Lidar tehnoloģija. Lāzera lokators. Iesim pazemē
Tiek izmantots optiskais sensors - lidars (lidars no Light Detection and Ranging, burtiski gaismas noteikšana un diapazona noteikšana). Sensors izmanto elektromagnētiskos viļņus infrasarkanajā diapazonā, ar kuru palīdzību tiek noteikts attālums līdz priekšā esošajam objektam (transportlīdzeklim), kā arī tā ātrums. Lidar var izmantot mitruma daļiņu noteikšanai atmosfērā un ceļa marķējumā.
Savu funkciju ziņā lidars darbojas kā alternatīva automobiļu radaram, tāpēc tam ir cits nosaukums lāzera radars. Lidara priekšrocības ir tā mazākais izmērs (var uzstādīt jebkur), augsta leņķiskā izšķirtspēja (apmēram 180°), ievērojams darbības rādiuss (līdz 250 m) un salīdzinoši zemās izmaksas. Ir pierādīts, ka infrasarkanie stari ir droši cilvēka acīm.
Tajā pašā laikā lāzera radars ir jutīgs pret ceļa topogrāfijas izmaiņām (starus var atstarot no ceļa virsmas un izkropļot informāciju). Lidara efektivitāte samazinās sliktos laika apstākļos (lietus, sniegs, migla), kā arī tad, kad sensors ir netīrs.
Vadošie lidaru ražotāji ir Denso, Continental, Siemens un Hella. Lāzera radars tiek izmantots Nissan un Toyota adaptīvajā kruīza kontroles sistēmā, Mercedes-Benz, Toyota aktīvās nakts redzamības sistēmā un Volvo automātiskajā avārijas bremzēšanas sistēmā (City Safety sistēma).
Lai palielinātu objektu noteikšanas efektivitāti, lidar var tikt izmantots kopā ar radaru vai automašīnas videokameru. Izstrādājamās automātiskās transportlīdzekļu vadības sistēmas arī nevar iztikt bez lidara.
Lidar ierīce
Automobiļu lidara dizains ietver šādus elementus: raidītāju, modulatoru, uztvērēju, optisko elementu, pastiprinātāju, analogo-digitālo pārveidotāju un mikroprocesoru.
Raidītāja lomu veic lāzera diode, kas kalpo infrasarkanā starojuma pārraidīšanai. Infrasarkanais starojums tiek modulēts modulatorā, kas vajadzības gadījumā maina tā intensitāti. Atkarībā no modulācijas veida izšķir nepārtrauktus un impulsa lidarus. Infrasarkanā starojuma impulsu modulācija ir progresīvāka. Lai palielinātu mērījumu efektivitāti, tiek izmantota vairāku impulsu tehnoloģija (pārraida vairākus impulsus vienlaicīgi).
Gaismas impulss un pēc tam tā atspīdumi iziet cauri optiskajam elementam. Atstaroto impulsu uztver fotodiode, kur to pārvērš elektriskā signālā. Pēc tam signālu pastiprina pastiprinātājs, pārveido par “digitālu”, izmantojot ADC (analog-digital converter), un pēc tam apstrādā ar mikroprocesoru.
Neskatoties uz dizaina atšķirībām, lidara darbības princips ir līdzīgs radaram. Lidars sūta infrasarkano gaismu uz mērķi. Gaisma ir daļēji atstarota no mērķa un daļēji izkliedēta. Atstarotais impulss atgriežas atpakaļ, kur to uztver fotodiode. Strāva pāri fotodiodei ir proporcionāla pakļautajai gaismai. Pamatojoties uz saņemto digitālo signālu, procesors nosaka attālumu līdz priekšā braucošajam transportlīdzeklim un tā ātrumu.
Augsta lidara horizontālā un vertikālā izšķirtspēja tiek panākta ar daudzstaru raidītāja konfigurāciju, kas tiek panākta vairākos veidos – izmantojot rotējošu spoguli, raidītāju kustinot.
Ja esat redzējuši autonomas automašīnas fotogrāfijās vai klātienē, būsiet pamanījuši, ka tiem jumta augšpusē ir piestiprinātas dīvainas lietas.
Dažreiz tas atgādina sirēnu, kā tas ir Google Waymo prototipu gadījumā, piešķirot tiem burvīgas policijas automašīnas izskatu.
Bet biežāk šī lieta atgādina griežamu skārda bundžu, kas uzstādīta uz starplikām.
Šī ierīce pašbraucošajās automašīnās ir lidars, aprīkojums, kas nodrošina automašīnai "redzību".
Vārds lidar (LIDAR) sastāv no četru angļu valodas vārdu sākuma burtiem - Light Identification Detection un Ranging, kas nozīmē "atklāšana, identifikācija un diapazona noteikšana, izmantojot gaismu".
Automobiļu lidars pašpiedziņas automašīnā ir visdārgākā lieta. Par 75 000 USD lidars maksā vairāk nekā daudzas automašīnas. Tikmēr šī ierīce ir tikai viena no daudzajām, kas jāaprīko ar bezpilota transportlīdzekļiem.
Tomēr šī situācija šogad var mainīties, pateicoties tā saukto cietvielu lidaru parādīšanās, kas ir augstas izšķirtspējas un maksā tikai dažus simtus dolāru. Patiesībā vārds ciets nav ļoti pareizs. Jaunās paaudzes lidari atšķiras no iepriekšējiem ar savu nekustīgumu (statiskumu).
Bet viņu izgudrojums nopietni tuvina bezpilota transportlīdzekļu masveida parādīšanās brīdi uz ceļiem. Tāpēc ir vērts saprast, kas ir automobiļu lidars un jo īpaši statiskais (cietvielu) lidars.
Vārds “lidar” atspoguļo tā darbības būtību - tas ir radars, kas darbojas uz gaismas viļņiem. Atceroties skolas fiziku, mēs zinām, ka, izstarot radioviļņus, radars nosaka attālumu līdz objektam, pamatojoties uz laiku, kas nepieciešams, lai radio vilnis atstarojas no objekta.
Lidars darbojas līdzīgi, taču izmanto īsus gaismas impulsus ar lielu momentānu jaudu, nevis radio viļņus. Lai iegūtu precīzāku informāciju, lidari izmanto infrasarkano un gandrīz ultravioleto starojumu.
Bet bezpilota transportlīdzeklim ir nepieciešami dati par desmitiem objektu ap to. Tāpēc tas griežas ap savu asi, izstarojot daudzus gaismas uzplaiksnījumus, un tādējādi no “punktu mākoņa” veido apkārtējās vides trīsdimensiju 360 grādu attēlu. Un viņš to var darīt jebkurā vidē, laika apstākļos un neatkarīgi no diennakts laika.
Šis Radiohead mūzikas video parāda, kā šie “punktiņi” veido attēlu.
Lai pašbraucošās automašīnas varētu pārvietoties kosmosā bez cilvēka iejaukšanās, tām ir nepieciešamas kameru, radaru un lidaru kombinācijas. Un lidars veic kritisku funkciju - tas sniedz automašīnai priekšstatu ne tikai par savu lokalizāciju, bet arī par apkārtējo objektu atrašanās vietu.
GPS šajā gadījumā nav piemērots - tas nosaka atrašanās vietu, veidojot apli ar diametru aptuveni 5 m, un lidars to dara ar 10 cm precizitāti.
Autonomijas līmenis ir starptautisks kritērijs, kas pieņemts, lai izskaidrotu, cik lielā mērā konkrēts transportlīdzeklis ir neatkarīgs.
Ir 6 autonomijas līmeņi
Un lidars ir nepieciešams autonomijas līmenim 4 un augstāk.
Kas ir statiskais automobiļu lidars
Mūsdienās lielākā daļa lidaru ir dārgas mobilās ierīces.
Protams, tāpat kā visas tehnoloģijas, arī lidari laika gaitā ir kļuvuši lētāki un mazāki. Bet līdz šim tie maksā no 8000 USD līdz 80 000 USD un ātri sabojājas.
Bet statiskie lidari ir cita lieta. Izgatavoti galvenokārt no silīcija, tiem nav kustīgu detaļu un tiek izmantots mainīga viļņa garuma lāzers. Šāda ierīce ir viegla, maza, patērē maz enerģijas (darbojas ar AA akumulatoru), ir ātra un precīza, darbojas jebkuros laika apstākļos un maksā simtiem dolāru, nevis tūkstošus.
Statiskā silīcija lidaru tehnoloģiju izgudroja amerikāņu kompānija Quanergy. Pilns viņu lāzera skenera komplekts tagad maksā 900 USD, taču izstrādātājs sola pastāvīgi samazināt cenas, palielinot tās līdz 100 USD.
Cietvielu lidars ir ne tikai lētāks, bet arī ļoti ātrs, ļoti precīzs un kalpo ilgāk. Elektromehāniskais lidars var izturēt maksimāli 2000 stundu, kas ir mazāk nekā nepieciešams auto ekspluatācijas gadam, bet cietvielu lidars var izturēt līdz 100 000 stundām.
Kad pašbraucošās automašīnas kļūs par masu produktu?
Pirmais lidars tika uzstādīts uz Jaguar 1999. gadā, maksājot aptuveni 100 000 USD. Tolaik lidari ar sensoriem bija tik dārgi, ka cilvēki jokoja: “Jūs pērkat lidaru un saņemat bezmaksas Jaguāru savā kravā”.
Šodien šī funkcija automašīnās jau maksā 18 000 USD, un, izmantojot cietvielu sensorus, “lāzera redzes” cena samazināsies līdz 1000 USD.
Paredzams, ka pirmos Quanergy cietvielu lidarus sāks uzstādīt sērijveida Fisker EMotion elektriskajam transportlīdzeklim, kura darbības rādiuss ir līdz 640 km ar vienu uzlādi.
Šīs automašīnas izlaišana joprojām ir ļoti dārga - 130 000 USD, un tā ir plānota 2019. gadā.
Bet masveida bezpilota transportlīdzekļu parādīšanās, izmantojot cietvielu lidar tehnoloģiju, ir gaidāma 2020.–2023. Tiek uzskatīts, ka līdz šim laikam gandrīz katram lielākajam autoražotājam būs vismaz viens autonomā transportlīdzekļa modelis. Un, lai gan sākotnēji, visticamāk, dārgie un luksusa modeļi tiks apveltīti ar autonomiju, pavisam drīz ar to tiks aprīkoti arī budžeta automobiļi.
Ja atrodat kļūdu, lūdzu, iezīmējiet teksta daļu un noklikšķiniet Ctrl+Enter.
Patenta RU 2575766 īpašnieki:
Izgudrojums attiecas uz lāzera attāluma noteikšanas un kvantu elektronikas jomu un ir paredzēts izmantošanai lāzera attāluma noteikšanas sistēmās un kompleksos, lai noteiktu kustīgus objektus un noteiktu to kustības parametrus, ieskaitot telpiskās koordinātas un kustības ātrumu. Piedāvāto ierīci var izmantot arī lāzera kosmosa sakaru sistēmās, lai sazinātos ar kosmosa kuģi tuvajā vai dziļajā kosmosā, kā arī sazinātos ar kosmosa kuģi, nolaižoties uz Zemes caur plazmas slāni, kas ieskauj kosmosa kuģi. Piedāvātā ierīce pieder pie lāzersistēmu klases, kas izmanto lāzera heterodinēšanas metodi, saņemot un apstrādājot lāzera attāluma signālus. Šī lāzera signālu uztveršanas metode ir zināma un pētīta zinātniskajā literatūrā, kur ir atzīmētas dažas šīs metodes priekšrocības salīdzinājumā ar lāzera signālu tiešās fotodetekcijas metodi. Tomēr vairāki trūkumi lāzera heterodinēšanas praktiskajā ieviešanā neļāva pilnībā izmantot šīs metodes potenciālās iespējas, lai izveidotu efektīvas lāzera diapazona noteikšanas sistēmas plašam pielietojumam. Šīs lāzera heterodīna metodes galvenais tehniskais trūkums ir nepieciešamība pēc augstas precizitātes uztvertā lāzera starojuma (LR) un lāzera heterodīna starojuma viļņu frontu saskaņošanas uztverošā fotodetektora gaismjutīgajā vietā. Monogrāfija 156. lpp. parāda, ka aptuveni 12 loka minūšu leņķiskās nesakritības klātbūtnē uztvertajam un heterodīna lāzera starojumam, signāls fotodetektora - fotomiksera izejā pie starpfrekvences samazinās piecas reizes, salīdzinot ar signāla līmeni plkst. nulles leņķa neatbilstība. Šī izejas signāla līmeņa atkarība izraisa spēcīgas svārstības un periodisku pilnīgu izejas signāla zudumu, novēroto objektu noteikšanas varbūtības samazināšanos un lāzera uztveršanas sistēmas efektivitātes samazināšanos reālos ātri kustīgu objektu izsekošanas apstākļos.
Lāzera tālmērs ar heterodīna apstrādes ķēdi ir zināms pēc Vācijas patenta (Z. Nr. 2819320), kas satur lāzeru, pulksteņa impulsu ģeneratoru, raiduztvērēja optisko sistēmu, lāzera lokālo oscilatoru, uztvertā lāzera starojuma optisko mikseri ar lokālais oscilatora starojums, fotodetektors, pastiprināšanas un apstrādes bloks starpsignāliem.frekvences no fotodetektora izejas, atmiņas un informācijas apstrādes bloks. Šīs ierīces trūkumi ietver ierīces zemo efektivitāti un zemo noteikšanas spēju, darbojoties reālos kustīgu objektu novērošanas apstākļos dažādu fona trokšņu klātbūtnē uztverošās optiskās sistēmas ieejā. Šie trūkumi ir saistīti ar ievērojamo starpfrekvences signāla (fotomiksēšanas signāla) līmeņa atkarību no lokālā oscilatora starojuma un uztvertā lāzera starojuma fotodetektora vietas krišanas leņķu sakritības. Sekojot ātri kustīgam objektam, saņemtā lāzera starojuma krišanas leņķis tiek pakļauts nepārtrauktām izmaiņām, kas izraisa ievērojamas starpfrekvences signāla līmeņa svārstības fotodetektora izejā un šī līmeņa pazemināšanos, kā kā rezultātā samazinās objekta pareizas noteikšanas iespējamība, samazinās objekta kustības parametru noteikšanas precizitāte un efektivitāte.visas ierīces darbība kopumā.
Zināms ASV izstrādātais lāzerlokators ar heterodīna metodi lāzera signālu uztveršanai ir dots grāmatā Laser Ranging 230. lpp., kas satur raiduztvērēja teleskopu, lāzera raidītāju ar lāzera pastiprināšanas pakāpēm, lāzera lokālo oscilatoru, fotouztvērēju bloku ar pastiprināšanas bloks, galvenais lāzera oscilators, otrs fotodetektors, frekvences mērīšanas un vadības bloks, informācijas apstrādes un vadības bloks. Šī kompleksa trūkumi ietver zemu darbības efektivitāti ar ievērojamu kompleksa sarežģītību. Kompleksam trūkst līdzekļu, lai nodrošinātu lokālā oscilatora lāzera starojuma krišanas leņķu nepārtrauktu saskaņošanu uz fotouztvērēja bloku un saņemtā lāzera starojuma atstarošanos no pavadošā ātri kustīgā objekta. Iespējamo uztvertā lāzera starojuma krišanas leņķa izmaiņu rezultātā fotodetektora vietā objekta noteikšanas un izsekošanas darbības režīmā rodas norādīto krišanas leņķu dinamiska neatbilstība, kas izraisa spēcīgas papildu svārstības starpfrekvences signāla līmeni un pilnīgu signāla zudumu un objekta noteikšanas un izsekošanas kļūmi. Šajā kompleksā tiek izmantota galvenā lāzera oscilatora (lāzera raidītāja) starojuma ģenerēšanas frekvences (viļņa garuma) regulēšanas sistēma. Taču izmantotajai lāzera ģenerācijas viļņa garuma regulēšanas metodei, izmantojot intracavity pjezokorektoru, nav vajadzīgās precizitātes, kas vēl vairāk samazina lāzerlokatora precizitāti un efektivitāti.
Kā prototips tika izvēlēts lāzerlokators ar impulsa starojuma režīmu, kura diagramma ir dota grāmatā Lāzera diapazons 245. lpp.. Šajā lāzerlokatorā ir uztveršanas un raidīšanas teleskops ar vadības (skenēšanas) bloku, lēcu, fotouztvērējs, signālu apstrādes un vadības bloks, lāzera raidītājs, lāzera lokālais oscilators, frekvences mērīšanas bloks, fiksētie vājinātāji - starojuma absorbētāji, staru sadalītāji. Šīs ierīces trūkumi ietver zemu darba efektivitāti ar reāliem kustīgiem objektiem, kā arī zemu iespējamību pareizi noteikt kustīgu objektu, jo saņemtā lāzera starojuma un lokālā oscilatora krišanas leņķos ir neatbilstība. starojums fotodetektora bloka vietā kustīgu objektu noteikšanas un dinamiskas izsekošanas režīmā.
Sasniegtais tehniskais rezultāts ir sekojošs: izejas signāla līmeņa atkarības samazināšana no uztvertā lāzera starojuma (LR) pienākšanas leņķa izmaiņām, lāzera attāluma noteikšanas sistēmas efektivitātes paaugstināšana kustīgu objektu noteikšanas un izsekošanas apstākļos un spēcīga fona uzliesmojuma klātbūtne, palielinot novēroto objektu pareizas noteikšanas iespējamību, stabilas lāzera komunikācijas īstenošana ar kosmosa kuģi caur apkārtējās plazmas slāni, ieejot blīvajos atmosfēras slāņos kosmosa kuģa nosēšanās laikā uz Zemes.
Jaunais tehniskais rezultāts tiek sasniegts šādi.
1. Lāzerlokatorā, kas satur teleskopu ar vadības bloku, kas secīgi uzstādīts uz pirmās optiskās ass, pirmais objektīvs, pirmais fotouztvērēja bloks, kura izeja ir savienota ar spektrālo filtru bloku, izejas ir savienotas ar vadības ierīci. iekārta, lāzera raidītājs, lāzera lokālais oscilators un frekvences mērīšanas bloks, izejas lāzera raidītājs ir optiski savienots ar teleskopu un caur caurspīdīgiem un atstarojošiem spoguļiem ar frekvences mērīšanas ierīces pirmo optisko ieeju, kuras otrā optiskā ieeja ir optiski savienots caur caurspīdīgu spoguli ar lāzera lokālā oscilatora optisko izeju, lāzera raidītāja, lāzera lokālā oscilatora vadības ieejas un frekvences mērīšanas ierīces izeja ir savienota ar vadības bloku, pirmais vadāmais vājinātājs, pirmais lāzera starojuma frekvences pārslēgšanas bloks, pirmais lāzera starojuma skenēšanas bloks, kura optiskā izeja caur atstarojošu un diviem caurspīdīgiem spoguļiem ir optiski savienota ar pirmās fotodetektora bloka, otrā kontrolētā vājinātāja, optisko ieeju. otrais bloks lāzera starojuma frekvences pārslēgšanai, otrs bloks lāzera starojuma skenēšanai, kura optiskā izeja caur diviem caurspīdīgiem spoguļiem ir optiski savienota ar pirmās fotouztvērēja vienības optisko ieeju, pirmā un otrā kontrolētā vājinātāja optiskajām ieejām. ir optiski savienoti caur caurspīdīgiem spoguļiem ar lāzera lokālā oscilatora optisko izeju, optiski savienoti virknē trešo vadāmo vājinātāju, trešo lāzera frekvences pārslēgšanas bloku un trešo lāzera starojuma skenēšanas bloku, kas secīgi uzstādīti uz otrās optiskās ass, optiski savienoti ar akustiski-optiskais modulators ar vadības bloku, otru objektīvu, pirmo caurspīdīgo spoguli, vadāmu telpisko filtru, trešo lēcu, otru caurspīdīgo spoguli, otro fotouztvērēja bloku, kura izeja ir savienota ar ierīces ieeju. otrais spektrālo filtru bloks, kas savienots ar vadības bloku, akustiski-optiskā modulatora optiskā ieeja ir optiski savienota caur atstarojošu spoguli un caurspīdīgu spoguli ar lāzera heterodīna optisko izeju, trešā lāzera starojuma skenēšanas bloka optisko izeju. ir optiski savienots ar atstarojošu spoguli un otru caurspīdīgu spoguli ar otrās fotodetektora vienības optisko ieeju, trešā kontrolētā vājinātāja optiskā ieeja ir optiski savienota ar lāzera lokālā oscilatora optisko izeju, trešā fotodetektora bloka, kura optiskā ieeja caur pirmo caurspīdīgo spoguli ir savienota ar otrā objektīva optisko izeju, un izeja ir savienota ar fotodetektora bloka vadības bloku, kas savienots ar vadības bloku, pirmo un otro tālvadības spoguļu, kas mehāniski savienots ar kustības bloks, kura vadības ieeja ir savienota ar vadības bloku, dinamiskais spektrālais filtrs, kura optiskā ieeja caur pirmo skenēšanas spoguli un pirmo tālvadības spoguli ir optiski savienota ar teleskopa optisko izeju, un dinamiskā spektrālā filtra optiskā izeja caur otro skenēšanas spoguli un otro attālo spoguli ir optiski savienota ar pirmā objektīva optisko ieeju, pirmā un otrā skenēšanas spoguļa vadības elektrodi ir savienoti ar skenēšanas spoguļa vadības bloku, ieeja no kuriem ir savienots ar vadības bloku, dinamiskā spektrālā filtra vadības ieeja ir savienota ar vadības bloku, ārējais stūra reflektors ir optiski savienots ar teleskopa optisko ieeju un mehāniski savienots ar stūra reflektora kustīgo bloku, kas savienots ar vadības bloks, ceturtais vadāmais vājinātājs, kas optiski savieno lāzera raidītāja optisko izvadi ar teleskopu, vadības blokam pievienotās vadāmo vājinātāju vadības ieejas, frekvences maiņas bloku vadības ieejas lāzera starojums un lāzera starojuma skenēšanas bloki. vienība.
2. Lāzera starojuma frekvences maiņas bloks satur optiski savienotu ievades diafragmu, akustiski optisko šūnu ar vadības bloku, pirmo lēcu, punktveida diafragmu, otro lēcu un izejas diafragmu, kas virknē uzstādīta uz optiskās ass, savukārt akustiski-optiskās šūnas vadības elektrods ir savienots ar akustiski-optiskās šūnas vadības bloku.
3. Lāzera starojuma skenēšanas bloks ir izgatavots uz akustiski-optiskas šūnas bāzes, kurā tiek ierosināti ultraskaņas viļņi, nodrošinot lāzera starojuma izplatīšanās virziena maiņu.
4. Dinamiskais spektrālais filtrs ir izgatavots uz akustiski-optiskas šūnas bāzes, kurā ultraskaņas viļņi tiek ierosināti un mijiedarbojas ar uztverto lāzera starojumu, kas iet caur šūnu.
5. Lāzera raidītājs un lāzera lokālais oscilators ir izgatavoti uz lāzera ģeneratoru bāzes ar iespēju regulēt radītā lāzera starojuma viļņa garumu.
attēlā. 1. attēlā parādīta lāzerlokatora blokshēma. attēlā. 2. attēlā parādīta lāzera frekvences pārslēgšanas bloka blokshēma. attēlā. 3. un 4. attēlā parādīti eksperimentāli iegūtie uztverto informācijas signālu spektri, kas ģenerēti lāzerlokatoru sistēmā, un Fig. 5. attēlā parādīts fona traucējumu starojuma spektrs.
attēlā. 1 cipari norāda šādus lāzerlokatora elementus.
1. Teleskops.
2. Vadības bloks.
3. Pirmā lēca.
4. Pirmā fotodetektora vienība.
5. Spektrālo filtru bloks.
6. Vadības bloks.
7. Lāzera raidītājs.
8. Lāzera lokālais oscilators.
10. Pirmais lāzera starojuma frekvences maiņas bloks.
11. Pirmā lāzera starojuma skenēšanas iekārta.
12. Lāzera starojuma frekvences nobīdes otrais bloks.
13. Otrā lāzera starojuma skenēšanas iekārta.
14. Pirmais vadāmais vājinātājs.
15. Otrais vadāmais vājinātājs.
16. Trešais vadāmais vājinātājs.
17. Lāzera starojuma frekvences nobīdes trešais bloks.
18. Trešais lāzera starojuma skenēšanas bloks.
19. Akustiski optiskais modulators.
29. Akustiski-optiskā modulatora vadības bloks.
20.Otrā lēca.
21. Pirmais caurspīdīgais spogulis.
22. Kontrolējams telpiskais filtrs.
23.Trešā lēca.
24.Otrs caurspīdīgs spogulis.
25.Otrā fotodetektora vienība.
26.Otrais spektrālo filtru bloks.
27.Trešā fotodetektora vienība.
28. Vadības bloks trešajam fotodetektora blokam.
29. Akustiski-optiskā modulatora vadības bloks, poz. 19 (norādīts iepriekš).
30. Dinamiskais spektrālais filtrs.
31. Skenēšanas spoguļa vadības bloks, poz. 35 un 36.
32, 33. Pirmais un otrais tālvadības spoguļi.
34.Kustīgais bloks.
35.Pirmais skenēšanas spogulis.
36.Otrais skenēšanas spogulis.
37.Tālvadības stūra atstarotājs.
38.Bloķis stūra atstarotāja pārvietošanai.
39. Caurspīdīgs spogulis.
40.Atstarojošs spogulis.
41, 42, 43, 44. Caurspīdīgi spoguļi.
59.Atstarojošs spogulis.
45, 46. Atstarojošie spoguļi.
47, 48. Caurspīdīgi spoguļi.
49. Atstarojošs spogulis, kas atrodas pretatstarotāja optiskajā ēnā
50 teleskops poz. 1.
58. Ceturtais vadāmais vājinātājs.
59.Atstarojošs spogulis.
attēlā. 2 ir norādīti šādi elementi.
51. Ievades diafragma.
52.Akustiski optiskā šūna.
53. Akustiski optiskā šūnu vadības bloks.
54.Pirmais objektīvs.
55.Punkta diafragma.
56.Otrā lēca.
57.Izvades diafragma.
60.Pjezo elements.
Lāzerlokatora darbības princips ir šāds.
Lāzera raidītājs 7 ģenerē lāzera starojuma impulsus, kas apgaismo novēroto objektu. Teleskops 1, izmantojot vadības bloku 2, tiek novirzīts uz noteiktu noteiktu novērojamās telpas zonu, kurā ir iespējama atklātā un novērojamā objekta atrašanās vieta un kustība. Lāzera starojums, kas atstarots no objekta, tiek uztverts ar teleskopu 1 un no teleskopa izejas, izmantojot pirmo objektīvu 3, tiek fokusēts uz pirmās fotouztvērēja bloka 4 gaismjutīgo zonu (optisko ieeju). Šajā gadījumā stūra reflektors 37 režīmā izmantotais tiek noņemts no teleskopa 1 optiskā ceļa, izmantojot kustīgo bloku 38, pārbaudot un uzstādot lāzerlokatoru. Tajā pašā laikā attālinātie spoguļi 32 un 33 tiek noņemti no lāzera lokatora uztveršanas kanāla optiskā ceļa, izmantojot kustīgo bloku 34. Šajā gadījumā tiek izmantots dinamiskais spektrālais filtrs 30, ko izmanto spēcīga ārējā fona trokšņa gadījumā. izslēgts no optiskā ceļa. Vadāmais vājinātājs 58 tiek pārslēgts uz lāzera raidītāja 7 starojuma standarta pilnas pārraides režīmu (nulles vājinājuma režīms). Lāzera starojums no teleskopa 1 izejas nonāk tieši uz pirmās lēcas 3 optisko ieeju, kas pēc tam fokusē saņemto lāzera starojumu, kas atstarots no objekta uz pirmās fotouztvērēja bloka 4 gaismjutīgo paliktni. Tajā pašā laikā lāzera starojums ģenerētais lāzera lokālais oscilators 8 iekļūst gaismjutīgajā spilventiņā caur caurspīdīgiem spoguļiem 42, 43 un diviem lāzera heterodīna starojuma parametru maiņas zariem, poz. 14, 10, 11 - pirmā filiāle un poz. 15, 12, 13 - otrā filiāle. Šie divi zari veido divus heterodīna lāzera starojumus, ar kuru palīdzību pirmais fotouztvērējs 4 realizē saņemtā lāzera starojuma heterodīna lāzera uztveršanas (fotomiksēšanas) režīmu divās dažādās heterodīna lāzera starojuma frekvencēs. Attiecīgi fotodetektora bloka 4 izejā tiek ģenerēti divi elektriskie signāli divās dažādās starpfrekvencēs f 1 un f 2, kas pēc tam tiek piegādāti uz pirmā spektrālo filtru bloka 5 ieejām, kurās tiek veikta atsevišķa filtrēšana un pastiprināšana. tiek veikts katrs no ģenerētajiem starpfrekvences signāliem. Radītais lāzera heterodīna starojums caur atstarojošo spoguli 46 un daļēji caurspīdīgiem spoguļiem 47, 48 no izejām 11 un 13 nonāk pirmās fotouztvērēja bloka 4 ieejā. Šajā gadījumā pirmais lāzera heterodīna starojums, ko rada elementi poz. 14, 10, 11 ir galvenais un otrais lāzera heterodīna starojums, ko veido elementi poz. 15, 12, 13 ir papildu un kalpo lāzerlokatora darbības pārbaudei un funkcionālai kontrolei, kā arī lāzerlokatora darbības parametru iestatīšanai un regulēšanai tieši kustīga objekta noteikšanas un izsekošanas darbības režīmā. Pirmie 10 un otrie 12 lāzera starojuma (LI) frekvences nobīdes bloki kalpo, lai kompensētu no novērotā kustīgā objekta atstarotā uztvertā lāzera starojuma Doplera frekvences nobīdi. Pirmās 11 un otrās 13 LR skenēšanas vienības nodrošina kompensāciju par nesakritību starp uztvertā un heterodīna lāzera starojuma viļņu frontēm pirmās fotodetektora vienības 4 optiskajā ieejā. Jāņem vērā, ka divu heterodīna starojuma klātbūtne pie ieejas pirmais fotodetektora bloks 4 neizraisa no novērotā objekta atstarotā lāzera uztveršanas starojuma potenciāla (jutības) samazināšanos, jo atbilstošās starpfrekvences (sitienu) signāla amplitūda fotouztvērēja bloka 4 izejā ir proporcionāli noteiktā saņemtā lāzera starojuma lielumam un lāzera heterodīna 8 noteiktā lāzera heterodīna starojuma intensitātei. Fotouztvērēja bloka 4 vienlaicīgas no teleskopa 1 nākošā lāzera starojuma un lāzera starojuma reģistrēšanas rezultātā. no lāzera lokālā oscilatora 8, kas nāk caur galvenās filiāles elementiem poz. 14, 10, 11, fotodetektora bloka 4 izejā tiek ģenerēts starpfrekvences f 1 signāls, kas nonāk spektrālā filtra blokā 5, kur signāls tiek filtrēts un pastiprināts attiecīgajā filtra šūnā, noregulēts uz atbilstošo. elektriskā signāla starpfrekvences vērtība. Pēc tam pastiprinātais un digitalizētais signāls no 5. bloka izejas nonāk 6. blokā, lai galīgi apstrādātu un reģistrētu atstarotā lāzera starojuma noteikšanas rezultātu ar 3. fotodetektora bloku un starpfrekvences vērtību f 1 fiksējot ar filtrēšanas numuru. starpfrekvences signāla šūna spektrālā filtra blokā 5. Šajā gadījumā ierakstītā vērtība ir f 1 no starpfrekvences nosaka novērojamā objekta radiālā ātruma vērtību (gar redzes līniju), jo tā ir vienāda uz uztvertā lāzera starojuma, kas atstarots no objekta, un heterodīna lāzera starojuma, kas pienāk fotouztvērēja bloka 4 ieejā no bloka izejas poz. 11 caur spoguļiem 46, 47, 48. Šim (galvenajam) heterodīna starojumam ir frekvence, kas vienāda ar lāzera heterodīna 8 starojuma frekvences un lāzera starojuma papildu frekvences nobīdes summu, ko veic lāzera pirmais frekvences pārveidotājs. starojums 10, kas darbojas ar vadības signāliem no vadības bloka 6 izejas. Lāzera raidītāja 7 un lāzera lokālā oscilatora 8 lāzera starojuma frekvenču starpības lielumu nepārtraukti mēra frekvences mērīšanas bloks 9 un no tā izejas nonāk vadības blokā 6, kurā tiek ģenerēta visa informācija par lāzera raidītāja 7, lāzera lokālā oscilatora 8 radītā lāzera starojuma frekvences vērtības, kas apgaismo objektu, kā arī informācija par lāzera frekvences nobīdes signāla lielumu, izmantojot bloku 10, un starpfrekvences lielumu f 1 no signāla pirmā fotodetektora bloka 4 izejā (pēc filtra numura spektrālā filtra blokā 6, kas filtrēja izejas signālu no 4. fotodetektora bloka). Pamatojoties uz saņemto informāciju, 6. bloks nepārtraukti aprēķina no novērotā objekta atstarotā lāzera starojuma frekvences nobīdi salīdzinājumā ar apgaismojošā lāzera starojuma frekvenci un aprēķina objekta pašreizējo radiālo ātrumu, izmantojot labi zināmo Doplera formulu. Tādējādi lāzera starojuma frekvences pārveidotājs 10 veic noteiktu lāzera lokālā oscilatora 8 radītā lāzera starojuma fiksēto frekvences nobīdi. Šo frekvences nobīdes vērtību iestata vadības bloks 6 un izvēlas tā, lai starpfrekvence signāls f 1 pie pirmās fotouztvērēja bloka 4 izejas iekrīt filtrēšanas bloka 5 režģa fiksētajās frekvencēs. Pie ļoti liela novērojamā objekta kustības ātruma, piemēram, izsekojot kosmosa objektus, notiek fotouztvērēja frekvences nobīde. lāzera starojums ir izvēlēts diezgan liels (vairāku gigahercu lielums), kas nodrošina efektīvu ātri kustīgu objektu izsekošanu. Lāzera starojuma skenēšanas bloks 11 nodrošina optimāla lāzera heterodīna starojuma staru kūļa krišanas leņķa noteikšanu pirmās fotodetektora vienības 4 gaismjutīgajā zonā. Skenēšanas bloks 11, kā arī līdzīgi bloki poz. 13 un 18 ir izgatavoti uz akustiski-optisko ātrgaitas skeneru bāzes un nodrošina precīzu divu koordinātu lāzera heterodīna starojuma izplatīšanās virziena maiņu skenēšanas vienību izejā neatkarīgi divās plaknēs, kas ir perpendikulāras viena otrai, katra no kas arī ir perpendikulāra pirmās fotouztvērēja bloka 4 gaismjutīgās zonas plaknei. Turklāt var atzīmēt, ka skenēšanas bloki 11 un 13 maina heterodīna lāzera starojuma izplatīšanās virzienu, kas krīt uz gaismas jutīgo zonu. fotouztvērēja bloks 4 attiecībā pret pirmo optisko asi, kas ir perpendikulāra fotouztvērēja bloka 4 gaismjutīgās zonas plaknei. Parastais standarta lāzera heterodīna starojuma izplatīšanās virziens skenēšanas bloka 11 izejā un attiecīgi fotouztvērēja bloka 4 ieejā ir paralēls un sakrīt ar pirmo optisko asi, kurā heterodīna lāzera starojums no izejas skenēšanas bloks 11 normāli (perpendikulāri) nokrīt uz fotouztvērēja bloka 4 gaismjutīgo paliktni pēc atstarošanas no caurspīdīgā spoguļa 48. Šajā brīdī skenēšanas blokā 11 tiek fiksēti vadības parametri, nodrošinot noteikto normālo heterodīna sastopamību. lāzera starojums uz fotouztvērēja bloka 4. gaismjutīgā paliktņa. Tajā pašā laikā frekvences maiņas blokā 10 tiek fiksēti vadības parametri no vadības bloka 6, nodrošinot noteiktu signāla starpfrekvences iestatīto vērtību pirmā fotouztvērēja bloka 4 izeja, kas nonāk pie spektrālā filtra bloka 5 ieejas. Tas nodrošina lāzerlokatora standarta darbības režīmu, kas balstīts uz heterodīna metodi, uztverot no novērojamā objekta atstarotā lāzera starojumu. Tajā pašā laikā otrā heterodīna starojuma veidošanās otrā filiāle, kas satur elementus, poz. 15, 12 un 13 ģenerē otru heterodīna lāzera starojuma signālu, kas arī balstās uz lāzera starojumu, ko ģenerē lāzera lokālais oscilators 8 un tiek piegādāts šo elementu ieejai no lāzera lokālā oscilatora 8 izejas caur daļēji caurspīdīgu spoguli 43. Lāzera starojuma 12 frekvences nobīdes bloks nodrošina tādu nobīdes vērtību, pie kuras signāla starpfrekvences vērtība fotodetektora bloka 4 izejā ir vienāda ar noteiktu vērtību f 2 un būtiski atšķiras no pirmās starpfrekvences f. 1, kas ļauj tos atsevišķi filtrēt filtru blokā 6 un pēc tam atsevišķu apstrādi vadības blokā 6. Spektrālā filtra bloks 5 nodrošina elektrisko filtru komplektu, lai nodrošinātu starpfrekvences signālu filtrēšanu un sekojošu pastiprināšanu noteiktā spektra diapazonā. otrās starpfrekvences apgabals f 2. Šie spektrālie elektriskie filtri ir paredzēti saņemtā lāzera starojuma un otrā heterodīna lāzera starojuma noteikto sitienu signālu uztveršanai un apstrādei (fotomiksēšana), ko rada elementu otrā atzara poz. 15, 12 un 13 un no 13. bloka izejas caur caurspīdīgiem spoguļiem 47 un 48 iekļūstot pirmās fotouztvērēja bloka 4 gaismjutīgajā platformā. No novērojamā objekta atstarotā lāzera starojuma uztveršanas brīdī, izmantojot otro lāzera starojuma skenēšanas bloku 13. saskaņā ar vadības bloka 6 komandām tiek veikta periodiska noteiktā otrā heterodīna lāzera starojuma izplatīšanās virziena maiņa attiecībā pret pirmās optiskās ass virzienu, tas ir, attiecībā pret normālu pret gaismas jutīgās zonas plakni. fotouztvērēja bloks 4. Otrā heterodīna lāzera starojuma izplatīšanās virziens tiek mainīts, izmantojot divu koordinātu skeneri 13 divos perpendikulāros virzienos attiecībā pret normālu pret fotouztvērēja bloka 4. gaismas jutīgās zonas plakni. Rezultātā periodiski mainās nesakritības leņķis starp saņemtā lāzera starojuma un otrā heterodīna starojuma izplatīšanās virzienu (vektoru) rodas, tiem nokrītot uz fotouztvērēja bloka 4. gaismjutīgo paliktni. Rezultātā veidojas otrs signāls ar starpfrekvenci f 2 fotouztvērēja bloka 4 izejā, kuras amplitūda atspoguļo nepārtrauktas izmaiņas nesakritības leņķī starp uztvertā lāzera starojuma virzienu un otrā lāzera heterodīna starojuma izplatīšanās virzienu. Ja šādas neatbilstības nav, tas ir, ar noteiktās nesakritības nulles leņķi un saņemtā un otrā heterodīna lāzera starojuma izplatīšanās vektoru paralēlismu, otrā starpfrekvences signāla līmenis (amplitūda) pie izejas. fotodetektora blokam 4 ir tendence uz lielāko vērtību. Šajā gadījumā pirmās starpfrekvences f 1 signāla līmenis pirmās fotodetektora bloka 4 izejā paliek nemainīgs, jo pirmā heterodīna lāzera starojuma izplatīšanās vektora virziens pirmās skenēšanas vienības izejā. 11 ir arī nemainīgs un fiksēts, pateicoties fiksētajam vadības signālam, kas tiek piegādāts vadības bloka 6 skenēšanas bloka 11 s izvadei. Attiecīgi nesakritības leņķis starp saņemtā lāzera starojuma izplatīšanās vektoriem un pirmo heterodīna lāzera starojumu, ko veido elementi. poz. pirmās filiāles. 14, 10, 13. Tādējādi vadības blokā 6 nepārtraukti tiek ģenerēta informācija par divu starpfrekvenču f 1 un f 2 signālu lielumiem, kas mijiedarbības rezultātā saņemti pirmās fotouztvērēja bloka 4 izejā ( sitiens) no saņemtā lāzera starojuma un pirmā un otrā heterodīna lāzera starojuma. Šie divi starpfrekvenču f 1 un f 2 signāli ir iegūti no viena un tā paša saņemtā lāzera starojuma un atšķiras tikai ar nesakritības leņķa izmaiņu raksturu starp saņemtā lāzera starojuma un pirmā un otrā heterodīna lāzera starojuma vektoriem. Pretējā gadījumā pirmās un otrās starpfrekvences signālu parametri ir vienādi. Pirmais starpfrekvences signāls tiek iegūts ar nemainīgu pirmā heterodīna lāzera starojuma izplatīšanās vektora virzienu un attiecīgi ar nemainīgu norādīto nesakritības leņķi. Par salīdzinājuma pamatu tiek ņemts šī pirmā starpfrekvences signāla lielums. Otrais starpfrekvences signāls tiek iegūts apstākļos, kad nepārtraukti mainās otrā heterodīna lāzera starojuma izplatīšanās vektora virziens un, attiecīgi, nepārtraukti mainoties norādītajam neatbilstības leņķim starp uztvertā un otrā heterodīna lāzera vektoriem. starojums. Vadības blokā 6 nepārtraukts otrā starpfrekvences signāla amplitūdas (līmeņa) izmaiņu salīdzinājums attiecībā pret pirmā starpfrekvences signāla līmeni vienlaikus ar tādu pašu saņemto lāzera starojumu un tādu pašu ģenerētā lāzera līmeni. tiek veikts lokālais oscilatoru starojums. Pirmās un otrās starpfrekvences signālu uztveršanas nosacījumu atšķirība ir tikai uztvertā un heterodīna lāzera starojuma vektoru norādīto nesakritības leņķu līmeņu atšķirība. Tāpēc, kad otrās starpfrekvences signāla līmenis pārsniedz pirmās starpfrekvences signāla līmeni noteiktā laika brīdī un noteiktā otrā heterodīna lāzera starojuma izplatīšanās vektora virziena vērtībā šajā brīdī, vadības blokā 6 tiek pieņemts lēmums panākt precīzāku sakritību starp uztvertā un otrā heterodīna lāzera starojuma viļņu frontēm.lāzera starojums, kā rezultātā relatīvi palielinās otrās starpfrekvences signāla līmenis pie izejas. pirmais fotouztvērējs 4. Tālāk vadības bloks 6 ģenerē vadības signālu, kas nonāk pirmajā lāzera starojuma skenēšanas blokā 11, kā rezultātā skenēšanas bloks 11 nosaka lāzera starojuma izplatīšanās vektora virzienu šī bloka izejā, līdzīgi uz otrā heterodīna lāzera starojuma izplatīšanās vektora virzienu otrā skenēšanas bloka 13 izejā otrā starpfrekvences signāla līmeņa lielākās vērtības brīdī attiecībā pret pirmā starpfrekvences signāla līmeni. Šis jaunais atrastais pirmā heterodīna lāzera starojuma vektora virziens ir fiksēts pirmajā lāzera starojuma skenēšanas blokā 11. Otrais lāzera starojuma skenēšanas bloks 13 pēc tam turpina nepārtrauktu lāzera starojuma izplatīšanās vektora virziena laika maiņu izejā. 13. blokā attiecībā pret jaunatklāto lāzera starojuma izplatīšanās vektora virzienu horizontālā un vertikālā virzienā (plaknēs). Var apgalvot, ka, pamatojoties uz diviem pirmā un otrā heterodīna lāzera starojuma veidošanās atzariem, pirmo fotouztvērēju bloku 4 un vadības bloku 6, sistēma automātiskai izsekošanas un uztverto izplatīšanās vektoru nesakritības leņķa kontrolei. un realizēts heterodīna lāzera starojums, nosakot optimālo (minimālo) nesakritības leņķi lāzera lokācijas signālu uztveršanā ar heterodīna metodi. Norādītais nesakritības līmeņa monitorings starp saņemto lāzera starojumu un divu heterodīnu lāzera starojumu tiek veikts nepārtraukti un pastāvīgi, saņemot un izsekojot kustīgu novēroto objektu. Pirmais un otrais 14 un 15 kontrolētie vājinātāji kalpo, lai izlīdzinātu pirmā un otrā heterodīna lāzera starojuma lielumu (intensitāti) pirmās fotouztvērēja bloka 4 gaismas jutīgajā zonā.
Vienlaicīgi ar uztvertā un heterodīna lāzera starojuma nesakritības leņķa kontroli lāzera lokators automātiski pielāgo un uzrauga uztvertā un heterodīna lāzera starojuma mijiedarbības laikā izveidotās starpbiežuma vērtību pirmajā fotodetektora blokā 4. Lai veiktu šo funkciju, tiek izmantots akustiski-optiskais modulators 19, kas kopā ar otro lēcu 20 reāllaikā veic starpfrekvenču elektrisko signālu spektrālo analīzi, kas nāk no pirmās fotouztvērēja bloka 4 izejas koherentā gaismā. starojums, kas nāk no lāzera lokālā oscilatora 8 izejas caur daļēji caurspīdīgu spoguli 44 un atstarojošo spoguli 59 uz akustiski-optiskā modulatora 19 optisko ieeju. Elektriskais signāls no pirmās fotouztvērēja bloka 4 izejas (no viena no centrālie gaismjutīgie elementi) tiek piegādāti akustiski-optiskā modulatora 19 vadības elektrodam caur šī modulatora 29 vadības bloku. Akustiski optiskajā modulatorā 19 tiek ierosināts akustiskais ultraskaņas vilnis blokā pastiprinātā elektriskā signāla ietekmē. 29, kas saņemta no fotouztvērēja bloka 4 izejas un satur ģenerētus pirmās un otrās starpfrekvences signālus. Akustiski-optiskā modulatora 19 optiskā ieeja saņem monohromatisku lāzera starojuma staru no lāzera lokālā oscilatora 8 izejas caur daļēji caurspīdīgu spoguli 44 un atstarojošu spoguli 59. Akustiski optiskajā modulatorā 19 norādītais lāzers. stars mijiedarbojas ar ierosināto ultraskaņas vilni, kā rezultātā tiek izvadīts akustiski-optiskais modulators 19 un tajā pašā laikā otrā lēca 20 ieejā veidojas lāzera starojuma stars, ko modulē elektriskais signāls no izejas pirmā fotodetektora vienība 4. Objektīvs 20 veic optisku Furjē transformāciju koherentā lāzera starojuma gaismā no lāzera lokālā oscilatora 8 un veido modulētā lāzera stara telpisko spektru lēcas 20 fokusa plaknē, apvienojumā ar objektīva plakni. vadāmo telpisko filtru 22 un vienlaikus kombinējot ar trešās fotouztvērēja bloka 27 gaismjutīgo platformu. Ģenerēto telpisko spektru nolasa trešā fotouztvērēja bloks 27 un caur tā vadības bloku 28 nonāk vadības blokā 6. Tajā pašā laikā tiek veikta telpiskā filtrēšana. ģenerētā telpiskā spektra izvadīšana tiek veikta, izmantojot kontrolētu telpisko filtru 22. Modulētā lāzera stara telpiskais spektrs, kas veidojas reāllaikā, attēlo divas spektrālās kārtas, kas atbilst diviem starpfrekvenču f 1 un f 2 signāliem, kas ģenerēti pirmās fotodetektora bloka 4 izejā saņemtā lāzera mijiedarbības rezultātā. starojums un divu heterodīnu lāzera starojums. Vadāmais telpiskais filtrs 22, pamatojoties uz vadības signāliem no vadības bloka 6 izejas, pārraida uz trešās lēcas 23 optisko ieeju tikai jebkuras spektrālās kārtas starojuma sadalījumu, kas atbilst, piemēram, objektīva signālam. pirmā starpfrekvence f 1 . Ir iespējams arī filtrēt un novērst dažus trokšņa un traucējumu komponentus, kas ir kopā ar pirmo starpfrekvences signālu vai atrodas tā tuvumā. (Līdzīgi otrajai starpfrekvencei). Pēc tam, izmantojot otro fotodetektora bloku 25, tiek veikta pirmās starpfrekvences starojuma filtrētā sadalījuma apgrieztā pārveidošana (transformācija) elektriskajā signālā ievadīšanai vadības blokā 6. Trešais objektīvs 23 veic apgriezto darbību. Furjē transformācija koherentā gaismā un veido 23 objektīva fokusa plaknē , lāzera stara sadalījums, kurā signāla otrais komponents ar otro starpfrekvenci tiek filtrēts, izmantojot kontrolētu telpisko filtru 22 (izslēgts), un daži ir izslēgti arī pirmās starpfrekvences signāla trokšņi un traucējošie komponenti. Vadāmais telpiskais filtrs 22 pilda dinamiskās pārraides diafragmas (loga) funkciju, kas pārraida pirmās starpfrekvences f 1 signālam atbilstošu gaismas stara sadalījumu. Tajā pašā laikā trešais heterodīna lāzera stars no lāzera lokālā oscilatora 8 izejas, kas papildus izveidots, izmantojot trešo elementu atzaru heterodīna lāzera starojuma ģenerēšanai poz., nonāk otrā fotouztvērēja bloka 25 gaismjutīgajā platformā. 16, 17, 18. Šis lāzera stars caur atstarojošo spoguli 45 un caurspīdīgo spoguli 24 iekļūst fotodetektora bloka 25 optiskajā ieejā (gaismas jutīgajā zonā). fotodetektora bloka 25 apgabalā, šī fotodetektora bloka 25 izvade tiek ģenerēts reāllaika filtrēts elektriskais signāls, kas satur informāciju, kas atbilst informācijai, kas iepriekš bija ietverta pirmās starpfrekvences f 1 signālā pie pirmā fotodetektora izejas. 4. vienība. Šajā gadījumā šī signāla frekvenci (centrālo) nosaka gan pirmās starpfrekvences f 1 vērtība, gan lāzera starojuma iestatītās frekvences nobīdes vērtība f 3 trešajā frekvences nobīdes blokā LI 17, kas. tiek iestatīts ar vadības signālu no vadības bloka 6 izejas. Šī sitiena signāla frekvence fotodetektora bloka 25 izejā ir vienāda ar frekvenču summu f 1 + f 3, kur f 3 ir noteikta iestatāma lāzera starojuma frekvences nobīde blokā 17. Vadības blokā 6 nepārtraukti tiek ģenerēta informācija par pirmās starpfrekvences signāla frekvences pašreizējo vērtību, kas nāk no trešā fotodetektora bloka 27 izejas caur tā vadības bloku. 28. Šīs frekvences lielums ir vienāds ar attālumu no fokusa plaknes centra (lēcas fokuss 20) pirmās difrakcijas kārtas pozīcijai - atzīmei no starpfrekvences signāla uztvertā lāzera telpiskajā spektrā. staru kūlis veidojas fotouztvērēja bloka 27 gaismjutīgās platformas plaknē, kas veidots, izmantojot otro lēcu 20. Pozīcija fokusa plaknē noteiktā difrakcijas secībā visu laiku mainās, kas atspoguļo izmaiņas (svārstības) kustības ātrumā. novērotais objekts. Vadības bloks 6, pamatojoties uz norādīto saņemto informāciju, nepārtraukti ģenerē vadības signālu, kas nonāk trešajā frekvences nobīdes blokā LI 17, kas nodrošina vadāmajā telpiskajā filtrā 22 filtrētā un elektriskajā filtrā pārveidotā signāla frekvences strāvas izmaiņu kompensāciju. signāls otrā fotodetektora bloka 25 izejā. Rezultātā noteiktā frekvence Otrā fotouztvērēja bloka 25 izejā signāls paliek nemainīgs un vienāds ar darba filtrēšanas frekvenci f 4 vienā no šaurjoslas spektrālajiem elektriskajiem filtriem. otrajā spektrālā filtra blokā 26.
f 1 +f 3 =f 4 =konst.
Tādējādi tiek realizēta uztvertā signāla frekvences izmaiņu automātiskās kontroles un uzraudzības sistēma, ko izraisa Doplera nobīdes uztvertā lāzera starojuma frekvencē. Šāda sistēma ļauj stabilizēt saņemtā informācijas signāla frekvenci nepieciešamajās robežās un nodrošināt tālāku šī signāla filtrēšanu un apstrādi, izmantojot šaurjoslas filtru otrajā spektrālo filtru blokā 26, kas uztver pašreizējo saņemto signālu ar stabilizēta centrālā frekvence no otrā fotouztvērēja bloka 25 izejas, kas nolasa šo signālu. Šaurjoslas elektriskajā filtrā 26 filtrētais signāls pēc tam tiek nosūtīts uz vadības bloka 6 ieeju turpmākai analīzei. Šīs sistēmas izmantošana saņemtā informācijas signāla starpfrekvences izsekošanai un stabilizēšanai ļauj filtrēt signālus otrajā spektrālo filtru blokā 26, izmantojot īpašus šaurjoslas elektriskos filtrus, kuru izmantošana bez šīs sistēmas nebūtu iespējama. saņemtā informācijas signāla starpfrekvences strāvas izmaiņu izsekošanai. Tas ļauj palielināt pareizas noteikšanas (atklāšanas spējas) iespējamību saņemtās informācijas galīgās apstrādes un analīzes laikā vadības blokā 6. Uzraugot saņemtā informācijas signāla frekvenci, mainot (kontrolējot) frekvences lielumu. lāzera starojuma nobīde frekvences maiņas blokā LI 17 trešajā LI skenēšanas bloks 18 maina lāzera starojuma izplatīšanās vektora virzienu, lai tas atbilstu lāzera starojuma viļņu frontēm, kas krīt uz otrās fotouztvērēja bloka 25 gaismas jutīgo apgabalu, proti: modulētais lāzera starojums no akustiski-optiskā modulatora 19 izejas un trešais heterodīna lāzera starojums no bloka 18 izejas. Informācija par norādītā trešā heterodīna lāzera starojuma nepieciešamo optimālo krišanas leņķi tiek iegūta vadības blokā 6 pamatojoties uz difrakcijas secības nobīdes lielumu no pirmā starpfrekvences signāla attiecībā pret vadāmā telpiskā filtra 22 plaknes centru un attiecīgi trešā fotouztvērēja bloka 27 gaismjutīgās zonas centru. Šī informācija ir nolasa trešais fotodetektora bloks 27 un pēc tam nepārtraukti tiek piegādāts no tā vadības bloka 28 izejas uz vadības bloku 6, kurā tiek ģenerēti nepieciešamie vadības signāli un piegādāti trešajam lāzera starojuma skenēšanas blokam 18. Piedāvātajā lāzerlokatorā ir iespējams realizēt arī citu uztvertā informācijas signāla starpfrekvences vērtības izmaiņu izsekošanas un kompensācijas metodi, kurā vadības blokā 6 ģenerēts atgriezeniskās saites signāls frekvences kontrolei un kompensēšanai. pirmā lāzera starojuma frekvences nobīdes bloka 10 vadības ieejā tiek piegādātas variācijas, kā rezultātā pirmā fotodetektora bloka 4 izejā tiek stabilizēta uztvertā signāla pirmā starpfrekvence. Šajā gadījumā frekvences vērtība nobīdes vadības signāls tiek noteikts vadības blokā 6, pamatojoties uz otrās starpfrekvences pašreizējās vērtības izmaiņu mērīšanu saskaņā ar informāciju, kas tiek piegādāta vadības blokam 6 no trešā fotodetektora bloka 27. Vienlaikus ir iespējams arī uzraudzīt izmaiņas starpfrekvencē. saņemtā informācijas signāla frekvenci, piegādājot vadības signālu no vadības bloka 6 izejas uz pirmā frekvences nobīdes bloka LI 10 vadības ieeju un uz trešā frekvences nobīdes bloka LI 17 vadības ieeju. tiek realizēta starpfrekvences izmaiņu dinamiskās kompensācijas divu ķēžu sistēma.frekvence, kas ļauj sasniegt īpaši augstu izsekošanas precizitāti un saņemtā informācijas signāla frekvences svārstību kompensāciju otrā spektrālo filtru bloka 26 ieejā, kas dod iespēju šajā blokā izmantot īpašus šaurjoslas filtrus un paaugstināt lāzerlokatora noteikšanas spēju un darbības efektivitāti ārējā fona apgaismojuma un traucējumu apstākļos. Jāņem vērā, ka vadības blokā 6 ģenerētais lāzera starojuma frekvences nobīdes vadības signāls, kas tiek piegādāts trešā frekvences nobīdes bloka LI 17 vadības ieejai, satur svarīgu informāciju par frekvences maiņas ātruma izmaiņu dinamiku. novēroto kosmosa objektu, un to var izmantot, lai analizētu šī objekta kustības stāvokli un raksturu kosmosa orbītā. Akustiski-optiskais modulators 19 un lēca 20, veidojot uz trešā fotouztvērēja bloka 27 gaismjutīgās platformas informācijas signāla telpisko spektru no pirmā fotouztvērēja bloka 4 izejas, vienlaikus veic svarīgo testēšanas un uzraudzības funkciju. lāzerlokatora uztveršanas kanāla darbības režīms, kurā ietilpst pirmais fotouztvērēja bloks 4 un formācijas elementi pirmais un otrais heterodīna lāzera starojums poz. 8, 10-13. Tas ir saistīts ar faktu, ka fotouztvērēja bloka 4 izejā papildus pirmās un otrās starpfrekvences informatīvajiem signāliem tiek ģenerēts arī pirmā un otrā heterodīna lāzera starojuma sitiena signāls (fotomiksēšana), frekvence. no kuriem vienāds ar norādītā pirmā un otrā heterodīna lāzera starojuma frekvenču starpību. Spektrālo atzīmi no šī divu lāzera heterodīna starojumu sitiena signāla papildu difrakcijas secības veidā, ko veido lēca 20, nolasa trešā fotouztvērēja bloks 27 un caur bloku 28 nonāk vadības blokā 6 turpmākai noteiktā sitiena nepārtrauktai uzraudzībai. frekvence, kas vienāda ar šīs difrakcijas kārtas attālumu no difrakcijas spektra modeļa centra, kas sakrīt ar fotouztvērēja bloka 27 gaismjutīgās zonas centru. Šīs difrakcijas kārtas līmenis ir proporcionāls pirmās un otrās kārtas intensitātei. heterodīna lāzera starojums. Mainoties leņķim starp pirmā un otrā heterodīna starojuma izplatīšanās vektoriem, šis līmenis mainās. Šajā gadījumā pirmā un otrā heterodīna lāzera starojuma frekvences pie LI frekvences nobīdes bloku 10 un 12 izejām tiek izvēlētas tā, lai to atšķirība būtu mazāka par pirmo un otro starpfrekvenci, kas iegūta pirmās fotodetektora vienības izejā. 4, lai izvairītos no lāzera heterodīna starojuma norādīto sitienu signālu un norādīto pirmās un otrās starpfrekvences signālu pārklāšanās. Praksē šis nosacījums ir viegli izpildāms, pareizi izvēloties lāzera heterodīna starojuma nobīdes vērtības LI frekvences nobīdes blokos 10 un 12. Tādējādi vadības blokā 6 lāzerlokatora darbības režīmā nepārtraukti funkcionē. lāzerlokatora uztveršanas kanāla uzraudzība un pārbaude tiek veikta, pamatojoties uz fotosajaukšanas signālu analīzi, kas nav saistīti ar uztvertā objekta lāzera starojumu un neprasa atstarotos signālus no objekta, lai noteiktu normālas darbības stāvokli. no lāzera lokatora. Tas ir svarīgs faktors, lai palielinātu lāzerlokatora efektivitāti un uzticamību. Piedāvātais lāzerlokators sniedz papildu iespēju paaugstināt trokšņu noturību un uzlabot darbības efektivitāti augsta līmeņa ārējo fona traucējumu un uzliesmojuma apstākļos, kas rodas, strādājot dienas laikā spēcīga optiskā starojuma avota tuvumā, piemēram, izsekojot objektu, attēls atrodas netālu no saules diska. Pirmkārt, strādājot dienas laikā, ar akustiski-optiskā modulatora 19, objektīva 20 un trešās fotouztvērēja bloka 27 palīdzību teleskopa 1 ieejā tiek izveidots vispārējā fona telpiskais spektrs, kas vērsts uz doto. telpas laukums, izmantojot vadības bloku 2. Fona spektrs tiek veidots fotouztvērēja bloka 27 gaismjutīgās zonas plaknē, kas ir saskaņota ar objektīva 20 fokusa plakni caur pirmo caurspīdīgo spoguli 21. Šajā gadījumā signāli tiek saņemti no pirmā fotodetektora bloka 4 izejas iepriekš izvēlētās pirmās un otrās starpfrekvences diapazonā ar atbilstošām pirmā un otrā heterodīna lāzera starojuma frekvences vērtībām, ko rada pirmais 10 un otrie 12 LI maiņas bloki. Jāņem vērā, ka šo heterodīna lāzera starojumu frekvences un izvēlētās starpfrekvences telpiskās filtrēšanas laikā kontrolējamā telpiskā filtra blokā 22, kā arī kopējais modulējošo ieejas frekvenču darbības diapazons akustiski-optiskajā modulatorā 19 nosaka fotodetektora bloka 4 heterodīna uztveršanas režīmā reģistrētā ieejas lāzera starojuma spektrālais diapazons, kas atbilst lāzera raidītāja radītā apgaismojošā lāzera starojuma viļņa garumam (diapazonam) 7. Informācija par kopējo fona starojuma spektru norādītajā diapazonā Lāzera raidītāja izvēlētās darbības frekvences nāk no trešā fotouztvērēja bloka 27 izejas caur bloku 28 uz vadības bloku 6, kur tiek analizēts fona trokšņu līmenis un tiek pieņemts lēmums izmantot papildu dinamisko spektrālo filtru 30. poz., kas veic teleskopa 1 uztvertā lāzera starojuma šaurjoslas filtrēšanu, pirms šis starojums nonāk pirmā fotouztvērēja bloka 4 optiskajā ieejā (gaismas jutīgajā zonā). Lai to izdarītu, pēc vadības bloka 6 komandām kustības bloks 34 veic pirmā un otrā attālinātā spoguļa 32 un 33 ievadīšana optiskajā ceļā, kā parādīts attēlā. 1. Šajā gadījumā lāzera starojums no teleskopa 1 optiskās izejas tagad nonāk pirmās lēcas 1 ieejā nevis tieši, bet pēc izešanas cauri dinamiskajam spektrālajam filtram 30. Spoguļu 32 un 35 atstarošanas rezultātā lāzera saņemtais starojums pāriet uz dinamiskā spektrālā filtra ieeju 30. Pēc lāzera starojuma šaurjoslas spektrālās filtrēšanas no spektrālā filtra 30 izejas starojums pēc atstarošanas no spoguļiem 36 un 33 nonāk lēcas 3 ieejā. Saņemtā lāzera starojuma šaurjoslas filtrēšanas viļņa garums (frekvence) dinamiskajā spektrālajā filtrā 30 tiek kontrolēts ar signālu no vadības bloka 6 izejas un atbilst lāzera raidītāja 7 ģenerētajam viļņa garuma lāzera starojumam, ņemot vērā ņem vērā iespējamās izmaiņas Doplera nobīdes lielumā no kustīga objekta atstarotā lāzera starojuma frekvencē. Saņemtā lāzera starojuma šaurjoslas filtrēšanas rezultātā dinamiskajā spektrālajā filtrā 30 fona trokšņu starojums tiek nogriezts un starpmodulācijas trokšņu traucējumu līmenis pirmās fotouztvērēja bloka 4 izejā tiek samazināts, kad tas darbojas heterodīnā. no lāzera raidītāja 7 lāzera starojuma izgaismota objekta lāzera starojuma uztveršanas režīms, kas nodrošina pareizas noteikšanas iespējamības palielināšanos un lāzerlokatora efektivitātes paaugstināšanos augsta līmeņa ārējo fona traucējumu apstākļos. Tajā pašā laikā dinamiskais spektrālais filtrs 30 bloķē spoguļfrekvences kanāla uztveršanas joslu, kas veidojas optiskā heterodīna uztvērējā tāpat kā superheterodīna radio uztvērējā. Spoguļa uztveršanas frekvences fona trokšņu uztveršanas novēršana vēl vairāk palielina piedāvātā lāzerlokatora trokšņu noturību un darbības efektivitāti. Pirmais un otrais skenēšanas spogulis 35 un 36 nodrošina precīzu optiskās ass izlīdzināšanu, kad dinamiskais spektrālais filtrs 30 tiek ievadīts lāzera lokatora uztverošajā optiskajā ceļā. Lai to izdarītu, vadības signālu ietekmē, kas šiem spoguļiem tiek piegādāti no skenējošā spoguļa vadības bloka 31, pēdējie nelielās robežās maina no spoguļiem atstarotā starojuma virzienu, lai precīzi noteiktu izejas starojuma virzienu no teleskopa uz filtra 30 ievade un izvadošais starojums no filtra 30 uz lēcas 3 ieeju Šajā gadījumā tiek veikta precīza uztverošā optiskā kanāla un optisko elementu regulēšana, kas nodrošina no objekta atstarotā lāzera starojuma uztveršanu. īpašs lāzerlokatora regulēšanas režīms, kurā ārējais stūra reflektors 37 tiek ievietots optiskajā raidīšanas un uztveršanas ceļā, izmantojot stūra reflektora pārvietošanas bloku 38, kā parādīts attēlā. 1. Šajā gadījumā lāzera raidītājs 7 tiek pārslēgts uz minimālā līmeņa starojuma ģenerēšanas režīmu. Tajā pašā laikā vadāmais vājinātājs 58 papildus vājina lāzera starojumu no raidītāja 7 līdz līmenim, kas ļauj reģistrēt starojumu, nepārslogojot pirmo fotouztvērēja bloku 4. Stūra reflektors 37 atgriežas pie teleskopa 1 ieejas. ģenerētais lāzera starojums tieši starojuma shēmas ass virzienā, kas virzīts ar teleskopu 1, izmantojot rādītāja vienību pret novērojamo objektu. Tālāk stūra reflektora 37 radīto kontroles lāzera starojumu reģistrē fotouztvērēja bloks 4, kuram ir četru elementu gaismjutīgs paliktnis. Izmantojot pirmo un otro skenēšanas spoguli 35, 36, ģenerētā kontroles lāzera starojuma ass ir vērsta uz pirmās fotouztvērēja bloka 4 gaismjutīgās zonas centru. Tajā pašā laikā lāzera starojuma skenēšanas blokos 11 un 36 13, pēc vadības bloka 6 komandām, ģenerētā heterodīna lāzera starojuma parastais krišanas leņķis tiek iestatīts uz fotouztvērēja bloka 4 gaismjutīgo paliktni. Tādējādi tiek pabeigts lāzerlokatora uztveršanas ceļā ievadītā dinamiskā spektrālā filtra 30 regulēšanas posms. Līdzīgā veidā, teleskopa 1 ieejā ieviešot ārējo stūra reflektoru 37, tiek izveidots lāzerlokatora standarta darbības režīms. pārbaudīts un noregulēts, neieviešot optiskajā ceļā dinamisko spektrālo filtru 30.
Ja iepriekš minētajā fona analīzes režīmā lāzera raidītāja 7 radītā lāzera starojuma diapazonā tiek konstatēts ievērojams fona traucējumu līmenis, piedāvātais lāzerlokators var pārslēgties uz citu viļņa garumu vai citu viļņu garuma diapazonu, kuram ir iespējams izmantot lāzera raidītājs un lāzera lokālais oscilators ar ģenerēto lāzera starojuma viļņu garumu regulēšanu. Šajā gadījumā vienlaikus ar lāzera raidītājā un lāzera lokālajā oscilatorā ģenerētā lāzera starojuma viļņu garumu noregulēšanu dinamiskajā spektrālajā filtrā 30 tiek veikta atbilstoša filtrējošās un uztverošās joslas viļņa garuma dinamiskā regulēšana, kā arī nepieciešamo frekvenču nobīdes izvēle un noteikšana frekvences nobīdes blokos LI 10 un 12 un nepieciešamo heterodīna lāzera starojuma krišanas leņķu noteikšana uz pirmās fotouztvērēja bloka 4 gaismas jutīgo zonu. Tas nodrošina optimālu, visefektīvāko darbību. lāzerlokatora režīms izvēlētajā lāzera atrašanās vietas signālu un starojuma uztveršanas diapazonā ar minimālu ārējā fona uzliesmojumu un traucējumu līmeni.
Piedāvātajā lāzerlokatorā vienu no svarīgām funkcijām veic lāzera starojuma frekvences pārbīdes vienības, poz. 10, 12 un 17. Zīm. 2. attēlā ir parādīta šāda lāzera starojuma frekvences maiņas bloka blokshēma, kas izgatavota, pamatojoties uz akustiski optisko elementu 52, kas modulē lāzera starojumu, kas iet caur šūnu. Akustiski-optiskās šūnas 52 (2. att.) optiskā ieeja caur ievades diafragmu 51 saņem lāzera starojumu, ko rada lāzera lokālais oscilators 8 un kas nonāk (sk. 1. att.) caur daļēji caurspīdīgu spoguli 42 un pirmo vadāmo vājinātāju. 14 uz LI frekvences nobīdes vienības ieeju poz. 10. Lāzera starojums, izejot cauri akustiski-optiskajai šūnai 52, mijiedarbojas ar noteiktas frekvences ultraskaņas vilni, kas šajā šūnā ierosināta ar speciāla pjezoelektriskā elementa 60 palīdzību, kas saskaras ar akustiski optiskās šūnas kristālu. 52. Šīs mijiedarbības rezultātā akustiski-optiskās šūnas 52 izejā veidojas lāzera starojuma stars, kura frekvence tiek nobīdīta par ultraskaņas viļņa frekvenci akusto-optiskajā šūnā, kura frekvence ir nosaka un iestata šīs akustiski-optiskās šūnas vadības blokā 53. Izmantojot pirmo lēcu 54, ģenerētais lāzera stars ar frekvences nobīdi par noteiktu vērtību, kas noteikts blokā 53 ar komandām no vadības bloka 6, tiek novirzīts uz precīzas diafragmas 55 plakni, kas atrodas stingri uz šīs LI optiskās ass. frekvences maiņas bloks. Šīs cauruma diafragmas transmisijas cauruma diametrs ir 0,2–0,4 milimetri. Termins “punkts” ir nosacīts un atspoguļo diafragmas atveres mazo diametru. Otrā lēca 56 paplašina lāzera starojuma staru, ko filtrē aksiālā cauruma diafragma 55, līdz izejas diafragmai 57. Diafragma 55 atrodas lēcas 56 priekšējā fokusa plaknē. Rezultātā pie šī LI izejas. frekvences nobīdes blokā aiz izejas diafragmas 57 veidojas lāzera starojuma stars, kas izplatās stingri pa bloka optisko asi un lāzera starojuma frekvenci nobīda precīzi par ultraskaņas viļņa frekvenci, kas ir iestatīta akustiskajā režīmā. -optiskās šūnas vadības bloks 53 atbilstoši vadības signālam, kas nāk no vadības bloka 6. Tādējādi LI frekvences nobīdes blokos tiek veikta kontrolēta garāmejošā lāzera starojuma frekvences nobīde par vadības blokā 6 norādīto nobīdes vērtību, nemainot. šī starojuma izplatīšanās virzienu. Akustiski optiskā šūna 52 darbojas Bragg difrakcijas režīmā, kurā šūnas izejā veidojas tikai viens difrakcijas lāzera stars, kurā tiek iesūknēta visa šūnā nonākošā lāzera starojuma enerģija. Lāzera starojumam mijiedarbojoties ar akustiski-optisko ultraskaņas viļņu šūnā 52, mainās no šūnas izplūstošā lāzera stara izplatīšanās virziens. Līdz ar to diafragma 55 tiek nobīdīta no pirmās lēcas 54 fokusa punkta, kā rezultātā daļa radītā starojuma ar nobīdītu lāzera starojuma frekvenci vienmēr nonāk diafragmā. Lai novērstu lāzera starojuma izplatīšanās virziena izmaiņu ietekmi, mainoties tā frekvencei, var izmantot arī difūzu reflektoru, kas veido plašu krītošā lāzera starojuma virziena zīmējumu ar nobīdītu starojuma frekvenci, no kura tiek izstarots starojums. pēc tam izolēts, izmantojot cauruma diafragmu, izplatoties stingri pa LI frekvences nobīdes bloka optisko asi. Akustiski-optiskās šūnas darbība, kurā tiek realizēta lāzera starojuma frekvences nobīde, detalizēti aprakstīta monogrāfijā. Lāzera starojuma frekvenci var nobīdīt gan pozitīvi, gan negatīvi. Jāņem vērā, ka LI frekvences nobīdes blokos izmantotā frekvences nobīdes metode, kuras pamatā ir lāzera starojuma akustiski optiskā mijiedarbība akusto-optiskajā šūnā, ir ļoti precīza, jo nobīdes lielumu nosaka tieši nobīdes frekvence. vadības signāls akustiski-optiskās šūnas vadības blokā 53, kurā noteiktā frekvence tiek iestatīta ar augstu precizitāti, izmantojot īpašu frekvenču sintezatoru, kas iekļauts šajā vadības blokā 53. Jāatzīmē arī šīs metodes augstā veiktspēja, kas ļauj nobīdīt lāzera frekvenci līdz ar lāzera raidītāja impulsu atkārtošanās ātrumu un uzraudzīt starpfrekvences izmaiņas pirmās fotouztvērēja bloka 4 izejā, uzraugot ātri kustīgos kosmosa objektus. Jāatzīmē, ka LR frekvences novirzīšanai var izmantot dažādus fiziskus efektus, piemēram, var izmantot optiskā starojuma nelineāro mijiedarbību nelineāros optiskajos kristālos. Svarīgu funkciju piedāvātajā lāzerlokatorā veic lāzera starojuma skenēšanas vienības poz. 11, 13 un 18. Šie bloki ir izgatavoti uz akustiski-optisko lāzera starojumu novirzošo šūnu bāzes - precīzijas lāzera starojuma skeneri. Augsta novirzes precizitāte tiek sasniegta akustiski optiskajos skeneros, jo vadības signāls, kas nosaka lāzera starojuma novirzes leņķi, ir elektriskais signāls, kas ierosina akustisko viļņu šūnā, kura frekvence ir iestatīta ar augstu precizitāti. izmantojot šajā lāzera starojuma skenēšanas blokā iekļauto frekvenču sintezatoru. Tajā pašā laikā skenēšanas vienībām, kuru pamatā ir akustiski optiskās šūnas, ir augsta veiktspēja, ko nosaka liels akustiskā viļņa izplatīšanās ātrums caur akustiski optisko šūnu. Jāņem vērā, ka, mainoties lāzera starojuma izplatīšanās leņķa virzienam caur skenēšanas bloku LI 11, 13 un 18, notiek noteikta lāzera starojuma frekvences nobīde, ko nosaka uz to piegādātā vadības signāla frekvence. šīs skenēšanas ierīces akustiski optiskā šūna. Lai kompensētu šo novirzītā lāzera starojuma frekvences nobīdi, iepriekšējā frekvences nobīdes blokā (piemēram, 10. blokā pirms skenēšanas bloka 11) tiek veikta papildu frekvences nobīde uz priekšu vai LI galvenā frekvences nobīde frekvencē. nobīdes bloks 10 tiek veikts ar esošu vai iestatītu papildu frekvences nobīdi nākamajā blokā lāzera starojuma skenēšanas 11. Tādējādi secīgi uzstādīts lāzera starojuma frekvences pārslēgšanas bloks 10 un lāzera starojuma skenēšanas bloks 11, kas izgatavots uz akustiski-optisko šūnu bāzes. , darbojas kā viena vienība (elements) frekvenču maiņai un lāzera starojuma skenēšanai, kontrolējot signālus, kas nāk no vadības bloka 6 un nodrošinot augstu lāzera starojuma izplatīšanās frekvences un virziena izmaiņu precizitāti noteiktās robežās. Pašlaik ir izstrādātas akustotiskās šūnas, kas darbojas no tuvā ultravioletā līdz vidēja infrasarkanā starojuma viļņu garuma diapazoniem, nodrošinot lāzera starojuma viļņa garuma nobīdi par 2 (diviem) gigaherciem, un izmantojot vairākas mijiedarbības kaskādes lāzera starojums ar akustisko viļņu, tie nodrošina lāzera starojuma frekvences nobīdi līdz 10 Gigaherciem , kas ir pietiekama, lai kompensētu Doplera nobīdi izsekošanas un lāzera saziņas laikā ar kosmosa objektiem. Kā lāzera starojuma skenēšanas blokus iespējams izmantot arī skenēšanas spoguļus ar vadības pjezoelementiem, līdzīgi kā izmantotajiem skenēšanas spoguļiem poz. 35 un 36.
Lāzerlokatorā dinamiskais spektrālais filtrs 30 ir realizēts uz akustiski optiskās šūnas un pjezoelektriskā elementa bāzes, kas ierosina noteiktas frekvences un intensitātes ultraskaņas viļņus akustiski optiskajā šūnā. Rezultātā caur 30. bloka optisko izvadi iet tikai lāzera starojums noteiktā šaurā spektra diapazonā, ko nosaka ar augstu precizitāti ģenerētā vadības signāla frekvence, izmantojot 30. blokā iekļauto frekvenču sintezatoru. Saņemtā lāzera starojuma frekvences nobīde, kas iet caur dinamisko spektrālo filtru 30. Šī papildu zināmā saņemtā LR frekvences nobīde tiek ņemta vērā un kompensēta, izmantojot lāzera starojuma frekvences nobīdes blokus 10 un 12, kad šie bloki nosaka noteiktu vērtību ģenerētā heterodīna lāzera starojuma frekvences nobīde saskaņā ar vadības bloka 6 komandām. Tādējādi nobīdes bloki lāzera starojuma frekvences 10 un 11 veic papildu funkciju kompensēt saņemtā lāzera starojuma frekvences nobīdi, kad tas iet caur dinamisko spektrālo filtru. 30. Papildus dinamiskais spektrālais filtrs 30 satur speciālu vadības bloku, kurā ietilpst frekvenču sintezators, kas nodrošina vadības elektrisko signālu kopas veidošanos ar precīzu frekvences vērtību, lai ierosinātu ultraskaņas viļņus ar noteiktiem parametriem, nodrošinot saņemtā lāzera dinamisku filtrēšanu. starojums. Dinamiskajos spektrālajos filtros, akustiski-optiskajos skeneros un frekvenču maiņas blokos izmantoto akustiski-optisko šūnu darbības princips un raksturlielumi ir aprakstīti monogrāfijā un daudzās publikācijās.
Mūsdienu elektriskie šaurjoslas filtri, kas darbojas diapazonā no 0,1 līdz simtiem megahercu, tika izmantoti kā spektrālo filtru bloki 5 un 26. Tajā pašā laikā 5. un 26. filtrēšanas blokos ir pilni spektrālo elektrisko filtru komplekti, kas atsevišķi un atsevišķi pieslēgti katram fotouztvērēja bloka 4. un 25. pozīcijas četrvietīgā gaismjutīgā elementa izejas elektrodam. tiek izmantoti šaurjoslas filtri, jo signāls no sistēmas izejas, lai kompensētu informācijas signāla frekvences izmaiņas, nodrošinot, ka šis signāls iekrīt atbilstošā filtra šaurā joslā 26. blokā ātrā izsekošanas apstākļos. kustīgs objekts. 26. blokā ir noteikts šaurjoslas spektrālo filtru komplekts, kas noregulēts uz noteiktu skaitu fiksētu elektriskās filtrēšanas frekvenču, kas ļauj šaurjoslas filtrēt saņemtos signālus noteiktā starpfrekvenču diapazonā, ko nosaka no signāla frekvence, kas nāk no pirmā fotouztvērēja bloka 4 izvade uz akustiski optisko modulatoru 19 un frekvences lāzera starojums, kas ģenerēts pie lāzera frekvences maiņas bloka 17 izejas. 5. un 26. bloki satur arī elektroniskos pastiprinātājus un vairākus līdzekļus pastiprinātā un filtrētā digitalizācijai. signāli informācijas ievadīšanai vadības blokā 6. 5. un 26. blokos var būt arī saņemto elektrisko augstfrekvences signālu demodulatori (RF detektori), veicot dažādus algoritmus saņemto lāzera attāluma noteikšanas signālu un lāzera kosmosa sakaru signālu apstrādei. Spektrālā filtra bloks 5 satur elektrisko filtru komplektu ar fiksētu caurlaides joslu, kas noregulēts uz secīgu frekvenču sēriju (starpfrekvences), pirmās starpfrekvences un otrās starpfrekvences reģionā. Spektrālā filtra bloks 5 satur arī atbilstošu elektrisko pastiprinātāju un analogo-digitālo pārveidotāju komplektu, kas digitalizē pastiprinātos un filtrētos elektriskos signālus, lai tos ievadītu vadības blokā 6, kas ir specializēts daudzfunkcionāls dators.
Kā vadības bloks 6, kas kontrolē visus lāzerlokatora blokus un elementus, kā arī apstrādā informāciju, kas nāk no fotouztvērēja blokiem un frekvences mērīšanas bloka 9, tiek izmantots daudzfunkcionāls augstas veiktspējas elektroniskais dators, kas aprīkots ar atbilstošām saskarnēm, kas nodrošina paralēla komunikācija ar bloku un elementu lāzerlokatoru. Vadības blokā 6 ir arī displejs informācijas parādīšanai un operatora vadības panelis.
Vadības bloks 2 norāda teleskopa 1 asi uz noteiktu punktu novērotajā telpā un pēc tam izseko konstatēto kustīgo objektu. 2. bloks ir izgatavots, pamatojoties uz vadāmiem pakāpju motoriem. Stepper elektromotori tiek izmantoti arī kustīgajā blokā 34 un ārējā stūra atstarotāja 37 kustīgajā blokā 38.
Frekvences mērīšanas bloks 9 ir standarta, līdzīgs prototipā izmantotajam, un tajā ir fotodetektors, kura ieeja saņem lāzera starojumu no lāzera raidītāja 7 un lāzera lokālā oscilatora 8. No norādītā fotodetektora izejas tiek atskaņots sitiens. signāls starpfrekvencē tiek pastiprināts, digitalizēts un ciparu formā nosūtīts uz vadības bloku 6, kur tiek veikts lāzera raidītāja un lokālā oscilatora starpfrekvences (atšķirības) galīgais mērījums, piemēram, skaitot impulsus. noteiktu laika periodu. Konstatējot frekvences izmaiņas raidītāja vai lokālā oscilatora frekvences nestabilitātes dēļ, frekvences nobīdes mērvienībās LI 10 un 12 tiek regulēta frekvences nobīdes vērtība, kas ir precīzāka un efektīvāka nekā frekvences stabilizācija lāzera raidītājā prototipā. Caurspīdīgais spogulis 39 atzaro ļoti nelielu starojuma daudzumu no lāzera raidītāja 7 uz frekvences mērīšanas bloka 9 ieeju, kas ir pietiekams šīs ierīces normālai darbībai. Galvenā lāzera raidītāja 7 starojuma daļa (99,9%) iziet caur spoguli 39 uz vadāmā vājinātāja 58 ieeju un pēc tam uz atstarojošo spoguli 49. Vadāmais vājinātājs 58 standarta režīmā starojumu vājina pilnībā pārraida visu tuvojošos gaismas plūsmu. Kā kontrolēti lāzera starojuma vājinātāji, poz. 14, 15, 16 un 58 tiek izmantotas rūpnieciski ražotas vadāmas optiskās ierīces, kas nodrošina lāzera starojuma tuvās gaismas šķērsgriezuma mehānisku bloķēšanu, piemēram, vadāma diafragma vai vadāms aizvars. Ir iespējams izmantot arī vadāmus ātrgaitas elektrooptiskos pārraidītās gaismas plūsmas modulatorus. Vadāmie vājinātāji 14, 15, 16 ir paredzēti heterodīna lāzera starojuma līmeņu iestatīšanai, nodrošinot fotodetektoru bloku 4, 27 un 25 standarta darbības režīmu. Vadāmie vājinātāji 14 un 15 ģenerē divus vienāda līmeņa heterodīna lāzera starojumus pie ieejas pirmā fotodetektora vienība 4. Vadāmais vājinātājs 58 vājina lāzera raidītāja 7 signāla līmeni, kas ar ārēju stūra reflektoru 37 ir atdalīts līdz teleskopa 1 ieejai, līdz pirmās fotouztvērēja vienības 4 standarta jutības līmenim. Kontrolējamais telpiskais filtrs 22 ir izgatavots uz optiskās caurspīdīguma bāzes, piemēram, uz šķidro kristālu un elektrodu matricas bāzes, nodrošinot kontrolētu elektrisko adresāciju ar vadības bloka 6 komandām, kā rezultātā tiek pārraidīti atsevišķi telpiskā filtra 22 plaknes elementi, apvienojumā ar lēcas 20 fokusa plakni, kas šajā plaknē veido filtrējamā saņemtā informācijas signāla telpisko spektru, tiek kontrolēts. Rūpniecībā tiek ražoti dažādi uz tiem balstīti kontrolēti caurspīdīguma un telpiskie filtri, kā arī vadāmie vājinātāji un vadāmie optiskie slēģi uz šķidro kristālu bāzes. Kā kontrolētu caurspīdīgumu iespējams izmantot arī katodstaru gaismas modulācijas cauruli ar elektronisku starojumu raidošo elementu adresēšanu lēcas 20 fokusa plaknē.
Lāzerlokatorā kā lāzera raidītāju un lāzera lokālo oscilatoru var izmantot mūsdienīgus lāzerģeneratorus ar diezgan šauru lāzera starojuma ģenerēšanas joslu no ultravioletā līdz vidējam infrasarkanajam viļņa garuma diapazonam. Pašlaik šajos diapazonos ir liels skaits lāzera ģeneratoru, kuriem ir arī iespēja noteiktās robežās noregulēt lāzera viļņa garumu. Tajā pašā laikā rūpniecībā ir izstrādātas un ražotas dažādas akustiskās šūnas un ierīces, kuru pamatā ir optiskie kristāli, kas darbojas viļņu garuma diapazonā no ultravioletā līdz tuvajam un vidējam infrasarkanajam staram. Fotodetektoru bloki izgatavoti uz četru platformu lāzera starojuma uztvērēju bāzes (pirmais un otrais fotodetektoru bloks, 4. un 25. pozīcija), kā arī uz daudzelementu fotodetektoru matricu bāzes (fotodetektoru bloks 27). Šobrīd ir liels skaits fotodetektoru ierīču, kuru pamatā ir dažādi fizikāli principi, kas darbojas visos noteiktajos viļņu garuma diapazonos. Piedāvātajā lāzerlokatorā ir iespējams izmantot arī daudzelementu divdimensiju matricas fotodetektorus fotodetektoru blokā 4, vienlaikus nodrošinot uztvertā un heterodīna lāzera starojuma viļņu frontes saskaņošanu, izmantojot automātisko vadības sistēmu starojuma izplatīšanās virzienam. heterodīna lāzera starojums, kas ierosināts un izmantots šajā lāzera lokatorā. Tādējādi, balstoties uz moderno kvantu elektronikas elementu bāzi, ir iespējams realizēt piedāvāto lāzerlokatoru, kuram ir augsta darbības efektivitāte spēcīga fona apgaismojuma apstākļos un kas nodrošina lielāku iespējamību atklāt ātri kustīgus kosmosa objektus un lielāku informācijas saturu un novēroto objektu kustības mērīto parametru ticamība.
Piedāvāto lāzerlokatoru var izmantot kā lāzerkomunikācijas ierīci, lai īstenotu komunikāciju ar kustīgiem objektiem, kas pārvietojas virsmas telpā, kā arī komunikācijai ar kosmosa objektiem tuvajā un dziļajā telpā. Īstenojot lāzera kosmosa sakarus, piedāvātais lāzerlokators nosaka objektu un izseko atklāto kosmosa objektu (kosmosa kuģi) zondējošā lāzera signāla izstarošanas un atstarotā lāzera izgaismojošā starojuma uztveršanas režīmā. Tajā pašā laikā lāzera raidītāja 7 radītais lāzera starojums tiek modulēts ar informācijas signālu, kas nāk no vadības bloka 6 uz lāzera starojuma modulatoru, kas iekļauts lāzera raidītājā 7. Modulētais lāzera signāls pēc uztveršanas atstarojas no novērotā kosmosa objekta. fotouztvērēja bloks 4, pārveidošana un iepriekšēja filtrēšana ar blokiem 19 un 22, tiek pakļauta šaurjoslas filtrēšanai un digitalizācijai otrajā spektrālo filtru 26 blokā un pēc tam tiek nosūtīta uz vadības bloku 6 pārsūtītās informācijas galīgai apstrādei, demodulācijai un saņemšanai. no kosmosa kuģa. Šajā gadījumā pēdējam jābūt aprīkotam ar raiduztvērēja lāzerierīci, kas ir līdzīga lāzera lokatoram attēlā. 1. Ir iespējams arī saņemt un filtrēt saņemto informācijas signālu, izmantojot pirmo spektrālo filtru bloku. 5. Jāatzīmē arī iespēja, izmantojot piedāvāto lāzerlokatoru, izveidot nepārtrauktu un stabilu savienojumu ar kosmosa kuģi, nolaižoties uz Zeme un tās iekļūšana blīvajos atmosfēras slāņos caur plazmas slāni, kas šobrīd ieskauj kosmosa kuģi. Šajā gadījumā sakari radio diapazonā tiek pārtraukti, un sakarus lāzera starojuma diapazonā, piemēram, tuvu infrasarkanajā diapazonā, var panākt, izlaižot lāzera starojumu caur plazmas slāni bez būtiskas absorbcijas. Augstu lāzera komunikācijas efektivitāti un uzticamību caur plazmas slāni nodrošina arī šaurjoslas filtrēšana otrajā filtra blokā 26 un sistēmas klātbūtne Doplera frekvences izmaiņu augstas precizitātes izsekošanas un starpfrekvences stabilizēšanai, izmantojot lāzeru. frekvences maiņas vienības.
Pamatojoties uz piedāvātā lāzerlokatora izstrādes materiāliem, tika veikti eksperimentāli pētījumi, kas apstiprināja piedāvātās lokatoru sistēmas darbības efektivitātes pieaugumu. attēlā. 3 un 4 parāda raksturīgo skatu uz telpisko spektru starpfrekvences signālam no pirmās fotouztvērēja bloka 4 izejas, ko veido akustiski-optiskais modulators 19 un lēca 20 tā fokusa plaknē, apvienojumā ar vadāmās plaknes plaknēm. telpiskais filtrs 22 un trešā fotouztvērēja bloka 27 gaismjutīgais laukums, ar kura palīdzību tiek reģistrēti uzrādītie dati telpiskie spektri. attēlā. 3. attēlā parādīts pirmās starpfrekvences signāla telpiskais spektrs, kura vērtību nosaka labās difrakcijas kārtas attālums, kas atspoguļo faktisko saņemtā lāzera starojuma spektru, no spektrālā zīmējuma centrālā punkta. Iegūtais spektrs ir simetrisks, jo akustiski optiskais modulators darbojās lineārās difrakcijas režīmā. attēlā. 4. attēlā parādīts līdzīgs saņemtā lāzera starojuma telpiskais spektrs ar palielinātu iegūtās pirmās starpfrekvences vērtību, piemēram, ieviešot pirmā heterodīna lāzera starojuma papildu frekvences nobīdi, ko veic lāzera pirmais frekvences pārveidotājs. starojums 10. Šajā gadījumā palielinās pirmās difrakcijas kārtas attālums no simetriskā spektra raksta centra. Norādītā attāluma vērtība ļauj novērtēt novērojamā kosmosa objekta kustības ātruma izmaiņas un nodrošināt objekta augstas precizitātes izsekošanu un saņemto signālu šaurjoslas filtrēšanu otrajā spektrālo filtru blokā 26. Zīm. . 5. attēlā parādīts saņemtā lāzera starojuma svārstību telpiskais spektrs, kas izveidots ar iepriekš minēto metodi trešās fotouztvērēja bloka 27 gaismjutīgajā vietā un iegūts, kad teleskopa 1 ass atrodas netālu no spēcīga fona traucējumu avota, piemēram, , pie saules diska saņemot dienas apstākļos. Attēlā parādīts. 5, augsto ārējo traucējumu līmeni piedāvātajā lāzerlokatorā var samazināt, iepriekš filtrējot saņemto lāzera starojumu, izmantojot dinamisko spektrālo filtru 30, kas papildus tiek ievadīts lāzerlokatora uztverošajā optiskajā ceļā.
Jāpiebilst, ka piedāvātajā lāzerlokatorā ir iespējams izmantot un realizēt vairākus optimālus algoritmus lāzera atrašanās vietas signālu uztveršanai un apstrādei, nodrošinot lāzera lokācijas kompleksa paaugstinātu efektivitāti kosmosa un zemes objektu izsekošanai un ieviešot drošu un nepārtrauktu komunikāciju. ar šiem objektiem sarežģītos traucējumu apstākļos.
Informācijas avoti
M. Ross, Lāzeruztvērēji, M.: “Nauka”, 1969, 156. lpp.
Vācijas patents, h. Nr.2819320, 1979.g.
Lāzera attāluma izd. N.D. Ustinova, M.: “Mašīnbūve”, 1984, 230. lpp.
Lāzera attāluma izd. N.D. Ustinova, M.: “Mašīnbūve”, 1984, 245. lpp., (prototips). Oriģināls: Appl. Izvēlēties. 1979. gads; v. 18, Nr.3, r. 290.
Mustels E.R., Parigins V.N. Gaismas modulācijas un skenēšanas metodes. M.: “Zinātne”, 1970
Balakšijs V.I., Parigins V.N., Čirkovs L.E. Akustiskās optikas fiziskie pamati. M.: Radio un sakari, 1985, (219.-234. lpp.); (134.-167. lpp.).
Balakšijs V.I., Mankevičs S.K., Parigins V.N. un citi Quantum Electronics, 12. sēj., 4. nr., 1985, 743.–748.
1. Lāzerlokators, kas satur teleskopu, kas uzstādīts secīgi uz pirmās optiskās ass ar vadības bloku, kas savienots ar vadības bloku, pirmo lēcu, pirmo fotouztvērēja bloku, kura izeja ir savienota ar spektrālo filtru bloku, ar pievienotām izejām. vadības blokam, lāzera raidītājam, lāzera lokālajam oscilatoram un blokfrekvences mērījumiem, lāzera raidītāja izeja ir optiski savienota ar teleskopu un, izmantojot caurspīdīgus un atstarojošus spoguļus, ar frekvences mērīšanas bloka pirmo optisko ieeju, kura otrā optiskā ieeja caur caurspīdīgu spoguli ir optiski savienota ar lāzera lokālā oscilatora optisko izeju, lāzera raidītāja, lāzera lokālā oscilatora vadības ieejas un izejas frekvences mērīšanas ierīces ir savienotas ar vadības bloku, kas raksturīgs ar to, ka pirmais vadāms vājinātājs, pirmā lāzera frekvences maiņas iekārta, pirmā lāzera starojuma skenēšanas vienība tiek ieviesta virknē, optiski savienota caur atstarojošu un diviem caurspīdīgiem spoguļiem, kuru optiskā izeja ir optiski savienota ar pirmās fotouztvērēja bloka optisko ieeju, otrais vadāmais vājinātājs, otrs lāzera starojuma frekvences maiņas bloks, otrs lāzera starojuma skenēšanas bloks, kura optiskā izeja caur diviem caurspīdīgiem spoguļiem ir optiski savienota ar pirmās fotodetektora vienības optisko ieeju, pirmās un otrās kontrolētās ierīces optiskās ieejas vājinātāji ir optiski savienoti caur caurspīdīgiem spoguļiem ar lāzera lokālā oscilatora optisko izvadi, trešais kontrolētais vājinātājs, trešais lāzera frekvences pārslēgšanas bloks un trešais lāzerskenēšanas bloks, kas secīgi uzstādīts uz otrās optiskās ass, optiski savienots akustiski optiskais modulators ar vadības bloks, otrs objektīvs, pirmais caurspīdīgais spogulis, vadāms telpiskais filtrs, trešais objektīvs, otrs caurspīdīgs spogulis, otrs fotouztvērējs, kura izeja ir savienota ar otrā spektrālo filtru bloka ieeju, kas savienota ar vadības bloks, akustiski-optiskā modulatora optiskā ieeja ir optiski savienota caur atstarojošu spoguli un caurspīdīgu spoguli ar lāzera lokālā oscilatora optisko izeju, trešā lāzera skenēšanas bloka starojuma optiskā izeja ir optiski savienota caur atstarojošu spogulis un otrs caurspīdīgs spogulis otrā fotodetektora bloka optiskajai ieejai, trešā kontrolētā vājinātāja optiskā ieeja ir optiski savienota ar lāzera lokālā oscilatora optisko izeju, trešā fotodetektora bloka, kura optiskā ieeja ir savienota caur pirmais caurspīdīgais spogulis otrā objektīva optiskajai izejai un izeja, kas savienota ar fotouztvērēja bloka vadības bloku, kas savienota ar vadības bloku, kā arī pirmais un otrais tālvadības spogulis tiek ievadīti, mehāniski savienoti ar kustības bloku, kura vadības ieeja ir savienota ar vadības bloku, dinamisko spektrālo filtru, kura optiskā ieeja ir caur pirmo skenēšanas spoguli un pirmo tālvadības spoguli, kas optiski savienots ar teleskopa optisko izeju, dinamiskā spektrālā filtra optiskā izeja caur otro skenēšanas spoguli un otro tālvadības spoguli ir optiski savienots ar pirmā objektīva optisko ieeju, pirmā un otrā skenēšanas spoguļa vadības elektrodi ir savienoti ar skenēšanas spoguļa vadības bloku, kura ieeja ir savienota ar vadības ierīci. bloks, un dinamiskā spektrālā filtra vadības ieeja ir pievienota vadības blokam, vājinātāji ir savienoti ar vadības bloku, lāzera starojuma frekvences pārslēgšanas bloku un lāzera starojuma skenēšanas bloku vadības ieejas ir pievienotas vadības blokam.
2. Lāzera lokators saskaņā ar 1. punktu, kas raksturīgs ar to, ka lāzera starojuma frekvences maiņas blokā ir optiski savienota ievades diafragma, akustiski-optiskā šūna ar vadības bloku, pirmā lēca, precīza diafragma, otra lēca un izvads. diafragma, kas montēta secīgi uz optiskās ass, ar Šajā gadījumā akustiski-optiskās šūnas vadības elektrods ir savienots ar akustiski-optiskās šūnas vadības bloku.
3. Lāzerlokators saskaņā ar 1. punktu, kas raksturīgs ar to, ka lāzera starojuma skenēšanas bloks ir izgatavots uz akustiski-optiskas šūnas bāzes, kurā tiek ierosināti ultraskaņas viļņi, nodrošinot lāzera starojuma izplatīšanās virziena maiņu.
4. Lāzerlokators saskaņā ar 1. punktu, kas raksturīgs ar to, ka dinamiskais spektrālais filtrs ir izgatavots uz akustiski-optiskas šūnas bāzes, kurā tiek ierosināti ultraskaņas viļņi, kas mijiedarbojas ar uztverto lāzera starojumu, kas iet caur šūnu.
// 2565340
Izgudrojums attiecas uz optiskā attāluma noteikšanas jomu un attiecas uz impulsa lāzera attāluma noteikšanas sistēmu. Sistēmā ietilpst impulsu lāzers, divas vienas ass skenēšanas ierīces, akustiski-optiskais deflektors, izejas optiskā sistēma, skaitļošanas ierīce, akustiski-optiskā deflektora vadības bloks, prizmas staru sadalītājs, mērīšanas kanāls, fotodetektoru masīvs. , fotodetektoru un optisko šķiedru saišķu masīva objektīvs.
Izgudrojums attiecas uz video datu straumes ģenerēšanas jomu ar rotējoša sektora fotodetektoru. Metodes pamatā ir signālu ģenerēšana no gaismjutīgiem elementiem, kas uzstādīti virs rotējošā sensora laukuma, to turpmāka organizēšana telpiskās diferenciācijas kodolos, kuru izejas signāli tiek pakļauti analogai-digitālai pārveidei un to tālākai ciparu apstrādei. . Gaismas jutīgie elementi tiek uzstādīti secīgi vienādos attālumos viens no otra uz lokiem ar diskrētiem rādiusiem no Rmin līdz Rmax uz rotējošā sensora laukuma, kuram ir nošķelta apļa sektora forma, kas vērsta uz lielāko pusi uz ārpusi. rotācijas diametrs. Fotostrāvas no gaismjutīgiem elementiem pastiprina līdzstrāva un ierobežo frekvenču josla atkarībā no fotoelementu jutības un sensora griešanās ātruma. Iekšējais troksnis tiek samazināts līdz minimumam, un katra gaismjutīgā elementa signāla pārraides kanālu amplitūdas-frekvences raksturlielumi tiek samazināti līdz minimumam, pēc tam veidojot telpiskās diferenciācijas kodolus, no kuriem signāli tiek pakļauti analogai-digitālai pārveidei un sekojošai ciparu apstrādei. Tehniskais rezultāts ir uzlabota attēla kvalitāte. 2 n.p. f-ly, 6 slim.
Lāzerlokators satur sistēmu automātiskai uztvertā un heterodīna lāzera starojuma viļņu frontes izsekošanas un kontroles sistēmai lāzerlokatora fotouztvērēja bloka gaismjutīgās zonas plaknē. Tajā pašā laikā lāzerlokators satur sistēmu uztvertā lāzera starojuma Doplera frekvences nobīdes izsekošanas un kompensācijas nodrošināšanai, izsekojot ātri kustīgus kosmosa objektus. Ļoti efektīva saņemto lāzera diapazona noteikšanas signālu apstrāde, izmantojot optiskās heterodinēšanas metodi, tiek realizēta, pamatojoties uz augstas precizitātes akustiski optiskiem frekvences pārbīdes elementiem un lāzera starojuma skenēšanu. Tehniskais rezultāts ir lāzera mērīšanas sistēmas efektivitātes pieaugums kustīgu attālu kosmosa objektu izsekošanas apstākļos, palielināta iespēja pareizi noteikt kustīgus objektus spēcīga fona trokšņa apstākļos. 4 alga f-ly, 5 slim.
2017. gada 22. maijsMūsdienās arvien lielāku popularitāti gūst gaismas noteikšanas un diapazona noteikšanas tehnoloģija - LIDAR (Light Identification Detection and Ranging). Mūsu eksperti seko līdzi nozares attīstībai un ir sagatavojuši šai tehnoloģijai veltīta raksta apskatu.
Tehnoloģijas papildinās kameras un radarus autonomajos transportlīdzekļos
Pilnībā autonomi nākotnes transportlīdzekļi būs balstīti uz dažādu sensoru tehnoloģiju kombināciju - progresīvām redzes sistēmām, radaru un gaismas noteikšanas un attāluma noteikšanas sistēmām (lāzera lokators). No trim lāzera lokators ir līdz šim visdārgākā vienādojuma daļa, un visā pasaulē tiek pieliktas pūles, lai šīs cenas pazeminātu.
Mehāniskie lāzerlokatori tagad ir pieejami tirgū un maksā simtiem dolāru. Šie skaitļi ir jāsamazina, lai elastīgajā automobiļu rūpniecībā būtu attaisnojama plaša lāzerlokatoru izmantošana.
Papildus cenas faktoram lāzerlokatoru piegādātājiem ir jāpierāda savu produktu augstā veiktspēja un uzticamība. Uzlabotām vadītāja palīdzības sistēmām un automatizētai braukšanai nepietiek ar 99% uzticamību. Automobiļu ražošanas kritiskajos (no drošības viedokļa) aprīkojumam ir jāpierāda "sešu deviņu" uzticamība - 99,9999%.
Nevar pārvērtēt progresīvu tehnoloģiju nozīmi autotransportā. Intel ierosinātais 15,3 miljardu dolāru darījums, lai iegādātos Izraēlas datoru redzes pārdevēju Mobileye, ir labs piemērs tam. Mikroshēmu ražotājs un Mobileye pagājušajā gadā sadarbojās ar BMW, lai sadarbotos autonomo transportlīdzekļu tehnoloģiju jomā.
Lāzerlokators ir šīs tehnoloģijas galvenā sastāvdaļa, un investori tur savus makus plaši atvērtus jaunuzņēmumiem, kas strādā pie šīs tehnoloģijas. 2017. gada martā investori ieguldīja 10 miljonus ASV dolāru TetraVue, Karlsbādas štatā, Kalifornijas štatā bāzētajā lāzerlokatora startā. Investoru sarakstā ir Foxconn, Nautilus Venture Partners, Robert Bosch Venture Capital un Samsung Catalyst Fund.
Palo Alto, Kalifornijā bāzētais pašbraucošo automašīnu programmatūras starta uzņēmums Autonomic ir piesaistījis aptuveni 11 miljonus ASV dolāru no Ford Motor un Social Capital. Četri no līdzdibinātājiem iepriekš strādāja Pivotal Labs.
Tehnoloģiju virzītājspēki
Technavio prognozē, ka globālajā automobiļu lāzera diapazona sensoru tirgū CAGR līdz 2020. gadam būs vairāk nekā 34% (1. attēls). Tirgus izpētes firma lēš, ka lāzerlokatoru tirgus 2015. gadā bija 61,61 miljons ASV dolāru, ar lielāko pieprasījumu Eiropas/Tuvo Austrumu/Āfrikas reģionos un Amerikā.
2016. gada jūnijā uzņēmums publiski publicēja ziņojumu “Globālais automobiļu lāzera attāluma sensoru tirgus 2016-2020”, un atjauninās šo ziņojumu šī gada trešajā ceturksnī.
“Lāzera diapazona noteikšanas tehnoloģija automobiļu rūpniecībā piedzīvo strauju attīstību gan tehnoloģiskā progresa, gan tirgus dinamikas rezultātā.”, - norāda Sidharts Džeisvals, viens no Technavio vadošajiem automobiļu elektronikas pētniecības nozares analītiķiem.
Starp galvenajiem Technavio nosaukumiem:
- Samaziniet izmaksas, lai palielinātu mērogu. Lāzerlokatoru ražotāji strādā, lai samazinātu sistēmas izmaksas, izmantojot efektīvas apstrādes metodes un atsevišķos gadījumos pozicionējot produktus katram klientu segmentam atsevišķi: "64 staru Velodyne HDL-64E lāzera attāluma mērīšanas ierīces cena, kas tiek izmantota Google pašpiedziņas automašīnā, maksā 80 000 USD," - paziņo Jaiswal.“Velodyne piedāvā arī 32 staru un 16 staru lāzera diapazona vienības, kuru cena ir attiecīgi USD 40 000 un USD 8 000, ko var izmantot izmaksu ziņā efektīvākos projektos. Mēs sagaidām, ka lāzera attāluma noteikšanas tehnoloģija sekos radaru pēdās automobiļu rūpniecībā, kur cenai ir bijusi galvenā loma tirgū. Tāpēc tirgus spēlētājiem cena ir galvenais faktors..
- Kompakts dizains. Velodyne pirmais lāzera attāluma sensors, kas tika izlaists 2005. gadā, bija tik liels un smags (tas svēra aptuveni 5 kilogramus), ka tas bija jāatrodas uz automašīnas jumta. Sensors tagad sver mazāk nekā kilogramu, un cietvielu versija ir pietiekami maza, lai ietilptu automašīnā.
- Sensoru kombinācija. Tehnoloģiju tendence apvienot attēla sensorus ar lāzera attāluma sensoru ir bijusi populāra pētniecības tēma jau vairāk nekā desmit gadus. Izvade kļūst uzticamāka, ja kombinācijas rezultātā tiek iegūta informācija no viena sensora, kas apstiprina informāciju no cita veida sensora. Tomēr, ja dati no viena sensora nesakrīt ar datiem no otra, sistēma kļūst neuzticama.
- Lāzerlokatoru izmantošana ārpus transportlīdzekļiem, lai pārvaldītu ceļu īpašumus. Ceļu novērtēšanas stāvokļa apsekojumi (TRACS) tika ieviesti Anglijas maģistrālo ceļu tīklā 2000. gadā. Apvienotās Karalistes Ceļu aģentūra TRACS pētījuma ietvaros regulāri veic automatizētus automaģistrāļu seguma stāvokļa apsekojumus. Lāzerlokators tiek izmantots, lai izmērītu attālumu līdz sensoram, un tas potenciāli var sniegt datus par objektiem, kas atrodas daudz lielākā attālumā no apsekojuma transportlīdzekļa nekā TRACS apsekojumā.
1. attēls.
Avots: Technavio
“Lāzerlokators ir ļoti izdevīgā pozīcijā starp autonomās braukšanas sensoriem”, saka Džeisvals. "360 grādu karte ir tās galvenā atšķirība no citām sensoru tehnoloģijām, un tās spēja noteikt objektus pat tad, ja nav gaismas, ir atradusi savu vietu oriģinālo iekārtu ražotāju vidū. Turklāt skaidrs cenu kritums pašpiedziņas automašīnas visdārgākajai sastāvdaļai, lāzera attāluma sensoru blokam, visticamāk, novedīs pie automobiļu lāzera attāluma noteikšanas sensoru pieņemšanas. Piemēram, 2016. gadā Velodyne prezentēja savu jauno ULTRA Puck VLP-32A lāzerlokatoru. Tiek uzskatīts, ka tas ir vispieejamākais lāzera radars, kas spēj sasniegt autonomas braukšanas līmeni no 1 līdz 5, kā to nosaka SAE (Automotive Engineers) un ir arī ļoti kompakts salīdzinājumā ar iepriekšējām nozares produktu versijām. Pateicoties tā cietvielu arhitektūrai, sensors ir pietiekami mazs, lai to varētu uzstādīt uz ārējiem atpakaļskata spoguļiem, un 3D sensora diapazons ir paplašināts līdz 200 metriem (656 pēdām). Velodyne ir noteicis mērķa cenu, kas ir mazāka par 300 USD par vienību, kas automobiļu apjoma mērogā ir ievērojams cenas samazinājums salīdzinājumā ar iepriekšējās kompaktās lāzerlokācijas ierīces cenu 7900 USD..
Turklāt lāzerlokatoru var izstrādāt, izmantojot pārbaudītas pusvadītāju procesa tehnoloģijas, un cietvielu versijai nav kustīgu daļu.
"Lāzera lokators tiek uzskatīts par galveno tehnoloģiju precīzai 3D kartēšanai, "transportlīdzekļa sajūtai" un navigācijai.", - norāda Pjērs Kambu, Yole Developpement attēlveidošanas direktors. “Notiek veiktspējas un izturības konkurence, izmantojot īsviļņu infrasarkanās (SWIR) diodes, lavīnu fotodiodes vai viena fotona lavīnu fotodiodes. Lielas pūles tiek pieliktas arī cenu samazināšanai. Tas galvenokārt ir paredzēts lāzera lokatora pusvadītāju izgatavošanai, izmantojot kontrolētus lāzerus, MEMS mikrospoguļus vai detektoru blokus.".
Bet Kambu atzīmēja, ka autonomai braukšanai ir dažādas pieejas, un lāzerlokators nav nepieciešams katram no tiem. “Lāzera lokators ir bezpilota transportlīdzekļu pamataprīkojums, ko es labprātāk saucu par robotizētiem transportlīdzekļiem. Nākotnē būs daudz autonomijas līmeņu. Lāzera lokators var būt nepieciešams avārijas bremzēšanai pilsētvidē, iespējams, kopā ar radaru un kamerām. Šī multimodālā pieeja tagad ir skaidri definēta. Neviens to neapšauba.".
Lāzerlokatoru tirgus pieaugs, cenām samazinoties no 600 miljoniem ASV dolāru šodien līdz 1,2 miljardiem ASV dolāru nākamo piecu gadu laikā (2. attēls). "Šodien ir trīs ieejas punkti automobiļu rūpniecībā: $ 3000, $ 300 un $ 30.", viņš teica. "Kameras pašlaik ir 30 ASV dolāru cenu līmenī, un lāzera lokators ir 3000 ASV dolāru cenu līmenī. Lāzerlokatoru ražotāju mērķis tagad ir samazināt cenu un sasniegt 300 USD mērķi bez būtiskiem veiktspējas zudumiem. Šādi lāzerlokatori, kas, iespējams, ir balstīti uz cietvielu pieejām, parādīsies tirgū nākamo trīs gadu laikā..
Šī ir neliela daļa no redzes sensoru tirgus. "Šeit ir vienprātība, ka ieguvumi no automobiļu radara un automobiļu redzamības ir gandrīz vienādi, taču vīzija ir 50% uzlabota vadītāja palīdzības sistēma (ADAS) un 50% parkošanās palīgsistēma," sacīja Kambu. “2016. gadā mēs sasniedzām 1 miljardu ASV dolāru automobiļu redzes sensoru pārdošanas apjomā ar 24% CAGR. Augstākā cena ir 7,3 miljardu ASV dolāru ieņēmumi no automobiļu redzes sensoriem līdz 2021. gadam.
2. attēls.
Avots: Yole Development
Kas darbojas un kas ne
Amins Kaši, Siemens meitasuzņēmuma Mentor Graphics uzlabotas vadītāja palīdzības un autonomās braukšanas direktors, sacīja, ka interese par lāzerradariem sākās pirms vairāk nekā desmit gadiem, jo tajā laikā radaru augstās izmaksas, kas katrs maksāja 500 USD. Lāzera lokatori toreiz bija ārkārtīgi dārgi, līdz USD 260 000 par vienību.
"Pirms trīs gadiem vairāki uzņēmumi vai jaunuzņēmumi sāka interesēties par lāzerlokatoru jomu un investēt tajā.", saka Kaši. "Katrs lielākais uzņēmums pēkšņi investēja lāzerlokatoru uzņēmumos vai iegādājās tos.".
Šie uzņēmumi ietvēra Continental un TRW. Kashi iepriekš strādāja Quanergy Systems, kas izstrādāja mehānisku lāzera lokatoru, un tagad strādā pie fāzēta masīva lāzera lokatora. Quanergy cietvielu lāzera lokatora mazumtirdzniecības cena ir 250 USD.
Tikmēr Mentor Graphics nodrošina oriģinālo iekārtu ražotājiem un lieliem uzņēmumiem aparatūras, programmatūras un dizaina pakalpojumus lāzerlokatoru nozarē. "Mēs piedāvājam arī attēlu apstrādes programmatūru, kas var darboties ar viņu sensoriem. Galu galā visiem sensoriem jābūt kaut kādā veidā savienotiem. Ir vajadzīga skaitļošanas platforma vai sistēma, kas ņem visu šo dažādo informāciju un padara to saprotamu lēmumu pieņemšanas sistēmai. Šeit ir mūsu interese.".
"Kameras, lāzerlokatori un radari papildina viens otru, kompensējot katras tehnoloģijas trūkumus.", viņš teica. "Tas ir ļoti svarīgi, jo lāzerlokators var būt mazāk efektīvs miglā, zemos mākoņos, smilšu vētrā, stiprā lietū un stiprā sniegā."
"Joprojām ir nepieciešami ļoti augstas izšķirtspējas sensori, ko izmanto autonomos transportlīdzekļos.", atzīmēja Amins Kaši. “Ir daudz uzņēmumu, kas strādā ar lāzera attāluma noteikšanas tehnoloģijām, ir daudz jaunuzņēmumu, un tiem ir ļoti pārliecinošas koncepcijas. Būs interesanti redzēt, vai viņu ceļš uz komercializāciju ir veiksmīgs. Daži no tiem ir pilnīgi neoriģināli, taču pāriet no lieliskas koncepcijas uz automobiļu līmeņa sensoru ir ļoti grūts uzdevums. Un tas prasa lielus ieguldījumus.".
Dažādu lāzera attāluma noteikšanas tehnoloģiju salīdzināšana ne vienmēr ir vienkārša, un pieaugošā konkurence tos nepadara vieglāk.
"Tur ir daudz maldinošas informācijas", - paziņo Luai Eldada, startup Quanergy izpilddirektors. "Ir cilvēki, kas ražo tradicionālos mehāniskos lāzerlokatorus: lielus, griežamu mehānisko lāzerlokatorus, ko izmanto helikopteros, un viņi tos sauc par hibrīdiem cietvielu, jo tajos pusvadītāju saturs nav nulle. Tā ir tikai mānīšana."
Šādiem izstrādājumiem ir viena maza mikroshēma produktā, kura izmērs ir spainis, sacīja Eldada. “Automobiļu rūpniecībā neviens vairs neizmanto mehāniskos lāzerlokatorus. Mēs esam pārliecināti, ka mūsu cietvielu lokators ir aizraujošākā attīstība šajā jomā."
Pagājušajā gadā Quanergy savā otrajā investīciju kārtā saņēma 90 miljonus ASV dolāru, līdz ar to kopējās privātās investīcijas sasniedza 150 miljonus ASV dolāru un uzņēmuma vērtība pieauga līdz vairāk nekā vienam miljardam ASV dolāru. Delphi Automotive, GP Capital, Motus Ventures, Samsung Ventures un Sensata Technologies veica ieguldījumus otrajā investīciju kārtā.
XenomatiX ir vēl viens jaunuzņēmums, kas specializējas cietvielu lāzera lokatoros. "Startup uzņēmumi tagad ir vadošie virzieni attīstībā, kas tiek uzskatīta par nepieciešamu autonomai braukšanai.", - paziņoja Filips Gajens, Beļģijas uzņēmuma izpilddirektors. "Daži lielie uzņēmumi tērē daudz naudas un iegulda lielus līdzekļus, lai iegūtu sensorus un programmatūru, kas nepieciešama autonomai braukšanai. Lielākā daļa šo uzņēmumu no tehnoloģiju viedokļa virzās tajā pašā virzienā. Mēs sagaidām, ka viņi visi saskarsies ar ievērojamiem izaicinājumiem. Savukārt mēs ejam citā virzienā un darām lietas nedaudz savādāk. Mēs uzskatām, ka tas ir labākais veids, kā pārvarēt grūtības.".
"XenomatiX cenšas atbrīvoties no dezorientācijas lāzerradaru sistēmās, jo daudzas sistēmas izmanto tiešu lidojuma laiku, izstarojot vienu gaismas staru vai vienu gaismas zibspuldzi.", - paziņoja Gajens. “Metode, kuru mēs izmantojam, ir izsūtīt tūkstošiem staru vienlaikus. Tas ir diezgan grūti. Mēs arī ievērojam drošības pasākumus, lai aizsargātu jūsu acis. Šī ir vissvarīgākā grūtība, kas mums visiem ir vienāda. Mēs vienlaikus izstarojam daudzus starus, un tas visu padara vēl grūtāku. No otras puses, tas padara sistēmu uzticamāku reālos apstākļos, kur vienlaikus darbojas vairāki lāzerradari.
Daži uzņēmumi apgalvo, ka autonomai braukšanai pietiek ar kamerām un radariem, taču Gajens tā nedomā. Viņš apgalvo, ka braukšana ar automašīnu notiek tilpuma pasaulē, un lāzerlokators ir neaizstājams, lai uztvertu visos virzienos.
Tirgus apjukums
Viens no lielākajiem izaicinājumiem nozarē ir piedāvājums un pieprasījums starp oriģinālo iekārtu ražotājiem un vadošajiem uzņēmumiem. Oriģinālo iekārtu ražotāji sagaida, ka vadošie uzņēmumi nodrošinās tiem nepieciešamās uzlabotās tehnoloģijas, savukārt vadošajiem uzņēmumiem ir vajadzīgas pārbaudītas tehnoloģijas, pirms tās var iepazīstināt ar oriģinālo iekārtu ražotājiem. Saskaņā ar daudziem nozares speciālistiem, auto detaļu piegādātāji nevēlas uzņemties lielas pētniecības un izstrādes izmaksas, ja oriģinālā aprīkojuma ražotāji nav saistīti ar iepirkuma apjomu.
"Intel gaidāmā Mobileye iegāde ir nozīmīgs solis uz priekšu augsto tehnoloģiju produktu ieviešanā automobiļu rūpniecībā.", - norāda Gajens.
Konkurence ceļā uz pašbraucošiem transportlīdzekļiem un tehnoloģisko jauninājumu apjoms, kas nepieciešams, lai to sasniegtu, maina dažas iepriekš izmantotās pieejas.
"Šobrīd lāzera attāluma noteikšanas tehnoloģija ir pilnīgi jauna tehnoloģiju saplūšana.", - uzskata Žans Īvs Dešens, Kvebekas uzņēmuma Phantom Intelligence prezidents. "Šo apvienošanos virza automobiļu rūpniecība.".
Pirms pieciem līdz desmit gadiem lāzerlokatoru galvenokārt izmantoja arhitektūras, kartēšanas un militāriem nolūkiem. Bloki izskatījās kā milzīgas, apjomīgas ierīces ar milzīgu skaitu spoguļu.
“Daudzi meklē risinājumu”, viņš teica. “Nesenie pētījumi un uzņēmumi, par kuriem mēs daudz dzirdam, tagad cenšas nomainīt šos spoguļus. Mēs atkārtojam lāzerlokatora skenēšanas principu, izmantojot MEMS spoguļus un staru vadību. Daudzas kartēšanas metodes virzās šajā virzienā. Mēs uzskatām, ka Phantom Intelligence risinājums ir zibspuldzes lāzera radara izmantošana. Zibspuldzes lāzera lokators ir vairāk kā 3D kameras analogs. Šaura stara vietā, kas pakāpeniski šķērso redzes lauku, lai rekonstruētu attēlu, lāzera impulss mirgo lielā laukumā, un attēla rekonstrukcijai tiek izmantoti daudzi pikseļi..
"Lāzerlokatora trūkums ir atbalss, kas atgriežas sensorā", - pamanīju Dešenes, atbalsta to, ko viņš sauc par “gudrāku” signālu apstrādi. Viņš uzskata, ka būs pieci autonomās braukšanas līmeņi, paredzot, ka pilnībā autonomie transportlīdzekļi parādīsies 2025. gadā un plaši tiks izmantoti 2030. gadā.
Reālais lietu stāvoklis
Lāzerlokators ir plaši pazīstama tehnoloģija, kas beidzot ir atradusi ienesīgu pielietojumu tirgū.
"Pats lāzera attāluma noteikšanas princips, ar impulsu raidītā gaisma un lidojuma laika atbalss nav daudz mainījušies", sacīja viens nozares avots. "Fizikālais princips nekad nav mainījies kopš tā izgudrošanas 40 gadus. Izmaiņas drīzāk skar komponentus un sistēmas integrāciju. Pamatprincipā nav izmaiņu".
Avots atzīmēja, ka zibspuldzes lāzera lokators tika izstrādāts pēdējos piecus gadus, un šajā laikā tas ir ieguvis līdzības ar CMOS sensoru. “Flash lāzera lokatora tehnoloģija ir joma, kurai jāpievērš pastiprināta uzmanība. Tas nodrošina ļoti lētu risinājumu, bet ne augstu veiktspēju.".
Kevins Vatsons, Microvision vecākais produktu izstrādes vadītājs (Redmonda, Vašingtona), nepiekrīt. "Es nedomāju, ka tas dos nekādus rezultātus", viņš teica par zibspuldzes lāzera lokatoru. "Daudzus gadus MEMS spoguļu lāzerskeneri ir uzskatīti par lāzera atrašanās vietas noteikšanas ierīču svēto grālu, jo tie ir neticami mazi, salīdzinoši lēti ražot lielos daudzumos un ļoti uzticami. Turklāt tie ir pietiekami kompakti, lai varētu ievietot dažus gabalus jūsu automašīnā..
Vatsons lāzerlokatoru sauc par "svarīgāko sensoru" automobiļu elektronikā. Redzes sistēmas ir lieliskas, taču tās ir pilnīgi pasīvas, un lāzerlokators ir aktīvs.. Taču lāzerlokatoram ir arī savi ierobežojumi. Radars var atpazīt sienu, un tam ir liels darbības rādiuss, kas spēj darboties miglā, taču lāzera attālums un redze var tikt sajaukti. “Līdz ceturtā autonomijas līmeņa sasniegšanai (pirms augstākā līmeņa) vēl ir tālu”, - paziņoja Vatsons. "Tas netiks īstenots nākamos desmit gadus. Tā ir ļoti, ļoti nopietna problēma. Vēl ir pārāk daudz darāmā".
Kā jēdziens lidars pastāv jau vairākus gadu desmitus. Tomēr interese par šo tehnoloģiju pēdējos gados ir strauji pieaugusi, jo sensori kļūst mazāki un sarežģītāki, un paplašinās produktu ar lidar tehnoloģiju pielietojuma joma.
Vārds lidar ir LIDAR (Light Detection and Ranging — gaismas noteikšanas un diapazona noteikšanas sistēma) transliterācija. Šī ir tehnoloģija informācijas iegūšanai un apstrādei par attāliem objektiem, izmantojot aktīvās optiskās sistēmas, kas izmanto gaismas atstarošanas un izkliedes parādības caurspīdīgos un caurspīdīgos datu nesējos. Lidar kā ierīce ir līdzīga radaram, tāpēc tā pielietojums ir novērošana un noteikšana, bet radioviļņu vietā, piemēram, radars, tas izmanto gaismu, ko vairumā gadījumu rada lāzers. Termins lidars bieži tiek lietots aizvietojot ar terminu ladar, kas apzīmē lāzera noteikšanu un diapazona noteikšanu, lai gan saskaņā ar Džo Buka, Coherent Technologies, kas ir daļa no Lockheed Martin kosmosa sistēmu nodaļas, pētījumu menedžeris, šie divi jēdzieni ir atšķirīgi. tehniskais skatījums ir dažādas. “Kad skatāties uz kaut ko tādu, ko varētu uzskatīt par mīkstu objektu, piemēram, daļiņas vai aerosolu gaisā, eksperti mēdz izmantot lidaru, kad viņi runā par šo objektu noteikšanu. Kad skatāties uz blīviem, cietiem objektiem, piemēram, automašīnu vai koku, jūs mēdzat lietot terminu ladars. Nedaudz vairāk informācijas par lidaru no zinātniskā viedokļa skatiet sadaļā “Lidar: kā tas darbojas”.
"Lidars ir bijis pētījumu objekts daudzus gadu desmitus kopš tā ieviešanas 60. gadu sākumā," turpināja Buks. Taču interese par to kopš šī gadsimta sākuma ir manāmi augusi, pirmkārt, pateicoties tehnoloģiskajam progresam. Viņš minēja sintētiskās diafragmas attēlveidošanas piemēru. Jo lielāks ir teleskops, jo augstāku objekta izšķirtspēju var iegūt. Ja jums ir nepieciešama ārkārtīgi augsta izšķirtspēja, jums var būt nepieciešama daudz lielāka optiskā sistēma, kas var nebūt ļoti praktiska no praktiskā viedokļa. Sintētiskā diafragmas attēlveidošana atrisina šo problēmu, izmantojot kustīgu platformu un apstrādājot signālus, lai iegūtu faktisko apertūru, kas var būt daudz lielāka par fizisko diafragmu. Sintētiskie apertūras radari (SAR) ir izmantoti daudzus gadu desmitus. Tomēr tikai 2000. gadu sākumā sākās praktiskas sintētiskās apertūras optiskās attēlveidošanas demonstrācijas, neskatoties uz to, ka lāzeri jau tolaik tika plaši izmantoti. “Reāli bija nepieciešams vairāk laika, lai izstrādātu optiskos avotus, kuriem būtu pietiekama stabilitāte plašā regulējumu diapazonā... Materiālu, gaismas avotu un detektoru (lieto lidaros) uzlabojumi turpinās. Tagad jums ir ne tikai iespēja veikt šos mērījumus, bet arī tos veikt mazās vienībās, kas padara sistēmas praktiskas izmēra, svara un enerģijas patēriņa ziņā.
Pēc Lockheed Martin domām, interese par lidaru pieauga šī gadsimta sākumā, protams, pateicoties tehnoloģiju attīstībai. Fotoattēlā Lockheed Martin WindTracer sistēma apsargā Minhenes lidostu
Tāpat kļūst vieglāk un praktiskāk vākt datus no lidara (vai informāciju, ko apkopojis lidars). Tradicionāli tas ir savākts no gaisa kuģu sensoriem, saka Niks Rozengartens, BAE Systems Ģeotelpiskās izmantošanas produktu grupas vadītājs. Tomēr mūsdienās sensorus var uzstādīt uz sauszemes transportlīdzekļiem vai pat mugursomās, kas ietver cilvēku datu vākšanu. "Tas paver virkni iespēju, tagad datus var vākt gan iekštelpās, gan ārpus tām," skaidroja Rozengartens. Mat Morris, Textron Systems ģeotelpisko risinājumu vadītājs, norāda, ka "lidars ir patiesi pārsteidzošs datu klāsts, jo tas sniedz tik plašu Zemes virsmas detaļu. Tas nodrošina daudz detalizētāku un, tā teikt, niansētāku attēlu nekā DTED (Digital Terrain Elevation Data) tehnoloģija, kas sniedz informāciju par zemes virsmas augstumu noteiktos punktos. Iespējams, viens no visspēcīgākajiem lietošanas gadījumiem, ko esmu dzirdējis no mūsu militārajiem klientiem, ir tas, kad viņi izvietojas nepazīstamā reljefā, jo viņiem ir jāzina, kur viņi dosies... uz jumta vai pāri žogam. DTED dati neļauj jums to redzēt. Jūs pat neredzēsit ēkas."
Moriss atzīmēja, ka pat daži tradicionālie augstas izšķirtspējas reljefa punktu augstuma dati neļaus jums redzēt šīs funkcijas. Taču lidars ļauj to izdarīt tā “pozīcijas piķa” dēļ — termins, kas raksturo attālumu starp pozīcijām, ko var precīzi parādīt datu kopā. Lidara gadījumā “pozīcijas soli” var samazināt līdz centimetriem, “lai varētu precīzi zināt ēkas jumta augstumu vai sienas augstumu vai koka augstumu. Tas patiešām paaugstina trīsdimensiju (3D) situācijas izpratnes līmeni. Turklāt lidara sensoru izmaksas samazinās, kā arī to izmērs, padarot tos pieejamākus. “Pirms desmit gadiem lidara sensoru sistēmas bija ļoti lielas un ļoti dārgas. Viņiem bija liels enerģijas patēriņš. Taču, attīstoties un pilnveidojoties tehnoloģijām, platformas kļuva ievērojami mazākas, samazinājās enerģijas patēriņš un palielinājās to radīto datu kvalitāte.
Pilsētas ainava, ko ģenerē Textron programmatūras rīks Lidar Analyst. Tas ļauj izpētīt reljefu, iegūt 3D ainavas un parādīt informāciju 3D vizualizācijas programmās
Lidara attēlu sērija, kas uzņemta, izmantojot BAE Systems lietojumprogrammu SOCET GXP. Lidara datiem var veikt mozaīku (secīgu attēlu vākšanu) neatkarīgi no tā, kā tie tika iegūti
Moriss sacīja, ka galvenais lidara lietojums militārajā jomā ir 3D plānošanā un kaujas apmācībā. Piemēram, viņa uzņēmuma Lidar Analyst produkts lidojuma apstākļu simulēšanai ļauj lietotājiem uzņemt lielu datu apjomu un "ātri ģenerēt šos 3D modeļus, pēc tam viņi var ļoti precīzi plānot savas misijas". Tas pats attiecas uz operācijām uz zemes. Moriss paskaidroja: "Mūsu produkts tiek izmantots, lai plānotu iebraukšanas un izbraukšanas maršrutus mērķa apgabalā, un, tā kā avota datiem ir augsta izšķirtspēja, tas var nodrošināt ļoti precīzu redzes līnijas analīzi."
Kopā ar Lidar Analyst Textron ir izstrādājis attēlu analīzes programmatūras produktu RemoteView, kura klientu vidū ir ASV militārās un izlūkošanas aģentūras. RemoteView programmatūra var izmantot dažādus datu avotus, tostarp lidara datus. BAE Systems nodrošina arī ģeotelpiskās analīzes programmatūru, kuras galvenais produkts šeit ir SOCET GXP, kas nodrošina dažādas iespējas, tostarp lidar datu izmantošanu. Turklāt Rozengartens skaidroja, ka uzņēmums ir izstrādājis GXP Xplorer tehnoloģiju, kas ir datu pārvaldības lietojumprogramma. Šīs tehnoloģijas ir diezgan piemērotas militārām vajadzībām. Piemēram, Rozengartens minēja rīku helikoptera nosēšanās zonas aprēķināšanai, kas ir daļa no SOCET GXP programmatūras. "Tas var izmantot lidara datus un sniegt lietotājiem informāciju par vietām uz zemes, kas var būt pietiekama helikoptera nolaišanai." Piemēram, tas var viņiem pateikt, vai ceļā ir vertikāli šķēršļi, piemēram, koki: "Cilvēki var izmantot šo rīku, lai noteiktu apgabalus, kas varētu būt vispiemērotākie kā evakuācijas punkts humanitāro krīžu laikā." Rozengartens arī uzsvēra “teselācijas” tehnikas potenciālu, kad no noteikta apgabala tiek savāktas vairākas lidara datu kopas un “sašūtas” kopā. Tas ir iespējams, pateicoties “Lidara sensora metadatu paaugstinātajai precizitātei, ja tos apvieno ar programmatūru, piemēram, BAE Systems SOCET GXP lietojumprogrammu, kas var pārvērst metadatus precīzos apgabalos uz zemes, kas aprēķināti, izmantojot ģeotelpiskos datus. Process ir balstīts uz lidara datiem un nav atkarīgs no datu vākšanas veida.
Lockheed Martin saskata iespējamos militāros pielietojumus savai WindTracer tehnoloģijai. Šis ir komerciāls produkts, kas izmanto lidaru vēja bīdes mērīšanai lidostās. Līdzīgu tehnoloģiju var izmantot militārajā sfērā, lai uzlabotu gaisa pilienu precizitāti. Attēlā ir WindTracer sistēma Dubaijas lidostā
Kā tas darbojas: lidar
Lidars darbojas, apgaismojot mērķi ar gaismu. Lidar var izmantot redzamo, ultravioleto vai tuvu infrasarkano gaismu. Lidara darbības princips ir vienkāršs. Objekts (virsma) tiek apgaismots ar īsu gaismas impulsu, un tiek mērīts laiks, pēc kura signāls atgriežas avotā. Lidar izšauj ātrus, īsus lāzera gaismas impulsus uz objektu (virsmu) ar ātrumu līdz 150 000 impulsiem sekundē. Ierīces sensors mēra laika intervālu starp gaismas impulsa pārraidi un tā atstarošanu, pamatojoties uz nemainīgu gaismas ātrumu, kas vienāds ar 299 792 km/s. Izmērot šo laika periodu, jūs varat aprēķināt attālumu starp lidaru un atsevišķu objekta daļu un tādējādi izveidot objekta attēlu, pamatojoties uz tā stāvokli attiecībā pret lidaru.
Vēja bīde
Tikmēr Baka kungs norādīja uz Lockheed Martin WindTracer tehnoloģijas iespējamiem militāriem pielietojumiem. Komerciālā WindTracer tehnoloģija izmanto lidaru vēja bīdes mērīšanai lidostās. To pašu procesu var izmantot militārajā jomā, piemēram, precīziem gaisa pilieniem. “Jums ir jānomet krājumi no diezgan liela augstuma, tāpēc jūs novietojat tos uz paletēm un nometat no izpletņa. Tagad paskatīsimies, kur viņi nolaižas? Jūs varat mēģināt paredzēt, kur viņi dosies, bet problēma ir tā, ka, nolaižoties lejā, vēja bīde maina virzienu dažādos augstumos," viņš skaidroja. – Un kā tad prognozē, kur palete piezemēsies? Ja jūs varat izmērīt vēju un optimizēt trajektoriju, tad jūs varat piegādāt krājumus ar ļoti augstu precizitāti.
Lidar tiek izmantots arī uz zemes izvietotos bezpilota transportlīdzekļos. Piemēram, robotizēto zemes transportlīdzekļu (AHA) ražotājs Roboteam ir izveidojis rīku ar nosaukumu Top Layer. Tā ir 3D kartēšanas un autonomas navigācijas tehnoloģija, kas izmanto lidaru. Top Layer izmanto lidar divos veidos, saka Roboteam izpilddirektors Šahars Abuhazira. Pirmais ļauj kartēt slēgtās telpas reāllaikā. "Dažreiz pazemes vidē ar video nepietiek, piemēram, tas var būt pārāk tumšs vai putekļu vai dūmu dēļ ir pasliktināta redzamība," piebilda Abuhazira. “Lidar iespējas ļauj jums izkļūt no situācijas ar nulles orientāciju un izpratni par apkārtni... tagad tas kartē telpu, kartē tuneli. Jūs uzreiz varat saprast situāciju, pat ja neko neredzat un pat ja nezināt, kur atrodaties."
Otrs lidar lietojums ir tā autonomija, palīdzot operatoram jebkurā brīdī uzraudzīt vairāk nekā vienu sistēmu. "Viens operators var kontrolēt vienu AHA, bet ir divi citi AHA, kas vienkārši izseko cilvēka kontrolēto ierīci un seko tai automātiski," viņš paskaidroja. Tāpat karavīrs var iekļūt telpā, un ANA viņam vienkārši seko, kas nozīmē, ka nav nepieciešams paiet malā, lai vadītu transportlīdzekli. "Tas padara darbību vienkāršu un intuitīvu." Roboteam lielākajam AHA Probot ir arī lidars, kas palīdz nobraukt lielākus attālumus. “Jūs nevarat prasīt, lai operators trīs dienas pēc kārtas nospiež pogu... jūs izmantojat lidara sensoru, lai vienkārši sekotu karavīriem vai sekotu transportlīdzeklim vai pat automātiski pārvietotos no viena punkta uz otru, lidar šajās situācijās. palīdzēs izvairīties no šķēršļiem." Abuhazira nākotnē sagaida lielus sasniegumus šajā jomā. Piemēram, lietotāji vēlējās situāciju, kurā cilvēks un ANA mijiedarbojas kā divi karavīri. "Jūs nekontrolējat viens otru. Jūs skatāties viens uz otru, zvanāt viens otram un rīkojaties tieši tā, kā jums vajadzētu rīkoties. Es ticu, ka savā ziņā mēs iegūsim šāda līmeņa komunikāciju starp cilvēkiem un sistēmām. Tas būs efektīvāk. Es uzskatu, ka Lidars mūs virza šajā virzienā.
Roboteam TopLayer programmatūra ļauj AHA kartēt slēgtās telpas reāllaikā. Dažreiz šādos apstākļos nepietiek ar video ierakstīšanu: var būt vai nu tumšs, vai arī nepietiekama redzamība putekļu un dūmu dēļ
Iesim pazemē
Abuhazira arī cer, ka lidara sensori uzlabos darbību bīstamā pazemes vidē. Lidara sensori sniedz papildu informāciju, kartējot tuneļus. Turklāt viņš atzīmēja, ka dažkārt mazā un tumšā tunelī operators var pat nenojaust, ka AHA ved nepareizā virzienā. “Lidar sensori darbojas kā reāllaika GPS un ļauj procesam justies kā videospēlei. Jūs varat redzēt savu sistēmu tunelī, jūs zināt, kurp dodaties reāllaikā.
Ir vērts atzīmēt, ka lidara sensori ir vēl viens datu avots, un tos nevajadzētu uzskatīt par tiešu radara aizstājēju. Buks atzīmēja, ka abu tehnoloģiju viļņu garumos ir lielas atšķirības, kurām ir savas priekšrocības un trūkumi. Bieži vien labākais risinājums ir izmantot abas tehnoloģijas, piemēram, veicot vēja mērījumus, izmantojot aerosola mākoni. Optisko sensoru īsāki viļņu garumi nodrošina labāku virziena noteikšanu salīdzinājumā ar garākiem RF sensoru (radaru) viļņu garumiem. Tomēr divu veidu sensoru atmosfēras pārraides īpašības ir ļoti atšķirīgas. “Radars spēj iekļūt noteikta veida mākoņos, ar kuriem Lidaram būtu grūti tikt galā. Bet, piemēram, miglā lidars var darboties nedaudz labāk nekā radars.
Rozengartens teica, ka lidara apvienošana ar citiem gaismas avotiem, piemēram, pankromatiskajiem datiem (kur attēls tiek veidots, izmantojot plašu gaismas viļņu diapazonu), sniegs pilnīgu priekšstatu par pētāmo apgabalu. Labs piemērs šeit ir helikoptera nosēšanās laukuma noteikšana. Lidars var skenēt apgabalu un teikt, ka tai ir nulles slīpums, neņemot vērā, ka tas patiesībā skatās uz ezeru. Šāda veida informāciju var iegūt, izmantojot citus gaismas avotus. Rozengartens uzskata, ka nozare galu galā koncentrēsies uz tehnoloģiju apvienošanu, apvienojot dažādus vizuālo un citu gaismas datu avotus. "Tā atradīs veidus, kā visus datus apvienot vienā lietussargā... Precīzas un visaptverošas informācijas iegūšana ir ne tikai lidara datu izmantošana, bet arī sarežģīts uzdevums, kas ietver visas pieejamās tehnoloģijas."
Pamatojoties uz materiāliem no vietnēm:
www.nationaldefensemagazine.org
www.lockheedmartin.com
www.baesystems.com
www.textron.com
www.robo-team.com
www.robotshop.com
www.Geo-Plus.com
www.nplus1.ru