RU2449313C1 - Устройство для регистрации статистического распределения групповых бликовых отражений лазерного излучения морской поверхностью - Google Patents
Устройство для регистрации статистического распределения групповых бликовых отражений лазерного излучения морской поверхностью Download PDFInfo
- Publication number
- RU2449313C1 RU2449313C1 RU2011101082/28A RU2011101082A RU2449313C1 RU 2449313 C1 RU2449313 C1 RU 2449313C1 RU 2011101082/28 A RU2011101082/28 A RU 2011101082/28A RU 2011101082 A RU2011101082 A RU 2011101082A RU 2449313 C1 RU2449313 C1 RU 2449313C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- channel
- sea surface
- received signal
- timer
- laser light
- Prior art date
Links
Landscapes
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
Устройство содержит одночастотный лазер непрерывного излучения, приемный объектив, в приемном тракте которого использована фоточувствительная матрица, связанная с многоканальным блоком обработки принимаемых сигналов. Лазерное излучение направлено на тот или иной участок морской поверхности, а его часть также воздействует на фоточувствительную матрицу. Каждый канал многоканального блока обработки информации после канальных усилителя, амплитудного детектора и порогового устройства с регулируемым порогом по минимуму включает канальное запоминающее устройство, фиксирующее длительность принятого сигнала и момент времени начала регистрируемого интервала времени существования принятого сигнала, а также отображающее эти временные параметры в двоичном коде. Выходы канальных запоминающих устройств воздействуют на интерфейс персонального компьютера с регистрирующим дисплеем, связанным с таймером, а выход таймера подключен к дополнительным входам канальных запоминающих устройств. Технический результат заключается в обеспечении возможности установления статистики групповых бликовых переотражений лазерного излучения от облучаемой морской поверхности, в различных условиях волнения морской поверхности от штиля до бури. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к лазерной доплеровской локации и может быть использовано при синтезе устройств обработки информации о местоположении и скорости низколетящих ракет морского базирования с помощью лазерных доплеровских локаторов с непрерывным режимом излучения и растровым сканированием по угловым координатам.
Известен способ лазерной доплеровской локации низколетящих над морской поверхностью ракет [1-5] путем приема бликовых переотражений лазерного излучения, рассеиваемого облученной летящей ракетой, и обработки информации для группы бликовых переотражений с последующим статистическим усреднением измеряемых параметров - угловых координат, дальности, высоты полета и скорости ракеты.
Известный способ локации [1] основан 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. Способ отличается тем, что 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 от бликов морской поверхности 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. По этому способу функционируют соответствующие локационные устройства [2-5].
Целью заявляемого изобретения является установление статистики групповых бликовых переотражений лазерного излучения от облучаемой морской поверхности, в частности, определение вероятности одновременного действия двух и более бликовых переотражений по критерию их длительности в различных условиях волнения морской поверхности от штиля до бури.
Указанная цель достигается в заявляемом устройстве для регистрации статистического распределения групповых бликовых отражений лазерного излучения морской поверхностью, содержащем одночастотный лазер непрерывного излучения, приемный объектив, в приемном тракте которого использована фоточувствительная матрица, связанная с многоканальным блоком обработки принимаемых сигналов, отличающемся тем, что лазерное излучение направлено на тот или иной участок морской поверхности, а его часть также воздействует на фоточувствительную матрицу, каждый канал многоканального блока обработки информации после канальных усилителя, амплитудного детектора и порогового устройства с регулируемым порогом по минимуму включает канальное запоминающее устройство, фиксирующее длительность принятого сигнала и момент времени начала регистрируемого интервала времени существования принятого сигнала, а также отображающее эти временные параметры в двоичном коде, а выходы канальных запоминающих устройств воздействуют на интерфейс персонального компьютера с регистрирующим дисплеем, связанным с таймером, выход таймера подключен к дополнительным входам канальных запоминающих устройств.
Устройство отличается тем, что каждое канальное запоминающее устройство многоканального блока обработки информации состоит из последовательно соединенных измерителя временного интервала действия принимаемого сигнала и кодирующего устройства, а интерфейс персонального компьютера включает быстродействующее устройство последовательного опроса кодовых данных канальных запоминающих устройств.
Достижение поставленной цели изобретения объясняется фиксацией времени действия принимаемого сигнала и его длительности по всем ячейкам фоточувствительной матрицы, работающей в режиме гомодинного приема, с последующим сопоставлением этих измерений в персональном компьютере, в результате чего устанавливается частота образования групп из двух и более совпадающих интервалов действия принимаемых сигналов при различных заданных интервалах совпадения и различных условиях волнения морской поверхности. Эти данные отображаются в форме графиков на дисплее после соответствующего времени усреднения данных, а также запоминаются в базе данных персонального компьютера.
Устройство поясняется прилагаемым рисунком, включающим:
1 - одночастотный лазер непрерывного излучения,
2 - приемный объектив,
3 - формирователь гомодинного канала - делительную оптическую ячейку,
4 - глухие отражатели,
5 - фоточувствительную матрицу,
6 - многоканальный блок обработки информации, содержащий следующие элементы в каждом из каналов (по числу ячеек фоточувствительной матрицы):
7 - канальный усилитель,
8 - канальный амплитудный детектор,
9 - канальное пороговое устройство с регулируемым порогом по минимуму,
10 - канальное запоминающее устройство, состоящее из элементов:
11 - измеритель временного интервала действия принимаемого сигнала,
12 - кодирующее устройство (код интервала и момента времени начала этого интервала).
Кроме того, устройство включает:
13 - таймер текущего времени,
14 - интерфейс персонального компьютера,
15 - персональный компьютер с дисплеем.
Рассмотрим работу заявляемого устройства.
Одночастотный лазер непрерывного излучения 1, частично отражаясь формирователем гомодинного канала - делительной оптической ячейкой 3 с большим пропусканием и малым отражением, а также отражаясь через соответствующие глухие отражатели 4, освещает участок морской поверхности. За счет волнения морской поверхности образуются бликовые отражения, воздействующие на приемный объектив 2, содержащий основную линзу с большой апертурой и с малым центральным отверстием, а также дополнительную малоапертурную линзу гомодинного канала, совмещенную с оптической осью приемного объектива. Гомодинное излучение образовано с помощью делительной оптической ячейки 3, глухого отражателя 4, расположенного перед отверстием в линзе приемного объектива, и дополнительной малоапертурной линзой, формирующей пучок, падающий на все mn элементов фотоприемной матрицы 5, на элементы которой воздействует излучение, отраженное от бликов морской поверхности. Фотоприемная матрица 5 содержит m столбцов и n строк, и их число определяет разрешающую способность устройства по угловым координатам - соответственно углу места и азимуту. Она расположена в фокальной плоскости приемного объектива. Одновременно ячейки фотоприемной матрицы 5 могут регистрировать бликовые отражения от различных участков морской поверхности. Поэтому дальнейшая обработка информации о принятой группе сигналов осуществляется в многоканальном блоке обработки информации 6, число каналов в котором равно mn. Все каналы идентичны и содержат последовательно включенные канальные усилители 7, канальные амплитудные детекторы 8, канальные пороговые устройства с регулируемым порогом по минимуму 9 и канальные запоминающие устройства 10, причем последние включают последовательно соединенные измерители временных интервалов действия принимаемых сигналов 11 и кодирующие устройства 12, с помощью которых формируются коды длительности интервалов действия принимаемых сигналов и моменты текущего времени, задаваемого таймером 13, связанные с началами временных интервалов действия принимаемых сигналов. Кодирование этих величин производится, например, в двоичном коде. Опрос кодовых комбинаций со всех каналов блока обработки информации 6 осуществляется интерфейсом 14 персонального компьютера 15, на который подается сигнал текущего времени с таймера 13 также в двоичном коде. С помощью персонального компьютера 15 производится по соответствующей программе обработка принимаемых кодовых последовательностей с выхода интерфейса 14, который опрашивает информацию со всех mn ячеек фотоприемной матрицы 5 с высокой скоростью. После цикла опроса кодовая информация в канальных запоминающих устройствах 10 стирается и они готовы для последующих записей новой информации. Интервал цикла опроса всех mn ячеек фоточувствительной матрицы 5 выбран так, что он превышает наиболее длинный по времени интервал бликового отражения, чтобы не утратить информацию о размере этого интервала стиранием полученной кодовой информации. Например, если наиболее длинный по времени интервал действующего блика равен ΔТMAX, то время опроса каждой ячейки фоточувствительной матрицы Δt должно удовлетворять очевидному неравенству Δt≤ΔТMAX/mn. Так, если ΔТMAX=5 мс, то при mn=105 (при m=250 и n=400) получим Δt<50 нс. Это означает, что полоса пропускания фоточувствительных ячеек и усилителей 7 должна быть не хуже ΔF=20 МГц, что вполне согласуется с современными техническими возможностями фотоприемных устройств, например, выполненных на охлаждаемом жидким азотом соединении КРТ (кадмий-ртуть-теллур) при использовании СO2 одночастотных лазеров непрерывного действия (с длиной волны 10,6 мкм). Повышению пороговой чувствительности таких фотоприемных устройств способствует их работа в гомодинном режиме фотосмешения. Известные фотоприемные устройства на КРТ для диапазона 10,6 мкм имеют полосу пропускания порядка 100 МГц и выше, что позволяет увеличить число ячеек mn фоточувствительной матрицы 5 до 106 и выше. Это позволяет увеличить разрешающую способность устройства по угловым координатам.
Формирование кодов в кодирующих устройствах 12 должно завершаться за время порядка Δt≤50 нс для рассмотренного выше примера, что также легко осуществимо. Если такт работы таймера текущего времени 13 принять равным 50 нс, то легко понять, что максимально возможный двоичный код интервала времени действия принимаемого сигнала бликового отражения имеет размер числа mn. Для рассматриваемого примера при mn=10 число двоичных разрядов для отображения интервалов времени и момента текущего времени, сопряженного с началом этого интервала времени, равно k=2log2 (mn), то есть для данного примера имеем k=34 (17 двоичных разрядов для отображения интервала времени действия сигнала и 17 разрядов для отображения момента времени начала измеряемого интервала времени). Разрядность в кодирующих устройствах 12 может быть снижена, если снизить требования по разрешающей способности по времени. Например, на порядок, то есть с временным разрешением 0,5 мкс. Тогда число разрядов в кодирующих устройствах снизится до величины k=2log2(mn/10)=26 (по 13 разрядов для двух измеряемых величин).
В персональном компьютере 15 происходит обработка полученной информации о времени регистрации бликовых отражений и длительности этих бликов. При этом решается вопрос, сколько бликовых отражений перекрывается по времени, какова длительность времени перекрытия для пары бликовых сигналов, для трех и более одновременно действующих бликовых отражений и каково время перекрытия для таких групп бликовых отражений. Эта информация является важной для построения лазерных доплеровских локаторов, действие которых основано на заявленном ранее способе [1]. Эта информация накапливается в базе данных персонального компьютера (в его жестком диске) для различных условий волнения морской поверхности - от штиля до бури.
Заявляемое устройство чрезвычайно эффективно для доказательства перспектив внедрения таких локаторов в интересах ВМФ страны, которые позволяют определять местоположение и скорость движения низколетящих крылатых ракет морского базирования типа «Гарпун», которые были применены в 2008 году в грузинском конфликте, в котором, к сожалению, нами использовалась старая радиолокационная техника для отражения нападения на Абхазию на большом расстоянии (порядка 15 км). Существующие лазерные импульсные локаторы также позволяют измерять местоположение и скорость ракеты, но при этом в таких локаторах используются электрооптические модуляторы лазерного излучения, например, для получения линейно-частотно-модулированных (ЛЧМ) сигналов, допускающих их спектро-временное «сжатие». При этом снижается энергетический потенциал таких локаторов из-за потерь в указанных модуляторах. В то же время локаторы, основанные на заявленном способе [1], используют полезно практически всю излучаемую мощность непрерывного излучения (ответвление части излучения на канал гомодинного приема ничтожно), так что сопоставление энергетики импульсных локаторов с ЛЧМ излучением и предлагаемых автором доплеровских локаторов с использованием бликовых переотражений от морской поверхности указывает на преимущество последних. При этом важно накопить данные о статистике распределений групповых бликовых отражений лазерного излучения, например, одночастотного СO2 лазера, морской поверхностью. Такое накопление осуществляется с помощью заявляемого устройства.
Литература
1. Меньших О.Ф. Способ локации. Патент РФ №2296350, опубл. в бюлл. №9 от 27.03.2007.
2. Меньших О.Ф. Лазерный доплеровский локатор. Патент РФ №2335785, опубл. в бюлл. №28 от 10.10.2008.
3. Меньших О.Ф. Лазерный когерентный локатор. Патент РФ №2352958, опубл. в бюлл. №11 от 20.04.2009.
4. Меньших О.Ф. Способ лазерного гетеродинного приема излучений. Патент РФ №2349930, опубл. в бюлл. №8 от 20.03.2009.
5. Меньших О.Ф. Способ обработки информации в лазерном когерентном локаторе с матричным фотоприемником. Патент РФ №2354994, опубл. в бюлл №13 от 10.05.2009.
Источники патентной информации
RU 2012013 С1, 30.04.1994; RU 2152056 C1, 27/06/2000;
GB 1318475 A, 31.05.1973; US 3765768 A, 16.10.1973;
JP 56143974 A, 10.11.1981.
Claims (2)
1. Устройство для регистрации статистического распределения групповых бликовых отражений лазерного излучения морской поверхностью, содержащее одночастотный лазер непрерывного излучения, приемный объектив, в приемном тракте которого использована фоточувствительная матрица, связанная с многоканальным блоком обработки принимаемых сигналов, отличающееся тем, что лазерное излучение направлено на тот или иной участок морской поверхности, а его часть также воздействует на фоточувствительную матрицу, каждый канал многоканального блока обработки информации после канальных усилителя, амплитудного детектора и порогового устройства с регулируемым порогом по минимуму включает канальное запоминающее устройство, фиксирующее длительность принятого сигнала и момент времени начала регистрируемого интервала времени существования принятого сигнала, а также отображающее эти временные параметры в двоичном коде, а выходы канальных запоминающих устройств воздействуют на интерфейс персонального компьютера с регистрирующим дисплеем, связанным с таймером, выход таймера подключен к дополнительным входам канальных запоминающих устройств.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждое канальное запоминающее устройство многоканального блока обработки информации состоит из последовательно соединенных измерителя временного интервала действия принимаемого сигнала и кодирующего устройства, а интерфейс персонального компьютера включает быстродействующее устройство последовательного опроса кодовых данных канальных запоминающих устройств.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011101082/28A RU2449313C1 (ru) | 2011-01-12 | 2011-01-12 | Устройство для регистрации статистического распределения групповых бликовых отражений лазерного излучения морской поверхностью |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011101082/28A RU2449313C1 (ru) | 2011-01-12 | 2011-01-12 | Устройство для регистрации статистического распределения групповых бликовых отражений лазерного излучения морской поверхностью |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2449313C1 true RU2449313C1 (ru) | 2012-04-27 |
Family
ID=46297617
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011101082/28A RU2449313C1 (ru) | 2011-01-12 | 2011-01-12 | Устройство для регистрации статистического распределения групповых бликовых отражений лазерного излучения морской поверхностью |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2449313C1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4995102A (en) * | 1987-05-13 | 1991-02-19 | Hitachi, Ltd. | Scanning method used by laser radar and laser radar for carrying out the method |
| EP1358508A1 (en) * | 2001-02-09 | 2003-11-05 | Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation | Lidar system and method |
| RU2296350C1 (ru) * | 2005-10-03 | 2007-03-27 | Олег Федорович Меньших | Способ локации |
| RU2352958C1 (ru) * | 2007-09-04 | 2009-04-20 | Олег Федорович Меньших | Лазерный когерентный локатор |
| RU2354994C1 (ru) * | 2007-10-29 | 2009-05-10 | Олег Фёдорович Меньших | Способ обработки информации в лазерном когерентном локаторе с матричным фотоприемником |
-
2011
- 2011-01-12 RU RU2011101082/28A patent/RU2449313C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4995102A (en) * | 1987-05-13 | 1991-02-19 | Hitachi, Ltd. | Scanning method used by laser radar and laser radar for carrying out the method |
| EP1358508A1 (en) * | 2001-02-09 | 2003-11-05 | Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation | Lidar system and method |
| RU2296350C1 (ru) * | 2005-10-03 | 2007-03-27 | Олег Федорович Меньших | Способ локации |
| RU2352958C1 (ru) * | 2007-09-04 | 2009-04-20 | Олег Федорович Меньших | Лазерный когерентный локатор |
| RU2354994C1 (ru) * | 2007-10-29 | 2009-05-10 | Олег Фёдорович Меньших | Способ обработки информации в лазерном когерентном локаторе с матричным фотоприемником |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8207484B1 (en) | Streak image sensor and method of operating | |
| CN105158770B (zh) | 一种距离分辨率可调的相干测风激光雷达系统 | |
| KR20210108458A (ko) | 멀티 패싯 편향기를 포함하는 라이다 시스템 | |
| CN106646426B (zh) | 一种多发单收望远镜阵列的全光纤激光雷达 | |
| Hampf et al. | Satellite laser ranging at 100 kHz pulse repetition rate | |
| US6943868B2 (en) | Apparatus for and method of optical detection and analysis of an object | |
| CN110940992B (zh) | 可提高激光雷达探测距离和精度的信号检测方法和系统 | |
| Mao et al. | Demonstration of In-Car Doppler Laser Radar at 1.55$\mu\hbox {m} $ for Range and Speed Measurement | |
| CN110161280A (zh) | 混合探测多普勒激光雷达风速测量系统及其测量方法 | |
| CN109298431B (zh) | 一种三波段机载激光雷达系统 | |
| CN103163529A (zh) | 基于赝热光二阶关联性的测距系统 | |
| CN102508225A (zh) | 双轴激光遥感仪器地面检测定标系统及检测定标方法 | |
| Zhu et al. | High anti-interference 3D imaging LIDAR system based on digital chaotic pulse position modulation | |
| CN111142121B (zh) | 一种基于双级虚像相位阵列的布里渊散射测温激光雷达系统 | |
| RU2354994C1 (ru) | Способ обработки информации в лазерном когерентном локаторе с матричным фотоприемником | |
| RU2449313C1 (ru) | Устройство для регистрации статистического распределения групповых бликовых отражений лазерного излучения морской поверхностью | |
| CN215297681U (zh) | 可变焦高信噪比测风激光雷达系统 | |
| RU2653558C9 (ru) | Оптическое устройство для определения расстояний до объекта | |
| Rieger et al. | Resolving range ambiguities in high-repetition rate airborne lidar applications | |
| Hu | Theory and technology of laser imaging based target detection | |
| CN112904308B (zh) | 探测云相态及云水含量的激光雷达系统及方法 | |
| RU2488138C1 (ru) | Имитатор морской поверхности для статистического исследования распределения морских бликов при работе лазерных доплеровских локаторов по низколетящим ракетам | |
| RU2451301C1 (ru) | Способ регистрации статистического распределения переотражений лазерного излучения от низколетящей ракеты бликами морской поверхности и устройство для его реализации | |
| RU2422853C1 (ru) | Прибор для статистического исследования распределения энергии бликовых переотражений лазерного излучения от морской поверхности | |
| RU2288449C2 (ru) | Лазерный импульсный дальномер |