ЛАЗЕРНАЯ СИСТЕМА ТЕЛЕОРИЕНТАЦИИ С ПОВЫШЕННОЙ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬЮ Российский патент 1998 года по МПК G01S1/70 

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для формирования информационного поля лазерных систем телеориентации и навигации, оптической связи и может использоваться при управлении, посадке и стыковке летательных аппаратов, проводке судов через узости или створы мостов, дистанционном управлении робототехническими устройствами в опасных для человека зонах и т. д.

Для формирования информационного поля (ИП) лазерной системы телеориентации (ЛСТ) широко используются устройства, основанные на пространственном кодировании светового поля модулирующим растром (заявка 1395246, Великобритания, заявл. 17.10.72, опубл. 21.05.75, кл. НЧD, G 01 S 1/70).

Однако такой аппаратуре присущи значительные световые потери на модулирующем растре, а применение телескопической оптической системы с переменным увеличением увеличивает вес и габариты системы. Кроме того, закон изменения программной дальности телескопа рассчитывается под заданный тип управляемого объекта, что ограничивает возможности применения.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство формирования ИП ЛСТ (прототип), основанное на поэлементном сканировании лазерного пучка с "иглообразной" диаграммой направленности (заявка 2133652, Великобритания, заявл. 14.11.83, N 8330302, опубл. 24.07.84, кл. F 41 G 7/00, G 01 S/70, НКИ НЧD; Семенков В.П., Чижевский О.Т. Перспективы создания многоканальных лазерных систем телеориентации управляемых объектов. Научно-технический сборник "Боеприпасы и спецхимия", сер. Боеприпасы. - М.: ЦНИИМТИК ПК, 1995, в. 5-6, с. 26-30). В таком устройстве лазерный пучок совершает возвратно-поступательное сканирование вначале по одной координате с дискретным переходом по ортогональной координате после завершения каждого возвратно-поступательного движения лазерного пучка, а затем, после заполнения лазерным излучением прямоугольного растра, направление сканирования меняется на ортогональное. Выделение координат управляемого объекта в ИП ЛСТ основано на измерении временного интервала между двумя принимаемыми лазерными системами во время возвратно-поступательного сканирования лазерного пучка по фотоприемному устройству (ФПУ) управляемого объекта.

При сканировании лазерным пучком по ФПУ управляемого объекта на его выходе формируется видеоимпульс, длительность которого определяется временем τ заполнения акустической волной световой апертуры дефлектора и для реальных применений составляет величину 10-20 мкс. Следовательно, спектр сигнала ФПУ расположен в низкочастотной области 0-(50-100) кГц. При движении управляемого объекта в поле зрения ФПУ могут попасть естественные и искусственные оптические источники помехи, которые уменьшают отношение сигнал/шум и снижают точность и надежность управления. Кроме того, чувствительность ФПУ уменьшают и низкочастотные шумы предусилителя ФПУ.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости ЛСТ.

Цель достигается тем, что в известную лазерную систему телеориентации, включающую последовательно соединенные лазер и двухкоординатный акустооптический дефлектор с блоком управления, выходы которого подключены к управляющим входам дефлектора, введены управляемый акустооптический фильтр, размещенный между лазером и двухкоординатным дефлектором, и генератор радиоимпульсов со скважностью радиоимпульсов, равной двум, выход которого соединен с управляющим входом акустооптического фильтра.

Использование новых оптико-электронных блоков и связей выгодно отличает предлагаемое устройство, так как спектр используемых сигналов расположен выше спектра помех, что в 2-3 раза увеличивает энергетический потенциал системы в неблагоприятных условиях и повышает помехоустойчивость к естественным и искусственным помехам.

Изобретение поясняется фиг. 1 - 3.

На фиг. 1 представлена блок-схема лазерной системы телеориентации.

Лазерная система телеориентации содержит лазер 1, включающий лазерный излучатель 2 и, в некоторых случаях, оптическую систему 3, управляемый акустооптический фильтр 4, двухкоординатный акустооптический дефлектор 5, включающий коллиматор 6 и две акустооптические ячейки дефлектора 7 и 8, а также генератор радиоимпульсов 9 для управления акустооптическим фильтром 4 и блок 10 управления дефлектором 5.

Лазерный пучок излучателя 2 проходит оптическую систему 3, управляемый акустооптический фильтр 4, коллиматор 6 и акустооптические ячейки 7 и 8 дефлектора 5.

Управление акустооптическим фильтром осуществляется генератором радиоимпульсов 9, выход которого соединен с управляющим входом фильтра 4.

Управление дефлектором 5 осуществляется блоком управления дефлектором (БУД) 10, входы которого соединены с управляющими входами акустооптических ячеек (АОЯ) 7 и 8.

БУД 10 формирует перестраиваемые во времени высокочастотные сигналы F_z и F_y, подаваемые на АОЯ 7 и 8 дефлектора 5, под воздействием которых лазерный пучок излучателя 2, проходя дефлектор 5, отклоняется по двум координатам, образуя в пространстве растр ИП. Вид растра определяется законом изменения частот управления F_z и F_y и может, например, иметь траекторию движения лазерного пучка, как и в прототипе, представленную на фиг. 3.

Генератор радиоимпульсов 9 формирует сигнал управления F_m, подаваемый на управляющий вход акустооптического фильтра 4, под воздействием которого параметры оптического пучка излучателя 2 изменяются таким образом, что на выходе дефлектора 5 сканируемый лазерный пучок оказывается промодулированным по интенсивности с частотой F_m.

При использовании в качестве излучателя 2 твердотельного излучателя с ламповой накачкой на выходе излучателя может быть установлена оптическая система 3, представляющая собой, в простейшем случае сферическую линзу, фокус которой находится в рабочей области акустооптического фильтра 4. Она необходима для уменьшения размеров лазерного пучка и, следовательно, повышения частоты модуляции F_m.

При использовании в качестве излучателей 2 твердотельных излучателей с продольной лазерной диодной накачкой лазерный пучок может иметь диаметр 0,2-0,3 мм и линза 2 может отсутствовать.

В качестве АОЯ дефлектора 5 могут быть использованы АОЯ со светозвукопроводом из оптически активного анизотропного кристалла парателлурита (TeO₂), обеспечивающие сканирование поляризованных лазерных пучков видимого и ближнего ИК-спектров и имеющие световую апертуру до 10-15 мм. В этом случае целесообразно в качестве оптического фильтра использовать акустооптический фильтр с анизотропной дифракцией, рассчитанный на длину волны используемого лазера. Для лазеров видимого и ближнего ИК-спектра в качестве кристалла светозвукопровода акустооптического фильтра 4 можно использовать кристалл парателлурит.

Выполнение акустооптического фильтра из парателлурита обеспечивает переключение поляризации падающего на него лазерного пучка при углах падения ± 1,5 - 2^o, что не требует его юстировки по отношению к падающему лазерному пучку. Так как на выходе акустооптического фильтра поляризация лазерного пучка принимает два ортогональных направления, а дефлектор 5 также является анизотропным, т. е. требует на входе строго заданной поляризации лазерного пучка, то выходной сканируемый лазерный пучок является модулированным по интенсивности.

Конструкцию акустооптического фильтра целесообразно выбрать такой, чтобы падающий и прошедший лазерные пучки были нормальны, соответственно, к входной и выходной граням фильтра, при этом будет отсутствовать излом оптических путей в системе.

В АОЯ 7 и 8 дефлектора 5, а также в акустооптическом фильтре 4 широко используются срезы кристалла парателлурита, имеющие скорость акустических волн V_a ≈ 650 м/с. Для ЛСТ, содержащей лазер на АИГ : Nd с продольной диодной накачкой и диаметром выходного лазерного пучка 0,2 мм и дефлектором со световой апертурой 9 мм, получим время установления акустической волны в светозвукопроводах акустооптического фильтра 4 и АОЯ 7 и 8, соответственно: τ_ф= 0,3мкс; τ = 13,8мкс.

Следовательно, наибольшая частота модуляции F_m для выше указанных параметров равна F_м= (2τ_ф)^-1= 1,66 МГц. Принимаемый ФПУ управляемого объекта сигнал будет содержать серию коротких импульсов, число которых в серии определяется временем сканирования лазерного пучка по ФПУ, фиг. 2а,б, а центральная частота спектра принимаемого сигнала будет равна 1,66 МГц.

Генератор 9 для управления акустооптическим фильтром 4 формирует радиоимпульсы с центральной частотой F_o, длительностью радиоимпульса τ_p= 1/2F_м и скважностью 2. Центральная частота F_o генератора 9 определяется геометрией акустооптического взаимодействия фильтра и может составить, например, 40 МГц.

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для формирования информационного поля лазерных систем телеориентации. Лазерная система телеориентации содержит последовательно соединенные лазер и двухкоординатный акустооптический дефлектор, которым управляет блок управления. Между лазером и акустооптическим дефлектором введен акустооптический фильтр, к входу управления которого подключен генератор радиосигналов со скважностью радиоимпульсов, равной двум. 3 ил.

Лазерная система телеориентации с повышенной помехоустойчивостью, включающая последовательно соединенные лазер и двухкоординатный акустооптический дефлектор, а также блок управления дефлектором, выходы которого подключены к управляющим входам дефлектора, отличающаяся тем, что в нее введен управляемый акустооптический фильтр, размещенный между лазером и двухкоординатным дефлектором, и генератором радиоимпульсов со скважностью радиоимпульсов, равной двум, выход которого соединен с управляющим входом акустооптического фильтра.