소개

현재까지 레이저 기술이 군사 분야에 도입되는 주요 방향이 나타났습니다. 이러한 영역은 다음과 같습니다.

• 1. 레이저 위치(지상, 공중, 수중).
• 2. 레이저 통신.
• 3. 레이저 네비게이션 시스템.
• 4. 레이저 무기.
• 5. 레이저 시스템 ABM 및 PKO.

레이저 도입 군용 장비미국, 프랑스, ​​영국, 일본, 독일, 스위스. 정부 기관이들 국가는 이 분야의 작업을 전폭적으로 지원하고 자금을 조달합니다.

레이저 위치

외신에서 말하는 레이저 거리 측정(Laser Ranging)은 광전자공학(Optoelectronics) 분야를 일컫는 것으로, 레이저에서 방출되는 광학 범위의 전자파를 이용하여 다양한 물체의 위치를 ​​탐지하고 판단하는 것을 다루는 분야이다. 탱크, 선박, 미사일, 위성, 산업 및 군사 구조물은 레이저 거리 측정 대상이 될 수 있습니다. 원칙적으로 레이저 거리 측정이 수행됩니다. 활성 방법.

레이더와 마찬가지로 레이저 거리 측정은 전자기파의 세 가지 주요 특성을 기반으로 합니다.

1. 물체에서 반사되는 능력. 대상과 대상이 위치한 배경은 대상에 입사되는 방사선을 다르게 반영합니다.

레이저 방사선은 금속 및 비금속, 숲, 경작지, 물 등 모든 물체에서 반사됩니다. 또한 크기가 파장보다 작은 물체에서 전파보다 더 잘 반사됩니다. 이는 파장이 짧을수록 더 잘 반사된다는 반사의 기본 원리에서 잘 알려져 있습니다. 이 경우 반사된 방사선의 전력은 파장의 4제곱에 반비례합니다. 레이저 탐지기는 기본적으로 레이더보다 탐지 능력이 뛰어납니다. 파동이 짧을수록 파동은 높아집니다. 그렇기 때문에 레이더가 발달하면서 장파에서 단파로 이동하는 경향이 있었습니다. 그러나 초단파를 방출하는 고주파 발생기의 생산이 점점 어려워지면서 완전히 막다른 골목에 이르렀습니다. 레이저의 탄생은 위치 기술에 대한 새로운 관점을 열었습니다.

2. 직선으로 퍼지는 능력. 공간을 스캔하는 좁은 방향의 레이저 빔을 사용하면 물체에 대한 방향(목표 방위)을 결정할 수 있습니다. 이 방향은 레이저 방사선을 생성하는 광학 시스템의 축 위치에 따라 결정됩니다. 빔이 좁을수록 베어링을 더 정확하게 결정할 수 있습니다.

간단한 계산에 따르면 센티미터 범위의 전파를 사용할 때 약 1.5의 지향성 계수를 얻으려면 직경이 약 10m인 안테나가 필요합니다. 이러한 안테나를 탱크에 설치하는 것은 어렵고 항공기에는 훨씬 어렵습니다. 부피가 커서 운반이 불가능합니다. 더 짧은 파도를 사용해야합니다.

고체 활성 물질을 사용하여 생산된 레이저 빔의 각도 각도는 1.0~1.5도에 불과하며 추가적인 광학 시스템이 없는 것으로 알려져 있습니다.

결과적으로 레이저 탐지기의 크기는 유사한 레이더보다 훨씬 작을 수 있습니다. 필요한 경우 소형 광학 시스템을 사용하면 레이저 빔을 몇 분의 아크분으로 좁힐 수 있습니다.

3. 레이저 방사선의 전파 능력 일정한 속도물체까지의 거리를 측정하는 것이 가능해집니다. 따라서 펄스 거리 측정 방법에서는 다음 관계식이 사용됩니다. L = ct/2, 여기서 L은 물체까지의 거리, c는 방사선 전파 속도, t는 펄스가 물체까지 이동하는 데 걸리는 시간입니다. 목표와 뒤로.

이 관계를 고려하면 범위 측정의 잠재적 정확도는 에너지 펄스가 물체까지 이동하고 돌아오는 데 걸리는 시간을 측정하는 정확도에 의해 결정된다는 것을 알 수 있습니다. 충동이 짧을수록 좋다는 것은 분명합니다.

로케이터를 특성화하는 데 어떤 매개변수가 사용됩니까? 그의 여권 정보는 무엇입니까? 그 중 일부를 살펴보겠습니다.

우선, 커버리지 영역입니다. 관찰이 수행되는 공간의 영역으로 이해됩니다. 그 경계는 최대 및 최소 작동 범위와 고도 및 방위각의 관측 한계에 따라 결정됩니다. 이러한 치수는 군용 레이저 탐지기의 목적에 따라 결정됩니다.

또 다른 매개변수는 검토 시간입니다. 이는 레이저 빔이 주어진 공간의 단일 조사를 생성하는 시간을 나타냅니다.

다음 로케이터 매개변수는 결정된 좌표입니다.

로케이터의 목적에 따라 다릅니다. 지상 및 수중 물체의 위치를 ​​결정하려는 경우 범위와 방위각이라는 두 가지 좌표를 측정하는 것으로 충분합니다. 공중 물체를 관찰할 때는 세 개의 좌표가 필요합니다. 이러한 좌표는 체계적 오류와 무작위 오류에 따라 지정된 정확도로 결정되어야 합니다. 우리는 해상도와 같은 개념을 사용할 것입니다. 분해능이란 밀접하게 위치한 대상의 좌표를 별도로 결정하는 능력을 의미합니다.

각 좌표에는 고유한 해상도가 있습니다. 또한 노이즈 내성과 같은 특성이 사용됩니다. 이는 자연 및 인공 간섭 조건에서 작동하는 레이저 탐지기의 능력입니다. 그리고 로케이터의 매우 중요한 특징은 신뢰성입니다. 이는 주어진 작동 조건에서 설정된 한계 내에서 특성을 유지하는 로케이터의 속성입니다.

레이저 거리 측정(LL)의 원리는 빛이 진공에서 일정한 속도로 직선으로 전파된다는 사실에 기초합니다. 짧은 레이저 펄스가 방출되고 시간이 감지됩니다. 레이저 빔은 대상 물체에서 반사되어 되돌아옵니다. 여기서 레이저 빔은 망원경과 민감한 광검출기를 사용하여 포착되고 펄스 방출과 반환 사이의 시간이 결정됩니다. 빛의 속도를 알면 물체까지의 거리를 계산할 수 있습니다. 펄스가 짧고 반사 신호의 방출과 수신 사이의 시간을 정확하게 측정하면 물체까지의 거리를 적절한 정확도로 계산할 수 있습니다. 빔을 휘게 하고(굴절) 지연을 유발하는 대기의 영향은 별도로 고려되지만 이는 미묘한 세부 사항입니다.

달의 위치에 대한 아이디어는 20년대부터 오랫동안 표현되어 왔습니다. 레이저가 없던 20세기. 레이저가 발명되자마자 다음과 같은 아이디어가 떠올랐습니다. 독특한 속성달 레이저 거리 측정(LLR)을 위한 레이저 방사선. LLL에 대한 첫 번째 실험은 1962~63년에 수행되었습니다. 미국과 소련에서. 그 당시에는 측정에 대한 이야기가 없었으며 그러한 위치를 구현할 가능성이 테스트 중이었습니다. 실험은 매우 성공적인 것으로 판명되었으며 반사 신호는 안정적으로 기록되었지만 펄스 지속 시간이 1ms로는 150km보다 더 정확하게 거리를 측정할 수 없었습니다. 1965~66년에는 더 짧은 펄스로 실험을 수행하여 약 180m의 정확도를 달성했으며, 정확도는 펄스 지속 시간보다는 지형에 따라 크게 제한되지 않았습니다.

그런 다음 위치 정확도를 향상시키기 위해 코너 반사경(CR)을 달에 전달하는 아이디어가 제시되었습니다. 코너 반사경은 항상 신호를 엄격하게 반대 방향으로 반환하고 지형으로 인해 신호가 번지는 시간이 없다는 점에서 주목할 만합니다.

5개의 코너 반사경이 달에 전달되었다고 합니다. 2개는 소련 달 탐사선에, 3개는 달에 전달되었습니다. 미국 우주비행사– 아폴로 11호, 아폴로 14호, 아폴로 15호.

지루하고 진부한 일이 끝나고 놀라운 기적과 추리 미스터리가 담긴 마법의 동화가 시작되는 곳입니다!

Lunokhod-1에 설치된 제어 장치가 갑자기 "분실"되었다는 사실부터 시작하겠습니다! 게다가 이 문제에 대해서는 두 가지 의견이 있습니다. 수석연구원, 소장. 풀코보 천문대 대학원생, Ph.D. E.Yu.Alyoshkina

그의 기사에서 그는 그의 제어 장치가 고장났다고 주장했습니다.

이것은 분화구 중 하나 내부의 매우 어려운 조건에서 이동하는 동안 발생했습니다. 이 분화구의 벽에는 또 다른 보조 작은 분화구가 있습니다. 이것은 달에서 가장 비열한 일입니다. 이 형편없는 분화구에서 벗어나기 위해 운전자 겸 승무원은 달 탐사선을 되돌리기로 결정했습니다. 그리고 태양전지판을 뒤로 접었습니다. 그리고 그는 카메라가 앞만 바라보았기 때문에 태양 전지판 덮개를 사용하여 이 보이지 않는 분화구의 벽으로 운전했다는 것이 밝혀졌습니다. 그는 달의 흙을 퍼내서 태양 전지 패널. 그리고 우리가 나온 후에 우리는 이 패널을 닫기로 결정했습니다. 하지만 달먼지는 너무 고약해서 쉽게 떨쳐낼 수가 없어요. 태양전지에 쌓인 먼지로 인해 충전전류가 떨어졌습니다. 먼지가 라디에이터에 부딪혀 열 체계가 중단되었습니다. 결과적으로 Lunokhod 2는 이 불운한 분화구에 남아 있었습니다. 장치를 저장하려는 모든 시도는 아무것도 끝나지 않았습니다.

두 번째 이야기는 어리석은 것으로 판명되었습니다. 그는 이미 4개월 동안 지구의 위성에 있었습니다. 5월 9일 내가 운전대를 잡았다. 우리는 분화구에 착륙했는데 내비게이션 시스템이 고장났습니다.

나가는 방법? 우리는 비슷한 상황에 여러 번 직면했습니다. 그런 다음 그들은 단순히 태양 전지판을 덮고 나왔습니다. 그리고 여기 관리 그룹에 새로운 사람들이 있습니다. 그들은 문을 닫지 말고 나가라고 명령했습니다. 그들은 우리가 그것을 닫으면 달 탐사선에서 열이 펌핑되지 않고 도구가 과열될 것이라고 말합니다.

우리는 말을 안 듣고 그렇게 떠나려고 했어요. 우리는 달의 땅에 닿았습니다. 그리고 달 먼지는 너무 끈적거려요. 그런 다음 그들은 태양 전지판을 닫으라고 명령합니다. 그들은 먼지가 저절로 떨어질 것이라고 말합니다. 그것은 부서졌습니다. 내부 패널에서 달 탐사선은 필요한 양의 태양 에너지 재충전을 중단하고 점차 전력을 잃었습니다. 5월 11일에는 더 이상 Lunokhod의 신호가 없었습니다.

이 정보는... LRO에 의해 확인되었습니다! 다음은 뚜껑을 열고 동쪽을 향한 Lunokhod 2의 이미지입니다.

일반적으로 현재 두 번째 달 탐사선의 위치를 ​​찾는 것은 쓸모가 없습니다.

달 탐사선에 설치된 코너 반사경의 작동 각도 범위는 ±10도입니다. 달 탐사선에 설치된 장치의 위치를 ​​파악하기 위해서는 약 7도의 달의 공차를 고려하여,

달 탐사선은 방위각(지하점까지)과 고도 2~3도의 정확도로 지구를 향해 적절하게 방향을 잡아야 합니다.

2013년 11월 3일부터 UPD. 나는 V.P. Dolgopolov에게 전화를 걸어 달 탐사선 몸체의 모서리 반사판 배치를 명확히했습니다. 박물관 모델 사진에 표시된 것과 똑같이 코스를 따라 엄격하게 앞쪽으로 기울어져 있습니다.

이제 우리는 Lunokhod 2가 동쪽을 바라보고 있다는 Dovgan의 말을 기억하고 지도를 자세히 살펴봅니다.


녹색 화살표는 달 탐사선의 실제 방향을 보여주고, 노란색 화살표는 달 탐사선에 설치된 제어 장치의 성공적인 위치를 찾는 데 필요한 방향을 보여줍니다. 이미지 중앙에 위치하고 Lunokhod-2가 방위각으로 향해야 하는 지하 지점은 Lunokhod-2의 남서쪽에 위치하고 Lunokhod-2는 동쪽을 향하고 있습니다. 방위각은 약 100-110도입니다.) - 이 위치에서 장치의 위치 지정 빔의 입사각은 약 70도입니다. 이는 석영 장치에서는 완전히 금지되는 각도입니다. Lunokhod-2의 코너 반사판은 전혀 작동하지 않습니다. 그리고 천문학자들은 거의 40년 동안 그것을 성공적으로 찾아왔습니다??? 나는 눈을 감고 어떻게 돌진하는 피루엣을 가진 광자들이 뒤로 회전한 Lunokhod-2의 모서리 반사경으로 뛰어들고 그곳에서 반사되어 역피루엣을 한 후 지구를 향해 향하는지 상상합니다... 셰헤라자드는 초조하게 옆에서 담배를 피웁니다. ! 그녀는 1001일 밤 동안만 동화를 읽을 수 있었습니다.

자연스러운 질문이 생깁니다. 그때 그들(천문학자)은 무엇을 찾았습니까?

미국 실험의 세부 사항은 Apollo 11 예비 과학 보고서 문서에 다소 자세히 설명되어 있습니다. 크림 천체물리 관측소(CrAO)에서 실시된 달의 레이저 거리 측정에 관한 소련의 실험에 대한 자세한 내용은 "달의 이동 실험실 LUNOKHOD-1" 컬렉션의 두 번째 권에 나와 있습니다. 응답 신호의 크기를 계산하는 공식도 있습니다.

계산 결과가 표시됩니다 - 하나의 펄스에서 0.5 광전자, 즉 두 개의 레이저 펄스에서 약 1개의 광전자가 기록되어야 합니다.

달에 도달할 광자의 수는 레이저에서 방출된 수에 이 투명도 계수 N M = K λ N t 를 곱한 것과 같습니다. 예를 들어 KrAO의 경우 평균 0.73으로 표시됩니다. 고도가 높은 관측소의 경우 대기가 더 투명합니다. 반사된 광자가 지구로 돌아올 때 대기 형태의 장애물이 광자의 경로에서 다시 만날 것입니다. 결과는 대기의 투명도 계수 K λ를 다시 한 번 곱해야 합니다.

레이저에서 발사된 빔은 발산됩니다. 여기에는 두 가지 근본적인 이유가 있습니다. 첫 번째는 회절빔 확장이다. 이는 광선의 직경에 대한 빛의 파장의 비율로 정의됩니다. 따라서 이를 줄이기 위해서는 빔의 직경을 크게 하는 것이 필요하다. 이를 위해 레이저 빔이 확장되어 동일한 망원경을 통과한 다음 응답 광자를 포착합니다. 전환은 가역 거울에 의해 수행됩니다. 응답 광자가 2.5초 후에만 도착한다는 점을 고려하면 이는 전혀 어렵지 않습니다. 출력 직경이 3미터인 망원경의 경우 빔의 회절 확장은 0.05"(아크초)에 불과합니다. 두 번째 이유는 훨씬 더 강력합니다. 대기의 난류입니다. 이는 약 1" 수준의 빔 발산을 보장합니다. 이 이유는 근본적으로 제거할 수 없습니다. 유일한 방법이에 맞서 싸우는 방법은 망원경을 대기권 밖으로 가져가는 것입니다.

따라서 대기에서 나가는 광선은 발산 θ를 갖습니다. 작은 각도 θ의 경우 근사값 θ = tan(θ) = sin(θ)를 사용할 수 있습니다. 결과적으로 빔은 직경 D = Rθ의 지점을 비춥니다. 여기서 R은 달까지의 거리(평균 384,000km, 최대 405,696km, 최소 363,104km)입니다. 1"의 발산을 갖는 빔은 약 1.9km 직경의 달의 한 지점을 비출 것입니다. 기하학 코스에서 알려진 지점의 면적은 와 같습니다.

EO나 달 토양의 반사로 인해 망원경에 들어오는 빛의 양은 망원경의 면적에 비례합니다. 직경이 d인 망원경의 경우 면적은 입니다.

CR에서 반사되는 경우 달에 부딪힌 모든 광자가 CR에 부딪혀 반사되는 것은 아닙니다. 장치에서 반사되는 광자의 수는 반사체 S 0 의 면적과 반사 계수 K 0 에 비례합니다. (적어도 지점 가장자리에 장치를 접촉한 경우에 제공됩니다.) 프랑스산 반사경의 경우 전체 면적은 640cm 2이고 반사 계수는 0.9이지만 삼각형 프리즘의 경우 기억해야 합니다. 전면, 작업 영역은 전체의 2/3입니다. 미국산은 비금속화 석영 프리즘으로 만들어졌으며 반사 계수는 3배 적었지만 면적은 더 컸습니다. Apollo 11 및 Apollo 14 탐험에 의해 전달된 것으로 알려진 IR은 0.1134m 2, Apollo 15 - 0.34m 2( NASA -CR-113609). 결과적으로 CR에서 반사되는 광자의 수는 입니다.

실제로, 스폿 영역에 대한 광자의 분포는 상당히 고르지 않습니다.

그러나 배경 소음에서 유용한 신호를 분리하기 위해 여러 번의 레이저 "샷"에 대한 결과를 요약하면 이러한 불균일성이 완화됩니다.

EO에서 반사된 모든 광자가 망원경에 도달하는 것은 아닙니다. 반사된 광선은 발산 θ"를 가지며 직경 L=Rθ"인 지구상의 한 지점을 비춥니다. 반사된 광선이 분포될 지구상의 지점의 면적은 다음과 같습니다. 이 지점에서 광자의 수가 망원경으로 떨어지게 됩니다(그렇다면 이것도 확인해야 합니다). 달 탐사선에 설치된 프랑스 IO의 경우 반사 광선의 발산은 6"(루비 레이저 파장 694.3 nm)으로 표시되며 이는 지구 반사 지점의 직경이 11km임을 나타냅니다. 더 작은 삼중 프리즘으로 만들어져 8.6"(루비 레이저 파장 694.3nm의 경우)의 약간 큰 발산을 가지며, 지구상의 지점 직경은 약 16km입니다. 실제로 반사된 광선의 발산은 회절에 의해 결정됩니다. UO θ"의 한 요소의 조리개에 대한 레이저 파장의 비율은 2.44 λ/D RR입니다. 따라서 더 큰 흡수 및 산란에도 불구하고 532 nm 파장의 녹색 레이저를 사용하는 것이 타당할 수 있습니다. 초록불빨간색과 적외선에 비해 지구 대기에서.

보시다시피, 우리는 Kokurin 등의 연구에서 표시된 것과 실질적으로 동일한 공식을 얻었습니다. 해당 작업에서만 전송 및 수신 경로의 전송 계수와 광검출기의 양자 변환 효율이 추가되었습니다(얼마나 많은 망원경에 부딪힌 수의 광자는 전기 신호의 형태로 기록됩니다. 아직 부족한 점은 입사각에 대한 유효 반사 영역의 의존성입니다. 공식은 표적에 대한 위치 지정 빔의 입사각이 법선에 가깝다는 가정에서 파생됩니다. 실제로 종속성은 다음과 같습니다.

지면에서 반사되는 경우 대부분의 빛은 흡수되고 나머지는 램버트 법칙에 가까운(모든 방향으로 균일하게) 2π 스테라디안의 입체각으로 산란됩니다. 실제로, 달로부터의 반사는 다소 까다롭습니다. 달 토양은 후방 산란 및 반대 효과를 뚜렷하게 나타내므로 달 토양은 기존의 램버시안(무광택) 표면보다 반대 방향으로 2-3배 더 엄격하게 반사한다는 사실로 이어집니다. . 대략적으로 말하면, 달의 전체 표면은 아주 좋은 것은 아니지만 모서리 반사체 역할을 합니다.

달의 평균 알베도는 0.07로 간주되지만, 달의 눈에 보이는 표면의 여러 위치에서 알베도 범위는 0.05에서 0.16입니다. (UPD: LOLA 레이저 고도계로 얻은 최신 데이터에 따르면 반사될 때 알베도는 최대 0.33에 도달할 수 있으며 남극의 영구적으로 어두운 일부 분화구에서는 심지어 0.35까지 도달할 수 있습니다!)

조명된 지점의 어느 부분이 망원경에 떨어지는지 확인합니다. 망원경의 시야는 직경에 따라 결정되는 최대 배율에 따라 결정됩니다. 직경 2.64m의 CrAO 망원경에 대한 계산은 22"의 시야를 제공하고 작업은 15"의 값을 제공합니다. 값은 가깝습니다. 조명된 지점의 크기는 일반적으로 더 작아서 전체 지점이 망원경의 시야에 나타납니다.

달 토양에서 반사되어 망원경으로 들어가는 광자의 수는 와 같습니다.

여기에서 우리는 IR의 밝기와 달 토양의 밝기의 비율로 코너 반사경을 사용하는 효과를 평가하기 위한 공식을 도출합니다. 이 공식을 잠깐 살펴보면 지면의 반사와 비교하여 장치의 응답 신호 레벨을 높이려면 위치 지정 레이저 빔의 발산 각도를 줄여야 한다는 점을 알 수 있습니다. 종속성은 2차입니다.

(UPD: Lunokhod-1의 위치가 잘못되었음에도 불구하고 여전히 보입니다. EO에서 계산된 입사각은 법선에서 31.5도입니다(위동을 고려하지 않음). 이 각도에서 EPR은 한 단계씩 감소하고 CR 패널의 비수직성으로 인해 위치 빔에 대한 임펄스 응답의 확산 그러나 Lunokhod-2의 경우 계산된 입사각은 법선에서 약 70도입니다. 석영 CR입니다. 해당 CR에서 반사가 불가능합니다. 어떠한 진동도 도움이 되지 않습니다.)

150개의 광자가 장치에서 망원경으로 떨어지며 지상에서 약 5개가 되어야 하며 Aleshkina는 "10-20발당 1광자"에 대해 기록합니다. 이것은 무엇을 의미 하는가? 지상에서 나온 것보다 훨씬 적은 수의 광자가 기록됩니다!

그리고 그렇게 되어야 합니다! 우리는 지하 지점에서 멀리 떨어져 있을 때 달의 표면이 광선에 대해 상당히 수직이 아니므로 반사된 신호가 시간에 따라 번진다는 것을 기억합니다.

시간 필터는 예상 결과에 해당하는 광자만 잘라냅니다.


달의 표면이 완벽하게 매끄러워지지 않고 그 위에 산과 분화구가 있다는 것을 기억한다면, 레이저 위치 지정 빔이 수직으로 떨어지는 지구를 향한 분화구 벽이나 산 경사면의 존재는 정확하게 다음을 제공할 것입니다. 미국과 동일한 시간 압축 신호와 반사되지만 강도는 더 낮습니다.

위치 지정 빔에 수직인 달 표면의 면적과 위치 지정 빔의 단면적의 비율로 지상에서 계산된 신호를 약화시키면 실험 결과가 다음과 완전히 일치하게 됩니다. 지상에서 반사된 가설을 계산합니다. 달의 위치 탐지 빔의 직경이 2~7km라는 점을 고려하면 높이 2~3km의 산이나 분화구 벽이면 이미 충분하며 달에는 그러한 산과 분화구가 많이 있습니다. 게다가 완벽하게 평평한 표면도 필요하지 않습니다. 계산에 따르면 다음과 같이 알베도가 0.16(달의 산은 바다보다 가볍습니다)으로 계산된 지상의 광자 수는 실험값을 약 3배 초과합니다. 계산과 일치하려면 조명된 지점의 1/3만이 예상 평면에 있는 표면에 떨어지면 충분합니다. 나머지 2/3는 어떤 안도감을 가질 수 있습니다.


빨간색 선은 시간 필터를 통과하는 반사 신호인 조건부 표면을 표시합니다. 이상적으로 이것은 반경이 380,000km이고 중심이 대략 지구 중심에 있는 구의 조각입니다. 이러한 구 조각은 평면과 거의 다르지 않습니다.

제어 장치의 신호가 반영된 가설은 공개된 실험 데이터에 의해 확인되지 않습니다. 오류는 백분율이나 시간이 아니라 크기 단위입니다.

일반적으로 응용 천문학을 사용하면 모든 것이 명확해집니다.

레이저 거리 측정은 레이저에서 방출되는 광학 범위의 전자기파를 사용하여 다양한 물체의 위치를 ​​감지하고 결정하는 광전자 분야입니다. 레이저 거리 측정 대상은 탱크, 선박, 미사일, 위성, 산업 및 군사 구조물이 될 수 있습니다. 원칙적으로 레이저 거리 측정은 능동 방식을 사용하여 수행됩니다. 우리는 이미 레이저 방사선이 좁은 지향성, 단색성, 높은 펄스 전력 및 높은 스펙트럼 밝기를 갖는다는 점에서 온도 방사선과 다르다는 것을 알고 있습니다. 이 모든 것이 레이더와 비교하여 광학 위치의 경쟁력을 높여줍니다. 특히 우주(대기의 흡수 영향이 없는 곳) 및 수중(광학 범위의 여러 파동에 투명 창이 있는 곳)에서 사용될 때 더욱 그렇습니다.

레이더와 마찬가지로 레이저 거리 측정은 전자기파의 세 가지 주요 특성을 기반으로 합니다.

1. 물체에서 반사되는 능력. 표적과 표적이 위치한 배경은 표적에 떨어지는 방사선을 다르게 반영합니다. 레이저 방사선은 금속 및 비금속, 숲, 경작지, 물 등 모든 물체에서 반사됩니다. 또한 크기가 파장보다 작은 물체에서 전파보다 더 잘 반사됩니다. 이는 파장이 짧을수록 더 잘 반사된다는 반사의 기본 원리에서 잘 알려져 있습니다. 이 경우 반사된 방사선의 전력은 파장의 4승에 반비례합니다. 레이저 탐지기는 기본적으로 레이더보다 탐지 능력이 뛰어납니다. 즉, 파장이 짧을수록 파장은 더 높아집니다. 그렇기 때문에 레이더가 발달하면서 장파에서 단파로 이동하는 경향이 있었습니다. 그러나 초단파를 방출하는 고주파 발생기의 제조가 점점 어려워지면서 막다른 골목에 이르렀다.

레이저의 탄생은 위치 기술에 대한 새로운 관점을 열었습니다.

2. 직선으로 퍼지는 능력. 공간을 스캔하는 데 사용되는 좁은 방향의 레이저 빔을 사용하면 물체에 대한 방향(표적 방위)을 결정할 수 있습니다.

이 방향은 레이저 방사선을 생성하는 광학 시스템의 축 위치(레이더에서 안테나 방향)에 의해 결정됩니다. 빔이 좁을수록 베어링을 더 정확하게 결정할 수 있습니다. 다음의 간단한 공식을 사용하여 안테나의 지향성 계수와 직경을 결정해 보겠습니다.

G= 4p*에스

여기서 G는 지향성 계수, S는 안테나 면적, m2, /는 방사 파장 μm입니다.

간단한 계산에 따르면 센티미터 범위의 전파를 사용할 때 약 1.5의 지향성 계수를 얻으려면 직경이 약 10m인 안테나가 필요합니다. 이러한 안테나를 탱크에 설치하는 것은 어렵고 항공기에는 훨씬 어렵습니다. 부피가 커서 운반이 불가능합니다. 더 짧은 파도를 사용해야합니다.

고체 활성물질을 이용해 만든 레이저빔의 각도는 1.0~1.5도에 불과하고 추가적인 집속장치(안테나)가 없는 것으로 알려져 있다. 결과적으로 레이저 탐지기의 크기는 유사한 레이더보다 훨씬 작을 수 있습니다. 필요한 경우 소형 광학 시스템을 사용하면 레이저 빔을 몇 분의 아크분으로 좁힐 수 있습니다.

3. 일정한 속도로 전파되는 레이저 방사선의 능력으로 인해 물체까지의 거리를 확인할 수 있습니다. 그래서. 펄스 범위 지정 방법은 다음 비율을 사용합니다.

엘= 코네티컷그리고

어디 L - 물체까지의 거리, km, C - 방사선 전파 속도 km/s, t 및 - 펄스가 목표물까지 통과하는 시간, s.

이 관계를 고려하면 범위 측정의 잠재적 정확도는 에너지 펄스가 물체까지 이동하고 돌아오는 데 걸리는 시간을 측정하는 정확도에 의해 결정된다는 것을 알 수 있습니다. 펄스가 짧을수록 더 좋다는 것은 분명합니다(무선 통신사가 말하는 것처럼 대역폭이 좋은 경우). 그러나 우리는 레이저 방사선 자체의 물리학이 10-7 - 10-8초의 지속 시간으로 펄스를 얻을 수 있는 가능성을 제공한다는 것을 이미 알고 있습니다. 그리고 이는 레이저 탐지기에 좋은 데이터를 제공합니다.

로케이터를 특성화하는 데 어떤 매개변수가 사용됩니까? 그의 여권 정보는 무엇입니까? 그 중 일부를 살펴보겠습니다. 그림을 참조하세요.

우선 구역입니다. 관찰이 수행되는 공간의 영역으로 이해됩니다. 경계는 최대 및 최소 범위와 고도 및 방위각의 관측 한계에 따라 결정됩니다. 이러한 치수는 군용 레이저 탐지기의 목적에 따라 결정됩니다.

또 다른 로케이터 매개변수는 시청 시간입니다. 이는 레이저 빔이 주어진 공간에 대한 단일 개요를 제공하는 시간을 나타냅니다.

로케이터의 다음 매개변수는 결정된 좌표입니다. 로케이터의 목적에 따라 다릅니다. 지상 및 지상 물체의 위치를 ​​결정하려는 경우 범위와 방위각이라는 두 가지 좌표를 측정하는 것으로 충분합니다. 공중 물체를 관찰할 때는 세 개의 좌표가 필요합니다. 이러한 좌표는 체계적 오류와 무작위 오류에 따라 지정된 정확도로 결정되어야 합니다. 이들에 대한 고려는 이 책의 범위를 벗어납니다. 그러나 우리는 해상력이라는 개념을 사용할 것입니다. 분해능이란 밀접하게 위치한 대상의 좌표를 별도로 결정하는 능력을 의미합니다. 각 좌표에는 고유한 해상도가 있습니다. 또한 간섭 내성과 같은 특성이 사용됩니다. 이는 자연(태양, 달) 및 인공 간섭 조건에서 작동하는 레이저 탐지기의 능력입니다.

그리고 로케이터의 매우 중요한 특징은 신뢰성입니다. 이는 주어진 작동 조건에서 설정된 한계 내에서 특성을 유지하는 로케이터의 속성입니다.

물체의 4가지 주요 매개변수(범위, 방위각, 고도 및 속도)를 측정하도록 설계된 레이저 탐지기의 다이어그램은 그림 1을 참조하세요. 구조적으로 이러한 로케이터는 전송, 수신 및 표시기의 세 가지 블록으로 구성되어 있음을 분명히 알 수 있습니다. 송신 로케이터의 주요 목적은 레이저 방사선을 생성하여 공간, 시간 및 물체 영역에 대한 방향을 형성하는 것입니다. 전송 장치는 여기 소스가 있는 레이저, Q-스위치, 주어진 스캐닝 법칙에 따라 주어진 영역에서 에너지 전송을 보장하는 스캐닝 장치 및 전송 광학 시스템으로 구성됩니다.

수신부의 주요 목적은 물체에서 반사된 방사선을 수신하여 전기 신호로 변환하고 처리하여 물체에 대한 정보를 추출하는 것입니다. 이는 수신 광학 시스템, 간섭 필터, 방사선 수신기 및 범위, 속도 및 각도 좌표 측정 장치로 구성됩니다.

표시기 블록은 대상 매개변수에 대한 정보를 디지털 형식으로 표시하는 데 사용됩니다.

로케이터의 용도에 따라 거리 측정기, 속도계(도플러 로케이터), 로케이터 자체(범위, 방위각 및 고도)가 있습니다.

레이저 로케이터 다이어그램