RU2793613C1 - System for forming and directing laser radiation of emitters with optical fiber outputs to a target - Google Patents
System for forming and directing laser radiation of emitters with optical fiber outputs to a target Download PDFInfo
- Publication number
- RU2793613C1 RU2793613C1 RU2022121711A RU2022121711A RU2793613C1 RU 2793613 C1 RU2793613 C1 RU 2793613C1 RU 2022121711 A RU2022121711 A RU 2022121711A RU 2022121711 A RU2022121711 A RU 2022121711A RU 2793613 C1 RU2793613 C1 RU 2793613C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation
- target
- emitters
- emitter
- long
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению и может использоваться при разработке лазерных комплексов в части формирования и наведения лазерного излучения на удаленные цели.The invention relates to optoelectronic instrumentation and can be used in the development of laser systems in terms of the formation and guidance of laser radiation at remote targets.
Известна система формирования и наведения лазерного излучения n - излучателей на цель [1], включающая передающий лазерный комплекс из n - лазерных модулей, на основе волоконных лазеров каждый с выходом через высокоэффективный световод, торец сердцевины которого является источником излучения, создающего единичный лазерный пучок. На выходе отдельные световоды объединены в жгут и расположены по его периметру, так что середина жгута остается свободной. Излучение торца волоконного жгута через светоделительный элемент поступает на вход телескопической системы формирования выходного лазерного пучка. Одним из элементов оптической системы является трехкоординатный элемент сканирования, выполненный в виде подвижной линзы, что позволяет осуществлять точную фокусировку и сканирование лазерного пучка в двух поперечных направлениях. На выходе оптической системы суммарный лазерный пучок падает на плоское зеркало, конструктивно связанное с устройством грубого наведения, что позволяет наводить систему в широком диапазоне углов, и отражается в виде малорасходящегося пучка лучей. Лазерный пучок на выходе из оптической системы имеет форму близкую к кольцу, где центральная часть используется оптико-электронной системой наведения излучения.A known system for the formation and guidance of laser radiation of n - emitters on the target [1], including a transmitting laser complex of n - laser modules, based on fiber lasers, each with output through a high-performance fiber, the end of the core of which is a source of radiation that creates a single laser beam. At the output, individual light guides are combined into a bundle and are located along its perimeter, so that the middle of the bundle remains free. The radiation from the end of the fiber bundle through the beam-splitting element is fed to the input of the telescopic system for forming the output laser beam. One of the elements of the optical system is a three-coordinate scanning element made in the form of a movable lens, which allows accurate focusing and scanning of the laser beam in two transverse directions. At the output of the optical system, the total laser beam is incident on a flat mirror, which is structurally connected with a coarse pointing device, which makes it possible to point the system in a wide range of angles, and is reflected in the form of a low-divergent beam of rays. The laser beam at the output of the optical system has a shape close to a ring, where the central part is used by the optical-electronic radiation guidance system.
Предложенная система не позволяет формировать на выходе пучок дифракционного качества даже при использовании одномодовых волоконных лазеров. Также к основным недостаткам можно отнести:The proposed system does not make it possible to form a beam of diffraction quality at the output even when single-mode fiber lasers are used. Also, the main disadvantages include:
- не высокую плотность излучения на цели из-за: отсутствия системы формирования каждого излучателя; фокусировки и наведения суммарного излучения n - излучателей на цель общей телескопической системой формирования;- not a high radiation density on the target due to: the lack of a formation system for each emitter; focusing and pointing the total radiation of n - emitters on the target with a common telescopic formation system;
- ухудшение качества излучения каждого излучателя при прохождении через светоделительный элемент, установленный под углом к оптической оси;- degradation of the radiation quality of each emitter when passing through a beam-splitting element mounted at an angle to the optical axis;
- большие лучевые нагрузки на окуляре телескопа из-за близкого его расположения к торцу излучающего тела излучателя;- large radiation loads on the eyepiece of the telescope due to its close location to the end of the radiating body of the emitter;
- громоздкость конструкции, т.к. телескоп объединяет все излучатели и выходная апертура телескопа ~0 0,5-1 м;- cumbersome design, tk. the telescope combines all emitters and the output aperture of the telescope is ~0 0.5-1 m;
- сложность замены отдельных лазерных модулей при выходе их из строя или падении их мощности.- the difficulty of replacing individual laser modules when they fail or their power drops.
Известна система формирования и наведения лазерного излучения на цель [2], включающая четыре волоконных излучателя с оптоволоконными выводами, четыре системы формирования лазерного излучения в виде короткофокусных коллиматоров, четыре направляемых на цель поворотных плоских зеркал, установленные за коллиматором каждого излучателя, двух - кратные расширители пучка с механизмом продольного перемещениям окуляра.A known system for the formation and guidance of laser radiation on the target [2], including four fiber emitter with fiber optic leads, four systems for the formation of laser radiation in the form of short-focus collimators, four rotary flat mirrors aimed at the target, installed behind the collimator of each emitter, two-fold beam expanders with a mechanism for longitudinal movement of the eyepiece.
При использовании известной системы формирования и наведения излучения на цель существенными недостатками являются: широкая диаграмма направленности лазерного излучения из-за короткофокусное™ коллиматора ~ 250 мм, низкая точность наведения каждого излучателя на цель из-за отсутствия приемного канала и точного наведения; не высокая плотность излучения на цели из-за отсутствия фокусировки излучения на заданную дальность и широкой диаграммы направленности излучения излучателя.When using the known system for the formation and guidance of radiation to the target, significant disadvantages are: a wide radiation pattern of laser radiation due to the short focus of the collimator ~ 250 mm, low accuracy of pointing each emitter at the target due to the lack of a receiving channel and precise guidance; low radiation density on the target due to the lack of radiation focusing at a given range and a wide radiation pattern of the emitter.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является система формирования и наведения лазерного излучения n - излучателей с оптоволоконными выводами на цель [3], содержащая устройство грубого наведения суммарного излучения n - излучателей, передающее устройство, образованное из n - лазерных излучателей с оптической системой формирования излучения каждого излучателя в виде короткофокусного коллиматора из асферической линзы, сумматора единичных лазерных пучков из n светоделительных элементов, выполненных в виде дихроичных пластин, установленных под углом 45° к оптической оси, системы формирования необходимой диаграммы направленности суммарного лазерного излучения всех излучателей в зеркально - линзовым телескопе с внеосевым параболическим зеркальным объективом и подвижной асферической линзой окуляра, установленном на микропозиционере трехкоординатного блока сканирования для точного наведения и фокусировки суммарного излучения всех излучателей на цель, приемное устройство, включающее приемный объектив и приемник; дальномер, включающий передающий и приемный блоки, электронный блок управления и обработки, причем хотя бы один из n - излучателей может быть выполнен в виде зондирующего излучателя. На выходе оптической системы суммарный лазерный пучок лучей падает на внеосевое вогнутое параболическое зеркало телескопа, конструктивно связанное с устройством грубого наведения, и отражается в виде малорасходящегося пучка лучей.The closest in technical essence to the proposed one is the system for the formation and guidance of laser radiation of n - emitters with fiber optic leads to the target [3], containing a device for coarse guidance of the total radiation of n - emitters, a transmitting device formed from n - laser emitters with an optical system for generating radiation each emitter in the form of a short-focus collimator from an aspherical lens, an adder of single laser beams from n beam-splitting elements made in the form of dichroic plates installed at an angle of 45 ° to the optical axis, a system for forming the necessary radiation pattern of the total laser radiation of all emitters in a mirror-lens telescope with an off-axis parabolic mirror lens and a movable aspherical eyepiece lens mounted on a micropositioner of a three-coordinate scanning unit for precise aiming and focusing of the total radiation of all emitters on the target, a receiving device, including a receiving lens and a receiver; a rangefinder including a transmitting and receiving units, an electronic control and processing unit, and at least one of the n - emitters can be made in the form of a probing emitter. At the output of the optical system, the total laser beam of rays falls on the off-axis concave parabolic mirror of the telescope, which is structurally connected with the coarse pointing device, and is reflected in the form of a low-divergent beam of rays.
К недостаткам этой системы относятся:The disadvantages of this system include:
- конструктивное исполнение системы формирования результирующего лазерного пучка, не позволяющее получать на выходе пучки дифракционного качества с постоянным однородным и неизменным распределением плотности мощности по сечению пучка на протяженных трассах;- design of the system for forming the resulting laser beam, which does not allow obtaining beams of diffraction quality at the output with a constant uniform and unchanged power density distribution over the beam cross section on extended paths;
- большое количество оптических поверхностей в оптической системе, погрешности которых сказываются на точности формируемого волнового фронта и точности наведения на цель;- a large number of optical surfaces in the optical system, the errors of which affect the accuracy of the formed wave front and the accuracy of aiming at the target;
- сложность и дороговизна изготовления асферической оптики для коллиматора и телескопической системы, сложность юстировки внеосевого параболического зеркала;- the complexity and high cost of manufacturing aspherical optics for the collimator and telescopic system, the complexity of adjusting the off-axis parabolic mirror;
- не высокая плотность излучения на цели из-за фокусировки и наведения суммарного излучения всех излучателей на цель общей телескопической системой формирования;- low radiation density on the target due to focusing and pointing the total radiation of all emitters on the target by a common telescopic formation system;
- большие лучевые нагрузки на коллиматоре и окуляре телескопа из-за близкого расположения оптических элементов к торцу излучающего тела излучателя;- large radiation loads on the collimator and eyepiece of the telescope due to the close location of the optical elements to the end of the radiating body of the emitter;
- дополнительное согласование приемного и передающего каналов из-за несоосного их расположения относительно друг друга.- additional coordination of the receiving and transmitting channels due to their non-coaxial location relative to each other.
Задачей изобретения является:The objective of the invention is:
- создание компактной оптической системы формирования и наведения лазерного излучения на цель, эффективно формирующей дифракционного качества излучение;- creation of a compact optical system for the formation and guidance of laser radiation on the target, which effectively forms radiation of diffraction quality;
- повышение точности наведения;- increasing the accuracy of guidance;
- увеличение плотности излучения на цели;- increase in radiation density on the target;
- улучшение эксплуатационных характеристик;- improvement of operational characteristics;
- расширение функциональных возможностей оптической системы формирования и наведения для использования ее для широкого круга задач по наведению лазерного излучения на различные цели.- expansion of the functionality of the optical system of formation and guidance for its use for a wide range of tasks for guiding laser radiation to various targets.
Поставленная задача решается тем, что в известной системе формирования и наведения лазерного излучения излучателей с оптоволоконными выводами на цель, содержащей излучатели с оптической системой формирования излучения, устройство грубого наведения суммарного излучения излучателей, оптическую систему формирования заданной диаграммы направленности излучения, устройство сканирования, устройство фокусировки лазерного излучения на цель, приемный объектив и приемник, устройство зондирующего излучения, дальномер, включающий передающий и приемный блоки, электронный блок управления и обработки, для каждого излучателя введены устройство сканирования, устройство фокусировки, дихроичное зеркало, масштабирующие и корректирующие линзы и приемник, при этом для всех излучателей введен общий длиннофокусный коллиматор, система формирования излучения, формирования заданной диаграммы направленности излучения и приемный объектив каждого излучателя выполнены в виде неосевой круговой зоны общего для всех излучателей длиннофокусного коллиматора, оси излучателей с оптоволоконными выводами расположены по окружности и наклонены к оси длиннофокусного коллиматора, в фокальной плоскости, которого расположены центры торцов сердцевин оптоволоконных выводов, наклонных к оси длиннофокусного коллиматора, устройство фокусировки лазерного излучения на цель выполнено в виде механизма продольного перемещения торца сердцевины оптоволоконного вывода, устройство сканирования выполнено в виде блока сканирования и плоского зеркала, установленного под углом к оптической оси за длиннофокусным коллиматором, дихроичное зеркало, отражающее излучение излучателя с оптоволоконным выводом и пропускающее зондирующее излучение, отраженное от цели, установлено под углом к оптической оси за плоским зеркалом устройства сканирования, масштабирующие и корректирующие линзы установлены за дихроичным зеркалом перед приемником.The problem is solved by the fact that in the known system for the formation and guidance of laser radiation from emitters with fiber optic leads to a target, containing emitters with an optical system for generating radiation, a device for coarse guidance of the total radiation of emitters, an optical system for forming a given radiation pattern, a scanning device, a device for focusing laser radiation on the target, a receiving lens and a receiver, a probing radiation device, a range finder, including a transmitting and receiving units, an electronic control and processing unit, for each emitter, a scanning device, a focusing device, a dichroic mirror, scaling and corrective lenses and a receiver are introduced, while for of all emitters, a common long-focus collimator is introduced, the radiation formation system, the formation of a given radiation pattern, and the receiving lens of each emitter are made in the form of a non-axial circular zone of a long-focus collimator common to all emitters; focal plane, where the centers of the ends of the cores of the fiber optic leads are located, inclined to the axis of the long-focus collimator, the device for focusing laser radiation on the target is made in the form of a mechanism for the longitudinal movement of the end of the core of the fiber optic lead, the scanning device is made in the form of a scanning unit and a flat mirror installed at an angle to the optical axes behind the long-focus collimator, a dichroic mirror reflecting the radiation of the emitter with a fiber optic output and transmitting the probing radiation reflected from the target is installed at an angle to the optical axis behind the flat mirror of the scanning device, scaling and corrective lenses are installed behind the dichroic mirror in front of the receiver.
На рисунке показана принципиальная оптическая схема для реализации предложенного устройства, где: 1 - длиннофокусный коллиматор; 1.1- неосевая круговая зона системы формирования каждого излучателя; 2 - излучатель с оптоволоконным выводом; 3 - торец сердцевины оптоволоконного вывода; 4 - устройство точного наведения; 4.1 - блок сканирования; 4.2 - плоское зеркало; 5 - устройство фокусировки с механизмом продольного перемещения торца сердцевины оптоволоконного вывода; 6 - дихроичное зеркало; 7 - масштабирующие и корректирующие линзы; 8 - приемник; 9 - устройство зондирующего излучения; 9.1 - зондирующий излучатель; 9.2 - система формирования зондирующего излучения; 10 - устройство грубого наведения; 10.1 - опорно-поворотная платформа; 10.2 - плоское зеркало; 10.3 - телекамера с объективом; 11 - устройство дальномера; 11.1 - передающий блок; 11.2 -приемный блок; 12 - электронный блок управления и обработки.The figure shows a schematic optical diagram for the implementation of the proposed device, where: 1 - long-focus collimator; 1.1 - non-axial circular zone of the formation system of each emitter; 2 - emitter with fiber optic output; 3 - end of the fiber-optic output core; 4 - fine guidance device; 4.1 - scanning unit; 4.2 - flat mirror; 5 - focusing device with a mechanism for longitudinal movement of the end of the core of the fiber optic output; 6 - dichroic mirror; 7 - scaling and corrective lenses; 8 - receiver; 9 - device for probing radiation; 9.1 - probing emitter; 9.2 - system for the formation of probing radiation; 10 - coarse guidance device; 10.1 - turntable; 10.2 - flat mirror; 10.3 - TV camera with a lens; 11 - rangefinder device; 11.1 - transmitting unit; 11.2 - receiving block; 12 - electronic control and processing unit.
Система формирования и наведения лазерного излучения излучателей на цель с помощью предложенного устройства включает приемный и передающий каналы.The system of formation and guidance of laser radiation emitters on the target using the proposed device includes receiving and transmitting channels.
Приемный канал каждого излучателя состоит из неосевой круговой зоны 1.1 общего для всех излучателей длиннофокусного коллиматора 1, плоского зеркала 4.2, дихроичного зеркала 6, пропускающего приемное зондирующее излучение, отраженное от цели, масштабирующих и корректирующих линз 7 и приемника 8 и предназначен для приема отраженных бликов от цели и построения изображения цели в плоскости приемника 8. Предметной плоскостью приемного канала является плоскость цели, плоскостью изображений - чувствительная плоскость приемника 8.The receiving channel of each emitter consists of a non-axial circular zone 1.1 of a long-focus collimator 1 common to all emitters, a flat mirror 4.2, a dichroic mirror 6 that transmits the receiving probing radiation reflected from the target, scaling and corrective lenses 7 and a receiver 8 and is designed to receive reflected glare from target and imaging the target in the plane of the receiver 8. The subject plane of the receiving channel is the plane of the target, the image plane is the sensitive plane of the receiver 8.
Передающий канал каждого излучателя состоит из неосевой круговой зоны 1.1 общего для всех излучателей длиннофокусного коллиматора 1, плоского зеркала 4.2, дихроичного зеркала 6, отражающего излучение излучателя с оптоволоконным выводом. Предметной плоскостью передающего канала является плоскость торца сердцевины 3 оптоволоконного вывода излучателя 2, плоскостью изображений - плоскость цели. Передающий канал предназначен для формирования необходимой диаграммы направленности лазерного излучения излучателя с оптоволоконным выводом и его фокусировки на заданные дальности.The transmitting channel of each emitter consists of a non-axial circular zone 1.1, a long-focus collimator 1 common to all emitters, a flat mirror 4.2, a dichroic mirror 6, which reflects the radiation of the emitter with a fiber optic output. The subject plane of the transmitting channel is the plane of the end face of the core 3 of the fiber optic output of the emitter 2, the image plane is the plane of the target. The transmitting channel is designed to form the necessary radiation pattern of the laser radiation emitter with a fiber optic output and focus it on the specified ranges.
Приемный и передающий каналы оптически разделены дихроичным зеркалом 6.The receiving and transmitting channels are optically separated by a dichroic mirror 6.
Длиннофокусный коллиматор 1 предназначен для формирования излучения необходимой диаграммы направленности и представляет собой двух или трех линзовую систему со стандартными сферическими поверхностями. Формирование излучения и формирование заданной диаграммы направленности для каждого излучателя осуществляется неосевой круговой зоной 1.1 общего для всех излучателей длиннофокусного коллиматора 1. Линзы располагаются на достаточно большом расстоянии от торца сердцевины оптоволоконного вывода, откуда выходит расходящееся мощное лазерное излучение, обеспечивая при этом сильное уменьшение лучевых нагрузок на оптические поверхности линз.The long-focus collimator 1 is designed to form radiation of the required radiation pattern and is a two or three lens system with standard spherical surfaces. The formation of radiation and the formation of a given radiation pattern for each emitter is carried out by a non-axial circular zone 1.1 of a long-focus collimator 1 common to all emitters. optical surfaces of lenses.
Излучатель 2 с оптоволоконным выводом предназначен для создания лазерного излучения. Излучатели наклонены к оси длиннофокусного коллиматора, в фокальной плоскости которого расположены центры наклонных торцов сердцевин оптоволоконных выводов 3. При исходном положении оптической длины длиннофокусного коллиматора через него выходит пучок, сфокусированный на бесконечность и сфокусированный на заданную дальность при его изменении (увеличении).The emitter 2 with a fiber optic output is designed to create laser radiation. The emitters are inclined to the axis of the long-focus collimator, in the focal plane of which the centers of the inclined ends of the cores of the fiber-optic leads 3 are located. At the initial position of the optical length of the long-focus collimator, a beam comes out through it, focused to infinity and focused to a given range when it changes (increases).
Устройство точного наведения 4, установленное за длиннофокусным коллиматором 1, состоит из блока сканирования 4.1, плоского зеркала 4.2 и предназначено для точного наведения лазерного излучения на цель.The fine pointing device 4, installed behind the long-focus collimator 1, consists of a scanning unit 4.1, a flat mirror 4.2 and is designed to accurately point the laser radiation at the target.
Устройство фокусировки 5 с механизмом продольного перемещения торца сердцевины оптоволоконного вывода предназначено для фокусировки лазерного излучения на цель.Focusing device 5 with a mechanism for longitudinal movement of the end of the fiber-optic output core is designed to focus laser radiation on a target.
Дихроичное зеркало 6 предназначено для оптического разделения приемного и передающих каналов и пропускает приемное зондирующее излучение, отраженное от цели, и отражает излучение излучателя с оптоволоконным выводом.The dichroic mirror 6 is intended for optical separation of the receiving and transmitting channels and transmits the receiving probing radiation reflected from the target and reflects the radiation of the emitter with a fiber optic output.
Устройство зондирующего излучения 9 состоит из излучателя 9.1 и системы формирования излучения 9.2 и предназначено для создания зондирующего излучения и облучения зоны предполагаемого расположения цели зондирующим лазерным излучением.The probing radiation device 9 consists of an emitter 9.1 and a radiation generation system 9.2 and is designed to create probing radiation and irradiate the zone of the intended target location with probing laser radiation.
Устройство грубого наведения 10 состоит из опорно-поворотной платформы 10.1, на котором установлены плоское зеркало 10.2 и телекамера с объективом 10.3, и предназначено для поиска целей и грубого наведения системы на цель.
Опорно-поворотная платформа 10.1 предназначена для осуществления вращения по азимуту и наклону по углу места установленных на него устройств.The turntable 10.1 is intended for rotation in azimuth and inclination in elevation of the devices installed on it.
Плоское зеркало 10.2 предназначено для отражения суммарного излучения излучателей и приема зондирующего излучения, отраженного от цели.Flat mirror 10.2 is designed to reflect the total radiation emitters and receive probing radiation reflected from the target.
Телекамера с объективом 10.3 предназначена для приема отраженных от цели бликов и построения изображения цели в плоскости телекамеры.A camera with a 10.3 lens is designed to receive glare reflected from the target and build an image of the target in the plane of the camera.
Устройство дальномера 11 предназначено для определения дальности до цели и состоит из блоков передающего и приемного.The
Передающий блок 11.1 устройства дальномера предназначен для облучения обнаруженных целей.The transmitting unit 11.1 of the rangefinder device is designed to irradiate the detected targets.
Приемный блок 11.2 устройства дальномера предназначен для приема отраженного от целей излучения и определения дальности до обнаруженных целей.The receiving unit 11.2 of the rangefinder device is designed to receive the radiation reflected from the targets and determine the range to the detected targets.
Электронный блок управления и обработки 12 предназначен для осуществления: управления процессами формирования излучения, поиска целей, грубого и точного наведения и фокусировки излучения на цель; анализа и обработки полученных изображений.The electronic control and
Система формирования и наведения лазерного излучения излучателей с оптоволоконными выводами на цель работает следующим образом.The system for the formation and guidance of laser radiation emitters with fiber optic outputs on the target works as follows.
С электронного блока управления и обработки 12 подается командный сигнал на включение и функционирование телекамеры 10.3 и опорно-поворотной платформы 10.1 устройства грубого наведения 10.From the electronic control and
Осуществляется обзор местности, поиск целей вращением и наклоном опорно-поворотной платформы 10.1 в рабочем диапазоне углов и построение изображений обнаруженных целей объективом в плоскости телекамеры 10.3. Полученная информация поступает в электронный блок управления и обработки 12 и производится анализ и обработка полученных изображений, определяется зона предполагаемого нахождения обнаруженной цели. Для определения уязвимого места обнаруженной цели подается команда с электронного блока управления и обработки 12 на зондирование этой местности зондирующим излучением и включается устройство зондирующего излучения 9.The terrain is surveyed, targets are searched by rotation and inclination of the turntable 10.1 in the working range of angles, and images of the detected targets are constructed by the lens in the plane of the camera 10.3. The received information enters the electronic control and
Излучение зондирующего излучателя 9.1, сформированное в системе формирования зондирующего излучения 9.2, производит зондирование пространства предполагаемого нахождения обнаруженной цели, отражается от цели и принимается объективом телекамеры 10.3 устройства грубого наведения 10. Сигналы о расположении обнаруженной цели с чувствительной площадки телекамеры 10.3 поступают в электронный блок управления и обработки 12, производится измерение координат обнаруженной цели. С электронного блока управления и обработки 12 подается командный сигнал на грубое наведение системы на цель. Вращением и наклоном опорно-поворотной платформы 10.1 с установленным на ней плоским зеркалом 10.2 производится грубое наведение на цель, изображение цели подводят в центр углового поля зрения телекамеры 10.3 с точностью грубого наведения, совпадающей или меньшей углового поля зрения устройства точного наведения 4. Система с точностью устройства грубого наведения наведена на обнаруженную цель, и цель попадает в поле зрения устройства точного наведения.The radiation of the probing emitter 9.1, formed in the system for generating probing radiation 9.2, probes the space of the alleged location of the detected target, is reflected from the target and is received by the camera lens 10.3 of the
Производится точное наведение. Отраженное от цели зондирующее излучение принимается плоским зеркалом 10.2, отражается от него, попадает в систему общего для все излучателей длиннофокусного коллиматора 1, проходит через его неосевую круговую зону 1.1, отражается от плоского зеркала 4.2 устройства точного наведения 4, проходит через дихроичное зеркало 6, масштабирующие и корректирующие линзы 7 и строит изображение цели близкого к дифракционному качеству в плоскости приемника 8 в рабочем диапазоне углов поля зрения устройства точного наведения 4.Precise targeting is done. The probing radiation reflected from the target is received by a flat mirror 10.2, reflected from it, enters the system of a long-focus collimator 1 common to all emitters, passes through its off-axis circular zone 1.1, is reflected from a flat mirror 4.2 of a fine pointing device 4, passes through a dichroic mirror 6, scaling and corrective lenses 7 and builds an image of the target close to diffraction quality in the plane of the receiver 8 in the operating range of angles of the field of view of the fine pointing device 4.
В электронный блок управления и обработки 12 с приемника 8 поступают сигналы о расположении обнаруженной цели, производят измерение координат обнаруженной цели. С электронного блока управления и обработки 12 подается командный сигнал на сканирование плоского зеркала 4.2 устройства точного наведения 4. Производится точное наведения системы на цель, изображение цели подводят в центр углового поля зрения приемника 8 сканированием плоского зеркала 4.2. Цель находится на оси приемного канала.Signals about the location of the detected target are received from the receiver 8 into the electronic control and
Поскольку предметной плоскостью приемного канала является плоскость цели и плоскостью изображений - плоскость приемника, а предметной плоскостью передающего канала является плоскость торца сердцевины оптоволоконного вывода излучателя, откуда выходит единичный лазерный пучок и плоскостью изображений - плоскость цели, то когда система точно наведена на цель устройством точного наведения и изображение цели находится на оси приемного канала, то цель находится и на оси передающего канала, и выходное излучение каждого излучателя точно наведено на цель. При этом обеспечивается сопряженность каждого торца сердцевины оптоволоконного вывода излучателя, откуда выходит лазерный пучок, и цели.Since the object plane of the receiving channel is the plane of the target and the image plane is the plane of the receiver, and the object plane of the transmitting channel is the plane of the end face of the core of the fiber optic output of the emitter, from where a single laser beam comes out and the image plane is the plane of the target, then when the system is accurately aimed at the target by the fine pointing device and the target image is on the axis of the receiving channel, then the target is also on the axis of the transmitting channel, and the output radiation of each emitter is precisely aimed at the target. This ensures the conjugation of each end of the core of the fiber-optic output of the emitter, from where the laser beam comes out, and the target.
Необходимость использования масштабирующих и корректирующих линз определяется следующими характеристиками оптических элементов, использующихся при построении изображения цели в приемном канале. Поскольку диаметр и фокусное расстояние коллиматора 1 определяется в первую очередь заданными параметрами диаграммы направленности излучения излучателя с оптоволоконным выводом 2 и габаритами системы, то для согласования размеров изображения цели в рабочем диапазоне углов поля зрения устройства точного наведения 4 и линейного поля приемника 8 необходимо увеличить масштаб изображения целей, построенных длиннофокусным коллиматором 1. Кроме того при прохождении через дихроичное зеркало 6, установленное под углом к оптической оси, изображение цели деформируется. Поэтому для получения изображения цели близкого к дифракционному качеству и построения его в плоскости приемника 8 в рабочем диапазоне углов поля зрения устройства точного наведения 4 необходимо использование масштабирующих и корректирующих линз 7, установленных за дихроичным зеркалом 6.The need to use scaling and corrective lenses is determined by the following characteristics of the optical elements used to build the target image in the receiving channel. Since the diameter and focal length of the collimator 1 is determined primarily by the given parameters of the radiation pattern of the emitter with a fiber-optic output 2 and the dimensions of the system, in order to match the size of the target image in the operating range of the angles of the field of view of the fine pointing device 4 and the linear field of the receiver 8, it is necessary to increase the image scale targets built by a long-focus collimator 1. In addition, when passing through a dichroic mirror 6, set at an angle to the optical axis, the target image is deformed. Therefore, in order to obtain an image of the target close to the diffraction quality and build it in the plane of the receiver 8 in the operating range of angles of the field of view of the fine pointing device 4, it is necessary to use scaling and corrective lenses 7 installed behind the dichroic mirror 6.
С электронного блока управления и обработки 12 подается командный сигнал на включение и функционирование устройства дальномерного 11. Лазерное излучение передающего блока 11.1 дальномера 11 направляется на обнаруженную цель. Отраженное от цели излучение, поступает в приемный блок 11.2 дальномера 11. Производят измерение дальности до цели. С электронного блока управления и обработки 12 подается командный сигнал на включение устройства фокусировки 5. Производится фокусировка каждого излучателя 2 на цель продольным перемещением торца сердцевины 3 оптоволоконного вывода излучателя 2.From the electronic control and
С электронного блока управления и обработки 12 подается управляющая команда на подачу электропитания каждому излучателю с оптоволоконным выводом. Каждый излучатель начинает генерировать когерентные электромагнитные волны, передаваемые по своему оптоволоконному выводу, торец сердцевины которого 3 является источником излучения, откуда выходит единичный лазерный пучок.From the electronic control and
Выходное лазерное излучение, исходящее из торца сердцевины оптоволоконного вывода 3, падает на дихроичное зеркало 6, отражается от него, отражается от плоского зеркала 4.2 устройства точного наведения 4 и проходит через неосевую часть линз 1.1 общего для всех излучателей длиннофокусного коллиматора 1, формируя излучение заданной диаграммы направленности близкое к дифракционному качеству и выходит сфокусированным на цель.The output laser radiation emanating from the end of the core of the fiber-optic output 3 falls on the dichroic mirror 6, is reflected from it, reflected from the flat mirror 4.2 of the fine pointing device 4 and passes through the non-axial part of the lenses 1.1 of the long-focus collimator 1 common to all emitters, forming the radiation of a given diagram directivity close to diffraction quality and comes out focused on the target.
Излучение каждого излучателя отражается от плоского зеркала 10.2 устройства грубого наведения 10 и наводится на цель. Выходное излучение каждого излучателя точно наведено и сфокусировано на цель.The radiation of each emitter is reflected from a flat mirror 10.2 of the
В предложенной системе формирования и наведения лазерного излучения излучателей использование в качестве оптической системы приема отраженных бликов от цели, формирования излучения излучателя с оптоволоконным выводом и формирования его заданной диаграммы направленности для каждого излучателя неосевой круговой зоной общего для всех излучателей длиннофокусного коллиматора из нескольких сферических линз, в фокальной плоскости которого расположены центры торцов сердцевин оптоволоконных выводов, наклонных к оси длиннофокусного коллиматора, откуда выходит единичный лазерный пучок; введение для каждого излучателя точного наведения лазерного излучения на цель; масштабирование и корректировка изображений цели, построенных неосевой круговой зоной общего для всех излучателей длиннофокусного коллиматора, позволяют:In the proposed system for the formation and guidance of laser radiation from emitters, the use of reflected glare from a target as an optical system, the formation of radiation from an emitter with a fiber optic output and the formation of its specified radiation pattern for each emitter by a non-axial circular zone common to all emitters of a long-focus collimator from several spherical lenses, in the focal plane of which are the centers of the ends of the cores of the fiber-optic leads, inclined to the axis of the long-focus collimator, from where a single laser beam comes out; introduction for each emitter of precise guidance of laser radiation on the target; scaling and correction of target images constructed by a non-axial circular zone common to all emitters of a long-focus collimator allow:
- создать компактную систему формирования и наведения лазерного излучения на цель, эффективно формирующую дифракционного качества излучение, как каждого излучателя, так и суммарное излучение всех излучателей;- to create a compact system for the formation and guidance of laser radiation on the target, which effectively generates radiation of diffraction quality, both from each emitter, and the total radiation from all emitters;
- повысить точность наведения лазерного излучения на цель за счет формирования дифракционного качества излучения в каждом излучателе, использования неосевой круговой зоны общего для всех излучателей длиннофокусного коллиматора из нескольких сферических линз в качестве системы формирования излучения, системы формирования заданной диаграммы направленности излучения и приемного объектива, точного наведения и фокусировки каждого излучателя на обнаруженную цель, упрощения юстировки и использования стандартной сферической оптики;- to increase the accuracy of pointing laser radiation at the target by forming the diffraction quality of the radiation in each emitter, using a non-axial circular zone common to all emitters of a long-focus collimator from several spherical lenses as a radiation formation system, a system for forming a given radiation pattern and a receiving lens, accurate aiming and focusing each emitter on the detected target, simplifying alignment and using standard spherical optics;
- увеличить плотность излучения на цели за счет формирования дифракционного качества излучения на выходе, как каждого излучателя, так и суммарного излучения всех излучателей, повышения точности наведения на обнаруженную цель;- increase the radiation density at the target by forming the diffraction quality of the radiation at the output, both of each emitter and the total radiation of all emitters, increasing the accuracy of pointing at the detected target;
- улучшить эксплуатационные характеристики системы, повысить устойчивость системы к отказам, так как при выходе из строя одного или даже нескольких лазерных излучателей система может продолжать выполнять задачу;- improve the performance of the system, increase the stability of the system to failures, since if one or even several laser emitters fail, the system can continue to perform the task;
- расширить функциональные возможности оптической системы формирования и наведения для ее использования для широкого круга задач по наведению лазерного излучения на различные цели.- to expand the functionality of the optical system of formation and guidance for its use for a wide range of tasks for guiding laser radiation to various targets.
Источники информации:Information sources:
1. В.И. Кишко, В.Ф. Матюхин. Принципы построения адаптивных ретрансляторов для стратосферных систем передачи энергии // Автометрия. 2012.. Т. 48, №2. с. 59-66.1. V.I. Kishko, V.F. Matyukhin. Principles of constructing adaptive repeaters for stratospheric power transmission systems // Avtometriya. 2012. V. 48, No. 2. With. 59-66.
2. Sprangle, Phillip & Ting, А. & Penano, J.R. & Fischer, Richard & Hafizi, Bahman. (2008). Incoherent Combining of High-Power Fiber Lasers for Directed-Energy Applications. 2. 25.2. Sprangle, Phillip & Ting, A. & Penano, J.R. & Fischer, Richard & Hafizi, Bahman. (2008). Incoherent Combining of High-Power Fiber Lasers for Directed-Energy Applications. 2.25.
3. Патент RU 2663121, опубликован 07.08.2018, бюл. №22, МПК: G01S 17/88 (2006.01), F41G 3/22 (2006.01) - прототип.3. Patent RU 2663121, published 08/07/2018, bul. No. 22, IPC: G01S 17/88 (2006.01), F41G 3/22 (2006.01) - prototype.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2793613C1 true RU2793613C1 (en) | 2023-04-04 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8896819B2 (en) * | 2009-11-20 | 2014-11-25 | Faro Technologies, Inc. | Device for optically scanning and measuring an environment |
| RU2563312C1 (en) * | 2014-05-30 | 2015-09-20 | Олег Фёдорович Меньших | Coherent laser target locator |
| RU2663121C1 (en) * | 2016-11-28 | 2018-08-07 | Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Optical system for formation and induction of laser radiation |
| RU2699944C1 (en) * | 2018-11-26 | 2019-09-11 | Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Optical system for generation and guidance of laser radiation |
| RU2715083C1 (en) * | 2019-04-11 | 2020-02-25 | Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Laser beam formation and guidance optical system |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8896819B2 (en) * | 2009-11-20 | 2014-11-25 | Faro Technologies, Inc. | Device for optically scanning and measuring an environment |
| RU2563312C1 (en) * | 2014-05-30 | 2015-09-20 | Олег Фёдорович Меньших | Coherent laser target locator |
| RU2663121C1 (en) * | 2016-11-28 | 2018-08-07 | Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Optical system for formation and induction of laser radiation |
| RU2699944C1 (en) * | 2018-11-26 | 2019-09-11 | Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Optical system for generation and guidance of laser radiation |
| RU2715083C1 (en) * | 2019-04-11 | 2020-02-25 | Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Laser beam formation and guidance optical system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108152013B (en) | Electro-optical system pointing accuracy measuring device optical path adjusting process | |
| USRE42913E1 (en) | Optical detection system | |
| US7064817B1 (en) | Method to determine and adjust the alignment of the transmitter and receiver fields of view of a LIDAR system | |
| US8711336B1 (en) | Multipoint photonic doppler velocimetry using optical lens elements | |
| US20130241761A1 (en) | Beam steering for laser radar and other uses | |
| RU2292566C1 (en) | Multifunctional optical-radar system | |
| CN113340279B (en) | Surveying device with on-axis beam deflection element | |
| CN112596257B (en) | Optical axis calibration method of off-axis reflective optical lens | |
| CN112526489A (en) | Optical axis calibration system and method of laser range finder and laser parameter measurement method | |
| US9507024B2 (en) | Optic probe for multiple angle image capture and optional stereo imaging | |
| CN110030969A (en) | Measuring device with measuring beam homogenization | |
| CN212569122U (en) | Laser range finder system capable of automatically calibrating optical axis | |
| RU2793613C1 (en) | System for forming and directing laser radiation of emitters with optical fiber outputs to a target | |
| US5107369A (en) | Wide field multi-mode telescope | |
| RU2785768C1 (en) | System for shaping and guidance on the target of the laser radiation of emitters with fibre-optic leads | |
| CN110109262B (en) | Coaxiality debugging system and method for light source switching multiplexing unit | |
| RU2816822C1 (en) | System for generating and guiding laser radiation of emitter with fibre-optic output to target | |
| RU2793612C1 (en) | Method for forming and directing laser radiation of emitters with optical fibre outputs to a target | |
| RU2784602C1 (en) | Method for forming and pointing laser radiation of emitters with optical fiber outputs on a target | |
| CN113639665B (en) | High-stability nanoradian magnitude angle measurement method and device based on drift amount feedback | |
| RU2663121C1 (en) | Optical system for formation and induction of laser radiation | |
| RU162917U1 (en) | TWO-MIRROR OPTICAL SYSTEM ADJUSTMENT DEVICE | |
| RU2155323C1 (en) | Optoelectronic target search and tracking system | |
| CN113092075B (en) | Variable-angle high-precision calibration light source system | |
| RU203510U1 (en) | ADJUSTMENT DEVICE FOR TWO-MIRROR CENTERED OPTICAL SYSTEM |