СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИУСА ПРОСТРАНСТВЕННОЙ КОГЕРЕНТНОСТИ ЛОКАЦИОННЫХ ОПТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ Российский патент 2019 года по МПК G01J9/02 

Изобретение относится к области оптико-электронной техники и может быть использовано в лазерных локационных системах.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является способ (см., например, [1]) измерения радиуса пространственной когерентности лазерного излучения, основанный на освещении рассеивающего объекта лазерным излучением, приеме рассеянного излучения из области фокусировки исследуемого излучения одновременно в двух точках, преобразовании интенсивности рассеянного излучения в электрические сигналы, определении их взаимной корреляционной функции, определении радиуса пространственной когерентности ρ_к по значению расстояния ρ между фотоэлементами, корреляционная функция выходных сигналов которых уменьшается в m раз по формуле

Недостатком способа является недостаточная точность измерения ρ_к оптического излучения, обусловленная оценкой его значения по интенсивности принимаемого излучения. В дополнение, в случае рассеянного излучения малой мощности возникает дополнительное ограничение в его приеме, которое также влияет на достоверность результата.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение точности измерения ρ_к оптического излучения.

Сущность изобретения заключается в измерении ρ_к локационных оптических сигналов на основе оценки фазовых соотношений принимаемого и опорного излучений на поверхности матричного фотоприемника (МФП).

Технический результат достигается тем, что в известном способе измерения ρ_к локационных оптических сигналов, основанном на облучении объекта отражения когерентным оптическим излучением, детектируют опорное когерентное оптическое излучение МФП, каждый фоточувствительный элемент которого имеет координатную привязку, измеряют и запоминают значение величины фототока каждого фоточувствительного элемента МФП, где - координатный номер фоточувствительного элемента МФП, вызванного действием опорного когерентного оптического излучения, детектируют отраженное от объекта отражения оптическое излучение МФП, измеряют и запоминают значение величины фототока каждого фоточувствительного элемента МФП, вызванного действием отраженного от объект отражения оптического излучения, смешивают отраженное от объекта отражения оптическое излучение с опорным когерентным оптическим излучением, детектируют смешанное оптическое излучение МФП и выделяют из суммарного фототока каждого i_j фоточувствительного элемента МФП переменную составляющую как вычисляют максимальное значение переменной составляющей фототока каждого фоточувствительного элемента МФП по формуле вычисляют величину фазового рассогласования между частями смешиваемых оптических излучений падающих на каждый фоточувствительный элемент, как отношение по координатам фоточувствительных элементов МФП с постоянными значениями величин фазовых рассогласований определяют координаты границы области отсутствия интерференции смешиваемых оптических излучений, по значениям которых вычисляют значение ρ_к оптического излучения отраженного от объекта отражения.

Степень согласованности колебаний (когерентности) в поперечном сечении оптического излучения, фактически, определяется степенью неизменности фаз рассматриваемых колебаний в различных точках пространства. Следовательно, степень когерентности оптических колебаний проявляется при интерференции, которая определяется фазовыми соотношениями смешиваемых волн источников излучения (см., например, [2] стр. 84). Использование фазовых характеристик принимаемого поля дают более точные результаты измерений различный параметров, так как среда распространения имеет меньшее на их влияние (см., например, [2] стр. 92). В условиях смешивания двух излучений ширина контрастности интерференционной картины практически будет определяться волной с наименьшим ρ_к. Следовательно, смешивая отраженный сигнал с опорным с большей степенью когерентности можно по фазовым соотношениям измерить его ρ_к.

Заявленный способ поясняется схемой, представленной на фигуре 1, где приняты следующие обозначения: 1 - МФП; 2 - интерференционное изображение смешиваемых волн на площадке МФП; 3 - граница области «развала» интерференционной изображения смешиваемых волн на площадке МФП; 4 - источник когерентного оптического излучения (ИКОИ); 5 - формирующая оптика; 6 - объект локации; ρ_к - радиус пространственной когерентности оптического излучения.

Излучение ИКОИ 4 делят формирующей оптикой 5 два потока. Направляют первый поток на объект 6. Второй оптический поток с помощью формирующей оптики 5 направляют на МФП 1, каждый фоточувствительный элемент которого имеет координатную привязку. Детектируют второй оптический поток МФП 1, измеряют и запоминают значение величины фототока i_ОПОР каждого фоточувствительного элемента. Смешивают отраженный от объекта 6 оптический поток с помощью формирующей оптики 5 со вторым оптическим потоком. При смешивании волн анализируемого и опорного излучений амплитуда сигнала каждого фоточувствительного элемента МФП 1 будет определяться степенью фазового согласования Δϕ на его площадке (см., например, [3 стр. 93]). Детектируют смешанный оптический поток МФП 1. При этом выходной ток каждого фоточувствительного элемента МФП 1 образуют постоянная и переменная составляющие i=i_ПОС+i_ПЕР. Значение i_ПЕР при пространственной, поляризационной и частотной согласованности определяется как а значение i_ПОС, как i_ОПОР+i_C, где i_ОПОР, i_C - постоянные составляющие фототока, вызванные действием поля только опорного или сигнального (анализируемого) оптических излучений. С целью получения значения Δϕ на поверхности каждого фоточувствительного элемента МФП 1 выделяют из суммарного фототока каждого фоточувствительного элемента переменную составляющую, используя запомненные значения i_ОПОР, i_Сi_ПЕР=i-(i_C+i_ОПОР), а так же вычисляют максимальное значение переменной составляющей фототока i_ПЕРмах (при Δϕ=0) каждого фоточувствительного элемента МФП 1 по формуле Величину Δϕ между частями смешиваемых оптических потоков, падающих на каждый фоточувствительный элемент МФП 1, вычисляют как отношение В результате получают координатную матрицу значений Δϕ, которая характеризует интерференцию смешиваемых потоков 2 или ее отсутствие. Пространственная область постоянных значений (нулевых) Δϕ характеризует отсутствие интерференции смешиваемых потоков, а область переменных значений Δϕ - интерференцию смешиваемых потоков 2. Область переменных значений Δϕ имеет границу 3, которая определяет ρ_к. Следовательно, по координатам фоточувствительных элементов МФП 1 с постоянными значениями величин фазовых рассогласований определяют координаты границы области отсутствия интерференции смешиваемых оптических излучений, по значениям которых вычисляют значение ρ_к оптического излучения отраженного от объекта отражения (с учетом преобразования оптических потоков формирующей оптикой).

На фигуре 2 представлена блок-схема устройства, с помощью которого может быть реализован предлагаемый способ. Блок-схема устройства включает оптически связанные: объект 6, ИКОИ 4, разделительную пластину 7; зеркало 8, поляризатор 9, МФП 1, выходы которого подсоединены к входам, информационно связанных микропроцессора 10 и запоминающего устройства 11 Устройство работает следующим образом. Излучение ИКОИ 4 делят разделительной пластиной 7 два потока. Поляризатор 9 исключает влияние поляризационного несогласования детектируемых полей на величину выходных сигналов МФП 1. Направляют первый поток на объект 6. Второй оптический поток с помощью разделительной пластиной 7 и зеркала 8 направляют на МФП 1. Детектируют второй оптический поток МФП 1, измеряют значение величины фототока каждого фоточувствительного элемента и передают их значения и значения соответствующих координат фоточувствительного элемента в запоминающее устройство 11. Детектируют отраженный от объекта 6 оптический поток МФП 1, измеряют значение величины фототока каждого фоточувствительного элемента и передают их значения и значения соответствующих координат фоточувствительного элемента в запоминающее устройство 11. Смешивают отраженный от объекта 6 оптический поток с помощью разделительной пластиной 7 и зеркала 8 со вторым оптическим потоком. Детектируют смешанный оптический поток МФП 1, измеряют значение величины фототока каждого фоточувствительного элемента и передают их значения и значения соответствующих координат фоточувствительного элемента в микропроцессор 10. Микропроцессор 10 считывает данные из запоминающего устройства 11 и вычисляет значение ρ_к.

Таким образом, у заявляемого способа появляются свойства, заключающиеся в повышении точности измерения ρ_к за счет оценки фазовых соотношений принимаемого и опорного излучений на поверхности МФП. Тем самым предлагаемый авторами способ устраняет недостатки прототипа.

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений неизвестен способ измерения ρ_к локационных оптических сигналов, основанный на облучении объекта отражения когерентным оптическим излучением, детектировании опорного когерентного оптического из лучения МФП, каждый фоточувствительный элемент которого имеет координатную привязку, измерении и запоминании значения величины фототока каждого фоточувствительного элемента МФП, где - координатный номер фоточувствительного элемента МФП, вызванного действием опорного когерентного оптического излучения, детектировании отраженного от объекта отражения оптического излучения МФП, измерении и запоминании значения величины фототока каждого фоточувствительного элемента МФП, вызванного действием отраженного от объекта отражения оптического излучения, смешивании отраженного от объекта отражения оптического излучения с опорным когерентным оптическим излучением, детектировании смешанного оптического излучения МФП и выделении из суммарного фототока каждого i_j фоточувствительного элемента МФП переменной составляющей как вычислении максимального значения переменной составляющей фототока каждого фоточувствительного элемента МФП по формуле вычислении величины фазового рассогласования между частями смешиваемых оптических излучений Δϕ_j, падающих на каждый фоточувствительный элемент, как отношение определении по координатам фоточувствительных элементов МФП с постоянными значениями величин фазовых рассогласований координат границы области отсутствия интерференции смешиваемых оптических излучений, вычислении по значениям которых значения ρ_к оптического излучения отраженного от объекта отражения.

Предлагаемое техническое решение практически применимо, так как для его реализации могут быть использованы оптические и оптико-электронные узлы и устройства.

1 Авторское свидетельство SU №1429705. Способ измерения радиуса пространственной когерентности. Беленький М.С., Глушков А.Н., Нетреба П.И., Покасов В.В. МПК G01J 3/00. 4 с. Регистрация 12.01.87. Опубл. 07.10.92 г. Бюл. 37.

2 Беленький М.С., Лукин В.П., Миронов В.Л, Покасов В.В. Когерентность лазерного излучения в атмосфере. М.: «Наука», 1985. 176 с.

Изобретение относится к области оптико-электронной техники и касается способа измерения радиуса пространственной когерентности локационных оптических сигналов. Способ включает в себя облучение объекта отражения когерентным оптическим излучением, детектирование опорного, отраженного от объекта и смешанного опорного и отраженного излучения матричным фотоприемником, каждый фоточувствительный элемент которого имеет координатную привязку. Из суммарного фототока каждого фоточувствительного элемента выделяют переменную составляющую, вычисляют максимальное значение переменной составляющей фототока каждого фоточувствительного элемента и вычисляют величину фазового рассогласования между частями смешиваемых оптических излучений, падающих на каждый фоточувствительный элемент. По координатам фоточувствительных элементов с постоянными значениями величин фазовых рассогласований определяют координаты границы области отсутствия интерференции смешиваемых оптических излучений, по значениям которых вычисляют значение радиуса пространственной когерентности отраженного от объекта оптического излучения. Технический результат заключается в повышении точности измерений. 2 ил.

Способ измерения радиуса пространственной когерентности локационных оптических сигналов, основанный на облучении объекта отражения когерентным оптическим излучением, отличающийся тем, что детектируют опорное когерентное оптическое излучение матричным фотоприемником, каждый фоточувствительный элемент которого имеет координатную привязку, измеряют и запоминают значение величины фототока каждого фоточувствительного элемента матричного фотоприемника, где - координатный номер фоточувствительного элемента матричного фотоприемника, вызванного действием опорного когерентного оптического излучения, детектируют отраженное от объекта отражения оптическое излучение матричным фотоприемником, измеряют и запоминают значение величины фототока каждого фоточувствительного элемента матричного фотоприемника, вызванного действием отраженного от объекта отражения оптического излучения, смешивают отраженное от объекта отражения оптическое излучение с опорным когерентным оптическим излучением, детектируют смешанное оптическое излучение матричным фотоприемником и выделяют из суммарного фототока каждого i_j фоточувствительного элемента матричного фотоприемника переменную составляющую как вычисляют максимальное значение переменной составляющей фототока каждого фоточувствительного элемента матричного фотоприемника по формуле вычисляют величину фазового рассогласования между частями смешиваемых оптических излучений Δϕ_j, падающих на каждый фоточувствительный элемент, как отношение по координатам фоточувствительных элементов матричного фотоприемника с постоянными значениями величин фазовых рассогласований определяют координаты границы области отсутствия интерференции смешиваемых оптических излучений, по значениям которых вычисляют значение радиуса пространственной когерентности оптического излучения отраженного от объекта отражения.