Lazerli masofa o'lchagichning ishlashiga asoslangan fizik usullarning tavsifi

1-bob
Lazerli masofa o'lchagichning ishlashiga asoslangan fizik usullarning tavsifi.

Lazer diapazoni, shuningdek radar elektromagnit to'lqinlarning uchta asosiy xususiyatiga asoslanadi:

1. Ob'ektlardan aks etish qobiliyati. Nishon va u joylashgan fon ulardagi radiatsiya hodisasini boshqacha aks ettiradi. Lazer nurlanishi barcha ob'ektlardan: metall va metall bo'lmagan, o'rmonlardan, haydaladigan erlardan va suvdan aks etadi. Bundan tashqari, u o'lchamlari to'lqin uzunligidan kichikroq, radio to'lqinlaridan yaxshiroq bo'lgan har qanday ob'ektlardan aks ettiriladi. Bu aks ettirishning asosiy printsipidan yaxshi ma'lum, bu to'lqin uzunligi qanchalik qisqa bo'lsa, u shunchalik yaxshi aks etadi. Bu holda aks ettirilgan nurlanish kuchi to'lqin uzunligi to'rtinchi quvvatga teskari proportsionaldir. Lazer lokatori asosan radarga qaraganda ko'proq aniqlash qobiliyatiga ega - to'lqin qanchalik qisqa bo'lsa, u shunchalik baland bo'ladi. Shuning uchun radar rivojlanishi bilan uzun to'lqinlardan qisqaroq to'lqinlarga o'tish tendentsiyasi mavjud edi. Biroq, ultra qisqa radioto'lqinlarni chiqaradigan radiochastota generatorlarini ishlab chiqarish tobora qiyinlashdi va keyin butunlay boshi berk ko'chaga chiqdi. Lazerlarning yaratilishi joylashuv texnologiyasida yangi istiqbollarni ochdi.
2. To'g'ri chiziqda tarqalish qobiliyati. Bo'shliqni skanerlaydigan tor yo'naltirilgan lazer nuridan foydalanish ob'ektga yo'nalishni aniqlashga imkon beradi (nishon yotqizish). Bu yo'nalish optik o'qning joylashuvi bilan topiladi

lazer nurlanishini hosil qiluvchi tizim. Nur qanchalik tor bo'lsa, rulmanni aniqroq aniqlash mumkin. Oddiy hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, taxminan 1,5 ga teng yo'nalish koeffitsientini olish uchun santimetr diapazonida radio to'lqinlaridan foydalanganda siz diametri taxminan 10 m bo'lgan antennaga ega bo'lishingiz kerak. Bunday antennani tankga o'rnatish qiyin, samolyotda kamroq. U katta hajmli va tashish mumkin emas. Siz qisqaroq to'lqinlardan foydalanishingiz kerak.

Qattiq holatdagi faol moddadan foydalangan holda ishlab chiqarilgan lazer nurining burchak burchagi faqat 1,0 ... 1,5 daraja va qo'shimcha optik tizimlarsiz ma'lum.
Binobarin, lazer lokatorining o'lchamlari sezilarli darajada bo'lishi mumkin
shunga o'xshash radardan kamroq. Kichik o'lchamli optik tizimlardan foydalanish, agar kerak bo'lsa, lazer nurlarini bir necha yoy daqiqalarigacha toraytirishga imkon beradi.
3. Lazer nurlanishining doimiy tezlikda tarqalish qobiliyati ob'ektgacha bo'lgan masofani aniqlash imkonini beradi. Shunday qilib, puls diapazoni usuli bilan quyidagi bog'liqlik qo'llaniladi:
bu erda L - ob'ektgacha bo'lgan masofa,
c - nurlanishning tarqalish tezligi,
t - impulsning nishonga va orqaga borishi uchun zarur bo'lgan vaqt.
Ushbu munosabatni ko'rib chiqish shuni ko'rsatadiki, diapazonni o'lchashning potentsial aniqligi energiya pulsining ob'ektga va orqaga o'tishi uchun zarur bo'lgan vaqtni o'lchashning aniqligi bilan belgilanadi. Impuls qanchalik qisqa bo'lsa, shuncha yaxshi ekanligi aniq.

2-bob.
Lazerli masofa o'lchagichning ishlash printsipi tavsifi.

Lazer diapazoni o'lchagichning ishlash printsipi quyidagicha - qurilma tomonidan yuborilgan, ko'zga ko'rinmaydigan lazer nurlari nishondan aks etadi va orqaga qaytariladi. Keyinchalik, o'rnatilgan mikrokontroller masofani hisoblab chiqadi, bu lazer pulsi yuborilgan paytdan boshlab, aks ettirishdan keyin qabul qilingan vaqtgacha bo'lgan vaqtga bog'liq. Diapazonga o'rnatilgan lazerlar infraqizil to'lqin uzunligi diapazonida ishlaydi va ularning nurlanishi ko'zga ko'rinmaydi. Zamonaviy iste'molchi lazer masofa o'lchagichlari xavfsiz 1-sinf infraqizil lazerlaridan foydalanishiga qaramay, barcha ishlab chiqaruvchilar yoqilgan qurilmalarni odamlarga qaratishni qat'iyan taqiqlaydi - bu, ayniqsa, yaqin masofalarda ko'zning shikastlanishiga olib kelishi mumkin.

Lazer nurlanishining modulyatsiya turiga qarab diapazonni o'lchashning uchta usuli mavjud: puls-faza yoki faza-puls.
Impuls diapazoni usulining mohiyati shundan iboratki, ob'ektga zond pulsi yuboriladi, u ham diapazonni o'lchash moslamasida vaqt hisoblagichini ishga tushiradi. Ob'ekt tomonidan aks ettirilgan impuls masofa o'lchagichga yetganda, u hisoblagichni to'xtatadi. Vaqt oralig'iga asoslanib, ob'ektgacha bo'lgan masofa avtomatik ravishda operator oldida ko'rsatiladi. Ushbu o'lchov usulining xatosi 30 sm. Xorijiy

Mutaxassislarning fikricha, bu bir qator amaliy muammolarni hal qilish uchun etarli.

Fazalarni o'zgartirish usuli bilan lazer nurlanishi sinusoidal qonunga muvofiq modulyatsiya qilinadi. Bunday holda, radiatsiya intensivligi sezilarli darajada o'zgaradi. Ob'ektgacha bo'lgan masofaga qarab, ob'ektga tushgan signalning fazasi o'zgaradi. Ob'ektdan aks ettirilgan signal masofaga qarab ma'lum bir faza bilan qabul qiluvchi qurilmaga ham keladi.
Dala sharoitida ishlash uchun mos bo'lgan faza diapazoni o'lchagichning xatosini baholaylik. Mutaxassislarning ta'kidlashicha, operator uchun fazani bir darajadan ko'p bo'lmagan xato bilan aniqlash qiyin emas, shuning uchun xato taxminan 5 sm bo'ladi.3
Hozirgi vaqtda nafaqat masofa o'lchagichlar ishlab chiqilgan

ob'ektgacha bo'lgan masofani o'lchash, lekin ular hajmi, xona maydoni va boshqalar kabi o'lchovlarni amalga oshirishga qodir. Zamonaviy lazer qurilmalari shaxsiy kompyuterga simsiz ma'lumotlarni uzatish uchun o'rnatilgan Bluetooth mikrochipini va boshqa foydali funktsiyalarni ham o'z ichiga olishi mumkin.

3-bob.
Qo'llash sohasi

1. geodeziya ishlarida

aloqa yo'llari, gidrotexnik inshootlar, elektr uzatish liniyalari va boshqalarni qurishda.
2. topografik suratga olish vaqtida
3. Harbiy ishlarda
Lazer joylashuvi (er, havo, suv ostida).
AQSh, Frantsiya, Angliya, Yaponiya, Germaniya va Shveytsariyada lazerlarni harbiy texnikaga joriy etish jadal sur'atlar bilan davom etmoqda.
Mazkur mamlakatlarning davlat idoralari bu boradagi ishlarni har tomonlama qo‘llab-quvvatlab, moliyalashtirib kelmoqda.
LAZER YERI
Xorijiy matbuotda lazer diapazoni optoelektronika sohasiga tegishli bo'lib, u aniqlash va aniqlash bilan shug'ullanadi.
lazerlar chiqaradigan optik diapazonda elektromagnit to'lqinlar yordamida turli ob'ektlarning joylashuvi. Tanklar, kemalar, raketalar, sun'iy yo'ldoshlar, sanoat va harbiy tuzilmalar lazer diapazoni ob'ektiga aylanishi mumkin. Printsipial jihatdan lazer diapazoni faol usul yordamida amalga oshiriladi.
Lazer diapazoni, shuningdek radar elektromagnit to'lqinlarning uchta asosiy xususiyatiga asoslanadi (ular avvalroq muhokama qilingan).
Lokatorni tavsiflash uchun qanday parametrlardan foydalaniladi? Uning pasport ma'lumotlari qanday? Keling, ulardan ba'zilarini ko'rib chiqaylik.

Avvalo, qamrov zonasi. Kuzatish amalga oshiriladigan fazo hududi tushuniladi. Uning chegaralari maksimal va minimal ish diapazonlari va balandlik va azimutdagi ko'rish chegaralari bilan belgilanadi. Ushbu o'lchamlar harbiy lazer lokatorining maqsadi bilan belgilanadi.

Yana bir parametr - ko'rib chiqish vaqti. Bu lazer nurlari ma'lum hajmdagi makonni bitta tadqiq qilish vaqtini bildiradi.
Lokatorning keyingi parametri aniqlangan koordinatalardir.
Ular lokatorning maqsadiga bog'liq. Agar u yer osti va suv osti ob'ektlarining joylashishini aniqlash uchun mo'ljallangan bo'lsa, unda
Ikkita koordinatani o'lchash kifoya: diapazon va azimut. Havo ob'ektlarini kuzatishda uchta koordinata kerak bo'ladi. Ushbu koordinatalar tizimli va tasodifiy xatolarga bog'liq bo'lgan ma'lum bir aniqlik bilan aniqlanishi kerak. Biz bunday kontseptsiyani rezolyutsiya sifatida ishlatamiz. Rezolyutsiya yaqin joylashgan nishonlarning koordinatalarini alohida aniqlash qobiliyatini anglatadi.
Har bir koordinataning o'z rezolyutsiyasi mavjud. Bundan tashqari, quyidagi xususiyatlar qo'llaniladi:
shovqin immuniteti. Bu lazer lokatorining tabiiy va sun'iy shovqin sharoitida ishlash qobiliyatidir. Va lokatorning juda muhim xususiyati ishonchlilikdir. Bu ma'lum ish sharoitida o'z xususiyatlarini belgilangan chegaralarda saqlab turish uchun lokatorning mulki.
YERDAGI LAZER oraliq masofani topuvchi

Lazer diapazoni xorijiy harbiy texnikada lazerlarni amaliy qo'llashning birinchi yo'nalishlaridan biridir. Birinchi tajribalar 1961 yilga borib taqaladi va hozirda lazer masofa o'lchagichlar yerdagi harbiy texnikada (artilleriya, tanklar) va aviatsiyada (masofa o'lchagichlar, balandlik o'lchagichlar, nishon ko'rsatkichlari) va dengiz flotida qo'llaniladi. Ushbu uskuna Vetnam va Yaqin Sharqda jangovar sinovdan o'tgan. Hozirgi vaqtda kapitalistik mamlakatlar armiyalarida bir qator masofa o'lchagichlar qabul qilingan.

Masofa o'lchagich va nishon o'rtasidagi masofani aniqlash vazifasi zondlash signali va nishondan aks ettirilgan signal o'rtasidagi mos keladigan vaqt oralig'ini o'lchashga to'g'ri keladi. Lazer nurlanishining modulyatsiya turiga qarab diapazonni o'lchashning uchta usuli mavjud: puls fazasi yoki fazali impuls.
Puls diapazoni usulining mohiyati shundan iboratki, ob'ektga zondlash impulsi yuboriladi, u ham tetiklaydi.

masofa o'lchagichdagi vaqt hisoblagichi. Ob'ekt tomonidan aks ettirilgan impuls masofa o'lchagichga yetganda, u hisoblagichni to'xtatadi. Vaqt oralig'iga asoslanib, ob'ektgacha bo'lgan masofa avtomatik ravishda operator oldida ko'rsatiladi. Ushbu o'lchov usulining xatosi 30 sm.

Xorijlik ekspertlarning fikricha, bu bir qator amaliy muammolarni hal qilish uchun yetarli.
Fazalarni o'zgartirish usuli bilan lazer nurlanishi sinusoidal qonunga muvofiq modulyatsiya qilinadi. Shu bilan birga, intensivlik
radiatsiya sezilarli chegaralarda o'zgaradi. Ob'ektgacha bo'lgan masofaga qarab, ob'ektga tushgan signalning fazasi o'zgaradi.

Ob'ektdan aks ettirilgan signal masofaga qarab ma'lum bir faza bilan qabul qiluvchi qurilmaga ham keladi.

Dala sharoitida ishlash uchun mos bo'lgan faza diapazoni o'lchagichning xatosini baholaylik. Mutaxassislarning ta'kidlashicha, operator (juda malakali askar emas) uchun fazani bir darajadan ko'p bo'lmagan xato bilan aniqlash qiyin emas, shuning uchun xato taxminan 5 sm bo'ladi.
Birinchi lazerli masofa o'lchagich XM-23 Vetnamda sinovdan o'tkazildi va AQSh armiyasi tomonidan qabul qilindi. U quruqlikdagi kuchlarning oldinga kuzatuv postlarida foydalanish uchun mo'ljallangan. Manba

Undagi nurlanish manbai chiqish quvvati 2,5 Vt va zarba davomiyligi 30 ns bo'lgan lazerdir.

Integral sxemalar masofa o'lchagichlarni loyihalashda keng qo'llaniladi.
Emitent, qabul qiluvchi va optik elementlar monoblokga o'rnatilgan bo'lib, unda nishonning azimut va balandlik burchagini aniq o'qish uchun shkalalar mavjud. Masofa o'lchagich 24V nikel-kadmiy batareyasi bilan quvvatlanadi va zaryadlashsiz 100 diapazonni o'lchash imkonini beradi.
Shvetsiyalik masofa o'lchagich ham qiziq. U kemada va qirg'oq artilleriyasini boshqarish tizimlarida foydalanish uchun mo'ljallangan.
Masofa o'lchagichning dizayni ayniqsa mustahkam bo'lib, uni qiyin sharoitlarda ishlatishga imkon beradi. Agar kerak bo'lsa, masofa o'lchagichni tasvir kuchaytirgich yoki televizor ko'rish moslamasi bilan ulash mumkin. Masofa o'lchagichning ishlash rejimi 20 soniya davomida har 2 soniyada yoki uzoq vaqt davomida har 4 soniyada o'lchashni ta'minlaydi. Raqamli

Diapazon ko'rsatkichlari shunday ishlaydiki, ko'rsatkichlardan biri oxirgi o'lchangan masofani ko'rsatsa, ikkinchisi oldingi o'lchangan to'rtta masofani xotirasida saqlaydi.

Chet el matbuotiga ko'ra, Norvegiyaning LP-4 lazerli masofa o'lchagichi juda muvaffaqiyatli bo'lgan. Q-switch sifatida optik-mexanik deklanşör mavjud. Masofa o'lchagichning qabul qiluvchi qismi ham operatorning ko'rish qismidir. Optik tizimning diametri 70 mm. Qabul qilgich portativ fotodioddir. Hisoblagich operatorning ixtiyoriga ko'ra 200 dan 3000 m gacha bo'lgan masofani bosib o'tish sxemasi bilan jihozlangan. Optik vizör sxemasida aks ettirilgan impulsni qabul qilishda ko'zni lazer ta'siridan himoya qilish uchun okulyar oldiga himoya filtri o'rnatiladi.
Emitent va qabul qiluvchi bitta korpusga o'rnatiladi. Maqsadli balandlik burchagi ~25 daraja bilan belgilanadi. Batareya zaryadlashsiz 150 diapazonni o'lchashni ta'minlaydi, uning og'irligi atigi 1 kg. Masofa o'lchagich Kanada, Shvetsiya, Daniya, Italiya va Avstraliya tomonidan sinovdan o'tkazilgan va sotib olingan.
Portativ lazer masofa o'lchagichlari chet elda piyoda qo'shinlari va oldinga artilleriya kuzatuvchilari uchun ishlab chiqilgan.
Ushbu masofa o'lchagichlardan biri durbin shaklida yaratilgan. Radiatsiya manbai va qabul qilgich olti qavatli monokulyar optik ko'rinishga ega umumiy korpusga o'rnatiladi, uning ko'rish sohasida tunda ham, kunduzi ham aniq ko'rinadigan LEDlarning yorug'lik displeyi mavjud. Lazer lityum niobat Q-kalitiga ega bo'lgan nurlanish manbai sifatida alyuminiy-ittiriy granatidan foydalanadi. Bu ta'minlaydi

maksimal quvvati 1,5 MVt. Qabul qiluvchi qism keng polosali past shovqinli kuchaytirgichga ega bo'lgan qo'sh ko'chki fotodetektoridan foydalanadi, bu kam quvvat bilan qisqa impulslarni aniqlash imkonini beradi. Yaqin atrofdagi ob'ektlardan aks ettirilgan noto'g'ri signallar diapazonni o'tkazish sxemasi yordamida yo'q qilinadi. Quvvat manbai kichik o'lchamli qayta zaryadlanuvchi batareya bo'lib, u qayta zaryadlanmasdan 250 o'lchovni ta'minlaydi.

Masofa o'lchagichning elektron bloklari integral mikrosxemalar bo'yicha ishlab chiqarilgan, bu esa masofa o'lchagichning og'irligini quvvat manbai bilan birga 2 kg ga oshirish imkonini berdi.
Tanklarga lazer masofa o'lchagichlarning o'rnatilishi darhol xorijiy harbiy qurol ishlab chiqaruvchilarning qiziqishini uyg'otdi. Bu tankda olovni boshqarish tizimiga masofa o'lchagichni kiritish va shu bilan uning jangovar xususiyatlarini oshirish mumkinligi bilan izohlanadi. Shu maqsadda AQShda M60A tanki uchun AN/VVS-1 masofa o'lchagich ishlab chiqilgan. Dizayni bo'yicha u yoqutdagi lazerli artilleriya masofa o'lchagichidan farq qilmadi, ammo raqamli displeyda diapazon ma'lumotlarini berishdan tashqari, u tankning o't o'chirish tizimining hisoblash moslamasiga masofani kiritishni ta'minlovchi qurilmaga ega edi.
Bunday holda, masofani o'lchash qurolchi va tank qo'mondoni tomonidan amalga oshirilishi mumkin. Masofa o'lchagichning ishlash rejimi bir soat davomida daqiqada 15 o'lchovdir.