СПОСОБ ЛАЗЕРНОЙ ЛОКАЦИИ И ЛАЗЕРНОЕ ЛОКАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК G01S17/00 

Изобретение относится к лазерной локации и дальней лазерной связи. Преимущественная область использования изобретения - лазерные локационные системы для обнаружения и распознавания удаленных воздушных и космических малоразмерных объектов с предельно малой эффективной отражающей поверхностью.

Для обнаружения малоразмерных удаленных объектов средствами радио и лазерной локации важнейшей проблемой является задача повышения эффективности и дальности действия локационных систем. Данная проблема решается путем повышения чувствительности приемного устройства и увеличения энергии в излучаемом передатчиком зондирующем сигнале. Возможности повышения чувствительности приемного устройства ограничены квантовым пределом, обусловленным квантовой природой электромагнитного излучения. Повышение энергии зондирующего излучения, формируемого передатчиком, приводит при использовании импульсных сигналов с короткой длительностью к увеличению мощности передатчика, которая также имеет физический предел, обусловленный лучевой прочностью направляющих оптических и антенно-фидерных систем, возможностью пробоя и самофокусировки излучения высокой мощности.

Известен способ повышения эффективности радиолокационной системы [1-6], основанный на использовании излучаемого зондирующего сигнала с большой длительностью Т и ограниченной мощностью Р_с. При этом энергия зондирующего сигнала Е_с пропорциональна его длительности Т: Е_с = Р_с•Т (Р_с = const).

В приемном устройстве (ПУ) осуществляют оптимальную обработку отраженного от объекта зондирующего электромагнитного сигнала [7], энергия которого на входе ПУ равна где χ - коэффициент ослабления излучения зондирующего сигнала, определяемый дальностью до объекта и характеристиками его отражающей поверхности.

При использовании оптимальной обработки принимаемого сигнала [7] величина D отношения сигнал/шум на выходе приемного устройства равна D=E_свх/G_o, где G_o - спектральная плотность мощности шума на входе ПУ.

Величина D характеризует эффективность РЛС и помехоустойчивость ПУ по отношению к действующим на входе ПУ аддитивным помехам и собственным шумам ПУ. Для аддитивных помех типа "белого шума" с мощностью помехи Р_пом=G_о•F, равномерно распределенной в полосе частот F спектра принимаемого сигнала, спектральная плотность помехи равна G_о= P_пом/F. Средняя мощность сигнала Р_свх=Е_свх/Т, а величина D равна:
D=E_свх/G_o=Р_свх•F•Т/Р_пом=Р_свх•В/Р_пом (1)
В соотношении (1) величина Р_свх характеризует чувствительность ПУ, равную величине мощности минимально-обнаружимого сигнала на входе ПУ; величина FТ = В - база зондирующего сигнала, характеризуемая произведением длительности сигнала на ширину его спектра F. Для достоверного обнаружения сигнала достаточно реализовать на выходе ПУ отношение сигнал/шум, равное D=D_o>2. Тогда уровень минимально-обнаружимого сигнала из (1) равен
Р_свх=Р_пом•D_о/В=Р_пом•2/FT (2)
С учетом из (2) можно получить допустимую величину ослабления χ зондирующего сигнала при условии его достоверного обнаружения для данных параметров локационной системы (ЛС)

Реализуемая величина возможного ослабления излучения зондирующего сигнала χ определяет предельную дальность действия РЛС и характеризует эффективность РЛС.

Таким образом, в известном способе повышение эффективности локационной системы χ (3) реализуется путем увеличения базы В=FТ сложных зондирующих сигналов и осуществлением специальной оптимальной обработки принимаемого сигнала, отраженного от объекта [7]. Сущность оптимальной обработки в классическом варианте [1-7] заключается в использовании согласованной фильтрации входного сигнала или в корреляционной обработке входного сигнала. В первом случае используется согласованная фильтрация входного сигнала Е_свх, при которой сигнал, отраженный от объекта, пропускают через согласованный фильтр, параметры которого согласованы с параметрами и формой излучаемого передатчиком зондирующего сигнала.

Во втором случае оптимальная обработка реализуется путем формирования взаимокорреляционной функции между точной копией зондирующего сигнала и принимаемым сигналом. В результате оптимальной обработки реализуют максимальное отношение D сигнал/шум на выходе ПУ, что и позволяет повысить эффективность локационной системы. Оба варианта реализации оптимальной обработки являются математически эквивалентными и отличаются одной особенностью: для реализации оптимальной обработки локационных сигналов необходимо знание точной копии параметров и формы излучаемого зондирующего сигнала с базой В=FT и сохранение параметров и формы этого сигнала на входе приемного устройства после отражения зондирующего излучения от объекта и распространения по трассе до объекта и обратно. Наличие такого условия для реализации оптимальной обработки локационных сигналов с большой базой В=FT является недостатком известного способа приема локационных сигналов. Данный недостаток обусловлен тем, что при значительном ослаблении зондирующего сигнала по трассе распространения и, соответственно, при малых уровнях принимаемого сигнала на входе ПУ изначальная форма зондирующего сигнала искажается, а параметры в общем случае изменяются. При этом величина отношения сигнал/шум D (1) на выходе ПУ уменьшается и стремится к нулю, что приводит к невозможности обнаружения объектов на большой дальности и к снижению эффективности локационной системы. Это особенно характерно для лазерной локации, в которой вследствие квантовой структуры светового поля происходит значительное искажение исходной формы зондирующего сигнала (например, длинного импульса), при котором на вход ПУ поступают отдельные группы фотонов или единичные фотоны, а исходная форма (структура) зондирующего сигнала полностью или частично теряется. Поэтому прямое использование классического способа оптимальной обработки локационных сигналов с использованием взаимокорреляционной обработки или согласованной фильтрации в лазерной локации и в оптическом и ИК-диапазонах длин волн является малоэффективным или вовсе невозможным.

Известный способ [6] повышения эффективности и разрешающей способности радиолокационных систем основан на использовании частотно-модулированного импульсного зондирующего сигнала и отличается тем, что прием отраженного импульса в приемном устройстве осуществляют с помощью согласованного с параметрами зондирующего сигнала укорачивающего (согласованного) оптимального фильтра, выполненного в виде линии задержки с линейной зависимостью времени задержки от частоты. К недостаткам данного способа следует отнести уменьшение чувствительности приемного устройства и снижение эффективности и дальности действия локационной системы при уменьшении интенсивности принимаемого сигнала до квантового уровня, при котором на входе приемного устройства искажается или полностью теряется форма исходного зондирующего импульсного сигнала. При этом при малых уровнях входного сигнала, отраженного от объекта, эффективность согласованной оптимальной фильтрации с помощью укорачивающего согласованного фильтра резко уменьшается и не обеспечивает возможности работы локационной системы на большой дальности и по малоразмерным объектам.

Известен способ оптимальной обработки лазерных локационных сигналов [8], основанный на облучении объекта зондирующим импульсным сигналом с длительностью τ_и, разделении интервала наблюдения Т, равном длительности сигнала τ_и, на ряд подинтервалов, подсчете одноэлектронных импульсов сигнала и шума на каждом подинтервале τ_i на входе энергетического фотоприемника (фотодетектора), результаты подсчета умножают на весовые коэффициенты, определяемые ожидаемыми величинами средних чисел сигнальных n_с и шумовых n_ш фотоэлектронов на подинтервале τ_i, полученные отсчеты суммируют, а сумму сравнивают с пороговой величиной и по превышении суммы порогового значения выносят решение о наличии объекта в соответствующей ячейке дальности. К недостаткам данного способа следует отнести невысокую чувствительность и низкую эффективность работы локационной системы при малых уровнях принимаемого сигнала на входе приемного устройства, приближающихся к уровню нескольких квантов, что обусловлено невозможностью точного знания величины весовых коэффициентов для оптимального счета сигнальных и шумовых фотоэлектронов. Данные весовые коэффициенты являются неизвестными величинами так же, как неизвестной является и форма сигнала на входе приемного устройства, которая определяется распределением чисел сигнальных фотонов n_с в пределах огибающей импульсного зондирующего сигнала, отраженного от объекта и поступающего на вход приемного устройства. Искажения и потеря информации о форме принимаемого сигнала на входе приемного устройства обусловлены квантовой структурой оптического сигнала. Этим обусловлена невысокая эффективность оптимальной обработки лазерных локационных сигналов на основе информации о форме импульсного сигнала на входе приемного устройства и связанного с этой формой распределения весовых коэффициентов. Следует отметить, что чувствительность данного способа обработки локационных сигналов ограничена чувствительностью используемых фотоприемников и не позволяет реализовать квантовый предел чувствительности, т.е. регистрировать однофотонные сигналы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является способ лазерной локации [9], выбранный в качестве прототипа. Данный способ заключается в формировании лазерного излучения, подсвете им объекта, приеме отраженного от объекта излучения, спектральной селекции и усиления его на рабочей длине волны λ_раб с помощью спектрального селектора - активного квантового фильтра (АКФ), определении пространственного угла приема оптического излучения, отраженного от объекта, и излучения на выходе АКФ, разделении потока излучения на парциальные потоки, установлении величины пространственного парциального угла приема каждого из парциальных потоков излучения, равной дифракционному углу приема сигналов на выходе АКФ, направлении каждого из парциальных потоков излучения на соответствующий парциальный фоточувствительный элемент многоэлементного матричного фотоприемника, измерении среднего уровня флуктуации спонтанного излучения в одном из пространственных парциальных углов приема на выходе АКФ, установлении режима работы АКФ, при котором средний уровень флуктуации спонтанного излучения на входе АКФ минимален, принятии решения о наличии объекта на основе сравнения уровней оптических сигналов на выходе АКФ с пороговым уровнем.

Данный способ лазерной локации, выбранный в качестве прототипа, позволяет реализовать предельную квантовую чувствительность приема сигналов, отраженных от объекта, но только для лазерных импульсов с короткой длительностью τ_имп, соответствующих полосе f_o усиления сигналов в квантовом усилителе - активном квантовом фильтре (АКФ)

Как показано в [9], при использовании импульсных оптических сигналов с большой длительностью τ_имп≫ τ_к чувствительность ПУ уменьшается в несколько раз по сравнению с предельной квантовой чувствительностью, реализуемой при использовании импульсных сигналов с короткой длительностью. Это является недостатком данного способа, так как не позволяет повысить эффективность лазерной локационной системы единственно возможным оставшимся путем, а именно путем увеличения длительности зондирующего импульсного лазерного излучения и повышения общей энергии в лазерном импульсе, формируемом лазерным передатчиком при одновременной реализации предельной, технически возможной средней импульсной мощности лазерного передатчика.

Указанный недостаток обусловлен тем, что в известном способе [9] осуществляют прямое интегрирование сигнала с выхода фотоприемника в пределах промежутка времени, соответствующего длительности зондирующего оптического импульсного сигнала. В этом случае при малой длительности сигнала реализуется предельная квантовая чувствительность, а при увеличении длительности сигнала происходит накопление собственных спонтанных шумов квантового усилителя, что и приводит к снижению чувствительности по сравнению с приемом короткого импульса.

В качестве прототипа для устройства, реализующего предлагаемый способ, выбрано устройство, реализующее способ-прототип [9].

Предлагаемый способ позволяет преодолеть недостатки известного способа лазерной локации [9] и реализовать прием лазерных импульсов большой длительности на уровне предельной квантовой чувствительности.

Достигаемым техническим результатом является увеличение эффективности и дальности действия лазерной локационной системы, реализация предельно высокой квантовой чувствительности приема лазерных импульсных сигналов с большой длительностью и высокой энергетической эффективностью.

Указанный новый технический результат достигается следующим.

1. В известном способе, заключающемся в формировании лазерного излучения, подсвете им объекта, приеме отраженного от объекта излучения, спектральной селекции и усилении его на рабочей длине волны λ_раб с помощью спектрального селектора - активного квантового фильтра (АКФ), разделении потока излучения на парциальные потоки, установлении величины пространственного парциального угла приема каждого из парциальных потоков излучения, равной дифракционному углу приема сигналов на выходе АКФ, направлении каждого из парциальных потоков с выхода АКФ на соответствующий парциальный фоточувствительный элемент многоэлементного фотоприемника (МФП) и принятии решения о наличии объекта на основе сравнения оптических сигналов на выходе АКФ с пороговым уровнем, одновременно с формированием лазерного излучения осуществляют его модуляцию по времени, формируют на основе промодулированного лазерного излучения оптический сигнал-аналог принимаемого излучения, определяют его длительность Т_а, преобразуют его в электрический сигнал-аналог принимаемого излучения и запоминают этот сигнал-аналог посредством блока памяти, осуществляют измерение статистического параметра оптического излучения на рабочей длине волны λ_раб в каждом парциальном пространственном угле приема на выходе АКФ посредством анализа сигналов на выходе МФП, определяют среднюю величину статистического параметра по всем пространственным парциальным углам приема на выходе АКФ, после этого во время приема излучения, отраженного от объекта, в каждом из парциальных углов приема на выходе АКФ определяют величину отклонения статистического параметра от средней величины данного статистического параметра и формируют функцию отклонения F(t) во времени, равную разности текущих значений статистического параметра и средней величины статистического параметра, осуществляют текущее суммирование во времени значений функции отклонения F(t) на интервале времени Т_c, равном длительности Т_а оптического сигнала-аналога принимаемого излучения, осуществляют сравнение полученной суммы Z₁ на интервале времени Т_с с первым заданным пороговым уровнем Р₁, одновременно формируют функцию взаимной корреляции K(t) между запомненным электрическим сигналом-аналогом принимаемого излучения и сформированной функцией отклонения F(t) на интервале времени Т_c, равном длительности Т_а оптического сигнала-аналога принимаемого излучения, осуществляют сравнение величины функции взаимной корреляции K(t) со вторым заданным пороговым уровнем Р₂, принимают решение о наличии объекта или при превышении суммой Z₁ первого заданного порогового уровня P₁, или превышении величиной функции взаимной корреляции K(t) второго заданного порогового уровня Р₂, или одновременном выполнении обоих этих условий в одном или одновременно в нескольких парциальных пространственных углах приема на выходе АКФ.

2. Модуляцию по времени сформированного лазерного излучения осуществляют путем изменения во времени величины поглощения оптического излучения внутри резонатора источника лазерного излучения на рабочей длине волны λ_раб, причем закон изменения во времени величины поглощения устанавливают в соответствии с изменением во времени сигнала модулирующего генератора.

3. Формирование оптического сигнала-аналога принимаемого излучения осуществляют путем ответвления части сформированного и промодулированного лазерного излучения, ответвленную часть излучения подвергают преобразованию по Фурье и ослабляют его в χ раз, причем коэффициент ослабления χ выбирают в соответствии с формулой

где L - предполагаемая дальность до объекта;
Q - расходимость лазерного излучения, сформированного источником лазерного излучения для подсвета объекта;
- площадь входного зрачка (апертуры) приемного телескопа, D_Т - диаметр приемного телескопа;
S_oб - предполагаемая эффективная площадь отражающей поверхности объекта;
ε_об - предполагаемый коэффициент отражения излучения поверхностью объекта;
ε₂ - коэффициент пропускания излучения в атмосфере на рабочей длине волны λ_раб, равный ε₂ = exp[-α_п•L_a], где α_п - спектральный коэффициент поглощения излучения атмосферой для рабочей длины волны λ_раб, L_a - длина предполагаемого пути распространения излучения в атмосфере до объекта и в обратном направлении от объекта;
ε₃ - коэффициент пропускания излучения в атмосфере, обусловленный рассеиванием на неоднородностях атмосферы на рабочей длине волны λ_раб, равный ε₃ = exp[-α_p.м•L_a], где α_p.м - коэффициент молекулярного рассеивания излучения в атмосфере на рабочей длине волны λ_раб.

4. В качестве статистического параметра оптического излучения используют число случайных выбросов амплитуды оптического излучения в единицу времени над произвольно выбранным фиксированным уровнем.

5. В качестве статистического параметра оптического излучения используют суммарную длительность случайных выбросов амплитуды оптического излучения в единицу времени над произвольно выбранным фиксированным уровнем.

6. В качестве единицы времени при измерении статистического параметра оптического излучения используют промежуток времени, равный или кратный постоянной времени активного квантового фильтра АКФ t_п, обратно пропорциональной величине f_o полосы квантового усиления АКФ: t_п=1/f_o.

7. Для формирования величин первого и второго заданных пороговых уровней P₁ и Р₂ направляют сформированный оптический сигнал-аналог принимаемого излучения на оптический вход АКФ, подвергают его спектральной селекции и усилению на рабочей длине волны λ_раб в АКФ, в каждом из парциальных пространственных углов приема на выходе АКФ определяют статистический параметр оптического излучения на рабочей длине волны λ_раб, определяют среднюю величину статистического параметра оптического излучения для всех парциальных пространственных углов приема на выходе АКФ, в одном из парциальных углов приема, соответствующем угловому направлению направленного на оптический вход АКФ оптического сигнала-аналога принимаемого излучения, определяют текущую величину отклонения во времени статистического параметра оптического излучения от средней величины данного статистического параметра как функцию времени и формируют функцию отклонения F₂(t), равную разности текущих значений S(t) статистического параметра и его средней величины S_о (F₂(t) = S(t)-S_о), осуществляют текущее суммирование во времени значений функции отклонения F₂(t) на интервале времени Т_с, равном длительности сформированного сигнала-аналога принимаемого излучения, полученную сумму Z₂ принимают за величину первого заданного порогового уровня Р₁= Z₂, одновременно с этим формируют функцию взаимной корреляции К₂ (t) между запомненным электрическим сигналом-аналогом принимаемого излучения и сформированной функцией отклонения F₂ (t) на интервале времени Δt, равном длительности Т_с сигнала-аналога принимаемого излучения Δt = T_c, определяют максимальное значение величины функции взаимной корреляции К₂(t) M₂ = max {K₂(t)} и полученную величину М₂ принимают за второй заданный пороговый уровень Р₂ = М₂.

8. В известное устройство, содержащее установленные на первой оптической оси источник лазерного излучения на рабочей длине волны λ_раб с блоком накачки, поворотное зеркало с приводом зеркала и блоком управления приводом зеркала, установленные на второй оптической оси приемный телескоп, входом связанный с поворотным зеркалом, первое отражательное зеркало с блоком перемещения, активный квантовый фильтр (АКФ) с блоком накачки и наполнения рабочим веществом, вогнутое зеркало, второе отражательное зеркало, поляризационный фильтр, интерференционный фильтр, многоэлементный фотоприемник (МФП) и блок обработки информации, выходы которого соединены с блоком накачки источника лазерного излучения, блоком накачки и наполнения рабочим веществом активного квантового фильтра, блоком управления приводом поворотного зеркала и блоком перемещения первого отражательного зеркала, введены блок формирования сигнала-аналога принимаемого излучения, блок определения статистических параметров, блок корреляционного анализа, блок суммирования, первый и второй пороговые блоки, первый и второй блоки измерения порогового уровня, блок измерения длительности, блок памяти, модулирующий генератор, при этом оптический вход блока формирования сигнала-аналога принимаемого излучения оптически связан с оптическим выходом источника лазерного излучения посредством первого полупрозрачного зеркала, оптический выход блока формирования сигнала-аналога принимаемого излучения связан с оптическим входом активного квантового фильтра посредством первого отражательного зеркала, а электрический выход блока формирования сигнала-аналога принимаемого излучения подключен ко входам блока памяти и блока определения длительности, выходы которых соответственно соединены со входами блока корреляционного анализа и блока обработки информации, управляющий вход блока формирования сигнала-аналога принимаемого излучения подсоединен к выходу блока обработки информации, выходы многоэлементного фотоприемника соединены со входами блока определения статистических параметров, управляющий вход которого подключен к выходу блока обработки информации, а выходы к блоку суммирования и к блоку корреляционного анализа, управляющий вход блока суммирования подключен к выходу блока обработки информации, а выход подключен к первому пороговому блоку и первому блоку измерения порогового уровня, выход которого подключен к первому пороговому блоку, а управляющий вход подсоединен к выходу блока обработки информации, управляющий вход блока корреляционного анализа подключен к выходу блока обработки информации, а выход подключен ко второму пороговому блоку и второму блоку измерения порогового уровня, выход которого подключен ко второму пороговому блоку, а управляющий вход подключен к выходу блока обработки информации, выходы первого и второго пороговых блоков подключены ко входам блока обработки информации, выход модулирующего генератора подключен к источнику лазерного излучения.

9. Источник лазерного излучения содержит расположенные последовательно на оптической оси оптически связанные первое зеркало резонатора источника лазерного излучения, активный лазерный элемент с блоком накачки, первый поляризатор, блок модуляции лазерного излучения, второй поляризатор и второе зеркало резонатора источника лазерного излучения, при этом блок модуляции лазерного излучения соединен с выходом модулирующего генератора.

10. Блок формирования сигнала-аналога принимаемого излучения содержит последовательно установленные на оптической оси от оптического входа до оптического выхода блока третье отражательное зеркало, Фурье-преобразующую линзу, диафрагму, блок ослабления излучения, первую формирующую линзу, второе полупрозрачное зеркало, регистрирующий фотоприемник, четвертое отражательное зеркало, вторую формирующую линзу и пятое отражательное зеркало, причем, управляющий вход блока ослабления излучения подключен к блоку обработки информации, а выход регистрирующего фотоприемника подключен к блоку памяти и блоку определения длительности.

11. Блок определения статистических параметров содержит ячейки определения параметров выбросов по числу парциальных элементов в многоэлементном фотоприемнике, ячейки вычитания по числу ячеек определения параметров выбросов, первый синхрогенератор, первый коммутатор, сумматор и ячейку деления, при этом входы ячеек определения параметров выбросов подключены к соответствующим выходам парциальных фоточувствительных элементов многоэлементного фотоприемника, а выходы подсоединены ко входам ячеек вычитания и входам первого коммутатора, вторые входы ячеек вычитания подключены к выходу ячейки деления, выход первого коммутатора через сумматор подключен ко входу ячейки деления, ячейки определения параметров выбросов соединены с выходом первого синхрогенератора, первый синхрогенератор и ячейки определения параметров выбросов соединены с блоком обработки информации, управляющий вход первого коммутатора соединен с блоком обработки информации.

12. В блоке определения статистических параметров ячейка определения параметров выбросов содержит последовательно соединенные амплитудный селектор, формирователь, первый и второй счетчики, подключенные к переключателю, стробирующий каскад и генератор счетных импульсов, при этом входы стробирующего каскада подключены к выходам генератора счетных импульсов и формирователя, а выход подключен ко второму счетчику, управляющие входы амплитудного селектора и первого и второго счетчиков подключены к выходу первого синхрогенератора, управляющий вход переключателя подключен к выходу блока обработки информации.

13. Блок суммирования содержит ячейки суммирования - по числу парциальных фоточувствительных элементов в многоэлементном фотоприемнике, второй коммутатор и второй синхрогенератор, при этом входы ячеек суммирования подключены к соответствующим выходам ячеек вычитания блока определения статистических параметров, а выходы подключены ко входам второго коммутатора, выход второго синхрогенератора подключен к управляющим входам ячеек суммирования, выход второго коммутатора, подключен к первому пороговому блоку и первому блоку измерения порогового уровня, управляющий вход второго синхрогенератора подключен к выходу блока обработки информации, управляющий вход второго коммутатора и ячеек суммирования подключены к выходу блока обработки информации.

14. В блоке суммирования ячейка суммирования содержит кольцевой коммутатор, регистры памяти, выходной коммутатор, выходной сумматор и схему управления, при этом выходы кольцевого коммутатора через регистры памяти подключены ко входам выходного коммутатора, выход которого подключен к выходному сумматору, управляющий вход кольцевого коммутатора через схему управления подключен к выходу блока обработки информации, а управляющий вход выходного коммутатора подсоединен к выходу второго синхрогенератора.

15. Блок корреляционного анализа содержит корреляторы по числу парциальных фоточувствительных элементов в многоэлементном фотоприемнике и третий коммутатор, выход которого подключен ко второму пороговому блоку и второму блоку измерения порогового уровня, при этом входы корреляторов подключены к соответствующим выходам ячеек вычитания блока определения статистических параметров, вторые входы корреляторов подключены к выходу блока памяти, выходы корреляторов подключены ко входам третьего коммутатора, управляющий вход которого подключен к выходу блока обработки информации.

16. В блоке корреляционного анализа коррелятор содержит последовательно установленные на оптической оси оптически связанные источник света, расширитель пучка, акустооптический модулятор, первый объектив, первый пространственный фильтр, второй объектив, светомодулирующую электронно-лучевую трубку (СЭЛТ), третий объектив, второй пространственный фильтр, фотоприемник, выход которого подключен к промежуточному блоку памяти, а также кольцевой коммутатор, регистры памяти, выходной коммутатор, схему управления, генератор промежуточной частоты и усилитель, при этом выходы кольцевого коммутатора через регистры памяти подключены ко входам выходного коммутатора, выход которого через генератор промежуточной частоты подключен к управляющему электроду акустооптического модулятора, а управляющий вход - к блоку обработки информации, управляющий вход кольцевого коммутатора через схему управления подсоединен к выходу блока обработки информации, управляющий электрод СЭЛТ через усилитель подсоединен к выходу блока памяти, вход кольцевого коммутатора подключен к выходу соответствующей ячейки вычитания блока определения статистических параметров, а выход блока промежуточной памяти подключен к соответствующему входу третьего коммутатора.

17. В блоке корреляционного анализа коррелятор содержит кольцевой коммутатор, регистры памяти, выходной коммутатор, схему управления, первый, второй и третий процессоры быстрого преобразования Фурье (БПФ), перемножитель и регистр памяти эталона, при этом выходы кольцевого коммутатора через регистры памяти подключены ко входам выходного коммутатора, выход которого подключен ко входу первого процессора БПФ, а управляющий вход подключен к выходу блока обработки информации, выход первого процессора БПФ подключен к первому входу перемножителя, выход второго процессора БПФ через регистр памяти эталона подключен ко второму входу перемножителя, выход которого подсоединен ко входу третьего процессора БПФ, выход которого подсоединен к соответствующему входу третьего коммутатора, вход второго процессора БПФ подсоединен к выходу блока памяти, управляющий вход кольцевого коммутатора через схему управления подключен к выходу блока обработки информации, а вход подключен к соответствующей ячейке вычитания блока определения статистических параметров.

18. Блок измерения длительности содержит амплитудный селектор первый и второй формирователи, первый и второй стробирующие каскады, первый и второй счетчики, генератор счетных импульсов, инвертор и сумматор, при этом выход амплитудного селектора подключен ко входу первого формирователя, выход которого подсоединен к инвертору и первому стробирующему каскаду, выход которого через первый счетчик подключен к первому входу сумматора, выход инвертора через второй формирователь подключен ко входу второго стробирующего каскада, выход которого через второй счетчик подсоединен ко второму входу сумматора, выход генератора счетных импульсов подключен ко вторым входам первого и второго стробирующих каскадов.

Обозначения элементов на чертежах
На фиг. 1 приведена блок-схема лазерного локационного устройства, реализующего способ, где введены следующие обозначения:
1 - Источник лазерного излучения - лазерный генератор.

2 - Активный лазерный элемент.

2а - Блок накачки.

3 и 4 - Зеркала резонатора источника лазерного излучения.

5 - Блок модуляции лазерного излучения.

6, 7 - Поляризаторы.

8 - Модулирующий генератор.

9 - Первое полупрозрачное зеркало.

10 - Поворотное зеркало.

11 - Привод и блок управления поворотным зеркалом.

12, 13 - Приемный телескоп.

12 - Первое зеркало приемного телескопа.

13 - Второе зеркало приемного телескопа.

14 - Первое отражательное зеркало.

15 - Блок перемещения.

16 - Активный квантовый фильтр (АКФ).

17 - Блок накачки АКФ и наполнения рабочим веществом.

18 - Вогнутое зеркало.

19 - Второе отражательное зеркало.

20 - Поляризационный фильтр.

21 - Интерференционный фильтр.

22 - Многоэлементный фотоприемник (МФП).

23 - Блок определения статистических параметров.

24 - Блок корреляционного анализа.

25 - Блок суммирования.

26 - Первый пороговый блок.

27 - Второй пороговый блок.

28 - Блок обработки информации.

29 - Блок формирования сигнала-аналога принимаемого излучения.

30, 30а, 31 - третье, четвертое и пятое отражательные зеркала.

32 - Фурье-преобразующая линза.

33 - Первая формирующая линза.

34 - Вторая формирующая линза.

35 - Диафрагма.

36 - Блок ослабления излучения.

37 - Второе полупрозрачное зеркало.

38 - Регистрирующий фотоприемник.

39 - Блок измерения длительности.

40 - Блок памяти.

41 - Первый блок измерения порогового уровня.

42 - Второй блок измерения порогового уровня.

43 - Блок-распределитель сигналов внешнего целеуказания (ВЦУ) (в состав устройства не входит).

Позицией 43а обозначены внешние потребители информации (ВПИ), которым поступает сигнал обнаружения и параметры координат наблюдаемого объекта с выхода блока обработки информации 28. В состав устройства ВПИ 43а не входит.

На фиг. 2 приведены блок-схемы состава и соединения блока определения статистических параметров 23, блока корреляционного анализа 24, блока суммирования 25.

На фиг.2 введены следующие обозначения:
22 - Матричный фотоприемник (МФП).

26 - Первый пороговый блок.

27 - Второй пороговый блок.

28 - Блок обработки информации.

41 - Первый блок измерения порогового уровня.

42 - Второй блок измерения порогового уровня.

44 - Ячейки определения параметров выбросов.

45 - Первый синхрогенератор.

46 - Первый коммутатор.

47 - Сумматор.

48 - Ячейка деления.

49 - Ячейки вычитания.

50 - Ячейки суммирования.

51 - Второй коммутатор.

52 - Второй синхрогенератор.

53 - Корреляторы.

54 - Третий коммутатор.

На фиг.3 представлена блок-схема ячейки определения параметров выбросов, на которой введены следующие обозначения:
55 - Амплитудный селектор.

56 - Формирователь.

57 - Первый счетчик.

58 - Второй счетчик.

58а - Переключатель.

59 - Стробирующий каскад.

60 - Генератор счетных импульсов.

На фиг. 4 представлены осциллограммы, поясняющие принцип работы ячейки определения параметров выбросов на фиг.3.

На фиг.5 представлена блок-схема ячейки суммирования (поз.50 на фиг.2), где цифрами обозначены следующие элементы:
61 - Кольцевой коммутатор.

62 - Регистры памяти.

63 - Выходной коммутатор.

64 - Выходной сумматор.

65 - Схема управления.

На фиг. 6 приведена блок-схема первого варианта выполнения коррелятора поз.53 на фиг.2 (вариант оптической обработки информации).

Коррелятор 53 на фиг.6 содержит следующие элементы:
66 - Кольцевой коммутатор.

67 - Регистры памяти.

68 - Выходной коммутатор.

69 - Схема управления.

70 - Генератор промежуточной частоты.

71 - Акустооптический модулятор.

72 - Источник света.

73 - Расширитель пучка.

74 - Первый объектив.

75 - Первый пространственный фильтр.

76 - Второй объектив.

77 - Светомодулирующая электронно-лучевая трубка (СЭЛТ).

78 - Третий объектив.

79 - Второй пространственный фильтр.

80 - Фотоприемник.

81 - Усилитель.

82 - Промежуточный блок памяти.

На фиг. 7 представлена блок-схема коррелятора поз. 53 на фиг.2 (2^й вариант исполнения, цифровая обработка информации).

На фиг.7 введены следующие обозначения:
91 - Кольцевой коммутатор.

92 - Регистры памяти.

93 - Выходной коммутатор.

94 - Схема управления.

95, 96, 97 - Первый, второй и третий процессоры быстрого преобразования Фурье (БПФ).

98 - Перемножитель.

99 - Регистр памяти эталона.

На фиг. 8 представлен вид осциллограмм, поясняющих работу блока формирования сигнала-аналога принимаемого излучения.

На фиг. 9 представлена блок-схема блока измерения длительности - поз.39 на фиг.1, где введены следующие обозначения входящих элементов:
100 - Сумматор.

101 - Амплитудный селектор.

102 - Первый формирователь.

103 - Первый стробирующий каскад.

104 - Первый счетчик.

105 - Генератор счетных импульсов.

106 - Инвертор.

107 - Второй формирователь.

108 - Второй стробирующий каскад.

109 - Второй счетчик.

На фиг. 10 и 11 представлены результаты экспериментального исследования устройства, реализующего способ.

Принцип действия и реализация предлагаемого способа заключаются в следующем.

По данным внешнего целеуказания (ВЦУ) от блока 43 в блок обработки информации 28 поступает информация об ожидаемых угловых координатах объекта. По предполагаемым угловым координатам объекта блок информации 28 вырабатывает команды, поступающие в блок управления 11 приводом поворотного зеркала 10, в результате чего последнее ориентируют в направлении предполагаемого нахождения объекта.

Осуществляют формирование импульса лазерного излучения с помощью источника лазерного излучения 1 и подсвет объекта сформированным импульсом лазерного излучения на рабочей длине волны λ_раб(λ_раб). При формировании лазерного излучения осуществляют его модуляцию во времени в соответствии с изменением во времени сигнала от внешнего модулирующего генератора 8. Сигнал от модулирующего генератора 8 поступает в блок модуляции лазерного излучения 5, который обеспечивает изменение во времени величины поглощения оптического излучения внутри резонатора лазерного генератора - источника лазерного излучения 1. В результате сформированное лазерное излучение для подсвета объекта становится промодулированным во времени по какому-либо своему параметру, например по амплитуде.

На основе промодулированного во времени лазерного излучения осуществляют формирование оптического сигнала-аналога принимаемого излучения следующим образом, с помощью блока формирования сигнала-аналога принимаемого излучения 29.

Ответвляют часть сформированного и промодулированного лазерного излучения с выхода источника лазерного излучения 1 посредством первого полупрозрачного зеркала 9 и направляют его посредством зеркала 30 на оптический вход Фурье-преобразующей линзы 32 (ФПЛ). Последняя осуществляет преобразование по Фурье ответвленного лазерного излучения и формирует в плоскости диафрагмы 35, которая совмещена с фокальной плоскостью ФПЛ 32, пространственный сигнал, эквивалентный пространственному оптическому сигналу, формируемому источником лазерного излучения 1 в дальней зоне, т.е. в плоскости наблюдаемого объекта. Оптический сигнал в фокальной плоскости ФПЛ 32, совмещенный с плоскостью диафрагмы 35, представляет собой пространственный Фурье-спектр распределения лазерного излучения, сформированного источником лазерного излучения 1; при этом распределение данного Фурье-спектра аналогично (в уменьшенном масштабе) распределению лазерного излучения в дальней зоне в области нахождения объекта наблюдения. Диафрагма 35 выделяет из этого распределения излучения центральную часть, расположенную на оси и определяющую область, в которой возможно нахождение объекта, обуславливающего обратное отражение части поступившего на него лазерного излучения. Различные боковые лепестки диафрагмы направленности лазерного излучения не пропускаются диафрагмой 35, размер d₁ которой выбирается меньшим величины дифракционного кружка рассеивания δ₁ в фокальной плоскости ФПЛ 32

где d₂ - диаметр ФПЛ 32 и f_л - ее фокусное расстояние. В результате диафрагма 35 выделяет только ту часть лазерного излучения из всего распределения излучения в дальней зоне, которая отражается объектом, что обеспечивает полное и точное моделирование процесса подсвета объекта сформированным лазерным излучением и его отражение объектом. Далее осуществляют ослабление излучения в χ раз посредством блока ослабления излучения 36, который представляет собой набор сменных оптических фильтров с заданным параметром ослабления, устанавливаемых в оптическом тракте по командам от блока обработки информации 28.

Коэффициент ослабления излучения χ определяют исходя из следующего соотношения:

где Е_изл - лазерное излучение, сформированное на выходе источника лазерного излучения 1;
Е_прин - принимаемое лазерное излучение.

Величина соответствует коэффициенту пропускания излучения.

Величину ослабления излучения χ устанавливают такой, чтобы уровень сигнала-аналога принимаемого излучения Е_А(t) на входе АКФ 16 и на входе регистрирующего фотоприемника 38 соответствовал в среднем уровню реального принимаемого оптического сигнала, отраженного от объекта и поступающего на вход приемного телескопа 12 и далее на вход АКФ 16. Для этого величину коэффициента ослабления χ выбирают и устанавливают в соответствии со следующей формулой:

где L - предполагаемая дальность до объекта,
θ - расходимость лазерного излучения [рад], сформированного источником лазерного излучения 1;
площадь входного зрачка (апертуры) приемного телескопа 12 с диаметром = D_Т;
S_об, ε_об - предполагаемые параметры наблюдаемого объекта, устанавливаемые априорно:
S_об - предполагаемая эффективная площадь отражающей поверхности объекта;
ε_об - предполагаемый коэффициент отражения излучения поверхностью объекта;
ε₂ - коэффициент пропускания излучения в атмосфере на рабочей длине волны λ_раб, определяемый на основании соотношения:
ε₂ = exp[-α_п•L_a],
где α_п - спектральный коэффициент поглощения излучения атмосферой для рабочей длины волны λ_раб;
L_a - длина предполагаемого пути распространения излучения в атмосфере до объекта и в обратном направлении от объекта до приемного телескопа 12;
ε₃ - коэффициент пропускания излучения в атмосфере на рабочей длине волны λ_раб, обусловленный рассеиванием на неоднородностях атмосферы, определяемой на основании соотношения:
ε₃ = exp[-α_p.м•L_a],
где α_p.м - коэффициент молекулярного рассеивания излучения в атмосфере на рабочей длине волны λ_раб.
Таким образом, в соотношении для устанавливаемой величины ослабления χ учтены все факторы, обуславливающие уровень принимаемого оптического излучения на входе приемного телескопа 12, при обнаружении объекта с предполагаемыми параметрами S_об, ε_об и находящегося на некоторой предполагаемой дальности L.

Установление выбранной величины ослабления излучения χ осуществляют в блоке ослабления излучения 36 путем введения в оптический тракт соответствующего выбранному ослаблению χ сменного фильтра по командам из блока обработки информации 28. В последнем осуществляют вычисление величины χ по формуле (5) на основе априорных предполагаемых данных о параметрах объекта S_об, ε_об, предполагаемой дальности до объекта L, предполагаемого пути L_а распространения излучения в атмосфере, а также коэффициентах пропускания излучения в атмосфере ε₂,ε₃, получаемых на основе априорных данных о параметрах атмосферы α_п,α_p.м на рабочей длине волны λ_раб. При этом параметры атмосферы α_п,α_p.м на рабочей длине волны получают на основе, например, справочных данных.

Величины L и L_а получают от системы внешнего целеуказания (ВЦУ) на основе данных предварительного целеуказания и предполагаемых параметрах L и L_а, поступающих от ВЦУ в блок обработки информации 28.

Параметр L_a - длина предполагаемого пути распространения излучения в атмосфере - получают, например, исходя из следующей формулы:

где Н_атм - средняя эффективная толщина атмосферы при наблюдении объекта в зените, составляющая по справочным данным ~ 20-25 км;
α - угол наблюдения объекта, отсчитываемый от зенита (угол места) и получаемый по данным внешнего предварительного целеуказания.

При наблюдении объекта в зените α = 0.
Параметры S_т и Q устанавливают на основе известных данных о диаметре D_Т приемного телескопа 12 и расходимости Q формируемого лазерного излучения в источнике лазерного излучения 1. Априорные данные о предполагаемых параметрах наблюдаемого объекта заранее закладывают в оперативную память блока обработки информации 28.

При установлении величины χ учитывают параметры пропускания первого и второго полупрозрачных зеркал 9 и 37. В результате окончательную величину для параметров ослабляющего фильтра β₀ в блоке ослабления излучения 36 устанавливают в соответствии со следующей формулой:

где χ - необходимое ослабление излучения согласно формуле (5);
n_осн - пропускание первого полупрозрачного зеркала 9 в направлении основного канала для подсвета объекта;
n_ан - пропускание полупрозрачного зеркала 9 в направлении на вход блока формирования сигнала-аналога поз.29.

Коэффициент (1/2) в формуле (7) учитывает ослабление излучения вторым полупрозрачным зеркалом 37, имеющим одинаковое 50% пропускание для обоих своих выходных направлений.

В блоке обработки информации 28 на основании формулы для β₀ (7) осуществляют расчет необходимого параметра ослабления β₀ для ослабляющего фильтра в блоке ослабления излучения 36 и вырабатывают команду для установления фильтра с данным параметром β₀ в оптический тракт в блоке 36.

В результате осуществленного ослабления излучения в β₀ раз в блоке 36 на выходе блока 29 сформирован оптический сигнал-аналог принимаемого излучения Е_А(t), который является моделью (аналогом) оптического излучения, принимаемого приемным телескопом 12 при наличии объекта в наблюдаемой дальней зоне, и отражения этим объектом подсвечивающего лазерного излучения.

При этом параметры этого оптического излучения (сигнала) соответствуют отражению лазерного излучения от некоторого эталонного объекта с априорно установленными эталонными характеристиками отражения излучения и находящегося на априорно установленной предполагаемой дальности L. Данный сформированный на входе фотоприемника 38 оптический сигнал принимают за оптический сигнал-аналог принимаемого излучения Е_А(t). Посредством регистрирующего фотоприемника 38 оптический сигнал-аналог Е_А(t) преобразуют в электрический сигнал-аналог принимаемого излучения Е_АЭ(t), который регистрируют в блоке памяти 40 и используют далее в качестве эталона при обнаружении оптического сигнала, отраженного от объекта. При этом сигнал-аналог Е_A(t) не является точной копией лазерного излучения, сформированного лазерным генератором 1 на его входе, так как при его формировании осуществлено моделирование излучения, образующегося в дальней зоне при распространении излучения до объекта, а также учтено ослабление излучения, обусловленное дальностью до объекта и дополнительными факторами, связанными с априорно предполагаемыми характеристиками объекта. Часть сформированного оптического сигнала-аналога принимаемого излучения Е_А(t) направляют с помощью второго полупрозрачного зеркала 37, зеркал 30а и 31 и второй формирующей линзы 34 на вход АКФ 16 и используют для формирования величин пороговых уровней P₁ и P₂ (см. ниже).

В качестве регистрирующего фотоприемника (РФ) 38 может быть использован, например, фотоприемный блок, состоящий из последовательно оптически связанных активного квантового фильтра (дополнительного) и одноплощадочного фотоприемника. Чувствительность такого РФ будет равна чувствительности собственно АКФ 16, что будет определять эквивалентность операций приема оптических сигналов непосредственно с помощью АКФ 16 и приема сформированного оптического сигнала-аналога Е_A(t) с помощью регистрирующего фотоприемника 38. При использовании в качестве РФ 38 фотоприемника с чувствительностью, например, в m раз меньшей, чем чувствительность АКФ 16, коэффициент ослабления излучения β₀ в блоке 36 устанавливают соответственно в m раз меньшим, чем при равных чувствительностях РФ 38 и АКФ 16, т.е. устанавливают коэффициент ослабления излучения χ₃ в блоке 36 равным и регистрируют сформированный при данном ослаблении χ₃ оптический сигнал-аналог с помощью РФ 38. В результате реализуют уравнивание величин интенсивностей предполагаемого реального оптического сигнала, поступающего на вход АКФ 16 от объекта, и модельного оптического сигнала-аналога принимаемого излучения Е_А(t), регистрируемого в РФ 38.

После формирования сигнала-аналога принимаемого излучения Е_А(t) осуществляют измерение его длительности (Т_а). Для этого сигнал-аналог Е_АЭ(t) с выхода регистрирующего фотоприемника 38 поступает на вход блока измерения длительности 39, который выполняет операцию измерения длительности поступающего на его вход сигнала-аналога Е_АЭ(t). Измеренный параметр длительности сигнала-аналога Т_а поступает далее с выхода блока измерения длительности 39 в блок обработки информации 28 и через него в блок суммирования 25 и блок корреляционной обработки 24, где используется для установления (задания) промежутка времени Т_с, в пределах которого осуществляют обнаружение оптического сигнала, отраженного от объекта.

Прием отраженного от объекта оптического сигнала осуществляют с помощью поворотного зеркала 10 и приемного телескопа 12, 13, состоящего из двух зеркал. Во время приема сигналов, отраженных от объекта, первое отражательное зеркало 14 посредством блока перемещения 15 устанавливают в положение П1 - основное рабочее положение. В положение П2 зеркало 14 устанавливают на время формирования пороговых уровней P₁, Р₂ и подачи сформированного сигнала-аналога принимаемого излучения на оптический вход АКФ 16. Активный квантовый фильтр (АКФ) 16 осуществляет спектральную селекцию и усиление оптического сигнала, отраженного от объекта, на рабочей длине волны λ_раб. Спектральную селекцию в узкой полосе приема Δν на λ_раб осуществляют в АКФ 16 путем квантового усиления проходящего через АКФ оптического излучения, отраженного от объекта, в пределах полосы приема АКФ Δν. Коэффициент усиления АКФ К_у в пределах его полосы Δν достигает значительных величин К_у=10³-10⁴. Оптическое излучение вне полосы квантового усиления Δν проходит через АКФ 16 без изменения. Вследствие этого достигается спектральная селекция оптического излучения с высокой степенью подавления излучения вне полосы приема Δν за счет значительного усиления излучения, попадающего в полосу приема Δν, и отсутствия усиления излучения вне полосы Δν.
Усиленное и спектрально отселектированное излучение с выхода АКФ 16 поступает на вогнутое зеркало 18, выполняющее роль фокусирующей линзы отражательного исполнения. В фокусе вогнутого зеркала 18 установлена фоточувствительная площадка МФП 22. Отражательное зеркало 19 служит для изменения направления хода лучей. Поляризационный фильтр 20 служит для выделения излучения одной поляризации, аналогичной поляризации зондирующего лазерного излучения, сформированного лазерным генератором 1, и одновременно для снижения интенсивности спонтанных шумов АКФ 16. Интерференционный фильтр 21 осуществляет подавление фоновых световых помех, лежащих вне полосы усиления Δν АКФ 16. Многоэлементный фотоприемник (МФП) 22 осуществляет регистрацию оптического излучения на выходе АКФ 16 в отдельных парциальных каналах приема, число которых М₁ соответствует числу парциальных фоточувствительных элементов в МФП: M₁= N_фп•N_фп= N_фп ², где N_фп - число элементов в одном ряду квадратного МФП 22. Каждый парциальный фоточувствительный элемент МФП 22 имеет диаметр площадки 2r и регистрирует оптическое излучение с выхода АКФ 16 в пределах соответствующего пространственного угла приема излучения ω_пр, величина которого установлена равной дифракционному углу приема на выходе АКФ 22. Разделение потока излучения на отдельные парциальные потоки осуществляют, таким образом, за счет использования многоэлементного фотоприемника МФП 22, каждый парциальный элемент которого регистрирует излучение с выхода АКФ 16 в пределах пространственного (телесного) парциального угла приема ω_пр, равного дифракционному углу ω_д. Для осуществления последнего условия размер r одного фоточувствительного парциального элемента в МФП 22 выбирают из условия

отсюда

где D₂ - диаметр АКФ 16;
f_л - фокусное расстояние вогнутого зеркала 18.

Выполнение данных условий (8), (9) необходимо для минимизации собственных шумов АКФ 16. Далее для определения наличия объекта и его обнаружения осуществляют определение статистического параметра оптического излучения с выхода АКФ 22 в отдельных парциальных углах приема ω_п на выходе АКФ 22.

Определение статистического параметра оптического излучения осуществляют с помощью блока определения статистических параметров поз.23 на фиг.1 и 2. В каждом отдельном парциальном угле приема ω_п, соответствующем парциальному элементу МФП 22, осуществляют отдельное и независимое от других парциальных элементов измерение статистического параметра оптического излучения. Каждый парциальный элемент МФП 22 преобразует оптическое излучение, поступающее на его фоточувствительную площадку, в электрический сигнал, который усиливается индивидуальным электронным усилителем, входящим в состав каждого парциального фоточувствительного элемента МФП, образующего один индивидуальный парциальный канал приема оптического излучения с выхода АКФ 16. Далее определение статистических параметров оптического излучения осуществляют путем определения статистических параметров электрических сигналов на выходах МФП 22. Электрический сигнал с выхода каждого из парциальных фоточувствительных элементов МФП 22 поступает на вход соответствующей ячейки определения параметров выбросов 44 (фиг.2 и 3). Ячейки 44 выполняют функцию основного измерительного инструмента, определяющего текущие статистические характеристики (параметры) случайного процесса на выходе каждого парциального фоточувствительного элемента МФП 22 и соответственно каждого парциального угла приема на выходе АКФ 16. В качестве статистического параметра оптического излучения используют число случайных выбросов амплитуды оптического излучения в единицу времени над произвольно выбранным фиксированным уровнем.

Во втором варианте реализации способа в качестве статистического параметра оптического излучения используют суммарную длительность случайных выбросов амплитуды оптического излучения в единицу времени над произвольно выбранным фиксированным уровнем.

В качестве измеряемого статистического параметра случайного процесса на выходе АКФ 16 могут быть использованы также следующие характеристики случайного процесса:
- средняя длительность выбросов случайных процессов,
- амплитуда выбросов,
- площадь выбросов,
- длительность интервалов между соседними экстремумами выбросов, и другие характеристики случайных процессов.

Выбор вида измеряемого статистического параметра определяется конкретными условиями работы ЛЛС в реальной помеховой обстановке и характером флуктуации сигналов, отраженных от объекта. В качестве единицы времени при измерении статистического параметра оптического излучения используют промежуток времени, равный или кратный постоянной времени АКФ 16 t_п, обратно пропорциональной величине f_o полосы квантового усиления АКФ t_п=1/f_o.

Величина полосы квантового усиления АКФ f_о [Гц] связана с величиной полосы усиления Δν, выраженной в , соотношением f₀ = cΔν, где с - скорость света.

Указанный выбор статистического параметра обусловлен тем, что спонтанное излучение АКФ 16 в пределах дифракционного угла приема, приведенное ко входу АКФ, характеризуется весьма малым уровнем, соответствующим наличию в шумовом оптическом сигнале не более одного шумового фотона (кванта) за время соответствующее собственной постоянной времени АКФ. При этом наличие даже одного внешнего кванта (фотона) излучения на входе АКФ 16 вызывает существенное изменение статистических параметров (характеристик) случайного (спонтанного) излучения на выходе АКФ 16, а именно: увеличение количества случайных выбросов амплитуды оптического излучения в единицу времени, увеличение суммарной длительности случайных выбросов амплитуды оптического излучения в единицу времени. Для обнаружения отдельных квантов (фотонов) принимаемого оптического сигнала, поступающего на вход АКФ 16, осуществляют измерение статистических параметров оптического излучения на выходе АКФ 16 - числа случайных выбросов и их суммарной длительности в единицу времени.

Выбросом случайного процесса (сигнала) называется событие, заключающееся в превышении текущей реализацией случайного процесса заданного уровня U_п. Длительностью выброса называется продолжительность однократного превышения случайным процессом порогового уровня.

Каждая из ячеек 44 осуществляет измерение статистических параметров сигналов с выходов соответствующих этой ячейке парциальных фоточувствительных элементов МФП 22. Ячейка 44 осуществляет измерение числа случайных выбросов амплитуды, а также суммарную длительность случайных выбросов амплитуды оптического излучения в единицу времени. На фиг.3 приведена блок-схема одной ячейки 44 определения параметров выбросов. Вход ячейки 44 подключен к одному из выходов МФП 22. Сигнал x(t) с выхода одного из парциальных фоточувствительных элементов МФП 22 поступает на вход амплитудного селектора 55. Одновременно на вход амплитудного селектора 55 поступает стробирующий импульс U_п1 с выхода первого синхрогенератора 45 (поз.45 на фиг.2). Данный процесс измерения повторяется далее периодически с частотой повторения стробирующих импульсов, поступающих от синхрогенератора 45. Длительность данного стробирующего импульса U_п1, равная Δt_п, определяется первым синхрогенератором 45 (его параметрами) и выбирается равной промежутку времени, равному или кратному собственной постоянной времени АКФ Δt_п = n•Δt₀, n = 1, 2....; f_о - полоса квантового усиления АКФ 16. Длительность Δt_п определяет единицу времени (промежуток), в пределах которого осуществляют определение числа выбросов, а амплитуда U_п1 стробирующего импульса задает пороговый уровень U_п1, превышение которого случайным процессом X(t) и характеризуется как выброс амплитуды случайного процесса.

Синхрогенератор 45 является стандартным генератором периодически повторяющихся прямоугольных импульсов (стробирующих импульсов), длительность которых Δt_п определяется управляющим сигналом (цифровым), поступающим от блока обработки информации 28, в котором в соответствии с заложенной программой осуществлен выбор величины Δt_п = n•Δt₀, то есть величины числа n, определяющего указанную кратность Δt_п величине собственной постоянной времени АКФ Δt₀. При этом управляющий регистр в блоке 45 по поступившему от блока 28 сигналу осуществляет установление длительности Δt_п вырабатываемых блоком 45 прямоугольных импульсов. Аналогично по сигналам от блока 28 осуществляют установление амплитуды U_п1 этих импульсов и частоты повторения, которая может быть выбрана достаточно высокой. Характер процессов в ячейке определения параметров выбросов 44 показан на фиг.4. На фиг.4(а) показана работа амплитудного селектора 55, где обозначены следующие сигналы:
X(t) - входной случайный сигнал (процесс) с выхода одного из парциальных фоточувствительных элементов МФП 22; U_п1 - амплитуда стробирующего импульса с выхода первого синхрогенератора 45 с длительностью Δt_п; Х_а - сигнал на выходе амплитудного селектора 55, представляющий собой выброс случайного процесса Х(t), то есть часть случайного процесса Х(t), амплитуда которого превысила заданный пороговый уровень U_п1 (t - координата времени). Формирователь 56 преобразует выброс Х_а на выходе амплитудного селектора 55 в прямоугольный импульс Х_п с соответствующей длительностью τ_i, равной длительности выброса Х_а, что показано на фиг.4(б). Первый счетчик 57 осуществляет подсчет числа N₁ сформированных импульсов Х_п за заданный промежуток времени Δt_п, который определен первым синхрогенератором 45. Для этого сигнал U_п1, поступающий на амплитудный селектор 55, с выхода первого синхрогенератора 45, одновременно поступает и на второй вход счетчика 57 и определяет промежуток времени Δt_п, в течение которого осуществляют подсчет числа N₁ импульсов-выбросов Х_п. Одновременно сформированный прямоугольный импульс Х_п с выхода формирователя 56 поступает на стробирующий каскад 59, на второй вход которого поступает непрерывная последовательность коротких счетных импульсов С_i, формируемых генератором счетных импульсов 60. В результате на выходе стробирующего каскада прямоугольный импульс Х_п заполняется короткими счетными импульсами C_i, как это показано на фиг.4(в). Сигнал Х_в поступает на вход второго счетчика 58, который осуществляет подсчет числа N₂ счетных импульсов, поступающих на его вход за заданный промежуток времени Δt_п. Величина числа импульсов N₂, измеряемых вторым счетчиком 58, определяет суммарную длительность выбросов Т_в за заданный промежуток (единицу) времени Δt_п. Суммарная длительность выбросов определяется по формуле Т_в=N₂•t_сч (10), где t_сч - период следования счетных импульсов, формируемых генератором счетных импульсов 60, который известен с высокой степенью точности. Для формирования промежутка времени счета импульсов N₂ на второй вход счетчика 58 также поступает сигнал U_п1 с выхода первого синхрогенератора 45.

Таким образом, в результате работы ячейки определения параметров выбросов 44 на ее выходах А и В периодически с частотой повторения стробирующих импульсов U_п1 образуются сигналы, пропорциональные числу N₁ выбросов амплитуды случайного процесса (сигнала) X(t), поступающего на вход ячейки 44 (выход А), и числу N₂, пропорциональному величине суммарной длительности выбросов случайного процесса Х(t) в течение заданного промежутка (единицы) времени Δt_п. Сигналы на выходах ячейки 44 могут быть представлены как в цифровой, так и в аналоговой форме в зависимости от конструктивных параметров счетчиков 57, 58. В дальнейшем сигналы на выходах А и В ячейки 44 обозначаются S_A(t) и S_B(t), при этом подразумевается любая форма представления сигналов (цифровая или аналоговая), которая при дальнейшем изложении может быть принята любой и поэтому не конкретизируется.

Сформированные на выходах ячейки 44 сигналы S_A(t) и S_B(t) являются статистическими параметрами (характеристиками) случайного процесса X(t) с выхода некоторого фоточувствительного парциального элемента МФП 22, и характеризуют в конечном итоге случайный процесс спонтанного излучения с выхода АКФ 16 в одном из парциальных углов приема оптического излучения.

Рассмотренное определение параметров выбросов случайного процесса Х(t) в одной ячейке определения параметров выбросов 44 осуществляют одновременно и параллельно во всех остальных ячейках 44 на фиг.2. В результате на выходах отдельных ячеек 44 образуются сигналы, которые характеризуют статистический параметр (S_А или S_B) оптического излучения на рабочей длине волны λ_раб в каждом отдельном парциальном пространственном угле приема на выходе АКФ 16. При отсутствии на входе АКФ 16 внешнего оптического сигнала измеренные статистические параметры S_A(t) и S_B(t) являются функциями постоянными во времени (в среднем), так как параметры спонтанного излучения на выходе АКФ 16 являются в общем случае неизменными, стационарными и в среднем одинаковыми в отдельных различных парциальных углах приема. При наличии на входе АКФ 16 оптического внешнего сигнала в соответствующем парциальном угле приема на выходе АКФ 16 статистические параметры S_A(t) и S_B(t) претерпевают изменение относительно их среднего значения. Этот результат (эффект) используют для обнаружения наличия внешнего сигнала на входе АКФ 16 в одном из парциальных углов приема оптического излучения. Сигналы S_A(t) и S_B(t) с выходов счетчиков 57 и 58 поступают на входы переключателя 58а, управляемого от блока обработки информации 28, к которому подключен управляющий вход переключателя 58а. В зависимости от выбранного вида измеряемого статистического параметра S_А (число выбросов) или S_В (суммарная длительность выбросов) переключатель 58а по команде от блока обработки информации 28 устанавливают в позицию "1" или "2" (см. фиг.3). В соответствии с установленной позицией переключателя 58а в дальнейшем при реализации операций способа используют какой-либо конкретно выбранный вид статистического параметра (S_А или S_В). Определяют среднюю величину измеренного статистического параметра (S_А или S_B) для всех парциальных углов приема на выходе АКФ 16. Для этого сигналы с выходов ячеек 44 (см. фиг.2) параллельно поступают на вход первого коммутатора 46, который в режиме опроса последовательно подключает выход каждой ячейки 44 к сумматору 47. Управление и синхронизация работы первого коммутатора 46 осуществляется по сигналам, поступающим на этот коммутатор с выхода блока обработки информации 28. Сумматор 47 осуществляет суммирование сигналов S_А(t) (или S_B(t)) с выходов всех ячеек 44 и формирует суммарную величину

где N_фп ²= N_фп•N_фп - число ячеек 44, равное числу парциальных фоточувствительных элементов в МФП 22.

(Далее рассматривается обработка сигнала S_А(t) с выхода ячеек 44. Обработку сигналов S_В(t) осуществляют аналогичным образом). С выхода сумматора 47 сигнал S_Σ поступает на вход ячейки деления 48, в которой осуществляют операцию деления на величину N_фп ² (или умножения на 1/N_фп ²), в результате чего на выходе ячейки 48 формируют величину S_o, равную средней величине измеренного статистического параметра S_А для всех парциальных углов приема на выходе АКФ 16

Информация о средней величине S_o статистического параметра поступает с выхода ячейки 48 на вторые входы ячеек вычитания 49. На первые входы ячеек вычитания 49 поступают сигналы S_A(t) с выходов соответствующих ячеек определения параметров выбросов 44. Число ячеек 44 и ячеек 49 одинаково. В результате операций вычитания, производимых в ячейках вычитания 49, на их выходах образуются сигналы S_p, пропорциональные текущему отклонению статистического параметра S_A(t) от средней величины данного параметра S_o
S_p=S_A(t)-S_o (13)
Этим реализуется операция определения величины отклонения статистического параметра S_А от средней величины данного параметра (по ансамблю) для каждого из парциальных углов приема оптического излучения на выходе АКФ.

В результате на выходах ячеек 49 соответствующих выходам блока определения статистических параметров формируют функцию отклонения во времени F (t), равную разности текущих значений статистического параметра S_A(t) и средней величины статистического параметра S_о для каждого из парциальных пространственных углов приема оптического излучения на выходе АКФ 16
F(t)=S_A(t)-S_o. (14)
Далее осуществляют обработку полученного набора сигналов F (t) по двум отдельным параллельным каналам.

Первый канал обработки состоит из блока суммирования 25 и первого порогового блока 26.

Второй канал обработки состоит из блока корреляционной обработки 24 и второго порогового блока 27.

Сигналы с выхода блока определения статистических параметров 23 одновременно и параллельно поступают на входы блока суммирования 25 и блока корреляционной обработки 24.

С помощью блока суммирования 25 осуществляют текущее суммирование во времени значений функции отклонения F(t) на интервале времени Т_c, равном длительности Т_а оптического сигнала-аналога принимаемого излучения. Блок суммирования 25 выполняет указанную операцию следующим образом. Блок-схема блока суммирования 25 приведена на фиг.2. Блок суммирования 25 содержит ячейки суммирования 50, каждая из которых подключена к соответствующему выходу блока определения статистических параметров 23. Одновременно на вторые управляющие входы ячеек суммирования 50 с выхода второго синхрогенератора 52 поступает управляющий сигнал, определяющий работу ячеек 50 в режиме суммирования поступающих на их входы сигналов F(t). Длительность управляющего сигнала Т_c определяет промежуток времени суммирования Т_c=Т_а, равный длительности Т_а сигнала-аналога принимаемого излучения.

Второй синхрогенератор 52 периодически вырабатывает управляющие сигналы (импульсы длительностью Т_c), обеспечивающие работу каждой из ячеек суммирования 50 в режиме суммирования выходных сигналов-функций отклонения F(t) - с выходов блока 23 в пределах промежутка времени длительностью Т_c=Т_а. В результате на выходах каждой из ячеек суммирования 50 после воздействия управляющего сигнала длительностью Т_c образуется суммарный сигнал Z₁ следующего вида:

Суммарный сигнал Z₁ представляет собой сумму значений функции отклонения F(t) в течение интервала времени суммирования Т_c, равного длительности сигнала-аналога принимаемого излучения. На выходе каждой отдельной (парциальной) ячейки суммирования 50 полученная сумма Z₁ определяет суммарное отклонение статистического параметра оптического излучения с выхода АКФ 16 от его среднего значения в соответствующем парциальном угле приема излучения на выходе АКФ 16.

Далее с помощью второго коммутатора 51 и по управляющему сигналу с выхода блока обработки информации 28, поступающему на коммутатор 51, каждый из выходов ячеек суммирования 50 подключают поочередно к первому пороговому блоку 26, который осуществляет сравнение величины суммы Z₁ (15) с ранее заданным первым пороговым уровнем P₁. При превышении величиной суммы Z₁ заданного первого порогового уровня Р₁:Z₁ > P₁ с выхода первого порогового блока 26 поступает соответствующий сигнал о наличии превышения порога на выходе некоторой i-й ячейки суммирования 50. Первый и второй пороговые блоки 26 и 27 содержат ячейку сравнения (коммутатор) и регистр памяти, в котором зарегистрирована величина заданного порогового уровня P₁ или Р₂. При выполнении условия Z₁ > P₁ (или Z₂ > Р₂) ячейка сравнения формирует импульсный сигнал о наличии превышения заданного порога, который поступает в блок 28. При этом номер данной i-ой ячейки 50 также определяется в блоке обработки информации 28 на основании того, какая ячейка суммирования 50 в этот момент подключена коммутатором 51 ко входу первого порогового блока 26 в соответствии с управляющим сигналом, поступающим на коммутатор 51 с выхода блока обработки информации 28. При наличии нескольких ячеек суммирования 50, в которых величина суммы Z₁ превысила заданный пороговый уровень Р₁ в первом пороговом блоке 26, информация об этих ячейках суммирования 50 и их номерах, соответствующих номерам парциальных фоточувствительных элементов в МФП 22, поступает с выхода блока 26 в блок обработки информации 28 и регистрируется в нем. При регистрации превышения заданного порогового уровня в одной из ячеек суммирования 50 в блоке обработки информации 28 фиксируют номер этой ячейки, а также регистрируют сам факт обнаружения наблюдаемого объекта (момент обнаружения). При этом момент времени t₁, при котором достигнут результат обнаружения объекта, определяемый по превышению заданного порога, используют для фиксации координаты дальности обнаруженного объекта по времени задержки между моментом времени излучения (формирования) лазерного излучения в источнике лазерного излучения 1 и моментом времени t₁, фиксируемом при превышении заданного порога в одной из ячеек 50. Операцию определения времени задержки осуществляют в блоке обработки информации 28 с использованием встроенного в этот блок собственного таймера (счетчика текущего времени).

При этом за момент излучения лазерного сигнала источником лазерного излучения принимают, например, момент подачи управляющего сигнала с выхода блока 28 на источник лазерного излучения 1 или момент регистрации фотоприемником 38 оптического сигнала, поступающего на него с выхода источника лазерного излучения 1. Сигнал с выхода ФП 38 через блок определения длительности 39 поступает на вход бока 28, Одновременно и параллельно осуществляют обработку сигналов-функций отклонения F(t) - в блоке корреляционной обработки 24. Блок-схема блока корреляционной обработки 24 приведена на фиг.2. Блок 24 содержит корреляторы 53, число которых соответствует числу ячеек вычитания 49 в блоке определения статистических параметров 23, и третий коммутатор 54, выход которого подключен ко входу второго порогового блока 27. Входы корреляторов 53 подключены к соответствующим выходам ячеек вычитания 49 - выходам блока определения статистических параметров 23. На вторые входы корреляторов 53 поступает в форме электрического сигнала запомненный ранее в блоке памяти 40 электрический сигнал-аналог принимаемого излучения Е_AЭ(t). Каждый из корреляторов 53 осуществляет формирование взаимокорреляционной функции К(t) между сигналом-аналогом принимаемого излучения Е_АЭ(t) и функцией отклонений F(t), сформированной на одном из выходов блока определения статистических параметров 23, на одном из выходов соответствующей ячейки вычитания 49, к выходу которой подключен вход данного коррелятора 53
K(t) = ∫E_АЭ(t)•F(t+τ)dt (16).
В каждом из корреляторов 53 полученное значение функций взаимной корреляции K(t) запоминается в соответствующем регистре, входящем в состав данного коррелятора.

Далее третий коммутатор 54 по управляющему сигналу, поступающему с выхода блока обработки информации 28, осуществляет последовательное подключение выходов корреляторов 53 ко второму пороговому блоку 27. Второй пороговый блок 27 осуществляет последовательное сравнение поступающих величин значений взаимокорреляционной функции К(t) со вторым заданным пороговым уровнем Р₂, и при превышении величиной К(t) на выходе какого-либо из корреляторов величины P₂
K(t) > P₂ (17)
на выходе блока 27 образуется сигнал, поступающий в блок обработки информации 28. В результате в блок обработки информации 28 с выхода второго порогового блока 27 поступает информация о наличии одного или нескольких корреляторов 53 (и их номерах), на выходах которых величина функции взаимной корреляции К(t) превысила величину заданного второго порогового уровня Р₂ (17). Данная информация регистрируется в блоке обработки информации 28 в соответствующих регистрах. Одновременно в блоке обработки информации 28 фиксируют и момент времени t₂ превышения заданного второго порогового уровня в одном из корреляторов 53. Этот момент времени характеризует координату дальности обнаруженного объекта и определяется в блоке 28 аналогично моменту времени t₁ для блока суммирования 25, как это рассмотрено выше. Для определения координаты дальности по времени задержки принятого сигнала от объекта относительно излученного в сторону объекта сигнала лазерного излучения, используют или какой-либо один из моментов времени t₁, t₂, или среднее между этими моментами времени что позволяет повысить точность определения координаты дальности на основе принятого от объекта слабого оптического сигнала. При этом указанное сравнение величин K(t) и Р₂ осуществляют периодически один раз в конце промежутка времени Т_а, соответствующего длительности сигнала-аналога принимаемого излучения. Момент времени для осуществления сравнения сигналов на выходах корреляторов 53 со вторым заданным пороговым уровнем Р₂ во втором пороговом блоке 27 определяется управляющим сигналом, поступающим на вход третьего коммутатора 54 с выхода блока обработки информации 28 и определяющим перевод данного коммутатора 54 в режим запроса уровней сигналов с выходов корреляторов 53. Период поступления данного управляющего сигнала равен длительности Т_а и определяется блоком обработки информации 28.

В результате в блоке обработки информации 28 образуется информация о наличии (или отсутствии) превышения порога Р₂ на выходах корреляторов 53. Как было указано, каждый отдельный выход блока определения статистических параметров 23 соответствует одному парциальному углу приема оптического излучения на выходе АКФ 16. В результате проведенной пороговой обработки, осуществленной первым и вторым пороговыми блоками 26, 27 в блоке обработки информации 28 сформирована информация, характеризующая состояние статистических параметров оптического излучения на выходе АКФ 16 в каждом из парциальных пространственных углов приема для промежутка времени Т_а, соответствующего длительности Т_с=Т_а сигнала-аналога принимаемого излучения. На основании данной сформированной информации в блоке обработки информации 28 принимают решение о наличии обнаруживаемого объекта в одном из парциальных пространственных углов приема ω_п при выполнении следующих условий:
1. В одном из углов ω_п суммарное отклонение статистического параметра от его среднего ранее определенного значения S_o превышает заданный первый пороговый уровень P₁ за промежуток времени Т_а = Т_с, равный длительности сигнала-аналога принимаемого излучения.

Z₁ > Р₁.

2. В одном из углов ω_п - величина функции взаимной корреляции K(t) превышает второй заданный пороговый уровень Р₂ (17) за промежуток времени Т_а = Т_с.

3. Одновременное выполнение первого или второго условий в нескольких парциальных углах приема ω_п1,ω_п2... В этом случае принимается решение о наличии протяженного объекта, расположенного в парциальных углах ω_п1,ω_п2..., в которых выполняются условия 1 и 2, при этом совокупность углов ω_п1,ω_п2... характеризует изображение обнаруженного объекта.

4. Одновременное выполнение обоих условий 1 и 2 в одном или нескольких углах приема ω_п1,ω_п2. В этом случае принимается решение о наличии объекта в данных углах приема ω_п1,ω_п2. Таким образом, при отдельном выполнении одного из условий 1, 2 или одновременном выполнении условий 1 и 2 в одном или нескольких парциальных углах приема ω_п принимается решение о наличии (обнаружении) объекта в тех углах приема ω_п, в которых эти условия 1 и 2 одновременно или по отдельности выполнены. Одновременное выполнение условий 1 и 2 в одном и том же угле приема ω_п позволяет реализовать более высокую вероятность обнаружения объекта. Напомним, что абсолютная величина каждого из парциальных телесных углов приема, ω_п1,ω_п2, равна дифракционному углу приема ω_д, как это установлено ранее. Каждый из углов приема ω_п1,ω_п2 характеризует некоторую угловую координату наблюдаемого поля зрения, в которой осуществляют обнаружение объекта. Полученная в блоке обработки 28 информация о наличии объекта в одном или нескольких углах приема ω_д может быть отображена, например, на дисплее, входящем в состав данного блока.

На этом операции по лазерной локации и обнаружению наблюдаемого объекта завершены.

Сформированная в блоке обработки информации 28 информация об обнаружении объекта, его координатах, соответствующих угловым координатам парциальных элементов фотоприемника ФПМ 22, в которых превышен пороговый уровень отклонений статистического параметра, а также информация о координатах дальности обнаруженного объекта с выхода блока 28 поступает внешним потребителям информации (поз. 43а на фиг.1).

Далее рассмотрим выполнение отдельных операций, реализуемых устройством, осуществляющим способ. Операция суммирования текущих значений функции отклонения F(t), выполняемая в ячейках суммирования 50 (фиг.2), реализуется следующим образом.

Блок-схема одной ячейки суммирования 50 приведена на фиг.5. На вход ячейки суммирования 50 с выхода ячейки вычитания 49 (см. фиг.2) непрерывно поступает реализация функции отклонения F(t). Данный сигнал F(t) поступает на вход кольцевого коммутатора 61, который имеет М выходов, подключенных к соответствующим регистрам памяти 62, число которых также равно М. Кольцевой коммутатор 61 последовательно во времени подключает вход В_вх к выходам В_вых в соответствии с последовательностью их (выходов) номеров: 1, 2, 3, ..., m. Дойдя до номера выхода m, кольцевой коммутатор 61 снова осуществляет подключение своего входа В_вх к первому выходу В_вых с номером 1. Таким образом осуществляют круговое циклическое подключение входов регистров памяти 62 ко входу В_вх, подключенному к выходу ячейки вычитания 49 (на фиг.2), то есть к сигналу F(t) - функции отклонения. В момент подключения регистра памяти 62 ко входу В_вх с текущим значением F (t) соответствующий регистр памяти 62 регистрирует поступившее на его вход данное текущее значение функции отклонения F(t). При этом ранее зарегистрированная величина в данном регистре памяти 62 стирается. В результате в регистрах памяти 62 постоянно регистрируется отрезок реализации функции отклонения F(t) с протяженностью во времени T_p = m•Δt₁, где m - число отдельных регистров памяти 62, включенных в режим периодической регистрации поступающей информации (кольцо) ; Δt₁ - длительность периода подключения данного одного регистра памяти 62 ко входу В_вх, соединенному с соответствующим выходом ячейки вычитания 49. Величина Δt₁ может быть представлена также как период регистрации значений текущей реализации функции отклонения F(t). Длительность Δt₁ устанавливают равной единице времени измерения статистического параметра оптического излучения, которая соответственно равна одной или нескольким постоянным времени t_п активного квантового фильтра (АКФ) ; t_п=1/f_о, где f_o - полоса квантового усиления АКФ.

Таким образом, Δt₁ = l•t_п; l= 1; 2.. Величину Т_р выбирают равной длительности сигнала-аналога принимаемого излучения Т_р = Т_а. Величина m количества задействованных регистров памяти 62 определяется, таким образом, длительностью Т_а сигнала-аналога принимаемого излучения, которая была определена ранее

Установление величин m и Δt₁, определяющих работу кольцевого коммутатора 61, осуществляют с помощью схемы управления 65, по управляющим сигналам, поступающим на эту схему 65 с выхода блока обработки информации 28. В блоке обработки информации 28 значение величины Δt₁ - длительность единицы времени измерения статистического параметра - устанавливают заранее согласно априорному выбору режима измерения случайных сигналов на выходе АКФ. Данная величина Δt₁ выбирается равной Δt₁ = l•t_п, где l=1 или 2 и не подлежит в дальнейшем оперативному изменению. Величину m в блоке обработки информации 28 определяют на основании соотношения

где Т_с - ранее определенная в блоке 39 величина длительности сигнала-аналога принимаемого излучения. Информация о величине Т_с с выхода блока 39 поступила ранее после ее определения в блок обработки информации 28. Информация о величине Δt₁ и величине m с выхода блока обработки информации 28 поступает на схему управления 65 в цифровой форме по отдельному каналу связи. Следует отметить, что данная информация параллельно поступает на все ячейки суммирования 50 на содержащиеся в этих ячейках схемы управления 65. Схема 65 представляет собой цифровой специализированный дешифратор сигналов управления, поступающих с блока обработки информации 28. По поступившей закодированной информации о параметрах m и Δt₁ схема управления 65 вырабатывает сигнал, определяющий номер m выхода В_вых в кольцевом коммутаторе 61, после которого коммутатор 61 осуществляет вновь подключение первого выхода В_вых к своему входу В_вх.

Одновременно схема управления 65 в соответствии с величиной параметра Δt₁ вырабатывает второй управляющий сигнал, определяющий длительность периода Δt₁ переключения выходов в кольцевом коммутаторе 61. Для этого в последнем осуществляют переключение, например, некоторой емкости, величина которой определяет период (частоту) переключения выходов в коммутаторе 61. Выходы кольцевого коммутатора 61 подсоединены ко входам регистров памяти 62. По сигналу-импульсу с выхода второго синхрогенератора 52 фиг.2 выходной коммутатор 63 осуществляет быстрое последовательное подключение каждого регистра памяти 62 ко входу выходного сумматора 64. Последний осуществляет суммирование всех значений величин F (t), зарегистрированных в этот момент подачи управляющего сигнала синхрогенератором 52 в регистрах памяти 62. В результате в выходном сумматоре 64 образуется величина, равная сумме всех значений функции отклонения F (t) за время Т_р=Т_с, равное длительности сигнала-аналога принимаемого излучения

Сформированная сумма Z₁ с выхода выходного сумматора 64 поступает далее на один из входов второго коммутатора 51, фиг.2, а через последний на вход первого порогового блока 26 при осуществлении считывания сигналов-сумм Z₁ с выходов ячеек памяти 50 в соответствии с ранее рассмотренной работой блока суммирования 25 (см. фиг.2).

Таким образом, ячейки суммирования 50 работают по схеме скользящего суммирования поступающих на их входы сигналов-функций отклонения F(t). При поступлении на вход ячейки 50 нового значения (отсчета) функции суммирования F(t) в пределах элементарной длительности Δt₁ данное новое значение F(t) регистрируется на место самого первого в ряду m регистров 62 значения F(t) (самого старого), которое стирается из памяти данного регистра 62.

При этом в памяти регистров 62 постоянно находятся текущие значения функции отклонения F(t) за прошедший промежуток времени, равный Т_р, который образует "скользящее окно" во времени, передвигающееся по текущей реализации функции отклонения F(t). В любой момент времени можно осуществить считывание и суммирование информации в регистрах памяти 62 для дальнейшей пороговой обработки в первом пороговом блоке 26 с целью определения превышения отклонения статистического параметра от его среднего значения в пределах текущего промежутка времени Т_р, заданного управляющими сигналами от блока обработки информации 28. Данную операцию считывания и выполняют выходной коммутатор 63 и второй коммутатор 51 по сигналам с выхода синхрогенератора 52. Синхрогенератор 52 вырабатывает периодические управляющие импульсы, в соответствии с которыми осуществляют единовременное быстрое подключение (последовательное) регистров 62 к выходному сумматору 64. Периодичность поступления этих управляющих импульсов определяется в свою очередь управляющим сигналом, поступающим на синхрогенератор 52 от блока обработки информации 28.

Рассмотрим выполнение операций корреляции в блоке корреляционной обработки 24, блок схема которого приведена на фиг.2. (см. поз. 24). Блок корреляционной обработки 24 содержит корреляторы 53, каждый из которых подключен к выходу соответствующего элементарного парциального канала блока 23 определения статистических параметров. Вторые входы корреляторов подключены к выходу блока памяти 40. Выходы корреляторов 53 подключены к третьему коммутатору 54. Каждый из корреляторов 53 осуществляет формирование функции взаимной корреляции между поступающим на их первый и второй входы текущих значений функции отклонения F(t) в одном из парциальных углов приема ω_п оптического излучения и сигналом-аналогом принимаемого излучения. На фиг.6 приведена блок-схема первого варианта выполнения коррелятора 53. Число корреляторов 53 равно числу выходов блока 23 и соответственно числу парциальных фоточувствительных элементов в МФП 22. Элементы поз. 66 - 69 идентичны элементам одинакового наименования поз. 61 - 63; 65 в ячейке суммирования 50, работа которой рассмотрена выше. Указанные элементы в корреляторе 53 выполняют такую же функцию, что и в ячейке 50, а именно выделяют текущие значения функции отклонения F(t) в пределах промежутка времени Т_а, равного длительности сигнала-аналога принимаемого излучения, то есть элементы поз. 66 - 68; 69 формируют "скользящее окно" во времени, передвигающееся по текущей реализации функции отклонения F(t).

Сигнал функции отклонения F(t) с выхода выходного коммутатора 68 (см. фиг.6) поступает на вход генератора промежуточной частоты 70, а с его выхода на акустооптический модулятор 71. Выходной коммутатор 68 по сигналу управления, поступающему на него с выхода блока обработки информации 28, осуществляет последовательное подключение регистров памяти 67 ко входу генератора промежуточной частоты 70 (ПЧ), в результате чего на входе генератора 70 образуется последовательная реализация функции отклонения F (t) в пределах отрезка времени Т_а, равного длительности сигнала-аналога принимаемого излучения. Данная реализация F (t) зарегистрирована ранее в регистрах памяти 67 и непрерывно обновляется (продвигается во времени) по мере работы кольцевого коммутатора 66. Акустооптический модулятор света 71 осуществляет преобразование электрического сигнала промежуточной частоты с выхода генератора ПЧ 70 в пространственную модуляцию светового потока, созданного источником света 72 и расширителем пучка света 73. В состав генератора ПЧ 70 входит амплитудный модулятор, который осуществляет амплитудную модуляцию сигнала промежуточной частоты, генерируемого генератором ПЧ 70, в соответствии с сигналом функции отклонения F(t), поступающим на вход генератора ПЧ 70. В результате на управляющий вход акустооптического модулятора света 71 (АОМ) поступает сигнал промежуточной частоты, промодулированный сигналом функции отклонения F(t). Пьезопреобразователь 83, входящий в состав АОМ 71, преобразует этот сигнал в бегущую акустическую волну в прозрачной для света среде АОМ 71, выполненного, например, из кварца. Световой поток от источника света 72 после прохождения через АОМ 71 приобретает пространственную модуляцию по фазе, соответствующую функции отклонения F(t). При малых индексах модуляция по фазе эквивалентна амплитудной модуляции светового пучка. Таким образом, АОМ 71 осуществляет ввод сигнала F(t) в оптическую систему (фиг.6), выполняющую операцию формирования функции взаимной корреляции. Первый объектив 74 формирует в плоскости первого пространственного фильтра 75 Фурье-спектр сигнала F(t). Пространственный фильтр 75 выделяет (пропускает) спектр сигнала F(t), который локализован в одном из первых дифракционных порядков, соответствующих пространственной частоте, определяемой промежуточной частотой от генератора ПЧ 70. Нулевой порядок дифракции заграждается фильтром 75. Второй объектив 76 выполняет обратное преобразование Фурье и формирует в плоскости прозрачного светомодулирующего экрана 84 светомодулирующей ЭЛТ 77 (СЭЛТ) отфильтрованное изображение сигнала F(t), которое вследствие передвижения во времени акустической волны в АОМ 71 также непрерывно перемещается относительно пространственного сигнала, зарегистрированного на светомодулирующем экране 84. СЭЛТ 77 выполняет функцию эталонной маски. На светомодулирующем экране 84 регистрируют пространственное распределение Е(х), соответствующее сигналу-аналогу принимаемого излучения Е_АЭ(t), зарегистрированному ранее в блоке памяти поз.40 на фиг.1. Запись сигнала Е_АЭ(t) на светомодулирующий экран 84 осуществляют следующим образом. Сигнал Е_АЭ(t) из блока памяти 40 в аналоговой электрической форме поступает через электронный усилитель 81 на управляющий электрод электронного прожектора 85 СЭЛТ 77, который путем электронной развертки и модуляции электронного луча по интенсивности наносит на светомодулирующий экран 84 (СЭ) электрический заряд Е(х), с распределением, пропорциональным сигналу Е_АЭ(t). СЭ 84 выполнен из электрооптического кристалла и осуществляет пространственную модуляцию проходящего светового потока в соответствии с нанесенным зарядным рельефом Е (х), соответствующим сигналу-аналогу Е_АЭ(t). Для осуществления этого СЭ 84 размещен между двумя скрещенными поляризаторами 86, 87, преобразующими в амплитудную модуляцию светового потока модуляцию света по поляризации, которую производит СЭ 84, выполненный из электрооптического кристалла, под воздействием нанесенного на него электронным лучом зарядного рельефа Е (х). В результате на оптическом выходе СЭЛТ 77, то есть на входе третьего объектива 78, образуется пространственный оптический сигнал, пропорциональный произведению E_АЭ(t)•F(t+τ), в котором составляющая F(t+τ) перемещается относительно сигнала Е_АЭ(t). Третий объектив 78 осуществляет интегрирование сформированного произведения по пространству и формирует в плоскости второго пространственного фильтра (ПФ) 79 сигнал, пропорциональный взаимокорреляционной функции К(t)

ПФ 79 выделяет (пропускает) в одном из первых боковых порядков дифракции сигнал К (t) и задерживает любые другие фоновые (помеховые) сигналы, которые могут возникнуть в плоскости ПФ 79. Фотоприемник 80 осуществляет считывание сигнала К(t) и направляет его в блок промежуточной памяти 82 (буферный регистр), откуда данный сигнал направляют в третий коммутатор 54 фиг.2 и далее во второй пороговый блок 27 для выполнения операции сравнения со вторым заданным пороговым уровнем.

Таким образом, в рассмотренном корреляторе 53 (блок-схема на фиг.6) осуществляют прямое формирование функции взаимной корреляции К(t) в пределах длительности сигнала-аналога Т_а, при этом взаимное перемещение анализируемого сигнала - F(t) - функции отклонения и эталонной фиксированной маски - Е(х) - пропорциональной сигналу-аналогу принимаемого излучения Е_АЭ(t) осуществляют за счет перемещения акустической волны в АОМ 71.

Рассмотренный коррелятор 53, выполненный на основе средств оптической обработки информации, обладает высоким быстродействием и точностью выполнения сложных интегральных операций.

Основной элемент блока корреляционного анализа 24, коррелятор 53, может быть выполнен полностью на цифровых элементах в компактном исполнении. Далее рассмотрен такой коррелятор 53, осуществляющий формирование функции взаимной корреляции K(t) в цифровой форме, выполненный на основе процессоров быстрого преобразования Фурье (БПФ) - второй вариант построения коррелятора 53. На фиг.7 приведена блок-схема второго варианта коррелятора 53.

Элементы поз. 91 - 94 идентичны элементам одинакового наименования поз. 61 - 63; 65 в ячейке суммирования 50. С выхода выходного коммутатора 93 на вход первого процессора БПФ 95 поступает сигнал функции отклонения F(t) с протяженностью во времени Т_а, равной длительности сигнала-аналога принимаемого излучения. На вход второго процессора БПФ 96 от блока памяти 40 поступает сигнал-аналог принимаемого излучения Е_АЭ(t). Процессор БПФ 96 формирует в цифровой форме Фурье-спектр Ф_A(ω) сигнала-аналога

и комплексно-сопряженный Фурье-спектр Ф*A

(ω), который регистрируют в регистре памяти эталона 99. оператор преобразования Фурье.

Первый процессор БПФ 95 формирует Фурье-спектр функции отклонения F(t). Перемножитель 98 осуществляет формирование произведения S_A(ω)•Ф*A

(ω), которое далее подвергают Фурье-преобразованию (обратному) в третьем процессоре БПФ 97, на выходе которого в результате формируют функцию взаимной корреляции сигналов F(t) и Е_АЭ(t) в соответствии с известным соотношением между функцией корреляции и произведением Фурье-спектров

где К (t) - функция взаимной корреляции.

Преимуществом выполнения коррелятора 53 на основе цифровых процессоров БПФ и процессора-перемножителя 98 является возможность создания малогабаритной аппаратуры.

Функционально корреляторы 53 на основе процессоров оптической обработки информации (первый вариант на фиг.6) и процессоров БПФ цифровой обработки информации (второй вариант на фиг.7) являются идентичными.

Рассмотрим операции формирования пороговых уровней.

Формирование величин первого и второго заданных пороговых P₁, Р₂ уровней осуществляют следующим образом (см. фиг.1).

Направляют сформированный оптический сигнал-аналог принимаемого излучения Е_А(t) на вход АКФ 16. Для этого первое отражательное зеркало 14 с помощью блока перемещения 15 устанавливают в положение П₂ по сигналу управления с блока обработки информации 28. В этом состоянии на вход АКФ 16 поступает оптический сигнал-аналог принимаемого излучения, ответвленный с оптического выхода первой формирующей линзы 33 посредством второго полупрозрачного зеркала 37 и направляемый отражательными зеркалами 30а, 31. Вторая формирующая линза 34 осуществляет формирование параллельного светового потока, поступающего далее на вход АКФ 16. Далее с оптическим сигналом-аналогом принимаемого излучения осуществляют все те же операции, что и операции при приеме излучения, отраженного от наблюдаемого объекта, рассмотренные выше. Различие заключается в том, что сигнал-аналог Е_А(t) принимают в одном из парциальных углов приема оптического излучения на выходе АКФ 16, причем в этом угле приема, который соответствует сигналу-аналогу Е_А(t), и осуществляют определение параметров пороговых уровней P₁ и Р₂.

Осуществляют спектральную селекцию и усиление сигнала-аналога принимаемого излучения Е_А(t) в АКФ 16 на рабочей длине волны λ_раб. В каждом из парциальных пространственных углов приема ω_п на выходе АКФ 16 определяют статистический параметр оптического излучения на рабочей длине волны посредством блока определения статистических параметров поз.23 аналогично тому, как это рассмотрено выше при выполнении операций обнаружения оптических сигналов, отраженных от объекта. В качестве статистического параметра используют один из ранее рассмотренных параметров, например число случайных выбросов. В блоке 23 определяют среднюю величину статистического параметра оптического излучения на выходе АКФ 16 для всех парциальных пространственных углов приема на выходе АКФ 16 аналогично рассмотренному выше. В одном из парциальных углов приема на выходе АКФ 16, соответствующем угловому направлению поступающего на вход АКФ 16 оптического сигнала-аналога принимаемого излучения Е_А(t), определяют текущую величину отклонения во времени статистического параметра оптического излучения от измеренной средней величины данного статистического параметра как функцию времени и формируют функцию отклонения F₂(1), равную разности текущих значений S (t) статистического параметра и его средней величины S_o
F₂(t)=S(t)-S_о (20).

Формирование данного отклонения F₂ (t) осуществляют в парциальном угле приема сигнала-аналога принимаемого излучения, соответствующем, например, осевой линии АКФ 16, и с помощью парциального элементарного фоточувствительного элемента в МФП 22, расположенного в центре МФП 22 на оси О-О' в фокусе вогнутого зеркала 18, так как диафрагма 35, формирующая световой пучок, также расположена в центре на оптической оси оптической системы из формирующих линз 33, 34, как показано для примера на фиг.1. При этом данный центральный фоточувствительный элемент в МФП 22 соответствует парциальному углу приема оптического сигнала-аналога принимаемого излучения на выходе АКФ 16. Величина функции отклонения F₂ (t) для сигнала-аналога принимаемого излучения сформирована на выходе блока определения статистических параметров 23. При этом в качестве статистического параметра могут быть использованы, как это было рассмотрено выше, число случайных выбросов амплитуды оптического излучения в единицу времени над произвольно выбранным фиксированным уровнем или суммарная длительность случайных выбросов амплитуды оптического излучения в единицу времени над произвольно выбранным фиксированным уровнем.

Далее в блоке суммирования 25 и в блоке корреляционной обработки 24 осуществляют одновременно обработку сформированной функции отклонения F₂(t) с целью определения соответственно первого и второго пороговых уровней Р₁, Р₂. При этом обработку осуществляют только в одном центральном канале, соответствующем фоточувствительному элементу в МФП 22, который также соответствует парциальному углу приема оптического сигнала-аналога принимаемого излучения. Формирование первого порогового уровня P₁ осуществляют с помощью блока суммирования 25 и первого блока измерения порогового уровня 41, который содержит регистр памяти, управление записью и считыванием в которой осуществляют по командам от блока обработки информации 28, к которому блок 41 подключен. В блоке суммирования 25 осуществляют суммирование текущих значений функции отклонения F₂ (t) на интервале времени Т_c, равном длительности сформированного ранее сигнала-аналога принимаемого излучения Т_а для центрального канала обработки информации с выхода блока определения статистических параметров 23. Полученную сумму Z₂ принимают за величину первого заданного порогового уровня P₁:

Полученная величина Z₂ поступает с выхода блока суммирования 25 в блок 41, где регистрируется в регистре памяти этого блока. Далее по сигналу управления с выхода блока обработки информации 28 блок измерения первого порогового уровня 41 передает значение величины Z₂ из своего регистра памяти в первый пороговый блок 26, в котором величина Z₂ регистрируется в регистре, определяющем величину первого порогового уровня P₁ = Z₂. Этим осуществляется установление первого заданного порогового уровня P₁. Формирование второго порогового уровня P₂ осуществляют с помощью блока корреляционной обработки 24 и второго блока измерения порогового уровня 42. В блоке корреляционной обработки 24 осуществляют формирование взаимно корреляционной функции К₂(t) между запомненным электрическим сигналом-аналогом принимаемого излучения Е_АЭ(t) и сформированной функцией отклонения F₂(t) на интервале времени Т_c, равном длительности сигнала-аналога Е_А(t) также для центрального канала обработки информации с выхода блока 23. С выхода БКА 24 сигнал l(t), соответствующий текущим значениям функции взаимной корреляции К₂(t), поступает на вход второго блока измерения порогового уровня 42

Второй блок измерения порогового уровня 42 представляет собой регистратор максимального уровня поступающего на его вход сигнала. Для этого он содержит регистр памяти и ячейку сравнения (компаратор). Первый поступающий в блок 42 сигнал регистрируется в его регистр памяти. Последующие сигналы подвергаются сравнению в ячейке сравнения с ранее зарегистрированным сигналом в регистре, при этом в дальнейшем в регистр записывается наибольший сигнал. В результате к концу времени обработки Т_а в регистре памяти блока 42 будет зарегистрирована величина, соответствующая максимальному из сигналов, поступивших на вход блока 42, то есть максимальное значение функции взаимной корреляции К₂
M₂ = max{K₂(t)} = max{∫F₂(t)E(t-τ)dt} (23)
Данную величину М₂ принимают за второй заданный пороговый уровень Р₂ = М₂. Аналогично блоку 41 в блоке измерения второго порогового уровня 42 сигнал М₂ из регистра памяти блока 42 по команде от блока обработки информации 28 поступает на второй пороговый блок 27, где регистрируется в регистре, определяющем величину второго заданного порогового уровня Р₂ = М₂. В результате рассмотренных операций в первом и втором пороговых блоках 26, 27 устанавливают величины первого и второго заданных пороговых уровней P₁, Р₂. Установленные пороговые уровни соответствуют выходным сигналам блока определения статистических параметров 23, образующимся при поступлении на вход АКФ 16 оптического сигнала-аналога принимаемого излучения Е_А(t), сформированного на основе данных о предполагаемой дальности до объекта, а также априорных данных о параметрах объекта и трассы распространения излучения. Это позволяет осуществить прием и обнаружение оптических сигналов, отраженных от объекта, с параметрами, в среднем соответствующими априорно установленным при формировании сигнала-аналога параметрам эталонного (предполагаемого) объекта в пределах предполагаемой дальности до объекта.

После формирования пороговых уровней первое отражательное зеркало 14 с помощью блока перемещения 15 устанавливается в положение П1, при котором на вход АКФ 16 поступают оптические сигналы с выхода приемного телескопа 12, 13.

Рассмотрим работу блока измерения длительности 39. Блок измерения длительности 39 осуществляет операцию измерения длительности сформированного сигнала-аналога принимаемого излучения, который поступает на вход блока 39 в электрической форме с выхода регистрирующего фотоприемника 38. Блок-схема блока измерения длительности приведена на фиг.9. Поступающий на вход блока измерения длительности 39 сигнал-аналог принимаемого излучения Е_А(t) представлен схематично на фиг.8(б) и представляет собой сумму нескольких коротких (элементарных) импульсов малой длительности τ₂, образующих некоторый суммарный импульс общей длительностью Т_а, измерение которой и осуществляет блок 39. Принцип действия блока 39 аналогичен принципу действия рассмотренной выше ячейки определения параметров выбросов поз.44 на фиг.1, 3 и 4. При этом ячейка 44 осуществляет измерение длительностей прямоугольных импульсов (соответствующих выбросам) и не измеряет длительности промежутков между импульсами. Блок измерения длительности 39 осуществляет измерение общей суммарной длительности Т_а на фиг.8(б), для чего в блоке 39 осуществляют измерение как длительностей прямоугольных импульсов с выхода первого формирователя 102 (см. фиг.9), так и измерение длительностей промежутков между импульсами на фиг.8(б), в результате чего при суммировании полученных значений в сумматоре 100 образуется величина общей суммарной длительности Т_а.

Амплитудный селектор 101 и первый формирователь 102 работают аналогично блокам 55, 56 на фиг.3 и формируют прямоугольные импульсы, соответствующие элементарным импульсам τ₂ в сигнале -аналоге на фиг.8(б). Стробирующий каскад 103 и первый счетчик 84 аналогично соответствующим элементам в ячейке 44 на фиг. 3 осуществляют подсчет (измерение) суммарной длительности сформированных прямоугольных импульсов. Для определения промежутков между сформированными в первом формирователе 102 импульсами введен инвертор 106, преобразующий полярность сигналов на обратную. В результате на вход второго формирователя 107 поступает последовательность импульсов, положительные выбросы которых соответствуют промежуткам между исходными импульсами на выходе первого формирователя 102. В состав второго формирователя 107 входит дифференцирующая ячейка, выделяющая границы сформированных импульсов, и собственно схема формирования, генерирующая прямоугольные импульсы по сигналам с выхода данной дифференцирующей ячейки, соответствующие положению промежутков между импульсами на выходе первого формирователя 102. Далее второй стробирующий каскад 108 и второй счетчик 109 осуществляют измерение общей длительности сформированных прямоугольных импульсов.

Полученная величина поступает в сумматор 100 и суммируется с величиной, измеренной элементами 102, 103, 104. В результате на выходе сумматора 90 формируют сигнал (в цифровой форме), соответствующий общей длительности Т_а сигнала-аналога, принимаемого излучения на фиг.8(б). Измеренная величина Т_а с выхода сумматора 100 поступает далее в блок обработки информации 28 на фиг.1.

Лазерное локационное устройство, реализующее предлагаемый способ лазерной локации, выполнено на базе стандартных блоков и узлов.

В качестве источника лазерного излучения 1 использован, например, фотодиссоционный лазер с активным веществом в газовой фазе на основе перфторалкилйодидов и накачкой с помощью мощных импульсных источников оптического излучения. Активный лазерный элемент 2 в этом случае выполнен в виде кюветы с рабочим веществом в газовой фазе. Активный квантовый фильтр 16 представляет собой малошумящий квантовый усилитель, который может быть реализован также, например, на основе фотодиссоционного лазера с указанным активным веществом и накачкой с помощью импульсных источников оптического излучения.

В качестве блока обработки информации 28 использована стандартная ПЭВМ с блоками сопряжения для приема и передачи импульсных управляющих сигналов. Программное обеспечение блока 28 (ПЭВМ) включает последовательность операций по включению и запуску отдельных блоков локационного устройства, а также расчета и определения параметров ослабляющего фильтра β₀ в блоке ослабления излучения, а также установлению промежутков времени измерения сигналов в блоках измерения статистических параметров и корреляционного анализа. Вычислительные операции в блоке 28 (ПЭВМ) осуществляются с помощью специального вычислительного процессора. В состав ПЭВМ - блок 28 - входят также блок отображения информации (дисплей), устройства ввода и управления оператором, блоки архивной и оперативной памяти.

Блок сменных фильтров 36 представляет собой, например, оптико-механический блок со сменными калиброванными оптическими фильтрами, перемещаемыми с помощью шагового электродвигателя.

Первое отражательное зеркало 14 снабжено блоком перемещения 15, например, на основе шагового электродвигателя, обеспечивающего вывод зеркала 14 из зоны прохождения оптического излучения после проведения измерительных операций. Блок модуляции лазерного излучения 5 представляет собой электрооптический кристалл, например, на основе дигидрофосфата калия, расположенный между скрещенными поляризаторами 6 и 7. При поступлении на электрооптический кристалл 5 модулирующего сигнала от модулирующего генератора 8 кристалл 5 осуществляет модуляцию проходящего светового излучения по фазе, которая скрещенными поляризаторами 6 и 7 преобразуется в модуляцию по амплитуде, в результате чего лазерное излучение, формируемое источником лазерного излучения 1, становится промодулированным во времени по амплитуде в соответствии с модулирующим сигналом. В качестве модулирующего генератора 8 использован, например, генератор последовательности прямоугольных импульсов или генератор синусоидального сигнала. Возможна модуляция лазерного излучения псевдошумовым сигналом. В этом случае в качестве модулирующего генератора 8 используют электронный генератор псевдошумового сигнала. Для модуляции лазерного излучения импульсами с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) в качестве генератора 8 используют электронный генератор ЛЧМ-импульсов.

Использование различных видов модулирующих сигналов и соответствующих генераторов 8 позволяет повысить тактико-технические характеристики локационного устройства в конкретных условиях его применения. В качестве блока модуляции 5 возможно использование акустооптического кристалла (модулятора), обеспечивающего модуляцию во времени потерь внутри резонатора источника лазерного излучения 1.

Светомодулирующая ЭЛТ 77 содержит светомодулирующий экран 84 из электрооптического кристалла, например дигидрофосфата калия, и по своей конструкции может быть выполнена, например, аналогично СЭЛТ, рассмотренным и изложенным в работах [10], [11].

Блок определения статистических параметров, блоки суммирования, корреляционного анализа, пороговые и измерительные блоки выполнены на основе стандартных цифровых или аналоговых элементов, представляющих собой формирователи импульсных сигналов на основе триггеров, мультивибраторов, электронных счетчиков, электронных управляемых пороговых устройств, электронных переключателей-коммутаторов, а также стробирующих и инвертирующих схем. Блоки памяти и регистры памяти выполнены на основе стандартных запоминающих ячеек, обеспечивающих регистрацию, запоминание и управляемое неразрушающее считывание запомненных аналоговых или цифровых сигналов. Указанные элементы применяются в современной импульсной технике и могут быть реализованы на основании вышеизложенного принципа действия каждого из блоков. Процессоры быстрого преобразования Фурье (БПФ) 95, 96, перемножитель 98 представляют собой специализированные цифровые процессоры с программой, ориентированной на выполнение только операций Фурье-преобразования или перемножения сигналов в цифровой форме. Для выполнения этих операций возможно также применение стандартных ПЭВМ высокой производительности.

Для преобразования управляющих сигналов в аналоговую или цифровую форму при сопряжении исполнительных блоков с блоком обработки информации 28 или между собой предусмотрены стандартные аналого-цифровые (или ЦАП) преобразователи, входящие в соответствующие блоки или элементы.

Рассмотрим более подробно реализацию предложенного способа лазерной локации с помощью лазерного локационного устройства. В данном способе обнаружение оптического сигнала, отраженного от наблюдаемого объекта, осуществляют путем анализа и непрерывного определения статистических параметров оптического излучения на выходе АКФ 16, на вход которого поступает с выхода приемного телескопа излучение от наблюдаемой области пространства. Активный квантовый фильтр 16 обеспечивает высокую чувствительность лазерного локационного устройства при приеме оптических сигналов, отраженных от объекта.

Особенность АКФ 16 состоит в том, что при достаточно большом коэффициенте усиления К_у > 1000 в системе, состоящей из АКФ 16 и МФП 22 собственные шумы МФП 22 перестают играть какую-либо заметную роль, а чувствительность данной системы определяется только характеристиками АКФ 16 и приближается к предельной квантовой чувствительности, определяемой возможностью обнаружения и регистрации одного кванта внешнего оптического излучения, поступающего на вход АКФ 16 в полосе квантового усиления Δν на рабочей длине волны λ_раб. При этом уровень собственных спонтанных шумов АКФ 16, приведенных ко входу АКФ, который определяет предельную квантовую чувствительность АКФ, характеризуется наличием в среднем одного шумового фотона на входе АКФ в угле приема ω_п, соответствующем дифракционному углу ω_д и за промежуток времени Δt₀, соответствующий величине где f_o - полоса квантового усиления АКФ в единицах частоты f₀ ~ 300 МГц, Δt₀ = 3•10^-9с. При этом согласно теоретическим и экспериментальным исследованиям [9] величина минимально обнаружимого входного оптического сигнала равна

время корреляции шумов на выходе АК,
П_э - полоса усиления электронного усилителя, входящего в состав МФП 22,
Δν - ширина линии усиления АКФ в ,
С - скорость света,
ω_п,ω_д - пространственные (телесные) углы приема ω_п и дифракционный угол АКФ.

Высокая чувствительность АКФ 16 непосредственно связана со статистическими параметрами (характеристиками) спонтанного излучения на выходе АКФ.

Спонтанное излучение на выходе АКФ 16 в одном парциальном угле приема ω_п, представляющее собой случайный шумовой сигнал, можно приближенно аппроксимировать и представить нормальным стационарным случайным процессом с функцией корреляции
K_н(τ) = σ²R(τ),
где σ² - дисперсия случайного процесса,
коэффициент корреляции,
α = 4π•f2Э

; f_э - эквивалентная энергетическая ширина спектра случайного процесса, которая несколько превышает полосу f₀ квантового усиления АКФ 16 f_Э = a₁•f₀ (a₁ = 1,2 при коэффициенте усиления АКФ К_у ~ 10³ - 10⁴).

Для такого случайного процесса число выбросов в единицу времени N₁(С) над пороговым уровнем С можно определить следующим образом [12]:

где m - среднее значение.

при τ = 0.
Для промежутка времени Δt₀, на котором осуществляют измерение числа выбросов, среднее число выбросов N_cp = Δt₀•N₁(C). Измерение числа выбросов N_ср осуществляют в течение промежутка времени Δt₀, равного или кратного постоянной времени АКФ t_п, обратно пропорциональной величине fo полосы квантового усиления АКФ
n=1, 2, 3,....

Отсюда получаем оценку числа выбросов случайного процесса (спонтанного излучения) на выходе АКФ 16 за единицу времени измерения Δt₀:

Для выбранной аппроксимации случайного процесса, с учетом для нулевого среднего значения m = 0, получаем величину N_cp

где С - уровень отсчета амплитуды выброса.

Для уровня порога C = 0,1•σ; a₁ ~ 1,2,
N_cр=0,96•n (29),
где n - число, определяемое из условия выбора единицы времени измерения (n = 1, 2, 3).

Полученное соотношение для N_ср показывает, что в пределах постоянной времени АКФ 16 t_п (при n=1) случайный сигнал на выходе АКФ 16 имеет не более одного выброса над пороговым уровнем C = 0,1σ. Данный единичный выброс содержит не менее 75% энергии всего шумового сигнала за время t_п. В соответствии с формулой (24) и как показано в [9] в пределах промежутка времени t_п= 1/f_о энергия флуктуационных шумов, приведенных ко входу АКФ 16 в парциальном дифракционном угле приема, не превосходит энергии одного фотона (кванта) на рабочей длине волны λ_раб. На основании полученной оценки для среднего числа выбросов N_cp это позволяет сделать вывод о том, что единичный выброс случайного сигнала на выходе АКФ в пределах промежутка времени t_п= 1/f_о соответствует эквивалентному шумовому фотону на входе АКФ 16 в парциальном дифракционном угле приема ω_п. Поэтому подсчет числа выбросов N случайного оптического сигнала на выходе АКФ 16 соответствует подсчету числа эквивалентных шумовых фотонов на входе АКФ за соответствующий промежуток времени. Среднее число выбросов N_cp, измеренное по всему ансамблю парциальных элементарных углов приема ω_п излучения на выходе АКФ 16, является весьма точно измеряемой величиной, имеющей очень малую собственную дисперсию (разброс) вследствие стационарности случайного сигнала в пределах малых длительностей измерения, соответствующих нескольким постоянным времени t_п, t_o= n t_п, а также вследствие наличия очень большого количества элементарных спонтанных излучателей - возбужденных атомов в рабочем веществе АКФ 16.

Таким образом, при выборе промежутка времени измерения статистических параметров излучения на выходе АКФ 16 равным одной или нескольким постоянным времени t_п АКФ: t_o = nt_п, n = 1, 2, 3, получаем точное и устойчивое значение статистического параметра (выброса случайного сигнала), соответствующее в среднем одному эквивалентному шумовому фотону за время t_п=1/f_о в одном парциальном дифракционном угле приема на входе АКФ 16. В этом случае наличие на входе АКФ 16 одного внешнего фотона оптического сигнала, отраженного от объекта, приводит к существенному изменению статистического параметра (числа выбросов или общей длительности выбросов), которое может быть надежно обнаружено с высокой степенью вероятности, близкой к 100%. Действительно, наличие в пределах некоторого заданного промежутка времени измерения t_о вместо одного импульса (выброса) двух импульсов или вместо трех импульсов четырех импульсов, т. е. на один импульс (фотон) больше, является легко выполнимой задачей обнаружения одного внешнего фотона от принимаемого оптического сигнала и реализуется практически со 100% вероятностью правильного обнаружения. Вероятность ложной тревоги здесь практически равно нулю вследствие работы в режиме счета фотонов на квантовом пределе чувствительности. Действительно, как показано выше и в [9] наличие одного эквивалентного шумового фотона на входе АКФ в пределах постоянной времени t_п соответствует некоторой средней мощности спонтанного излучения на выходе АКФ в дифракционном угле приема и появление еще одного шумового фотона в том же промежутке времени и в том же дифракционном угле означало бы увеличение этой средней мощности спонтанного излучения в 2 раза, что является невероятным событием.

На основании изложенного можно утверждать, что выбор единицы времени t_o измерения статистического параметра излучения на выходе АКФ 16 в пределах одного или нескольких постоянных времени АКФ t_п=1/f_о позволяет реализовать предельную квантовую чувствительность устройства, реализующего способ и обеспечить регистрацию отдельных внешних фотонов с высокой вероятностью правильного обнаружения при нулевой вероятности ложного обнаружения (ложной тревоги). Указанное обнаружение внешних однофотонных оптических сигналов осуществляют в пределах заданного промежутка времени Т_а >> t_п, равного длительности ранее сформированного сигнала-аналога принимаемого излучения. В результате этого в предложенном способе реализуется предельная квантовая чувствительность не только при приеме оптических сигналов с короткой длительностью импульса, соответствующей постоянной времени АКФ t_п=1/f_о (что реализовано в [9] ), но и при приеме оптических сигналов с произвольно большой длительностью t _имп >> t_п, существенно превосходящей постоянную времени АКФ t_п.

Действительно, в процессе анализа статистических параметров оптического излучения на выходе АКФ 16 за время длительности Т_а сигнала-аналога принимаемого излучения осуществляют непрерывный подсчет количества выбросов случайного процесса (или длительностей выбросов) на отдельных элементарных промежутках времени Δt_и, равных (или кратных с небольшим количеством) постоянной времени t_п АКФ 16. При этом осуществляют сравнение измеренного числа выбросов со средней величиной по ансамблю для данного элементарного промежутка времени Δt_и, которая была измерена ранее и является достаточно стабильной и точно определенной. Отклонение от этой средней величины, обусловленное появлением на входе АКФ 16 одного внешнего фотона (кванта) в течение элементарного промежутка времени Δt_и обнаруживают с высокой степенью вероятности, причем процесс обнаружения одного внешнего фотона реализован в течение всего длительного промежутка времени Т_а, который может значительно превосходить собственно элементарный промежуток времени Δt_и, определяемый собственной постоянной времени t_п АКФ 16. Это обусловлено тем, что в течение большого по сравнению с t_п = t_о = 1/f_о промежутка времени, соответствующего длительности сигнала-аналога Т_а, осуществляют суммирование отклонений в величине статистического параметра от его среднего значения по ансамблю за малый промежуток времени n•t_п (n = 1, 2, 3), но не общее число случайных выбросов. В результате появившийся внешний квант излучения выявляется, а не теряется в общем числе случайных выбросов, как это происходит при прямом интегрировании сигнала с выхода АКФ за большой промежуток времени. В результате реализуется возможность обнаружения однофотонных сигналов, отраженных от объекта, при использовании подсвечивающего объект лазерного излучения с большой длительностью, которой соответствует большая длительность Т_а сигнала-аналога принимаемого излучения. Это является преимуществом предложенного способа и ЛЛУ по сравнению с прототипом [9], в котором реализовано обнаружение однофотонных сигналов и предельная квантовая чувствительность на коротком промежутке времени t_о, соответствующей постоянной времени t_о=1/f_о АКФ 16. В результате использования для подсвета объекта лазерного излучения с большой длительностью излучаемого импульса Т_имп >> t_o реализуется более высокий потенциал и дальность действия лазерного локационного устройства, реализующего предложенный способ.

Для повышения вероятности обнаружения оптических сигналов, отраженных от объекта, используют модуляцию по времени сформированного лазерного излучения посредством блока модуляции лазерного излучения поз.5 на фиг.1. При этом в сформированное лазерное излучение, используемое для подсвета объекта, вносится некоторая исходная регулярность, которая может быть обнаружена при приеме оптического лазерного сигнала, отраженного от объекта, и которая обусловливает дополнительно более высокую вероятность обнаружения объекта по сравнению с приемом только однофотонного сигнала от объекта. На фиг.8(а) схематично представлена осциллограмма сформированного и промодулированного импульса лазерного излучения для подсвета объекта. По оси абсцисс отложена координата времени, по оси ординат - нормированная амплитуда сигнала Е (интенсивность лазерного излучения). Сформированное лазерным генератором 1 лазерное излучение представляет собой импульс большой длительности Т_имп, состоящий из нескольких элементарных импульсов меньшей длительности τ₁. Данная форма лазерного излучения получена при использовании в качестве модулирующего генератора 8 генератора прямоугольных импульсов. Возможно использование других форм модуляции лазерного излучения, например, синусоидальным сигналом с помощью соответствующего генератора модулирующих синусоидальных сигналов. В результате распространения по протяженной трассе на дальность L и отражения от объекта лазерное излучение Е подвергается значительному ослаблению и претерпевает изменения, которые могут привести к значительной или полной потере исходной формы сигнала лазерного излучения Е(t). При этом принимаемое от объекта излучение на входе приемного телескопа 12 может представлять собой один или несколько фотонов, расположенных в местах на временной шкале, соответствующих расположению в исходном лазерном излучении Е_и фиг. 8(а) элементарных импульсов с длительностью τ₁. В промежутках между элементарными импульсами единичные фотоны в принимаемом излучении будут заведомо отсутствовать. На фиг.8(б) схематично представлена форма сигнала-аналога принимаемого излучения, соответствующая сформированному и промодулированному лазерному излучению на фиг.8(а). Сигнал-аналог принимаемого излучения, сформированный согласно данному предложенному способу на основе промодулированного лазерного излучения, используемого для подсвета объекта, представляет собой некоторый модельный сигнал, который в среднем соответствует ожидаемому оптическому сигналу от объекта на входе приемного телескопа 12. Форма сигнала-аналога принимаемого излучения (фиг.8б) соответствует форме ожидаемого сигнала от объекта и может существенно отличаться от формы исходного промодулированного лазерного излучения Е_и на фиг.8(а). Отдельные элементарные импульсы длительностью τ₁ в исходном лазерном излучении в сигнале-аналоге Е_а могут иметь меньшую длительность τ₂, или вовсе отсутствовать, а также могут иметь иное (не прямоугольное) распределение, что показано на фиг.8(б). Общая длительность сигнала-аналога принимаемого излучения Т_а может быть меньше длительности Т_имп исходного импульса лазерного излучения, вследствие значительного ослабления излучения при распространении по трассе. В то же время сигнал-аналог принимаемого излучения сформирован на основе конкретных априорных сведений об ожидаемом объекте, дальности до объекта и ослабления излучения в атмосфере. В результате форма сформированного сигнала-аналога принимаемого излучения E_А отражает возможную форму реального принимаемого сигнала от объекта на входе приемного телескопа 12 при наличии объекта на предполагаемой дальности L (или ближе). Это позволяет использовать сформированный сигнал-аналог принимаемого излучения Е_а в качестве эталонного сигнала при обнаружении оптического сигнала, отраженного от объекта. В данном предложенном способе сформированный сигнал-аналог принимаемого излучения используют в качестве эталона при корреляционной обработке оптического излучения с выхода АКФ 16. Это дополнительно позволяет повысить вероятность обнаружения объекта путем определения наличия корреляции между отклонениями от среднего статистических параметров (выбросов) в излучении на выходе АКФ 16 и формой (временной) сформированного сигнала-аналога принимаемого излучения Е_а. Действительно, как показано выше, отдельные выбросы в излучении на выходе АКФ 16, превосходящие средние значения статистического параметра, характеризуют наличие внешних фотонов на входе АКФ 16 в соответствующие моменты времени, которые соответствуют наличию в сигнале-аналоге Е_А на фиг.8(б) отдельных элементарных всплесков амплитуды, длительностью τ₂ в пределах длительности Т_а самого сигнала-аналога принимаемого излучения. В результате между сигналом-аналогом Е_А(t) и функцией отклонения F(t) от среднего статистического параметра на интервале времени Т_а существует некоторая корреляция, которую и определяют с помощью корреляционной обработки излучения на выходе АКФ 16.

Обнаружение объекта в данном способе осуществляют одновременно как на основе корреляционной обработки, так и на основе определения суммарных значений функции отклонения за время длительности Та сигнала-аналога принимаемого излучения. Это позволяет реализовать более высокую вероятность обнаружения при больших дальностях до объекта L, так как на большой дальности L возможно значительное ослабление сигнала от объекта, при котором форма принимаемого излучения полностью теряется, а излучение на входе приемного телескопа 12 представляет собой однофотонный импульс, соответствующий одному из элементарных импульсов τ₂ в сигнале-аналоге на фиг.8б. В этом случае обнаружение на основе только корреляционной обработки невозможно, однако блок суммирования обнаружит и зарегистрирует однофотонный сигнал. При получении от объекта более интенсивного отраженного сигнала оба канала обработки поз. 24 и 25 одновременно зарегистрируют и обнаружат наличие сигнала от объекта. Таким образом, наличие двух параллельных каналов обработки информации с выхода блока определения статистических параметров 23 - блока корреляционной обработки 24 и блока суммирования 25 - позволяет повысить вероятность обнаружения объекта. Решение о наличии объекта принимают при получении сигнала, превышающего заданный пороговый уровень, хотя бы в одном из блоков 24 или 25, или при одновременном превышении пороговых уровней в обоих блоках 24, 25. Установление заданных пороговых уровней P₁ и Р₂ на основе обработки в блоках 24 и 25 сигнала-аналога принимаемого излучения позволяет повысить достоверность обнаружения объекта, так как в этом случае в величинах P₁ и Р₂ учтены ожидаемые предполагаемые параметры объекта и дальности до объекта.

Как было отмечено, в лазерном приемном устройстве (ЛПУ), созданном на основе йодного фотодиссоционного квантового усилителя (АКФ) ближнего ИК-диапазона, возможно достижение режима предельно высокой квантовой чувствительности и регистрация однофотонных импульсных сигналов. Практическое применение данного ЛПУ в системах лазерной локации и связи будет определяться его помехоустойчивостью по отношению к различным фоновым излучениям и помехам. Работа лазерных систем связи и локации в атмосфере всегда осуществляется на фоне излучения естественных образований (земной поверхности, облачных полей), которые создают фоновые помехи и снижают дальность действия лазерных локационных систем (ЛЛС).

Известно, что дальность действия ЛЛС видимого и ближнего ИК-диапазонов в дневное время существенно меньше дальности действия при работе ночью. Это связано с тем, что, например, в импульсных системах локации пороговая чувствительность системы в значительной степени определяется числом фотонов фона, приходящихся на длительность импульса принимаемого сигнала. В этой связи представляет интерес оценка влияния внешних фоновых помех на пороговую чувствительность ЛПУ на базе йодного фотодиссоционного АКФ, работающего в режиме предельной квантовой чувствительности. Активная среда в АКФ состоит из возбужденных атомов йода I*, образующихся в результате фотодиссоциации исходного рабочего вещества под воздействием оптической накачки.

Особенностью фотодиссоционного АКФ является весьма узкая спектральная полоса квантового усиления, составляющая на полувысоте в оптимальном рабочем режиме величину

Следует также отметить, что фильтрация принимаемого оптического сигнала в АКФ осуществляется не в результате его ослабления вне пределов полосы пропускания, как это происходит в пассивных оптических фильтрах, а в результате усиления сигнала в пределах полосы квантового усиления Δνc1/2

.
Оптическое излучение вне пределов полосы усиления Δνc1/2 свободно проходит через АКФ и непосредственно воздействует на фотоприемник (МФП) в виде фоновой помехи. Для ослабления этой фоновой помехи, прошедшей через АКФ, используется пассивный оптический фильтр, расположенный в любом месте между выходом АКФ и МФП. Полоса пропускания этого фильтра Δν_f должна быть по возможности минимальной.

В качестве пассивного оптического фильтра можно использовать интерференционные фильтры, которые являются наиболее узкополосными из применяемых пассивных фильтров. Однако ширина полосы пропускания современных интерференционных фильтров Δν_f на несколько порядков превышает полосу квантового усиления Δνc1/2

АКФ.

Как будет показано ниже, при достаточно большом коэффициенте усиления АКФ фон, не попавший в полосу усиления АКФ, практически не будет влиять на чувствительность ЛПУ. Поэтому чувствительность ЛПУ будет определяться только соотношением между спектральной плотностью яркости фонового источника и спектральной плотностью яркости нулевых колебаний вакуума. Поэтому даже на фоне солнечного диска чувствительность данного ЛПУ будет всего на 12% хуже, чем при работе в ночное время.

Для фильтрации внешнего фонового излучения, поступающего через АКФ на вход МФП, используется пассивный узкополосный оптический фильтр (в дальнейшем просто пассивный фильтр).

Центральная длина волны пропускания пассивного фильтра λ_f совпадает с рабочей длиной волны λ₀ АКФ, соответствующей центру его полосы усиления.

Рассмотрим работу ЛПУ в режиме внешней фоновой засветки. Предположим, что на вход АКФ помимо полезного сигнала поступает фоновое излучение, постоянное во времени и равномерно заполняющее всю входную апертуру ЛПУ (диаметр входной входной апертуры d_a, площадь S_a). Будем одну из его поляризаций характеризовать спектральной плотностью энергетической яркости Iphnω,Ω

. Тогда спектральная плотность энергетической яркости излучения одной из поляризаций, прошедшего сквозь АКФ и пассивный фильтр с пропусканием T_f(ω)

где Iνacω,Ω - спектральная плотность яркости нулевых колебаний вакуума, K⁽⁺⁾(ω) - коэффициент усиления АКФ на частоте ω,ω≥0. Здесь учтено, что в пределах контура усиления Δνc1/2 в АКФ происходит усиление излучения фоновой помехи в K⁽⁺⁾(ω) раз. Вне пределов контура усиления АКФ фоновое излучение беспрепятственно проходит на вход МФП, ослабляясь только в пассивном фильтре. Представим (30) в виде

В такой записи в первом слагаемом в прямоугольных скобках фоновое излучение как бы уравнивается в правах с квантовым шумом, приведенным ко входу усилителя. Отличие фонового излучения от квантового шума учитывается вторым слагаемым, которое описывает фоновое излучение как прошедшее через АКФ без усиления.

Для удобства дальнейшего рассмотрения запишем (31) в виде
(I(+)ω,Ω

)_out = Iνacω,ΩK(+)Σ(ω), (32)
где результирующий коэффициент усиления
K(+)Σ(ω) = [(K⁽⁺⁾(ω)-1)(1+β)+β]•T_f(ω), (33)
а

Спектральная плотность энергетической яркости, определенная для всех частот, как положительных, так и отрицательных
(I_ω,Ω)_out = Iνacω,ΩK_Σ(ω), (35)
где

если ω≥0 и

если ω<0.
Телесный угол приема Ω_r, представляющий поле поле зрения одного элемента МФП, равен

где d_r - диаметр приемной площадки ФП; f_L - эквивалентный фокус оптической системы. Тогда спектральная плотность энергетической яркости излучения, прошедшего АКФ и пассивный фильтр, с учетом того, что на элемент МФП попадает только излучение, которое выходит из АКФ в телесном угле Ω_r

Корреляционная функция этого излучения

где
Ω_d = π(ϑ_d/2)² = π²λ20/16S_a -
телесный дифракционный угол, ϑ_d = λ/d_a - плоский дифракционный угол.

Не нарушая общности дальнейшего анализа, будем полагать величину T_f(ω) постоянной в пределах всей полосы пропускания пассивного фильтра. Спектральную характеристику последнего аппроксимируем прямоугольной функцией rect(λ) с шириной полосы прозрачности Δλ_f и пропусканием в максимуме Т_f. Вне пределов полосы Δλ_f пропускание пассивного фильтра полагаем равным нулю. Тогда средняя по ансамблю интенсивность шумового излучения на выходе фильтра

где
Δωcef

= 2πcΔνcef
(для гауссова контура)

Средняя по ансамблю мощность шумового излучения на выходе фильтра в предположении, что средняя интенсивность <I(r, t)> на выходе АКФ равномерна

Фототок элемента МФП пропорционален мощности падающего на него излучения, усредненной по интервалу времени, равному постоянной времени электронного усилителя τ_e

За время τ_e≤10 мкс случайное поле на выходе АКФ может рассматриваться как стационарное, поскольку время жизни инверсии существенно больше τ_e. Поэтому можем считать в силу эргодичности случайного процесса, что средняя мощность шумового излучения, падающего на элемент МФП
Среднее значение тока элемента МФП, отвечающее средней мощности шумового излучения Mi_nr, где

где М - коэффициент умножения элемента МФП, η - его квантовая эффективность; чувствительность элемента (фотодиода), е - заряд электрона; ℏ︀ - постоянная Планка; ω₀ - частота лазерного излучения; ℏ︀ω₀ - энергия кванта лазерного излучения на рабочей длине волны.

Так как АКФ работает в подпороговом режиме, то случайное поле на его выходе, обусловленное спонтанным излучением, является гауссовым. Случайное поле фонового излучения также предполагаем гауссовым.

Пусть на вход АКФ поступает полезный принимаемый сигнал с волновым вектором k_s, угол между которым и оптической осью АКФ и со спектральной плотностью энергии, согласованной с контуром усиления АКФ
S_ω = Eents

g_s(ω-ω_s), (43)
где E_s ^ent - энергия сигнала на входном зрачке ЛПУ, площадью S_a; g_s(ω-ω_s) - функция, описывающая форму спектра входного сигнала и полностью попадающая в контур усиления АКФ с шириной полосы Δνcef. Тогда, энергия сигнала на выходе АКФ
E_s ^out=E_s ^entK_s (44)
где

Будем считать, что центр картины Эйри, образованной плоской волной полезного сигнала в фокусе линзы совпадает с центром приемной площадки элемента МФП, представляющей собой круг диаметром d_r (случай, когда совпадения нет, требует отдельного рассмотрения). Тогда энергия полезного сигнала, попадающая на один элемент МФП, равна

где

функция Релея.

Если τ_e равно длительности импульса полезного сигнала на выходе АКФ, то выброс тока, отвечающий энергии полезного сигнала, попавшей на элемент МФП

где N_s - энергия полезного сигнала на входе АКФ, выраженная в числах фотонов. На выходе электронного усилителя, стоящего за МФП на эквивалентном сопротивлении нагрузки R получим напряжение полезного сигнала с амплитудой V_s ^max= K_eRМi_s ^max, где K_e - коэффициент усиления ЭУ на нижней границе его полосы усиления.

В цепи ФП помимо флуктуаций тока, обусловленных случайным характером спонтанного и фонового излучений с выхода АКФ, присутствуют также флуктуации, обусловленные дробовым эффектом ФП, тепловым шумом резистивных элементов и шумом ЭУ. Предполагая перечисленные виды флуктуации статистически независимыми, можем написать, что на выходе ЭУ дисперсия флуктуации

где i_dc - среднее значение темнового тока; F - коэффициент шума фотодиода; С - результирующая входная емкость; I_е ^*2 - спектральная плотность флуктуации тока эквивалентного токового источника шума усилителя; V_е ^*2 - спектральная плотность флуктуации напряжения эквивалентного шумового источника напряжения усилителя, П_e - полоса усиления электронного усилителя МФП.

Величину минимального обнаружимого входного сигнала рассматриваемого приемника излучения будем искать, сравнивая на выходе ЭУ напряжение, обусловленное сигналом, со средне квадратичной флуктуацией напряжения σ_V, обусловленного шумом. Согласно неравенству Чебышева P(|V-<V>|≥mσ_V)≤m^-2. Это означает, что вероятность отклонения напряжения от среднего значения вследствие случайной флуктуации на величину, превышающую или равную mσ_V, не превышает m^-2. Следовательно, сигнал, для которого отношение сигнал/шум составляет m, будет зарегистрирован с вероятностью, которая не меньше, чем 1-m^-2.

Сравним (Vmaxs

)² c m²σ2V. Из равенства (Vmaxs)² = m²σ2V получаем уравнение для N_min
(49)
где квантовый предел чувствительности МФП прямого детектирования.

Влияние флуктуационных шумов на уровень минимально-обнаружимого сигнала определяется величиной β, то есть отношением спектральной плотности энергетической яркости этих шумов к спектральной плотности энергетической яркости нулевых колебаний вакуума, а также и величиной коэффициента усиления спонтанного излучения <K_sp> в АКФ. Данное замечание является важным, так как позволяет сделать вывод о том, что при некотором достаточно большом <K_sp> влияние фоновых шумов, а также собственных шумов МФП на чувствительность ЛПУ может быть сделана весьма малой. Исследуем этот вопрос более подробно.

Если выполняется условие <K_sp> >> П_f/П_ef ^c, то и <K_sp ^c> >> П_f/П_ef ^c, где П_f - полоса пассивного фильтра, а П_ef ^с - эффективная полоса усиления АКФ. Тогда вкладом шума, обусловленного не усиленным фоном, можно пренебречь по сравнению с усиленным в АКФ спонтанным излучением и фоном. Оценим величину отношения П_f/П_ef ^c для пассивного фильтра со следующими параметрами: Δλ_f = 5нм (П_f = 8,67•10¹¹ Гц); Т_f = 0,5. Так как эффективная полоса усиления АКФ Пcef

= cΔvcef = 3,6•10⁸Гц, то П_f/П_ef ^c ≅ 2400, и, таким образом, чтобы исключить влияние на чувствительность ЛПУ фона, прошедшего АКФ без усиления, достаточно, чтобы было <K_sp> > 3 •10⁴. Что касается собственных шумов МФП и шумов усилителя, то они не дают вклада в флуктуации фототока уже при коэффициенте усиления в АКФ, начиная со значения К_s=3•10³, то есть <K_sp>≅0,35K_s≅10³.
В результате для N_min получаем уравнение

Его решение

Если фона нет, то

При достаточно большом коэффициенте усиления <K_sp ²> второе слагаемое под корнем много больше единицы.

Определим допустимый уровень засветки ЛПУ, βАКФper

, из допустимого ухудшения чувствительности ЛПУ по сравнению с чувствительностью, обусловленной только спонтанным излучением АКФ. Если обозначить через
(53)
характеризующее, во сколько раз ухудшается чувствительность при наличии фона, и задаться допустимым значением ε, то можно найти допустимое значение спектральной плотности энергетической яркости фона, отвечающее заданному ε. Для ЛПУ допустимое значение спектральной плотности яркости фона и задается формулой

где

Из этого выражения видно, что при достаточно большом <K_sp ²> произведение ξ_mK_s≫1 и βАКФper ≅ ε-1. (55) (55)
Мы видим, что при характерных параметрах ЛПУ с йодным АКФ допустимое значение фоновой засветки определяется только величиной ε. Если допустить при наличии фона ухудшение чувствительности ЛПУ в 2 раза, то допустимое значение спектральной плотности энергетической яркости фона будет равно спектральной плотности энергетической яркости нулевых колебаний вакуума
(Iphnω,Ω)АКФth = Iνacω,Ω,
что составляет для λ_раб = 1,315 мкм

Сравним полученные результаты с фоновой засветкой, производимой небом в дневное время Idskλ,Ω и солнечным диском Isunλ,Ω. Спектральная плотность энергетической яркости солнечного диска для одной из поляризаций
(56)
составляет примерно одну пятую часть Iνacω,Ω:

Вблизи земной поверхности из-за влияния атмосферы эта величина еще меньше. Яркость солнечного диска на уровне земной поверхности составляет Isunω,Ω = 3•10⁷Вт•м^-2мкм^-1•cp^-1 на λ = 0,5 мкм. Соответственно яркость неба днем составляет Idskλ,Ω = 10^-5Isunω,Ω на λ = 0,5 мкм в максимуме спектра излучения.

Для определения Isunω,Ω

и Idskλ,Ω нa λ = 1,315 мкм можно воспользоваться спектральной характеристикой солнечного излучения, согласно которой Isunω,Ω(λ = 1,3) = 0,125•Isunλ,Ω(λ = 0,5). Отсюда следует, что Isunλ,Ω(λ = 1,315) = 0,375•10⁷Вт•м^-2мкм^-1страд, а для одной из поляризаций Isunλ,Ω(λ = 1,315) = 0,188•10⁷Вт•м^-2мкм^-1сp и составляет примерно одну восьмую часть Iνacω,Ω. Таким образом Следовательно, даже при работе на фоне солнечного диска чувствительность ухудшится только на 12%.

Таким образом, фоновая засветка от солнечного диска, а тем более от дневного неба практически значительно меньше допустимой фоновой засветки и не влияет на чувствительность ЛПУ с йодным АКФ. Данное ЛПУ с йодным АКФ может работать с одинаковым предельным уровнем квантовой чувствительности как в ночное, так и в дневное время. Это объясняется следующими факторами: весьма узкой полосой квантового усиления Δνc1/2

, высоким коэффициентом усиления АКФ, достигающим нескольких тысяч единиц, а также эффектом подавления собственных шумов МФП и внешних фоновых шумов, не попавших в полосу усиления АКФ. При этом как было показано основное влияние на чувствительность ЛПУ с йодным АКФ оказывают спонтанные шумы АКФ, а собственные шумы ФП и внешние фоновые шумы подавляются и их мешающее воздействие уменьшается и при возрастании коэффициента усиления АКФ стремится к нулю. Сравнение (Iphnω,Ω)_per со спектральной плотностью энергетической яркости солнечного диска Isunω,Ω на λ_раб = 1,315 мкм свидетельствует о том, что ЛПУ на основе йодного АКФ обладает возможностью приема полезных сигналов даже на фоне солнечного диска

Это является весьма полезным качеством данного рассматриваемого ЛПУ, так как позволяет не только эффективно без снижения дальности действия работать в дневных условиях, но позволяет также исключить срыв сопровождения объекта слежения при прохождении данным объектом области его траектории, расположенной по отношению к ЛПУ на фоне солнечного диска.

Пусть D₀ - дальность действия приемного устройства (ПУ) при отсутствии помехи, а D_p - при наличии помехи. Если ввести параметр γ_p = D_p/D₀, характеризующий уменьшение дальности действия ПУ при наличии помехи в сравнении с дальностью действия в отсутствие помехи, то для ЛПУ с йодным АКФ γ_p близко к своему максимальному значению, равному единице, так как дальность действия, определяемая в общем случае величиной N_min, практически не уменьшается при работе ЛПУ с йодным АКФ даже в условиях сильной квазисолнечной фоновой помехи. На основании этого можно утверждать, что данное ЛПУ является приемным устройством высокой помехоустойчивости, для нарушения работы которого необходима весьма высокоэнергетическая помеха, превосходящая по уровню яркости солнечный диск и попадающая в весьма узкую полосу квантового усиления АКФ.

Проведенные экспериментальные исследования экспериментального образца устройства, реализующего способ, подтвердили получение более высокой вероятности обнаружения слабых оптических сигналов, отраженных от объекта. реализацию приема оптических сигналов с предельно высокой квантовой чувствительностью и однофотонных оптических сигналов при подсвете объекта лазерным излучением с большой длительностью импульса и высокой суммарной энергией, но ограниченной мощностью излучения, а также увеличение эффективности и дальности действия лазерной локационной системы в целом. Последнее достигается за счет одновременной реализации предельной однофотонной квантовой чувствительности и приема и регистрации лазерного излучения с большой длительностью излучаемого импульса, что позволяет повысить общую энергию лазерного излучения для подсвета объекта и, соответственно, увеличить дальность действия лазерной локационной системы при использовании лазерного передатчика - источника лазерного излучения - с ограниченной мощностью излучения, достижимой в реальной аппаратуре.

На фиг.10 (1 и 2) приведены две осциллограммы оптических импульсных сигналов, зарегистрированные соответственно на выходе источника лазерного излучения (поз. 1 фиг. 10) и на выходе АКФ 16 в одном из парциальных углов приема на соответствующем выходе одного из фоточувствительных фотоприемных элементов МФП 22 (поз. 2 фиг.10). При этом оптический сигнал на входе АКФ 16 был значительно ослаблен и составлял по уровню не более нескольких фотонов (2 кванта в дифракционном угле приема). По оси абсцисс отложена координата времени, а по оси ординат - нормированная амплитуда сигнала. На второй осциллограмме видны случайные выбросы амплитуды оптического сигнала на выходе АКФ 16, обусловленные спонтанным излучением АКФ. При этом выброс амплитуды на второй осциллограмме фиг.10 поз. 2, соответствующий по моменту времени принимаемому оптическому импульсу от лазерного генератора на первой осциллограмме, может быть обнаружен с высокой вероятностью правильного обнаружения при измерении статистического параметра, например, суммарной длительности всех выбросов над фиксированным уровнем в пределах заданного промежутка времени, соответствующего, например, интервалу в одну клетку на фиг.10 поз 2. Вероятность обнаружения указанного выброса (импульса) на второй осциллограмме фиг.10 (поз. 2) близка к 100 % при использовании предложенного способа, основанного на анализе статистических параметров (выбросов)случайных сигналов на выходе АКФ. В то же время обнаружение оптического сигнала на основе данного выброса по методу анализа амплитуды сигналов характеризуется меньшей вероятностью обнаружения, так как данный выброс (импульс) на фиг.10 поз. 2 на выходе МФП 22 характеризуется небольшим отношением сигнал/шум (порядка q = 1,5), при котором вероятность обнаружения составляет ~ 70 %. Таким образом, предложенный способ обладает более высокой вероятностью обнаружения слабых оптических сигналов по сравнению с методами приема сигналов, основанными на анализе амплитуд сигналов на выходе фотоприемников. По экспериментальным оценкам и на основании сравнения с уровнем шумов АКФ в зарегистрированном оптическом выходном сигнале, соответствующем выбросу амплитуды на второй осциллограмме фиг.10 поз. 2, содержалось на входе АКФ не более двух фотонов (квантов) от излучения, сформированного лазерным генератором. Использование лазерного излучения с большой длительностью и одновременный прием и регистрация нескольких импульсов-выбросов, аналогичных показанному на фиг.10 поз. 2, позволяет дополнительно повысить вероятность обнаружения и увеличить дальность действия лазерной локационной системы.

На фиг. 11 (поз. 1 и 2) показан характер распределения сигналов, полученных экспериментально на выходе МФП 22 при приеме и регистрации слабых оптических сигналов от протяженного объекта (модели).

При этом на выходе МФП 22 в блоке суммирования поз 25 зарегистрировано одновременное превышение заданного порогового уровня в нескольких парциальных углах приема сигналов, а полученное двумерное распределение, соответствующее наблюдаемому объекту, выведено на дисплей блока обработки информации 28. На фиг.11 (1 и 2) наблюдаемый объект находился, соответственно, в центре и на краю поля зрения приемного канала. Таким образом, в устройстве, реализующем способ, реализована высокая чувствительность, соответствующая квантовому пределу, при формировании изображений объектов в широком поле зрения, соответствующем числу элементов в матричном фотоприемнике МФП 22, равному 128 х 128 элементов.

Применение предложенного способа лазерной локации и устройства для его осуществления позволяет получить следующие результаты:
- обеспечить повышение чувствительности приема слабых оптических сигналов с большой длительностью импульса и довести уровень чувствительности приема этих сигналов до квантового предела, ограниченного квантовой структурой электромагнитного поля;
- повысить эффективность и дальность действия лазерной локационной системы за счет увеличения длительности импульсов лазерного излучения для подсвета объекта при обеспечении высокой чувствительности их приема и при одновременном обеспечении предельно высокой реально реализуемой мощности источника лазерного излучения;
- повысить вероятность правильного обнаружения объекта за счет использования метода измерения текущих отклонений статистических параметров излучения на выходе АКФ, а также за счет использования в качестве эталонного сигнала специально формируемого сигнала-аналога принимаемого излучения, учитывающего факторы, влияющие на ослабление и изменение лазерного излучения для подсвета объекта при его распространении по трассе и отражении от объекта;
- реализовать высокую помехозащищенность от внешних фоновых излучений и помех и обеспечить при этом пороговый уровень помехозащищенности со спектральной яркостью, превосходящей яркость солнечного излучения на рабочей длине волны.

Источники информации
1. Патент Германии N 768068, 22.03.1940.

2. Патент Германии N 892772, 19.12.1950.

3. Патент Англии N 604429, 5.07.1948.

4. Патент США N 2624876, 6.01.1953.

5. Патент США N 2678997, 18.05.1954.

6. Автоское свидетельство СССР N 146803 от 25.07.1956, бюл. N 9, 1962.

7. Сифоров В.И., Судаков С.С. и др. Радиоприемные устройства. Под редакцией Сифорова В.И. - М.: Сов. радио, 1974, с. 491 - 496.

8. Малашин М.С. и др. Основы проектирования лазерных локационных систем. - М.: Высшая школа, 1983, с. 98 - 100.

9. Патент РФ N 2152056, опубл. 27.06.2000, бюл. N 18 (прототип).

10. Авторское свидетельство СССР N 669976 от 21.03.1977, "Электронно-лучевая светомодулирующая трубка", Манкевич С.К., Ставраков Г.Н. и др.

11. "Квантовая электроника", 6, N 11, 1979, "Разрешающая способность электронно-лучевого пространственного модулятора света на основе кристалла ДКДР", Мальшаков В.Г., Манкевич С.К., Парыгин В.Н. и др.

12. Тихонов В.И. Выбросы случайных процессов. - М.: Наука, 1970.

Изобретение относится к области лазерной локации и квантовой электроники. Достигаемый технический результат - увеличение эффективности и дальности действия лазерной локационной системы, увеличение чувствительности приема слабых оптических сигналов с большой длительностью импульса до уровня чувствительности, ограниченной квантовым пределом, повышение вероятности обнаружения и приема однофотонных импульсных сигналов, реализация высокой помехозащищенности от фоновых излучений и помех с пороговым уровнем помехи, превосходящей спектральную яркость солнечного излучения. Согласно предлагаемому способу осуществляют формирование сигнала-аналога принимаемого излучения, после спектральной селекции и усиления принимаемого излучения с помощью активного квантового фильтра (АКФ) осуществляют измерение статистических параметров излучения на выходе АКФ в каждом парциальном пространственном угле приема, определяют величину функции отклонения статистических параметров от среднего значения, определяют взаимную корреляцию сигнала аналога принимаемого излучения и функции отклонения и суммарную величину функции отклонения на интервале наблюдения, полученные величины сравнивают с пороговым уровнем. 2 с. и 16 з.п.ф-лы, 11 ил.

1. Способ лазерной локации, заключающийся в формировании лазерного излучения, подсвете им объекта, приеме отраженного от объекта излучения, спектральной селекции и усиления его на рабочей длине волны λ_раб с помощью спектрального селектора - активного квантового фильтра (АКФ), разделении потока излучения на парциальные потоки, установлении величины пространственного парциального угла приема каждого из парциальных потоков излучения, равной дифракционному углу приема сигналов на выходе АКФ, направлении каждого из парциальных потоков с выхода АКФ на соответствующий парциальный фоточувствительный элемент многоэлементного фотоприемника (МФП) и принятии решения о наличии объекта на основе сравнения оптических сигналов на выходе АКФ с пороговым уровнем, отличающийся тем, что одновременно с формированием лазерного излучения осуществляют его модуляцию по времени, формируют на основе промодулированного лазерного излучения оптический сигнал-аналог принимаемого излучения, определяют его длительность Т_а, преобразуют его в электрический сигнал-аналог принимаемого излучения и запоминают этот сигнал-аналог посредством блока памяти, осуществляют измерение статистического параметра оптического излучения на рабочей длине волны λ_раб в каждом парциальном пространственном угле приема на выходе АКФ посредством анализа сигналов на выходе МФП, определяют среднюю величину статистического параметра оптического излучения по всем пространственным парциальным углам приема на выходе АКФ, после этого во время приема излучения, отраженного от объекта, в каждом из парциальных углов приема на выходе АКФ определяют величину отклонения статистического параметра оптического излучения от средней величины данного статистического параметра оптического излучения и формируют функцию отклонения F(t) во времени, равную разности текущих значений статистического параметра оптического излучения и средней величины статистического параметра оптического излучения, осуществляют текущее суммирование во времени значений функции отклонения F(t) на интервале времени Т_с, равном длительности Т_аоптического сигнала-аналога принимаемого излучения, осуществляют сравнение полученной суммы Z₁ на интервале времени Т_с с первым заданным пороговым уровнем P₁, одновременно формируют функцию взаимной корреляции K(t) между запомненным электрическим сигналом-аналогом принимаемого излучения и сформированной функцией отклонения F(t) на интервале времени Т_с, равном длительности Т_а оптического сигнала-аналога принимаемого излучения, осуществляют сравнение величины функции взаимной корреляции K(t) со вторым заданным пороговым уровнем Р₂, принимают решение о наличии объекта или при превышении суммой Z₁ первого заданного порогового уровня P₁, или превышении величиной функции взаимной корреляции K(t) второго заданного порогового уровня Р₂, или одновременном выполнении обоих этих условий в одном или одновременно в нескольких парциальных пространственных углах приема на выходе АКФ. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что модуляцию по времени сформированного лазерного излучения осуществляют путем изменения во времени величины поглощения оптического излучения внутри резонатора источника лазерного излучения на рабочей длине волны λ_раб, причем закон изменения во времени величины поглощения устанавливают в соответствии с изменением во времени сигнала модулирующего генератора. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что формирование оптического сигнала-аналога принимаемого излучения осуществляют путем ответвления части сформированного и промодулированного лазерного излучения, ответвленную часть излучения подвергают преобразованию по Фурье и ослабляют его в χ раз, причем коэффициент ослабления χ выбирают в соответствии с формулой

где L - предполагаемая дальность до объекта;
Q - расходимость лазерного излучения, сформированного источником лазерного излучения для подсвета объекта;
площадь входного зрачка (апертуры) приемного телескопа, D_T - диаметр приемного телескопа;
S_oб - предполагаемая эффективная площадь отражающей поверхности объекта;
ε_об - предполагаемый коэффициент отражения излучения поверхностью объекта;
ε₂ - коэффициент пропускания излучения в атмосфере на рабочей длине волны λ_раб, равный
ε₂ = exp[-α_п•L_a],
где α_п - спектральный коэффициент поглощения излучения атмосферой для рабочей длины волны λ_раб, L_a - длина предполагаемого пути распространения излучения в атмосфере до объекта и в обратном направлении от объекта;
ε₃ - коэффициент пропускания излучения в атмосфере, обусловленный рассеиванием на неоднородностях атмосферы на рабочей длине волны λ_раб, равный ε₃ = exp[-α_p.м.•L_a], где α_p.м. - коэффициент молекулярного рассеивания излучения в атмосфере на рабочей длине волны λ_раб.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве статистического параметра оптического излучения используют число случайных выбросов амплитуды оптического излучения в единицу времени над произвольно выбранным фиксированным уровнем. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве статистического параметра оптического излучения используют суммарную длительность случайных выбросов амплитуды оптического излучения в единицу времени над произвольно выбранным фиксированным уровнем. 6. Способ по п. 1, или 4, или 5, отличающийся тем, что в качестве единицы времени при измерении статистического параметра оптического излучения используют промежуток времени, равный или кратный постоянной времени активного квантового фильтра АКФ t_п, обратно пропорциональной величине f_o полосы квантового усиления АКФ : t_п= 1/f_o
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для формирования величин первого и второго заданных пороговых уровней P₁ и P₂, направляют сформированный оптический сигнал-аналог принимаемого излучения на оптический вход АКФ, подвергают его спектральной селекции и усилению на рабочей длине волны λ_раб в АКФ, в каждом из парциальных пространственных углов приема на выходе АКФ определяют статистический параметр оптического излучения на рабочей длине волны λ_раб, определяют среднюю величину статистического параметра оптического излучения для всех парциальных пространственных углов приема на выходе АКФ, в одном из парциальных углов приема, соответствующем угловому направлению направленного на оптический вход АКФ оптического сигнала-аналога принимаемого излучения, определяют текущую величину отклонения во времени статистического параметра оптического излучения от средней величины данного статистического параметра оптического излучения как функцию времени и формируют функцию отклонения F₂(t), равную разности текущих значений S(t) статистического параметра оптического излучения и его средней величины S_o (F₂ (t) = S(t) - S_o), осуществляют текущее суммирование во времени значений функции отклонения F₂(t) на интервале времени Т_с, равном длительности сформированного сигнала-аналога принимаемого излучения, полученную сумму Z₂ принимают за величину первого заданного порогового уровня P₁ = Z₂, одновременно с этим формируют функцию взаимной корреляции К₂(t) между запомненным электрическим сигналом-аналогом принимаемого излучения и сформированной функцией отклонения F₂(t) на интервале времени Δt, равном длительности Т_с сигнала-аналога принимаемого излучения Δt = T_c, определяют максимальное значение величины функции взаимной корреляции K₂(t) : М₂ = max{ K₂(t)} и полученную величину M₂ принимают за второй заданный пороговый уровень Р₂ = М₂. 8. Лазерное локационное устройство для осуществления способа лазерной локации, содержащее установленные на первой оптической оси источник лазерного излучения на рабочей длине волны λ_раб с блоком накачки, поворотное зеркало с приводом зеркала и блоком управления приводом зеркала, установленные на второй оптической оси приемный телескоп, входом связанный с поворотным зеркалом, первое отражательное зеркало с блоком перемещения, активный квантовый фильтр (АКФ) с блоком накачки и наполнения рабочим веществом, вогнутое зеркало, второе отражательное зеркало, поляризационный фильтр, интерференционный фильтр, многоэлементный фотоприемник (МФП) и блок обработки информации, выходы которого соединены с блоком накачки источника лазерного излучения, блоком накачки и наполнения рабочим веществом активного квантового фильтра, блоком управления приводом поворотного зеркала и блоком перемещения первого отражательного зеркала, отличающееся тем, что в него введены блок формирования сигнала-аналога принимаемого излучения, блок определения статистических параметров, блок корреляционного анализа, блок суммирования, первый и второй пороговые блоки, первый и второй блоки измерения порогового уровня, блок измерения длительности, блок памяти, модулирующий генератор, при этом оптический вход блока формирования сигнала-аналога принимаемого излучения оптически связан с оптическим выходом источника лазерного излучения посредством первого полупрозрачного зеркала, оптический выход блока формирования сигнала-аналога принимаемого излучения связан с оптическим входом активного квантового фильтра посредством первого отражательного зеркала, а электрический выход блока формирования сигнала-аналога принимаемого излучения подключен к входам блока памяти и блока измерения длительности, выходы которых соответственно соединены с входами блока корреляционного анализа и блока обработки информации, управляющий вход блока формирования сигнала-аналога принимаемого излучения подсоединен к выходу блока обработки информации, выходы многоэлементного фотоприемника соединены с входами блока определения статистических параметров, управляющий вход которого подключен к выходу блока обработки информации, а выходы к блоку суммирования и к блоку корреляционного анализа, управляющий вход блока суммирования подключен к выходу блока обработки информации, а выход подключен к первому пороговому блоку и первому блоку измерения порогового уровня, выход которого подключен к первому пороговому блоку, а управляющий вход подсоединен к выходу блока обработки информации, управляющий вход блока корреляционного анализа подключен к выходу блока обработки информации, а выход подключен к второму пороговому блоку и второму блоку измерения порогового уровня, выход которого подключен к второму пороговому блоку, а управляющий вход подключен к выходу блока обработки информации, выходы первого и второго пороговых блоков подключены к входам блока обработки информации, выход модулирующего генератора подключен к источнику лазерного излучения. 9. Лазерное локационное устройство по п. 8, отличающееся тем, что в нем источник лазерного излучения содержит расположенные последовательно на оптической оси оптически связанные первое зеркало резонатора источника лазерного излучения, активный лазерный элемент с блоком накачки, первый поляризатор, блок модуляции лазерного излучения, второй поляризатор и второе зеркало резонатора источника лазерного излучения, при этом блок модуляции лазерного излучения соединен с выходом модулирующего генератора. 10. Лазерное локационное устройство по п. 8, отличающееся тем, что в нем блок формирования сигнала-аналога принимаемого излучения содержит последовательно установленные на оптической оси от оптического входа до оптического выхода блока третье отражательное зеркало, Фурье-преобразующую линзу, диафрагму, блок ослабления излучения, первую формирующую линзу, второе полупрозрачное зеркало, регистрирующий фотоприемник, четвертое отражательное зеркало, вторую формирующую линзу и пятое отражательное зеркало, причем управляющий вход блока ослабления излучения подключен к блоку обработки информации, а выход регистрирующего фотоприемника подключен к блоку памяти и блоку измерения длительности. 11. Лазерное локационное устройство по п. 8, отличающееся тем, что в нем блок определения статистических параметров содержит ячейки определения параметров выбросов по числу парциальных элементов в многоэлементном фотоприемнике, ячейки вычитания по числу ячеек определения параметров выбросов, первый синхрогенератор, первый коммутатор, сумматор и ячейку деления, при этом входы ячеек определения параметров выбросов подключены к соответствующим выходам парциальных фоточувствительных элементов многоэлементного фотоприемника, а выходы подсоединены к входам ячеек вычитания и входам первого коммутатора, вторые входы ячеек вычитания подключены к выходу ячейки деления, выход первого коммутатора через сумматор подключен к входу ячейки деления, ячейки определения параметров выбросов соединены с выходом первого синхрогенератора, первый синхрогенератор и ячейки определения параметров выбросов соединены с блоком обработки информации, управляющий вход первого коммутатора соединен с блоком обработки информации, выходы ячеек вычитания соответствуют выходам блока определения статистических параметров, а также к соответствующим выходам ячеек вычитания подключены входы корреляторов, которые содержит блок корреляционного анализа. 12. Лазерное локационное устройство по п. 11, отличающееся тем, что в нем в блоке определения статистических параметров ячейка определения параметров выбросов содержит последовательно соединенные амплитудный селектор, формирователь, первый и второй счетчики, подключенные к переключателю, стробирующий каскад и генератор счетных импульсов, при этом входы стробирующего каскада подключены к выходам генератора счетных импульсов и формирователя, а выход подключен к второму счетчику, управляющие входы амплитудного селектора и первого и второго счетчиков подключены к выходу первого синхрогенератора, управляющий вход переключателя подключен к выходу блока обработки информации. 13. Лазерное локационное устройство по пункту 8, отличающееся тем, что в нем блок суммирования содержит ячейки суммирования - по числу парциальных фоточувствителъных элементов в многоэлементном фотоприемнике, второй коммутатор и второй синхрогенератор, при этом входы ячеек суммирования подключены к соответствующим выходам ячеек вычитания блока определения статистических параметров, а выходы подключены к входам второго коммутатора, выход второго синхрогенератора подключен к управляющим входам ячеек суммирования, выход второго коммутатора подключен к первому пороговому блоку и первому блоку измерения порогового уровня, управляющий вход второго синхрогенератора подключен к выходу блока обработки информации, управляющие входы второго коммутатора и ячеек суммирования подключены к выходу блока обработки информации. 14. Лазерное локационное устройство по п. 13, отличающееся тем, что в нем в блоке суммирования ячейка суммирования содержит кольцевой коммутатор, регистры памяти, выходной коммутатор, выходной сумматор и схему управления, при этом выходы кольцевого коммутатора через регистры памяти подключены к входам выходного коммутатора, выход которого подключен к выходному сумматору, управляющий вход кольцевого коммутатора через схему управления подключен к выходу блока обработки информации, а управляющий вход выходного коммутатора подсоединен к выходу второго синхрогенератора. 15. Лазерное локационное устройство по п. 8, отличающееся тем, что в нем блок корреляционного анализа содержит корреляторы по числу парциальных фоточувствительных элементов в многоэлементном фотоприемнике и третий коммутатор, выход которого подключен к второму пороговому блоку и второму блоку измерения порогового уровня, при этом входы корреляторов подключены к соответствующим выходам ячеек вычитания блока определения статистических параметров, вторые входы корреляторов подключены к выходу блока памяти, выходы корреляторов подключены к входам третьего коммутатора, управляющий вход которого подключен к выходу блока обработки информации. 16. Лазерное локационное устройство по п. 15, отличающееся тем, что в нем в блоке корреляционного анализа коррелятор содержит последовательно установленные на оптической оси оптически связанные источник света, расширитель пучка, акустооптический модулятор, первый объектив, первый пространственный фильтр, второй объектив, светомодулирующую электронно-лучевую трубку (СЭЛТ), третий объектив, второй пространственный фильтр, фотоприемник, выход которого подключен к промежуточному блоку памяти, а также кольцевой коммутатор, регистры памяти, выходной коммутатор, схему управления, генератор промежуточной частоты и усилитель, при этом выходы кольцевого коммутатора через регистры памяти подключены ко входам выходного коммутатора, выход которого через генератор промежуточной частоты подключен к управляющему электроду акустооптического модулятора, а управляющий вход - к блоку обработки информации, управляющий вход кольцевого коммутатора через схему управления подсоединен к выходу блока обработки информации, управляющий электрод СЭЛТ через усилитель подсоединен к выходу блока памяти, вход кольцевого коммутатора подключен к выходу соответствующей ячейки вычитания блока определения статистических параметров, а выход блока промежуточной памяти подключен к соответствующему входу третьего коммутатора. 17. Лазерное локационное устройство по п. 15, отличающееся тем, что в нем в блоке корреляционного анализа коррелятор содержит кольцевой коммутатор, регистры памяти, выходной коммутатор, схему управления, первый, второй и третий процессоры быстрого преобразования Фурье (БПФ), перемножитель и регистр памяти эталона, при этом выходы кольцевого коммутатора через регистры памяти подключены к входам выходного коммутатора, выход которого подключен к входу первого процессора БПФ, а управляющий вход подключен к выходу блока обработки информации, выход первого процессора БПФ подключен к первому входу перемножителя, выход второго процессора БПФ через регистр памяти эталона подключен к второму входу перемножителя, выход которого подсоединен к входу третьего процессора БПФ, выход которого подсоединен к соответствующему входу третьего коммутатора, вход второго процессора БПФ подсоединен к выходу блока памяти, управляющий вход кольцевого коммутатора через схему управления подключен к выходу блока обработки информации, а вход подключен к соответствующей ячейке вычитания блока определения статистических параметров. 18. Лазерное локационное устройство по п. 8, отличающееся тем, что в нем блок измерения длительности содержит амплитудный селектор первый и второй формирователи, первый и второй стробирующие каскады, первый и второй счетчики, генератор счетных импульсов, инвертор и сумматор, причем амплитудный селектор и первый формирователь формируют прямоугольные импульсы, соответствующие элементарным импульсам в оптическом сигнале-аналоге принимаемого излучения, который сформирован на выходе блока формирования сигнала-аналога принимаемого излучения, при этом выход амплитудного селектора подключен к входу первого формирователя, выход которого подсоединен к инвертору и первому стробирующему каскаду, выход которого через первый счетчик подключен к первому входу сумматора, с выхода которого сигнал, соответствующий общей длительности сигнала-аналога принимаемого излучения поступает в блок обработки информации, выход инвертора через второй формирователь подключен к входу второго стробирующего каскада, выход которого через второй счетчик подсоединен к второму входу сумматора, выход генератора счетных импульсов подключен к вторым входам первого и второго стробирующих каскадов.