RU2540451C1 - Laser location system - Google Patents
Laser location system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2540451C1 RU2540451C1 RU2013143217/28A RU2013143217A RU2540451C1 RU 2540451 C1 RU2540451 C1 RU 2540451C1 RU 2013143217/28 A RU2013143217/28 A RU 2013143217/28A RU 2013143217 A RU2013143217 A RU 2013143217A RU 2540451 C1 RU2540451 C1 RU 2540451C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- optical
- photodetector
- lens
- radiation
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области лазерной локации, системам наблюдения и квантовой электронике. Изобретение предназначено для использования в наземных стационарных системах лазерной локации и оптико-электронного контроля окружающего пространства и обеспечивает обнаружение оптических и оптико-электронных систем наблюдения в контролируемой области пространства (КОП), а также обнаружение систем активного наблюдения и противодействие этим системам, ведущим лазерную разведку с использованием подсвета лазерным излучением (ЛИ), с использованием лазерных прицелов, а также устройств постановки помех на основе лазерного излучения и лазерного воздействия. Изобретение может быть использовано для противодействия террористам, ведущим наблюдение, прицеливание и постановку помех с помощью оптико-электронных и лазерных приборов.The invention relates to the field of laser ranging, observation systems and quantum electronics. The invention is intended for use in ground-based stationary systems for laser ranging and optoelectronic monitoring of the surrounding space and provides detection of optical and optoelectronic surveillance systems in a controlled area of space (CPC), as well as the detection of active surveillance systems and counteraction to these systems conducting laser reconnaissance with using laser illumination (LI), using laser sights, as well as jamming devices based on laser radiation and grain effects. The invention can be used to counter terrorists conducting surveillance, aiming and jamming using optoelectronic and laser devices.
Известно оптико-электронное устройство по патенту Франции [1], содержащее передающий канал с лазерным источником подсвета и оптической формирующей системой, приемный канал, содержащий фотоприемный блок, приемный объектив, светоделитель, блок управления. К недостаткам данного устройства следует отнести низкую помехоустойчивость по отношению к внешним активным организованным помехам в виде лазерного излучения, воздействующего на приемный канал данного устройства при наличии в контролируемой устройством зоне пространства наблюдения оптико-электронных и лазерных аппаратов, ведущих встречную разведку и наблюдение с помощью средств активного лазерного подсвета. При попадании на вход приемного канала данного устройства лазерного излучения (ЛИ) от внешнего лазерного устройства, ведущего встречное наблюдение или помеховое активное воздействие, данное устройство становится неработоспособным или существенно ухудшает свои характеристики. Известна лазерная система обнаружения оптико-электронных приборов по патенту Англии [2], содержащая частотно-импульсный лазер с объективом, фотоприемный блок с приемным объективом, блок памяти и управления. К недостаткам данного устройства следует отнести низкую помехоустойчивость по отношению к внешним лазерным излучениям, создаваемым оптико-электронными и лазерными локационными системами, ведущими встречную активную разведку и наблюдение. Известно устройство определения угловых координат источника импульсного лазерного излучения по патенту РФ [3], содержащее широкоугольный объектив, фотоприемный блок на основе фотодиода, светочувствительную матрицу, блок управления, интерфейс обмена. К недостаткам данного устройства следует отнести низкую информативность по отношению к обнаруженному источнику импульсного лазерного излучения. Отсутствует возможность определения таких важных параметров, как дальность до источника лазерного излучения, длина волны источника лазерного излучения, что необходимо для организации противодействия обнаруженному источнику излучения. Обнаружение источника излучения возможно только в видимом диапазоне длин волн, в то время как современные системы автоматического оптико-электронного активного лазерного наблюдения и прицеливания работают одновременно в видимом и инфракрасном диапазонах. Отсутствует возможность защиты фотоприемного канала от воздействующего внешнего помехового лазерного излучения и возможность вести оптико-электронную разведку при наличии указанного внешнего лазерного излучения. В качестве прототипа выбрано устройство обнаружения оптических и оптоэлектронных средств наблюдения по патенту РФ [4], которое содержит два приемных канала и один передающий канал на основе лазерного генератора видимого диапазона длин волн. Один из приемных каналов осуществляет прием естественного фонового излучения, второй приемный канал осуществляет прием отраженного лазерного излучения. Устройство содержит блок сканирования, два приемных объектива, два фотоприемных блока, блок управления, формирователь видеосигнала, блок задержки, электронно-оптический преобразователь, частотно-импульсный лазер. К недостаткам данного устройства следует отнести низкую помехоустойчивость при воздействии на данное устройство лазерного излучения, наличие которого обусловлено оптико-электронными и лазерными локационными системами, ведущими встречное активное наблюдение или прицеливание с использованием достаточно интенсивного лазерного излучения для подсвета места нахождения данного устройства. При наличии такого лазерного излучения на оптических входах обеих приемных каналов данное известное устройство существенно ухудшает свои обнаружительные характеристики или вообще становится неработоспособным, особенно если учесть факт значительного превышения интенсивности облучающего лазерного помехового сигнала по сравнению с уровнем интенсивности принимаемого лазерного информационного сигнала, отраженного от наблюдаемого объекта. Этот недостаток обусловлен тем, что в данном известном устройстве не предусмотрены средства для предотвращения воздействия на приемные каналы помехового лазерного излучения с длиной волны, соответствующей рабочей длине волны лазерного генератора и длине волны пропускания интерференционного и отрезающего фильтров. Соответственно при наличии лазерной помеховой засветки или засветки от лазерного прицела в данном устройстве отсутствует возможность осуществления эффективного обнаружения и распознавания объектов в контролируемой области пространства, что равносильно потере работоспособности устройства. Другим недостатком данного устройства является низкая эффективность обнаружения и невозможность распознавания наблюдаемых оптических и оптико-электронных объектов и приборов. Это обусловлено малой информативностью процесса обнаружения наблюдаемых объектов в данном устройстве, в котором обнаружение осуществляется в единственном узком спектральном диапазоне длин волн по одному признаку - величине интенсивности отраженного импульсного лазерного излучения.Known optoelectronic device according to the patent of France [1], containing a transmitting channel with a laser light source and an optical forming system, a receiving channel containing a photodetector unit, a receiving lens, a beam splitter, a control unit. The disadvantages of this device include low noise immunity in relation to external active organized interference in the form of laser radiation acting on the receiving channel of this device in the presence of the observation space of the optoelectronic and laser devices in the area controlled by the counter, reconnaissance and observation using active means laser light. When a laser device (LI) hits an input channel of a receiving channel from an external laser device that is in the opposite direction or interferes with the active effect, this device becomes inoperative or significantly worsens its performance. Known laser detection system of optoelectronic devices according to the patent of England [2], containing a pulse-frequency laser with a lens, a photodetector unit with a receiving lens, a memory and control unit. The disadvantages of this device include low noise immunity in relation to external laser radiation created by optoelectronic and laser location systems, leading active counter-intelligence and surveillance. A device for determining the angular coordinates of a source of pulsed laser radiation according to the patent of the Russian Federation [3], containing a wide-angle lens, a photodetector based on a photodiode, a photosensitive matrix, a control unit, an exchange interface. The disadvantages of this device include low information content in relation to the detected source of pulsed laser radiation. It is not possible to determine such important parameters as the distance to the laser radiation source, the wavelength of the laser radiation source, which is necessary to counter the detected radiation source. Detection of a radiation source is possible only in the visible wavelength range, while modern systems of automatic optoelectronic active laser observation and aiming work simultaneously in the visible and infrared ranges. There is no possibility of protecting the photodetector channel from the impact of external interference laser radiation and the ability to conduct optical-electronic reconnaissance in the presence of the specified external laser radiation. As a prototype, a device for detecting optical and optoelectronic surveillance devices according to the patent of the Russian Federation [4], which contains two receiving channels and one transmitting channel based on a laser generator of the visible wavelength range, was selected. One of the receiving channels receives natural background radiation, the second receiving channel receives reflected laser radiation. The device comprises a scanning unit, two receiving lenses, two photodetecting units, a control unit, a video shaper, a delay unit, an electron-optical converter, and a pulse-frequency laser. The disadvantages of this device include low noise immunity when exposed to laser radiation on this device, the presence of which is due to optoelectronic and laser location systems that conduct counter active observation or aiming using sufficiently intense laser radiation to illuminate the location of this device. In the presence of such laser radiation at the optical inputs of both receiving channels, this known device substantially degrades its detection characteristics or generally becomes inoperative, especially when one takes into account the fact that the intensity of the irradiating laser interfering signal is significantly higher than the intensity of the received laser information signal reflected from the observed object. This disadvantage is due to the fact that this known device does not provide means for preventing exposure of the receiving channels to interference laser radiation with a wavelength corresponding to the working wavelength of the laser generator and the transmission wavelength of the interference and cut-off filters. Accordingly, in the presence of laser interference illumination or illumination from a laser sight in this device, there is no possibility of efficient detection and recognition of objects in a controlled area of space, which is equivalent to a loss in operability of the device. Another disadvantage of this device is the low detection efficiency and the inability to recognize the observed optical and optoelectronic objects and devices. This is due to the low information content of the process of detecting observed objects in this device, in which detection is carried out in a single narrow spectral range of wavelengths according to one attribute - the magnitude of the intensity of the reflected pulsed laser radiation.
В предлагаемой системе лазерной локации решена задача повышения помехоустойчивости приема лазерных локационных сигналов в видимом и инфракрасном диапазонах длин волн при наличии помехового воздействия от лазерных локационных систем и оптико-электронных устройств, ведущих встречное наблюдение, прицеливание и разведку в активном режиме с использованием подсвечивающего лазерного излучения, а также осуществляющих специальное помеховое воздействие лазерным излучением на приемные каналы системы лазерной локации. В предлагаемой системе лазерной локации реализована возможность эффективного обнаружения и распознавания оптических и оптико-электронных приборов, находящихся в контролируемой области пространства, при наличии помехового лазерного воздействия от систем лазерной локации, ведущих встречное наблюдение и активную лазерную разведку. Для решения указанной проблемы в предлагаемой системе лазерной локации осуществляется обнаружение лазерного излучения от источников лазерного излучения, находящихся в контролируемой области пространства. Одновременно осуществляется определение длины волны помехового лазерного воздействия и определение его угловых координат. Далее на основании полученной информации осуществляется смещение длины волны приема узкополосного спектрального перестраиваемого фильтра, установленного на входе фотоприемного блока в предлагаемой системе лазерной локации, на такую величину, чтобы исключить влияние обнаруженного помехового лазерного воздействия на указанный фотоприемный блок. Одновременно осуществляется соответствующее смещение длины волны генерируемого лазерного излучения, обеспечивающего подсвет контролируемой области пространства. В результате приема отраженного от КОП лазерного излучения определяется дальность до обнаруженного источника ЛИ, а также отражательные характеристики обнаруженного объекта. В предлагаемой системе лазерной локации осуществляется более точное определение длины волны обнаруженного источника лазерного излучения и при необходимости осуществляется помеховое воздействие лазерным излучением на источник ЛИ точно на измеренной длине волны обнаруженного лазерного излучения. Кроме этого обнаружение объектов в контролируемой области пространства в предлагаемой системе лазерной локации осуществляется в широком спектральном диапазоне в видимом и в инфракрасном диапазонах длин волн, для чего используются лазерные генераторы с перестройкой длины волны генерации и перестраиваемые спектральные фильтры. Это обеспечивает повышение информативности предлагаемой системы, увеличение эффективности обнаружения и повышение вероятности распознавания наблюдаемых оптико-электронных приборов и средств наблюдения и активной разведки.In the proposed laser ranging system, the problem of increasing the noise immunity of receiving laser ranging signals in the visible and infrared wavelength ranges in the presence of interference from laser ranging systems and optoelectronic devices conducting counter-observation, aiming and reconnaissance in active mode using illuminated laser radiation was solved, as well as those carrying out special interfering effects of laser radiation on the receiving channels of the laser location system. The proposed laser ranging system implements the possibility of efficient detection and recognition of optical and optoelectronic devices located in a controlled area of space, in the presence of laser interference from laser ranging systems, conducting counter-observation and active laser reconnaissance. To solve this problem, the proposed laser ranging system detects laser radiation from laser radiation sources located in a controlled area of space. At the same time, the wavelength of the interference laser action is determined and its angular coordinates are determined. Further, on the basis of the information received, the reception wavelength of the narrow-band spectral tunable filter installed at the input of the photodetector unit in the proposed laser location system is shifted by such a value as to exclude the effect of the detected interference laser action on the specified photodetector unit. At the same time, a corresponding shift of the wavelength of the generated laser radiation is carried out, providing illumination of the controlled region of space. As a result of receiving laser radiation reflected from the CPC, the range to the detected source of radiation is determined, as well as the reflective characteristics of the detected object. In the proposed laser ranging system, a more accurate determination of the wavelength of the detected laser radiation source is made and, if necessary, interference is performed by laser radiation on the laser source exactly at the measured wavelength of the detected laser radiation. In addition, the detection of objects in a controlled region of space in the proposed laser location system is carried out in a wide spectral range in the visible and infrared wavelength ranges, for which laser generators with tunable wavelengths and tunable spectral filters are used. This provides an increase in the information content of the proposed system, an increase in the detection efficiency and an increase in the likelihood of recognition of the observed optoelectronic devices and surveillance tools and active reconnaissance.
Достигаемым новым техническим результатом является повышение помехоустойчивости работы системы лазерной локации в условиях воздействия помехового лазерного излучения, производимого системами лазерной локации и оптико-электронными средствами, ведущими встречное наблюдение, разведку и прицеливание с помощью активных лазерных средств, увеличение эффективности обнаружения и вероятности распознавания оптических и оптико-электронных приборов в условиях непосредственного действия организованных оптических помех от лазерных систем прицеливания и лазерного воздействия.Achievable new technical result is to increase the noise immunity of the laser ranging system under the influence of interfering laser radiation produced by laser ranging systems and optoelectronic devices that counter-monitor, reconnoit and aim using active laser means, increase the detection efficiency and the recognition probability of optical and optical -electronic devices under the direct action of organized optical interference from laser systems itselivaniya and laser effects.
Указанный технический результат достигается следующим.The specified technical result is achieved as follows.
1. В системе лазерной локации, содержащей блок сканирования с блоком управления, установленные на первой оптической оси оптически связанные первый приемный объектив, первый фотоприемный блок, установленные на шестой оптической оси оптически связанные второй приемный объектив, шестой фотоприемный блок, установленные на восьмой оптической оси оптически связанные первый формирователь лазерного пучка, первый лазерный генератор с блоком управления, подключенный к блоку управления системой, оптический вход второго приемного объектива посредством отражательного зеркала связан с блоком сканирования, оптический выход первого формирователя лазерного пучка посредством отражательного зеркала оптически связан с блоком сканирования, введены пять фотоприемных блоков, восемь блоков регистрации сигналов, третий приемный объектив, семь управляемых оптических фильтров, десять линз, четыре спектральных перестраиваемых фильтра, дифракционная оптическая решетка, блок обработки локационных сигналов, второй лазерный генератор с блоком управления, второй формирователь лазерного пучка, два дефлектора лазерного излучения, блок контрольных отражателей, при этом на первой оптической оси последовательно установлены между первым приемным объективом и первым фотоприемным блоком оптически связанные первая линза, первый управляемый оптический фильтр, дифракционная оптическая решетка и вторая линза, на второй оптической оси последовательно установлены оптически связанные третья линза, второй управляемый оптический фильтр и второй фотоприемный блок, оптический вход третьей линзы посредством двух полупрозрачных зеркал связан с выходом первого приемного объектива, на третьей оптической оси последовательно установлены оптически связанные четвертая линза, третий управляемый оптический фильтр и третий фотоприемный блок, оптический вход четвертой линзы посредством двух полупрозрачных зеркал связан с выходом первого приемного объектива, на четвертой оптической оси последовательно установлены оптически связанные пятая линза, первый спектральный перестраиваемый фильтр, шестая линза, четвертый управляемый оптический фильтр и четвертый фотоприемный блок, оптический вход пятой линзы посредством двух полупрозрачных зеркал связан с выходом первого приемного объектива, на пятой оптической оси последовательно установлены оптически связанные седьмая линза, второй спектральный перестраиваемый фильтр, восьмая линза, пятый управляемый оптический фильтр и пятый фотоприемный блок, оптический вход седьмой линзы посредством отражательного и полупрозрачного зеркал связан с выходом первого приемного объектива, на шестой оптической оси последовательно установлены между вторым приемным объективом и шестым фотоприемным блоком оптически связанные третий спектральный перестраиваемый фильтр, девятая линза и шестой управляемый оптический фильтр, на седьмой оптической оси последовательно установлены оптически связанные третий приемный объектив, четвертый спектральный перестраиваемый фильтр, десятая линза, седьмой управляемый оптический фильтр и седьмой фотоприемный блок, оптический вход третьего приемного объектива посредством отражательного зеркала связан с блоком сканирования, первый дефлектор лазерного излучения расположен на восьмой оптической оси между первым формирователем лазерного пучка и первым лазерным генератором, на девятой оптической оси последовательно расположены оптически связанные второй формирователь лазерного пучка, второй дефлектор лазерного излучения и второй лазерный генератор, подключенный к блоку управления вторым лазерным генератором, оптический выход второго формирователя лазерного пучка посредством отражательного зеркала связан с блоком сканирования, выходы первого фотоприемного блока подсоединены ко входам первого и второго блоков регистрации сигналов, выходы фотоприемных блоков от второго до седьмого включительно подключены к соответствующим входам блоков регистрации сигналов от третьего до седьмого включительно, выходы блоков регистрации сигналов подключены ко входам блока обработки локационных сигналов, выход которого подключен ко входу блока управления системой, управляющие входы управляемых оптических фильтров подключены к блоку управления системой, управляющие входы спектральных перестраиваемых фильтров подключены к блоку управления системой, управляющие входы первого и второго дефлекторов лазерного излучения подключены к блоку управления системой.1. In a laser ranging system comprising a scanning unit with a control unit, optically coupled a first receiving lens mounted on a first optical axis, a first photodetecting unit, optically coupled a second receiving lens on a sixth optical axis, and a sixth photodetecting unit mounted on an eighth optical axis coupled the first laser beam former, the first laser generator with a control unit connected to the system control unit, the optical input of the second receiving lens after By means of a reflecting mirror it is connected to the scanning unit, the optical output of the first laser beam former is optically connected to the scanning unit by means of a reflecting mirror, five photodetector units, eight signal recording units, a third receiving lens, seven controlled optical filters, ten lenses, four tunable spectral filters are introduced, diffraction optical grating, a processing unit for location signals, a second laser generator with a control unit, a second laser driver a beam, two laser radiation deflectors, a block of control reflectors, while on the first optical axis the optically coupled first lens, the first controllable optical filter, the diffraction optical grating and the second lens are sequentially mounted between the first receiving lens and the first photodetector, the second optical axis is sequentially mounted optically coupled third lens, second controlled optical filter and second photodetector, optical input of the third lens through two translucent mirrors connected to the output of the first receiving lens, optically connected fourth lens, third controlled optical filter and third photodetector block are sequentially mounted on the third optical axis, optical input of the fourth lens is connected via two translucent mirrors to the output of the first receiving lens, optically coupled on the fourth optical axis fifth lens, first spectral tunable filter, sixth lens, fourth controllable optical filter and fourth photodetector ok, the optical input of the fifth lens through two translucent mirrors is connected to the output of the first receiving lens, the seventh lens, the second spectral tunable filter, the eighth lens, the fifth controlled optical filter and the fifth photodetector, the optical input of the seventh lens are connected through the fifth optical axis in series with the optical input of the seventh lens reflective and translucent mirrors connected to the output of the first receiving lens, on the sixth optical axis are sequentially installed between the second receiving object willow and sixth photodetector block, an optically coupled third spectral tunable filter, a ninth lens and a sixth controllable optical filter, optically coupled a third receiving lens, a fourth spectral tunable filter, a tenth lens, a seventh controllable optical filter and a seventh photodetector block, an optical optically coupled third spectral tunable filter the input of the third receiving lens by means of a reflective mirror is connected to the scanning unit, the first laser radiation deflector is located lies on the eighth optical axis between the first laser beam former and the first laser generator, on the ninth optical axis are optically coupled the second laser beam former, the second laser radiation deflector and the second laser generator connected to the control unit of the second laser generator, the optical output of the second laser former beam through a reflective mirror is connected to the scanning unit, the outputs of the first photodetector unit are connected to the inputs of the first and the second signal recording blocks, the outputs of the photodetector blocks from the second to the seventh inclusive are connected to the corresponding inputs of the signal recording blocks from the third to the seventh inclusive, the outputs of the signal recording blocks are connected to the inputs of the location signal processing block, the output of which is connected to the input of the system control unit, the control inputs of the controlled optical filters are connected to the system control unit, the control inputs of tunable spectral filters are connected to the control unit Istemi, control inputs of the first and second laser light deflectors are connected to the system control unit.
2. В системе лазерной локации по пункту 1 блок контрольных отражателей содержит устройство перемещения, платформу с расположенными на ней уголковым и диффузным отражателями лазерного излучения.2. In the laser location system according to paragraph 1, the block of control reflectors contains a moving device, a platform with angular and diffuse reflectors of laser radiation located on it.
3. В системе по пункту 1 первый и второй лазерные генераторы выполнены на основе лазеров видимого и инфракрасного диапазонов длин волн с возможностью перестройки длин волн генерируемых лазерных излучений.3. In the system according to paragraph 1, the first and second laser generators are based on visible and infrared wavelength lasers with the possibility of tuning the wavelengths of the generated laser radiation.
4. В системе по пункту 1 первый фотоприемный блок выполнен на основе двух фотоприемных линеек видимого и инфракрасного диапазонов длин волн, расположенных совместно в фокальной плоскости второй линзы, выходы которых подсоединены ко входам соответственно первого и второго блоков регистрации сигналов.4. In the system of claim 1, the first photodetector unit is based on two photodetector lines of the visible and infrared wavelength ranges located together in the focal plane of the second lens, the outputs of which are connected to the inputs of the first and second signal recording units, respectively.
5. В системе по пункту 1 второй и последующие фотоприемные блоки выполнены на основе многоэлементных двумерных фотоприемных матриц видимого и инфракрасного диапазонов длин волн.5. In the system according to paragraph 1, the second and subsequent photodetector blocks are based on multi-element two-dimensional photodetector arrays of the visible and infrared wavelength ranges.
6. В системе по пункту 1 спектральные перестраиваемые фильтры выполнены на основе акустооптической перестраиваемой ячейки, в которой возбуждены ультразвуковые волны, взаимодействующие с принимаемым лазерным излучением.6. In the system according to claim 1, the spectral tunable filters are made on the basis of an acousto-optic tunable cell in which ultrasonic waves are excited that interact with the received laser radiation.
7. В системе по пункту 1 спектральные перестраиваемые фильтры выполнены на основе квантового (лазерного) усилителя - активного квантового фильтра, перестраиваемого по величине длины волны узкополосной фильтрации с помощью магнитного поля.7. In the system according to paragraph 1, the spectral tunable filters are based on a quantum (laser) amplifier — an active quantum filter tunable by the magnitude of the narrow-band filtering wavelength using a magnetic field.
Сущность изобретения поясняется схемой системы лазерной локации, приведенной на фиг.1. На фиг.2 представлена осциллограмма по результатам проведенных исследований экспериментального образца системы лазерной локации.The invention is illustrated by the diagram of the laser location system shown in figure 1. Figure 2 presents the oscillogram according to the results of studies of an experimental sample of a laser location system.
На фиг.1 в блок-схеме системы лазерной локации цифрами обозначены следующие элементы.In figure 1, in a block diagram of a laser ranging system, the numbers indicate the following elements.
1. Первый приемный объектив.1. The first receiving lens.
2. Первая линза.2. The first lens.
3. Первый управляемый оптический фильтр.3. The first controlled optical filter.
4. Дифракционная оптическая решетка.4. Diffraction optical grating.
5. Вторая линза.5. The second lens.
6. Первая фотоприемная линейка.6. The first photodetector line.
7. Вторая фотоприемная линейка. Первая и вторая фотоприемные линейки образуют первый фотоприемный блок.7. The second photodetector line. The first and second photodetector lines form the first photodetector unit.
8. Первый блок регистрации сигналов.8. The first block registration signals.
9. Второй блок регистрации сигналов.9. The second block recording signals.
10. Третья линза.10. The third lens.
11, 15, 21, 27, 33, 39 - второй-седьмой управляемые оптические фильтры.11, 15, 21, 27, 33, 39 - the second-seventh controlled optical filters.
12. Второй фотоприемный блок.12. The second photodetector unit.
13. Третий блок регистрации сигналов.13. The third block recording signals.
14, 18, 20, 24, 26 - четвертая-восьмая линзы.14, 18, 20, 24, 26 - the fourth to eighth lenses.
16. Третий фотоприемный блок.16. The third photodetector unit.
17. Четвертый блок регистрации сигналов.17. The fourth block registration signals.
19. Первый спектральный перестраиваемый фильтр.19. The first spectral tunable filter.
22. Четвертый фотоприемный блок.22. The fourth photodetector unit.
23. Пятый блок регистрации сигналов.23. The fifth block registration signals.
25. Второй спектральный перестраиваемый фильтр.25. The second spectral tunable filter.
28. Пятый фотоприемный блок.28. The fifth photodetector unit.
29. Шестой блок регистрации сигналов.29. The sixth block registration signals.
30. Второй приемный объектив.30. The second receiving lens.
31. Третий спектральный перестраиваемый фильтр.31. The third spectral tunable filter.
32. Девятая линза.32. The ninth lens.
34. Шестой фотоприемный блок.34. Sixth photodetector unit.
35. Седьмой блок регистрации сигналов.35. The seventh block registration signals.
36. Третий приемный объектив.36. The third receiving lens.
37. Четвертый спектральный перестраиваемый фильтр.37. The fourth spectral tunable filter.
38. Десятая линза.38. The tenth lens.
40. Седьмой фотоприемный блок.40. The seventh photodetector unit.
41. Восьмой блок регистрации сигналов.41. The eighth block registration signals.
42. Первый формирователь лазерного пучка.42. The first laser beam former.
43. Первый дефлектор лазерного излучения.43. The first deflector of laser radiation.
44. Первый лазерный генератор с блоком управления 45.44. The first laser generator with a control unit 45.
46. Второй формирователь лазерного пучка.46. The second laser beam former.
47. Второй дефлектор лазерного излучения.47. The second deflector of laser radiation.
48. Второй лазерный генератор с блоком управления 49.48. The second laser generator with a control unit 49.
50. Блок обработки локационных сигналов.50. The processing unit location signals.
51. Блок управления системой.51. The control unit of the system.
52. Блок сканирования с блоком управления 53.52. The scanning unit with the control unit 53.
54. Блок контрольных отражателей.54. Block control reflectors.
55. Диффузный отражатель.55. Diffuse reflector.
56. Уголковый отражатель.56. Corner reflector.
57-60 - полупрозрачные зеркала.57-60 - translucent mirrors.
61-65 - отражательные зеркала.61-65 - reflective mirrors.
66. Объект наблюдения и активной лазерной разведки.66. Object of observation and active laser reconnaissance.
На фиг.1 нумерация оптических осей осуществляется сверху вниз от первой до девятой оптической оси.In figure 1, the numbering of the optical axes is carried out from top to bottom from the first to the ninth optical axis.
Принцип действия системы лазерной локации заключается в следующем.The principle of operation of the laser ranging system is as follows.
Система лазерной локации (далее - система) содержит две функционально связанные части. Первая часть системы, оптическим входом которой является первый приемный объектив поз.1, осуществляет пассивный прием оптического излучения, которым облучается система из контролируемой области пространства (КОП) находящимися там приборами и средствами активной лазерной разведки поз.66 на фиг.1. Вторая часть системы, оптическим входом и выходом которой является блок сканирования 52, осуществляет подсвет контролируемой области пространства лазерным излучением от двух лазерных генераторов видимого и инфракрасного диапазонов длин волн и прием и обработку лазерного излучения, отраженного от находящихся в КОП объектов, оптических и оптоэлектронных средств наблюдения. Элементы первой части системы лазерной локации, расположенные на оптических осях от первой до пятой, образуют пять пассивных каналов приема облучающего лазерного излучения. Элементы второй части системы расположены на оптических осях от шестой до девятой и содержат два канала приема отраженного от КОП лазерного излучения (шестая и седьмая оптические оси) и два лазерных передающих канала (восьмая и девятая оптические оси).The laser location system (hereinafter referred to as the system) contains two functionally related parts. The first part of the system, the optical input of which is the first receiving lens pos. 1, provides passive reception of optical radiation, which irradiates the system from the controlled region of space (CPC) with the instruments located there and active laser reconnaissance pos.66 in figure 1. The second part of the system, the optical input and output of which is the scanning unit 52, illuminates the controlled area of the space with laser radiation from two laser generators of the visible and infrared wavelength ranges and receives and processes laser radiation reflected from objects located in the CPC, optical and optoelectronic monitoring devices . Elements of the first part of the laser ranging system, located on the optical axes from the first to the fifth, form five passive channels for receiving irradiating laser radiation. Elements of the second part of the system are located on the optical axes from the sixth to the ninth and contain two channels for receiving laser radiation reflected from the CPC (sixth and seventh optical axes) and two laser transmitting channels (eighth and ninth optical axes).
Первая часть системы осуществляет непрерывный прием оптического излучения, облучающего систему лазерной локации, в видимом и инфракрасном диапазонах длин волн. Первоначально в момент времени приема первой частью системы облучающего оптического излучения из области КОП от активных приборов встречной разведки вторая часть системы находится в ждущем режиме и не осуществляет подсвета КОП и приема отраженного от КОП лазерного излучения. Прием облучающего оптического излучения осуществляется посредством первого приемного объектива 1, в качестве которого использован специальный широкоугольный объектив, работающий в видимом и ИК-диапазонах длин волн. Далее из принятого оптического (лазерного) излучения с помощью первых пяти фотоприемных блоков поз.6, 7, 12, 16, 22, 28 определяется длина волны лазерного излучения, которым осуществлено облучение системы, а также осуществляется определение угловых координат источника облучающего лазерного излучения, находящегося в области КОП, и определение момента времени прихода импульса облучающего лазерного излучения на вход первого приемного объектива. Изображение контролируемого объема (области) пространства с выхода первого приемного объектива 1 (фокальной плоскости объектива 1) полупрозрачными зеркалами (поз.57-60) разделяется на пять идентичных составляющих (копий), которые поступают на оптические входы линз поз.2, 10, 14, 18 и 24. Сформированные пять копий принятых приемным объективом 1 оптических излучений используются для извлечения указанной информации из принятого облучающего лазерного излучения. Следует отметить, что поступающее на оптический вход (приемную апертуру) первого приемного объектива 1 облучающее лазерное излучение представляет собой лазерный импульс достаточно большой интенсивности, значительно превосходящий чувствительность используемых в предлагаемой системе лазерной локации фотоприемных блоков. Высокая интенсивность в облучающем систему лазерном импульсе обусловлена тем, что данный импульс рассчитан на получение на его основе отраженного от конструкций системы лазерного излучения и приеме этого отраженного излучения на значительном расстоянии его обратного распространения приемными средствами оптико-электронного прибора, ведущего встречное активное наблюдение или лазерное прицеливание. Поэтому разделение принятого приемным объективом 1 излучения на пять копий указанными выше полупрозрачными зеркалами практически не уменьшает потенциала приемных пассивных каналов предлагаемой системы лазерной локации. Для защиты фотоприемных блоков от принимаемого облучающего лазерного излучения сравнительно высокой интенсивности используются пять управляемых оптических фильтров поз.3, 11, 15, 21, 27, установленные совместно с соответствующими линзами.The first part of the system continuously receives optical radiation irradiating the laser ranging system in the visible and infrared wavelength ranges. Initially, at the time of the first part of the system receiving the irradiating optical radiation from the COC area from active counter-intelligence devices, the second part of the system is in standby mode and does not illuminate the COC and receive laser radiation reflected from the COC. Reception of the irradiating optical radiation is carried out through the first receiving lens 1, which is used as a special wide-angle lens, operating in the visible and infrared wavelength ranges. Next, from the received optical (laser) radiation using the first five photodetector blocks, items 6, 7, 12, 16, 22, 28, the wavelength of the laser radiation used to irradiate the system is determined, and the angular coordinates of the source of the irradiating laser radiation located in the field of CPC, and determining the time of arrival of the pulse of the irradiating laser radiation at the input of the first receiving lens. The image of the controlled volume (area) of space from the output of the first receiving lens 1 (focal plane of the lens 1) by translucent mirrors (pos. 57-60) is divided into five identical components (copies) that are fed to the optical inputs of the lenses pos. 2, 10, 14 , 18 and 24. Formed five copies of the optical radiation received by the receiving lens 1 are used to extract the specified information from the received irradiating laser radiation. It should be noted that the irradiating laser radiation arriving at the optical input (receiving aperture) of the first receiving lens 1 is a laser pulse of a sufficiently high intensity, significantly exceeding the sensitivity of the photodetector units used in the proposed laser location system. The high intensity in the laser pulse irradiating the system is due to the fact that this pulse is designed to receive laser radiation reflected from the system structures and receive this reflected radiation at a considerable distance of its back propagation by receiving means of an optoelectronic device conducting active counter-observation or laser aiming . Therefore, dividing the radiation received by the receiving lens 1 into five copies of the aforementioned translucent mirrors practically does not reduce the potential of the receiving passive channels of the proposed laser location system. To protect the photodetector blocks from the received irradiating laser radiation of relatively high intensity, five controllable optical filters pos. 3, 11, 15, 21, 27 are used, installed together with the corresponding lenses.
Далее рассмотрим функции, выполняемые каждым из указанных пяти пассивных приемных каналов предлагаемой системы. Первый пассивный приемный канал, состоящий из расположенных на первой оптической оси элементов поз.2-7, осуществляет измерение длины волны импульса лазерного излучения, облучающего систему лазерной локации и принятого приемным объективом 1. Линза 2 переносит выходную фокальную плоскость приемного объектива 1 в плоскость дифракционной оптической решетки 4, которая осуществляет разложение принятого лазерного излучения в линейный спектр. Вторая линза 5 переносит сформированный оптический спектр в плоскость фотоприемных линеек 6 и 7, расположенных на одной линии в фокальной плоскости линзы 5. Сформированный дифракционной оптической решеткой 4 оптический спектр принятого импульса лазерного излучения представляет собой развернутое в линию распределение интенсивности излучения, в котором длина волны излучения соответствует координате всплеска интенсивности вдоль образующей прямой фотоприемных линеек 6 и 7. Фотоприемная линейка 6 обладает чувствительностью в видимом диапазоне и осуществляет прием и регистрацию распределения излучения видимого диапазона длин волн. Соответственно, фотоприемная линейка 7 обладает чувствительностью в инфракрасном диапазоне длин волн и осуществляет прием и регистрацию распределения излучения ИК-диапазона длин волн. (Практически в ближнем ИК-диапазоне). Принятое приемным объективом 1 облучающее систему лазерное излучение представляет собой короткий импульс оптического излучения видимого или ИК-диапазона длин волн. Соответственно этому фотоприемные линейки 6 и 7 регистрируют короткий импульс оптического излучения, положение которого (линейная координата) вдоль образующей прямой фотоприемных линеек 6 и 7 соответствует длине волны принятого импульса излучения в видимом или ИК-диапазоне. Таким образом, номер чувствительной ячейки в фотоприемных линейках 6 и 7, в которых зарегистрирован импульс оптического излучения, характеризует длину волны этого излучения. Электрические выходы фотоприемных линеек 6 и 7 параллельно подключены к первому 8 и ко второму 9 блокам регистрации сигналов. В данных блоках осуществляется усиление сигналов с выходов ячеек фотоприемных линеек 6 и 7, их оцифровка и буферное запоминание на короткое время в соответствующих регистрах памяти блоков 8 и 9. Далее информация о принятых оптических импульсах излучения, их амплитуде и номере фоточувствительной ячейки в фотоприемной линейке 6 и 7 поступает в цифровой форме через соответствующие интерфейсы в блок обработки локационных сигналов 50. В результате в блоке 50 образуется и регистрируется информация о приеме импульса лазерного излучения, облучившего приемный объектив системы лазерной локации, а также информация о параметрах этого излучения в виде длины волны излучения в видимом или ИК-диапазоне - по номеру фоточувствительной ячейки в фотоприемных линейках 6 и 7. Полученная информация о параметрах лазерного излучения, облучающего систему лазерной локации, далее оперативно используется для изменения режима работы системы, что будет изложено ниже. Одновременно с определением длины волны облучающего лазерного излучения в канале пассивного приема излучения осуществляется определение угловых координат источника облучающего лазерного излучения. Эту функцию определения угловых координат источника облучающего лазерного излучения осуществляют второй фотоприемный блок поз.12 для источников видимого диапазона длин волн и третий фотоприемный блок поз.16 для источников инфракрасного диапазона длин волн. Указанные фотоприемные блоки 12, 16 выполнены на основе многоэлементных фотоприемных матриц видимого и ИК-диапазонов длин волн соответственно. Линзы 10 и 14 осуществляют перенос фокальной плоскости приемного объектива 1 в плоскость фоточувствительных площадок фотоприемных блоков 12 и 16 соответственно. Электрические сигналы с выходов чувствительных элементов фотоприемных блоков 12, 16 поступают в блоки регистрации сигналов 13, 17, в которых осуществляется усиление, оцифровка и буферное запоминание сигналов, которые далее поступают через соответствующие интерфейсы в блок обработки локационных сигналов 50. В результате в блоке 50 образуется информация об угловых координатах источника облучающего лазерного излучения, параллельно с информацией о длине волны этого источника, которая была измерена с помощью дифракционной оптической решетки и первого фотоприемного блока. Угловые координаты источника облучающего лазерного излучения определяются по координатам чувствительных элементов в приемной плоскости фотоприемных блоков 12, 16. Полученная информация также оперативно используется для изменения режима работы системы лазерной локации. После однократного определения угловых координат и длины волны источника облучающего лазерного излучения осуществляется более точное определение длины волны облучающего лазерного излучения с помощью первого спектрального перестраиваемого фильтра 19 и четвертого фотоприемного блока 22 в видимом диапазоне длин волн и с помощью второго спектрального перестраиваемого фильтра 25 и пятого фотоприемного блока 28 в инфракрасном диапазоне длин волн. Необходимость более точного определения длины волны облучающего лазерного излучения обусловлена тем, что оперативное определение длины волны посредством дифракционной оптической решетки 4 и первого фотоприемного блока поз.6 и 7 обладает ограниченной точностью, определяемой функцией рассеивания оптической системы из первого приемного объектива 1 и двух линз 2 и 5, а также размером одной фоточувствительной ячейки (пикселя) фотоприемных линеек 6 и 7. В то же время определение длины волны с помощью указанных средств обладает преимуществом оперативности и позволяет определить длину волны облучающего лазерного излучения непосредственно в момент прихода первого импульса этого излучения на входную апертуру приемного объектива 1. Более точное определение длины волны облучающего лазерного излучения с помощью указанных средств осуществляется следующим образом. Выходная фокальная плоскость первого приемного объектива 1 с помощью линзы 18 и линзы 20 переносится в плоскость фоточувствительной приемной площадки четвертого фотоприемного блока поз.22. При этом переносе в параллельном ходе лучей анализируемое излучение проходит через рабочую зону первого спектрального перестраиваемого фильтра 19. Последний представляет собой акустооптический кристалл, в котором под воздействием управляющих сигналов возбуждаются акустические волны, взаимодействие которых с проходящим анализируемым излучением обеспечивает пропускание излучения в узком спектральном диапазоне. При изменении параметров управляющего электрического сигнала длина волны узкой полосы спектрального пропускания спектрального перестраиваемого фильтра изменяется (смещается) в пределах некоторого диапазона в видимом диапазоне длин волн в спектральном перестраиваемом фильтре 19 и в инфракрасном диапазоне длин волн в спектральном перестраиваемом фильтре 25. Аналогично линзы 24 и 26 осуществляют перенос фокальной плоскости приемного объектива 1 в плоскость фоточувствительной площадки фотоприемного блока 28 в инфракрасном диапазоне длин волн через рабочую зону второго спектрального перестраиваемого фильтра 25. Под воздействием управляющих электрических сигналов, поступающих от блока управления системой 51 на управляющий вход спектрального перестраиваемого фильтра 19, а также на управляющий вход спектрального перестраиваемого фильтра 25, в указанных фильтрах осуществляется перемещение (сканирование) положения узкой полосы пропускания в пределах некоторого диапазона длин волн, соответствующего измеренной длине волны облучающего источника лазерного излучения, полученной в результате функционирования дифракционной оптической решетки 4 и первого фотоприемного блока 6, 7. При непрерывном сканировании по длине волны полосы пропускания в спектральном перестраиваемом фильтре 19 и в спектральном перестраиваемом фильтре 25 осуществляется непрерывная регистрация изображения выходной фокальной плоскости первого приемного объектива 1 с помощью четвертого фотоприемного блока 22 в видимом диапазоне длин волн и в инфракрасном диапазоне длин волн с помощью пятого фотоприемного блока 28. Следует отметить, что фотоприемные блоки 22, 12 видимого диапазона длин волн идентичны между собой. Аналогично идентичны фотоприемные блоки 16, 28 инфракрасного диапазона длин волн. Электрические сигналы с выходов фотоприемных блоков 22, 28 поступают в блоки регистрации сигналов 23, 29 и далее в цифровой форме в блок обработки локационных сигналов 50. В результате в блоке 50 образуется и регистрируется информация об интенсивностях зарегистрированных сигналов от источника облучающего лазерного излучения при различных положениях узкой спектральной полосы пропускания спектральных перестраиваемых фильтров 19 и 25 в диапазоне спектральной перестройки под воздействием управляющих электрических сигналов. В блоке обработки локационных сигналов 50 осуществляется анализ интенсивностей (уровней) зарегистрированных сигналов с выходов фотоприемных блоков 22, 28, при этом сигнал наибольшего уровня соответствует точной величине длины волны облучающего лазерного излучения в видимом диапазоне длин волн (фотоприемный блок 22) или в инфракрасном диапазоне длин волн (фотоприемный блок 28). Информация о параметрах облучающего лазерного излучения, полученная и зарегистрированная в блоке обработки локационных сигналов 50, содержащая параметры длины волны облучающего лазерного излучения и угловые координаты источника облучающего лазерного излучения, используется далее для оперативного изменения режима работы системы лазерной локации. При этом параметры длины волны облучающего лазерного излучения получены в двух видах. Во-первых, в предварительном виде по измерениям первого поступившего импульса лазерного излучения с помощью дифракционной оптической решетки и первого фотоприемного блока 6, 7. Во-вторых, в более точном виде при осуществлении измерений с помощью двух спектральных перестраиваемых фильтров 19, 25, которые в этом случае работают в качестве высокоточных спектроанализаторов видимого и инфракрасного диапазонов длин волн. Следует отметить, что измерение длины волны облучающего лазерного излучения в более точном виде возможно только в том случае, если источник облучающего лазерного излучения или лазерного прицеливания продолжает свою работу в течение некоторого короткого промежутка времени, достаточного для осуществления сканирования некоторого диапазона длин волн спектральным перестраиваемым фильтром в районе длины волны лазерного излучения, измеренной по первому импульсу излучения с помощью дифракционной оптической решетки и первого фотоприемного блока. Если облучающее лазерное излучение зарегистрировано только в виде одного единственного первого лазерного импульса излучения, то изменение режима работы системы лазерной локации осуществляется по параметрам, полученным в результате измерения этого единственного импульса. В блоке обработки локационных сигналов 50 образуется также информация об уровнях интенсивности принятого облучающего лазерного излучения, определение которой осуществляется на основании уровней электрических сигналов, поступающих в блок 50 с выходов блоков регистрации сигналов 8, 9, 13, 17, 23, 29. Следует отметить, что по величинам измеренной интенсивности уровня принятого облучающего лазерного излучения осуществляется подстройка уровня пропускания в управляемых оптических фильтрах поз.3, 11, 15, 21, 27, 33 и 39. Данные управляемые оптические фильтры служат для защиты фотоприемных блоков от интенсивного облучающего лазерного излучения и для обеспечения оптимального режима работы фотоприемных блоков по уровню их чувствительности в соответствующих диапазонах длин волн. Управление уровнем пропускания указанных фильтров осуществляется по сигналам, поступающим на фильтры от блока управления системой 51, в который от блока обработки локационных сигналов 50 поступает информация о необходимом уровне пропускания и изменении этого уровня пропускания для каждого управляемого фильтра на основании измеренных в блоке 50 величинах уровня интенсивности облучающего лазерного излучения в видимом, или в инфракрасном диапазоне длин волн. Следует отметить, что управляемые оптические фильтры поз.3, 11, 15 могут быть использованы для дополнительной временной модуляции проходящего и принимаемого оптического излучения с некоторой частотой, задаваемой управляющими сигналами с выхода блока управления системой 51. При такой модуляции возникает возможность приема и определения длины волны и угловых координат источников облучающего непрерывного излучения, осуществляющих непрерывную помеховую засветку системы лазерной локации в видимом или инфракрасном диапазоне длин волн. При осуществлении такой модуляции непрерывного облучающего и принимаемого объективом 1 помехового излучения фотоприемные блоки 6, 7 и 12, 16 регистрируют оптические сигналы, промодулированные известной частотой, что обеспечивает возможность реализации высокой чувствительности приема таких сигналов и точность в определении длины волны и угловых координат источника непрерывного облучающего помехового излучения.Next, we consider the functions performed by each of these five passive receiving channels of the proposed system. The first passive receiving channel, consisting of elements 2–7 located on the first optical axis, measures the wavelength of the laser radiation pulse irradiating the laser location system and received by the receiving lens 1. Lens 2 transfers the output focal plane of the receiving lens 1 to the diffraction optical plane array 4, which decomposes the received laser radiation into a linear spectrum. The
После осуществления измерения параметров облучающего систему лазерного излучения система лазерной локации переходит в режим активной локации и обнаружения объектов в контролируемой области пространства. На основании полученной информации о длине волны облучающего лазерного излучения в видимом диапазоне длин волн в третьем спектральном перестраиваемом фильтре 31 осуществляется установление длины волны полосы пропускания фильтруемого принимаемого излучения на некотором расстоянии по длине волны от величины измеренной длины волны облучающего лазерного излучения. Данные операции осуществляются также для инфракрасного диапазона длин волн с помощью четвертого спектрального перестраиваемого фильтра 37 в случае, если обнаружено облучающее лазерное излучение в инфракрасном диапазоне длин волн и произведено соответствующее измерение длины волны этого излучения представленным выше методом. Смещение длины волны полосы пропускания спектрального перестраиваемого фильтра 31 (или 37) выбирается таким, чтобы обеспечить существенное подавление облучающего лазерного излучения после его прохождения через спектральный перестраиваемый фильтр 31 (или 37) и свести до минимума или исключить воздействие этого излучения на фотоприемный блок 34 (и фотоприемный блок 40 ИК-диапазона). Управление смещением и установлением длины волны пропускания перестраиваемых спектральных фильтров 31 и 37 осуществляется по управляющим сигналам, поступающим на указанные фильтры от блока управления системой 51. В блок управления системой 51 от блока обработки локационных сигналов 50 поступает соответствующая информация о величине длины волны облучающего лазерного излучения и о величине необходимого смещения длины волны полосы пропускания спектрального перестраиваемого фильтра 31 или фильтра 37 относительно измеренной величины длины волны облучающего лазерного излучения. Данная величина смещения длины волны полосы пропускания спектрального перестраиваемого фильтра 31 и 37 рассчитывается в блоке обработки локационных сигналов 50 по специальной программе на основании полученных значений измеренной величины длины волны облучающего лазерного излучения. При этом, как было отмечено выше, используется точное значение длины волны облучающего лазерного излучения, измеренное с помощью первого спектрального перестраиваемого фильтра 19 или измеренное с помощью второго спектрального перестраиваемого фильтра 25 в ИК-диапазоне, при продолжающемся облучении системы внешним лазерным излучением. При однократном облучении системы внешним лазерным излучением используется информация о длине волны облучающего лазерного излучения, измеренная с помощью дифракционной оптической решетки 4 и первого фотоприемного блока 6, 7. Одновременно с установлением длины волны полосы приема в спектральных перестраиваемых фильтрах 31, 37 осуществляется установление соответствующей длины волны генерируемого лазерного излучения в лазерном генераторе 44 по сигналам управления, поступающим в блок управления этим лазерным генератором 45 от блока управления системой 51, а также в лазерном генераторе 48 по сигналам управления, поступающим в блок управления лазерным генератором 49 от блока управления системой 51. При этом длина волны генерируемого лазерного излучения устанавливается равной длине волны полосы пропускания соответствующего спектрального перестраиваемого фильтра в видимом и инфракрасном диапазонах длин волн для обеспечения узкополосной фильтрации и приема фотоприемными блоками 34 и 40 отраженного от КОП зондирующего лазерного излучения от лазерных генераторов 44 и 48 на соответствующих длинах волн видимого и инфракрасного диапазонов. Установленная длина волны генерируемого лазерного излучения лазерного генератора видимого диапазона поз.44 соответствует установленной длине волны полосы пропускания спектрального перестраиваемого фильтра 31 видимого диапазона длин волн. Соответственно установленная длина волны генерируемого лазерного излучения лазерного генератора 48 ИК-диапазона соответствует установленной длине волны полосы пропускания спектрального перестраиваемого фильтра 37 ИК-диапазона длин волн. Одновременно блок сканирования 52 осуществляет наведение визирной оси системы лазерной локации в точку контролируемой области пространства, пространственные координаты которой соответствуют измеренным угловым координатам источника облучающего лазерного излучения, измерение которых осуществлено ранее по первому принятому импульсу облучающего лазерного излучения с помощью второго фотоприемного блока 12 и третьего фотоприемного блока 16 в ИК-диапазоне длин волн. Дефлектор лазерного излучения 43 является двухкоординатным отклоняющим устройством и служит для более точной и быстрой подстройки направления в пространстве излучаемого лазерного импульса, генерируемого лазерным генератором 44. Аналогично дефлектор лазерного излучения 47 осуществляет двухкоординатное отклонение лазерного излучения от лазерного генератора 48. Информация о величинах указанных угловых координат сформирована в блоке обработки локационных сигналов 50 на основании сигналов, поступивших в блок 50 с выхода второго фотоприемного блока 12 и соответствующего блока регистрации сигналов 13 в видимом диапазоне длин волн, и сигналов с выхода третьего фотоприемного блока 16 и блока регистрации сигналов 17 в инфракрасном диапазоне длин волн. Эта информация с выхода блока 50 поступает далее в блок управления системой 51 и используется для формирования управляющих сигналов, поступающих из блока 51 в блок управления 53 блоком сканирования 52 и на управляющий вход дефлектора лазерного излучения 43 и обеспечивает управление блоком сканирования 52 и дефлектором лазерного излучения 43 для направления визирной оси системы лазерной локации и направления генерируемого лазерного излучения в заданную область контролируемого объема пространства. Аналогичным образом осуществляется подстройка направления в пространстве лазерного излучения инфракрасного лиапазона длин волн, генерируемого лазерным генератором 48, с помощью дефлектора лазерного излучения 47, управляемого сигналами от блока управления системой 51, на основании информации об угловых координатах облучающего источника инфракрасного излучения, поступившей в блок 51 от блока обработки локационных сигналов 50. Далее осуществляется генерация лазерного излучения лазерным генератором 44 на установленной длине волны, облучение соответствующей зоны контролируемой области пространства сформированным лазерным излучением и прием отраженного лазерного излучения спектральным перестраиваемым фильтром 31 и шестым фотоприемным блоком 34. Аналогично осуществляется генерация лазерного излучения лазерным генератором 47 на установленной длине волны ИК-диапазона, прием отраженного лазерного излучения спектральным перестраиваемым фильтром 37 и фотоприемным блоком 40. Электрические сигналы с выхода фотоприемного блока 34 регистрируются и оцифровываются в седьмом блоке регистрации сигналов 35 и далее поступают с выхода блока 35 в блок обработки локационных сигналов 50, в котором осуществляется анализ полученных сигналов и на основе этого анализа осуществляется обнаружение и идентификация наблюдаемых и обнаруженных средств прицеливания и активной лазерной разведки. Аналогично электрические сигналы с выхода фотоприемного блока 40 поступают в восьмой блок регистрации сигналов 41 и далее в оцифрованном виде поступают в блок обработки локационных сигналов 50. При этом осуществляется регистрация тонкой временной структуры оптических сигналов лазерного излучения, отраженного от соответствующей облученной области контролируемого объема пространства, с помощью фотоприемных блоков видимого (поз.34) и инфракрасного (поз.40) диапазонов длин волн и посредством соответствующих блоков регистрации сигналов 35, 41. Обнаружение объектов осуществляется, например, на основе пороговой обработки полученных сигналов в цифровой форме по соответствующим алгоритмам цифровой обработки локационных лазерных сигналов. После обнаружения объекта по превышению отраженным сигналом порогового уровня осуществляется операция распознавания обнаруженного объекта по характеру тонкой временной структуры зарегистрированного отраженного оптического сигнала, путем его сравнения с формой тонкой структуры эталонных отраженных сигналов для различных спектральных диапазонов длин волн зондирующего лазерного излучения, хранящихся в специальных регистрах памяти блока обработки локационных сигналов 50. Следует отметить, что в предлагаемой системе лазерной локации осуществляется прием и регистрация отраженного лазерного излучения от объектов в КОП в широком спектральном диапазоне в видимом диапазоне длин волн и в инфракрасном диапазоне длин волн. Для осуществления указанной регистрации и получения информации об отражательных характеристиках объектов в КОП в видимом и ИК-диапазонах длин волн используется перестройка длин волн генерации лазерных генераторов 44, 48, а также соответствующая одновременная перестройка длин волн полос пропускания спектральных перестраиваемых фильтров 31, 37. Одновременно в блоке обработки локационных сигналов 50 осуществляется измерение координаты дальности обнаруженного объекта - источника облучающего лазерного излучения - по величине временной задержки принятого отраженного лазерного излучения по отношению к моменту времени излучения импульса подсвечивающего лазерного излучения от соответствующего лазерного генератора 44 видимого диапазона длин волн, или лазерного генератора 48 инфракрасного диапазона длин волн. Следует отметить, что определение точных координат собственно источника облучающего лазерного излучения осуществляется по параметрам измеренных координат отраженного лазерного излучения от области контролируемого объема пространства, с угловыми координатами, соответствующими угловым координатам обнаруженного источника облучающего лазерного излучения, параметры которого были предварительно измерены в пассивной приемной части системы лазерной локации. При этом измеряется координата дальности до обнаруженного источника облучающего лазерного излучения по величине задержки по времени принятого в этом угловом направлении отраженного зондирующего лазерного излучения на соответствующей установленной длине волны, смещенной на некоторую величину относительно длины волны облучающего лазерного излучения, как это было отмечено выше. Прием отраженного излучения от области расположения источника облучающего лазерного излучения и определение его координат и параметров осуществляется независимо от этого помехового внешнего излучения, что и обуславливает высокую помехозащищенность предлагаемой системы лазерной локации.After measuring the parameters of the laser radiation that irradiates the system, the laser location system switches to the active location and object detection mode in the controlled area of space. Based on the received information about the wavelength of the irradiating laser radiation in the visible wavelength range in the third spectral tunable filter 31, the wavelength of the passband of the filtered received radiation is determined at a certain distance along the wavelength from the measured wavelength of the irradiating laser radiation. These operations are also carried out for the infrared wavelength range using the fourth spectral tunable filter 37 in the event that irradiating laser radiation is detected in the infrared wavelength range and a corresponding measurement of the wavelength of this radiation by the above method is performed. The wavelength offset of the passband of the spectral tunable filter 31 (or 37) is selected so as to provide significant suppression of the irradiating laser radiation after passing through the spectral tunable filter 31 (or 37) and minimize or eliminate the effect of this radiation on the photodetector unit 34 (and 40 infrared photodetector). The bias and the establishment of the transmission wavelength of the tunable spectral filters 31 and 37 are controlled by the control signals supplied to these filters from the control unit of the system 51. The corresponding information about the wavelength of the irradiating laser radiation is received from the processing unit of the location signals 50 to the control unit of the system 51 the magnitude of the required offset wavelength of the passband of the spectral tunable filter 31 or filter 37 relative to the measured length in lny irradiating laser light. This value of the shift of the wavelength of the passband of the spectral tunable filter 31 and 37 is calculated in the processing unit for location signals 50 according to a special program based on the obtained values of the measured wavelength of the irradiating laser radiation. Moreover, as noted above, the exact value of the wavelength of the irradiating laser radiation is used, measured using the first spectral tunable filter 19 or measured using the second spectral
Полученные результаты по анализу сигналов лазерного излучения, отраженных от объектов, расположенных в контролируемой области пространства, а также параметров облучающего лазерного излучения измеренного в пассивном канале приема системы лазерной локации, поступают с выхода блока обработки локационных сигналов 50 в блок управления системой 51, где отображаются на дисплее, входящем в состав данного блока. Одновременно полученная информация поступает также внешним потребителям через выходы блоков 50 или 51. Спектральный перестраиваемый фильтр 31 и фотоприемный блок 34 обеспечивают совместно с лазерным генератором 44 обнаружение и анализ объектов, расположенных в контролируемой области пространства путем облучения КОП и приема отраженного лазерного излучения в видимом диапазоне длин волн. Аналогичным образом обеспечивается облучение КОП лазерным излучением инфракрасного диапазона длин волн и прием отраженного лазерного излучения посредством лазерного генератора 48 и спектрального перестраиваемого фильтра 37, а также фотоприемного блока 40 инфракрасного диапазона длин волн. При этом при наличии облучающего лазерного излучения инфракрасного диапазона длин волн осуществляется определение длины волны облучающего ИК-лазерного излучения с помощью дифракционной оптической решетки 4 и первого фотоприемного блока 6, 7, а также более точное определение длины волны с помощью второго спектрального перестраиваемого фильтра 25 и пятого фотоприемного блока 28, аналогично тому, как это было сделано для видимого диапазона длин волн. Также определяется координата дальности до обнаруженного источника облучающего лазерного излучения ИК-диапазона длин волн. Полученная информация поступает в блок обработки локационных сигналов 50, и далее в блок управления системой 51 и используется для управления сдвигом длины волны полосы пропускания четвертого спектрального перестраиваемого фильтра 37 в инфракрасном диапазоне для помехозащищенного приема в ИК-диапазоне длин волн, аналогично тому, как это было сделано в видимом диапазоне длин волн для обеспечения помехозащищенного приема принимаемого отраженного от КОП лазерного излучения в видимом диапазоне длин волн. Таким образом, в предлагаемой системе лазерной локации реализуется режим повышенной помехозащищенности, характеризующийся обеспечением работы системы в условиях прямого помехового воздействия облучающего лазерного излучения от систем и средств лазерного прицеливания и активной лазерной разведки и воздействия, ведущих активное встречное наблюдение, разведку и воздействие прямым мощным лазерным излучением, направленным на приемные средства системы лазерной локации. Режим работы повышенной помехозащищенности реализуется в видимом и в инфракрасном диапазонах длин волн одновременно и независимо один от другого, для чего в предлагаемой системе лазерной локации предусмотрено наличие лазерных генераторов с перестройкой длины волны генерации, спектральных перестраиваемых фильтров и фотоприемных блоков видимого и инфракрасного диапазонов длин волн, работающих одновременно каждый в своем диапазоне длин волн. Следует отметить, что прием облучающего лазерного излучения и измерение его параметров осуществляется в предлагаемой системе лазерной локации в ее пассивном канале приема непрерывно и независимо от режима работы локационной активной части системы. Полученная информация о параметрах облучающего внешнего лазерного излучения по мере поступления используется для управления смещением длины волны полосы пропускания спектральных перестраиваемых фильтров в видимом 31 и инфракрасном 37 диапазонах длин волн, что обеспечивает помехозащищенный прием лазерного излучения, отраженного от КОП, при приеме излучения одновременно в видимом и инфракрасном диапазоне длин волн. При этом полученная информация о длинах волн облучающих лазерных излучений, которых может быть несколько, характеризует участки рабочего спектрального диапазона в видимом и ИК-диапазонах длин волн, в которых запрещается в данный момент времени осуществлять облучение КОП зондирующим лазерным излучением и осуществлять прием отраженного лазерного излучения вследствие наличия на этих длинах волн помехового облучающего лазерного излучения. Таким образом, в предлагаемой системе лазерной локации реализована более высокая информативность процесса получения информации об отражательных характеристиках обнаруженных и наблюдаемых объектов вследствие регистрации и анализа тонкой временной структуры принимаемых оптических сигналов, отраженных от объектов в КОП при облучении этих объектов зондирующим лазерным излучением в видимом и инфракрасном диапазоне длин волн. Этим обеспечивается более высокая эффективность обнаружения объектов и повышенная вероятность их распознавания в условиях воздействия облучающего лазерного помехового излучения на приемные средства предлагаемой системы лазерной локации.The results of the analysis of laser radiation signals reflected from objects located in a controlled area of space, as well as the parameters of the irradiating laser radiation measured in the passive receiving channel of the laser location system, are received from the output of the processing unit for location signals 50 to the control unit of the system 51, where they are displayed on display included in this unit. At the same time, information is also received by external consumers through the outputs of blocks 50 or 51. The tunable spectral filter 31 and the photodetector block 34 provide, together with the laser generator 44, the detection and analysis of objects located in a controlled region of space by irradiating the CPC and receiving reflected laser radiation in the visible length range waves. In a similar way, the CPC is irradiated with laser radiation of the infrared wavelength range and reception of the reflected laser radiation by means of a laser generator 48 and a tunable spectral filter 37, as well as a photodetector unit 40 of the infrared wavelength range. Moreover, in the presence of an irradiating laser radiation of the infrared wavelength range, the wavelength of the irradiating IR laser radiation is determined using the diffraction optical array 4 and the first photodetector unit 6, 7, as well as a more accurate determination of the wavelength using the second spectral
В предлагаемой системе лазерной локации реализуется важная функция настройки и контроля функционирования системы. Данная функция реализуется с помощью блока контрольных отражателей 54, который устанавливается на некотором расстоянии от стационарно установленной аппаратуры системы лазерной локации (порядка 100 метров) см. фиг.1. В блоке контрольных отражателей 54 имеются отражатели двух типов, соответствующие двум типам отражающих характеристик реальных наблюдаемых объектов и оптико-электронных приборов. Блок 54 содержит диффузный отражатель 55 и уголковый отражатель 56, расположенные на платформе, снабженной устройством перемещения платформы. Указанные отражатели расположены на некотором расстоянии один от другого. Поэтому отраженные сигналы от этих отражателей при их облучении лазерным излучением от лазерных генераторов 44, 48 разрешаются приемными оптическими средствами предлагаемой системы лазерной локации и по отдельности регистрируются фотоприемными блоками системы лазерной локации. В результате осуществляется имитация отражения лазерного излучения от световозвращающих систем типа катафота или бликующих оптико-электронных приборов, а также отражение от объектов с широкой угловой диаграммой направленности отраженного излучения в видимом и инфракрасном диапазоне длин волн. Для осуществления операции контроля функционирования системы производят следующие действия в автоматическом режиме. Лазерные генераторы 44, 48 осуществляют генерацию серии импульсов лазерного излучения видимого и инфракрасного диапазонов длин волн. Блок сканирования 52 направляется своей визирной осью на блок контрольных отражателей 54. Отраженное лазерное излучение поступает на приемные объективы 1, 30, 36. Осуществляется прием и регистрация лазерного излучения одновременно и параллельно всеми фотоприемными блоками и передача зарегистрированных сигналов в цифровой форме в блок обработки локационных сигналов 50. В блоке обработки локационных сигналов 50 по специальной программе контроля функционирования осуществляется обработка полученных сигналов в результате чего определяются параметры функционирования и обработки всех рассмотренных выше вариантов приема локационных сигналов при определении длины волны лазерного излучения в видимом и инфракрасном диапазонах длин волн, определения угловых координат принимаемого лазерного излучения в пассивных каналах приема системы лазерной локации и одновременно приема этого же излучения в каналах приема с фотоприемными блоками 34, 40, а также контроль получаемых значений угловых координат в каналах приема с фотоприемными блоками 22, 28, 34, 40. Одновременно осуществляется тестирование смещения длин волн генерируемого лазерного излучения лазерными генераторами 44, 48, смещения длин волн полос приема в спектральных перестраиваемых фильтрах 19, 25, 31, 37 и параметров измеряемых длин волн с помощью дифракционной оптической решетки 4 и первого фотоприемного блока 6, 7. Осуществляется также контроль компенсации параллакса во всех фотоприемных блоках с помощью специальной обработки сигналов в блоке обработки локационных сигналов 50. В блоке обработки локационных сигналов 50 осуществляется контроль и установление величин пропускания принимаемого лазерного излучения во всех управляемых оптических фильтрах поз.3, 11, 15, 21, 27, 33, 39. При этом в блоке 50 образуется информация о величинах уровней оптических сигналов (лазерных излучений), зарегистрированных в соответствующих фотоприемных блоках, на основании которой из блока 50 в блок управления системой 51 поступает информация, свидетельствующая о том, на какую величину должно быть изменено или установлено пропускание соответствующего управляемого оптического фильтра. В блоке 51 вырабатываются соответствующие управляющие сигналы, поступающие на указанные управляемые оптические фильтры. На этом операции по контролю функционирования системы лазерной локации завершаются. После завершения контрольных операций платформа с расположенными на ней отражателями лазерного излучения с помощью устройства перемещения, входящего в состав блока контрольных отражателей 54 опускается и выводится из поля зрения системы лазерной локации.The proposed laser location system implements an important function of tuning and monitoring the functioning of the system. This function is implemented using the block of control reflectors 54, which is installed at some distance from the stationary equipment of the laser location system (about 100 meters), see figure 1. In the block of control reflectors 54, there are two types of reflectors corresponding to two types of reflective characteristics of real observable objects and optoelectronic devices. Block 54 comprises a diffuse reflector 55 and an angular reflector 56 located on a platform equipped with a platform moving device. These reflectors are located at a certain distance from one another. Therefore, the reflected signals from these reflectors when they are irradiated with laser radiation from laser generators 44, 48 are resolved by the receiving optical means of the proposed laser location system and individually recorded by photodetector units of the laser location system. As a result, imitation of the reflection of laser radiation from retroreflective systems such as reflectors or glare optoelectronic devices is carried out, as well as reflection from objects with a wide angular radiation pattern in the visible and infrared wavelengths. To carry out the operation of monitoring the functioning of the system, the following actions are performed in automatic mode. Laser generators 44, 48 generate a series of laser pulses of visible and infrared wavelengths. The scanning unit 52 is directed by its sighting axis to the control reflector unit 54. The reflected laser radiation enters the receiving lenses 1, 30, 36. The laser radiation is received and recorded simultaneously and simultaneously by all photodetector units and the recorded signals are transmitted in digital form to the processing unit for location signals 50. In the processing unit for location signals 50 according to a special program for monitoring the functioning, the processing of the received signals is carried out as a result of which pa operation and processing parameters of all the above options for receiving location signals when determining the wavelength of laser radiation in the visible and infrared wavelength ranges, determining the angular coordinates of the received laser radiation in the passive reception channels of the laser location system and simultaneously receiving the same radiation in the receiving channels with photodetector units 34, 40, as well as monitoring the obtained values of the angular coordinates in the reception channels with photodetector blocks 22, 28, 34, 40. At the same time, a test is performed The shift of the wavelengths of the generated laser radiation by the laser generators 44, 48, the shift of the wavelengths of the reception bands in the spectral
В предлагаемой системе лазерной локации предусмотрен также режим постановки активных помех обнаруженным источникам облучающего лазерного излучения и другим оптико-электронным средствам, ведущим встречную разведку и прицеливание. Для постановки активных помех блок сканирования 52 осуществляет наведение визирной оси системы в точку КОП с угловыми координатами, соответствующими измеренным ранее угловым координатам источника облучающего лазерного излучения. Лазерный генератор 44 или 48 осуществляет генерацию лазерного излучения на длине волны, соответствующей ранее точно измеренной величине длины волны облучающего лазерного излучения в видимом или инфракрасном диапазоне длин волн. При этом осуществляется генерация нескольких последовательных импульсов лазерного излучения, а интенсивность воздействующего сформированного лазерного излучения выбирается в соответствии с измеренной величиной дальности до обнаруженного источника облучающего лазерного излучения.The proposed laser location system also provides a mode for setting active interference to detected sources of irradiating laser radiation and other optoelectronic devices conducting counter-reconnaissance and aiming. To set the active interference, the scanning unit 52 guides the target axis of the system at the CPC point with the angular coordinates corresponding to the previously measured angular coordinates of the source of the irradiating laser radiation. The laser generator 44 or 48 generates laser radiation at a wavelength corresponding to a previously accurately measured wavelength of the irradiating laser radiation in the visible or infrared wavelength range. In this case, several consecutive pulses of laser radiation are generated, and the intensity of the acting generated laser radiation is selected in accordance with the measured distance to the detected source of the irradiating laser radiation.
В предлагаемой системе лазерной локации использованы блоки и узлы, освоенные современной промышленностью. Используемые в системе четыре спектральных перестраиваемых фильтра выполнены на основе так называемых перестраиваемых акустооптических фильтров (ячеек), работающих в видимом (поз.19, 31) и в инфракрасном (25, 37) диапазонах длин волн и представляют собой современную разработку в области оптоэлектроники. Указанный акустооптический фильтр состоит из акустооптического кристалла, оптически прозрачного для используемых длин волн видимого, или инфракрасного диапазонов, и пьезоэлемента, возбуждающего в этом кристалле ультразвуковые волны. Используются кристаллы парателлурита, ниобата лития, кварца. При распространении оптического сигнала лазерного излучения через кристалл происходит его взаимодействие с динамической фазовой структурой, возбужденной в данном кристалле посредством ультразвуковых волн. В результате этого происходит изменение условий распространения оптического сигнала через кристалл для определенной спектральной полосы оптического сигнала - лазерного излучения. На основе этого физического эффекта разработаны перестраиваемые акустооптические фильтры, работающие в видимом, инфракрасном, а также в ультрафиолетовом диапазонах длин волн, обеспечивающие выделение (пропускание) узкой спектральной полосы из принимаемого оптического сигнала - проходящего через кристалл лазерного излучения. Принцип действия и характеристики указанных акустооптических перестраиваемых фильтров, а также акустооптических быстродействующих дефлекторов лазерного излучения, изложены в монографии [5] на стр.219-234 (акустооптические перестраиваемые фильтры) и на стр.134-167 (дефлекторы лазерного излучения), а также в различных публикациях [6]. Указанные перестраиваемые акустооптические фильтры обладают высокой эффективностью, высокой разрешающей способностью и возможностью работы в широком угловом поле зрения. Перестройка длины волны узкой спектральной полосы пропускания фильтров реализуется с высоким быстродействием в динамическом режиме. В предлагаемой системе лазерной локации в качестве спектральных перестраиваемых фильтров использованы акустооптические ячейки видимого и инфракрасного диапазонов длин волн, работающие в режиме собственно узкополосных быстроперестраиваемых фильтров, аналогичных по величине полосы пропускания, например, интерференционным фильтрам, или реализующих более узкую полосу пропускания оптических сигналов, а также выполняющие функции высокоточных быстродействующих спектральных анализаторов видимого и инфракрасного диапазонов длин волн (поз.19, 25). Спектральные перестраиваемые фильтры 31, 37, 19, 25 содержат собственно акустооптическую перестраиваемую ячейку на основе акустооптического кристалла с пьезовозбудителем и специальный генератор высокочастотных электрических сигналов, формирующий специальные напряжения для возбуждения в кристалле указанных ультразвуковых волн и управляемый по сигналам от блока управления системой 51. Дефлекторы лазерного излучения видимого диапазона 43 и ИК-диапазона 47 длин волн выполнены на основе акустооптических отклоняющих ячеек [5] - сканаторов оптического излучения. В качестве лазерных генераторов 44, 48 можно использовать широкий класс генераторов с перестройкой длины волны генерации в видимом и ИК-диапазонах длин волн на основе различных физических принципов, например, с перестройкой длины волны с помощью внутрирезонаторных средств, изменения параметров резонаторов и активных сред [7]. Блок сканирования 52 выполнен на основе механических двухкоординатных отклоняющих устройств, использующих шаговые электрические двигатели. Фотоприемные блоки выполнены на основе современных матричных фоточувствительных приемников видимого и инфракрасного диапазона с параллельным съемом информации, например, матричных ФЭУ, имеющих высокое быстродействие и чувствительность. Первый фотоприемный блок выполнен на основе двух фоточувствительных линеек видимого и ИК-диапазонов длин волн, расположенных на одной линии в фокальной плоскости линзы 5. Возможно также использование в фотоприемных блоках высокочувствительных многоэлементных матриц ПЗС, работающих в режимах приема импульсных оптических сигналов, и в режиме накопления оптических сигналов. Первый приемный объектив 1 выполнен широкоугольным из специального оптического стекла с пропусканием в широком диапазоне видимых и ИК-длин волн (в основном в ближнем ИК-диапазоне). Возможно также выполнение данного объектива на основе металлооптики отражательного типа. Также возможно использование оптических систем отражательного типа в широком диапазоне длин волн для всех используемых объективов и линз. Формирователи лазерного пучка 42, 46 предназначены для установления заданных параметров и размеров сечения лазерных пучков и выполнены на основе отражательной металлооптики, работающей в видимом и инфракрасном диапазонах длин волн. Полупрозрачные и отражательные зеркала выполнены широкополосными со специальными оптическими покрытиями, обеспечивающими пропускание и светоделение оптических излучений в широком диапазоне от видимого до инфракрасного диапазонов длин волн. Дифракционная оптическая решетка 4 может быть использована пропускающего или отражательного типа для работы в широкой полосе длин волн от видимого до ИК-диапазонов длин волн. Возможно также использование двух параллельно работающих дифракционных решеток от инфракрасного до ультрафиолетового диапазонов длин волн. Блоки регистрации сигналов поз.8, 9, 13, 17, 23, 29, 35, 41 выполнены на основе современных интегральных электронных схем, обеспечивают параллельный съем информации с выходов фотоприемных блоков, оцифровку электрических сигналов, буферное запоминание массива информации и передачу по специальным интерфейсам в блок обработки локационной информации 50. Последний представляет собой высокопроизводительный компьютер, функционально связанный с несколькими источниками информации, обеспечивающий обработку больших массивов информации по специальным программам. Блок управления системой 51 представляет собой стандартную высокопроизводительную ЭВМ, осуществляющую управление работой нескольких устройств через специальные интерфейсы. Блок 51 содержит также монитор и устройства связи с внешними потребителями информации. Система лазерной локации содержит семь управляемых оптических фильтров, служащих для защиты фотоприемных блоков от оптических сигналов высокой интенсивности и установления оптимального режима работы фотоприемников. Фильтры выполнены на основе электрооптических управляемых модуляторов, например, на базе жидких кристаллов. Возможно также использование управляемых шаговыми электродвигателями диафрагм, устанавливаемых в плоскости параллельного хода лучей в линзовой системе.The proposed laser location system uses blocks and units mastered by modern industry. The four spectral tunable filters used in the system are based on the so-called tunable acousto-optic filters (cells) operating in the visible (pos. 19, 31) and infrared (25, 37) wavelength ranges and represent a modern development in the field of optoelectronics. The specified acousto-optical filter consists of an acousto-optic crystal that is optically transparent for the visible or infrared wavelengths used, and a piezoelectric element that excites ultrasonic waves in this crystal. Crystals of paratellurite, lithium niobate, and quartz are used. When an optical signal of laser radiation propagates through a crystal, it interacts with a dynamic phase structure excited in this crystal by means of ultrasonic waves. As a result of this, the conditions for the propagation of the optical signal through the crystal change for a certain spectral band of the optical signal — laser radiation. Based on this physical effect, tunable acousto-optic filters have been developed that operate in the visible, infrared, as well as in the ultraviolet wavelength ranges, which ensure the isolation (transmission) of a narrow spectral band from the received optical signal - laser radiation passing through the crystal. The principle of operation and characteristics of these acousto-optic tunable filters, as well as acousto-optic high-speed laser deflectors, are described in the monograph [5] on pages 219-234 (acousto-optical tunable filters) and on pages 134-167 (laser deflectors), as well as various publications [6]. These tunable acousto-optic filters have high efficiency, high resolution and the ability to work in a wide angular field of view. Tuning the wavelength of a narrow spectral bandwidth of the filters is implemented with high speed in dynamic mode. The proposed laser ranging system uses acousto-optic cells of the visible and infrared wavelength ranges as operating spectral tunable filters operating in the mode of narrow-band fast-tunable filters that are similar in magnitude to the passband, for example, interference filters, or that realize a narrower passband of optical signals, as well as performing the functions of high-precision high-speed spectral analyzers of the visible and infrared wavelength ranges ( oz.19, 25). Tunable
В предлагаемой системе лазерной локации в качестве спектральных перестраиваемых фильтров возможно использование квантового усилителя, разработанного на основе фотодиссоционного йодного лазера, получившего название активный квантовый фильтр [8], [9], [10]. Данный активный квантовый фильтр обладает предельно высокой чувствительностью, ограниченной квантовым пределом чувствительности, весьма узкой спектральной полосой приема лазерного излучения в ближнем инфракрасном диапазоне длин волн, возможностью оперативной перестройки длины волны узкополосной фильтрации принимаемого оптического сигнала с помощью управляемого магнитного поля [8]. Величина полосы спектральной фильтрации активного квантового фильтра составляет 0,01 обратных сантиметров в ближнем ИК-диапазоне длин волн, что соответствует величине 0,016 Ангстрем. Чувствительность активного квантового фильтра в режиме приема, определяемого квантовым пределом, позволяет осуществлять прием и регистрацию однофотонных оптических сигналов в указанной узкой спектральной полосе приема, управляемой магнитным полем, воздействующим на активную лазерную среду квантового усилителя. Вследствие наличия ряда уникальных свойств при осуществлении приема оптических сигналов применение данного активного квантового фильтра в качестве спектрального перестраиваемого фильтра и высокочувствительного приемного лазерного устройства является перспективным.In the proposed laser ranging system, as a spectral tunable filter, it is possible to use a quantum amplifier developed on the basis of a photodissociation iodine laser, which is called an active quantum filter [8], [9], [10]. This active quantum filter has extremely high sensitivity, limited by a quantum sensitivity limit, a very narrow spectral band for receiving laser radiation in the near infrared wavelength range, and the ability to quickly adjust the wavelength of narrow-band filtering of the received optical signal using a controlled magnetic field [8]. The spectral filtering bandwidth of the active quantum filter is 0.01 inverse centimeters in the near infrared wavelength range, which corresponds to a value of 0.016 Angstroms. The sensitivity of the active quantum filter in the reception mode determined by the quantum limit allows the reception and registration of single-photon optical signals in the specified narrow spectral reception band, controlled by a magnetic field acting on the active laser medium of the quantum amplifier. Due to the presence of a number of unique properties in the reception of optical signals, the use of this active quantum filter as a spectral tunable filter and a highly sensitive receiving laser device is promising.
По материалам данной заявки проведены научные исследования и эксперимент по регистрации локационных лазерных сигналов на фоне сильного помехового оптического излучения в ближнем инфракрасном диапазоне длин волн. В данном эксперименте в качестве спектрального перестраиваемого фильтра поз.37 фиг.1 использован указанный выше квантовый усилитель - активный квантовый фильтр. Усиленный и отфильтрованный оптический сигнал с выхода активного квантового фильтра - спектрального перестраиваемого фильтра 37, регистрировался в данном эксперименте фотоприемным блоком 40 фиг.1, работающим в ближнем инфракрасном диапазоне длин волн. Результаты проведенного эксперимента представлены на фиг.2 в виде осциллограммы сигналов, зарегистрированной на выходе блока регистрации сигналов поз.41 на фиг.1 системы лазерной локации. Представленная осциллограмма соответствует рисунку 3 из работы автора [10] и демонстрирует прием и регистрацию импульса лазерного излучения на фоне мощной импульсной засветки входной приемной апертуры приемного объектива поз.36 фиг.1. Согласно представленной осциллограмме на фиг.2 импульс полезного лазерного сигнала, зарегистрированный на 13-й микросекунде, имел уровень 0,42 вольт при уровне помехового сигнала 0,14 вольт в этом моменте времени. На фиг.2 помеховый оптический импульс действует от 8-й до 20-й микросекунд. Отсюда значение отношения сигнал/шум равно трем единицам при регистрации импульсного лазерного сигнала, что вполне достаточно для надежного обнаружения этого сигнала, отраженного от наблюдаемого объекта, на фоне мощной фоновой засветки. Импульс на уровне 8-й микросекунды является электрической помехой от запуска мощного источника фонового излучения, превышающего по яркости солнечный диск. При этом эксперименте фоновая засветка на входной апертуре приемного объектива поз.36 на фиг.1 создавалась источником импульсного оптического излучения в ближнем ИК-диапазоне длин волн с яркостной температурой, превышающей примерно в пять раз яркостную температуру Солнца. Уровень принимаемого входного сигнала лазерного излучения, зарегистрированного в виде осциллограммы на фиг.2, составлял на входной апертуре приемного объектива 36 величину, соответствующую энергии Е двадцати фотонов на длине волны 1,3 микрометра в ближнем ИК-диапазоне [10], что приближается к квантовому пределу чувствительности в данных конкретных условиях эксперимента. В указанной работе показано, что чувствительность приемного устройства на основе активного квантового фильтра в системе лазерной локации при приеме лазерных сигналов на фоне солнечного диска ухудшается всего на 12 процентов, т.е. практически остается на уровне квантового предела чувствительности, обусловленного дискретной квантовой природой оптического излучения. Проведенные в работе [10] сравнения помехозащищенности предлагаемой системы лазерной локации при использовании в качестве спектрального перестраиваемого фильтра ближнего ИК-диапазона активного квантового фильтра, представленного в указанных работах [8-10], с приемным устройством, на основе наиболее высокочувствительного ФЭУ-115 видимого диапазона длин волн, использующего интерференционный фильтр с полосой пропускания 5 нм и при отношении сигнал/шум, равном 3, показали превышение чувствительности системы лазерной локации с активным квантовым фильтром в 70 раз (по величине уменьшения количества сигнальных фотонов на входе сравниваемых устройств в сходных условиях регистрации входных импульсных лазерных сигналов), а также увеличение помехозащищенности примерно в 100 раз (по величине ухудшения чувствительности ФЭУ при приеме на фоне сильной фоновой засветки, соответствующей излучению солнечного диска на входной апертуре приемного объектива). Таким образом, проведенные экспериментальные исследования продемонстрировали высокую помехозащищенность и чувствительность предлагаемых средств лазерной локации с использованием спектрального перестраиваемого фильтра по сравнению с известными средствами лазерной локации на основе высокочувствительных ФЭУ и узкополосных неперестраиваемых интерференционных фильтров.Based on the materials of this application, research and an experiment were conducted to register location-based laser signals against a background of strong interfering optical radiation in the near infrared wavelength range. In this experiment, as the spectral tunable filter pos.37 of figure 1, the above-mentioned quantum amplifier — an active quantum filter — was used. The amplified and filtered optical signal from the output of the active quantum filter — the tunable spectral filter 37 — was recorded in this experiment by the photodetector unit 40 of FIG. 1 operating in the near infrared wavelength range. The results of the experiment are presented in figure 2 in the form of an oscillogram of the signals recorded at the output of the signal registration unit pos.41 in figure 1 of the laser location system. The presented waveform corresponds to Figure 3 from the author's work [10] and demonstrates the reception and registration of a laser pulse against the background of a powerful pulse illumination of the input receiving aperture of the receiving lens, position 36 of Fig. 1. According to the presented waveform in figure 2, the pulse of the useful laser signal recorded on the 13th microsecond had a level of 0.42 volts at the level of the interfering signal of 0.14 volts at this point in time. In figure 2, the interfering optical pulse operates from the 8th to the 20th microseconds. Hence, the signal-to-noise ratio is equal to three units when registering a pulsed laser signal, which is quite sufficient for reliable detection of this signal reflected from the observed object against a background of powerful background illumination. An impulse at the level of the 8th microsecond is an electrical noise from the launch of a powerful source of background radiation that exceeds the brightness of the solar disk. In this experiment, the background illumination at the input aperture of the receiving lens, pos. 36 in Fig. 1 was created by a source of pulsed optical radiation in the near infrared wavelength range with a brightness temperature exceeding approximately five times the brightness temperature of the Sun. The level of the received input laser signal recorded in the form of the waveform in figure 2, was at the input aperture of the receiving lens 36 a value corresponding to an energy E of twenty photons at a wavelength of 1.3 micrometers in the near infrared range [10], which approaches the quantum sensitivity limit in these specific experimental conditions. In this work, it was shown that the sensitivity of a receiving device based on an active quantum filter in a laser ranging system when receiving laser signals against the background of the solar disk deteriorates by only 12 percent, i.e. practically remains at the level of the quantum limit of sensitivity due to the discrete quantum nature of optical radiation. Comparisons of the noise immunity of the proposed laser ranging system when using an active quantum filter presented in the above papers [8–10] with a receiving device based on the most highly sensitive PMT-115 of the visible range performed as a spectral tunable filter in [10] wavelengths using an interference filter with a passband of 5 nm and a signal-to-noise ratio of 3 showed an excess in the sensitivity of the laser ranging system with an active quantum by a 70-fold filter (in terms of decreasing the number of signal photons at the input of the devices being compared under similar conditions for registering input pulsed laser signals), as well as an increase in noise immunity by about 100 times (in the magnitude of the PMT sensitivity deterioration when receiving against a background of strong background illumination corresponding to radiation solar disk at the input aperture of the receiving lens). Thus, the conducted experimental studies have demonstrated high noise immunity and sensitivity of the proposed laser ranging using a spectral tunable filter in comparison with the known laser ranging based on highly sensitive PMTs and narrow-band non-tunable interference filters.
Представленная система лазерной локации за счет использования совокупности новых технических средств оптоэлектроники и лазерной техники позволяет достигнуть следующих результатов.The presented system of laser location through the use of a combination of new technical means of optoelectronics and laser technology allows you to achieve the following results.
Повысить помехозащищенность системы в условиях прямого действия активных лазерных помех и наличия облучающего лазерного излучения, воздействующего на приемные объективы и фотоприемные средства системы лазерной локации. Обеспечить повышение информативности процесса получения информации о наблюдаемых объектах в контролируемой области пространства в условиях действия организованных лазерных помех, наличия оптико-электронных систем, ведущих встречное наблюдение, прицеливание и активную лазерную разведку в контролируемой области пространства. Обеспечить измерение дальности до источников облучающего лазерного излучения, определение их отражательных характеристик, повышение эффективности обнаружения и распознавания оптико-электронных средств наблюдения, ведущих активную встречную разведку и прицеливание, в условиях прямого лазерного помехового воздействия на приемные каналы системы лазерной локации.To increase the noise immunity of the system under the conditions of direct action of active laser noise and the presence of irradiating laser radiation acting on the receiving lenses and photodetector means of the laser location system. To provide an increase in the information content of the process of obtaining information about the observed objects in a controlled area of space under the conditions of organized laser interference, the presence of optoelectronic systems conducting counter-observation, aiming and active laser reconnaissance in a controlled area of space. Provide a measurement of the distance to the sources of the irradiating laser radiation, determination of their reflective characteristics, increase in the efficiency of detection and recognition of optoelectronic surveillance devices conducting active counter-reconnaissance and aiming, under conditions of direct laser interference to the receiving channels of the laser location system.
Предлагаемая система лазерной локации реализует возможность постановки лазерных помех и воздействия лазерным излучением на обнаруженные источники облучающего лазерного излучения и обеспечивает повышение эффективности этого воздействия за счет точного определения расстояния до этих источников и определения их пространственных координат независимо от наличия прямого воздействия лазерных помех от этих источников. Указанные новые технические результаты получены вследствие использования спектральных перестраиваемых фильтров в видимом и ИК-диапазонах и новых технических средств современной оптоэлектроники.The proposed laser location system realizes the possibility of setting up laser noise and exposure to laser radiation on detected sources of irradiating laser radiation and provides an increase in the effectiveness of this effect by accurately determining the distance to these sources and determining their spatial coordinates regardless of the direct effect of laser noise from these sources. These new technical results were obtained due to the use of spectral tunable filters in the visible and infrared ranges and new technical means of modern optoelectronics.
Источники информацииInformation sources
[1] Патент Франции FR №2547650 от 1984 г.[1] French Patent FR No. 2547650 of 1984
[2] Патент Англии GB №2256554 от 09.12.1992 г.[2] British Patent GB No. 2256554 of 12/09/1992
[3] Патент РФ №2352959 от 20.04.2009.[3] RF patent No. 2352959 dated 04/20/2009.
[4] Патент РФ №2278399 от 20.06.2006 (прототип).[4] RF patent No. 2278399 dated 06/20/2006 (prototype).
[5] Балакший В.И., Парыгин В.Н., Чирков Л.Е. Физические основы акустооптики. - М.: Радио и связь, 1985. (стр.219-234); (стр.134-167).[5] Balakshiy V.I., Parygin V.N., Chirkov L.E. Physical foundations of acousto-optics. - M .: Radio and communications, 1985. (p. 219-234); (p. 134-167).
[6] Балакший В.И., Манкевич С.К., Парыгин В.Н. и др. Квантовая электроника, т.12, №4, 1985 г., стр.743-748.[6] Balakshiy V.I., Mankevich S.K., Parygin V.N. et al., Quantum Electronics, vol. 12, No. 4, 1985, pp. 743-748.
[7] Справочник по лазерной технике под редакцией Напартовича А.П., М. Энергоиздат 1991 г.[7] Handbook of laser technology edited by Napartovich AP, M. Energoizdat 1991
[8] Манкевич С.К., Носач О.Ю. и др. Патент РФ №2133533 от 20.07.1999. Способ спектральной фильтрации оптических сигналов и устройство для его осуществления - активный квантовый фильтр.[8] Mankevich S.K., Nosach O.Yu. and other RF Patent No. 2133533 from 07.20.1999. The method of spectral filtering of optical signals and a device for its implementation is an active quantum filter.
[9] Кутаев Ю.Ф., Манкевич С.К., Носач О.Ю., Орлов Е.П. Квантовая Электроника, т.30, №9, 2000 г., стр.833-838. Лазерное приемное устройство с квантовым пределом чувствительности в ближнем ИК-диапазоне.[9] Kutaev Yu.F., Mankevich S.K., Nosach O.Yu., Orlov EP Quantum Electronics, t. 30, No. 9, 2000, pp. 833-838. Laser receiver with a quantum limit of sensitivity in the near infrared range.
[10] Кутаев Ю.Ф., Манкевич С.К., Носач О.Ю., Орлов Е.П. Квантовая электроника, т, 32, №4, 2002 г., стр.349-356. Влияние мощной фоновой засветки на чувствительность лазерного приемного устройства с йодным активным квантовым фильтром.[10] Kutaev Yu.F., Mankevich S.K., Nosach O.Yu., Orlov EP Quantum Electronics, t. 32, No. 4, 2002, pp. 349-356. The effect of powerful background illumination on the sensitivity of a laser receiving device with an iodine active quantum filter.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013143217/28A RU2540451C1 (en) | 2013-09-25 | 2013-09-25 | Laser location system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013143217/28A RU2540451C1 (en) | 2013-09-25 | 2013-09-25 | Laser location system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2540451C1 true RU2540451C1 (en) | 2015-02-10 |
Family
ID=53286869
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013143217/28A RU2540451C1 (en) | 2013-09-25 | 2013-09-25 | Laser location system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2540451C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU173127U1 (en) * | 2017-05-04 | 2017-08-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Главный научно-исследовательский испытательный центр робототехники" Министерства обороны Российской Федерации | OPTICAL-ELECTRONIC MODULE FOR DETECTION OF GROUND OBJECTS FOR ROBOTIC COMPLEXES |
RU2650856C2 (en) * | 2016-08-29 | 2018-04-17 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Device for determining the location of the source of electromagnetic radiation |
RU218665U1 (en) * | 2021-12-08 | 2023-06-05 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Вибрисс" | MULTISPECTRAL LIDAR SYSTEM |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2256554A (en) * | 1986-09-16 | 1992-12-09 | Thomson Csf | Laser imaging system with a linear detector array |
RU2113717C1 (en) * | 1996-11-10 | 1998-06-20 | Николай Николаевич Слипченко | Laser system of optoelectronic object detection |
RU2129288C1 (en) * | 1997-09-17 | 1999-04-20 | Михайленко Сергей Анатольевич | Device detecting optoelectronic objects |
RU2278399C2 (en) * | 2004-06-16 | 2006-06-20 | Общество с ограниченной ответственностью научно-производственное предприятие "ТАЛОС" | Method for detecting optical and optical-electronic surveillance means and device for realization of said method |
-
2013
- 2013-09-25 RU RU2013143217/28A patent/RU2540451C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2256554A (en) * | 1986-09-16 | 1992-12-09 | Thomson Csf | Laser imaging system with a linear detector array |
RU2113717C1 (en) * | 1996-11-10 | 1998-06-20 | Николай Николаевич Слипченко | Laser system of optoelectronic object detection |
RU2129288C1 (en) * | 1997-09-17 | 1999-04-20 | Михайленко Сергей Анатольевич | Device detecting optoelectronic objects |
RU2278399C2 (en) * | 2004-06-16 | 2006-06-20 | Общество с ограниченной ответственностью научно-производственное предприятие "ТАЛОС" | Method for detecting optical and optical-electronic surveillance means and device for realization of said method |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2650856C2 (en) * | 2016-08-29 | 2018-04-17 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Device for determining the location of the source of electromagnetic radiation |
RU173127U1 (en) * | 2017-05-04 | 2017-08-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Главный научно-исследовательский испытательный центр робототехники" Министерства обороны Российской Федерации | OPTICAL-ELECTRONIC MODULE FOR DETECTION OF GROUND OBJECTS FOR ROBOTIC COMPLEXES |
RU218665U1 (en) * | 2021-12-08 | 2023-06-05 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Вибрисс" | MULTISPECTRAL LIDAR SYSTEM |
RU221395U1 (en) * | 2022-11-29 | 2023-11-03 | Ационерное общество "Раменский приборостроительный завод" | Pulse laser irradiation detection device |
RU221395U9 (en) * | 2022-11-29 | 2023-11-27 | Ационерное общество "Раменский приборостроительный завод" | Pulse laser irradiation detection device |
RU2816284C1 (en) * | 2023-12-07 | 2024-03-28 | Николай Николаевич Слипченко | Laser optical signal detector |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10018725B2 (en) | LIDAR imaging system | |
US7897924B2 (en) | Beam scanning imaging method and apparatus | |
CN101846745B (en) | Laser radar based on highly-correlated quantum imaging principle | |
US7940444B2 (en) | Method and apparatus for synchronous laser beam scanning | |
CN102169050A (en) | Comprehensive measurement method for reflectivity | |
CN212693587U (en) | Femtosecond time-resolved absorption spectrum detection system | |
US11644418B2 (en) | Far-infrared light source and far-infrared spectrometer | |
CN111158061A (en) | Multi-dimensional information detection device and measurement method thereof | |
CN111751802B (en) | Photon-level self-adaptive high-sensitivity space weak target detection system and detection method | |
CN114858314B (en) | Diamond stress measurement system and method based on NV color center | |
US5270853A (en) | Method and apparatus for imaging an object in or through a scattering medium by using multiple-wave mixing | |
CN110426372B (en) | Elastic modulus imaging detection method for frequency-sweeping Brillouin scatterer | |
RU2544305C1 (en) | Laser location system | |
RU2540451C1 (en) | Laser location system | |
CN102998261B (en) | Terahertz wave pseudo heat light source-based imaging device | |
CN111194415B (en) | Method for providing a detection signal for an object to be detected | |
CN109781683B (en) | Optical system for synchronously performing time-resolved absorption, fluorescence and terahertz detection | |
US20120326041A1 (en) | Electromagnetic wave detection device | |
JP3884594B2 (en) | Fluorescence lifetime measuring device | |
US6172785B1 (en) | Light-scanning device | |
RU2529758C1 (en) | Laser location system | |
RU2584185C1 (en) | Laser receiver | |
US20210131957A1 (en) | Far-Infrared Spectroscopic Device and Far-Infrared Spectroscopic Method | |
CN201819989U (en) | Laser radar based on strongly correlated quantum imaging principle | |
CN110865396B (en) | Frequency sweep calibration device and method for high spectral resolution laser radar |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20200602 |