Теоретическая часть

4.1 Выбор и расчет основных параметров измерителя В основу измерения высоты нижней границы облаков положен метод лазерной (оптической) локации. Этим методом высота нижней границы облаков определяется по времени прохождения фотонов пути от излучателя до облака и обратно. Лазерный импульс посылается излучателем и после отражения принимается приемником. Излучатель и приемник располагаются в непосредственной близости друг от друга. 4.1.1 Основные понятия и определения Лазерной (оптической) локацией называют обнаружение и определение местоположения различных объектов с помощью лазерного излучения, т.е. когерентного излучения оптического диапазона электромагнитных волн. Технические средства, предназначенные для лазерной локации, называют лазерными локационными системами или станциями (ЛЛС), либо лазерными (оптическими) локаторами. Для лазерной локации объектом наблюдения может быть любое тело или группа тел с электромагнитными свойствами, отличными от свойств среды распространения лазерного (оптического) излучения. Такими объектами чаще всего являются самолеты, вертолёты, корабли, автомашины, участки земной поверхности, другие ЛЛС, искусственные спутники земли, Луна, планеты и т. п [5]. При лазерной локации информация о цели, извлекаемая в ЛЛС, переносится оптическими локационными сигналами, т.е. принимаемыми электромагнитными колебаниями (излучениями) оптического диапазона, параметры которых определенным образом связанны с координатами и характеристиками цели [5]. Лазерная локация подразделяется на активную и полуактивную [6]. Активная лазерная локация осуществляется путём облучения цели лазерной энергией и приёма её части, отраженной (рассеянной) целью, т.е. оптического локационного сигнала, приёмным устройством ЛЛС. Поэтому активная ЛЛС состоит из следующих основных частей (рис. 4.1): лазерного передатчика 1, передающей 2 и приёмной 4 оптических антенн, оптического приёмника 3 (фотоприёмника) и выходного устройства (индикатора) 5. Передатчик 1 и передающая оптическая антенна составляет лазерное передающее устройство (ЛПУ), которое передает когерентное излучение в атмосферу. Оптическое приёмное устройство (ОПУ) содержит оптическую антенну 4 и оптический приёмник 3. Выходное устройство предназначено для преобразования сигналов, содержащих полезную информацию о цели 6, в вид, удобный для получателя этой информации [5].

ЛПУ

ОПУ

Рис. 4.1 – Схема построения активной ЛЛС

Электрическая связь лазерного передатчика с выходным устройством обеспечивает синхронизацию их работы. Эта синхронизация может осуществляться и оптическим способом. Выходное устройство совместно с фотоприёмником обеспечивает первичную обработку локационной информации данных о наблюдаемой цели.

Полуактивная лазерная локация отличается от активной тем, что лазерное облучение производится из одного пункта, а прием оптического локационного сигнала осуществляется в другом пункте (нескольких пунктах).

Обнаружение цели в лазерной локации состоит в фиксации поступающих на вход приёмного устройства ЛЛС оптических локационных сигналов и является первым этапом первичной обработки информации в ЛЛС. Как известно [8] этот этап включает в себя две операции: выделение сигнала на фоне помех и принятие решения о наличии или отсутствия сигнала цели на входе приёмника локатора с заданными вероятностями правильного обнаружения и ложной тревоги.

Измерение (оценка) координат цели и других параметров её движения является вторым этапом первичной обработки локационной информации в ЛЛС и сводится к определению значений соответствующих параметров оптических локационных сигналов. При этом используются те же физические свойства электромагнитных волн (излучений), что и в радиолокации:

а) скорость распространения оптических волн в свободном пространстве (в вакууме) имеет конечное и постоянное значение:

;

б) распространение оптических волн в свободном пространстве происходит прямолинейно;

в) частота принимаемых электромагнитных колебаний оптического диапазонов отличается от частоты излученных оптических колебаний только в том случае, когда цель перемещается относительно лазерного локатора (эффект Доплера). Так как в лазерной локации использовать сложно, то реализуют лишь принципы комбинационного рассеяния.

Постоянство скорости распространения лазерного излучения в однородной среде позволяет измерять наклонную дальность цели, как и в радиолокации по времени запаздывания отраженного оптического сигнала относительно начала излучения зондирующего сигнала:

(4.1)

Таким образом, принцип лазерной дальномерии при активной локации сводится к измерению временного интервала .

Принимаемые оптические локационные сигналы, как и радиолокационные сигналы содержат ограниченную информацию о координатах наблюдаемой цели и их производных. Первичная обработка сигналов (аналоговая или цифровая) в ЛЛС позволяет определять координаты цели и их производные, причем возможности и эффективность этой обработки в значительной степени зависят от времени приёма сигналов. При достаточно длительном наблюдении цели анализ изменения дальности и угловых координат позволяет найти обе составляющие (радиальную и тангенциальную) линейной скорости относительно ЛЛС и угловую скорость визирования цели, необходимые для определения траектории цели, т. е. для вторичной обработки локационной информации о цели, которую осуществляет ЭВМ.