Лазерное излучение отражается от всех предметов: металлических и
неметаллических, от леса, пашни, воды. Более того, оно отражается от
любых объектов, размеры которых меньше длины волны, лучше, чем
радиоволны. Это хорошо известно из основной закономерности отражения,
по которой следует, что чем короче длина волны, тем лучше она
отражается. Мощность отраженнного в этом случае излучения обратно
пропорциональна длине волны в четвертой степени. Лазерному локатору
принципиально присуща и большая обнаружительная способность, чем
радиолокатору - чем короче волна, тем она выше. Поэтому-то и проявлялась
по мере развития радиолокации тенденция к перехода от длинных волн к
более коротким. Однако изготовление генераторов радиодиапазона,
излучающих сверх короткие радиоволны становилось все труднее и труднее,
а затем вовсе и зашло в тупик. Создание лазеров открыло новые перспективы
в технике локации.
2. Способность распространяться прямолинейно. Использование
узконаправленного лазерного луча, которым проводится просмотр
пространства, позволяет определить направление на объект(пеленг цели)
Это направление находят по расположению оси оптической системы,
формирующей лазерное излучение. Чем уже луч, тем с большей точностью
может быть определен пеленг.
Простые расчеты показывают - чтобы получить коэффициент
направленности около 1.5, при использовании радиоволн сантиметрового
диапазона, нужно иметь антенну диаметром около 10м. Такую антенну
трудно поставить на танк, а тем более на летательный аппарат. Она
громоздка и нетранспортабельна. Нужно использовать более короткие
волны.
Угловой раствор луча лазера, изготовленного с помощью
твердотельного активного вещества, как известно составляет всего
1.0 ... 1.5 градуса и при этом без дополнительных оптических систем.
Следовательно габариты лазерного локатора могут быть значительно
меньше, чем аналогичного радиолокатора. Использование же
незначительных по габаритам оптических систем позволит сузить луч
лазера до нескольких угловых минут, если в этом возникнет
необходимость.
3. Способность лазерного излучения распространяться с постоянной
скоростью дает возможность определять дальность до объекта. Так, при
импульсном методе дальнометрирования используется следующее соотношение:
L = ct/2
где L - расстояние до обькта, с - скорость распространения излучения,
t - время прохождения импульса до цели и обратно.
Рассмотрение этого соотношения показывает, что потенциальная
точность измерения дальности определяется точностью измерения
времени прохождения импульса энергии до объекта и обратно. Совершенно
ясно, что чем короче импульс, тем лучше.
Какими же параметрами принято характеризовать локатор? Каковы
его паспортные данные? Рассмотрим некоторые из них.
Прежде всего зона действия. Под ней понимают область пространства,
в которой ведется наблюдение. Ее границы обусловлены максимальной и
минимальной дальностями действия и пределами обзора по углу места и
азимуту. Эти размеры определяются назначением военного лазерного
локатора.
Другим параметром является время обзора. Под ним понимается
время, в течении которого лазерный луч производит однократный
обзор заданного объема пространства.
Следующим параметром локатора является определяемые координаты.
Они зависят от назначения локатора. Если он предназначен для
определения местонахождения наземных и подводных объектов, то
достаточно измерять две координаты: дальность и азимут. При наблюдении
за воздушными объектами нужны три координаты. Эти координаты следует
определять с заданной точностью, которая зависит от систематических
и случайных ошибок. Будем пользоваться таким понятием как
разрешающая способность. Под разрешающей способностью понимается
возможность раздельного определения координат близко расположенных целей.
Каждой координате соответствует своя разрешающая способность. Кроме
того, используется такая характеристика, как помехозащищенность. Это
способность лазерного локатора работать в условиях естественных
и искусственных помех. И весьма важной характеристикой локатора
является надежность. Это свойство локатора сохранять свои характеристики
в установленных пределах в заданных условиях эксплуатации.
НАЗЕМНЫЕ ЛАЗЕРНЫЕ ДАЛЬНОМЕРЫ
Лазерная дальнометрия является одной из первых областей
практического применения лазеров в зарубежной военной технике. Первые
опыты относятся к 1961г., а сейчас лазерные дальномеры используются в
наземной военной техники(артиллеристские, танковые), и в авиации
(дальномеры, высотомеры, целеуказатели), и на флоте. Эта техника прошла
боевые испытания во Вьетнаме и на Ближнем Востоке. В настоящее время ряд
дальномеров принят в армиях капиталистических стран.
Задача определения расстояния между дальномером и целью сводится
к измерению соответствующего интервала времени между зондирующим сигналом
и сигналом, отраженным от цели. Различают три метода измерения дальности
в зависимости от того, какой характер модуляции лазерного излучения
используется в дальномере: импульсный фазовый или фазо-импульсный.
Сущность импульсного метода дальнометрирования состоит в том, что к
объекту посылают зондирующий импульс, он же запускает временной счетчик
в дальномере. Когда отраженный объектом импульс приходит к дальномеру,
то он останавливает работу счетчика. По временному интервалу автоматически
высвечивается перед оператором расстояние до объекта. Погрешность такого
метода измерения 30см. Зарубежные специалисты считают, что для решения
ряда практических задач это вполне достаточно.
При фазовом методе дальнометрирования лазерное излучение модулируется
по синусоидальному закону. При этом интенсивность излучения меняется в
значительных пределах. В зависимости от дальности до объекта изменяется
фаза сигнала, упавшего на объект. Отраженный от объекта сигнал придет
на приемное устройство также с определенной фазой, зависящей от расстояния.
Оценим погрешность фазового дальномера, пригодного работать в полевых
условиях. Специалисты утверждают, что оператору(не очень квалифицирован-
ному солдату) не сложно определить фазу с ошибкой не более одного градуса,
следовательно погрешность будет составлять примерно 5см.
Первый лазерный дальномер XM-23 прошел испытание во Вьетнаме и был
принят на вооружение в армии США. Он рассчитан на использование передовых
наблюдательных пунктах сухопутных войск. Источником излучения в нем
является лазер с выходной мощностью 2.5Вт и длительностью импульса 30нс.
В конструкции дальномера широко используются интегральные схемы.
Излучатель, приемник и оптические элементы смонтированы в моноблоке,
который имеет шкалы точного отсчета азимута и угла места цели. Питание
дальномера производится от батареи никелево-кадмиевых аккумуляторов
напряжением 24В, обеспечивающий 100 измерений дальности без подзарядки.
Также интересен шведский дальномер. Он предназначен для использования
в системах управления бортовой корабельной и береговой артиллерии.
Конструкция дальномера отличается особой прочностью, что позволяет
применять его в сложных условиях. Дальномер можно сопрягать при
необходимости с усилителем изображения или телевизионным визиром. Режим
работы дальномера предусматривает либо измерения через каждые 2с в
течение 20с, либо через каждые 4с в течение длительного времени. Цифровые
индикаторы дальности работают таким образом, что когда один из индикаторов
выдает последнюю измеренную дальность, в памяти другого хранятся четыре
предыдущие измеренные дистанции.
Как утверждает зарубежная печать, весьма удачным оказался норвежский
лазерный дальномер LP-4. Он имеет в качестве модулятора добротности оптико-
механический затвор. Приемная часть дальномера является одновременно
визиром оператора. Диаметр оптической системы составляет 70мм. Приемником
служит портативный фотодиод. Счетчик снабжен схемой стробирования по
дальности, действующий по установке оператора от 200 до 3000м. В схеме
оптического визира перед окуляром помещен защитный фильтр для предохранения
глаза от воздействия своего лазера при приеме отраженного импульса.
Излучатель и приемник смонтированы в одном корпусе. Угол места цели
определяется в градусах ~25 градусов. Аккумулятор обеспечивает 150
измерений дальности без подзарядки, его масса всего 1кг. Дальномер прошел
испытания и был закуплен Канадой, Швецией, Данией, Италией, Австралией.
Портативные лазерные дальномеры разработаны за рубежом для
пехотных подразделений и передовых артиллерийских наблюдателей. Один из
таких дальномеров выполнен в виде бинокля. Источник излучения и приемник
смонтированы в общем корпусе с монокулярным оптическим визиром
шестикратного увеличения, в поле зрения которого имеется световое табло
из светодиодов, хорошо различимых как ночью, так и днем. В лазере в
качестве источника излучения используется аллюминиево-иттириевый гранат,
с модулятором добротности на ниобате лития. Это обеспечивает пиковую
мощность в 1.5 МВт. В приемной части используется сдвоенный лавинный
фотодетектор с широкополосным малошумящим усилителем, что позволяет
детектировать короткие импульсы с малой мощностью. Ложные сигналы,
отраженные от близлежащих предметов исключаются с помощью схемы
стробирования по дальности. Источником питания является малогабаритная
аккумуляторная батарея, обеспечивающая 250 измерений без подзарядки.
Электронные блоки дальнометра выполнены на интегральных схемах, что