Автоматические системы ЛК

Автоматические системы ЛК аналогичны автоматическим системам РК. Если передающая и приемная оптические системы жестко скреплены между собой и находятся на одном подвижном основании, имеющем две степени свободы относительно корпуса БЛА, то ЛК имеет два привода управления оптической системой (в горизонтальной и вертикальной плоскостях). В ряде случаев, из-за различия и конструктивной автономности приемной и передающей оптических систем ЛК, она содержит удвоенное число систем стабилизации и программного управления. Поскольку в передающую систему входят исполнительные устройства меньшей инерционности, она является более точной для определения угловых координат цели, а приемные системы - более грубыми и могут работать как ведомые по сигналам систем управления сканирующими передающими зеркалами.

Оптико-механические сканирующие устройства. Оптико-механические устройства отклонения лазерного луча появились раньше всех других типов сканирующих устройств. В основе их действия лежит отклонение лазерного луча с помощью колеблющихся или вращающихся элементов отражательной оптики в виде зеркальных поверхностей.

Оптико-механические сканирующие устройства по способу управления положением зеркала можно разделить на электромеханические и пьезоэлектрические [3].

Электромеханические сканирующие устройства. Метод отклонения лазерного луча с помощью многогранного вращающегося зеркала используется, например, в скоростных фоторегистраторах. Многогранные вращающиеся зеркала образуют группу сканирующих устройств отражательного типа, имеющих практически одну рабочую частоту. Скорость развертки при использовании таких зеркал можно варьировать в широких пределах, однако быстро изменять ее нельзя. Так как зеркало вращается в одну сторону, то развертка происходит по пилообразному закону, причем каждой грани зеркала соответствует одна строка развертки. Максимальная скорость развертки ограничена допустимым значением окружной скорости зеркала (скорость разноса), а также искривлением поверхности зеркала, вызываемым большими центробежными ускорениями.

Зеркала обычно изготовляют из бериллия, для которого максимальная скорость из условий прочности принимается равной 500 м/с. При такой предельной скорости шестигранное вращающееся зеркало обеспечивает разрешение, т. е. отношение пределов углового отклонения луча к его угловой расходимости, 5000 точек при частоте развертки (пилообразной) 31 кГц при условии, что на обратный ход луча затрачивается 10% полного периода развертки.

Примером применения вращающихся зеркал является устройство, используемое для обзора с самолета земной поверхности (рис. 5.6). Развертка лазерного луча осуществляется с помощью зеркала, выполненного в виде шестигранной усеченной пирамиды, приводимой во вращение электродвигателем. Отклонение излучения происходит в пределах 40° в плоскости, перпендикулярной направлению движения самолета. Разрешающая способность системы составляет порядка 1200 точек при частоте сканирования несколько сотен герц.

z

2

y

x

Рис. 5.6 Рис. 5.7

Использование многогранного вращающегося зеркала позволяет реализовать простейший закон сканирования - строчную развертку. Для осуществления более сложных траекторий сканирования (спиральная, прямоугольный растр и т. д.) может быть применено устройство, изображенное на рис. 5.7. Угол между плоскостью зеркала 1 и осью z составляет 45°. В исходном состоянии нормаль к поверхности зеркала 1 лежит в плоскости xz, а плоскости зеркал 1 и 2 параллельны. Входной луч, падающий на зеркало 2, перпендикулярен плоскости yz, а выходной совпадает по направлению с осью x. При повороте зеркала 2 вокруг оси, параллельной оси y, выходной луч отклоняется в плоскости xz. Поворотом зеркала 1 вокруг оси z достигается отклонение выходного луча в плоскости xy.

Пьезоэлектрические сканирующие устройства. Для поворота зеркала в оптико-механических сканирующих устройствах могут быть использованы пьезолектрические преобразователи. Схема отклоняющего устройства такого типа показана на рис. 5.8.

Пьезопреобразователь выполнен в виде биморфного элемента и представляет собой две пьезокерамические пластины 1, соединенные между собой при помощи склейки 2 так, что электрическая поляризация вызывает в каждой из пластин продольные деформации разных знаков, приводящие к изгибу биморфного элемента. Изгиб элемента вызывает поворот на угол j укрепленного на нем зеркала 3 и отклонение выходного луча на угол 2j.

Рис. 5.8

Оптико-электрические сканирующие устройства. В настоящее время ведутся интенсивные исследования в области создания немеханических методов сканирования. Оптико-электрические сканирующие устройства (сканатроны) имеют большее быстродействие по сравнению с оптико-механическими и представляют значительный интерес с точки зрения перспективы их практического применения.

Принцип действия оптико-электрических сканирующих устройств основан на управлении преломлением (рефракцией) света в неоднородной среде. Траектории световых пучков здесь существенно зависят от характера и диапазона изменения показателя преломления в зависимости от длины волны излучения. Для реализации указанного принципа необходимо, чтобы в среде существовал градиент показателя преломления в направлении, перпендикулярном излучению. В этом случае падающий луч будет отклоняться от своего первоначального направления в сторону возрастания показателя преломления.

Существует несколько способов получения переменного показателя преломления. Наибольшее распространение получили способы, основанные на явлении изменения показателя преломления среды под действием акустического и электрического полей. Соответствующие типы сканирующих устройств называются ультразвуковыми и электрооптическими.