005-06-23 | Zakrytoe Aktsionernoye Obschestvo 'stivt' | Automatic control method and system |
RU2566664C1 (en) * | 2014-04-08 | 2015-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория оптико-электронных приборов" (ООО "ЛОЭП") | Method for quantum cryptography using passive reflecting and redirecting elements located on spacecraft |
RU2630190C1 (en) * | 2016-03-01 | 2017-09-05 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Laser light omnidirectional receiver-transducer (2 versions) |
US12111420B2 (en) | 2020-07-29 | 2024-10-08 | Lg Innotek Co., Ltd. | Mirror with polarizing beam splitter for LIDAR system |
-
2001
- 2001-06-19 RU RU2001116522A patent/RU2191406C1/en active
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005057122A1 (en) * | 2003-12-10 | 2005-06-23 | Zakrytoe Aktsionernoye Obschestvo 'stivt' | Automatic control method and system |
RU2566664C1 (en) * | 2014-04-08 | 2015-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория оптико-электронных приборов" (ООО "ЛОЭП") | Method for quantum cryptography using passive reflecting and redirecting elements located on spacecraft |
RU2630190C1 (en) * | 2016-03-01 | 2017-09-05 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Laser light omnidirectional receiver-transducer (2 versions) |
US12111420B2 (en) | 2020-07-29 | 2024-10-08 | Lg Innotek Co., Ltd. | Mirror with polarizing beam splitter for LIDAR system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7940444B2 (en) | Method and apparatus for synchronous laser beam scanning | |
USRE40927E1 (en) | Optical detection system | |
US4515472A (en) | Agile receiver for a scanning laser radar | |
CN109001747B (en) | Non-blind area laser radar system | |
US4515471A (en) | Scanning laser radar | |
US4528525A (en) | Scanning laser for a scanning laser radar | |
US4042822A (en) | Laser radar device utilizing heterodyne detection | |
US8588617B2 (en) | Optical transceiver assembly with transmission-direction control | |
JP4096823B2 (en) | Laser equipment | |
JPH0814619B2 (en) | Optical image system | |
CN111830272A (en) | Object angular velocity measuring device based on rotary Doppler effect | |
JPH10123251A (en) | Non-image forming type tracking system | |
Sullivan | Infrared coherent radar | |
WO2004099849A1 (en) | Optical unit and system for steering a light beam | |
CN108923859A (en) | A kind of coherent tracking device and method based on electro-optical deflection | |
US4516743A (en) | Scanning beam beamrider missile guidance system | |
RU2191406C1 (en) | Technique delivering radiation to traveling object and device for its implementation | |
CN113340419B (en) | Laser divergence angle detection system and method | |
US6118471A (en) | Beam diameter control method and device | |
US5107369A (en) | Wide field multi-mode telescope | |
Schilling et al. | A method to blot out scattered light effects and its application to a gravitational wave detector | |
JPH08178749A (en) | Backscattering measuring device of light suitable for use inmachine | |
CN212301594U (en) | Object angular velocity measuring device based on rotary Doppler effect | |
US3994600A (en) | Solid state star scanner | |
US4465372A (en) | Turbulence measurement interferometer apparatus |