лазерная система телеориентации с повышенной помехоустойчивостью

Формула изобретения

Лазерная система телеориентации с повышенной помехоустойчивостью, включающая последовательно соединенные лазер и двухкоординатный акустооптический дефлектор, а также блок управления дефлектором, выходы которого подключены к управляющим входам дефлектора, отличающаяся тем, что в нее введен управляемый акустооптический фильтр, размещенный между лазером и двухкоординатным дефлектором, и генератором радиоимпульсов со скважностью радиоимпульсов, равной двум, выход которого соединен с управляющим входом акустооптического фильтра.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для формирования информационного поля лазерных систем телеориентации и навигации, оптической связи и может использоваться при управлении, посадке и стыковке летательных аппаратов, проводке судов через узости или створы мостов, дистанционном управлении робототехническими устройствами в опасных для человека зонах и т. д.

Для формирования информационного поля (ИП) лазерной системы телеориентации (ЛСТ) широко используются устройства, основанные на пространственном кодировании светового поля модулирующим растром (заявка 1395246, Великобритания, заявл. 17.10.72, опубл. 21.05.75, кл. НЧD, G 01 S 1/70).

Однако такой аппаратуре присущи значительные световые потери на модулирующем растре, а применение телескопической оптической системы с переменным увеличением увеличивает вес и габариты системы. Кроме того, закон изменения программной дальности телескопа рассчитывается под заданный тип управляемого объекта, что ограничивает возможности применения.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство формирования ИП ЛСТ (прототип), основанное на поэлементном сканировании лазерного пучка с "иглообразной" диаграммой направленности (заявка 2133652, Великобритания, заявл. 14.11.83, N 8330302, опубл. 24.07.84, кл. F 41 G 7/00, G 01 S/70, НКИ НЧD; Семенков В.П., Чижевский О.Т. Перспективы создания многоканальных лазерных систем телеориентации управляемых объектов. Научно-технический сборник "Боеприпасы и спецхимия", сер. Боеприпасы. - М.: ЦНИИМТИК ПК, 1995, в. 5-6, с. 26-30). В таком устройстве лазерный пучок совершает возвратно-поступательное сканирование вначале по одной координате с дискретным переходом по ортогональной координате после завершения каждого возвратно-поступательного движения лазерного пучка, а затем, после заполнения лазерным излучением прямоугольного растра, направление сканирования меняется на ортогональное. Выделение координат управляемого объекта в ИП ЛСТ основано на измерении временного интервала между двумя принимаемыми лазерными системами во время возвратно-поступательного сканирования лазерного пучка по фотоприемному устройству (ФПУ) управляемого объекта.

При сканировании лазерным пучком по ФПУ управляемого объекта на его выходе формируется видеоимпульс, длительность которого определяется временем заполнения акустической волной световой апертуры дефлектора и для реальных применений составляет величину 10-20 мкс. Следовательно, спектр сигнала ФПУ расположен в низкочастотной области 0-(50-100) кГц. При движении управляемого объекта в поле зрения ФПУ могут попасть естественные и искусственные оптические источники помехи, которые уменьшают отношение сигнал/шум и снижают точность и надежность управления. Кроме того, чувствительность ФПУ уменьшают и низкочастотные шумы предусилителя ФПУ.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости ЛСТ.

Цель достигается тем, что в известную лазерную систему телеориентации, включающую последовательно соединенные лазер и двухкоординатный акустооптический дефлектор с блоком управления, выходы которого подключены к управляющим входам дефлектора, введены управляемый акустооптический фильтр, размещенный между лазером и двухкоординатным дефлектором, и генератор радиоимпульсов со скважностью радиоимпульсов, равной двум, выход которого соединен с управляющим входом акустооптического фильтра.

Использование новых оптико-электронных блоков и связей выгодно отличает предлагаемое устройство, так как спектр используемых сигналов расположен выше спектра помех, что в 2-3 раза увеличивает энергетический потенциал системы в неблагоприятных условиях и повышает помехоустойчивость к естественным и искусственным помехам.

Изобретение поясняется фиг. 1 - 3.

На фиг. 1 представлена блок-схема лазерной системы телеориентации.

Лазерная система телеориентации содержит лазер 1, включающий лазерный излучатель 2 и, в некоторых случаях, оптическую систему 3, управляемый акустооптический фильтр 4, двухкоординатный акустооптический дефлектор 5, включающий коллиматор 6 и две акустооптические ячейки дефлектора 7 и 8, а также генератор радиоимпульсов 9 для управления акустооптическим фильтром 4 и блок 10 управления дефлектором 5.

Лазерный пучок излучателя 2 проходит оптическую систему 3, управляемый акустооптический фильтр 4, коллиматор 6 и акустооптические ячейки 7 и 8 дефлектора 5.

Управление акустооптическим фильтром осуществляется генератором радиоимпульсов 9, выход которого соединен с управляющим входом фильтра 4.

Управление дефлектором 5 осуществляется блоком управления дефлектором (БУД) 10, входы которого соединены с управляющими входами акустооптических ячеек (АОЯ) 7 и 8.

БУД 10 формирует перестраиваемые во времени высокочастотные сигналы F_z и F_y, подаваемые на АОЯ 7 и 8 дефлектора 5, под воздействием которых лазерный пучок излучателя 2, проходя дефлектор 5, отклоняется по двум координатам, образуя в пространстве растр ИП. Вид растра определяется законом изменения частот управления F_z и F_y и может, например, иметь траекторию движения лазерного пучка, как и в прототипе, представленную на фиг. 3.

Генератор радиоимпульсов 9 формирует сигнал управления F_m, подаваемый на управляющий вход акустооптического фильтра 4, под воздействием которого параметры оптического пучка излучателя 2 изменяются таким образом, что на выходе дефлектора 5 сканируемый лазерный пучок оказывается промодулированным по интенсивности с частотой F_m.

При использовании в качестве излучателя 2 твердотельного излучателя с ламповой накачкой на выходе излучателя может быть установлена оптическая система 3, представляющая собой, в простейшем случае сферическую линзу, фокус которой находится в рабочей области акустооптического фильтра 4. Она необходима для уменьшения размеров лазерного пучка и, следовательно, повышения частоты модуляции F_m.

При использовании в качестве излучателей 2 твердотельных излучателей с продольной лазерной диодной накачкой лазерный пучок может иметь диаметр 0,2-0,3 мм и линза 2 может отсутствовать.

В качестве АОЯ дефлектора 5 могут быть использованы АОЯ со светозвукопроводом из оптически активного анизотропного кристалла парателлурита (TeO₂), обеспечивающие сканирование поляризованных лазерных пучков видимого и ближнего ИК-спектров и имеющие световую апертуру до 10-15 мм. В этом случае целесообразно в качестве оптического фильтра использовать акустооптический фильтр с анизотропной дифракцией, рассчитанный на длину волны используемого лазера. Для лазеров видимого и ближнего ИК-спектра в качестве кристалла светозвукопровода акустооптического фильтра 4 можно использовать кристалл парателлурит.

Выполнение акустооптического фильтра из парателлурита обеспечивает переключение поляризации падающего на него лазерного пучка при углах падения 1,5 - 2^o, что не требует его юстировки по отношению к падающему лазерному пучку. Так как на выходе акустооптического фильтра поляризация лазерного пучка принимает два ортогональных направления, а дефлектор 5 также является анизотропным, т. е. требует на входе строго заданной поляризации лазерного пучка, то выходной сканируемый лазерный пучок является модулированным по интенсивности.

Конструкцию акустооптического фильтра целесообразно выбрать такой, чтобы падающий и прошедший лазерные пучки были нормальны, соответственно, к входной и выходной граням фильтра, при этом будет отсутствовать излом оптических путей в системе.

В АОЯ 7 и 8 дефлектора 5, а также в акустооптическом фильтре 4 широко используются срезы кристалла парателлурита, имеющие скорость акустических волн V_a 650 м/с. Для ЛСТ, содержащей лазер на АИГ : Nd с продольной диодной накачкой и диаметром выходного лазерного пучка 0,2 мм и дефлектором со световой апертурой 9 мм, получим время установления акустической волны в светозвукопроводах акустооптического фильтра 4 и АОЯ 7 и 8, соответственно: _ф= 0,3мкс; = 13,8мкс.

Следовательно, наибольшая частота модуляции F_m для выше указанных параметров равна F_м= (2_ф)^-1= 1,66 МГц. Принимаемый ФПУ управляемого объекта сигнал будет содержать серию коротких импульсов, число которых в серии определяется временем сканирования лазерного пучка по ФПУ, фиг. 2а,б, а центральная частота спектра принимаемого сигнала будет равна 1,66 МГц.

Генератор 9 для управления акустооптическим фильтром 4 формирует радиоимпульсы с центральной частотой F_o, длительностью радиоимпульса _p= 1/2F_м и скважностью 2. Центральная частота F_o генератора 9 определяется геометрией акустооптического взаимодействия фильтра и может составить, например, 40 МГц.