СПОСОБ НАВЕДЕНИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОБЪЕКТ Российский патент 1995 года по МПК G01S17/00 

Изобретение относится к лазерной локации и может быть использовано при создании средств точного наведения лазерного излучения на объект.

Известен способ наведения лазерного излучения на объект, заключающийся в сканировании поля обзора лазерным лучом с помощью подвижного зеркала, регистрации интенсивности светового потока, отраженного от объекта, формировании сигналов управления, пропорциональных составляю- щим ошибки наведения в двух взаимно перпендикулярных направлениях, и коррекции ориентации зеркала.

К недостаткам известного способа относится необходимость работы в активном режиме для получения отраженных от цели сигналов и формирования сигналов управления, а также малая точность, вызванная необходимостью постоянного перенацеливания оси лазерного излучения.

Наиболее близким к изобретению является способ наведения лазерного излучения на объект, заключающийся в формировании изображения объекта, его регистрации, формировании первого и второго сигналов управления, первый из которых используют для формирования заданной диаграммы направленности излучения, формировании дополнительного светового потока с длиной волны излучения, отличной от лазерного излучения, формировании юстировочного светового потока путем прохождения дополнительного светового потока через резонатор излучателя и его регистрации, формировании третьего управляющего сигнала путем обработки зарегистрированного юстировочного светового потока, возбуждении активной среды при совпадении первого и третьего управляющих сигналов с использованием второго управляющего сигнала, причем формирование заданной диаграммы направленности осуществляют путем внутрирезонаторной селекции направлений по первому и третьему управляющим сигналам.

К недостаткам этого способа относится низкое быстродействие, обусловленное необходимостью формирования дополнительного и юстировочного световых потоков, а также низкая точность, связанная с использованием для формирования и регистрации юстировочного светового потока отражения дополнительного светового потока от вносимого в оптический тракт контррефлектора. При этом повороты зеркал и вносимые контррефлектором угловые искажения приводят к смещению юстировочного потока в плоскости регистрации относительно регистрируемого изображения объекта и к различию в угловом положении составляющих юстировочного светового потока и соответствующих им направлений возбуждаемых угловых мод лазерного излучения.

Целью изобретения является повышение точности наведения.

Это достигается тем, что при способе наведения лазерного излучения на объект, включающем формирование изображения объекта в пассивном режиме и генерацию лазерного излучения в направлении наиболее яркой точки объекта путем формирования заданной диаграммы направленности с внутрирезонаторной селекцией направлений в лазере, формирование изображения объекта в пассивном режиме осуществляют через невозбужденную активную среду лазера, определяют угловые размеры изображения объекта, разделяют этот поток излу- чения от изображения объекта на N (N≥4) парциальных световых потоков, сравнивают по мощности парциальные световые потоки в пределах угловых размеров изображения объекта и выбирают за направление на наиболее яркую точку объекта направление парциального светового потока максимальной мощности.

На чертеже представлена структурная схема устройства для осуществления предложенного способа наведения лазерного излучения на объект.

Устройство наведения лазерного излучения содержит оптический квантовый усилитель (ОКУ) с блоком управления 1, задающий лазер с активной средой 2, формирующий объектив 3, устройство изменения поляризации 4, пространствен- но-временной модулятор излучения (ПВМИ) 5, объектив переноса 6, фотоприемное устройство 7, устройство анализа парциальных сигналов 8, вычислитель 9, формирователь управляющих сигналов 10, блок возбуждения активной среды 11, светоделители 12, 13, поляризатор 14, диффузный рассеиватель с отражающим зеркалом 15.

Устройство работает следующим образом.

Излучение от объекта наведения проходит через невозбужденные ОКУ 1, активную среду задающего лазера 2. С помощью формирующего объектива 3 в плоскости ПВМИ 5 и оптически сопряженной с ней посредством объектива переноса 6 и светоделителя 13 плоскости регистрации изображения, совпадающей с фоточувствительной площадкой фотоприемного устройства 7, реализованного, например, на основе высокочувствительной телевизионной передающей камеры, регистрируется изображение объекта. Зарегистрированное изображение анализируется в вычислителе 9. При этом осуществляют селекцию изображения на окружающем его фоне и определяют угловые размеры объекты (υ_х,υ_y).

В плоскости устройства анализа парциальных сигналов 8, реализованного, например, на основе квадрантного позиционно-чувствительного фотоприемника, осуществляют регистрацию четырех световых парциальных потоков и определяют угловые координаты (θ_xy,θ_yy) энергетического центра изображения объекта.

Разделение потока излучения от объекта на парциальные потоки осуществляют посредством ПВМИ 5, реализованного, например, на основе матричного пространственно-временного модулятора в виде слоистой структуры из последовательно нанесенных на диэлектрическую подложку дихроичного диэлектрического зеркала, первой матрицы электродов, электрооптического кристалла, второй матрицы электродов. Такой матричный пространствен- но-временной модулятор обеспечивает разделение светового потока от объекта на парциальные световые потоки, каждый из которых соответствует одному из элементов матриц электродов при подаче управляющих сигналов на все элементы ПВМИ.

Формирование парциальных сигналов осуществляют путем модуляции состояния поляризации излучения, проходящего через ПВМИ 5 и устройство изменения поляризации 4, реализованное, например, на основе поляризатора и диэлектрической пластины, вращающей плоскость поляризации излучения на 45^о. Неполяризованное излучение от объекта при прохождении через поляризатор устройства изменения поляризации 4 преобразуют в линейно-поляризованное излучение. После прохождения линейно-поляризованного излучения через диэлектрическую пластину устройства изменения поляризации 4 плоскость поляризации излучения поворачивается на 45^о. Поляризатор 14 скрещен по отношению к состоянию поляризации, принятому от объекта потока излучения, прошедшего через устройство изменения поляризации 4. Поэтому при отсутствии управляющих сигналов от формирователя управляющих сигналов 10 излучение от объекта не поступает на устройство анализа парциальных сигналов 8.

При подаче управляющего сигнала на (ij)-й элемент матриц электродов ПВМИ 5 вследствие электрооптического эффекта состояние поляризации прошедшего через (ij)-й элемент ПВМИ 5 парциального светового потока изменяется, причем угол поворота плоскости поляризации зависит от приложенного между элементами первой и второй матриц электродов ПВМИ 5 напряжения, обусловленного управляющими сигналами. Если приложенное напряжение равно полуволновому напряжению для используемого электрооптического кристалла, то состояние поляризации изменится на ортогональное, и на устройство анализа парциальных сигналов 8 через поляризатор 14 пройдет максимальный по интенсивности парциальный световой поток. При определении угловых координат энергетического центра изображения с формирователя управляющих сигналов подают управляющие сигналы на все элементы ПВМИ 5 одновременно, формируя соответствующее число парциальных световых потоков.

После определения угловых размеров ( υ_х,υ_y) и угловых координат энергетического центра ( θ_xy,θ_yy) изображения объекта в вычислителе 9 определяют номера парциальных световых потоков (и соответствующие им номера элементов матриц электродов ПВМИ 5), угловое отклонение которых относительно величин координат энергетического центра изображения объекта не превышает углового размера объекта: θ_x-θ_xy < υ_x θ_y-θ_yц| < υ_y, где θ_x,θ_y угловые координаты парциального светового пучка.

Осуществляют последовательно формирование парциальных световых пучков, удовлетворяющих приведенному выражению, преобразуют их в соответствующие электрические парциальные сигналы в устройстве анализа парциальных сигналов 8 и сравнивают их между собой, определяя максимальный парциальный сигнал и соответствующий ему визирный парциальный световой поток.

Максимальный парциальный сигнал соответствует наиболее яркому фрагменту изображения. После определения углового положения визирного парциального светового пучка формируют диаграмму направленности лазерного излучения в направлении визирного парциального светового пучка путем подачи управляющих сигналов с формирователя 10 на соответствующий визирному парциальному световому пучку элемент матриц ПВМИ 5. Одновременно с вычислителя 9 подают управляющий сигнал на блок возбуждения активной среды 11 для осуществления возбуждения активной среды задающего лазера 2 и ОКУ 1. В результате этого в резонаторе задающего лазера, образованном элементами 2-5 и 12, 14, 15, возбуждается совокупность угловых мод излучения, отличающихся направлением распространения.

В силу того, что управляющие сигналы подают только на один элемент ПВМИ 5, соответствующий визирному парциальному световому потоку, изменение плоскости поляризации возбужденных мод задающего лазера при двукратном прохождении через ПВМИ 5 изменяется только для этого элемента и составляет 90^о. Дополнительный угол поворота 45^о, создаваемый при прохождении через диэлектрическую пластину устройства изменения поляризации 4, приводит к совпадению плоскости поляризации излучения соответствующих этому элементу возбужденных мод с плоскостью максимального пропускания поляризатора устройства 4.

Для остальных элементов ПВМИ 5 управляющие сигналы не формируются, поэтому поворота плоскости поляризации не происходит и все соответствующие этим элементам угловые моды гасят поляризатором устройства изменения поляризации 4. Таким образом, из всех угловых мод усилению в ОКУ 1 подвергаются только угловые моды, направление распространения которых соответствует визирному парциальному световому пучку, т.е. направлению на наиболее яркий фрагмент изображения объекта, по которому осуществляется наведение лазерного излучения на объект.

Изобретение повышает точность наведения вследствие того, что формирование изображения объекта осуществляется непосредственно через резонатор излучателя, что позволяет устранить ошибки, связанные с разъюстировками элементов оптического тракта, и исключить погрешности, связанные с формированием и регистрацией юстировочного светового потока.

Использование: в лазерной локации при создании устройств точного наведения лазерного излучения на объект. Сущность изобретения: повышение точности наведения лазерного достигается тем, что формирование изображения объекта в пассивном режиме осуществляют через невозбужденную активную среду лазера, определяют угловые размеры изображения объекта, разделяют поток излучения от изображения объекта на парциальные световые потоки, сравнивают их по мощности и выбирают за направление на наиболее яркую точку объекта направление парциального светового потока максимальной мощности, в котором осуществляют генерацию лазерного излучения. 1 ил.

СПОСОБ НАВЕДЕНИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОБЪЕКТ, включающий формирование изображения объекта в пассивном режиме и генерацию лазерного излучения в направлении наиболее яркой точки объекта путем формирования заданной диаграммы направленности с внутрирезонаторной селекцией направлений в лазере, отличающийся тем, что, с целью повышения точности наведения, формирование изображения объекта в пассивном режиме осуществляют через невозбужденную активную среду лазера, определяют угловые размеры изображения объекта, разделяют этот поток излучения от изображения объекта на N(N≥4) парциальных световых потоков, сравнивают по мощности парциальные световые потоки в пределах угловых размеров изображения объекта и выбирают за направление на наиболее яркую точку объекта направление парциального светового потока максимальной мощности.