RU2563312C1 - Coherent laser target locator - Google Patents
Coherent laser target locator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2563312C1 RU2563312C1 RU2014122115/28A RU2014122115A RU2563312C1 RU 2563312 C1 RU2563312 C1 RU 2563312C1 RU 2014122115/28 A RU2014122115/28 A RU 2014122115/28A RU 2014122115 A RU2014122115 A RU 2014122115A RU 2563312 C1 RU2563312 C1 RU 2563312C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- output
- laser
- input
- photodetector
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и приборостроения и может быть использовано в качестве лазерного доплеровского локатора с когерентной обработкой для обнаружения, автосопровождения, измерения текущих угловых координат (азимута и угла места) и радиальной скорости низколетящих ракет морского и наземного базирования в интересах Министерства обороны страны.The invention relates to the field of measurement technology and instrumentation and can be used as a laser Doppler locator with coherent processing for detection, auto tracking, measurement of current angular coordinates (azimuth and elevation angle) and radial velocity of low-flying sea and ground-based missiles in the interests of the Ministry of Defense of the country.
Традиционно обнаружение низколетящих целей, их автосопровождение по угловым координатам и измерение радиальной скорости полета дифракционно ограниченных объектов осуществляют применением доплеровских локаторов с непрерывным режимом немодулированного излучения, однако решение задачи измерения наклонной дальности требует применения модуляции излучения (импульсной, частотной и др.), что существенно снижает предельную дальность проведения этих измерений из-за потерь энергии излучения внешним электрооптическим модулятором [1-4]. В то же время триангуляционные методы измерения наклонной дальности с использованием немодулированного излучения, обеспечивающего наивысший энергетический потенциал локатора при заданной рабочей мощности излучающего лазера, связаны с необходимостью рассредоточения на море группы локаторов, образующих триангуляционную сеть, что снижает эффективность работы такой сети, например, на кораблях из-за требования жесткой взаимной привязки координат кораблей в условиях их движения в боевой обстановке. Береговые триангуляционные системы лазерной локации имеют ограниченный радиус действия и не могут использоваться при значительном удалении от берега кораблей, оснащенных средствами противоракетной обороны.Traditionally, the detection of low-flying targets, their auto-tracking along angular coordinates and the measurement of the radial flight speed of diffraction-limited objects is carried out using Doppler radars with a continuous mode of unmodulated radiation, however, solving the problem of measuring the slant range requires the use of radiation modulation (pulsed, frequency, etc.), which significantly reduces the limiting range of these measurements due to radiation energy loss by an external electro-optical modulator [1-4]. At the same time, triangulation methods for measuring the slant range using unmodulated radiation, which provides the highest energy potential of the locator at a given working power of the emitting laser, are associated with the need to disperse at sea groups of locators forming a triangulation network, which reduces the efficiency of such a network, for example, on ships due to the requirement of tight mutual reference of the coordinates of the ships in the conditions of their movement in a combat situation. Onshore triangulation laser ranging systems have a limited radius of action and cannot be used at a significant distance from the coast of ships equipped with missile defense systems.
Известно применение согласованной фильтрации локационных сигналов на основе дисперсионных линий задержки для повышения отношения сигнал/шум [5-21], а также использование средств стабилизации лазерного излучения для повышения обнаружительной способности лазерных локаторов с непрерывным режимом излучения [22-26]. Известно использование при обработке линейно-частотно-модулированных (ЛЧМ) сигналов в импульсных лазерных локаторах, в которых применяются ЛЧМ импульсные излучения по треугольному закону, позволяющие измерять как радиальную скорость целей, так и их наклонную дальность. Однако такие импульсные локаторы требуют применения внешних электрооптических модуляторов лазерного излучения, что снижает энергетический потенциал таких локаторов.It is known to use consistent filtering of location signals based on dispersion delay lines to increase the signal-to-noise ratio [5-21], as well as the use of laser stabilization means to increase the detectability of laser locators with a continuous radiation mode [22-26]. It is known to use linear-frequency-modulated (LFM) signals for processing in pulsed laser locators, which use LFM pulsed radiation according to a triangular law, which makes it possible to measure both the radial velocity of targets and their inclined range. However, such pulsed locators require the use of external electro-optical modulators of laser radiation, which reduces the energy potential of such locators.
Известно решение - лазерный доплеровский локатор, подобный рассмотренному в [12], содержащий СО2-лазер непрерывного действия, передающий телескоп, приемный объектив, фотоприемник, работающий в гомодинном режиме фотосмешения, соединенный с последовательно связанными малошумящим широкополосным усилителем, смесителем, ко второму входу которого подключен генератор линейно-частотно-модулированного (ГЛЧМ) импульсного сигнала, синхронизируемого от делителя частоты генератора синхроимпульсов, широкополосным усилителем, согласованным фильтром на дисперсионной линии задержки, широкополосным усилителем, амплитудным детектором, пороговым устройством, блоком формирования сигнала радиальной скорости и персональным компьютером с дисплеем и блоком управления, к которому подключен блок измерения азимута и угла места цели.A known solution is a laser Doppler radar similar to that considered in [12], which contains a continuous CO 2 laser, a transmitting telescope, a receiving lens, a photodetector operating in the homodyne mode of photo mixing, connected to a low-noise wide-band amplifier, a mixer in series, to the second input of which a linear-frequency-modulated (HLF) generator of a pulse signal synchronized from the frequency divider of the clock generator is connected with a broadband amplifier, a matched filter rum on the dispersion delay line, a broadband amplifier, an amplitude detector, a threshold device, a radial velocity signal generating unit, and a personal computer with a display and a control unit to which the azimuth and elevation angle measuring unit is connected.
Недостатком этого лазерного доплеровского локатора относится его неспособность измерения наклонной дальности цели, что не позволяет определить ее текущие координаты, являющиеся важнейшими характеристиками цели, без определения которых невозможно боевое противодействие ракетному удару в морской операции со стороны потенциального противника.The disadvantage of this laser Doppler radar is its inability to measure the oblique range of the target, which does not allow to determine its current coordinates, which are the most important characteristics of the target, without which it is impossible to combat the counteraction of a missile strike in a naval operation by a potential enemy.
Ближайшим аналогом заявляемого технического решения (прототипом) является лазерный локатор [27], содержащий СО2-лазер непрерывного действия, передающий телескоп, приемный объектив, фотоприемное устройство, работающее в гомодинном режиме фотосмешения, соединенное с последовательно связанными малошумящим высокочастотным широкополосным усилителем, смесителем, ко второму входу которого подключен генератор линейно-частотно-модулированного импульсного сигнала, синхронизируемого от делителя частоты генератора синхроимпульсов, широкополосным усилителем, согласованным фильтром на дисперсионной линии задержки, компенсирующим потери широкополосным усилителем, амплитудным детектором, пороговым устройством, блоком формирования сигнала радиальной скорости, второй вход которого подключен к выходу генератора синхроимпульсов, а третий - к выходу делителя частоты синхроимпульсов, и персональным компьютером с дисплеем и пультом управления, к которому подключен блок измерения азимута и угла места цели, отличающийся тем, что в оптический резонатор СО2-лазера непрерывного действия введен пьезоэлектрический корректор, связанный механически с глухим отражателем оптического резонатора, а электрически - с выходом регулируемого по амплитуде усилителя, связанного с регулируемым по частоте генератором переменного тока, а канал измерения дальности включает последовательно связанные с выходом фотоприемника малошумящий среднечастотный полосовой усилитель, смеситель, второй вход которого подключен к выходу гетеродина, полосовой фильтр, частотный детектор, резонансный усилитель, измеритель разности фаз, второй вход которого подключен к выходу генератора переменного тока, и блок формирования сигнала дальности.The closest analogue of the claimed technical solution (prototype) is a laser locator [27], containing a continuous CO 2 laser, a transmitting telescope, a receiving lens, a photodetector operating in a homodyne mode of photo mixing, connected to a low-noise high-frequency broadband amplifier, a mixer, the second input of which is connected to a linear-frequency-modulated pulse signal generator, synchronized from the frequency divider of the clock generator, wide an axial amplifier, a matched filter on the dispersion delay line, compensating for losses by a broadband amplifier, an amplitude detector, a threshold device, a radial velocity signal generating unit, the second input of which is connected to the output of the clock generator, and the third to the output of the clock frequency divider, and a personal computer with a display and a control panel to which a unit for measuring the azimuth and elevation angle of the target is connected, characterized in that in the optical resonator of the CO 2 laser is continuous A piezoelectric corrector was introduced, coupled mechanically to a dull reflector of the optical resonator, and electrically to the output of an amplitude-controlled amplifier connected to a frequency-controlled alternator, and the range measuring channel included a low-noise mid-frequency strip amplifier, mixer, and a second the input of which is connected to the local oscillator output, a bandpass filter, a frequency detector, a resonant amplifier, a phase difference meter, a second input for which it is connected to the output of the alternator, and the range signal generation unit.
Недостатками этого устройства является сложность структуры канала измерения дальности и отсутствие элементов автоматического сопровождения движущейся цели по угловым координатам.The disadvantages of this device are the complexity of the structure of the range measurement channel and the absence of elements of automatic tracking of a moving target in angular coordinates.
Указанные недостатки известного устройства устранены в заявляемом лазерном когерентном локаторе целеуказания, содержащем одночастотный СО2-лазер непрерывного действия с блоком электронной накачки, передающий телескоп, приемный объектив, фотоприемное устройство, работающее в гомодинном режиме фотосмешения, подключенное к последовательно связанным малошумящему высокочастотному широкополосному усилителю, смесителю, ко второму входу которого подключен генератор линейно-частотно-модулированного импульсного сигнала, синхронизируемого от высокочастотного генератора синхроимпульсов через делитель частоты, широкополосному усилителю, согласованному фильтру на дисперсионной линии задержки, компенсирующему потери широкополосному усилителю, амплитудному детектору, пороговому устройству, блоку измерения радиальной скорости, второй вход которого подключен к выходу делителя частоты, а третий его вход подключен к выходу высокочастотного генератора синхроимпульсов, и первому входу персонального компьютера с дисплеем и пультом управления, ко второму и третьему входам которого подключен блок датчиков измерения азимута и угла места цели, установленных в приемно-передающем модуле с блоком управления азимутальным и угломестным приводами, а также включающим канал измерения дальности до цели на основе установки в оптический резонатор одночастотного СО2-лазера непрерывного действия пьезоэлектрического корректора, связанного механически с глухим отражателем оптического резонатора, а также последовательно соединенные измеритель разности фаз низкочастотного модулирующего сигнала управления пьезоэлектрическим корректором и блок измерения дальности, подключенный к четвертому входу персонального компьютера, к пятому входу которого подключен выход высокочастотного генератора синхроимпульсов, отличающимся тем, что выход фотоприемного устройства дополнительно соединен с последовательно включенными низкочастотным резонансным усилителем, компаратором, измерителем разности фаз, ко второму входу которого подключен выход делителя частоты, входом соединенного с выходом высокочастотного генератора синхроимпульсов, выход которого также подключен к третьему входу измерителя разности фаз, низкочастотный сигнал с выхода делителя частоты синхронизирует работу генератора переменного напряжения, подключенного в резонансную цепь с пьезоэлектрическим корректором одночастотного СО2-лазера и регулируемого по амплитуде колебаний, модулирующих частоту лазерного излучения в диапазоне его одной моды (ширины контура усиления), причем фотоприемное устройство выполнено четырехквадрантным, выходы каждого из равновеликих квадрантов, попарно образующие азимутальные и угломестные суммарно-разностные каналы, соединены с двумя входами блока управления приводами - азимутальным и угломестным - ориентации взаимно коллинеарных оптических осей передающего телескопа и приемного объектива, а блок управления приводами двунаправленно связан информационной шиной управления с персональным компьютером, к шестому входу которого подключен выход делителя частоты высокочастотного генератора синхроимпульсов.These disadvantages of the known device are eliminated in the inventive laser coherent target designator containing a single-frequency continuous CO 2 laser with an electronic pumping unit, a transmitting telescope, a receiving lens, a photodetector operating in the homodyne mode of photo mixing, connected to a series-connected low-noise high-frequency broadband amplifier, mixer , to the second input of which a linear-frequency-modulated pulse signal generator is connected, we synchronize output from a high-frequency clock generator through a frequency divider, a broadband amplifier, a matched filter on the dispersion delay line, compensating for the loss of a broadband amplifier, an amplitude detector, a threshold device, a radial velocity measuring unit, the second input of which is connected to the output of the frequency divider, and its third input is connected to the output of the high-frequency clock generator, and the first input of a personal computer with a display and control panel, to the second and third inputs otorrhea unit connected azimuth measuring sensors and elevation target set in the receiving-transmitting unit to the control unit drives the elevation and azimuth, as well as comprising a range measurement to the target channel based on the installation in a single-frequency optical resonator CO 2 laser of continuous piezoelectric corrector associated mechanically with a blank reflector of the optical resonator, as well as a series-connected phase difference meter of the low-frequency modulating control signal of the piezoelectric a corrector and a range measuring unit connected to the fourth input of a personal computer, the fifth input of which is connected to the output of a high-frequency clock generator, characterized in that the output of the photodetector is additionally connected to a low-frequency resonant amplifier, a comparator, a phase difference meter, and to the second input of which connected the output of the frequency divider, the input connected to the output of the high-frequency clock generator, the output of which is also connected to the third input of the phase difference meter, the low-frequency signal from the output of the frequency divider synchronizes the operation of an alternating voltage generator connected to the resonant circuit with a piezoelectric corrector of a single-frequency CO 2 laser and regulated by the amplitude of oscillations modulating the frequency of the laser radiation in the range of its single mode (loop width amplification), moreover, the photodetector is made quadrant, the outputs of each of the equal quadrants, pairwise forming azimuthal and elevation sum-difference channels are connected to two inputs of the drive control unit - azimuthal and elevation - the orientation of the mutually collinear optical axes of the transmitting telescope and the receiving lens, and the drive control unit is bi-directionally connected by the information control bus to a personal computer, the sixth input of which is connected to the output of the high-frequency frequency divider clock generator.
Упрощение конструкции канала дальности объясняется использованием низкочастотного сигнала из спектра, образующегося в результате гомодинного фотосмешения части передаваемого и принимаемого оптического излучения с его выделением малошумящим резонансным усилителем и компарированием, фронт импульса на выходе которого, отстоящий от фронта импульса запуска низкочастотного генератора переменного напряжения, подаваемого на пьезоэлектрический корректор, содержит информацию о наклонной дальности до цели.The simplification of the design of the range channel is explained by the use of a low-frequency signal from the spectrum generated as a result of homodyne photo-mixing of a part of the transmitted and received optical radiation with its isolation by a low-noise resonant amplifier and comparing, the pulse front at the output of which is separated from the front of the start pulse of a low-frequency alternating voltage generator supplied to the piezoelectric corrector, contains information about the slant range to the target.
Автоматическое сопровождение цели по угловым координатам с помощью азимутального и угломестного приводов приемно-передающего оптического модуля стало возможным благодаря выполнению фотоприемного устройства с четырехквадрантным фоточувствительным слоем, например, на основе соединения кадмий-ртуть-теллур (КРТ), охлаждаемого жидким азотом, расположенном в зоне диска Эйри приемного объектива. Четыре электрически между собой не связанных элемента КРТ образуют два суммарно-разностных канала - азимутальный и угломестный, в которых образуются сигналы ошибки раздельно в каждом из указанных каналов, которые используются для подстройки азимутального и угломестного положения взаимно коллинеарных оптических осей передающего телескопа и приемного объектива соответствующими электроприводами так, что диск Эйри принимаемого излучения располагается симметрично (по центру) относительно всех четырех квадрантов фотоприемного устройства. Кроме того, высокочастотные и низкочастотные сигналы, образующиеся на всех четырех квадрантах, суммируются и поступают соответственно в каналы измерения скорости и дальности цели.Automatic tracking of the target in angular coordinates using azimuthal and elevation drives of the transmitting and receiving optical module became possible due to the implementation of a photodetector with a four-quadrant photosensitive layer, for example, based on a cadmium-mercury-tellurium compound (CMT) cooled by liquid nitrogen located in the disk zone Airy receiving lens. Four electrically unconnected elements of the SRT form two total difference channels — azimuthal and angular, in which error signals are generated separately in each of these channels, which are used to adjust the azimuthal and elevation positions of the mutually collinear optical axes of the transmitting telescope and receiving lens with the corresponding electric drives so that the Airy disk of the received radiation is located symmetrically (in the center) relative to all four quadrants of the photodetector wa. In addition, the high-frequency and low-frequency signals generated on all four quadrants are summed up and received respectively in the channels for measuring the speed and range of the target.
Состав и принцип действия заявляемого технического решения поясняется представленными рисунками. На рис. 1 представлена блок-схема локатора, на рис. 2 поясняется работа канала измерения радиальной скорости цели по доплеровскому сдвигу частоты когерентного оптического излучения. На рис. 3 показана структура фотоприемного устройства - его суммарно-разностных каналов и суммарного информационного канала.The composition and principle of operation of the proposed technical solution is illustrated by the drawings. In fig. 1 shows a block diagram of a locator, in Fig. 2 illustrates the operation of the channel measuring the radial velocity of the target by the Doppler frequency shift of the coherent optical radiation. In fig. Figure 3 shows the structure of the photodetector — its total difference channels and the total information channel.
Заявляемое устройство (рис. 1) содержит следующие элементы и блоки:The inventive device (Fig. 1) contains the following elements and blocks:
1 - одночастотный СО2-лазер с непрерывным излучением,1 - single-frequency CO 2 laser with continuous radiation,
2 - полупрозрачное зеркало оптического резонатора лазера,2 - translucent mirror of an optical laser resonator,
3 - глухое зеркало оптического резонатора лазера,3 - deaf mirror of the optical cavity of the laser,
4 - пьезоэлектрический корректор (он же конденсатор резонансного контура),4 - piezoelectric corrector (aka resonant circuit capacitor),
5 и 6 - электроды электронной накачки активного вещества лазера,5 and 6 - electrodes of electronic pumping of the active substance of the laser,
7 - блок электронной накачки лазера, например, на основе высокочастотного высоковольтного генератора),7 - laser electronic pumping unit, for example, based on a high-frequency high-voltage generator),
8 - передающий телескоп,8 - transmitting telescope,
9 - светоделительный элемент с малым коэффициентом отражения и большим пропусканием,9 - a beam splitting element with a low reflection coefficient and high transmittance,
10 - приемный объектив,10 - receiving lens
11 - фотоприемное устройство (ФПУ) на соединении КРТ, охлаждаемом жидким азотом,11 - photodetector (FPU) on the connection of the SRT, cooled by liquid nitrogen,
12 - малоапертурный отражатель,12 - low aperture reflector,
13 - делитель частоты (ДЧ) с коэффициентом деления К частоты синхроимпульсов,13 - frequency divider (DF) with a division ratio K of the frequency of the clock pulses,
14 - синхронизируемый низкочастотный генератор переменного напряжения,14 is a synchronized low-frequency alternating voltage generator,
15 - малошумящий широкополосный усилитель на диапазон возможных доплеровских сдвигов частоты оптического излучения лазера,15 - low-noise broadband amplifier for the range of possible Doppler frequency shifts of the optical radiation of the laser,
16 - смеситель,16 - mixer
17 - генератор линейно-частотно-модулированных импульсов (ГЛЧМ),17 - generator linear frequency-modulated pulses (GLFM),
18 - высокочастотный генератор синхроимпульсов (ГСИ),18 is a high-frequency clock generator (GSI),
19 - широкополосный усилитель,19 is a broadband amplifier,
20 - дисперсионная линия задержки (ДЛЗ) с большой величиной базы,20 - dispersion delay line (DLZ) with a large base,
21 - усилитель коротких импульсов с широким спектром,21 is an amplifier for short pulses with a wide spectrum,
22 - амплитудный детектор,22 - amplitude detector,
23 - пороговое устройство (ограничитель по минимуму) с заданным порогом,23 - threshold device (limiter to a minimum) with a given threshold,
24 - вычислитель радиальной скорости V,24 - calculator radial velocity V,
25 - персональный компьютер с дисплеем и пультом управления,25 - a personal computer with a display and remote control,
26 - низкочастотный резонансный усилитель,26 - low-frequency resonant amplifier,
27 - компаратор,27 - comparator,
28 - измеритель разности фаз (ИРФ) - измеритель временных интервалов, задаваемых числом синхроимпульсов в измеряемом временном интервале, это число синхроимпульсов содержит информацию о наклонной дальности до цели,28 — phase difference meter (IRF) —measurement of time intervals specified by the number of clock pulses in the measured time interval, this number of clock pulses contains information about the slant range to the target,
29 - вычислитель дальности D,29 - range calculator D,
30 - блок датчиков угла места (е) и азимута ф),30 - a block of elevation sensors (e) and azimuth f),
31 - блок управления приводами (БУП) - азимутальным и угломестным.31 - drive control unit (BUP) - azimuthal and elevation.
На рис. 2 представлены графики, отображающие работу канала измерения скорости лазерного локатора. На рис. 3 дана блок-схема ФПУ с двумя суммарно-разносными каналами и общим суммирующим каналом в составе следующих элементов: 32...35 - электрически раздельные квадранты фотоприемного слоя - приемников на КРТ,In fig. Figure 2 presents graphs showing the operation of the channel for measuring the speed of a laser locator. In fig. Figure 3 shows the block diagram of the FPU with two total-spaced channels and a common summing channel consisting of the following elements: 32 ... 35 - electrically separate quadrants of the photodetector layer - receivers for SRT,
36 - зона облучения от приемного объектива - диск Эйри,36 - irradiation zone from the receiving lens - Airy disk,
37 и 38 - сумматоры азимутальных квадрантов,37 and 38 are adders of azimuthal quadrants,
39 - разностное устройство азимутального канала,39 - difference device of the azimuth channel
40 и 41 - сумматоры угломестных квадрантов,40 and 41 are adders of elevation quadrants,
42 - разностное устройство угломестного канала,42 - differential device elevation channel,
43 - общий сумматор всех четырех квадрантов ФПУ.43 - the total adder of all four quadrants of the FPU.
Рассмотрим действие лазерного локатора.Consider the action of a laser locator.
С помощью не полностью указанных на рис. 1 технических средств наведения по азимуту β и углу места ε излучения СО2-лазера непрерывного действия 1, сформированного передающим телескопом 8 в узкий пучок, на цель, например, низколетящую над уровнем моря ракету, рассеянное ею излучение формируется приемным объективом 10 в его фокусе - в диск Эйри - квазиточечную плоскую волну, которая воздействует на фоточувствительную поверхность фотоприемного устройства 11 совместно с плоской волной гомодинного канала, образованного расщепителем излучения 9 и малоапертурным отражателем 12. В результате фотосмешения указанных пучков когерентного излучения с одинаковой поляризацией на выходе фотоприемного устройства 11 образуется электрический сигнал с разностной частотой Δν(t), величина которой определяется частотами оптических колебаний - излучаемого νИЗЛ(t) и принимаемого νПР(t), которые определяются в функции времени t следующими равенствами:Using not completely indicated in fig. 1 technical means of guidance in azimuth β and elevation angle ε of a continuous CO 2 laser 1 generated by a transmitting telescope 8 into a narrow beam, onto a target, for example, a rocket flying low above sea level, the radiation scattered by it is formed by the receiving lens 10 in its focus - into the Airy disk, a quasidot point plane wave that acts on the photosensitive surface of the photodetector 11 together with the plane wave of the homodyne channel formed by the radiation splitter 9 and low-aperture reflector 12. As a result During the mixing of these coherent radiation beams with the same polarization, an electrical signal with a difference frequency Δν (t) is generated at the output of the photodetector 11, the value of which is determined by the frequencies of optical oscillations - the emitted ν RIS (t) and received ν PR (t), which are determined in the function time t by the following equalities:
где νO - средняя частота излучения СO2-лазера непрерывного действия 1,where ν O is the average radiation frequency of the CO 2 laser continuous 1,
ΔνМОД - амплитуда отклонения частоты излучения от средней νО в процессе внутренней частотной модуляции по гармоническому закону при работе пьезоэлектрического корректора 4, периодически изменяющего длину оптического резонатора лазера,Δν MOD - the amplitude of the deviation of the radiation frequency from the average ν О in the process of internal frequency modulation according to the harmonic law when the piezoelectric corrector 4 periodically changes the length of the laser optical resonator,
ω=2π f - круговая частота гармонических колебаний, вырабатываемых в генераторе переменного напряжения 14 с резонансным контуром, включающим емкость пьезоэлектрического корректора 4,ω = 2π f is the circular frequency of harmonic oscillations generated in the alternating voltage generator 14 with a resonant circuit, including the capacity of the piezoelectric corrector 4,
f - частота этих колебаний,f is the frequency of these oscillations,
D - текущее значение наклонной дальности до цели,D is the current value of the slant range to the target,
V - значение радиальной скорости цели, приближающейся к локатору,V is the value of the radial velocity of the target approaching the locator,
с=3*108 м/с - электродинамическая постоянная, скорость света в вакууме.c = 3 * 10 8 m / s - electrodynamic constant, the speed of light in vacuum.
Для СО2-лазера частота νО≈2,83*1013 Гц. Ширина контура усиления составляет около 60 МГц, и величину ΔνМОД можно выбирать в пределах до 30 МГц внутри указанного контура усиления. Подстройка величины ΔνМОД осуществляется регулировкой амплитуды 11 мод гармонических колебаний, воздействующих на пьезоэлектрический корректор 4 с выхода синхронизируемого низкочастотного генератора переменного напряжения 14:For a CO 2 laser, the frequency is ν O ≈ 2.83 * 10 13 Hz. The width of the gain loop is about 60 MHz, and Δν MOD can be selected up to 30 MHz within the specified gain loop. The adjustment of the Δν MOD value is carried out by adjusting the amplitude of 11 modes of harmonic oscillations acting on the piezoelectric corrector 4 from the output of the synchronized low-frequency alternating voltage generator 14:
Пусть выбираем ΔνМОД=10 МГц. Учитывая, что ΔνМОД<<νО (более чем на 6 порядков), выражение (2) можно с достаточной степенью точности переписать в виде:Let us choose Δν MOD = 10 MHz. Given that Δν MOD << ν О (by more than 6 orders of magnitude), expression (2) can be rewritten with a sufficient degree of accuracy in the form:
В результате фотосмешения взаимно когерентных оптических колебаний, определяемых в (1) и (4), на выходе фотоприемного устройства 11 выделяется электрическое колебание uФ(t) вида:As a result of photo-mixing of mutually coherent optical oscillations defined in (1) and (4), an electric oscillation u Ф (t) of the form is released at the output of the photodetector 11:
где UФD - амплитуда частотно-модулированных электрических колебаний канала дальности, UФV - амплитуда гармонических высокочастотных колебаний канала скорости. Выделяющиеся на выходе фотоприемника 11 спектральные компоненты сигналов с амплитудами UФD и UФV существенно разнесены по спектру, то есть легко отфильтровываются друг от друга и могут быть обработаны раздельно соответственно в каналах скорости и дальности локатора.where U ФD is the amplitude of the frequency-modulated electric oscillations of the range channel, U ФV is the amplitude of the harmonic high-frequency oscillations of the velocity channel. The spectral components of the signals emitted at the output of the photodetector 11 with amplitudes U ФD and U ФV are substantially spaced apart from the spectrum, that is, they are easily filtered from each other and can be processed separately, respectively, in the velocity and distance channels of the locator.
Выделение в канале скорости локатора, составленном на элементах 15-24 (рис. 1), значения измеряемой радиальной скорости V общеизвестно из рассмотрения прототипа. За счет эффекта Доплера принимаемое локатором излучение, рассеянное приближающейся к локатору цели, смещено на величину ΔνV=2 νO V/с, поэтому радиальная скорость находится из простого выражения:The allocation in the channel of the speed of the locator, compiled on the elements 15-24 (Fig. 1), the values of the measured radial velocity V are well known from the consideration of the prototype. Due to the Doppler effect, the radiation received by the locator scattered by the target approaching the locator is shifted by Δν V = 2 ν O V / s, therefore the radial velocity is found from a simple expression:
Сигнал доплеровского смещения ΔνV воспринимается малошумящим высокочастотным широкополосным усилителем 15 (например, в диапазоне 50…60 МГц применительно к локации ракет типа «Гарпун») и поступает на смеситель 16 канала скорости, на второй вход которого воздействуют периодически следующие импульсные линейно-частотно-модулированные колебания с генератора ГЛЧМ 17, запускаемого синхроимпульсами с выхода высокочастотного генератора синхроимпульсов 18. В результате преобразования на выходе смесителя 16 канала скорости выделяются эквивалентные линейно-частотно-модулированные импульсные сигналы (ЛЧМЭ), которые после их усиления в широкополосном усилителе 19 подвергаются спектро-временному «сжатию» в дисперсионной линии задержки (ДЛЗ) 20, имеющей полосу пропускания ΔFЛЗ и длительность импульсной характеристики τЛЗ, значения которых определяют базу ДЛЗ В=ΔFЛЗ τЛЗ>>>1. Ультракороткий радиоимпульсный сигнал с выхода ДЛЗ 20 усиливается в компенсирующим потери широкополосном усилителе 21 с полосой пропускания, не меньшей полосы ΔFЛЗ (поскольку длительность «сжатого» радиоимпульса tИМП≈1/ΔFЛЗ), детектируется по амплитуде в амплитудном детекторе 22 и подвергается пороговому ограничению по минимуму в пороговом устройстве 23, уровень нормированного порога αП в котором выбирается из соображений получения необходимой вероятности правильного измерения (обнаружения) при заданной вероятности ложных тревог. Затем импульсный сигнал поступает на блок формирования сигнала радиальной скорости 24, в котором по временному положению фронта этого импульса относительно фронта соответствующего синхроимпульса от делителя частоты 13 высокочастотного генератора синхроимпульсов 18 формируется двоичный код, отображающий значение искомой радиальной скорости V согласно (6), и эти данные передаются на первый вход персонального компьютера 25 с дисплеем и пультом управления..The Doppler shift signal Δν V is received by a low-noise high-frequency broadband amplifier 15 (for example, in the range of 50 ... 60 MHz in relation to the location of Harpoon missiles) and is fed to a mixer 16 of the speed channel, the second input of which is periodically affected by the following pulse linear-frequency-modulated oscillations from the GLF generator 17, triggered by synchronization pulses from the output of the high-frequency clock generator 18. As a result of the conversion, the output of the mixer 16 of the speed channel produces equivalent e linearly frequency-modulated pulse signals (LCHME), which after amplification in the wideband amplifier 19 undergo spectro-temporal "compression" in the dispersive delay line (DLA) 20 having a bandwidth ΔF LZ and duration of the impulse response τ LZ whose values determine the base of the DLZ V = ΔF LZ τ LZ >>> 1. The ultrashort radio pulse signal from the output of the DLZ 20 is amplified in compensating for the loss of the broadband amplifier 21 with a passband not less than the ΔF LZ band (since the duration of the compressed radio pulse t IMP ≈1 / ΔF LZ ) is detected by the amplitude in the amplitude detector 22 and is subjected to a threshold limitation at a minimum in the threshold device 23, the level of the normalized threshold α P in which is selected for reasons of obtaining the necessary probability of the correct measurement (detection) for a given probability of false alarms. Then, the pulse signal is supplied to the radial velocity signal generating unit 24, in which a binary code is generated that displays the value of the desired radial velocity V according to (6) according to the time position of the front of this pulse relative to the front of the corresponding clock from the frequency divider 13 of the high-frequency clock 18; transmitted to the first input of a personal computer 25 with a display and remote control ..
На рис. 2 отображена процедура измерительного процесса в канале скорости локатора. На рис. 2а представлена периодическая последовательность синхроимпульсов uС(t), поступающих с выхода делителя частоты 13. На рис. 2б представлен периодически следующий сигнал ГЛЧМ 17 с частотной перестройкой внутри импульса от 80 МГц до 130 МГц для работы по ракете «Гарпун», скорость движения которой составляет 300 м/с. Если эта ракета движется прямо на локатор, доплеровский сдвиг ΔνV≈60 МГц. Пусть, например, ракета движется под некоторым углом к линии зондирования локатора, и доплеровский сдвиг равен ΔνV=53 МГц (угол отклонения от линии визирования около 28°), что показано на рис. 2в жирной горизонтальной линией. Частота ЛЧМЭ-сигнала (на выходе смесителя 16) показана на этом рисунке жирной пилообразной линией. При возможном разбросе доплеровского сдвига от 50 до 60 МГц (то есть в полосе неопределенности ΔFΞ) сигнал ЛЧМЭ может изменяться в диапазоне от 20…70 МГц до 30…80 МГц. При этом ДЛЗ 20 с полосой 20 МГц в диапазоне от 60 до 80 МГц «сжимает» ЛЧМЭ до величины tИМП=50 нс. При длительности импульсной характеристики ДЛЗ 20 tЛЗ≈100 мкс имеем базу ДЛЗ В=2000. Такая большая величина базы позволяет, как известно, увеличить отношение сигнал/шум на выходе ДЛЗ в (В)1/2 раз, то есть в данном примере в 44,7 раза или 33 дБ по напряжению.In fig. Figure 2 shows the measurement process in the locator speed channel. In fig. Figure 2a shows a periodic sequence of clock pulses u С (t) coming from the output of frequency divider 13. In Fig. 2b, the next GLFM signal 17 is periodically presented with frequency tuning within the pulse from 80 MHz to 130 MHz for operation on the Harpoon rocket, the speed of which is 300 m / s. If this rocket moves directly to the locator, the Doppler shift Δν V ≈60 MHz. Let, for example, a rocket move at a certain angle to the sensing line of the locator, and the Doppler shift is Δν V = 53 MHz (the angle of deviation from the line of sight is about 28 °), as shown in Fig. 2c in bold horizontal line. The frequency of the LFME signal (at the output of the mixer 16) is shown in this figure by a bold sawtooth line. With a possible spread of the Doppler shift from 50 to 60 MHz (that is, in the uncertainty band ΔF Ξ ), the LFME signal can vary in the range from 20 ... 70 MHz to 30 ... 80 MHz. In this case, the DLZ 20 with a band of 20 MHz in the range from 60 to 80 MHz “compresses” the LFME to a value of t IMP = 50 ns. With the duration of the impulse response of the DLZ 20 t LZ ≈100 μs, we have the base DLZ V = 2000. Such a large base value allows, as you know, to increase the signal-to-noise ratio at the DLZ output by (V) 1/2 times, that is, in this example 44.7 times or 33 dB in voltage.
Для правильного выбора порога ограничения в пороговом устройстве 21 канала измерения радиальной скорости цели обратимся к рассмотрению критериев обнаружения. Как известно, отношение сигнал/шум µ однозначно определяет обнаружительные вероятностные характеристики локатора. Так, вероятность обнаружения Робн сигнала на фоне нормального (гауссова) шума в соответствии с критерием Неймана-Пирсона определяется отношением сигнал/шум µ, на входе решающего устройства с установленным в нем нормированным порогом αп=Uп/σш, где σш - среднеквадратическое напряжение шума на входе решающего устройства, Uп - пороговое напряжение, вычисляется из выраженияFor the correct choice of the limit threshold in the threshold device 21 of the channel for measuring the radial velocity of the target, we turn to the consideration of detection criteria. As is known, the signal-to-noise ratio µ uniquely determines the probabilistic probabilistic characteristics of the locator. So, the probability of detecting P obn signal against a background of normal (Gaussian) noise in accordance with the Neumann-Pearson criterion is determined by the signal-to-noise ratio µ, at the input of the resolving device with the normalized threshold α p = U p / σ w set in it, where σ w is the rms noise voltage at the input of the resolver, U p is the threshold voltage, calculated from the expression
где: 
- интеграл вероятности, а вероятность ложных тревог Рлт равна Рлт=1-Ф(αп). Для обычно задаваемых при расчетах локационных систем величинах вероятностей обнаружения и ложных тревог требуемое отношение сигнал/шум определяется из выражения:- probability integral, and the probability of false alarm P F is equal to Lt Lt = 1-F (α n). For the values of the probabilities of detection and false alarms that are usually set when calculating location systems, the required signal-to-noise ratio is determined from the expression:
где Ф-1(x) - обратный интеграл вероятности.where Ф -1 (x) is the inverse probability integral.
Временное положение «сжатого» радиоимпульса показано на рис. 2в снизу рисунка. Это положение кодируется длительностью импульса, представленного на рис. 2г относительно запускающего импульса с выхода делителя частоты 13 на рис. 2а и подсчетом числа синхроимпульсов с выхода ГСИ 18, заполняющих формируемы импульс τЗАД. Этот код отображает значение радиальной скорости V и поступает на первый вход персонального компьютера с дисплеем 25.The temporary position of the “compressed” radio pulse is shown in Fig. 2 in the bottom of the figure. This position is encoded by the pulse duration shown in Fig. 2d relative to the starting pulse from the output of the frequency divider 13 in Fig. 2a and by counting the number of clock pulses from the output of the GSI 18 filling the generated pulse τ REF . This code displays the value of the radial velocity V and is fed to the first input of a personal computer with a display of 25.
Теперь рассмотрим процедуру измерения наклонной дальности до цели.Now consider the procedure for measuring the slant range to the target.
Выделяемая на выходе фотоприемника 11 спектральная компонента с амплитудой UФD усиливается в малошумящем резонансном усилителе 26, на входе которого действует спектральная составляющаяThe spectral component allocated at the output of the photodetector 11 with an amplitude U ФD is amplified in a low-noise resonant amplifier 26, at the input of which a spectral component acts
где UD - амплитуда гармонического колебания на выходе резонансного усилителя 26, поскольку на фотоприемное устройство поступают оптические излучения: сигнальное uФD(t)=UФD cos 2π[ΔνМОД cosω (t-2D/с)]t и гетеродинное uГЕТ(t)=UГЕТcos 2π (ΔνМОД cos ω t)t, что и определяет появление спектральной компоненты, указанной в (10)where U D is the harmonic oscillation amplitude at the output of the resonant amplifier 26, since optical radiation is received at the photodetector: signal u ФD (t) = U ФD cos 2π [Δν MOD cosω (t-2D / s)] t and heterodyne u ГЕТ ( t) = U ГЕТ cos 2π (Δν MOD MOD ω ω t) t, which determines the appearance of the spectral component indicated in (10)
Сигнал в форме (10) поступает на компаратор 27 и дальше на первый вход измерителя разности фаз 28, ко второму входу которого подключен выход делителя частоты 13. Разность фаз Δφ, измеряемая в блоке 28, и определяемая временным интервалом то между фронтами импульсов, поступающих на первый и второй входы ИРФ 28, как понятно, определяется выражениемA signal in the form of (10) is fed to the comparator 27 and then to the first input of the phase difference meter 28, to the second input of which the output of the frequency divider 13 is connected. The phase difference Δφ, measured in block 28, and determined by the time interval between the edges of the pulses arriving at the first and second inputs of the IRF 28, as is clear, is determined by the expression
откуда в измерителе дальности 29 находят значение наклонной дальности:where in the range meter 29 find the value of the slant range:
где измеряемый сдвиг по фазе Δφ для однозначного отсчета наклонной дальности лежит в пределах 0≤Δφ≤2π.where the measured phase shift Δφ for a single reference slant range lies in the range 0≤Δφ≤2π.
Измеряемая разность фаз Δφ сравниваемых низкочастотных гармонических колебаний квантуется последовательностью импульсов с выхода ГСН 18, в течение временного интервала τD, для чего третий вход ИРФ 28 связан с выходом ГСИ 18, и подсчитанное число этих импульсов определяют искомую величину наклонной дальности D до цели.The measured phase difference Δφ of the compared low-frequency harmonic oscillations is quantized by a sequence of pulses from the output of the GOS 18, during the time interval τ D , for which the third input of the IRF 28 is connected to the output of the GSI 18, and the calculated number of these pulses determines the desired value of the inclined range D to the target.
Тогда для максимального значения измеряемой наклонной дальности DMAX находим частоту колебаний f=ω/2π в генераторе переменного напряжения 14 из выражения:Then for the maximum value of the measured slant range D MAX we find the oscillation frequency f = ω / 2π in the alternator 14 from the expression:
Так, при частоте f=10 кГц граничное значение DMAX=15 км, что вполне достаточно для тактического использования лазерного локатора по ракетам типа «Гарпун» и «Томагавк».So, at a frequency f = 10 kHz, the boundary value is D MAX = 15 km, which is quite enough for tactical use of a laser radar for missiles such as Harpoon and Tomahawk.
Разрешающая способность при измерении дальности ΔD определяется частотой Fсинхр. следования импульсов в ГСИ 18 и равна ΔD=с/2 Fсинхр., Так, при Fсинхр.=10 МГц получим разрешающую способность измерения наклонной дальности ΔD=15 м. При значении f=10 кГц коэффициент деления частоты в делителе 13 должен быть К=1000, для чего используются три десятичных делителя на микросхемах.The resolution when measuring the range ΔD is determined by the frequency F sync. pulse repetition in GSI 18 and is equal to ΔD = s / 2 F sync. So, with F sync. = 10 MHz, we obtain the resolution of measuring the slant range ΔD = 15 m. With a value of f = 10 kHz, the frequency division coefficient in divider 13 should be K = 1000, for which three decimal dividers on microcircuits are used.
Отметим, что в случае, когда период следования ЛЧМ-сигналов гетеродинирования в ГЛЧМ 17 кратно превышает величину 1/f (в рассматриваемом примере 1/f=100 мкс), то в составе ГЛЧМ 17, синхронизируемым частотой импульсов с выхода делителя частоты 13, должен быть предусмотрен дополнительный делитель частоты, например, на два, на три и т.д. В частности, для рассматриваемого примера при τЛЗ=100 мкс с учетом перестройки ЛЧМ-сигнала гетеродинирования в диапазоне от 80 до 130 МГц следует использовать дополнительный делитель частоты на 5, при этом частота следования ЛЧМ-сигналов с блока 17 будет равна 2 кГц. С этой частотой будет обновляться информация о скорости ракеты, то есть через каждые 0,5 мс, и за это время ракета пролетит всего 15 см при ее средней скорости 300 м/с.Note that in the case where the repetition period of the LFM heterodyning signals in the HFDM 17 is several times greater than 1 / f (in the considered example 1 / f = 100 μs), then in the HFM 17, synchronized by the pulse frequency from the output of the frequency divider 13, an additional frequency divider should be provided, for example, two, three, etc. In particular, for the considered example at τ LZ = 100 μs, taking into account the tuning of the LFM heterodyning signal in the range from 80 to 130 MHz, an additional frequency divider of 5 should be used, while the repetition rate of the LFM signals from block 17 will be 2 kHz. With this frequency, information about the speed of the rocket will be updated, that is, every 0.5 ms, and during this time the rocket will fly only 15 cm at its average speed of 300 m / s.
Ко второму и третьему входам персонального компьютера 25 поступают кодовые сигналы о текущих значениях азимута β и угла места ε линии визирования автосопровождаемой цели, что также используется при работе локатора в режиме поиска и обнаружения цели. Автоматическое наведение линии визирования на движущуюся цель общеизвестно и выходит за рамки данной заявки. Поэтому действие блока измерения азимута и угла места цели 27 в данном техническом решении не рассматривается.The second and third inputs of the personal computer 25 receive code signals about the current values of the azimuth β and elevation angle ε of the line of sight of the auto-tracking target, which is also used when the locator is in search and target detection mode. Automatic guidance of the line of sight to a moving target is well known and is beyond the scope of this application. Therefore, the action of the unit for measuring the azimuth and elevation angle of the target 27 is not considered in this technical solution.
По измеренным угловым координатам цели и значению наклонной дальности легко находятся координаты цели, высота полета ракеты и ее истинная скорость, что позволяет решить задачу о моменте противодействия ракете заградительным огнем скорострельных корабельных (или наземных) зенитных орудий.According to the measured angular coordinates of the target and the value of the slant range, the coordinates of the target, the height of the missile’s flight and its true speed are easily found, which allows us to solve the problem of the moment of counteraction of the missile by the barrage fire of quick-fire ship (or ground) anti-aircraft guns.
Рассмотрим процедуру выделения сигналов управления (сигналов ошибки систем авторегулирования) азимутальным и угломестным приводами с помощью блока управления приводами 31, связанного двунаправленной шиной передачи информации с персональным компьютером 25. В режиме обнаружения цели по программе, задаваемой персональным компьютером 25 (возможен также режим ручной настройки) происходит сканирование приемно-передающего оптического тракта локатора по азимуту и углу места. Когда цель найдена, оптическое излучение от нее собирается приемным объективом 10, и в фокальной плоскости объектива, с которой совмещена фоточувствительная площадка КРТ фотоприемного устройства 11, образуется освещенная зона в виде диска Эйри 36 (рис.3), расположение которого на этой площадке определяется точностью совмещения на цель оптических осей приемно-передающего оптического тракта. Положение этих взаимно коллинеарных оптических осей изменяется азимутальным и угломестным механическими приводами с датчиками азимута и угла места в составе блока 30. Для центровки диска Эйри относительно фоточувствительной площадки, последняя разделена Сигналы ошибки оказываются равными нулю при центральном расположении диска Эйри на светочувствительной площадке. При отклонениях диска Эйри от центра на выходах устройств разности 39 и 42 возникают ненулевые сигналы управления (коррекции) того или иного знака. На рис. 3 видно, что для центровки диска Эйри следует несколько переместить оптические оси приемно-передающего оптического тракта локатора влево по азимуту и вниз по углу места, учитывая, что объектив формирует действительную, уменьшенную и перевернутую картину в плоскости изображений.Let us consider the procedure for extracting control signals (error signals of automatic control systems) by azimuthal and elevation drives using the drive control unit 31 connected by a bi-directional data transfer bus to a personal computer 25. In target detection mode according to the program set by personal computer 25 (manual tuning mode is also possible) scanning of the transmitting optical path of the locator occurs in azimuth and elevation. When the target is found, the optical radiation from it is collected by the receiving lens 10, and in the focal plane of the lens with which the photosensitive area of the CMT of the photodetector 11 is aligned, an illuminated zone is formed in the form of an Airy disk 36 (Fig. 3), the location of which on this site is determined by the accuracy alignment on the target of the optical axes of the receiving and transmitting optical path. The position of these mutually collinear optical axes is changed by azimuthal and elevation mechanical drives with azimuth and elevation sensors as part of unit 30. To center the Airy disk relative to the photosensitive area, the latter is divided Error signals turn out to be zero when the Airy disk is centrally located on the photosensitive area. When the Airy disk deviates from the center, non-zero control (correction) signals of one or another sign appear at the outputs of
Строго говоря, изображение точечного объекта - ракеты, расположенной на расстоянии D, много большем фокусного расстояния FОБ приемного объектива, практически совпадает с фокальной плоскостью приемного объектива. Лоцируемый объект считается точечным по эмпирическому критерию Релея (дифракционно ограниченным) при длине волны лазерного излучения λ=10,6 мкм, если D>d DОБ / 2,44 λ (м), где d и DОБ - соответственно диаметры ракеты и апертуры приемного объектива [30]. Для противокорабельной ракеты «Гарпун» d=0,34 м и при DОБ=0,3 м получаем D>3,94 км. Для ракеты «Томагавк» с ядерным зарядом и дальностью полета до 2500 км с диаметром d=0,53 м при той же апертуре приемного объектива DОБ такая ракета воспринимается точечной при расстояниях D>6,15 км. Это следует учитывать в расчетах энергетики, то есть в случае, когда величина D становится меньше указанных значений дальности, то есть когда объект не является дифракционно ограниченным. Иначе говоря, изображение становится больше размера диска Эйри и несколько сдвигается относительно фокальной плоскости приемного объектива вдоль оптической оси в соответствии с формулой тонкой линзы (1/D)+(1/h)=1/FОБ, где h>FОБ - расстояние от линзы до ее плоскости изображений [32]. Так, при D=3 км и FОБ=0,6 м получаем сдвиг всего на h-FОБ=0,12 мм.Strictly speaking, the image of a point object - a rocket located at a distance D, much larger than the focal length F OB of the receiving lens, practically coincides with the focal plane of the receiving lens. The located object is considered to be a point according to the Rayleigh empirical criterion (diffraction limited) at a wavelength of laser radiation λ = 10.6 μm, if D> d D OB / 2.44 λ (m), where d and D OB are rocket and aperture diameters, respectively receiving lens [30]. For the harpoon anti-ship missile, d = 0.34 m and with D OB = 0.3 m, we obtain D> 3.94 km. For a Tomahawk missile with a nuclear charge and a flight range of up to 2500 km with a diameter d = 0.53 m with the same aperture of the receiving OB objective lens, such a missile is perceived as a point one at distances D> 6.15 km. This should be taken into account in energy calculations, that is, in the case when the value of D becomes less than the specified range values, that is, when the object is not diffractively limited. In other words, the image becomes larger than the size of the Airy disk and shifts somewhat relative to the focal plane of the receiving lens along the optical axis in accordance with the formula of the thin lens (1 / D) + (1 / h) = 1 / F AB , where h> F AB is the distance from the lens to its image plane [32]. So, at D = 3 km and F OB = 0.6 m, we get a shift of just hF OB = 0.12 mm.
Биполярные сигналы постоянного тока с устройств разности 39 и 42 используются как корректирующие в системах авторегулирования статического или астатического типа в составе азимутальных и угломестных приводов.DC bipolar signals from devices of
Модификацией заявляемого устройства является локатор с матричным фотоприемником и многоканальной обработкой на ДЛЗ. Аналогичные решения предложены автором в работах [28-31].A modification of the claimed device is a locator with a matrix photodetector and multi-channel processing at DLZ. Similar solutions were proposed by the author in [28–31].
Кроме того, особый интерес представляют лазерные доплеровские локаторы с непрерывным и немодулированным излучением, обладающие способностью к измерению радиальной скорости и наклонной дальности низколетящих ракет морского базирования («Гарпун», «Томагавк» и др.), использующие прием рассеянного излучения от этих ракет от бликов морской поверхности [32-38], что максимизирует энергетический потенциал таких локаторов. Это является ответом на американскую программу «Стеле» по созданию «невидимых» летательных аппаратов. При этом следует указать, что береговые триангуляционные системы на основе доплеровских локаторов не всегда могут осуществить боевую работу на больших дальностях на море. Поэтому использование таких локаторов, установленных непосредственно на сторожевых кораблях при их значительном удалении об береговой линии, является весьма перспективным.In addition, laser Doppler locators with continuous and unmodulated radiation are of particular interest. They are capable of measuring the radial speed and slant range of low-flying sea-based missiles (Harpoon, Tomahawk, etc.), using the scattered radiation from these missiles from glare sea surface [32-38], which maximizes the energy potential of such locators. This is a response to the American Stele program to create “invisible” aircraft. It should be noted that coastal triangulation systems based on Doppler locators cannot always carry out combat work at long ranges at sea. Therefore, the use of such locators installed directly on patrol ships when they are significantly removed from the coastline is very promising.
Важно отметить, что использование заявляемого лазерного локатора и его модификаций, позволяющих измерять радиальную скорость и наклонную дальность без использования ВНЕШНЕГО ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКОГО МОДУЛЯТОРА излучений, в частности, без использования внешних электрооптических модуляторов треугольных ЛЧМ сигналов, применяемых в импульсных локаторах, во-первых, существенно упрощает аппаратуру локатора, а во-вторых, значительно повышает их энергетический потенциал, поскольку во внешних модуляторах теряется значительная мощность лазерного излучения. От этого недостатка свободно заявляемое техническое решение.It is important to note that the use of the inventive laser locator and its modifications, allowing to measure the radial speed and slant range without using an EXTERNAL ELECTRO-OPTICAL MODULATOR of radiation, in particular, without using external electro-optical modulators of triangular LFM signals used in pulsed locators, firstly, significantly simplifies the equipment locator, and secondly, significantly increases their energy potential, since significant external laser power is lost in external modulators about radiation. From this drawback is freely claimed technical solution.
Заявляемое техническое решение целесообразно использовать применительно к средствам противоракетной обороны в акватории Крымского побережья на Черном море и Калининграда на Балтике, где сосредоточены средства ракетно-ядерного нападения вероятного противника от стран НАТО, оснащенные ракетами «Гарпун» и «Томагавк».The claimed technical solution is advisable to use with regard to missile defense systems in the Crimean coast on the Black Sea and Kaliningrad in the Baltic, where concentrated means of a nuclear missile attack of a potential enemy from NATO countries equipped with Harpoon and Tomahawk missiles.
ЛитератураLiterature
1. Лазерная локация, Под ред. Н.Д. Устинова, М., Машиностроение, 1984.1. Laser location, Ed. N.D. Ustinova, M., Mechanical Engineering, 1984.
2. Протопопов В.В., Н.Д. Устинов, Инфракрасные лазерные локационные системы, М., Воениздат, 1987.2. Protopopov V.V., N.D. Ustinov, Infrared laser location systems, M., Military Publishing House, 1987.
3. Измерение спектро-частотных и корреляционных параметров и характеристик лазерного излучения, Под ред. А.Ф. Котова и Б.М. Степанова, М., Радио и связь, 1982.3. Measurement of spectral-frequency and correlation parameters and characteristics of laser radiation, Ed. A.F. Kotova and B.M. Stepanova, M., Radio and Communications, 1982.
4. Кук Ч., Бернфельд М., Радиолокационные сигналы, пер. с англ., Под ред. В.С. Кильзона, М., Сов. радио, 1971.4. Cook C., Bernfeld M., Radar signals, trans. from English, Ed. V.S. Kilson, M., Owls. Radio, 1971.
5. Фильтры на поверхностных акустических волнах, Под ред. Г. Мэттьюза, М., Сов. радио, 1981, 472 с.5. Filters on surface acoustic waves, Ed. G. Matthews, M., Owls. Radio 1981, 472 pp.
6. Тверской В.И., Дисперсионно-временные методы измерения спектров радиосигналов, М., Сов. радио, 1974, 240 с.6. Tverskoy VI, Dispersion-time methods for measuring the spectra of radio signals, M., Sov. Radio, 1974, 240 p.
7. Джек А.А., Грант П.М., Коллинз Дж.Х., Теория проектирования и применение Фурье-процессоров на поверхностных акустических волнах, ТИИЭИР, 1980, №4, р. 22-43.7. Jack A. A., Grant P. M., Collins J. Kh., Design Theory and Application of Fourier Processors on Surface Acoustic Waves, TIIEIR, 1980, No. 4, p. 22-43.
8. Меньших О.Ф., Формирователь сложных линейно-частотно-модулированных сигналов, Авт. свид. СССР №1302987, 1985.8. Smaller OF, Shaper of complex linear-frequency-modulated signals, Avt. testimonial. USSR No. 1302987, 1985.
9. Меньших О.Ф., Способ анализа спектра сигналов, Авт. свид. СССР, №1817554, 1988.9. Smaller OF, Method for analyzing the spectrum of signals, Auth. testimonial. USSR, No. 1817554, 1988.
10. Меньших О.Ф., Измеритель частоты сигналов лазерного доплеровского локатора, Авт. свид. СССР №1621728 и Авт. свид. СССР №1621729, 1988.10. Smaller OF, Frequency meter of laser Doppler radar signals, Avt. testimonial. USSR No. 1621728 and Auth. testimonial. USSR No. 1621729, 1988.
11. Меньших О.Ф., Спектроанализатор лазерного доплеровского локатора, Авт. свид СССР №1595219, 1988.11. Smaller OF, Laser Doppler Locator Spectrum Analyzer, Avt. USSR certificate No. 1595219, 1988.
12. Меньших О.Ф., Лазерный доплеровский локатор, Авт. свид. СССР №1741553, 1990.12. Smaller OF, Laser Doppler Locator, Avt. testimonial. USSR No. 1741553, 1990.
13. Меньших О.Ф., Способ обнаружения детерминированного радиосигнала, Авт. свид. СССР №1828280, 1991.13. Smaller OF, Method for detecting a determinate radio signal, Auth. testimonial. USSR No. 1828280, 1991.
14. Меньших О.Ф., Обнаружитель лазерного доплеровского локатора, Авт. свид. СССР №1805756 и №1829640, 1991.14. Smaller OF, Detector of a laser Doppler radar, Avt. testimonial. USSR No. 1805756 and No. 1829640, 1991.
15. Меньших О.Ф., Устройство для частотной модуляции лазера, Авт. свид. СССР №1373188, 1985.15. Smaller OF, Device for laser frequency modulation, Avt. testimonial. USSR No. 1373188, 1985.
16. Меньших О.Ф., Способ измерения кратковременной стабильности частоты излучения газового лазера, Авт. свид. СССР №1554719, 1987.16. Lesser OF, Method for measuring the short-term stability of the frequency of radiation of a gas laser, Avt. testimonial. USSR No. 1554719, 1987.
17 Меньших О.Ф., Обнаружитель моноимпульсного сигнала, Патент РФ №2046370, 1992.17 Smaller O.F., Detector of a single-pulse signal, RF Patent No. 2046370, 1992.
18. Меньших О.Ф., Согласованный фильтр, Патент РФ №2016493, 1994.18. Smaller O.F., Consistent Filter, RF Patent №2016493, 1994.
19. Левин Б.Р., Теоретические основы статистической радиотехники, М., Сов. радио, 1974, кн. 1 и 2.19. Levin BR, Theoretical foundations of statistical radio engineering, M., Sov. Radio, 1974, Prince 1 and 2.
20. Тихонов В.И., Оптимальный прием сигналов, М., Радио и связь, 1983, 320 с.20. Tikhonov V.I., Optimal signal reception, M., Radio and communications, 1983, 320 pp.
21. Меньших О.Ф., Ультразвуковой микроскоп, Патент РФ №2270997, №6, 2006.21. Smaller OF, Ultrasound microscope, RF Patent No. 2270997, No. 6, 2006.
22. Меньших О.Ф., Устройство для измерения динамических характеристик пьезо-корректора лазера, Авт. свид. СССР №1630585, 1988.22. Smaller OF, Device for measuring the dynamic characteristics of a piezoelectric laser corrector, Avt. testimonial. USSR No. 1630585, 1988.
23. Меньших О.Ф., Способ измерения базы дисперсионных линий задержки, Авт. свид. СССР №1574036, 1988.23. Smaller OF, Method for measuring the base of dispersion delay lines, Avt. testimonial. USSR No. 1574036, 1988.
24. Меньших О.Ф., Устройство для измерения кратковременной стабильности частоты излучений газовых лазеров, Авт. свид. СССР №1556291, 1988.24. Menshikh OF, Device for measuring the short-term stability of the frequency of radiation of gas lasers, Avt. testimonial. USSR No. 1556291, 1988.
25. Меньших О.Ф., Устройство автоподстройки частоты лазерного доплеровского локатора, Авт. свид. СССР №1591675, 1988.25. Menshikh OF, Device for auto-tuning the frequency of a laser Doppler locator, Avt. testimonial. USSR No. 1591675, 1988.
26. Меньших О.Ф., Устройство для измерения вариации частоты лазерного излучения в системе связанных лазеров, Авт. свид. СССР №1621732, 1988.26. Menshikh OF, Device for measuring variations in the frequency of laser radiation in a system of coupled lasers, Avt. testimonial. USSR No. 1621732, 1988.
27. Меньших О.Ф., Лазерный локатор, Патент РФ №2456636, опубл. в бюлл. №2 (от 20.07.2012 (прототип).27. Smaller OF, Laser locator, RF Patent No. 2456636, publ. in the bull. No. 2 (dated July 20, 2012 (prototype).
28. Меньших О.Ф., Лазерный доплеровский локатор, Патент РФ №2335785, 2008.28. Smaller O.F., Laser Doppler Locator, RF Patent No. 2335785, 2008.
29. Меньших О.Ф., Лазерный когерентный локатор, Патент РФ №2352958, 2009.29. Smaller OF, Laser coherent locator, RF Patent No. 2352958, 2009.
30. Меньших О.Ф., Способ лазерного гетеродинного приема излучений, Патент РФ №2349930, 2009.30. Smaller OF, Method of laser heterodyne reception of radiation, RF Patent No. 2349930, 2009.
31. Меньших О.Ф., Способ обработки информации в лазерном когерентном локаторе с матричным фотоприемником, Патент РФ №2354994, 2009.31. Smaller OF, Method for processing information in a laser coherent locator with an array photodetector, RF Patent No. 2354994, 2009.
32. Меньших О.Ф., Способ локации, Патент РФ №2296350, 2007.32. Smaller O.F., Location Method, RF Patent No. 2296350, 2007.
33. Меньших О.Ф., Способ обнаружения низколетящих ракет морского базирования, Патент РФ №2422852, 2011.33. Smaller O.F., Method for detecting low-flying sea-based missiles, RF Patent No. 2422852, 2011.
34. Меньших О.Ф., Прибор для статистического исследования распределения энергии бликовых переотражений лазерного излучения от морской поверхности, Патент РФ №2422853, 2011.34. Menshikh OF, Instrument for a statistical study of the distribution of energy of glare reflections of laser radiation from the sea surface, RF Patent No. 2422853, 2011.
35. Меньших О.Ф., Устройство для регистрации статистического распределения групповых бликовых отражений лазерного излучения морской поверхностью, Патент РФ №2449313, 2012.35. Menshikh OF, Device for recording the statistical distribution of group flare reflections of laser radiation by the sea surface, RF Patent No. 2449313, 2012.
36. Меньших О.Ф., Способ регистрации статистического распределения переотражений лазерного излучения от низколетящей ракеты бликами морской поверхности и устройство для его реализации, Патент РФ №2451301, 2012.36. Menshikh OF, Method for recording the statistical distribution of reflections of laser radiation from a low-flying rocket by glare of the sea surface and device for its implementation, RF Patent No. 2451301, 2012.
37. Меньших О.Ф., Имитатор бликовых переотражений лазерного излучения морской поверхностью, Патент РФ №2451302, 2012.37. Menshikh OF, Simulator of glare reflections of laser radiation by the sea surface, RF Patent No. 2451302, 2012.
38. Меньших О.Ф., Имитатор морской поверхности для статистического исследования распределения морских бликов при работе лазерных доплеровских локаторов по низколетящим ракетам, Патент РФ №2488138, 2013.38. Menshikh OF, Simulator of the sea surface for a statistical study of the distribution of sea glare during the operation of laser Doppler radars on low-flying missiles, RF Patent No. 2488138, 2013.
Источники патентной информацииSources of Patent Information
RU 2456636 С1, 20.08.2013. RU 2488138 С1, 20.07.2013.RU 2456636 C1, 08.20.2013. RU 2488138 C1, 07.20.2013.
RU 2352958 С1, 20.04.2009. RU 2335785 С1, 10.10.2008.RU 2352958 C1, 04.20.2009. RU 2335785 C1, 10/10/2008.
RU 2296350 С1, 27.03.2007. SU 1840450 А1, 20.03.2007.RU 2296350 C1, 03/27/2007. SU 1840450 A1, 03.20.2007.
RU 2152058 С1, 27.06.2000. SU 1810030 A3, 27.04.1996.RU 2152058 C1, 06/27/2000. SU 1810030 A3, 04/27/1996.
SU 944437 А1, 20.04.1995. RU 2012013 С1, 30.04.1994.SU 944437 A1, 04/20/1995. RU 2012013 C1, 04/30/1994.
JP 6258433 А, 16.09.1994. WO 2004074867 А1, 02.09.2004.JP 6258433 A, 09.16.1994. W02004074867 A1, 09/02/2004.
GB 2256554 А, 09.12.1992. US 5000567 А, 19.03.1991.GB 2256554 A, 09/12/1992. US 5,000 567 A, 03/19/1991.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014122115/28A RU2563312C1 (en) | 2014-05-30 | 2014-05-30 | Coherent laser target locator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014122115/28A RU2563312C1 (en) | 2014-05-30 | 2014-05-30 | Coherent laser target locator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2563312C1 true RU2563312C1 (en) | 2015-09-20 |
Family
ID=54147783
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014122115/28A RU2563312C1 (en) | 2014-05-30 | 2014-05-30 | Coherent laser target locator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2563312C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2733804C1 (en) * | 2017-09-19 | 2020-10-07 | Сафран Электроникс Энд Дифенс | Target tracking device comprising photodetector with quadrants |
| RU2771003C1 (en) * | 2021-07-19 | 2022-04-25 | Акционерное общество "Концерн "Калашников" | Non-contact detonation method and non-contact target sensor |
| RU2793613C1 (en) * | 2022-08-10 | 2023-04-04 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | System for forming and directing laser radiation of emitters with optical fiber outputs to a target |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2226466A (en) * | 1988-12-21 | 1990-06-27 | Messerschmitt Boelkow Blohm | Means for the detection and identification of individual targets |
| US6054701A (en) * | 1997-05-17 | 2000-04-25 | Diehl Stiftung & Co. | Target acquisition apparatus |
| RU2372628C1 (en) * | 2008-04-15 | 2009-11-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Федеральное агентство по атомной энергии (Росатом) | Multifunctional optical-location system |
| RU2456636C1 (en) * | 2011-02-25 | 2012-07-20 | Олег Фёдорович Меньших | Laser radar |
-
2014
- 2014-05-30 RU RU2014122115/28A patent/RU2563312C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2226466A (en) * | 1988-12-21 | 1990-06-27 | Messerschmitt Boelkow Blohm | Means for the detection and identification of individual targets |
| US6054701A (en) * | 1997-05-17 | 2000-04-25 | Diehl Stiftung & Co. | Target acquisition apparatus |
| RU2372628C1 (en) * | 2008-04-15 | 2009-11-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Федеральное агентство по атомной энергии (Росатом) | Multifunctional optical-location system |
| RU2456636C1 (en) * | 2011-02-25 | 2012-07-20 | Олег Фёдорович Меньших | Laser radar |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2733804C1 (en) * | 2017-09-19 | 2020-10-07 | Сафран Электроникс Энд Дифенс | Target tracking device comprising photodetector with quadrants |
| RU2771003C1 (en) * | 2021-07-19 | 2022-04-25 | Акционерное общество "Концерн "Калашников" | Non-contact detonation method and non-contact target sensor |
| RU2793613C1 (en) * | 2022-08-10 | 2023-04-04 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | System for forming and directing laser radiation of emitters with optical fiber outputs to a target |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11112502B2 (en) | Laser radar system | |
| Herasimov et al. | Formation analysis of multi-frequency signals of laser information measuring system | |
| EP3767339B1 (en) | Laser radar device | |
| CN102435996A (en) | Orthoptic synthetic aperture laser imaging radar | |
| CN109991622A (en) | A kind of laser radar | |
| RU2352958C1 (en) | Laser coherent locator | |
| RU2456636C1 (en) | Laser radar | |
| RU2563312C1 (en) | Coherent laser target locator | |
| USH933H (en) | Infrared coherent optical sensor | |
| RU2627550C1 (en) | Three-dimensional coherent doppler radar | |
| Yang et al. | Development of an all-fiber heterodyne lidar for range and velocity measurements | |
| RU2541504C1 (en) | Apparatus for selecting moving targets for pulse-to-pulse frequency tuning mode | |
| RU2565821C1 (en) | Coherent laser radar for sea-launched missile | |
| Baskakov et al. | Problem of detecting space debris objects using multi-position radar system | |
| RU2451302C1 (en) | Simulator of glare re-reflections of laser light by sea surface | |
| CN113702946A (en) | Coaxial multi-field-of-view fusion linear frequency modulation continuous wave distance and speed measuring method and device | |
| Pillet et al. | Wideband dual-frequency lidar-radar for simultaneous velocity and high-resolution range profile measurements | |
| RU2537384C1 (en) | Polarisation-modulation method of radar measurement of roll angle of airborne vehicle, and device for its implementation | |
| Harney | CO [sub] 2 [/sub] Lasers For Military Applications | |
| RU2795472C2 (en) | Radar detection system for low-speed and small-sized uavs | |
| RU2422852C1 (en) | Method of detecting low-altitude marine cruise missiles | |
| Scotti et al. | Microwave photonics for integrated multifrequency lidar/radar system | |
| US20240004043A1 (en) | Frequency-modulated coherent lidar | |
| RU2456536C1 (en) | Method for counteracting using coherent laser radar | |
| RU2794213C2 (en) | Method for operational search and detection of underwater sound source |