Обобщенная структурная схема

ЛПУ

Рис. 4.3 – Излучение ЛПУ в атмосферу

Характерные свойства лазерного излучения и особенности его распространения в атмосфере, а также особенности приёма оптических сигналов обуславливает специфику построения лазерных локаторов.

Так как проектируемое устройство предназначено для измерения высоты до нижней границы облачности, то в качестве основы будем использовать часть обобщенной схемы импульсной ЛЛС, которая полностью отражает физические процессы, происходящие в проектируемом приборе. Типовая структурная схема изображена на рис.4.2

Рис.4.4 – Излучение площадки по закону Ламберта

Лазерное излучение источника (см. рис.4.3) проходит через среду распространения излучения (слой земной атмосферы), ослабляется в ней (в основном вследствие поглощения атмосферными газами и рассеяния частицами аэрозоля), и попадает на объект локации (в нашем случае совокупность мельчайших капель воды и кристаллов льда, которые называются облачными элементами). В результате «подсвечивается» некоторая область на облаке, которой передалась энергия лазерного излучения с учетом потерь в атмосфере. Модель процесса изображена на рис. 4.3. «Подсвеченная» площадка в облаке начинает излучать энергию, которая не была поглощена облачными

ОПУ

Рис.4.5 – Детектирование ОПУ отраженного излучения

элементами и частицами аэрозолей, содержащимися в облаке. Излучение происходит в соответствии с законом Ламберта [9]. Поток, испускаемый площадкой, равномерно распределяет энергию по поверхности полусферы (см. рис. 4.4).

Часть отраженной лазерной энергии излучается в обратном направлении (в сторону приёмника излучения лазерного локатора). Отраженный сигнал улавливается оптической системой (см. рис. 4.5) и направляется на приёмник излучения (фотоприёмник), который преобразует его в электрический сигнал. Далее этот сигнал подвергается усилению и соответствующей обработке в целях извлечения информации о дальности до объекта локации, его угловых координат и т. п.

При этом, чтобы извлечь необходимую информацию об объекте локации, необходимо использовать специальные методы измерения и алгоритмы обработки, так как значение лазерного сигнала, регистрируемого приёмником лазерного локатора, сложным образом зависит от характеристик земной атмосферы на трассе распространения излучения, отражающих свойств объекта локации, параметров источника и приёмника излучений.

В общем случае процесс обнаружения лазерного сигнала и измерения его параметров происходит на фоне разного рода оптических помех (обратного рассеяния, фоновых и флуктуционных) в условиях, когда полезный сигнал значительно ослаблен и искажен из-за влияния среды распространения излучения [10].