RU2422853C1 - Instrument for statistical analysis of power distribution in glare re-reflections of continuous laser radar radiation from sea surface - Google Patents

Instrument for statistical analysis of power distribution in glare re-reflections of continuous laser radar radiation from sea surface Download PDF

Info

Publication number
RU2422853C1
RU2422853C1 RU2010103242/28A RU2010103242A RU2422853C1 RU 2422853 C1 RU2422853 C1 RU 2422853C1 RU 2010103242/28 A RU2010103242/28 A RU 2010103242/28A RU 2010103242 A RU2010103242 A RU 2010103242A RU 2422853 C1 RU2422853 C1 RU 2422853C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
reflections
sea surface
outputs
glare
binary counter
Prior art date
Application number
RU2010103242/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Фёдорович Меньших (RU)
Олег Фёдорович Меньших
Original Assignee
Олег Фёдорович Меньших
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Олег Фёдорович Меньших filed Critical Олег Фёдорович Меньших
Priority to RU2010103242/28A priority Critical patent/RU2422853C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2422853C1 publication Critical patent/RU2422853C1/en

Links

Abstract

FIELD: physics. ^ SUBSTANCE: proposed instrument comprises single-frequency CO2-continuous laser, matrix photo receiver, transceiver lens and laser beam drive. Matrix photo receiver is built around "cadmium-mercury-tellurium" elements cooled by liquid nitrogen. Transceiver lens generated CO2-continuous laser radiation, receives glare re-reflections and record them in matrix photo receiver. Matrix photo receiver elements are connected via low-noise amplifiers with integrators. Outputs of the latter are connected with analogue memory devices. Cloak pulse generator is connected in series with binary counter with digit outputs connected with analogue decoder. Decoder data inputs are connected with analogue memory outputs. Binary counter overflow signal output is connected to reset device of all integrators and analogue memories. Output of analogue decoder is connected via serial receiving bus with ADC. ADC code output, digit outputs and those of binary counter overflow signal are connected to personal computer with monitor to memorise and display images of glare re-reflections. ^ EFFECT: provision of important data on glare signal power and statistics of distribution of illuminated sea surface. ^ 1 dwg

Description

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в лазерной локации низколетящих ракет морского базирования, например, типа «Гарпун», использованных Аргентиной против корабля Великобритании в военном конфликте в 80-х годах прошлого столетия из-за выяснения принадлежности Мальвинских (Фолклендских) островов в акватории южной Америки, а также в результате предполагаемого использования против российских кораблей в Грузино-Абхазском военном противостоянии на Черном море в августе 2008 года.The invention relates to the field of instrumentation and can be used in the laser location of low-flying sea-based missiles, for example, the Harpoon type, used by Argentina against a British ship in a military conflict in the 80s of the last century due to the identification of the Malvinas (Falkland) Islands in waters of South America, as well as the result of the alleged use against Russian ships in the Georgian-Abkhaz military confrontation in the Black Sea in August 2008.

Низколетящие над уровнем моря ракеты представляют грозное оружие, поскольку средствами радиолокации их обнаружение и автосопровождение по угловым координатам значительно осложнено в связи с весьма малой их эффективной поверхностью рассеяния. Средствами лазерной доплеровской локации эта задача в принципе разрешима, но требует применения одночастотных лазеров непрерывного действия, например СО2-лазеров, повышенной мощности излучения (порядка 1 кВт и более) с достаточной шириной доплеровского контура и высокой кратковременной стабильностью частоты, что практически достаточно сложно выполнимо [1-4]. Такие локаторы используют каналы обработки принимаемых сигналов на основе дисперсионных линий задержки в качестве оптимальных фильтров, что существенно повышает энергетическое отношение сигнал/шум [5-14].Missiles flying low above sea level are a formidable weapon, because their radar detection and auto tracking along angular coordinates is significantly complicated due to their very small effective scattering surface. By means of laser Doppler location, this problem is basically solvable, but requires the use of single-frequency continuous-wave lasers, for example, CO 2 lasers, increased radiation power (of the order of 1 kW or more) with a sufficient width of the Doppler contour and high short-term frequency stability, which is practically quite difficult [1-4]. Such locators use channels for processing received signals based on dispersion delay lines as optimal filters, which significantly increases the energy signal-to-noise ratio [5-14].

Как известно, отношение сигнал/шум µ на входе оптимального фотоприемного устройства определяется выражением (S/N)ВХВХ=(2EC/GШ)1/2, где ЕС=PC τИ - энергия [Дж] принимаемого сигнала (оптического излучения на фотоприемнике), GШ - спектральная плотность шума, приведенная ко входу фотоприемника [Вт/Гц], PC и τИ - мощность [Вт] и длительность [сек] излучения на входе фотоприемника. При использовании оптимальной фильтрации принимаемых сигналов с помощью дисперсионных линий задержки (ДЛЗ) удается повысить отношение сигнал/шум на выходе фильтра µВЫХ в (В)1/2 раз, где В=ΔFЛЗ τЛЗ - база ДЛЗ, а ΔFЛЗ и τЛЗ - соответственно рабочая полоса пропускания и длительность импульсной характеристики ДЛЗ. Таким образом, вероятность правильного обнаружения рОБН сигналов при заданной вероятности ложных тревог рЛТ определяется из известного выражения:As is known, the signal-to-noise ratio µ at the input of the optimal photodetector is determined by the expression (S / N) ВХ = µ ВХ = (2E C / G Ш ) 1/2 , where Е С = P C τ И is the energy [J] of the received signal (optical radiation at the photodetector), G Ш - spectral noise density reduced to the input of the photodetector [W / Hz], P C and τ И - power [W] and duration [sec] of radiation at the photodetector input. Using optimal filtering of the received signals using dispersion delay lines (DLS), it is possible to increase the signal-to-noise ratio at the output of the filter μ OUT by (V) 1/2 times, where B = ΔF LZ τ LZ is the base of the DLZ, and ΔF LZ and τ LZ - respectively, the working bandwidth and the duration of the impulse response of the DLZ. Thus, the probability of the correct detection of p OBN signals at a given probability of false alarms p LT is determined from the well-known expression:

рОБН=Ф(µВЫХП), где Ф(х)=(1/2π)∫exp(-t2/2)dt - интеграл вероятностей. αП-1(1-рЛТ) - относительный уровень порогового ограничения сжатого в ДЛЗ сигнала, Ф(х)-l - обратный оператор от интеграла Ф(х). Следовательно, величина рОБН определяется энергией EC принимаемых сигналов на входе фотоприемника. OPL = F p (μ OUTn), where F (x) = (1 / 2π) ∫exp (-t 2/2) dt - integral probabilities. α П = Ф -1 (1-р ЛТ ) is the relative level of the threshold limit of the signal compressed in the DLS, Ф (х) -l is the inverse operator of the integral Ф (х). Therefore, the value of p OBN is determined by the energy E C of the received signals at the input of the photodetector.

Разрешение противоречий между увеличением энергетического потенциала локатора (предельной дальности обнаружения малоразмерной цели) и упрощением процедуры измерения основных характеристик лоцируемых объектов - их высоты полета, наклонной дальности и вектора скорости (включая и параметр радиальной скорости) достигается на основе использования способа локации, известного из патента РФ №2296350 (опубл. в бюлл. №9 от 27.03.2007) того же автора [15]. Известный способ основан на использовании сочетания доплеровского принципа локации с триангуляционным методом местоопределения цели. Последнее достигается за счет использования бликов отраженного от цели под разными углами излучения от морской поверхности, излучение от которых поступает к локатору под разными измеряемыми углами и с доплеровскими сдвигами частоты в функции углов отражения падающего на цель зондирующего излучения от поверхности цели. По измерению углов прихода излучения от бликов морской поверхности фоточувствительной приемной матрицей и по измеренным значениям доплеровских сдвигов частоты в многоканальном блоке оптимальной фильтрации на основе гетеродинных методов приема с применением многоканальных ДЛЗ удается методами статистического усреднения реконструировать текущее местоположение цели и ее вектор скорости.The resolution of the contradictions between the increase in the energy potential of the locator (the limiting detection range of a small target) and the simplification of the procedure for measuring the main characteristics of the located objects - their flight altitude, slant range and velocity vector (including the radial velocity parameter) is achieved using the location method known from the RF patent No. 2296350 (published in Bulletin No. 9 of 03/27/2007) by the same author [15]. The known method is based on the use of a combination of the Doppler principle of location with the triangulation method of target determination. The latter is achieved through the use of glare reflected from the target at different angles of radiation from the sea surface, the radiation from which comes to the locator at different measured angles and with Doppler frequency shifts as a function of the reflection angles of the incident radiation from the target surface of the target. By measuring the angles of arrival of radiation from the glare of the sea surface by a photosensitive receiving matrix and by measuring the values of Doppler frequency shifts in a multichannel optimal filtering unit based on heterodyne reception methods using multichannel DLS, it is possible to reconstruct the current target location and its velocity vector by statistical averaging methods.

В указанном способе локации, основанном на зондировании дифракционно ограниченного объекта, движущегося над поверхностью моря (океана), немодулированными излучениями одночастотного лазера непрерывного действия и многоканальной когерентной обработке принимаемых излучений матричным фотоприемным устройством с определением доплеровских сдвигов частоты в переотраженном излучении и последующей многоканальной параллельной согласованной фильтрацией выделенных радиосигналов, отличительными операциями являются следующие. Когерентному приему и обработке дополнительно и одновременно подвергают отраженные от нескольких бликов морской поверхности излучения, поступающие на фотоприемную матрицу с разных произвольно распределенных угловых направлений, определяют в соответствующих каналах, связанных с матричным фотоприемным устройством, доплеровские сдвиги частоты в принятых излучениях для переотраженных от бликов морской поверхности сигналов и соответствующие им угловые координаты на эти морские блики, вычисляют текущие координаты местоположения объекта и его истинную скорость, а также статистически усредняют полученные результаты вычислений всей совокупности совместных измерений указанных параметров. Таким образом, прием лазерных излучений фотоприемной матрицей осуществляют от бликовых переотражений от морской поверхности, на которую падает лазерное излучение, рассеянное низколетящей крылатой ракетой (или самолетом-невидимкой) при ее освещении зондирующим излучением локатора.In this location method, based on sensing a diffractively limited object moving above the surface of the sea (ocean), unmodulated emissions from a single-frequency continuous laser and multichannel coherent processing of received radiation by a matrix photodetector with the determination of Doppler frequency shifts in the reflected radiation and subsequent multichannel parallel matched filtering radio signals, distinctive operations are as follows. The coherent reception and processing is additionally and simultaneously subjected to radiation reflected from several glare of the sea surface, arriving at the photodetector array from different randomly distributed angular directions, and the Doppler frequency shifts in the received radiation for reflections reflected from the glare of the sea surface are determined in the corresponding channels associated with the photodetector array signals and the corresponding angular coordinates for these sea glare, calculate the current coordinates of the location of the object and that the true velocity, and the results are averaged statistically computing the totality of joint measurements of the above parameters. Thus, laser radiation is received by the photodetector array from flare reflections from the sea surface onto which the laser radiation scattered by a low-flying cruise missile (or invisible aircraft) is incident upon its illumination by the probe radiation of the locator.

Для практической реализации данного способа и соответствующих локационных устройств и их отдельных компонентов, предложенных автором [16-22], прежде всего, необходимо провести статистическое исследование бликовых переотражений лазерного излучения от морской поверхности, для чего ее следует облучить в некотором ограниченном пространстве и накопить информацию о распределении работающих на переотражение бликов и энергетику этих переотражений. Такие исследования необходимо провести в различных зонах морской поверхности и при различных волнениях морской поверхности - от штиля до бури. Кроме того, эти исследования необходимо проводить, имитируя движение крылатой ракеты над морской поверхностью путем перемещения освещающего пятна лазерного излучения со скоростью, соответствующей скорости движения крылатой ракеты.For the practical implementation of this method and the corresponding location devices and their individual components proposed by the author [16-22], first of all, it is necessary to conduct a statistical study of the flashing re-reflections of laser radiation from the sea surface, for which it should be irradiated in a limited space and accumulate information about the distribution of reflections working for the reflections and the energy of these reflections. Such studies must be carried out in various zones of the sea surface and with various unrests of the sea surface - from calm to storm. In addition, these studies must be carried out by simulating the movement of a cruise missile above the sea surface by moving the illuminating spot of laser radiation at a speed corresponding to the speed of movement of the cruise missile.

Ближайшие аналоги заявляемого технического решения автором не найдены.The closest analogues of the claimed technical solution by the author were not found.

Цель изобретения определяется самим его наименованием.The purpose of the invention is determined by its name.

Заявляемое техническое решение - прибор для статистического исследования распределения энергии бликовых переотражений лазерного излучения от морской поверхности - включает одночастотный СО2-лазер непрерывного действия и матричный фотоприемник на основе охлаждаемых жидким азотом элементов «кадмий-ртуть-теллур», а также приемо-передающий объектив, формирующий излучения СО2-лазера в форме освещающего морскую поверхность пятна, принимающий переотражения от морских бликов из зоны этого пятна и фокусирующий их на матричный фотоприемник, а также устройство перемещения освещающего лазерного пятна по морской поверхности, элементы матричного фотоприемника через малошумящие усилители связаны с интеграторами, выходы которых соединены с аналоговыми запоминающими устройствами, кроме того, прибор включает последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, двоичный счетчик, выходы разрядов которого подключены к аналоговому дешифратору, информационные входы которого связаны с выходами аналоговых запоминающих устройств, выход сигнала переполнения двоичного счетчика подключен к устройству сброса всех интеграторов и аналоговых запоминающих устройств, а выход аналогового дешифратора соединен по последовательной приемной шине с аналого-цифровым преобразователем, кодовый выход которого, а также выходы разрядов и сигнала переполнения двоичного счетчика подключены к персональному компьютеру (спецпроцессору) с монитором для запоминания и отображения на экране монитора картины бликовых переотражений с покадровым табличным указанием распределения энергии соответствующих бликовых переотражений лазерного излучения в рассматриваемой зоне морской поверхности.The claimed technical solution is a device for a statistical study of the energy distribution of glare of reflections of laser radiation from the sea surface - includes a single-frequency continuous-wave CO 2 laser and an array photodetector based on cadmium-mercury-tellurium elements cooled by liquid nitrogen, as well as a transceiver lens, forming CO 2 laser radiation in the form of spots illuminating the sea surface, sea of multipath receiving reflections of this spot area and focusing them on the photodetector arrays k, as well as a device for moving the illuminating laser spot along the sea surface, the elements of the photodetector matrix through low-noise amplifiers are connected to integrators, the outputs of which are connected to analog storage devices, in addition, the device includes a series-connected clock pulse generator, a binary counter, the discharge outputs of which are connected to analog decoder, the information inputs of which are connected to the outputs of analog storage devices, the output of the signal overflow binary counter it is connected to the reset device of all integrators and analog storage devices, and the output of the analog decoder is connected via a serial receiving bus to an analog-to-digital converter, the code output of which, as well as the outputs of the bits and the overflow signal of the binary counter, are connected to a personal computer (special processor) with a monitor for storing and displaying on the monitor screen patterns of glare reflections with a frame-by-frame tabular indication of the energy distribution of the corresponding glare reflections grain radiation in the considered area of the sea surface.

Устройство понятно из прилагаемого чертежа и содержит следующие узлы и блоки.The device is clear from the attached drawing and contains the following nodes and blocks.

1. Одночастотный СО2-лазер непрерывного действия;1. A single-frequency CO 2 laser of continuous action;

2. Матричный фотоприемник (на элементах «кадмий-ртуть-теллур»);2. Matrix photodetector (on the elements "cadmium-mercury-tellurium");

3. Приемо-передающий объектив;3. Transceiver lens;

4. Отражатель гомодинного канала фотосмешения;4. Reflector homodyne channel mixing;

5. Полупрозрачный отражатель (с малым пропусканием);5. Translucent reflector (low transmittance);

6. Устройство перемещения освещающего морскую поверхность пятна;6. A moving device illuminating the sea surface spots;

7. Многоканальный блок малошумящих усилителей;7. Multichannel block of low noise amplifiers;

8. Многоканальный блок интеграторов;8. Multichannel unit of integrators;

9. Многоканальный блок аналоговых запоминающих устройств;9. Multichannel block of analog storage devices;

10. Генератор тактовых импульсов;10. The clock generator;

11. Двоичный счетчик;11. Binary counter;

12. Аналоговый дешифратор;12. Analog decoder;

13. Устройство сброса (информационных сигналов в блоках интеграторов 8 и аналоговых запоминающих устройств 9);13. The reset device (information signals in the blocks of integrators 8 and analog storage devices 9);

14. Аналого-цифровой преобразователь;14. An analog-to-digital converter;

15. Персональный компьютер (спецпроцессор);15. Personal computer (special processor);

16. Монитор (отображения информации);16. Monitor (information display);

17. Освещаемая лазерным излучением зона морской поверхности - пятно (обведено пунктирной кривой).17. The area of the sea surface illuminated by laser radiation is a spot (circled by a dashed curve).

Рассмотрим действие заявляемого устройства.Consider the action of the claimed device.

Излучение одночастотного СО2-лазера непрерывного действия 1 через фокусирующий приемо-передающий объектив 3 направляют с помощью устройства перемещения освещающего морскую поверхность пятна 6 в интересующую зону морской поверхности 17, которое переотражается бликами последней обратно на приемо-передающий объектив 3 и воздействует фокусированием на соответствующие элементы матричного фотоприемника 2, содержащего m n элементов из тройного соединения «кадмий-ртуть-теллур», охлаждаемого жидким азотом. Эти элементы обладают наилучшей пороговой чувствительностью к излучению с длиной волны λ=10,6 мкм (порядка 2·10-20 Вт/Гц в режиме гомодинного (или гетеродинного, как в доплеровских локаторах) приема. Последний обеспечивается с помощью облучения матричного фотоприемника лазерным излучением с помощью полупрозрачного отражателя 5 с малым пропусканием и формирующего отражателя 4 с требуемой кривизной отражающей поверхности. Матричный фотоприемник 2 имеет m строк и n столбцов - всего m n элементов, каждый из которых имеет размер, соизмеримый с угловым разрешением используемого приемо-передающего объектива 3. С помощью m n элементов матрицы фотоприемник «видит» пятно освещенной зоны морской поверхности. В пределах этого пятна с учетом динамики волнения морской поверхности и скорости перемещения освещающего пятна на ней возникают хаотически следующие во времени и по пространству освещенной поверхности моря бликовые переотражения, каждое из которых имеет на элементах Sjk фотоприемника определенные значения мощности PC(Sjk) и времени существования τИ(Sjk), где индексы j и k указывают положение данного элемента в матрице (j=1, 2, 3, …m и k=1, 2, 3, …n). Каждый из элементов матричного фотоприемника обладает определенной величиной вольт-ваттной характеристики и преобразует поглощенную им мощность оптического сигнала PC(Sjk) в значение соответствующего ей напряжения ujk(t), которое является функцией времени. Это напряжение затем усиливается в малошумящем усилителе jk-го канала многоканального блока малошумящих усилителей 7 до величины U(t)jk=Кujk(t), где К - коэффициент усиления. Усиленные сигналы затем воздействуют на интеграторы в составе многоканального блока интеграторов 8, что позволяет оценить ЭНЕРГИЮ лазерного переотражения, воздействующего на Sjk элемент матричного фотоприемника, согласно формуле:The radiation of a single-frequency continuous-wave CO 2 laser 1 through a focusing transceiver lens 3 is directed using a moving device illuminating the sea surface of the spot 6 into the zone of interest of the sea surface 17, which is reflected by the glare of the latter back to the transceiver lens 3 and focuses on the corresponding elements array photodetector 2, containing mn elements from the ternary compound "cadmium-mercury-tellurium", cooled with liquid nitrogen. These elements have the best threshold sensitivity to radiation with a wavelength of λ = 10.6 μm (of the order of 2 · 10 -20 W / Hz in the mode of homodyne (or heterodyne, as in Doppler locators) reception. The latter is provided by irradiating the matrix photodetector with laser radiation using a translucent reflector 5 with low transmittance and a forming reflector 4 with the required curvature of the reflecting surface.The matrix photodetector 2 has m rows and n columns - total mn elements, each of which has a size commensurate with angles m with the resolution of the used transceiver lens 3. Using mn elements of the matrix, the photodetector “sees” the spot of the illuminated zone of the sea surface. Within this spot, taking into account the dynamics of the sea surface and the speed of movement of the illuminating spot, randomly following on time and in space of the illuminated spot appear on it sea surface specular reflections, each of which has on the photodetector elements S jk certain power value P C (S jk) and the lifetime τ and (S jk), where the indices j and k indicate by dix this element in the matrix (j = 1, 2, 3, ... m and k = 1, 2, 3, ... n). Each of the elements of the matrix photodetector has a certain value of the volt-watt characteristic and converts the absorbed power of the optical signal P C (S jk ) into the value of the corresponding voltage u jk (t), which is a function of time. This voltage is then amplified in the low-noise amplifier of the jk-th channel of the multi-channel block of low-noise amplifiers 7 to the value U (t) jk = Кu jk (t), where К is the gain. The amplified signals are then acted upon by integrators as part of a multi-channel unit of integrators 8, which makes it possible to estimate the ENERGY of laser reflection, acting on the S jk element of the matrix photodetector, according to the formula:

Figure 00000001
где α - вольт-ваттная чувствительность элемента [В/Вт], τ - постоянная интегрирования [сек]. Напряжение UИ(jk) на выходе интегратора, однозначно определяющее энергию EC(jk), задается в виде:
Figure 00000001
where α is the volt-watt sensitivity of the element [V / W], τ is the integration constant [sec]. The voltage U AND (jk) at the output of the integrator, which uniquely determines the energy E C (jk), is set in the form:

Figure 00000002
Figure 00000002

Напряжения с выходов jk-интеграторов запоминается в соответствующих аналоговых ячейках памяти многоканального блока аналоговых запоминающих устройств 9 в пределах временного цикла Т накопления информации по всем работающим элементам матричного фотоприемника 2. Длительность этого цикла Т=mn/F, где F - частота следования тактовых импульсов, вырабатываемых в генераторе тактовых импульсов 10. Тактовые импульсы поступают на двоичный счетчик 11, имеющий r=log2(mn) двоичных разрядов (причем r - целое число). Например, если m=n=128, то r=14 двоичных разрядов. Двоичный счетчик 11 задает адреса элементов матричного фотоприемника 2, а также и адреса аналоговых запоминающих устройств в многоканальном блоке 9. Двоичный адресный код с выхода двоичного счетчика 11 поступает на адресный вход аналогового дешифратора 12, информационные входы которого подключены к выходам аналоговых запоминающих устройств многоканального блока 9. При этом на выходе аналогового дешифратора 12 возникает последовательность аналоговых сигналов со всех m n элементов матрицы с тактовой частотой F, и опрос в цикле продолжается на отрезке времени Т. По окончании цикла сигналом с выхода сброса двоичного счетчика 11 осуществляется сброс информации со всех интеграторов и аналоговых запоминающих устройств многоканальных блоков 8 и 9 с помощью устройства сброса 13. Сигналы с выхода аналогового дешифратора подаются на вход быстродействующего аналого-цифрового преобразователя 14, так что для каждого адреса, задаваемого кодом с выхода двоичного счетчика 11, соотносится кодовый информационный сигнал, эквивалентный энергии EC(jk) для соответствующих элементов Sjk матричного фотоприемника 2. Адресные и информационные кодовые последовательности затем поступают на входы персонального компьютера (спецпроцессора) 15 вместе с сигналом сброса для синхронизации циклов измерения. Полученная информация обрабатывается по соответствующей программе и может быть отображена для любого из принятых в память персонального компьютера 15 циклов на мониторе 16 как в форме таблиц, так и в форме изображения распределения бликов на морской поверхности с отображением энергии от этих бликов (например, по яркости бликов). На персональный компьютер подается информация об угле места β визирования освещающего пятна на морской поверхности, а также в персональном компьютере вырабатывается сигнал управления устройством перемещения освещающего морскую поверхность пятна 6, то есть скоростью изменения угла места dβ/dt при заданной высоте h расположения прибора над уровнем моря для имитации движения крылатой ракеты. Так, при наклонной дальности до центра освещающего морскую поверхность пятна D>>h (что всегда выполняется) имеем соотношение для угла β в виде sin β=h/D (угол β отсчитывается от горизонтальной плоскости). Если полагать случай, когда ракета движется в направлении к локатору со скоростью V, то текущее значение дальности во времени будет выражаться формулой D(t)=D-V t. Тогда получим sinβ(t)=h/(D-Vt), откуда β(t)=arcsin[h/(D-Vt)].The voltages from the outputs of jk-integrators are stored in the corresponding analog memory cells of the multichannel block of analog memory devices 9 within the time cycle T of accumulating information on all working elements of the matrix photodetector 2. The duration of this cycle is T = mn / F, where F is the pulse repetition rate, generated in the clock generator 10. Clock pulses are fed to the binary counter 11, which has r = log 2 (mn) binary bits (and r is an integer). For example, if m = n = 128, then r = 14 bits. The binary counter 11 sets the addresses of the elements of the matrix photodetector 2, as well as the addresses of the analog memory devices in the multi-channel block 9. The binary address code from the output of the binary counter 11 is fed to the address input of the analog decoder 12, the information inputs of which are connected to the outputs of the analog memory devices of the multi-channel block 9 . At the same time, at the output of the analog decoder 12, a sequence of analog signals arises from all mn elements of the matrix with a clock frequency F, and the interrogation in the cycle continues time interval T. At the end of the cycle, the signal from the reset output of the binary counter 11 resets information from all integrators and analog storage devices of multi-channel blocks 8 and 9 using the reset device 13. The signals from the output of the analog decoder are fed to the input of a high-speed analog-to-digital converter 14, so for each address specified by the code from the output of the binary counter 11, there corresponds a code information signal equivalent to the energy E C (jk) for the corresponding elements S jk of the matrix receiver 2. Address and information code sequences are then fed to the inputs of a personal computer (special processor) 15 together with a reset signal to synchronize measurement cycles. The information obtained is processed according to the appropriate program and can be displayed for any of the cycles received in the memory of the personal computer 15 on the monitor 16 both in the form of tables and in the form of images of the distribution of glare on the sea surface with the display of energy from these glare (for example, by the brightness of glare ) Information on the elevation angle β of the illumination spot spot on the sea surface is fed to the personal computer, and a control signal for the device for moving the spot light illuminating the sea surface 6 is generated in the personal computer, that is, the rate of change of elevation angle dβ / dt at a given height h of the location of the device above sea level to simulate the movement of a cruise missile. So, with an inclined range to the center of the spot illuminating the sea surface D >> h (which is always true), we have the relation for angle β in the form sin β = h / D (angle β is counted from the horizontal plane). If we assume the case when the rocket moves toward the locator with a speed V, then the current value of the range in time will be expressed by the formula D (t) = DV t. Then we obtain sinβ (t) = h / (D-Vt), whence β (t) = arcsin [h / (D-Vt)].

Размер H(t) поперечного сечения освещаемой лазерным излучением зоны (поперечного сечения пятна) определяется числом n строчных элементов матричного фотоприемника 2, предельной разрешающей способностью приемо-передающего объектива - радиусом диска Эйри rЭ=1,22λf/dOB, где dОБ и f - соответственно диаметр и фокусное расстояние приемо-передающего объектива 3. При этом размер Н(t)=2nrЭD(t)/f, и имеется в виду, что радиус элемента матрицы фотоприемника соизмерим с радиусом диска Эйри rЭ.The size H (t) of the cross-section of the area illuminated by the laser radiation (the cross-section of the spot) is determined by the number n of lowercase elements of the photodetector array 2, the maximum resolution of the transceiver lens is the radius of the Airy disk r E = 1.22λf / d OB , where d OB and f is the diameter and focal length of the transceiver lens 3, respectively. Moreover, the size is H (t) = 2nr E D (t) / f, and it is understood that the radius of the photodetector array element is comparable with the radius of the Airy disk r E.

С помощью заявляемого прибора можно провести статистический анализ переотражений лазерного излучения от морских бликов как для статической задачи (при V=0), так и динамической (при V≠0), то есть получить важную информацию для обоснования предложенного автором принципиально нового способа локации низколетящих крылатых ракет морского базирования.Using the inventive device, it is possible to carry out a statistical analysis of reflections of laser radiation from sea glare for both the static problem (at V = 0) and the dynamic (at V ≠ 0), that is, obtain important information to substantiate a fundamentally new way of locating low-flying winged animals proposed by the author sea-based missiles.

Частоту следования тактовых импульсов F в генераторе тактовых импульсов 10 можно настраивать в зависимости от получаемых результатов статистического исследования и скорости перемещения по морской поверхности освещающего пятна. Одним из вариантов выбора частоты F является согласование продольного размера L(t) с длительностью цикла Т=m n/F, числом m столбцовых элементов матричного фотоприемника 2 и скоростью V перемещения пятна в направлении к прибору. Например, можно использовать связь L(t)=V T(t)=2mrЭD(t)ctgβ(t)/f≈2mrЭD(t)/f[h/(D-Vt)] (так как для малых углов β(t) имеем приблизительное равенство tgβ(t)≈sinβ(t). В этом варианте тактовая частота генератора тактовых импульсов 10 должна изменяться по закону:The repetition rate of clock pulses F in the clock generator 10 can be adjusted depending on the results of a statistical study and the speed of movement along the sea surface of the illuminating spot. One of the options for choosing the frequency F is matching the longitudinal size L (t) with the cycle duration T = mn / F, the number m of the column elements of the photodetector array 2 and the speed V of moving the spot towards the device. For example, a link L (t) = VT (t ) = 2mr E D (t) ctgβ (t) / f≈2mr E D (t) / f [h / (D-Vt)] ( as the small angles β (t), we have the approximate equality tgβ (t) ≈sinβ (t) .In this embodiment, the clock frequency of the clock 10 must change according to the law:

F(t)=m n/T(t)=nVhdOB/2,44λD(t)2,F (t) = mn / T (t) = nVhd OB / 2,44λD (t) 2 ,

а изменение частоты F(t) в функции времени может осуществляться под управлением персонального компьютера 15 (эта связь на показана на чертеже, так как может использоваться и иной вариант выбора частоты следования тактовых импульсов).and the change in the frequency F (t) as a function of time can be carried out under the control of a personal computer 15 (this connection is shown in the drawing, since another option for choosing the repetition rate of clock pulses can be used).

Соответствующее исследование можно провести в ФГУ ВНЦ «ГОИ им. С.И.Вавилова» (Санкт-Петербург) с использованием акватории Финского залива, а разработку матричного фотоприемника - в НПО «Исток» (г.Фрязино Московской области). Целесообразно разработать СБИС из элементов матричного фотоприемника и элементов блоков 7, 8 и 9 в их интегральном исполнении, а такая СБИС может охлаждаться жидким азотом, что снизит дополнительно шум-фактор при работе малошумящих усилителей многоканального блока 7.A corresponding study can be carried out at the Federal State Research Center “GOI named after S. I. Vavilova ”(St. Petersburg) using the waters of the Gulf of Finland, and the development of a matrix photodetector was carried out at the Istok NPO (Fryazino, Moscow Region). It is advisable to develop VLSI from elements of the matrix photodetector and elements of blocks 7, 8, and 9 in their integral design, and such a VLSI can be cooled with liquid nitrogen, which will additionally reduce the noise factor during the operation of low-noise amplifiers of the multi-channel block 7.

Информация о фотоприемниках содержится в [23-29].Information on photodetectors is contained in [23-29].

ЛитератураLiterature

1. Лазерная локация. Под ред. Н.Д.Устинова, M.: Машиностроение, 1984.1. Laser location. Ed. N.D.Ustinova, M .: Engineering, 1984.

2. Протопопов В.В., Н.Д.Устинов. Инфракрасные лазерные локационные системы. M.: Воениздат, 1987.2. Protopopov VV, ND Ustinov. Infrared laser location systems. M .: Military Publishing House, 1987.

3. Измерение спектрочастотных и корреляционных параметров и характеристик лазерного излучения. Под ред. / А.Ф.Котова и Б.М.Степанова, М.: Радио и связь, 1982.3. Measurement of the frequency and correlation parameters and characteristics of laser radiation. Ed. / A.F. Kotova and B.M. Stepanova, M .: Radio and communications, 1982.

4. Кук Ч., Бернфельд М. Радиолокационные сигналы, пер. с англ., Под ред. В.С.Кильзона, М.: Сов. радио, 1971.4. Cook C., Bernfeld M. Radar signals, trans. from English, Ed. V.S. Kilzon, Moscow: Sov. Radio, 1971.

5. Фильтры на поверхностных акустических волнах. Под ред. Г.Мэттьюза, М., Сов. радио, 1981, 472 с.5. Filters on surface acoustic waves. Ed. G. Matthews, M., Owls. Radio 1981, 472 pp.

6. Тверской В.И. Дисперсионно-временные методы измерения спектров радиосигналов. М.: Сов. радио, 1974, 240 с.6. Tverskoy V.I. Dispersion-time methods for measuring the spectra of radio signals. M .: Sov. Radio, 1974, 240 p.

7. Джек А.А., Грант П.М., Коллинз Дж.Х. Теория проектирования и применение Фурье-процессоров на поверхностных акустических волнах, ТИИЭИР, 1980, №4, р.22-43.7. Jack A.A., Grant P.M., Collins J.H. Design Theory and Application of Fourier Processors on Surface Acoustic Waves, TIIEIR, 1980, No. 4, p. 22-43.

8. Меньших О.Ф. Формирователь сложных линейно-частотно-модулированных сигналов, Авт. свид. СССР№1302987, 1985.8. Smaller O.F. Shaper of complex linear-frequency-modulated signals, Auth. testimonial. USSR No. 1302987, 1985.

9. Меньших О.Ф. Способ анализа спектра сигналов, Авт. свид. СССР, №1817554, 1988.9. Smaller O.F. The method of analysis of the spectrum of signals, Auth. testimonial. USSR, No. 1817554, 1988.

10. Меньших О.Ф. Измеритель частоты сигналов лазерного доплеровского локатора, Авт. свид. СССР №1621728 и Авт. свид. СССР №1621729, 1988.10. Smaller O.F. Laser Doppler Locator Signal Frequency Meter, Auth. testimonial. USSR No. 1621728 and Auth. testimonial. USSR No. 1621729, 1988.

11. Меньших О.Ф. Спектроанализатор лазерного доплеровского локатора, Авт. свид. СССР №1595219, 1988.11. Smaller O.F. Laser Doppler Locator Spectrum Analyzer, Auth. testimonial. USSR No. 1595219, 1988.

12. Меньших О.Ф. Лазерный доплеровский локатор, Авт. свид. СССР №1741553, 1990.12. Smaller O.F. Laser Doppler Locator, Auth. testimonial. USSR No. 1741553, 1990.

13. Меньших О.Ф. Способ обнаружения детерминированного радиосигнала, Авт. свид. СССР №1828280, 1991.13. Smaller O.F. A method for detecting a determinate radio signal, Auth. testimonial. USSR No. 1828280, 1991.

14. Меньших О.Ф. Обнаружитель лазерного доплеровского локатора, Авт. свид. СССР №1805756 и №1829640, 1991.14. Smaller O.F. Laser Doppler Locator Detector, Auth. testimonial. USSR No. 1805756 and No. 1829640, 1991.

15. Меньших О.Ф. Способ локации, Патент РФ №2296350, бюлл. №9 от 27.03.2007.15. Smaller O.F. Location method, RF Patent No. 2296350, bull. No 9 on 03/27/2007.

16. Меньших О.Ф. Анализатор спектра сигналов, Патент РФ №2315327, бюлл. №2 от 20.01.2008.16. Smaller O.F. Signal spectrum analyzer, RF Patent No. 2315327, bull. No. 2 dated January 20, 2008.

17. Меньших О.Ф. Рециркуляционный накопитель пачки взаимно когерентных радиоимпульсов, Патент РФ №2314638, бюлл. №01 от 10.01.2008.17. Smaller O.F. Recirculation stack of a pack of mutually coherent radio pulses, RF Patent No. 2314638, bull. No. 01 dated January 10, 2008.

18. Меньших О.Ф. Обнаружитель радиоимпульсного сигнала, Патент РФ №2310882, бюлл. №32 от 20.11.2007.18. Smaller O.F. The detector of a radio pulse signal, RF Patent No. 2310882, bull. No 32 on 11/20/2007.

19. Меньших О.Ф. Лазерный доплеровский локатор. Патент РФ №2335785, бюлл. №28 от 10.10.2008.19. Smaller O.F. Laser Doppler Locator. RF patent No. 2335785, bull. No. 28 dated 10/10/2008.

20. Меньших О.Ф. Лазерный когерентный локатор, Патент РФ №2352958, бюлл. №11 от 20.04.2009.20. Smaller O.F. Laser coherent locator, RF Patent No. 2352958, bull. No. 11 of 04/20/2009.

21. Меньших О.Ф. Способ лазерного гетеродинного приема излучений, Патент РФ №2349930, бюлл. №8 от 20.03.2009.21. Smaller O.F. The method of laser heterodyne reception of radiation, RF Patent No. 2349930, bull. No.8 of March 20, 2009.

22. Меньших О.Ф. Способ обработки информации в лазерном когерентном локаторе с матричным фотоприемником, Патент РФ №2354994, бюлл. №13 от 10.05.2009.22. Smaller O.F. A method of processing information in a laser coherent locator with a matrix photodetector, RF Patent No. 2354994, bull. No 13 on 05/10/2009.

23. Тауц Я. Фото- и термоэлектрические явления в полупроводниках, пер. с чеш., М., 1962.23. Tauc Ya. Photo- and thermoelectric phenomena in semiconductors, trans. from Czech., M., 1962.

24. Рывкин С.М. Фотоэлектрические явления в полупроводниках. М., 1963.24. Ryvkin S.M. Photoelectric phenomena in semiconductors. M., 1963.

25. Moss Т. S., Hawkins T.D.H. Interband photoconductivity in germanium, "Proc. Phys. Soc.", 1960, v.76, p.565.25. Moss T. S., Hawkins T. D. H. Interband photoconductivity in germanium, "Proc. Phys. Soc.", 1960, v. 76, p. 565.

26. Rollin B.V. Detection of millimetre and sub-millimetre wave radiation by free carrier absorption in a semiconductor, "Proc. Phys. Soc.", 1961, v.77, p.1102.26. Rollin B.V. Detection of millimetre and sub-millimetre wave radiation by free carrier absorption in a semiconductor, "Proc. Phys. Soc.", 1961, v. 77, p. 1102.

27. Фотопроводимость. Сб.ст., пер. с англ., М., 1967.27. Photoconductivity. Sat. from English., M., 1967.

28. Шейнкман М.К., Шик А.Я. Долговременные релаксации и остаточная проводимость в полупроводниках, "ФТП", 1976, т.10, с.209.28. Sheinkman M.K., Shik A.Ya. Long-term relaxation and residual conductivity in semiconductors, "FTP", 1976, v.10, p.209.

29. Корсунский М.И. Аномальная фотопроводимость и спектральная память в полупроводниковых системах. М., 1978.29. Korsunsky M.I. Anomalous photoconductivity and spectral memory in semiconductor systems. M., 1978.

Claims (1)

Прибор для статистического исследования распределения энергии бликовых переотражений лазерного излучения от морской поверхности включает одночастотный СO2-лазер непрерывного действия и матричный фотоприемник на основе охлаждаемых жидким азотом элементов «кадмий-ртуть-теллур», а также приемопередающий объектив, формирующий излучения СO2-лазера в форме освещающего морскую поверхность пятна, принимающий переотражения от морских бликов из зоны этого пятна и фокусирующий их на матричный фотоприемник, а также устройство перемещения освещающего лазерного пятна по морской поверхности, элементы матричного фотоприемника через малошумящие усилители связаны с интеграторами, выходы которых соединены с аналоговыми запоминающими устройствами, кроме того, прибор включает последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, двоичный счетчик, выходы разрядов которого подключены к аналоговому дешифратору, информационные входы которого связаны с выходами аналоговых запоминающих устройств, выход сигнала переполнения двоичного счетчика подключен к устройству сброса всех интеграторов и аналоговых запоминающих устройств, а выход аналогового дешифратора соединен по последовательной приемной шине с аналого-цифровым преобразователем, кодовый выход которого, а также выходы разрядов и сигнала переполнения двоичного счетчика подключены к персональному компьютеру (спецпроцессору) с монитором для запоминания и отображения на экране монитора картины бликовых переотражений с покадровым табличным указанием распределения энергии соответствующих бликовых переотражений лазерного излучения в рассматриваемой зоне морской поверхности. Device for statistical studies of the energy distribution of the laser radiation specular reflections from the sea surface comprises a CO 2 laser single-frequency continuous matrix, and a photodetector based on a liquid nitrogen-cooled elements "mercury-cadmium-tellurium", and transceiving lens forming CO 2 laser radiation in the shape of a spot illuminating the sea surface, receiving reflections from sea glare from the area of this spot and focusing them on a matrix photodetector, as well as a device for moving of a broadcasting laser spot on the sea surface, the elements of the photodetector matrix through low-noise amplifiers are connected to integrators, the outputs of which are connected to analog storage devices, in addition, the device includes a series-connected clock pulse generator, a binary counter, the discharge outputs of which are connected to an analog decoder, the information inputs of which connected to the outputs of the analog storage devices, the output of the binary counter overflow signal is connected to the reset device ex integrators and analog storage devices, and the output of the analog decoder is connected via a serial receiving bus to an analog-to-digital converter, the code output of which, as well as the outputs of the bits and the overflow signal of the binary counter, are connected to a personal computer (special processor) with a monitor for storing and displaying on the screen monitor of the pattern of flare reflections with a frame-by-frame tabular indication of the energy distribution of the corresponding flare reflections of the laser radiation in the considered sea surface area.
RU2010103242/28A 2010-02-01 2010-02-01 Instrument for statistical analysis of power distribution in glare re-reflections of continuous laser radar radiation from sea surface RU2422853C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010103242/28A RU2422853C1 (en) 2010-02-01 2010-02-01 Instrument for statistical analysis of power distribution in glare re-reflections of continuous laser radar radiation from sea surface

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010103242/28A RU2422853C1 (en) 2010-02-01 2010-02-01 Instrument for statistical analysis of power distribution in glare re-reflections of continuous laser radar radiation from sea surface

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2422853C1 true RU2422853C1 (en) 2011-06-27

Family

ID=44739375

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010103242/28A RU2422853C1 (en) 2010-02-01 2010-02-01 Instrument for statistical analysis of power distribution in glare re-reflections of continuous laser radar radiation from sea surface

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2422853C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2488138C1 (en) * 2012-02-14 2013-07-20 Олег Фёдорович Меньших Sea surface simulator for statistical investigation of propagation sea flicker during operation of laser doppler radar on low-altitude missiles

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2488138C1 (en) * 2012-02-14 2013-07-20 Олег Фёдорович Меньших Sea surface simulator for statistical investigation of propagation sea flicker during operation of laser doppler radar on low-altitude missiles

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2352958C1 (en) Laser coherent locator
Zha et al. Ranging precision for underwater laser proximity pulsed laser target detection
CN110940992B (en) Signal detection method and system capable of improving detection distance and precision of laser radar
Lux et al. Retrieval improvements for the ALADIN Airborne Demonstrator in support of the Aeolus wind product validation
Mitchell et al. Ranging through shallow semitransparent media with polarization lidar
Sjöqvist et al. Time-correlated single-photon counting range profiling and reflectance tomographic imaging
Rieger et al. Resolving range ambiguities in high-repetition rate airborne light detection and ranging applications
RU2422853C1 (en) Instrument for statistical analysis of power distribution in glare re-reflections of continuous laser radar radiation from sea surface
Guenther et al. Laser applications for near-shore nautical charting
RU2653558C9 (en) Optical device for determining distance to object
Hu Theory and Technology of Laser Imaging Based Target Detection
RU2296350C1 (en) Location mode
Steinvall et al. High resolution ladar using time-correlated single-photon counting
Hirschberger et al. Simulation and high-precision wavelength determination of noisy 2D Fabry–Pérot interferometric rings for direct-detection Doppler lidar and laser spectroscopy
Golovkov et al. Receiving system of a pulsed laser rangefinder
Xu et al. Cramer-Rao lower bound on ranging precision of pulsed laser circular-viewing detection
RU2288449C2 (en) Laser impulse range finder
RU2451301C1 (en) Method of recording statistical distribution of re-reflections of laser light from low-altitude missiles by sea surface glares and apparatus for realising said method
Smith et al. The measurement of surface pressure from a satellite
Ivanov et al. Investigation of the effect of noise parameters of a 3D lidar on the error in estimating relief signatures of distant objects from 2D field intensity distributions of reflected radiation
RU2488138C1 (en) Sea surface simulator for statistical investigation of propagation sea flicker during operation of laser doppler radar on low-altitude missiles
RU2449313C1 (en) Device for recording random distribution of group flare reflections of laser light by sea surface
CN117368937B (en) Active and passive optical integrated angle and distance measurement system
RU2698944C1 (en) Method of determining direction of laser radiation source
Vasiliev et al. Simulation of Batch Signal Processing in Laser Rangefinders