RU2352903C1 - Method of laser probing of remote object - Google Patents
Method of laser probing of remote object Download PDFInfo
- Publication number
- RU2352903C1 RU2352903C1 RU2007122010/28A RU2007122010A RU2352903C1 RU 2352903 C1 RU2352903 C1 RU 2352903C1 RU 2007122010/28 A RU2007122010/28 A RU 2007122010/28A RU 2007122010 A RU2007122010 A RU 2007122010A RU 2352903 C1 RU2352903 C1 RU 2352903C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- moment
- time
- sending
- time interval
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерной дальнометрии.The invention relates to laser technology, namely to laser ranging.
Известны способы лазерного зондирования удаленных объектов для получения информации об их дальности и других характеристиках. Известен способ лазерного зондирования удаленного объекта, включающий посылку на объект лазерного импульса, регистрацию момента посылки Т1, прием отраженного удаленным объектом излучения, регистрацию момента приема Т2 и определение временного интервала Т=Т2-Т1, по которому судят о дальности до объекта [1]. Этот способ позволяет, в частности, определять высоту летательного аппарата над подстилающей поверхностью, а при достаточно высокой частоте зондирований - снимать профиль подстилающей поверхности. Данный способ реализуется, например, лазерным высотомером-дальномером ДЛ-1 с помощью полупроводникового импульсного лазера [2]. Указанный прибор предназначен для измерения расстояния до естественных объектов и определения профиля подстилающей поверхности с высокой точностью и разрешающей способностью. Однако низкая мощность полупроводникового лазера не позволяет обеспечить дальность действия более 1000 м.Known methods of laser sensing of remote objects to obtain information about their range and other characteristics. A known method of laser sensing of a remote object, including sending a laser pulse to the object, recording the moment of sending T1, receiving the radiation reflected by the remote object, registering the moment of receiving T2 and determining the time interval T = T2-T1 by which the distance to the object is judged [1]. This method allows, in particular, to determine the height of the aircraft above the underlying surface, and at a sufficiently high sounding frequency, to remove the profile of the underlying surface. This method is implemented, for example, by a laser altimeter-range finder DL-1 using a semiconductor pulsed laser [2]. The specified device is designed to measure the distance to natural objects and determine the profile of the underlying surface with high accuracy and resolution. However, the low power of the semiconductor laser does not allow a range of more than 1000 m.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ лазерного зондирования удаленного объекта, включающий посылку на объект лазерного импульса с помощью лазера в режиме модулированной добротности, регистрацию момента посылки Т1, прием отраженного удаленным объектом излучения, регистрацию момента приема Т2 и определение временного интервала Т=Т2-Т1, по которому судят о дальности до объекта [3]. Дальность лазерного зондирования при этом может достигать 20000 м и более.The closest in technical essence to the proposed method is a method of laser sensing of a distant object, including sending a laser pulse to the object using a laser in a Q-switched mode, recording the moment of sending T1, receiving the radiation reflected by the remote object, registering the moment of receiving T2 and determining the time interval T = T2-T1, by which they judge the range to the object [3]. The range of laser sensing in this case can reach 20,000 m or more.
Недостатком указанного способа является его практическая непригодность для регистрации формы отраженного объектом сигнала, которая может нести важную информацию о протяженности объекта вдоль трассы зондирования (так, при съемке профиля подстилающей поверхности форма отраженного сигнала характеризует высоту растительности). Этот недостаток вызывается двумя причинами. Первая из них - необходимость регистрации структуры принимаемого сигнала практически на протяжении всей трассы зондирования от прибора до зондируемого объекта или, в лучшем случае, на ограниченном отрезке трассы, на котором по априорным данным находится объект. Эта величина может достигать нескольких десятков и сотен метров, что требует большого объема памяти при регистрации сигнала. Вторая причина - необходимость осуществлять одновременное измерение дальности и регистрации формы сигнала. В этом случае электрические наводки, неизбежные в процессе измерения дальности, искажают принимаемый сигнал и не позволяют регистрировать его форму с достаточной точностью.The disadvantage of this method is its practical unsuitability for recording the shape of the signal reflected by the object, which can carry important information about the length of the object along the sensing path (for example, when taking a profile of the underlying surface, the shape of the reflected signal characterizes the height of the vegetation). This disadvantage is caused by two reasons. The first of them is the need to register the structure of the received signal practically throughout the entire sensing path from the instrument to the sensed object or, at best, on a limited segment of the path on which the object is located according to a priori data. This value can reach several tens and hundreds of meters, which requires a large amount of memory when registering a signal. The second reason is the need to simultaneously measure the range and record the waveform. In this case, electrical interference, inevitable in the process of measuring range, distort the received signal and do not allow recording its shape with sufficient accuracy.
Задачей изобретения является одновременное определение с максимальной точностью пространственной структуры зондируемого объекта и дальности до него при минимальном объеме аппаратуры.The objective of the invention is the simultaneous determination with maximum accuracy of the spatial structure of the probed object and the distance to it with a minimum amount of equipment.
Указанная задача решается за счет того, что в известном способе лазерного зондирования удаленного объекта, включающем посылку на объект лазерного импульса с помощью лазера в режиме модулированной добротности, регистрацию момента посылки Т1, прием отраженного удаленным объектом излучения, регистрацию момента приема Т2 и определение временного интервала Т=Т2-Т1, по которому судят о дальности до объекта, после момента Т2 посылают на объект второй лазерный импульс, регистрируют момент его посылки Т3, формируют временной интервал Т'=Т-ΔТ и, начиная с момента времени Т4=Т3+Т', регистрируют форму принимаемого сигнала в течение времени ts=2r/c+ΔТ, где r - максимально возможная протяженность объекта вдоль трассы зондирования; с - скорость света; ΔТ=2Δr/с; Δr - протяженность отрезка трассы перед объектом, подлежащая анализу.This problem is solved due to the fact that in the known method of laser sensing of a distant object, which includes sending a laser pulse to the object using a laser in a modulated Q-factor, recording the moment of sending T1, receiving the radiation reflected by the remote object, registering the moment of receiving T2 and determining the time interval T = T2-T1, by which the distance to the object is judged, after the moment T2, a second laser pulse is sent to the object, the moment of its sending T3 is recorded, the time interval T '= T-ΔT is formed and, begin from time T4 = T3 + T ', the shape of the received signal is recorded over time t s = 2r / c + ΔТ, where r is the maximum possible length of the object along the sensing path; c is the speed of light; ΔT = 2Δr / s; Δr is the length of the segment of the track in front of the object to be analyzed.
Для регистрации формы принимаемого сигнала в течение времени ts можно регистрировать выборочные значения принимаемого сигнала с периодом выборки δt<2δr/с, где δr - минимально разрешаемый элемент зондируемого объекта.To register the shape of the received signal over time t s, it is possible to register sample values of the received signal with a sampling period of δt <2δr / s, where δr is the minimum resolvable element of the probed object.
Для формирования первого и второго лазерных зондирующих импульсов можно подавать на лазер избыточную энергию накачки, обеспечивающую возможность излучения двух лазерных импульсов за один цикл накачки, и включать добротность дважды в течение одного цикла накачки с интервалом Тизл=Т3-Т1.To form the first and second laser probe pulses, it is possible to apply excess pump energy to the laser, which makes it possible to emit two laser pulses in one pump cycle, and switch the Q factor twice during one pump cycle with the interval T rad = T3-T1.
При использовании лазера с пассивной модуляцией добротности накачку производят с такой интенсивностью, чтобы после самопроизвольного излучения первого лазерного импульса дальнейшая активизация лазера, достаточная для его повторного срабатывания, продолжалась не менее времени Тизл=2Rмакс/2, где Rмакс - верхнее значение диапазона измеряемых дальностей.When using a laser with passive Q-switching, the pumping is carried out with such intensity that, after spontaneous emission of the first laser pulse, further laser activation, sufficient for its repeated operation, lasts at least time T rad = 2R max / 2, where R max is the upper value of the range of measured ranges.
На чертеже представлена временная диаграмма процесса зондирования.The drawing shows a timing diagram of the sensing process.
В направлении объекта посылают первый лазерный зондирующий импульс 1, принимают первый отраженный объектом импульс 2, затем посылают второй зондирующий импульс 3 и принимают второй отраженный импульс 4. При превышении первым 1 и вторым 3 зондирующими импульсами порога 5 формируют соответственно первый 6 и второй 7 стартовые сигналы. При превышении первым отраженным импульсом 2 порога 8 формируют стоповый импульс 9. Регистрируют моменты формирования первого и второго стартовых сигналов Т1 и Т3 и момент формирования первого стопового сигнала Т2. Определяют интервал времени Т между моментами Т1 и Т2. Затем, начиная с момента Т3, формируют временной интервал Т' и по его окончании в момент времени Т4 регистрируют отрезок 10 реализации принятого сигнала длительностью ts. Например, при определении структуры нижней границы облаков глубина подлежащей регистрации облачной структуры r=50 м, а протяженность подоблачного слоя, влияющего на результаты анализа, Δr=20 м. Тогда ΔТ=2Δr/с=133 нс, а величина исследуемого интервала ts=2r/c+ΔТ=467 нс.In the direction of the object, the first
Сигнал на временном отрезке ts можно представить последовательностью выборок с аналого-цифровым преобразованием каждой выборки. Например, при дискретности 10 нс для приведенного примера с величиной ts=467 нс объем полученного массива данных составляет 47 выборок.The signal at the time interval t s can be represented by a sequence of samples with analog-to-digital conversion of each sample. For example, with a resolution of 10 ns for the given example with t s = 467 ns, the volume of the obtained data array is 47 samples.
При реализации способа с помощью твердотельного импульсного лазера с модулированной добротностью возможно излучение двух зондирующих импульсов за один цикл накачки лазера. Для этого подают на лазерный излучатель энергию накачки, достаточную для излучения двух лазерных импульсов за один цикл накачки, и дважды включают добротность с интервалом Тизл=Т3-Т1. При использовании управляемых затворов (например, электрооптического затвора) управляющий сигнал на открывание затвора подают дважды с интервалом Tизл.When implementing the method using a solid-state pulsed Q-switched laser, two probing pulses can be emitted in one laser pump cycle. To do this, pump energy sufficient to emit two laser pulses per pump cycle is supplied to the laser emitter, and the Q factor is switched on twice with the interval T rad = T3-T1. When using the controlled valves (e.g., electro-optic shutter) a control signal for opening a gate is supplied twice at an interval T rad.
Возможно также излучение двух зондирующих импульсов за один цикл накачки при использовании лазера с фототропным затвором. Для этого накачку производят с такой интенсивностью, чтобы после самопроизвольного излучения первого лазерного импульса дальнейшая активизация лазера, достаточная для его повторного срабатывания, продолжалась не менее времени Тизл=2Rмакс/с, где Rмакс - верхнее значение диапазона измеряемых дальностей, а с - скорость света.It is also possible that two probe pulses are emitted in a single pump cycle using a laser with a phototropic shutter. To do this, the pumping is carried out with such intensity that, after spontaneous emission of the first laser pulse, further activation of the laser, sufficient for its repeated operation, lasts at least time T rad = 2R max / s, where R max is the upper value of the range of measured ranges, and with - speed of light.
Данный способ позволяет максимально сократить длительность регистрируемой реализации принимаемого сигнала за счет синхронизации начала процесса регистрации с началом сигнала. Способ позволяет также начинать регистрацию сигнала с некоторым опережением ΔТ, необходимым, если представляет интерес характер возникновения и нарастания сигнала. Поскольку при повторном зондировании пороговая обработка принимаемого сигнала может не проводиться, процесс регистрации сигнала не сопровождается помехами, возникающими при пороговой обработке и формировании стопового импульса. Это повышает качество регистрации сигнала. Благодаря минимизации интервала дискретизации и точной его привязке к регистрируемому сигналу предельно упрощается регистрирующая аппаратура и необходимый объем памяти.This method allows you to minimize the duration of the recorded implementation of the received signal due to synchronization of the beginning of the registration process with the beginning of the signal. The method also allows you to start recording the signal with a certain advance ΔТ, necessary if the nature of the occurrence and increase of the signal is of interest. Since during repeated sensing the threshold processing of the received signal may not be carried out, the signal registration process is not accompanied by interference that occurs during threshold processing and the formation of a stop pulse. This improves the quality of signal recording. Due to the minimization of the sampling interval and its exact binding to the registered signal, the recording equipment and the required memory size are extremely simplified.
Использование для зондирования импульсного лазера с модулированной добротностью позволяет предельно сократить интервал между первым и вторым зондированиями, что повышает достоверность регистрации данных. Так при зондировании лесного массива с летательного аппарата при максимальной высоте полета Rмакс=3000 м интервал между излучениями может составлять Тизл=20 мкс. При скорости летательного аппарата 200 км/ч за это время он переместится на 1 мм, то есть результаты измерения дальности до объекта и регистрации его профиля получаются практически из одной точки. При одноимпульсном зондировании это было бы невозможно.The use of a Q-switched pulsed laser for probing makes it possible to extremely shorten the interval between the first and second soundings, which increases the reliability of data recording. So when probing a forest from an aircraft at a maximum flight height of R max = 3000 m, the interval between emissions can be T rad = 20 μs. At an aircraft speed of 200 km / h during this time, it will move by 1 mm, that is, the results of measuring the distance to the object and recording its profile are obtained from almost one point. With single-pulse sounding, this would be impossible.
Предлагаемый способ лазерного зондирования удаленного объекта обеспечивает одновременное определение пространственной структуры зондируемого объекта и дальности до него при минимальном объеме аппаратуры и максимальной точности.The proposed method of laser sensing of a remote object provides a simultaneous determination of the spatial structure of the probed object and its distance with a minimum amount of equipment and maximum accuracy.
Источники информацииInformation sources
1. В.А. Смирнов «Введение в оптическую радиоэлектронику». Изд. «Советское радио», М., 1973 г., с.189.1. V.A. Smirnov "Introduction to Optical Electronics". Ed. "Soviet Radio", M., 1973, p. 189.
2. "Техномир" №1 (31), 2009 г., с.48.2. "Technomir" No. 1 (31), 2009, p. 48.
3. В.А. Волохатюк, В.М. Кочетков, P.P. Красовский "Вопросы оптической локации" Изд. "Советское радио", М., 1971 г., с.177, 196 - прототип.3. V.A. Volokhatyuk, V.M. Kochetkov, P.P. Krasovsky "Issues of optical location" Ed. "Soviet Radio", M., 1971, p. 177, 196 - prototype.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007122010/28A RU2352903C1 (en) | 2007-06-15 | 2007-06-15 | Method of laser probing of remote object |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007122010/28A RU2352903C1 (en) | 2007-06-15 | 2007-06-15 | Method of laser probing of remote object |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007122010A RU2007122010A (en) | 2008-12-20 |
RU2352903C1 true RU2352903C1 (en) | 2009-04-20 |
Family
ID=41017869
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007122010/28A RU2352903C1 (en) | 2007-06-15 | 2007-06-15 | Method of laser probing of remote object |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2352903C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2469269C2 (en) * | 2011-01-18 | 2012-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Range-finding method |
RU2562150C1 (en) * | 2014-06-09 | 2015-09-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Aircraft altitude and vertical speed measurement device |
-
2007
- 2007-06-15 RU RU2007122010/28A patent/RU2352903C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2469269C2 (en) * | 2011-01-18 | 2012-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Range-finding method |
RU2562150C1 (en) * | 2014-06-09 | 2015-09-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Aircraft altitude and vertical speed measurement device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2007122010A (en) | 2008-12-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8207484B1 (en) | Streak image sensor and method of operating | |
CN101034155B (en) | Flight time measurement apparatus and method for increasing measurement rate | |
US7471376B2 (en) | Method and system for fast calibration of three-dimensional (3D) sensors | |
US20080192228A1 (en) | High-speed laser ranging system including a fiber laser | |
CN109597052A (en) | Laser radar echo data extraction method and extraction element | |
CN109597057A (en) | A kind of return laser beam distance measuring method and range unit | |
RU2014109546A (en) | METHOD FOR DETERMINING THE TANK FILLING LEVEL | |
US10514447B2 (en) | Method for propagation time calibration of a LIDAR sensor | |
RU2352903C1 (en) | Method of laser probing of remote object | |
CN210129035U (en) | Laser radar echo data extraction device | |
RU2518009C1 (en) | Correlation method of improving velocity and range resolution for pulsed doppler systems with intrapulse coherent processing | |
RU2455615C1 (en) | Method for non-coherent accumulation of optical location signals | |
US3973258A (en) | Transient event data acquisition apparatus for use with radar systems and the like | |
RU2560011C1 (en) | Laser range finder | |
RU2408032C2 (en) | Method of probing space monitored by radar unit with phased antenna array | |
CN111273309B (en) | Method for obtaining target distance | |
RU2390724C2 (en) | Method for light-range finding | |
RU2554601C1 (en) | Inclined range measurement method and device for its implementation | |
RU2361237C2 (en) | Method of photo-location measurement of height of cloud layers and device to this end | |
Krichel et al. | Long-range depth imaging using time-correlated single-photon counting | |
JP2000056014A (en) | Missile measuring/evaluating device | |
RU2563608C1 (en) | Remote object distance and speed evaluation method | |
RU2451904C1 (en) | Range-finding method | |
RU2469269C2 (en) | Range-finding method | |
RU2477833C2 (en) | Method for defining speed of ammunition approaching target |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100616 |