RU2589763C2 - Method for guiding pulsed electromagnetic radiation to remote object - Google Patents

Method for guiding pulsed electromagnetic radiation to remote object Download PDF

Info

Publication number
RU2589763C2
RU2589763C2 RU2014121442/28A RU2014121442A RU2589763C2 RU 2589763 C2 RU2589763 C2 RU 2589763C2 RU 2014121442/28 A RU2014121442/28 A RU 2014121442/28A RU 2014121442 A RU2014121442 A RU 2014121442A RU 2589763 C2 RU2589763 C2 RU 2589763C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radiation
electromagnetic radiation
wavelength
coherent
pattern
Prior art date
Application number
RU2014121442/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014121442A (en
Inventor
Александр Валерьевич Горобинский
Игорь Григорьевич Жаровских
Сергей Игоревич Жаровских
Михаил Ильич Крымский
Ольга Николаевна Крымская
Original Assignee
ОАО "Национальный центр лазерных систем и комплексов "Астрофизика"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ОАО "Национальный центр лазерных систем и комплексов "Астрофизика" filed Critical ОАО "Национальный центр лазерных систем и комплексов "Астрофизика"
Priority to RU2014121442/28A priority Critical patent/RU2589763C2/en
Publication of RU2014121442A publication Critical patent/RU2014121442A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2589763C2 publication Critical patent/RU2589763C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Aiming, Guidance, Guns With A Light Source, Armor, Camouflage, And Targets (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: method for guidance onto a remote object of electromagnetic radiation based on formation in the material medium of radiation with a specified in the direction of the direction pattern with a wavelength of λ0, pulse duration of τ0 and simultaneous transmission, within the range of the formed direction patter in the direction of the object, of coherent radiation with a wavelength of λ1 and duration of τ10. Coherent electromagnetic radiation with absorption factor α10 is directed, relative to the axis of the direction pattern, at the angle of total internal reflection, and part of the coherent electromagnetic radiation reflected from the object with wave length λ10 is intercepted by the direction pattern, subject to amplification and complex conjugation.
EFFECT: increased accuracy of measurement and longer detection range with simultaneous decrease in power consumption.
1 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области радио- и лазерной локации, лазерной технологии и может быть использовано в системах оптической связи для наведения излучения и транспортировки энергии на удаленные объекты.The present invention relates to the field of radio and laser ranging, laser technology and can be used in optical communication systems to direct radiation and transport energy to remote objects.

Известен способ, основанный на подсветке удаленного объекта, приеме и усилении отраженного объектом излучения, анализе и адаптивной коррекции его волнового фронта с последующим направлением излучения на удаленный объект.A known method based on the illumination of a distant object, the reception and amplification of the radiation reflected by the object, the analysis and adaptive correction of its wavefront with the subsequent direction of radiation to the distant object.

Недостатками способа являются: использование электронных адаптивных систем, невысокая точность формирования фазового сопряженного волнового фронта, что определяется дискретностью счета информации датчиками волнового фронта и низкой точностью восстановления фазовой функции по измерениям интенсивности.The disadvantages of the method are: the use of electronic adaptive systems, the low accuracy of the formation of the phase conjugate wavefront, which is determined by the discreteness of the information count by the wavefront sensors and the low accuracy of the recovery of the phase function from the intensity measurements.

Известен способ наведения лазерного излучения на удаленный объект, заключающийся в подсветке объекта лазерным излучением и усилении отраженного от объекта излучения в двухпроходном усилителе, обращении его волнового фронта и повторном усилении излучения при его обратном прохождении через усилитель.There is a method of pointing laser radiation at a distant object, which consists in illuminating the object with laser radiation and amplifying the radiation reflected from the object in a two-pass amplifier, reversing its wavefront and re-amplifying the radiation when it passes back through the amplifier.

К недостатком этого способа можно отнести малую дальность обнаружения объектов, необходимость использования оптических элементов для формирования излучения подсвета, невозможность слежения за движущимся объектом, значительное время для первичного обнаружения объекта.The disadvantage of this method can be attributed to the short detection range of objects, the need to use optical elements to generate illumination radiation, the inability to track a moving object, considerable time for the initial detection of an object.

Известно устройство, реализующее способ наведения излучения на пространственный объект, использующее неустойчивый резонатор с выходной кольцевой апертурой и системой формирования пучка в виде телескопической системы. Устройство обладает следующими недостатками: отсутствием обратной связи, обеспечивающей слежение и управление отраженным от объекта сигналом, низкая точность измерения координат объекта и вследствие этого неоперативность принятия решений. Необходимо отметить отрицательное влияние атмосферных процессов (рассеивание, турбулентность и т.д.) на форму зондирующего сигнала, что приводит к значительным ошибкам при настройке оптической системы устройства.A device is known that implements a method of directing radiation to a spatial object using an unstable resonator with an output ring aperture and a beam-forming system in the form of a telescopic system. The device has the following disadvantages: the lack of feedback, providing tracking and control of the signal reflected from the object, the low accuracy of measuring the coordinates of the object and, as a result, the inoperability of decision-making. It is necessary to note the negative effect of atmospheric processes (dispersion, turbulence, etc.) on the shape of the probe signal, which leads to significant errors in tuning the optical system of the device.

Известен способ фокусировки лазерного излучения, включающий преобразование параллельного пучка лазерного излучения в пучок кольцевого сечения с предварительно вырезанной центральной частью и последующим фокусированием обоих пучков в одной точке пространства. Способ обладает следующими недостатками: отрицательным воздействием на динамику процессов формирования когерентного излучения лазера из-за введения в резонатор апертурной диафрагмы, которая вследствие дифракции искажает формируемый резонатором волновой фронт и использования поворотных элементов, необходимых для сведения двух пучков.A known method of focusing laser radiation, comprising converting a parallel laser beam into a beam of circular cross-section with a pre-cut central part and subsequent focusing of both beams at one point in space. The method has the following disadvantages: a negative effect on the dynamics of the formation of coherent laser radiation due to the introduction of an aperture diaphragm into the resonator, which, due to diffraction, distorts the wavefront formed by the resonator and the use of rotary elements necessary to reduce the two beams.

Известно устройство автоматического сопровождения объектов и определения их координат посредством использования излучений с различными длинами волн. Это устройство реализует способ наведения на удаленный объект импульсного электромагнитного излучения СВЧ-диапазона и оптического диапазона - оно является наиболее близким по технической сущности решением, выбранным автором за прототип, - этот способ подразумевает первоначально, с помощью электромагнитного излучения с длиной волны λ0 и длительностью τ0, сформированное параболическим зеркалом, осуществить поиск объекта, а дальнейшее сопровождение объекта осуществить когерентным оптическим излучением с длиной волны λ10 и длительностью импульса излучения τ10. Для этой цели используются два отверстия на поверхности параболического зеркала.A device for automatically tracking objects and determining their coordinates by using radiation with different wavelengths is known. This device implements a method of pointing microwave radiation and optical range to pulsed electromagnetic radiation of a remote object - it is the closest in technical essence solution chosen by the author for the prototype - this method initially implies using electromagnetic radiation with a wavelength of λ 0 and duration τ 0 formed by a parabolic mirror, to search for an object, and further support of the object to implement coherent optical radiation of wavelength λ 10 and lastingly radiation pulse Stu 1 τ <τ 0. For this purpose, two holes are used on the surface of a parabolic mirror.

Устройство, реализующее способ, обладает следующими недостатками:A device that implements the method has the following disadvantages:

- неучтены эффекты, сопутствующие совместному прохождению волн различных диапазонов, которые влияют на прохождение их в атмосфере, что приводит в конечном итоге к ошибкам при регистрации различных параметров исследуемых объектов;- the effects accompanying the joint passage of waves of different ranges that affect their passage in the atmosphere, which ultimately leads to errors in recording various parameters of the objects under study, have not been taken into account;

- отсутствие механизма компенсации пространственных неоднородностей среды;- lack of a compensation mechanism for spatial heterogeneities of the environment;

- невозможность работы на приземных трассах ввиду значительной выходной апертуры и наличия боковых лепестков диаграммы направленности излучения с длиной λ0.- the inability to work on surface paths due to the significant output aperture and the presence of side lobes of the radiation pattern with a length of λ 0 .

С помощью предлагаемого изобретения достигается технический результат, заключающийся в увеличении дальности обнаружения удаленных объектов с одновременным увеличением точности измерений.Using the present invention, a technical result is achieved, which consists in increasing the detection range of distant objects while increasing the accuracy of measurements.

В соответствии с предлагаемым изобретением технический результат достигается тем, что в способе наведения на удаленный объект импульсного электромагнитного излучения, основанном на формировании в материальной среде излучения с заданной в направлении объекта диаграммной направленности длиной волны λ0 и длительностью импульса τ0 и одновременным пропусканием в пределах сформированной диаграммы направленности в направлении объекта когерентного электромагнитного излучения с длиной волны λ10 и длительностью импульса τ10, диаграмму направленности формируют в виде симметрично разнесенных относительно направления на объект расходящихся волновых фронтов с экранированием части поперечного сечения на расстоянииIn accordance with the invention, the technical result is achieved by the fact that in the method of pointing pulsed electromagnetic radiation to a remote object, based on the formation of radiation in a material medium with a given directional pattern of the wavelength λ 0 and pulse duration τ 0 and simultaneous transmission within the formed radiation patterns in the direction of the object of coherent electromagnetic radiation with a wavelength of λ 10 and a pulse duration of τ 10 , diagram mu directivity is formed in the form of diverging wave fronts symmetrically spaced relative to the direction of the object with screening of a part of the cross section at a distance

Figure 00000001
Figure 00000001

D - диаметр сечения диаграммы направленности на расстоянии L от антенны.D is the diameter of the cross section of the radiation pattern at a distance L from the antenna.

Когерентное электромагнитное излучение направляют относительно оси диаграммы направленности, сформированными расходящимися фронтами, а часть отраженного от объекта когерентного излучения, перехватывают диаграммой направленности подвергают усилению и комплексному сопряжению.Coherent electromagnetic radiation is directed relative to the axis of the radiation pattern formed by diverging fronts, and part of the coherent radiation reflected from the object is intercepted by the radiation pattern and is amplified and complex conjugated.

Как следует из формулы изобретения - устройство использует длины волн, относящиеся к различным диапазонам - одна (λ0) обладает большим коэффициентом поглощения α0 по сравнению с α1 другой волны (λ1). В соответствии с эмпирической формулой [6, 8]As follows from the claims, the device uses wavelengths that belong to different ranges - one (λ 0 ) has a higher absorption coefficient α 0 compared to α 1 of the other wave (λ 1 ). In accordance with the empirical formula [6, 8]

Figure 00000002
Figure 00000002

α - коэффициент поглощения для диапазона λ0=0,5÷10 см;α is the absorption coefficient for the range λ 0 = 0.5 ÷ 10 cm;

M=7,5 г/м3 - плотность водяного пара при температуре 18÷20°C, найдем коэффициент поглощения для λ0=1 см;M = 7.5 g / m 3 - the density of water vapor at a temperature of 18 ÷ 20 ° C, we find the absorption coefficient for λ 0 = 1 cm;

Figure 00000003
Figure 00000003

При тех же атмосферных условиях коэффициент поглощения (λ1=1,06 мкм) составляет 0,5 дБ/км (3).Under the same atmospheric conditions, the absorption coefficient (λ 1 = 1.06 μm) is 0.5 dB / km (3).

Радея способа заключается в использовании излучения λ0 для создания волноводного канала, формирующегося вследствие прогрева атмосферы этим излучением, и пропусканием внутри этого канала под углом полного внутреннего отражения от стенок волноводного канала когерентного излучения с длиной волны λ1 и коэффициентом поглощения α10.The idea of the method is to use radiation λ 0 to create a waveguide channel formed as a result of heating of the atmosphere by this radiation, and to transmit coherent radiation from the walls of the waveguide channel of the coherent radiation with a wavelength of λ 1 and absorption coefficient α 10 inside this channel.

На рис. 1 и 2 представлено устройство, реализующее предложенный способ. Устройство работает следующим образом. После возбуждения двух облучателей 2 с выходными апертурами, установленными в фокусах несимметрично усеченных зеркал параболической антенны 1 со смещенными максимумами, излучение, отраженное от поверхности зеркал и ограниченное зеркалом 3, направляется в зону поиска предполагаемого объекта 8. В параболической антенне длина оптического пути всех лучей, идущих из фокуса и отраженных от зеркала в плоскости раскрыва, имеют одинаковую фазу, поэтому происходит преобразование сферических фронтов облучателей 2 в плоские и антенна излучает параллельный пучок. Перемещение облучателей, установленных в фокусе зеркал 1, вдоль оптической оси позволяет осуществить преобразование пучка в сходящийся волновой фронт 9 с экранированной центральной частью зеркалом 3. Использование несимметрично усеченных антенн со смещенным максимумом излучения позволяет уменьшить влияние теневого эффекта облучателей 2 вследствие дифракции на нем отраженного от зеркала 1 излучения. Так как облучатели 2 имеют свои диаграммы направленности, часть излучения попадает в пространство между зеркалами 1 одновременно с формированием канала 9 и происходит регистрация излучения облучателей 2 устройством обработки 6, позволяющим получить прямой импульс посредством приемника 10 и оконечным устройством 11. В этом случае система работает на передачу электромагнитного излучения. После того как передача окончена, с помощью антенного переключателя, выполненного в виде двух разрядников-переключателей, которые выполняют три функции - включение приемника 6 с устройством обработки, включение антенны и импульсного передатчика 12, вырабатывается импульс длительностью τ0, который через антенный переключатель попадает в облучатели 2 и излучается в несимметричную антенну.In fig. 1 and 2 presents a device that implements the proposed method. The device operates as follows. After the excitation of two irradiators 2 with output apertures installed in the foci of asymmetrically truncated mirrors of a parabolic antenna 1 with shifted maxima, the radiation reflected from the surface of the mirrors and limited by mirror 3 is directed to the search zone of the proposed object 8. In a parabolic antenna, the optical path length of all the rays coming from the focus and reflected from the mirror in the aperture plane, have the same phase, therefore, the spherical fronts of the irradiators 2 are converted to flat and the antenna emits a pair lolly bunch. Moving the irradiators installed in the focus of the mirrors 1 along the optical axis allows the beam to be converted into a converging wave front 9 with the screened central part of the mirror 3. Using asymmetrically truncated antennas with a shifted radiation maximum allows reducing the influence of the shadow effect of irradiators 2 due to diffraction reflected from the mirror 1 radiation. Since the irradiators 2 have their radiation patterns, part of the radiation enters the space between the mirrors 1 simultaneously with the formation of channel 9 and the radiation of the irradiators 2 is recorded by the processing device 6, which allows a direct pulse to be received by the receiver 10 and the terminal device 11. In this case, the system operates on transmission of electromagnetic radiation. After the transmission is completed, using the antenna switch, made in the form of two spark gap switches that perform three functions - turning on the receiver 6 with the processing device, turning on the antenna and the pulse transmitter 12, a pulse of duration τ 0 is generated, which through the antenna switch falls into irradiators 2 and is radiated into an unbalanced antenna.

Приемник в это время отключается на время τ0 от антенны. Отраженный импульс от объекта 8, отражаясь от зеркала 1, попадает на вспомогательное зеркало 7 и через этот же антенный переключатель поступает в приемник. По временным меткам на экране оконечного устройства 11 (осциллограф) определяется расстояние до объекта по формулеThe receiver at this time is disconnected for a time τ 0 from the antenna. The reflected pulse from the object 8, reflected from the mirror 1, enters the auxiliary mirror 7 and through the same antenna switch enters the receiver. According to the time stamps on the screen of the terminal device 11 (oscilloscope), the distance to the object is determined by the formula

Figure 00000004
Figure 00000004

D - расстояние до объекта;D is the distance to the object;

C - скорость света.C is the speed of light.

При работе радиолокационного канала в режиме поиска и сопровождения, в связи с достаточно широкой диаграммной направленности 1 антенны, возможны значительные погрешности, связанные как с локацией групповой цели, так и с определением местоположения низколетящих целей. Несколько точечных целей в пределах разрешаемого объема имеют совокупную отражающую поверхность, поэтому диаграмма обратного рассеивания этой цели содержит множество лепестков, определяемых когерентным сложением отраженных от групповой цели пучков [8]. Влияние земли приводит к уменьшению дальности действия РЛС по низколетящим целям, поскольку на диаграмму направленности антенны в свободном пространстве влияет диаграмма направленности, определяемая отраженным излучением от поверхности земли - Fзем(ε), поэтомуWhen the radar channel is in search and tracking mode, due to a fairly wide beam pattern of 1 antenna, significant errors are possible related to both the location of the group target and the location of low-flying targets. Several point targets within the allowed volume have an aggregate reflective surface; therefore, the backscatter diagram of this target contains many petals determined by the coherent addition of the beams reflected from the group target [8]. The influence of the earth leads to a decrease in the range of the radar for low-flying targets, since the radiation pattern of the antenna in free space is affected by the radiation pattern determined by the reflected radiation from the earth’s surface - F land (ε), therefore

Figure 00000005
Figure 00000005

Dом - дальность в свободном пространстве в направлении максимума без учета влияния земли;D om - range in free space in the direction of the maximum without taking into account the influence of the earth;

FЕ(ε) - диаграмма направленности в свободном пространстве;F E (ε) - radiation pattern in free space;

ε - угол скольжения.ε is the slip angle.

Интерференционное взаимодействие приводит к тому, что результирующая диаграмма искажается вследствие влияния земли. Для обнаружения объекта и определения его координат необходимо осуществить поиск этого объекта в пространстве. Так как диаграмма радиолокатора имеет игольчатую форму и имеет значительную ширину, то обычно на поиск объекта в пространстве затрачивается малое время, в то время как при использовании в оптической локации лазерными источниками необходимо довольно значительное время (ширина диаграммы направленности у лазеров ~ 10-3÷10-4 рад). Поэтому удобно использовать два локатора - один, работающий в радиодиапазоне для первичного поиска, как правило, на большой высоте и значительном удалении, а затем использовать источники когерентного излучения.Interference interaction leads to the fact that the resulting diagram is distorted due to the influence of the earth. To detect an object and determine its coordinates, it is necessary to search for this object in space. Since the radar pattern is needle-shaped and has a considerable width, it usually takes a little time to search for an object in space, while when used in optical location by laser sources, quite a lot of time is required (the width of the radiation pattern for lasers is ~ 10 -3 ÷ 10 -4 glad). Therefore, it is convenient to use two locators - one operating in the radio range for the primary search, usually at a great height and at a considerable distance, and then use sources of coherent radiation.

Для воздуха справедливо соотношение для показателя преломления For air, the relation for the refractive index

Figure 00000006
Figure 00000006

ρ - плотность;ρ is the density;

к - константа.k is a constant.

Выражение (6) можно привести к видуExpression (6) can be reduced to

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
- начальные равновесные значения.
Figure 00000008
- initial equilibrium values.

Считая воздух идеальным газом, расширяющимся при постоянном давлении, получим выражение [9]Considering air as an ideal gas expanding at constant pressure, we obtain the expression [9]

Figure 00000009
Figure 00000009

γ - показатель адиабаты;γ is the adiabatic exponent;

P0 - давление;P 0 is the pressure;

α - коэффициент поглощения излучения;α is the radiation absorption coefficient;

J(r) - интенсивность излучения;J (r) is the radiation intensity;

t0 - время нагрева в произвольной точке rt 0 - heating time at an arbitrary point r

Для выбранных длин волн имеем:For the selected wavelengths, we have:

Figure 00000010
Figure 00000010

Таким образом используем λ0 для создания канала с затененной центральной частью пучка, форма которого сохраняется в ближней зоне, то есть на расстоянииThus, we use λ 0 to create a channel with a shaded central part of the beam, the shape of which is preserved in the near zone, i.e., at a distance

Figure 00000011
Figure 00000011

от апертуры несимметрично усеченной антенны со смещенным максимумом излучения. При расстоянии

Figure 00000012
происходит формирование диаграммы направленности симметрично разнесенными относительно направления на объект расходящимися волновыми фронтами. Сохраняя свою форму в ближней зоне, излучение с λ0 отдает энергию, формируя при этом тепловую линзу на всем пути распространения пучка. Для исключения возможности теплового расплывания пучка, формирующего канал, необходимо выполнить условиеfrom the aperture of an asymmetrically truncated antenna with a shifted radiation maximum. At a distance
Figure 00000012
radiation pattern is formed symmetrically spaced apart from the direction of the object by diverging wave fronts. Preserving its shape in the near field, radiation with λ 0 gives off energy, forming a thermal lens along the entire path of the beam. To exclude the possibility of thermal spreading of the beam forming the channel, it is necessary to fulfill the condition

Figure 00000013
Figure 00000013

τ0- время нагрева;τ 0 is the heating time;

а - наименьшее значение радиуса пучка на дальности распространения излучения λ0;a is the smallest value of the radius of the beam at the radiation propagation range λ 0 ;

cS - скорость распространения звука. Как известно [11], если на границу двух однородных сред падает электромагнитная волна, она разделяется на две волны - проходящую во вторую среду и отраженную. Если вторая среда менее плотная по сравнению с первой, то из закона преломления следуетc S is the speed of sound propagation. As is known [11], if an electromagnetic wave falls on the boundary of two homogeneous media, it is divided into two waves - transmitted to the second medium and reflected. If the second medium is less dense than the first, then the law of refraction implies

Figure 00000014
Figure 00000014

θi - угол падения в более плотной среде;θ i is the angle of incidence in a denser medium;

θt - угол преломления в менее плотной среде;θ t is the angle of refraction in a less dense medium;

n1, n2 - коэффициенты преломления, соответственно плотной и менее плотной сред;n 1 , n 2 are the refractive indices of, respectively, dense and less dense media;

n12 - относительный коэффициент преломления второй среды относительно первой.n 12 is the relative refractive index of the second medium relative to the first.

Поэтому при углах падения, при которых sin θi<n1,2, реализуется эффект полного внутреннего отражения, при котором падающая волна целиком возвращается в первую среду. Оптический локационный канал с λ одновременно является и каналом, формирующим инструмент воздействия на объект поиска, и работает следующим образом. С помощью поворотных зеркал 3, 3a когерентное излучение, сформированное лазером подсвета 4, вводится во внутреннюю область волноводного канала 5, граница которого 9, благодаря поглощению излучения с длиной волны λ0, представляет отражающую поверхность для когерентного излучения с длиной волны λ1. Характеристики излучения лазера и излучения эхо-сигнала, отраженного в виде блика от объекта 8, измеряются установленной по ходу излучения системой регистрации по схеме совмещенного источника и приемника - эта схема, в которой одна и та же система зеркал и формирует остронаправленную антенну, и принимает эхо-сигнал от объекта. Система регистрации содержит лазер подсвета 4, телескопическую систему зеркал 13, причем одно из них выполнено с отверстием связи, светоделитель 14 с блоком измерения, с помощью которого осуществляются измерения дальности до объекта 8. Перед началом работы силового канала с излучением λ1 происходит «прострел» атмосферного участка с целью устранения влияния атмосферных факторов (туман, снег и т.д.) для обеспечения прозрачности канала в области формирования диаграммы направленности и устранения паразитного отражения от частиц, находящихся в области сформированного канала. После оперативного обнаружения объекта 8 когерентным оптическим излучением часть этого излучения после отражения от объекта возвращается во внутреннюю область волноводного канала 5 и через телескопическую систему 15 попадает в устройство обращения волнового фронта 16, в котором происходит комплексное сопряжение его фазы, в результате чего усиленный сигнал возвращается на объект 8, при полной компенсации трассовых аберраций, возникших на прямом проходе через волноводный канал. Явление обращения волнового фронта основано на вынужденном рассеянии Мандельштама-Бриллюэна (ВРМБ) [12, 13].Therefore, at incidence angles at which sin θ i <n 1,2 , the effect of total internal reflection is realized, at which the incident wave returns entirely to the first medium. An optical location channel with λ is at the same time a channel forming an instrument for influencing a search object, and works as follows. Using rotary mirrors 3, 3a, coherent radiation generated by the backlight laser 4 is introduced into the inner region of the waveguide channel 5, the boundary of which 9, due to absorption of radiation with a wavelength of λ 0 , represents a reflective surface for coherent radiation with a wavelength of λ 1 . The characteristics of the laser radiation and the emission of the echo signal reflected in the form of a glare from the object 8 are measured by the registration system installed along the radiation according to the combined source and receiver scheme — this scheme, in which the same system of mirrors forms a highly directional antenna and receives an echo -signal from the object. The registration system contains a backlight 4, a telescopic system of mirrors 13, one of which is made with a communication hole, a beam splitter 14 with a measuring unit, with which measurements are taken to the distance to object 8. Before the power channel with radiation λ 1 starts to work, a “cross” occurs atmospheric section in order to eliminate the influence of atmospheric factors (fog, snow, etc.) to ensure transparency of the channel in the area of beamforming and eliminate spurious reflection from particles located shaped channel region. After the operative detection of the object 8 by coherent optical radiation, a part of this radiation after reflection from the object returns to the inner region of the waveguide channel 5 and through the telescopic system 15 it enters the wavefront reversal device 16, in which its phase is complexly coupled, as a result of which the amplified signal returns to object 8, with full compensation of the path aberrations that occurred in a direct passage through the waveguide channel. The wavefront reversal phenomenon is based on stimulated Mandelstam-Brillouin scattering (SBS) [12, 13].

С целью обеспечения пороговой плотности мощности (~ 106 Вт/см2), для срабатывания ОВФ, в состав устройства введен комбинированный усилитель, содержащий квантовый усилитель 17, выполняющий роль шумового фильтра, и BP-усилитель (усилитель вынужденного рассеяния) 18, обеспечивающий суперусиление (до 1016) слабых сигналов, рассеянных удаленным объектом. Поэтому комбинированный усилитель имеет усиление как BP-усилитель при уровне шумов как у квантового усилителя. Учитывая, что при ОВФ свет идет строго назад, с компенсацией неоднородностей атмосферного канала, при длительности импульса накачки усилителя 17, порядка 1 мс, возможно многократное воздействие на бликующий объект 8 в количестве:In order to provide a threshold power density (~ 10 6 W / cm 2 ) for the operation of phase conjugation, a combined amplifier containing a quantum amplifier 17, which acts as a noise filter, and a BP amplifier (stimulated scattering amplifier) 18, providing super gain (up to 10 16 ) weak signals scattered by a distant object. Therefore, the combined amplifier is amplified as a BP amplifier with a noise level like that of a quantum amplifier. Considering that during phase conjugation, the light goes strictly backward, with compensation for inhomogeneities of the atmospheric channel, with a pump pulse duration of amplifier 17 of the order of 1 ms, repeated exposure to a glare object 8 in the amount of

Figure 00000015
Figure 00000015

τ - длительность импульса накачки усилителя 17;τ is the duration of the pump pulse of the amplifier 17;

L1 - расстояние до объекта 8;L 1 is the distance to the object 8;

C - скорость света.C is the speed of light.

Таким образом, предложенное устройство, реализующее способ, позволяет существенно увеличить дальность обнаружения объектов, особенно находящихся на низкой высоте, при этом используя как комбинированную электромагнитную систему, состоящую из источников излучения различного спектрального диапазона, так и комбинированную усилительную систему совместно с системой обращения волнового фронта. Использование излучения с длиной волны τ0 для «прострела» трассы позволяет повысить точность измерения, так как устраняется ложный сигнал, определяемый отражением от различного рода аберраций, связанных с различными факторами (турбулентность, туман, снег и т.д.). Необходимо отметить, что комбинированный поиск позволяет резко уменьшить энергозатраты, так как при поиске низко расположенных объектов дальность определяется как корень восьмой степени от величины энергетического потенциала [8]Thus, the proposed device that implements the method can significantly increase the detection range of objects, especially those at low altitude, while using both a combined electromagnetic system consisting of radiation sources of various spectral ranges and a combined amplifier system in conjunction with a wavefront reversal system. The use of radiation with a wavelength of τ 0 for the "lumbago" of the track allows to increase the measurement accuracy, since it eliminates the false signal determined by the reflection from various kinds of aberrations associated with various factors (turbulence, fog, snow, etc.). It should be noted that a combined search can dramatically reduce energy costs, since when searching for low-lying objects, the range is determined as the root of the eighth degree of the energy potential [8]

Figure 00000016
Figure 00000016

Dзем - диаграмма направленности антенны с учетом земли;D zem - the antenna pattern taking into account the earth;

Pп - мощность передатчика;P p - transmitter power;

Pпmin - пороговая мощность (минимально различный сигнал).P pmin - threshold power (minimally different signal).

Claims (1)

Способ наведения на удаленный объект электромагнитного излучения, основанный на формировании в материальной среде излучения с заданной в направлении объекта диаграммой направленности с длиной волны λ0 длительностью импульса τ0 и одновременным пропусканием в пределах сформированной диаграммы направленности в направлении объекта когерентного излучения с длиной волны λ1 и длительностью τ10, отличающийся тем, что диаграмму направленности формируют излучением с коэффициентом поглощения α01 в виде симметрично разнесенных, относительно направления на объект, расходящихся волновых фронтов с экранированием части поперечного сечения на расстоянии
Figure 00000017
, когерентное элетромагнитное излучение с коэффициентом поглощения α10 направляют относительно оси диаграммы направленности под углом полного внутреннего отражения, а часть отраженного от объекта когерентного электромагнитного излучения длиной волны λ10 перехватывают диаграммой направленности, подвергают усилению и комплексному сопряжению, где D - диаметр выходной апертуры источника электромагнитного излучения с длиной волны λ0.
The method of pointing electromagnetic radiation to a remote object, based on the formation of radiation in a material medium with a radiation pattern specified in the direction of the object with a wavelength of λ 0 pulse duration τ 0 and simultaneous transmission within the generated radiation pattern in the direction of the coherent radiation object with a wavelength of λ 1 and duration τ 10 , characterized in that the radiation pattern is formed by radiation with an absorption coefficient α 0 > α 1 in the form of symmetrically spaced, relates specifically the direction of the object, diverging wave fronts with shielding of the cross-section at a distance
Figure 00000017
, coherent electromagnetic radiation with an absorption coefficient α 10 is directed relative to the axis of the radiation pattern at an angle of total internal reflection, and part of the coherent electromagnetic radiation reflected from the object with a wavelength of λ 10 is intercepted by the radiation pattern, subjected to amplification and complex conjugation, where D - the diameter of the output aperture of the electromagnetic radiation source with a wavelength of λ 0 .
RU2014121442/28A 2014-05-27 2014-05-27 Method for guiding pulsed electromagnetic radiation to remote object RU2589763C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014121442/28A RU2589763C2 (en) 2014-05-27 2014-05-27 Method for guiding pulsed electromagnetic radiation to remote object

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014121442/28A RU2589763C2 (en) 2014-05-27 2014-05-27 Method for guiding pulsed electromagnetic radiation to remote object

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014121442A RU2014121442A (en) 2015-12-10
RU2589763C2 true RU2589763C2 (en) 2016-07-10

Family

ID=54843042

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014121442/28A RU2589763C2 (en) 2014-05-27 2014-05-27 Method for guiding pulsed electromagnetic radiation to remote object

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2589763C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2659615C2 (en) * 2016-09-19 2018-07-03 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Luminous objects detection system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0242377A (en) * 1988-08-03 1990-02-13 Hitachi Ltd Radar device
JPH10104355A (en) * 1996-09-30 1998-04-24 Omron Corp Range finder
WO2002008780A2 (en) * 2000-07-24 2002-01-31 University Of Kansas Center For Research, Inc. Laser radar system
RU2406188C1 (en) * 2009-09-15 2010-12-10 ООО "Новые энергетические технологии" Device for directed transmission of microwaves

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0242377A (en) * 1988-08-03 1990-02-13 Hitachi Ltd Radar device
JPH10104355A (en) * 1996-09-30 1998-04-24 Omron Corp Range finder
WO2002008780A2 (en) * 2000-07-24 2002-01-31 University Of Kansas Center For Research, Inc. Laser radar system
RU2406188C1 (en) * 2009-09-15 2010-12-10 ООО "Новые энергетические технологии" Device for directed transmission of microwaves

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2659615C2 (en) * 2016-09-19 2018-07-03 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Luminous objects detection system

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014121442A (en) 2015-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11353769B2 (en) Speckle reduction in photonic phased arrays
ES2718037T3 (en) Lidar driven with optical amplifier with semiconductor
Razenkov Turbulent Lidar: I− Design
RU2589763C2 (en) Method for guiding pulsed electromagnetic radiation to remote object
Bobrovnikov et al. A Multi-Aperture Transceiver System of a Lidar with Narrow Field of View and Minimal Dead Zone
Banakh et al. Lidar measurements of atmospheric backscattering amplification
Hu et al. System efficiency of heterodyne lidar with truncated Gaussian Schell-Model beam in turbulent atmosphere
Hanshan et al. Laser echo characteristics and detection probability calculation on the space projectile proximity fuze
Razenkov Optimization of parameters of a turbulent lidar
RU160836U1 (en) DEVICE FOR REGISTRATION OF REINFORCEMENT STRENGTH AND REDUCTION IN THE ATMOSPHERE
RU2125278C1 (en) Method measuring distance to controlled object ( its versions )
CN112904308B (en) Laser radar system and method for detecting cloud phase state and cloud water content
CN113447232B (en) Wake flow detection device for time-dependent single photon counting and operation method thereof
McMillan Intensity and angle-of-arrival effects on microwave propagation caused by atmospheric turbulence
WO2023133666A1 (en) Fitting method for spontaneous emission noise of laser radar system and optical fiber sensing system
Salin et al. Near-field measurements of the scattering characteristics of a moving object with doppler filtering of the signal
US3101469A (en) Phase coherent radar system
Sun et al. The design of active laser detection system based on nonlinear optical effect
RU2168818C1 (en) Combined radio and acoustic antenna
RU2240504C1 (en) Method for determining thickness of dielectric material
Jia et al. A method to address beam cross coupling errors in phased array Doppler sonar
Diblík et al. The influence of atmospheric turbulence on the rangefinder laser beam
RU2725514C1 (en) Beam pattern and reflecting surface antenna system control device
RU2618521C1 (en) Radar station
Saxton et al. A field-strength meter and standard radiator for centimetre wavelengths

Legal Events

Date Code Title Description
FA92 Acknowledgement of application withdrawn (lack of supplementary materials submitted)

Effective date: 20151120

FZ9A Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal)

Effective date: 20160112

PD4A Correction of name of patent owner
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20200602