Introduction

À ce jour, les principales directions dans lesquelles la technologie laser est introduite dans les affaires militaires ont été identifiées. Ces domaines sont :

• 1. Localisation laser (au sol, aérienne, sous-marine).
• 2. Communication laser.
• 3. Systèmes de navigation laser.
• 4. Armes laser.
• 5. Systèmes laser ABM et PKO.

L'introduction des lasers dans équipement militaireÉtats-Unis, France, Angleterre, Japon, Allemagne, Suisse. Organismes gouvernementaux ces pays soutiennent et financent pleinement les travaux dans ce domaine.

LOCALISATION LASER

La télémétrie laser dans la presse étrangère fait référence au domaine de l'optoélectronique, qui s'occupe de la détection et de la détermination de l'emplacement de divers objets à l'aide d'ondes électromagnétiques de la gamme optique émises par les lasers. Les chars, les navires, les missiles, les satellites, les structures industrielles et militaires peuvent devenir des objets de télémétrie laser. En principe, la télémétrie laser est effectuée méthode active.

La télémétrie laser, tout comme le radar, repose sur trois propriétés principales des ondes électromagnétiques :

1. La capacité de se refléter sur les objets. La cible et l’arrière-plan sur lequel elle se trouve reflètent différemment le rayonnement incident sur elles.

Le rayonnement laser est réfléchi par tous les objets : métalliques et non métalliques, des forêts, des terres arables et de l'eau. De plus, il est réfléchi par tous les objets dont les dimensions sont inférieures à la longueur d'onde, mieux que les ondes radio. Ceci est bien connu grâce au principe de base de la réflexion, selon lequel plus la longueur d’onde est courte, meilleure est la réflexion. La puissance du rayonnement réfléchi dans ce cas est inversement proportionnelle à la longueur d'onde à la quatrième puissance. Un localisateur laser a fondamentalement une plus grande capacité de détection qu'un radar : plus l'onde est courte, plus elle est élevée. C'est pourquoi, à mesure que le radar se développait, on avait tendance à passer des ondes longues aux ondes plus courtes. Cependant, la production de générateurs de radiofréquences émettant des ondes radio ultra-courtes est devenue de plus en plus difficile, pour finalement aboutir à une impasse. La création des lasers a ouvert de nouvelles perspectives dans la technologie de localisation.

2. Capacité à se propager en ligne droite. L'utilisation d'un faisceau laser étroitement dirigé, qui balaye l'espace, permet de déterminer la direction vers l'objet (relèvement cible). Cette direction est trouvée par l'emplacement de l'axe du système optique qui génère le rayonnement laser. Plus le faisceau est étroit, plus le relèvement peut être déterminé avec précision.

Des calculs simples montrent que pour obtenir un coefficient de directivité d'environ 1,5, lors de l'utilisation d'ondes radio de l'ordre du centimètre, il faut disposer d'une antenne d'un diamètre d'environ 10 m. Il est difficile d’installer une telle antenne sur un char, encore moins sur un avion. Il est encombrant et non transportable. Vous devez utiliser des vagues plus courtes.

On sait que l'angle angulaire d'un faisceau laser produit à l'aide d'une substance active à l'état solide n'est que de 1,0 à 1,5 degrés et sans système optique supplémentaire.

Par conséquent, les dimensions d'un localisateur laser peuvent être nettement inférieures à celles d'un radar similaire. L'utilisation de systèmes optiques de petite taille permettra de réduire le faisceau laser à plusieurs minutes d'arc, si le besoin s'en fait sentir.

3. La capacité du rayonnement laser à se propager à partir de vitesse constante permet de déterminer la distance à un objet. Ainsi, avec la méthode de télémétrie par impulsions, la relation suivante est utilisée : L = ct/2, où L est la distance à l'objet, c est la vitesse de propagation du rayonnement, t est le temps nécessaire à l'impulsion pour se déplacer jusqu'à l'objet. cible et retour.

La prise en compte de cette relation montre que la précision potentielle de la mesure de la distance est déterminée par la précision de la mesure du temps nécessaire à l'impulsion d'énergie pour se rendre à l'objet et en revenir. Il est clair que plus l'impulsion est courte, mieux c'est.

Quels paramètres sont utilisés pour caractériser un localisateur ? Quelles sont les données de son passeport ? Examinons quelques-uns d'entre eux.

Tout d’abord, la zone de couverture. On entend par là la région de l'espace dans laquelle l'observation est effectuée. Ses limites sont déterminées par les portées de fonctionnement maximales et minimales et les limites de visualisation en élévation et en azimut. Ces dimensions sont déterminées par le but du localisateur laser militaire.

Un autre paramètre est le temps de révision. Il fait référence au temps pendant lequel le faisceau laser produit un seul relevé d'un volume d'espace donné.

Le paramètre de localisateur suivant concerne les coordonnées déterminées.

Ils dépendent de l'objectif du localisateur. S'il est destiné à déterminer l'emplacement d'objets terrestres et sous-marins, il suffit alors de mesurer deux coordonnées : la portée et l'azimut. Lors de l'observation d'objets aériens, trois coordonnées sont nécessaires. Ces coordonnées doivent être déterminées avec une précision donnée, qui dépend d'erreurs systématiques et aléatoires. Nous utiliserons un concept tel que la résolution. La résolution signifie la capacité de déterminer séparément les coordonnées de cibles proches.

Chaque coordonnée a sa propre résolution. De plus, une caractéristique telle que l'immunité au bruit est utilisée. Il s'agit de la capacité d'un localisateur laser à fonctionner dans des conditions d'interférences naturelles et artificielles. Et une caractéristique très importante d’un localisateur est sa fiabilité. C'est la propriété d'un localisateur de maintenir ses caractéristiques dans les limites établies dans des conditions de fonctionnement données.

Le principe du télémétrie laser (LL) repose sur le fait que la lumière se propage dans le vide de manière rectiligne et à vitesse constante. Une courte impulsion laser est émise et le temps est détecté, le faisceau laser est réfléchi par l'objet cible et revient, où il est capturé à l'aide d'un télescope et de photodétecteurs sensibles et le temps entre l'émission de l'impulsion et son retour est déterminé. Connaissant la vitesse de la lumière, vous pouvez calculer la distance jusqu'à un objet. Si l'impulsion est courte et que le temps entre l'émission et la réception du signal réfléchi est mesuré avec précision, la distance jusqu'à l'objet peut être calculée avec une précision appropriée. L'influence de l'atmosphère, qui déforme le faisceau (réfraction) et introduit un retard, est prise en compte à part, mais ce sont des détails subtils.

Les idées sur l'emplacement de la Lune sont exprimées depuis longtemps, dans les années 20. 20ème siècle, quand il n'y avait pas de lasers. Dès l'invention du laser, l'idée est née d'utiliser propriétés uniques rayonnement laser pour la télémétrie laser lunaire (LLR). Les premières expériences sur LLL ont été réalisées en 1962-63. aux USA et en URSS. A cette époque, il n'était pas question de mesures, la possibilité même de réaliser un tel emplacement était testée. Les expériences se sont avérées assez réussies, le signal réfléchi a été enregistré de manière fiable, bien que la durée d'impulsion de 1 ms n'ait pas permis de mesurer une distance avec plus de précision que 150 km. En 1965-66, des expériences ont été réalisées avec des impulsions plus courtes - une précision d'environ 180 m a été obtenue. De plus, la précision n'était pas tant limitée par la durée de l'impulsion que par le terrain.

Ensuite, l’idée a été avancée de fournir des réflecteurs d’angle (CR) sur la Lune pour améliorer la précision de la localisation. Les réflecteurs d'angle se distinguent par le fait qu'ils renvoient toujours le signal strictement dans la direction opposée et, de plus, le signal n'a pas le temps de se brouiller en raison du terrain.

Il est allégué que 5 réflecteurs d'angle ont été livrés sur la Lune - deux sur des rovers lunaires soviétiques et trois astronautes américains– Apollo 11, Apollo 14 et Apollo 15.

C'est là que se termine la banalité fastidieuse, et puis commencent les contes de fées magiques avec des miracles incroyables et des mystères policiers !

Commençons par le fait que le dispositif de contrôle installé sur Lunokhod-1 a été subitement « perdu » ! De plus, il existe deux opinions à ce sujet. Chercheur principal, chef. étudiant de troisième cycle à l'Observatoire Pulkovo, Ph.D. E. Yu. Alioshkina

dans son article, il affirme que son appareil de commande est en panne.

Cela s'est produit alors qu'il se déplaçait dans des conditions très difficiles à l'intérieur d'un des cratères. Sur la paroi de ce cratère, il y en a un autre, secondaire, petit. C'est la chose la plus méchante sur la lune. Pour sortir de ce moche cratère, l'opérateur-chauffeur et l'équipage ont décidé de faire reculer le rover lunaire. Et le panneau solaire a été replié. Et il s’est avéré qu’avec le couvercle du panneau solaire, il s’est enfoncé dans la paroi de ce cratère invisible, car les caméras ne regardaient que vers l’avant. Il a ramassé la terre lunaire sur panneau solaire. Et après notre sortie, nous avons décidé de fermer ce panneau. Mais la poussière de lune est si odieuse qu’on ne peut pas s’en débarrasser aussi facilement. En raison de la poussière sur la batterie solaire, le courant de charge a chuté. et du fait que de la poussière a frappé le radiateur, le régime thermique a été perturbé. En conséquence, Lunokhod 2 est resté dans ce cratère malheureux. Toutes les tentatives pour sauver l’appareil n’ont abouti à rien.

La deuxième histoire s’est avérée stupide. Il était déjà sur le satellite de la Terre depuis quatre mois. Le 9 mai j'ai pris la barre. Nous avons atterri dans un cratère, le système de navigation est tombé en panne.

Comment s'en sortir ? Nous nous sommes retrouvés plus d’une fois dans des situations similaires. Ensuite, ils ont simplement recouvert les panneaux solaires et sont sortis. Et ici, il y a de nouvelles personnes dans le groupe de direction. Ils ont ordonné de ne pas la fermer et de sortir. Ils disent, nous le fermons, et il n'y aura pas de pompage de chaleur du rover lunaire, les instruments surchaufferont.

Nous n’avons pas écouté et avons essayé de partir comme ça. Nous avons touché le sol lunaire. Et la poussière de lune est si collante. Et puis ils ordonnent de fermer le panneau solaire - disent-ils, la poussière tombera d'elle-même. Il s'est effondré - sur le panneau interne, le rover lunaire a cessé de se recharger avec l'énergie solaire dans le volume requis et a progressivement perdu de la puissance. Le 11 mai, il n'y avait plus de signal du Lunokhod.

Cette information est confirmée par... LRO ! Voici une image de Lunokhod 2 avec le couvercle ouvert, face à l'est :

En général, il est inutile de localiser le deuxième rover lunaire maintenant.

La plage d'angles de fonctionnement du réflecteur d'angle installé sur les rovers lunaires est de ±10 degrés. Afin de pouvoir localiser l'appareil installé sur le rover lunaire, en tenant compte de la libration lunaire d'environ 7 degrés,

Le rover lunaire doit être correctement orienté vers la Terre en azimut (vers le point souterrain) et en élévation avec une précision de 2 à 3 degrés.

Mise à jour du 03.11.2013. J'ai appelé V.P. Dolgopolov et clarifié l'emplacement des réflecteurs d'angle sur le corps du rover lunaire - ils sont situés avec une inclinaison strictement vers l'avant le long du parcours, exactement comme le montrent les photographies de modèles de musée.

Et maintenant, nous nous souvenons des paroles de Dovgan selon lesquelles Lunokhod 2 regarde vers l'est, et nous regardons attentivement la carte :


Les flèches vertes montrent l'orientation réelle des rovers lunaires, les flèches jaunes montrent l'orientation nécessaire pour une localisation réussie des dispositifs de contrôle installés sur les rovers lunaires. Le point subterral, qui est situé au centre de l'image, et vers lequel Lunokhod-2 doit être orienté en azimut, est situé au sud-ouest de Lunokhod-2, et Lunokhod-2 est tourné vers l'est (à mon avis, l'azimut est d'environ 100-110 degrés) - dans cette position, l'angle d'incidence du faisceau de localisation sur l'appareil est d'environ 70 degrés, un angle totalement prohibitif pour un appareil à quartz, c'est-à-dire Le réflecteur d'angle du Lunokhod-2 n'est absolument pas fonctionnel. Et les astronomes réussissent à le localiser depuis près de 40 ans ??? Je ferme les yeux et j'imagine comment les photons avec une pirouette fringante plongent dans le réflecteur d'angle du Lunokhod-2 tourné vers l'arrière, pour s'y refléter et, après avoir fait une pirouette inversée, se dirigent vers la Terre... Shéhérazade fume nerveusement en marge ! Elle n’avait assez de contes de fées que pour 1001 nuits.

Une question naturelle se pose : qu’ont-ils (les astronomes) localisé alors ?

Les détails de l'expérience américaine sont décrits plus ou moins en détail dans le document Apollo 11 Preliminary Science Report. Les détails des expériences soviétiques de télémétrie laser de la Lune, menées à l'Observatoire astrophysique de Crimée (CrAO), sont donnés dans le deuxième volume de la collection « Laboratoire mobile sur la Lune LUNOKHOD-1 ». Il existe également une formule pour calculer l'ampleur du signal de réponse

et le résultat du calcul est indiqué - 0,5 photoélectrons d'une impulsion, c'est-à-dire environ 1 photoélectron doit être enregistré à partir de deux impulsions laser.

Le nombre de photons qui atteindront la Lune est égal au nombre émis par le laser multiplié par ce coefficient de transparence N M = K λ N t . Par exemple, pour KrAO, il est indiqué en moyenne à 0,73. Pour les observatoires à plus haute altitude, l’atmosphère est plus transparente. Un obstacle sous la forme de l'atmosphère se rencontrera à nouveau sur le chemin des photons lorsque les photons réfléchis reviendront sur Terre - le résultat devra être multiplié une fois de plus par le coefficient de transparence de l'atmosphère K λ.

Le faisceau émis par le laser diverge. Il y a deux raisons fondamentales à cela. Le premier est l’expansion du faisceau de diffraction. Elle est définie comme le rapport entre la longueur d’onde de la lumière et le diamètre du faisceau. Par conséquent, afin de le réduire, il est nécessaire d’augmenter le diamètre du faisceau. Pour ce faire, le faisceau laser est étendu et passé à travers le même télescope, qui captera ensuite les photons de réponse. La commutation est effectuée par un miroir réversible - étant donné que les photons de réponse n'arriveront qu'au bout de 2,5 secondes, ce n'est pas du tout difficile à garantir. Pour un télescope d'un diamètre de sortie de 3 mètres, l'expansion de diffraction du faisceau n'est que de 0,05" (seconde d'arc). La deuxième raison est beaucoup plus importante : les turbulences dans l'atmosphère. Elle assure la divergence du faisceau à un niveau d'environ 1". Cette raison est fondamentalement inamovible. La seule façon La façon de lutter contre ce phénomène consiste à sortir le télescope de l’atmosphère.

Ainsi, le faisceau à la sortie de l’atmosphère présente une divergence θ. Pour les petits angles θ, on peut utiliser l'approximation θ = tan(θ) = sin(θ). Par conséquent, le faisceau éclairera un point d'un diamètre de D = Rθ, où R est la distance à la Lune (moyenne 384 000 km, maximum 405 696 km, minimum 363 104 km). Un faisceau avec une divergence de 1" illuminera une tache sur la Lune d'un diamètre d'environ 1,9 km. La superficie de la tache, comme le montre le cours de géométrie, est égale à .

La quantité de lumière entrant dans le télescope à la suite de la réflexion de l'EO ou du sol lunaire est proportionnelle à la surface du télescope. Pour un télescope de diamètre d, l'aire est .

Dans le cas d'une réflexion depuis le CR, tous les photons qui frappent la Lune ne toucheront pas le CR et ne seront pas réfléchis. Le nombre de photons réfléchis par l'appareil est proportionnel à la surface du réflecteur S 0 et à son coefficient de réflexion K 0 . (A condition d'avoir touché l'appareil avec au moins le bord du spot.) Pour les réflecteurs de fabrication française, la surface totale est de 640 cm 2 avec un coefficient de réflexion de 0,9, mais il faut rappeler que pour les prismes à forme triangulaire face avant, la zone de travail représente les 2/3 du total. Les américains étaient constitués de prismes de quartz non métallisés et avaient un coefficient de réflexion trois fois inférieur, mais une zone plus grande - l'IR prétendument délivré par les expéditions Apollo 11 et Apollo 14 est de 0,1134 m 2, Apollo 15 - 0,34 m 2 ( NASA -CR-113609). En conséquence, le nombre de photons qui seront réfléchis par le CR sera de .

En fait, la répartition des photons sur la zone du spot est très inégale :

Cependant, en additionnant les résultats sur plusieurs « tirs » laser afin d'isoler le signal utile du bruit de fond, cette irrégularité sera lissée.

Tous les photons réfléchis par l’EO n’aboutiront pas dans le télescope. Le faisceau réfléchi a une divergence θ" et illuminera un point sur Terre d'un diamètre de L=Rθ". La superficie du point sur la Terre sur laquelle le faisceau réfléchi sera réparti est égale à . À partir de cet endroit, le nombre de photons tombera dans le télescope (si c'est le cas, ce qui doit également être vérifié). Pour les IO françaises installées sur les rovers lunaires, la divergence du faisceau réfléchi est indiquée à 6" (pour la longueur d'onde d'un laser rubis 694,3 nm), ce qui donne le diamètre de la tache réfléchie sur Terre à 11 km ; les américains étaient composé de triples prismes plus petits, et avait donc une divergence légèrement grande de 8,6" (également pour la longueur d'onde du laser rubis de 694,3 nm), le diamètre de la tache sur Terre sera d'environ 16 km. En fait, la divergence du faisceau réfléchi est déterminée par diffraction, c'est-à-dire le rapport entre la longueur d'onde du laser et l'ouverture d'un élément de l'UO θ" = 2,44 λ/D RR. Par conséquent, l'utilisation d'un laser vert d'une longueur d'onde de 532 nm pourrait bien être justifiée - malgré une plus grande absorption et diffusion lumière verte dans l'atmosphère terrestre par rapport au rouge et à l'infrarouge.

Comme nous pouvons le voir, nous avons obtenu pratiquement la même formule que celle indiquée dans les travaux de Kokurin et al., seulement dans ce travail les coefficients de transmission dans les voies d'émission et de réception et l'efficacité de la conversion quantique du photodétecteur ont été ajoutés (combien les photons du nombre qui ont frappé le télescope seront enregistrés sous forme de signal électrique). Ce qui manque encore, c'est la dépendance de la surface de réflexion effective sur l'angle d'incidence, c'est-à-dire les formules sont dérivées de l'hypothèse selon laquelle l'angle d'incidence du faisceau de localisation sur la cible est proche de la normale. En fait, la dépendance est la suivante :

Dans le cas d'une réflexion depuis le sol, la majeure partie de la lumière sera absorbée, et le reste sera diffusé selon une loi proche du Lambertien (uniformément dans toutes les directions), dans un angle solide de 2π stéradians. En fait, la réflexion de la Lune est un peu plus délicate - le sol lunaire a des effets de rétrodiffusion et d'opposition prononcés, ce qui conduit au fait que le sol lunaire réfléchit 2 à 3 fois plus strictement dans la direction opposée qu'une surface lambertienne (mate) conventionnelle. . En gros, toute la surface de la Lune agit comme un réflecteur angulaire, même s'il n'est pas très bon.

L'albédo moyen de la Lune est considéré comme étant de 0,07, bien qu'à différents endroits de la surface visible de la Lune, l'albédo varie de 0,05 à 0,16. (UPD : selon les dernières données obtenues par l'altimètre laser LOLA, lorsqu'il est strictement réfléchi, l'albédo peut atteindre jusqu'à 0,33, et même 0,35 dans certains cratères constamment sombres au pôle sud !)

Nous vérifions quelle partie de la tache éclairée tombera dans le télescope. Le champ de vision d'un télescope est déterminé par son grossissement maximum, lui-même déterminé par son diamètre. Le calcul pour le télescope CrAO d'un diamètre de 2,64 m donne un champ de vision de 22", les travaux donnent une valeur de 15" - les valeurs sont proches. La taille du point lumineux est généralement plus petite, de sorte que le point entier apparaît dans le champ de vision du télescope.

Le nombre de photons réfléchis par le sol lunaire et entrant dans le télescope est égal à .

De là, nous dérivons une formule pour évaluer l'efficacité de l'utilisation d'un réflecteur d'angle comme le rapport entre la luminosité de l'IR et la luminosité du sol lunaire. Un rapide coup d'œil à cette formule suffit pour constater que pour augmenter le niveau du signal de réponse de l'appareil par rapport à la réflexion du sol, il est nécessaire de réduire l'angle de divergence du faisceau laser de localisation - la dépendance est quadratique.

(UPD : Bien que Lunokhod-1 soit mal positionné, il est toujours visible. L'angle d'incidence calculé à son EO est de 31,5 degrés par rapport à la normale (sans tenir compte de la libration), à cet angle l'EPR diminue d'un ordre de grandeur et la propagation de la réponse impulsionnelle de -en raison de la non-perpendiculaire du panneau CR par rapport au faisceau de localisation. Mais pour Lunokhod-2, l'angle d'incidence calculé est d'environ 70 degrés par rapport à la normale - un angle totalement prohibitif même pour un quartz CR. La réflexion de son CR est impossible. Aucune libration n'aidera.)

Cent cinquante photons devraient tomber de l'appareil dans le télescope, à environ 5 du sol, et Aleshkina écrit environ "1 photon pour 10 à 20 tirs". Qu'est-ce que cela signifie? Encore moins de photons sont enregistrés qu’ils n’auraient dû l’être depuis le sol !

Et c'est comme ça que ça devrait être ! Nous rappelons que lorsqu'elle est située loin du point souterrain, la surface de la Lune est significativement non perpendiculaire au faisceau, par conséquent, le signal réfléchi est étalé dans le temps,

et le filtre temporel en supprime uniquement les photons qui correspondent au résultat attendu.


Si l'on se souvient que la surface de la Lune n'est pas parfaitement lisse et qu'elle contient des montagnes et des cratères, alors la présence d'un mur de cratère ou d'un versant de montagne face à la Terre, sur lequel le faisceau de localisation laser tombe perpendiculairement, donnera exactement la surface de la Lune. même signal compact dans le temps que celui réfléchi depuis les États-Unis, mais de moindre intensité.

Si nous affaiblissons le signal calculé depuis le sol comme le rapport de la surface de la surface lunaire perpendiculaire au faisceau de localisation à la surface de la section transversale du faisceau de localisation, nous obtiendrons un plein accord des résultats expérimentaux avec le calcul de l'hypothèse avec réflexion depuis le sol. Considérant que le diamètre du faisceau de localisation sur la Lune est de 2 à 7 km, des montagnes ou des parois de cratères de 2 à 3 km de haut suffisent déjà, et il existe de nombreuses montagnes et cratères de ce type sur la Lune. De plus, une surface parfaitement plane n’est même pas nécessaire. Comme il ressort du calcul, avec un albédo de 0,16 (et les montagnes de la Lune sont plus légères que les mers), le nombre calculé de photons du sol dépasse les valeurs expérimentales d'environ 3 fois, c'est-à-dire Pour coïncider avec le calcul, il suffit que seulement un tiers de la tache éclairée tombe sur une surface située sur le plan attendu. Les 2/3 restants peuvent avoir n'importe quel soulagement.


La ligne rouge marque une surface conditionnelle dont le signal réfléchi passera à travers le filtre temporel. Idéalement, il s’agirait d’un fragment de sphère d’un rayon de 380 000 km et centré approximativement au centre de la Terre. Un tel fragment de sphère diffère peu d'un avion.

L'hypothèse de la réflexion du signal provenant du dispositif de contrôle n'est pas confirmée par les données expérimentales publiées - l'erreur n'est pas en pourcentage, ni même en temps, mais en ordres de grandeur.

En général, tout est clair pour moi avec notre astronomie appliquée -

La télémétrie laser est le domaine de l'optoélectronique qui traite de la détection et de la détermination de l'emplacement de divers objets à l'aide d'ondes électromagnétiques dans la plage optique émise par les lasers. Les objets de télémétrie laser peuvent être des chars, des navires, des missiles, des satellites, des structures industrielles et militaires. En principe, la télémétrie laser est réalisée selon la méthode active. Nous savons déjà que le rayonnement laser diffère du rayonnement thermique en ce sens qu'il est étroitement dirigé, monochromatique, a une puissance d'impulsion élevée et une luminosité spectrale élevée. Tout cela rend la localisation optique compétitive par rapport au radar, en particulier lorsqu'elle est utilisée dans l'espace (où il n'y a pas d'influence absorbante de l'atmosphère) et sous l'eau (où il y a des fenêtres de transparence pour un certain nombre d'ondes dans la plage optique).

La télémétrie laser, comme le radar, repose sur trois propriétés principales des ondes électromagnétiques :

1. La capacité de se refléter sur les objets. La cible et le fond sur lequel elle se trouve réfléchissent différemment le rayonnement qui leur tombe dessus. Le rayonnement laser est réfléchi par tous les objets : métalliques et non métalliques, des forêts, des terres arables et de l'eau. De plus, il est réfléchi par tous les objets dont les dimensions sont inférieures à la longueur d'onde, mieux que les ondes radio. Ceci est bien connu grâce au principe de base de la réflexion, selon lequel plus la longueur d’onde est courte, meilleure est la réflexion. La puissance du rayonnement réfléchi dans ce cas est inversement proportionnelle à la longueur d'onde à la quatrième puissance. Un localisateur laser a fondamentalement une plus grande capacité de détection qu'un radar : plus la longueur d'onde est courte, plus elle est élevée. C'est pourquoi, à mesure que le radar se développait, on avait tendance à passer des ondes longues aux ondes plus courtes. Cependant, la fabrication de générateurs de radiofréquences émettant des ondes radio ultra-courtes est devenue de plus en plus difficile, puis a abouti à une impasse.

La création des lasers a ouvert de nouvelles perspectives dans la technologie de localisation.

2. Capacité à se propager en ligne droite. L'utilisation d'un faisceau laser étroitement dirigé, utilisé pour balayer l'espace, vous permet de déterminer la direction vers l'objet (relèvement cible).

Cette direction est trouvée par l'emplacement de l'axe du système optique qui génère le rayonnement laser (en radar - en direction de l'antenne). Plus le faisceau est étroit, plus le relèvement peut être déterminé avec précision. Déterminons le coefficient de directivité et le diamètre de l'antenne à l'aide de la formule simple suivante,

G= 16h*S

où G est le coefficient de directivité, S est la surface de l'antenne, m2, / est la longueur d'onde du rayonnement μm.

Des calculs simples montrent que pour obtenir un coefficient de directivité d'environ 1,5 lors de l'utilisation d'ondes radio de l'ordre du centimètre, il faut disposer d'une antenne d'un diamètre d'environ 10 m. Il est difficile d’installer une telle antenne sur un char, encore moins sur un avion. Il est encombrant et non transportable. Vous devez utiliser des vagues plus courtes.

On sait que l'angle angulaire d'un faisceau laser fabriqué à l'aide d'une substance active à l'état solide n'est que de 1,0 à 1,5 degrés et sans systèmes de focalisation optique supplémentaires (antennes). Par conséquent, les dimensions d'un localisateur laser peuvent être nettement inférieures à celles d'un radar similaire. L'utilisation de systèmes optiques de petite taille permettra de réduire le faisceau laser à plusieurs minutes d'arc, si le besoin s'en fait sentir.

3. La capacité du rayonnement laser à se propager à une vitesse constante permet de déterminer la distance à un objet. Donc. La méthode de télémétrie par impulsions utilise le rapport suivant :

L= côtéEt

Où L - distance à l'objet, km, C - vitesse de propagation du rayonnement km/s, t et - temps de passage de l'impulsion vers la cible et retour, s.

La prise en compte de cette relation montre que la précision potentielle de la mesure de la distance est déterminée par la précision de la mesure du temps nécessaire à l'impulsion d'énergie pour se rendre à l'objet et en revenir. Il est absolument clair que plus l'impulsion est courte, mieux c'est (s'il y a une bonne bande passante, comme disent les opérateurs radio). Mais nous savons déjà que la physique elle-même du rayonnement laser offre la possibilité d'obtenir des impulsions d'une durée de 10-7 à 10-8 s. Et cela fournit de bonnes données au localisateur laser.

Quels paramètres sont utilisés pour caractériser un localisateur ? Quelles sont les données de son passeport ? Examinons-en quelques-uns, voir Fig.

Tout d'abord, la zone. On entend par là la région de l'espace dans laquelle l'observation est effectuée. Ses limites sont déterminées par la portée maximale et minimale et les limites de visualisation en élévation et en azimut. Ces dimensions sont déterminées par le but du localisateur laser militaire.

Un autre paramètre du localisateur est la durée de visualisation. Il fait référence au temps pendant lequel le faisceau laser fournit un aperçu unique d'un volume d'espace donné.

Le paramètre suivant du localisateur est les coordonnées déterminées. ils dépendent de l'objectif du localisateur. S'il est destiné à déterminer l'emplacement d'objets au sol et en surface, il suffit alors de mesurer deux coordonnées : la distance et l'azimut. Lors de l'observation d'objets aériens, trois coordonnées sont nécessaires. Ces coordonnées doivent être déterminées avec une précision donnée, qui dépend d'erreurs systématiques et aléatoires. Leur considération dépasse le cadre de cet ouvrage. Cependant, nous utiliserons un concept tel que le pouvoir de résolution. La résolution signifie la capacité de déterminer séparément les coordonnées de cibles proches. Chaque coordonnée a sa propre résolution. De plus, une caractéristique telle que l'immunité aux interférences est utilisée. Il s'agit de la capacité d'un localisateur laser à fonctionner dans des conditions d'interférences naturelles (Soleil, Lune) et artificielles.

Et une caractéristique très importante d’un localisateur est sa fiabilité. C'est la propriété d'un localisateur de maintenir ses caractéristiques dans les limites établies dans des conditions de fonctionnement données.

Pour un schéma d'un localisateur laser conçu pour mesurer quatre paramètres principaux d'un objet (portée, azimut, élévation et vitesse), voir Fig. à la page 17. Il est clairement visible que structurellement un tel localisateur se compose de trois blocs : transmission, réception et indicateur. L'objectif principal du localisateur émetteur est de générer un rayonnement laser, sa formation dans l'espace, le temps et la direction vers la zone de l'objet. L'unité de transmission est constituée d'un laser avec une source d'excitation, d'un Q-switch, d'un dispositif de balayage qui assure l'envoi d'énergie dans une zone donnée selon une loi de balayage donnée, ainsi que d'un système optique de transmission.

L'objectif principal de l'unité de réception est de recevoir le rayonnement réfléchi par un objet, de le convertir en signal électrique et de le traiter pour extraire des informations sur l'objet. Il se compose d'un système optique de réception, d'un filtre interférentiel, d'un récepteur de rayonnement, ainsi que d'unités de mesure de la portée, de la vitesse et des coordonnées angulaires.

Le bloc indicateur est utilisé pour indiquer sous forme numérique des informations sur les paramètres cibles.

Selon l'usage auquel sert le localisateur, il existe : des télémètres, des compteurs de vitesse (localisateurs Doppler), des localisateurs eux-mêmes (portée, azimut et élévation).

SCHÉMA DE LOCALISATION LASER