В основе построения схем приёмника ЛЛС содержатся два основных метода приёма оптических сигналов: метод прямого детектирования и гетеродинный метод (фотосмешение).
Метод прямого фотодетектирования называют энергетическим, так как фотоприёмник реагирует только на энергию принимаемого оптического сигнала, а информация о фазе оптической несущей не извлекается. Сущность этого метода состоит в непосредственном фотодетектировании сигнала в пределах спектральной области чувствительности приёмника. Энергетический сигнал на выходе фотодетектора приёмника воспроизводит изменения мощности принимаемого модулированного потока оптического (лазерного) излучения.
Оптический приёмник, осуществляющий метод прямого фотодетектирования, реализуют по схеме прямого усиления. Схема данного приёмника приведена на рис. 4.6.
| Рис.4.6 – Функциональная схема оптического приёмника
|
| Входной оптический сигнал
|
Энергетические приёмники могут работать в двух основных режимах:
· Счета фотоэлектронов (дискретный режим);
· Приёма (воспроизведения) огибающей (аналоговый режим).
Первый режим имеет место при приёме слабого оптического сигнала, когда на фотодетектор поступает разряженный поток фотонов. Огибающая импульсного сигнала в этом случае не воспроизводится, а на временной интервал, равный длительности импульса сигнала, приходится некоторое число импульсов тока (напряжения) от отдельных фотоэлектронов сигнала. Принимая такие слабые сигналы, фотодетектор может регистрировать отдельные фотоны сигнала, т.е. работать в режиме счёта фотоэлектронов в интервале наблюдения. При этом элементарные электрические импульсы напряжения (тока) на выходе фотодетектора (одноэлектронные импульсы) не перекрываются и могут быть зарегистрированы отдельно с помощью быстродействующего счетчика. Данный режим работы оптического приёмника является специфическим для оптической локации.
Второму режиму соответствует случай приёма сильного оптического сигнала, когда на фотодетектор поступает плотный поток фотонов сигнала. При этом происходит наложение одноэлектронных импульсов, в результате чего восстанавливается огибающая оптического импульсного сигнала. На выходе фотодетектора формируется неискаженный видеоимпульс, если его спектр не ограничивается полосой пропускания фотодетектора. Дальнейшая обработка принятого сигнала полностью совпадает с оптимальной обработкой импульса или пачки импульсов в видеотракте РЛС: сигнал с выхода фотодетектора после усиления поступает на фильтр, оптимальный для одиночного видеоимпульса или пачки таких импульсов.
Оба режима работы энергетического приёмника находят широкое применение в оптической локации.
| Опорный оптический сигнал
|
| Рис. 4.7 – Функциональная схема оптического приёмника
|
| ОПОРНЫЙ ЛАЗЕР (ГЕТЕРОДИН)
|
| Входной оптический сигнал
|
Гетеродинный метод приёма в оптическом диапазоне волн возможен только при использовании лазеров, имеющих малую ширину спектра излучения. В гетеродинном оптическом приёмнике, представленным на рисунке 7 между излучением опорного лазера (оптического гетеродина) и принимаемым оптическим сигналом происходят биения и преобразования сигнала в сигнал промежуточной (разностной) частоты. Функции смесителя выполняют полупрозрачное зеркало и фотодетектор. При этом оптические частоты преобразуются в радиочастоты, что обеспечивает эффективную фильтрацию сигнала в условиях внешнего фонового излучения [6].
Для реализации фотосмещения требуется высокая временная когерентность опорного и зондирующего лазерных излучений, так как в противном случае могут возникнуть биения, например между модами излучения гетеродина, что снизит эффективность фотосмещения. Кроме того, при реализации гетеродинного метода приёма существенную роль играет и пространственная когерентность лазерного излучения: её разрушения, например, из-за влияния турбулентности атмосферы приводит к снижению эффективности фотосмешения. Поэтому в настоящее время гетеродинный метод приёма используют в основном в лазерных измерителях радиальной скорости объектов, где применяют модуляцию лазерного излучения передатчика СВЧ-колебаниями (поднесущей частотой) [11].
В данном дипломном проекте будет рассматриваться приёмник по методу прямого фотодетектирования в режиме приёма (воспроизведения) огибающей, поскольку схема приемника проста в реализации и уровень сигнала слабый в результате ослабления его в атмосфере.
2015-05-13
3980
