СПОСОБ ЛАЗЕРНОГО ДАЛЬНОМЕТРИРОВАНИЯ Российский патент 2015 года по МПК G01C3/08 

Изобретение относится к области лазерной техники, а именно к лазерной дальнометрии.

Известны способы лазерного дальнометрирования, когда лазерные излучатели формируют импульсы на одной фиксированной безопасной для глаз длине волны. Например, лазерный дальномер, безопасный для глаз, описанный в патенте на полезную модель RU №20677 от 23.07.2001. Недостатком такого решения является строго ограниченная максимальная энергия лазерного излучения, что ограничивает максимальную дальность действия дальномера. Поэтому при выборе способа лазерного дальнометрирования приходится искать компромисс между безопасностью лазерного излучения при измерении дальности до близкорасположенных объектов и дальностью действия лазерного дальномера. Кроме того, для некоторых применений важно обеспечить определенную энергию импульсов лазерного излучения. Одновременное выполнение задачи измерения дальности на безопасной длине волны и задачи обеспечения излучения лазерных импульсов с определенной энергией невозможно реализовать в одном дальномере без возможности переключения длины волны лазерного излучателя и способа автоматического выбора длины волны дальномера в зависимости от дистанции до объекта.

Известен способ определения дальности до удаленного объекта, описанный в патенте на изобретение RU №2385471 С2 от 25.07.2001. Этот способ включает зондирование объекта путем посылки на него серии n лазерных импульсов и определения в каждом i-м зондировании временного интервала t₁ и между моментами излучения лазерного импульса, и приема отраженного объектом излучения. При каждом зондировании определяют и регистрируют значения моментов текущего времени T_i, регистрируют значения измеренных интервалов t_i в серии зондирований. Для каждого зондирования определяют отсчеты дальности R_i=c×t_i/2, где с - скорость света, интерполируют полученные выборочные значения R_i линейной зависимостью. Этот способ не позволяет обеспечить необходимую дальность действия при использовании лазерных излучателей, работающих на безопасной для глаз длине волны из-за ограниченной санитарными нормами энергии излучения.

Наиболее близким по технической сущности является способ светолокационного определения дальности, описанный в патенте на изобретение RU №2390724С2 от 10.10.2007. Способ светолокационного определения дальности методом некогерентного накопления включает в себя серию циклов зондирования, в каждом из которых на цель посылают лазерный зондирующий импульс. После излучения зондирующего импульса квантуют время на дискреты, принимают отраженный целью импульс и вырабатывают в каждой из дискрет времени гипотезу об отсутствии или наличии сигнала путем порогового преобразования принятой смеси сигнала и шума. Формируют соответствующее гипотезе число и накапливают формируемые числа в виде сумм для каждой дискреты времени. По завершении накопления выделяют те дискреты времени, где накопленная в течение серии циклов зондирования сумма превышает заданное число, и по этим накопленным суммам судят о дальности до цели. Недостатком этого способа является не обеспечение требований безопасности излучения для глаз при дальнометрировании на близких дистанциях и низкая частота обновления информации о дальности из-за процедуры некогерентного накопления сигнала.

Цель изобретения - разработка способа выбора длины волны в лазерном дальномере для обеспечения максимальной дальности дальнометрирования с возможностью обеспечения безопасности излучения для глаз на близких дистанциях.

Поставленная цель достигается тем, что в способе лазерного дальнометрирования, включающем посыл на цель серий лазерных импульсов, прием отраженных сигналов с последующим вычислением дальности L до цели, первый посыл на цель осуществляют на длине волны λ₂, после чего за время паузы между сериями лазерных импульсов назначают одну из двух фиксированных длин волн лазерных импульсов для каждой последующей серии, а именно длину волны λ₁ выбирают для дальности L≥L₀, а длину волны λ₂ выбирают для дальности L<L₀, где

$$L_0=\frac{k\cdot \sqrt{P_u/q^{\ast }}}{\gamma }$$

L₀ - расчетное значение дальности, при котором λ₁ становится безопасным;

k - коэффициент запаса по дальности;

γ - расходимость лазерного излучения;

P_u - мощность импульса излучения лазера;

q^∗ - допустимая плотность мощности излучения на длине волны λ₁ в соответствии с международными санитарными правилами;

L - дальность до цели, измеренная на длине волны λ₁ или λ₂,

λ₁ - основная длина волны лазерного излучения;

λ₂ - дополнительная длина волны лазерного излучения (безопасная для глаз).

Способ лазерного дальнометрирования осуществляется с помощью лазерного дальномера, предназначенного преимущественно для установки на авиационные носители, лазерный излучатель которого имеет возможность работы на одной из двух длин волн λ₁ или λ₂. Основная длина волны, получаемая твердотельным лазером - λ₁, а излучение на длине волны λ₂ осуществляется путем преобразования λ₁ во встроенном в лазерный излучатель параметрическом генераторе.

Примером реализации лазерного излучателя с переключаемой длиной волны является твердотельный моноимпульсный лазер и двухволновый лазерный генератор, описанный в патенте на изобретение RU №2346367 С2. Выбор одной из двух длин волн излучения осуществляется по внешней команде.

Предлагаемый способ лазерного дальнометрирования осуществляется с помощью дальномера, который схематично представлен на чертеже, где:

1 - лазерный генератор излучения с длиной волны λ₁;

2 - параметрический преобразователь излучения с длиной волны λ₁ в излучение с длиной волны λ₂;

3 - оптический тракт прибора;

4 - приемник отраженного от цели излучения с длинами волн λ₁ или λ₂;

5 - вычислитель.

Генератор излучения (1) и параметрический преобразователь (2) установлены в одном лазерном излучателе.

Излучение с длиной волны λ₁ формируется в лазерном генераторе (1), затем оно или сразу выходит из лазерного излучателя, если требуется сформировать импульс на длине волны λ₁, или поступает на параметрический преобразователь (2), где преобразуется в излучение с длиной волны λ₂, если на выходе лазерного излучателя требуется сформировать импульс с длиной волны λ₂. Далее импульсы с длинами волн λ₁ или λ₂, проходят по оптическому тракту (3) и выходят из прибора в направлении цели. На поверхности цели происходит рассеянье лазерных импульсов, часть энергии импульсов возвращается в прибор, проходит оптический тракт (3) и попадает на приемник отраженного излучения (4). Вычислитель (5) по интервалу времени между моментом излучения импульса и моментом приема отраженного импульса вычисляет дальность до цели по известной формуле:

$$L=\frac{c\cdot \Delta t}{2}$$

где

L - дальность до цели, измеренная на длине волны λ₁ или λ₂;

с - скорость света в среде;

Δt - интервал времени между моментом излучения импульса и моментом приема отраженного импульса.

Команды на переключение длины волны в лазерном излучателе поступают из вычислителя (5). В зависимости от измеренного значения дальности, определенных условий и критериев вычислитель формирует команду на лазерный излучатель о формировании импульсов с длиной волны либо λ₁, либо λ₂.

В начале работы излучатель лазерного дальномера излучает серию импульсов на дополнительной длине волны λ₂, безопасной для глаз.

Если дальность L на длине волны λ₂ получена и находится в диапазоне L<L₀, то лазерный излучатель излучает следующую серию импульсов на длине волны λ₂.

Если дальность L на длине волны λ₂ не получена или находится в диапазоне L≥L₀, то лазерный излучатель излучает следующую серию импульсов на длине волны λ₁.

Если дальность L на длине волны λ₂ получена и находится в диапазоне L≥L₀, то лазерный излучатель излучает следующую серию импульсов на длине волны λ₁ (длина волны не меняется).

Если дальность L на длине волны λ₁ не получена или находится в диапазоне L<L₀, то лазерный излучатель излучает следующую пачку импульсов на длине волны λ₂.

Для обеспечения безопасности параметры лазерного излучателя на длине волны λ₂ выбирается таким образом, чтобы получаемая плотность мощности была меньше допустимой плотности мощности излучения на длине волны λ₂ в соответствии с международными санитарными правилами для этой длины волны лазерного излучения.

Благодаря описанным критериям принятия решения при выборе длины волны способ лазерного дальнометрирования позволяет получить технический результат: одновременное обеспечение требований максимальных дистанций при дальнометрировании и требований безопасности излучения для близких дистанций.

Способ может быть применен для двухволновых лазерных излучателей дальномеров при измерении дальности для любых целей: как наземных, так и воздушных.

Изобретение относится к области лазерной техники, а именно к лазерной дальнометрии. Способ лазерного дальнометрирования включает в себя посыл на цель серий лазерных импульсов, прием отраженных сигналов с последующим вычислением дальности до цели. Первый посыл на цель осуществляют на длине волны λ₂. За время паузы между сериями лазерных импульсов назначают одну из двух фиксированных длин волн лазерных импульсов для каждой последующей серии, а именно длину волны λ₁ выбирают для дальности L>L₀, а длину волны λ₂ выбирают для дальности L<L₀. Способ применяется для лазерных излучателей, у которых имеется возможность работы на одной из двух длин волн λ₁ или λ₂. 1 ил.

Способ лазерного дальнометрирования, включающий посыл на цель серий лазерных импульсов, прием отраженных сигналов с последующим вычислением дальности L до цели, отличающийся тем, что первый посыл на цель осуществляют на длине волны λ₂, после чего за время паузы между сериями лазерных импульсов выбирают одну из двух фиксированных длин волн лазерных импульсов в каждой серии так, что длина волны λ₁ выбирается для дальностей L≥L₀, а длина волны λ₂ выбирается для дальностей L<L₀, где
$$L_0=\frac{k\cdot \sqrt{P_u/q^{\ast }}}{\gamma }$$
L₀ - расчетное значение дальности, при котором λ₁ становится безопасным;
L - дальность до цели, измеренная на длинах волн λ₁ или λ₂;
k - коэффициент запаса по дальности;
γ - расходимость лазерного излучения;
P_u - мощность импульса излучения лазера;
q^∗ - допустимая плотность мощности излучения на длине волны λ₁ в соответствии с международными санитарными правилами;
λ₁ - основная длина волны лазерного излучения;
λ₂ - дополнительная длина волны лазерного излучения (безопасная для глаз).