WO2012057653A1 - Laser location method - Google Patents

Laser location method Download PDF

Info

Publication number
WO2012057653A1
WO2012057653A1 PCT/RU2011/000721 RU2011000721W WO2012057653A1 WO 2012057653 A1 WO2012057653 A1 WO 2012057653A1 RU 2011000721 W RU2011000721 W RU 2011000721W WO 2012057653 A1 WO2012057653 A1 WO 2012057653A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
laser
pulses
train
signal
distance
Prior art date
Application number
PCT/RU2011/000721
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Виталий Александрович ЛОПОТА
Виктор Павлович ЛЕГОСТАЕВ
Игорь Георгиевич РУДОЙ
Аркадий Матвеевич СОРОКА
Антон Николаевич ЗЕЛЕНЩИКОВ
Original Assignee
Открытое Акционерное Общество "Ракетно-Космическая Корпорация "Энергия" Имени С. П. Королева
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 Открытое Акционерное Общество "Ракетно-Космическая Корпорация "Энергия" Имени С. П. Королева filed Critical Открытое Акционерное Общество "Ракетно-Космическая Корпорация "Энергия" Имени С. П. Королева
Publication of WO2012057653A1 publication Critical patent/WO2012057653A1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06Systems determining position data of a target
    • G01S17/42Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates

Definitions

  • the claimed technical solution relates to methods for determining the location of objects, more specifically to methods of laser location, and is of interest for the laser location of space objects, the Earth's surface, laser geodesy, and can also be used to determine the speed of a moving object.
  • a known method for determining the distance to a distant object including irradiating it with a laser signal, receiving a signal reflected or scattered by the object and determining the delay time AT between the moments of radiation of the probing and receiving signals reflected or scattered by the object, the distance to the object L is determined by the simple formula L ⁇ cL T / 2, where c is the speed of light (VA Smirnov, “Introduction to Optical Radio Electronics.” M: Soviet Radio. 1973-189 p.).
  • the advantage of this method is the ability to determine the distance to distant objects, including space distances, with high accuracy, which is actually determined by the speed of the receiving system and the ability of the locator to generate short light pulses (primarily with a short leading edge).
  • a long-achieved performance level of ⁇ 0.1 not a distance can be determined with an accuracy of several centimeters, it is precisely this accuracy that is achieved, for example, with a laser location of the moon.
  • the disadvantage of this method is the inability to accurately determine the direction to the target object, usually this direction is known in advance (as in the case of, for example, the laser location of the moon, the position of the corner reflectors that returned the locator signal was exactly known).
  • a powerful laser pulse is generated, which immediately “illuminates” a significant area of space (a significant solid angle), in which the object to be located is known to be, that is, the divergence of the used laser radiation is large enough. This allows you to determine the distance to the object, but not its position in space.
  • the need to use high-energy laser locators is a significant drawback of the known method, since this requires a sufficiently powerful and relatively bulky laser installation. Obviously, if the probe radiation can have 10 times less divergence, then the laser pulse energy can be reduced by at least 100 times (if the distance to the object is large enough).
  • the closest technical solution is a laser location method, including scanning the space with a sequence of laser signals generated by a laser locator, recording the scattered and / or reflected laser signal from the object and determining the distance to the object from the delay time between the emitted and received signals, and the angular position of the object in the direction of the emitted signal (Matveev I.N., Protopopov V.V. et al. "Laser location”. M.: Mechanical Engineering. 1984-272 s).
  • scanning the device performs a programmable rotation in the space of the probe laser beam with a relatively small divergence.
  • the main disadvantage of this method is its relatively low productivity in determining the position of an object with sufficiently high accuracy.
  • the next laser signal is emitted after the previous signal “returned by the object” is detected or when it is possible to guarantee that there is no object sought in the probed region of the space (otherwise it is possible to “confuse” which emitted signal corresponds to the registered signal).
  • the formulated condition limits the frequency of the laser signals / at the limiting level fmax - c / 2L and, accordingly, the time to determine the position (search) of the object can be long. For example, if the object can be located at a distance of up to 300 km, then the maximum frequency of the laser locator will be 500 Hz.
  • the object is in an area with a transverse size of 10x10 km, and you want to determine its position with an accuracy of 100x100 meters (the required laser beam divergence is only -0.3 mrad and corresponds to a telescope aperture of less than 1 cm for diffraction radiation quality and wavelength probe radiation ⁇ 1 ⁇ m, the angular accuracy of the scanning device can be an order of magnitude higher), then a total of 10,000 laser pulses may be required and, accordingly, about 20 seconds. Note that in such a time the object can go beyond the study area (for this, a transverse velocity of -500 m / s is sufficient).
  • the technical result of the invention is to increase the performance of the laser location.
  • the technical result is achieved by the fact that in the laser location method, including scanning the space with a sequence of laser signals generated by a laser locator, registering laser signals scattered and / or reflected by the object, determining the distance to the object from the delay time between the emitted and received signals, and the angular position of the object - in the direction of the corresponding emitted signal, as a signal generated by the laser locator, a train of at least two pulses with emymi time intervals between pulses and / or the ratio of amplitudes of the pulses in each train of.
  • the pulse amplitude depending on the ratio between the duration of an individual pulse ti and the time resolution of the registration system xp, refers to the energy of the pulse (if ti ⁇ ) or its power (if ti> xp).
  • the application of the proposed technical solution allows you to actually "mark" the signals emitted by the laser locator and establish a one-to-one correspondence between the emitted and received signals.
  • a laser locator at a frequency of 100 kHz generates a sequence of trains of paired (“double”) short ( ⁇ 1 non) pulses with a variable time interval between them, for example: in the first pair, the second pulse follows 20 not after the first, in the second pair after 40 not , in the hundredth train of pulses, the interval between pulses will be 2 ⁇ e, etc .; after generating 200 double pulses (the time interval between the last pulses in a pair will be 4 ⁇ s) described above, the train sequence is repeated.
  • a frequency of 100 kHz means that the time interval between the first laser pulses in sequentially generated trains is 10 ⁇ s.
  • the same time interval between two pulses in the train is repeated after 2 ms (10 ⁇ s x 200), which exactly corresponds to the maximum distance to the object of 300 km. That is, when registering the signal returned by the object, it is possible to “confuse” only the distance L and L + 300 (L is the distance to the object in kilometers), which, obviously, will not happen at L ⁇ 300 km, since the amplitude of the received signal will differ many times.
  • the viewing time of a 10x10 km space region from a distance of -300 km will be 0.1 s and will decrease by 200 times compared with the prototype.
  • the angular beam rotation speed of -30 rad / s required for operation at the indicated frequency of 100 kHz with modern scanning devices is provided with a multiple margin.
  • the fixation time of an object could be further reduced by a factor of 10 (or spatial resolution improved).
  • the period of the generated train sequence can, for example, be tripled as follows: first, the sequence described above is generated trains with the same amplitude of both pulses in each train, then a sequence of 200 trains is generated with a similarly variable time interval between pulses in the train, but with the amplitude of the first pulse, for example, three times greater than the amplitude of the second pulse, then a sequence of 200 trains is generated with the opposite the ratio between the amplitudes of the generated pulses in the train.
  • the generated sequence of non-repeating trains can be even longer.
  • the fact that the time interval between the pulses entering the train is small and does not exceed several microseconds is substantially used. This means that at any real speed of the located object, if one impulse from the train gets on it, then all other impulses from this train will fall. Indeed, with a maximum time interval between pulses in one train of 4 ⁇ s and a transverse velocity of the object of 8 km / s (first cosmic velocity), the movement of the object (and the signal receiver) between the pulses will be only ⁇ 3 cm.
  • the probe signal repetition rate does not exceed 100 kHz and can be increased to 500-700 kHz (and higher) using the proposed method.
  • the mutual movement of the object and the signal receiver within the same train of pulses will not exceed -0.2 mm (the maximum time interval between pulses in one train is not more than 1 ⁇ s, and the relative speed of the object and receiver is ⁇ 200 m / s).
  • the generation of a train of pulse trains by a laser locator can be implemented by various means, for example, a generator-amplifier system, when the generator emits short pulses at the maximum required frequency (in the above example, at a frequency of 50 MHz, corresponding to a time interval of 20 ns), and the control system “cuts out” the pulses required for amplification, or when two (or more) appropriately synchronized lasers are used.
  • a generator-amplifier system when the generator emits short pulses at the maximum required frequency (in the above example, at a frequency of 50 MHz, corresponding to a time interval of 20 ns)
  • the control system “cuts out” the pulses required for amplification, or when two (or more) appropriately synchronized lasers are used.
  • spatial scanning can be implemented by various methods, however, the specific implementation of the proposed laser location method is not the subject of this patent application.
  • the application of the proposed technical solution allows you to significantly increase the performance of the laser location and determine not only the distance to the object, but also the direction towards it (i.e. the angular position of the object) with the use of highly sensitive and high-speed photodetectors in general without the use of spatial-resolution CCD-type radiation detectors, as a rule, noticeably less sensitive and with a high noise level, and also having relatively low speed (Patent RU 2352959, IPC: G01 S 17/06, 20.04 .2009).
  • the inventive method of laser location makes it possible to use compact low-power laser locators, register a signal on a daylight background. This allows us to conclude that the claimed technical solution meets the criteria of "novelty" and "significant differences”.
  • Patent RU 2352959, IPC G01 S 17/06, 04/20/2009.

Abstract

The laser location method consists in that, when determining the position of an object, which comprises scanning a space with a sequence of laser signals generated by a laser locator, recording laser signals scattered and/or reflected by the object, determining the distance to the object over the delay time between the emitted and received signals and the angular position of the object on the basis of the direction of the corresponding emitted signal, a train of at least two pulses with a variable time interval between the pulses and/or a variable pulse amplitude ratio in each train is used as the signal generated by the laser locator.

Description

СПОСОБ ЛАЗЕРНОЙ ЛОКАЦИИ Область техники  METHOD OF LASER LOCATION
Заявляемое техническое решение относится к способам определения местоположения объектов, точнее к способам лазерной локации, и представляет интерес для лазерной локации космических объектов, поверхности Земли, лазерной геодезии, а также может быть использовано для определения скорости движущегося объекта. Предшествующий уровень техники  The claimed technical solution relates to methods for determining the location of objects, more specifically to methods of laser location, and is of interest for the laser location of space objects, the Earth's surface, laser geodesy, and can also be used to determine the speed of a moving object. State of the art
Известен способ определения расстояния до удаленного объекта, включающий облучение его лазерным сигналом, прием отраженного или рассеянного объектом сигнала и определения времени задержки А Т между моментами излучения зондирующего и приема отраженного или рассеянного объектом сигналов, при этом расстояние до объекта L определяется простой формулой L ~ сЛ Т/2 , где с - скорость света (Смирнов В.А. «Введение в оптическую радиоэлектронику». М: Советское радио. 1973-189 с). A known method for determining the distance to a distant object, including irradiating it with a laser signal, receiving a signal reflected or scattered by the object and determining the delay time AT between the moments of radiation of the probing and receiving signals reflected or scattered by the object, the distance to the object L is determined by the simple formula L ~ cL T / 2, where c is the speed of light (VA Smirnov, “Introduction to Optical Radio Electronics.” M: Soviet Radio. 1973-189 p.).
Достоинством известного способа является возможность определять расстояние до удаленных, в том числе на космические расстояния, объектов с высокой точностью, которая фактически определяется быстродействием приемной системы и возможностью локатора генерировать короткие световые импульсы (прежде всего, с коротким передним фронтом). При давно достигнутом уровне быстродействия ~0,1 не расстояние может быть определено с точностью несколько сантиметров, именно такая точность достигнута, например, при лазерной локации Луны. The advantage of this method is the ability to determine the distance to distant objects, including space distances, with high accuracy, which is actually determined by the speed of the receiving system and the ability of the locator to generate short light pulses (primarily with a short leading edge). With a long-achieved performance level of ~ 0.1, not a distance can be determined with an accuracy of several centimeters, it is precisely this accuracy that is achieved, for example, with a laser location of the moon.
Недостатком известного способа является невозможность с достаточной точностью определить направление на лоцируемый объект, обычно это направление известно заранее (как в случае, например, лазерной локации Луны было точно известно положение уголковых отражателей, возвращавших сигнал локатора). В другом варианте реализации известного способа генерируется мощный лазерный импульс, которым сразу «засвечивается» значительный участок пространства (значительный телесный угол), в котором лоцируемый объект находится заведомо, то есть расходимость используемого лазерного излучения достаточна велика. Это позволяет определить расстояние до объекта, однако не его положение в пространстве. Необходимость использования высокоэнергетичных лазерных локаторов является значительным недостатком известного способа, поскольку для этого требуется достаточно мощная и относительно громоздкая лазерная установка. Очевидно, что если зондирующее излучение может иметь в 10 раз меньшую расходимость, то энергия лазерного импульса может быть снижена, минимум, в 100 раз (если расстояние до объекта достаточно велико).  The disadvantage of this method is the inability to accurately determine the direction to the target object, usually this direction is known in advance (as in the case of, for example, the laser location of the moon, the position of the corner reflectors that returned the locator signal was exactly known). In another embodiment of the known method, a powerful laser pulse is generated, which immediately “illuminates” a significant area of space (a significant solid angle), in which the object to be located is known to be, that is, the divergence of the used laser radiation is large enough. This allows you to determine the distance to the object, but not its position in space. The need to use high-energy laser locators is a significant drawback of the known method, since this requires a sufficiently powerful and relatively bulky laser installation. Obviously, if the probe radiation can have 10 times less divergence, then the laser pulse energy can be reduced by at least 100 times (if the distance to the object is large enough).
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является способ лазерной локации, включающий сканирование пространства последовательностью лазерных сигналов, генерируемых лазерным локатором, регистрацию рассеянного и/или отраженного объектом лазерного сигнала и определение расстояния до объекта по времени задержки между излученным и принятым сигналами, а углового положения объекта по направлению излученного сигнала (Матвеев И.Н., Протопопов В.В. и др. «Лазерная локация». М.: Машиностроение. 1984-272 с). В известном способе сканирующее устройство осуществляет программируемый поворот в пространстве зондирующего лазерного луча со сравнительно малой расходимостью. Использование известного способа позволяет определить не только расстояние до объекта, но и его угловое положение в пространстве, а двукратное применение соответствующей процедуры (то есть, определение положения объекта в два различных момента времени) позволяет найти скорость объекта. The closest technical solution (prototype) is a laser location method, including scanning the space with a sequence of laser signals generated by a laser locator, recording the scattered and / or reflected laser signal from the object and determining the distance to the object from the delay time between the emitted and received signals, and the angular position of the object in the direction of the emitted signal (Matveev I.N., Protopopov V.V. et al. "Laser location". M.: Mechanical Engineering. 1984-272 s). In the known method, scanning the device performs a programmable rotation in the space of the probe laser beam with a relatively small divergence. Using the known method allows you to determine not only the distance to the object, but also its angular position in space, and the twofold application of the corresponding procedure (that is, determining the position of the object at two different points in time) allows you to find the speed of the object.
Основным недостатком известного способа является его сравнительно низкая производительность при определении положения объекта с достаточно высокой точностью. В самом деле, следующий лазерный сигнал излучается после того, как зафиксирован «возвращенный объектом» предшествующий сигнал или когда можно гарантировать, что в зондируемой области пространства искомого объекта нет (иначе возможно «перепутать», какому излученному сигналу соответствует зарегистрированный сигнал). The main disadvantage of this method is its relatively low productivity in determining the position of an object with sufficiently high accuracy. In fact, the next laser signal is emitted after the previous signal “returned by the object” is detected or when it is possible to guarantee that there is no object sought in the probed region of the space (otherwise it is possible to “confuse” which emitted signal corresponds to the registered signal).
Сформулированное условие ограничивает частоту следования лазерных сигналов / на предельном уровне fmax - c/2L и, соответственно, время определения положения (поиска) объекта может быть велико. Например, если объект может быть расположен на расстоянии до 300 км, то максимальная частота работы лазерного локатора составит 500 Гц. Если известно, что объект находится в области с поперечным размером 10x10 км, а требуется определить его положение с точностью 100x100 метров (требуемая расходимость лазерного излучения составляет всего лишь -0,3 мрад и соответствует апертуре телескопа менее 1 см для дифракционного качества излучения и длины волны зондирующего излучения ~· 1 мкм, угловая точность сканирующего устройства может быть на порядок выше), то всего может потребоваться 10.000 лазерных импульсов и, соответственно, около 20 секунд. Заметим, что за такое время объект может выйти за пределы исследуемой области (для этого достаточно поперечной скорости -500 м/с). The formulated condition limits the frequency of the laser signals / at the limiting level fmax - c / 2L and, accordingly, the time to determine the position (search) of the object can be long. For example, if the object can be located at a distance of up to 300 km, then the maximum frequency of the laser locator will be 500 Hz. If it is known that the object is in an area with a transverse size of 10x10 km, and you want to determine its position with an accuracy of 100x100 meters (the required laser beam divergence is only -0.3 mrad and corresponds to a telescope aperture of less than 1 cm for diffraction radiation quality and wavelength probe radiation ~ 1 μm, the angular accuracy of the scanning device can be an order of magnitude higher), then a total of 10,000 laser pulses may be required and, accordingly, about 20 seconds. Note that in such a time the object can go beyond the study area (for this, a transverse velocity of -500 m / s is sufficient).
Указанная причина ограничивает, в том числе, рабочую частоту и производительность лазерных локаторов, применяемых для лазерного зондирования земной поверхности, поскольку каждый следующий зондирующий импульс может быть излучен только после того, как зарегистрирован предыдущий «отраженный» импульс (Данилин И.М., Медведев Е.М., Мельников СР. «Лазерная локация Земли и леса»: Учебное пособие. Красноярск: Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН. 2005-182 с). В результате стоимость, например, лазерных геодезии и топографии высокого разрешения оказывается достаточно высокой.  This reason limits, among other things, the operating frequency and productivity of laser locators used for laser sensing of the earth’s surface, since each subsequent probe pulse can be emitted only after the previous “reflected” pulse is detected (Danilin I.M., Medvedev E .M., Melnikov SR. "Laser location of the Earth and the forest": Textbook. Krasnoyarsk: Forest Institute named after VN Sukachev SB RAS. 2005-182 p). As a result, the cost of, for example, laser geodesy and high-resolution topography is quite high.
Раскрытие изобретения Disclosure of invention
Техническим результатом изобретения является увеличение производительности лазерной локации.  The technical result of the invention is to increase the performance of the laser location.
Технический результат достигается тем, что в способе лазерной локации, включающем сканирование пространства последовательностью лазерных сигналов, генерируемых лазерным локатором, регистрацию рассеянных и/или отраженных объектом лазерных сигналов, определение расстояния до объекта по времени задержки между излученными и принятыми сигналами, а углового положения объекта - по направлению соответствующего излученного сигнала, в качестве генерируемого лазерным локатором сигнала используют цуг из по меньшей мере двух импульсов с изменяемыми промежутками времени между импульсами и/или соотношением амплитуд импульсов в каждом цуге. Под амплитудой импульса, в зависимости от соотношения между длительностью отдельного импульса ти и временным разрешением системы регистрации хр, подразумевается энергия импульса (если ти < τρ) или его мощность (если ти > хр). The technical result is achieved by the fact that in the laser location method, including scanning the space with a sequence of laser signals generated by a laser locator, registering laser signals scattered and / or reflected by the object, determining the distance to the object from the delay time between the emitted and received signals, and the angular position of the object - in the direction of the corresponding emitted signal, as a signal generated by the laser locator, a train of at least two pulses with emymi time intervals between pulses and / or the ratio of amplitudes of the pulses in each train of. The pulse amplitude, depending on the ratio between the duration of an individual pulse ti and the time resolution of the registration system xp, refers to the energy of the pulse (if ti <τρ) or its power (if ti> xp).
Применение заявляемого технического решения позволяет фактически «промаркировать» излучаемые лазерным локатором сигналы и установить взаимно однозначное соответствие между излученным и принятым сигналами. В результате даже при значительно более высокой, чем в прототипе, частоте следования генерируемых локатором лазерных сигналов возможно определить, какому излученному сигналу соответствует принятый, и, соответственно, используя только быстродействующий фотоприемник, одновременно определить расстояние до объекта (по времени задержки) и угловое положение объекта (по направлению, в котором излучался тот сигнал, который в дальнейшем был принят).  The application of the proposed technical solution allows you to actually "mark" the signals emitted by the laser locator and establish a one-to-one correspondence between the emitted and received signals. As a result, even with a significantly higher repetition rate of the laser signals generated by the locator than in the prototype, it is possible to determine which emitted signal corresponds to the received signal, and, accordingly, using only a high-speed photodetector, simultaneously determine the distance to the object (from the delay time) and the angular position of the object (in the direction in which the signal was emitted, which was subsequently received).
Вариант осуществления изобретения An embodiment of the invention
Реализация заявляемого технического решения для описанного выше примера локализации объекта, находящегося на расстоянии -300 км, в области с поперечным размером I OOJ I OO метров может быть, например, следующей. Лазерный локатор на частоте 100 кГц генерирует последовательность из цугов парных («сдвоенных») коротких (~1 не) импульсов с изменяемым промежутком времени между ними, например: в первой паре второй импульс следует через 20 не после первого, во второй паре через 40 не, в сотом цуге импульсов промежуток между импульсами составит 2 мке и т.д.; после генерации 200 сдвоенных импульсов (промежуток времени между последними импульсами в паре составит 4 мке) описанная выше последовательность цугов повторяется. Здесь частота 100 кГц означает, что промежуток времени между первыми лазерными импульсами в последовательно генерируемых цугах составляет 10 мкс. Таким образом, по промежутку времени между импульсами в цуге (при достаточном разрешении системы регистрации) возможно определить «номер» и момент генерации именно этого цуга. Один и тот же промежуток времени между двумя импульсами в цуге повторяется через 2 мс (10 мкс х 200), что как раз соответствует максимальному расстоянию до объекта 300 км. То есть, при регистрации возвращаемого объектом сигнала возможно «перепутать» только расстояние L и L+300 (L — расстояние до объекта в километрах), что, очевидно, не произойдет при L<300 км, поскольку амплитуда принимаемого сигнала будет отличаться многократно. The implementation of the proposed technical solution for the above example of localization of an object located at a distance of -300 km in a region with a transverse dimension of I OOJ I OO meters can be, for example, the following. A laser locator at a frequency of 100 kHz generates a sequence of trains of paired (“double”) short (~ 1 non) pulses with a variable time interval between them, for example: in the first pair, the second pulse follows 20 not after the first, in the second pair after 40 not , in the hundredth train of pulses, the interval between pulses will be 2 μe, etc .; after generating 200 double pulses (the time interval between the last pulses in a pair will be 4 μs) described above, the train sequence is repeated. Here, a frequency of 100 kHz means that the time interval between the first laser pulses in sequentially generated trains is 10 μs. Thus, by the time interval between pulses in the train (with sufficient resolution of the registration system) it is possible to determine the "number" and the moment of generation of this particular train. The same time interval between two pulses in the train is repeated after 2 ms (10 μs x 200), which exactly corresponds to the maximum distance to the object of 300 km. That is, when registering the signal returned by the object, it is possible to “confuse” only the distance L and L + 300 (L is the distance to the object in kilometers), which, obviously, will not happen at L <300 km, since the amplitude of the received signal will differ many times.
При той же самой, как в прототипе, расходимости излучения 0,3 мрад (пространственном «разрешении» 100 метров) время просмотра области пространства 10x10 км с расстояния -300 км составит 0, 1 с и уменьшится в 200 раз по сравнению с прототипом. Заметим, что необходимая для работы на указанной частоте 100 кГц угловая скорость поворота луча -30 рад/с современными сканирующими устройствами обеспечивается с кратным запасом. Кроме того, при предварительной локализации объекта в области, например, 1 x1 км время фиксации объекта может бы ть дополнительно уменьшено в 10 раз (или улучшено пространственное разрешение).  With the same, as in the prototype, radiation divergence of 0.3 mrad (spatial "resolution" of 100 meters), the viewing time of a 10x10 km space region from a distance of -300 km will be 0.1 s and will decrease by 200 times compared with the prototype. It should be noted that the angular beam rotation speed of -30 rad / s required for operation at the indicated frequency of 100 kHz with modern scanning devices is provided with a multiple margin. In addition, upon preliminary localization of an object in an area, for example, 1 x1 km, the fixation time of an object could be further reduced by a factor of 10 (or spatial resolution improved).
Если объект предположительно находится на большем расстоянии или необходима более высокая частота сканирования (меньшее время просмотра пространства), то период генерируемой последовательности цугов может быть, например, утроен следующим образом: вначале генерируется описанная выше последовательность цугов с одинаковой амплитудой обоих импульсов в каждом цуге, затем генерируется последовательность из 200 цугов с аналогично изменяемым промежутком времени между импульсами в цуге, но с амплитудой первого импульса, например, втрое большей, чем амплитуда второго импульса, затем генерируется последовательность из 200 цугов с обратным соотношением между амплитудами генерируемых импульсов в цуге. При использовании для «маркировки» излучаемых лазерным локатором сигналов цугов, состоящих, например, из трех импульсов, генерируемая последовательность из неповторяемых цугов может быть еще значительно длиннее. If the object is supposedly located at a greater distance or a higher scanning frequency is required (shorter viewing time for the space), then the period of the generated train sequence can, for example, be tripled as follows: first, the sequence described above is generated trains with the same amplitude of both pulses in each train, then a sequence of 200 trains is generated with a similarly variable time interval between pulses in the train, but with the amplitude of the first pulse, for example, three times greater than the amplitude of the second pulse, then a sequence of 200 trains is generated with the opposite the ratio between the amplitudes of the generated pulses in the train. When used for “marking” train signals emitted by a laser locator, consisting, for example, of three pulses, the generated sequence of non-repeating trains can be even longer.
В заявляемом техническом решении существенно используется тот факт, что в каждом конкретном цуге промежуток времени между входящими в цуг импульсами мал и не превышает несколько микросекунд. Это означает, что при любой реальной скорости лоцируемого объекта, если на него попадает один импульс из цуга, то попадут и все остальные импульсы из этого цуга. Действительно, при максимальном промежутке времени между импульсами в одном цуге 4 мкс и поперечной скорости объекта 8 км/с (первая космическая скорость) перемещение объекта (и приемника сигнала) между импульсами составит всего ~3 см. Это также означает, что все импульсы из одного цуга распространяются фактически по одной и той же траектории и потери при прохождении светом этой траектории с хорошей точностью одинаковы для всех импульсов, составляющих отдельный цуг— следовательно, соотношение амплитуд принятых импульсов в цуге будет соответствовать соотношению амплитуд излученных импульсов в этом цуге.  In the claimed technical solution, the fact that the time interval between the pulses entering the train is small and does not exceed several microseconds is substantially used. This means that at any real speed of the located object, if one impulse from the train gets on it, then all other impulses from this train will fall. Indeed, with a maximum time interval between pulses in one train of 4 μs and a transverse velocity of the object of 8 km / s (first cosmic velocity), the movement of the object (and the signal receiver) between the pulses will be only ~ 3 cm. This also means that all pulses from one the trains propagate practically along the same trajectory, and the losses during the passage of light along this trajectory are identical with good accuracy for all pulses making up a separate train — therefore, the ratio of the amplitudes of the received pulses in the train will correspond tstvovat amplitude ratio of the emitted pulse train of this.
Аналогично возможно кратное увеличение производительности при лазерном зондировании Земли не только с «космических» расстояний (со спутников), но и при аэросъемке (с самолетов). Так, при высоте съемки (высоте полета самолета) 1 ,5 км частота следования зондирующих сигналов не превышает 100 кГц и может быть увеличена до 500-700 кГц (и выше) с использованием заявляемого способа. В этом случае взаимное перемещение объекта и приемника сигнала в рамках одного цуга импульсов не превысит -0,2 мм (максимальный промежуток времени между импульсами в одном цуге не больше 1 мкс, а относительная скорость объекта и приемника <200 м/с). Multiple increases in productivity are likewise possible. when laser sensing the Earth, not only from "cosmic" distances (from satellites), but also during aerial photography (from airplanes). So, at a shooting height (flight altitude) of 1.5 km, the probe signal repetition rate does not exceed 100 kHz and can be increased to 500-700 kHz (and higher) using the proposed method. In this case, the mutual movement of the object and the signal receiver within the same train of pulses will not exceed -0.2 mm (the maximum time interval between pulses in one train is not more than 1 μs, and the relative speed of the object and receiver is <200 m / s).
Промышленная применимость Industrial applicability
Генерирование лазерным локатором последовательности цугов импульсов согласно заявляемому техническому решению может быть реализовано различными средствами, например, системой генератор- усилитель, когда генератор излучает короткие импульсы на максимальной требуемой частоте (в приведенном выше примере на частоте 50 МГц, соответствующей временному интервалу 20 не), а система управления «вырезает» требуемые для усиления импульсы, или при использовании двух (или более) соответствующим образом синхронизованных лазеров. Аналогично, пространственное сканирование может быть реализовано различными методами, однако конкретная реализация заявляемого способа лазерной локации не является предметом настоящей заявки на патент.  According to the claimed technical solution, the generation of a train of pulse trains by a laser locator can be implemented by various means, for example, a generator-amplifier system, when the generator emits short pulses at the maximum required frequency (in the above example, at a frequency of 50 MHz, corresponding to a time interval of 20 ns), and the control system “cuts out” the pulses required for amplification, or when two (or more) appropriately synchronized lasers are used. Similarly, spatial scanning can be implemented by various methods, however, the specific implementation of the proposed laser location method is not the subject of this patent application.
Таким образом, применение заявляемого технического решения позволяет многократно увеличить производительность лазерной локации и определять не только расстояние до объекта, но и направление на него (то есть угловое положение объекта) с использованием высокочувствительных и быс тродействующих фотоприемников вообще без использования приемников излучения с пространственным разрешением типа ПЗС-матриц как правило, заметно менее чувствительных и с большим уровнем шумов, а также обладающих сравнительно низким быстродействием (Патент RU 2352959, МПК: G01 S 17/06, 20.04.2009). Заявляемый способ лазерной локации дает возможность использовать компактные маломощные лазерные локаторы, регистрировать сигнал на дневном фоне. Это позволяет сделать вывод о том, что заявляемое техническое решение удовлетворяет критериям «новизна» и «существенные отличия». Thus, the application of the proposed technical solution allows you to significantly increase the performance of the laser location and determine not only the distance to the object, but also the direction towards it (i.e. the angular position of the object) with the use of highly sensitive and high-speed photodetectors in general without the use of spatial-resolution CCD-type radiation detectors, as a rule, noticeably less sensitive and with a high noise level, and also having relatively low speed (Patent RU 2352959, IPC: G01 S 17/06, 20.04 .2009). The inventive method of laser location makes it possible to use compact low-power laser locators, register a signal on a daylight background. This allows us to conclude that the claimed technical solution meets the criteria of "novelty" and "significant differences".
Литература: Literature:
1. Смирнов В.А. «Введение в оптическую радиоэлектронику».  1. Smirnov V.A. "Introduction to optical radio electronics."
М.: Советское радио. 1973-189 с.  M .: Soviet radio. 1973-189 p.
2. Матвеев И.Н., Протопопов В. В. и др. «Лазерная локация».  2. Matveev I.N., Protopopov V.V. et al. “Laser location”.
М.: Машиностроение. 1984-272 с. (прототип).  M .: Engineering. 1984-272 p. (prototype).
3. Данилин И.М., Медведев Е.М., Мельников СР. «Лазерная локация Земли и леса»: Учебное пособие. Красноярск: Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН. 2005-182 с.  3. Danilin IM, Medvedev EM, Melnikov SR. "Laser location of the Earth and the forest": a Training manual. Krasnoyarsk: Forest Institute named after V.N. Sukachev SB RAS. 2005-182 p.
4. Патент RU 2352959, МПК: G01 S 17/06, 20.04.2009.  4. Patent RU 2352959, IPC: G01 S 17/06, 04/20/2009.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
Способ лазерной локации, включающий сканирование пространства последовательностью лазерных сигналов, генерируемых лазерным локатором, регистрацию рассеянных и/или отраженных объектом лазерных сигналов, определение расстояния до объекта по времени задержки между излученными и принятыми сигналами, а углового положения объекта - по направлению соответствующего излученного сигнала, отличающийся тем, что в качестве генерируемого лазерным локатором сигнала используют цуг из по меньшей мере двух импульсов с изменяемым промежутком времени между импульсами и/или соотношением амплитуд импульсов в каждом цуге.  A laser ranging method, including scanning a space with a sequence of laser signals generated by a laser locator, recording scattered and / or reflected laser signals from an object, determining the distance to the object from the delay time between the emitted and received signals, and the angular position of the object in the direction of the corresponding radiated signal, different in that a train of at least two pulses with a variable time interval is used as a signal generated by a laser locator and between pulses and / or the ratio of the amplitudes of the pulses in each train.
PCT/RU2011/000721 2010-10-26 2011-09-22 Laser location method WO2012057653A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010143468/28A RU2456637C1 (en) 2010-10-26 2010-10-26 Laser location method
RU2010143468 2010-10-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012057653A1 true WO2012057653A1 (en) 2012-05-03

Family

ID=45994152

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2011/000721 WO2012057653A1 (en) 2010-10-26 2011-09-22 Laser location method

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2456637C1 (en)
WO (1) WO2012057653A1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2587100C2 (en) * 2014-05-19 2016-06-10 Российская Федерация, в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Method of increasing information value and efficiency of laser radar
RU2609877C2 (en) * 2015-03-02 2017-02-06 Федеральное государственное казённое образовательное учреждение высшего профессионального образования "Калининградский пограничный институт Федеральной службы безопасности Российской Федерации" Radio-wave method for detection and identification of moving objects and device therefor
RU2729802C1 (en) * 2019-12-30 2020-08-13 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") High-speed objects detection method and device for its implementation

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3652161A (en) * 1967-12-01 1972-03-28 Siemens Ag Method and arrangement for measuring distances optically with high precision
US4818100A (en) * 1987-09-30 1989-04-04 Eaton Corporation Laser doppler and time of flight range measurement
RU2084925C1 (en) * 1995-04-14 1997-07-20 Юрий Васильевич Чжан Pulse laser ranging system
RU2354994C1 (en) * 2007-10-29 2009-05-10 Олег Фёдорович Меньших Method of processing information in coherent laser locator with photodetector array

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2304792C1 (en) * 2005-12-14 2007-08-20 Общество с ограниченной ответственностью научно-производственное предприятие "ТАЛОС" Optoelectronic location arrangement
RU2352958C1 (en) * 2007-09-04 2009-04-20 Олег Федорович Меньших Laser coherent locator

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3652161A (en) * 1967-12-01 1972-03-28 Siemens Ag Method and arrangement for measuring distances optically with high precision
US4818100A (en) * 1987-09-30 1989-04-04 Eaton Corporation Laser doppler and time of flight range measurement
RU2084925C1 (en) * 1995-04-14 1997-07-20 Юрий Васильевич Чжан Pulse laser ranging system
RU2354994C1 (en) * 2007-10-29 2009-05-10 Олег Фёдорович Меньших Method of processing information in coherent laser locator with photodetector array

Also Published As

Publication number Publication date
RU2456637C1 (en) 2012-07-20
RU2010143468A (en) 2012-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10698110B2 (en) Laser scanning apparatus and method
ES2540737T3 (en) Procedure for the detection of the flight path of projectiles
CN102692622B (en) Laser detection method based on dense pulses
CN104535992B (en) Satellite laser ranging system
US10261187B2 (en) Optical phasograms for LADAR vibrometry
RU2503969C1 (en) Triangulation-hyperbolic method to determine coordinates of radio air objects in space
RU2456637C1 (en) Laser location method
DE59803605D1 (en) Method for detecting a target using an HPRF radar system
RU90574U1 (en) ACTIVE HYDROLOCATOR
RU2524045C2 (en) Method for determination of geographic position of observed area of observation equipment being moved relative to spacecraft, system for its implementation and device for arranging emitters on observation equipment
RU2497062C2 (en) Combined optic-electronic instrument
RU2444756C1 (en) Detection and localisation method of air objects
Rieger et al. Resolving range ambiguities in high-repetition rate airborne lidar applications
RU2586077C1 (en) Method of determining range to pulse jammer (versions)
RU2539334C1 (en) System for electronic jamming of radio communication system
RU2479850C1 (en) Apparatus for processing radar signals
RU2390037C1 (en) Device for processing of radiolocating signals
RU2541886C2 (en) System for electronic jamming of radio communication system
RU2697509C2 (en) Method of detecting, measuring range and speed of low altitude low-speed target in pulse-doppler radar stations with high frequency of pulses repetition and inverted linear frequency modulation
RU2451302C1 (en) Simulator of glare re-reflections of laser light by sea surface
Krichel et al. Anti-aliasing techniques in photon-counting depth imaging using GHz clock rates
RU2447456C1 (en) Device to process radiolocating signals
Hiskett et al. Design considerations for high-altitude altimetry and lidar systems incorporating single-photon avalanche diode detectors
RU2254557C1 (en) High-informative identifying range finder
RU2697868C1 (en) Method of protecting laser ranging facilities from optical interference with fixed time delay

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11836704

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11836704

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1