Файл: Инженерные изыскания в строительстве. Инженерно-геологические, геофизические и геодезические исследования [сборник].pdf

нельзя поднять отношение сигнал/шум из-за искажении луча, обусловленных турбулентностями в атмосфере.

2. БОРТОВОЙ ДОППЛЕРОВСКИИ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ НА ЛАЗЕРЕ (ДИСЛ)

Первый бортовой допплеровский измеритель скоро­ сти в одноканальном варианте с лазером на С02 был разработан, изготовлен и испытан на самолете А-26В фирмой «Raytheon» в 1968 г. [37—41]. Этот измеритель работал в когерентном режиме с использованием мето­ да оптического гетеродинирования. Основные элементы структурной схемы измерителя следующие.

ния только типа ТЕМ0о- На первом этапе работы был создан лазер с системой пассивной стабилизации часто­ ты, которая сохраняла этот режим в условиях типичной для самолета вибрации, акустических и микрофонных эффектов и т. д. Затем была обеспечена компенсация влияния температуры на размеры резонатора. В мае 1968 г. специалисты фирмы работали над созданием си­ стемы активной компенсации уходов частоты лазера.

Пассивная стабилизация частоты лазера достигается с помощью рамы, на которой установлены зеркала и к которой подвешена разрядная трубка. Элементы рамы выполнены из сплава «инвар-36», имеющего высокую температурную стабильность. Дополнительная темпера­ турная компенсация создается с помощью особой систе­ мы обдува, снижающей чувствительность конструкции к колебаниям температуры в 57 раз. Луч на выходе пере­ датчика расположен под углом 90° к оси рамы. Для точ­ ной регулировки положения луча применены верньерные устройства. Поскольку диаметр луча лазера равен при­ мерно 6,5 мм, предусмотрено его расширение до 25 мм, с тем чтобы его можно было использовать в коаксиаль­ ной оптической субсистеме, разработанной для допплеровского измерителя скорости.

Лазер, примененный в системе, представляет собой устройство, состоящее из трех запаянных концентриче­ ских стеклянных трубок. Внутренняя трубка является разрядной, центральная служит рубашкой масляного

172

охлаждения, а внешняя выполняет' функции газового балласта. Мощность на выходе 5 вт.

Приемное устройство выполнено по схеме с исполь­ зованием гетеродина. Упрощенная структурная схема приемника приведена на рис. 88. Лучи сигнала и гете­ родина попадают на расщепитель, который пропускает

Д—1*" Фотодетектор

Усилитель промежуточной Детектор

Рис. 88. Структурная схема приемного устройства допплеровского измерителя скорости оптического диапазона

лишь одну половину падающего на него света, а другую половину отражает. Таким образом, на каждый детек­ тор будет поступать половина мощности сигнала и по­ ловина мощности гетеродина. Два детектора позволяют использовать соответственно всю мощность. В детекто­ рах лучи накладываются друг на друга так, что их элек­ трические поля складываются. Выходные сигналы про­ межуточной частоты обоих детекторов проходят по одному каналу через усилитель, ширина полосы кото­ рого может быть гораздо меньше полосы оптического сигнала.

Примером такого устройства может служить прием­

173

Смеситель должен обеспечить сохранение высокой чувствительности приемного устройства и перевод зна­ чения промежуточной частоты в область гигагерц, так как величина допплеровского сдвига в диапазоне длин волн 10,6 мкм оказывается весьма значительной. Этим требованиям удовлетворяет фотопроводниковый смеси-

1

тель на германии с присадкой меди, разработанный той же фирмой «Cutler-Нагпгпег». Работая при температуре 4,2° К, прибор обеспечивает получение промежуточной частоты 750 Мгц при расчетной квантовой эффективно­

174

став системы входит расширитель луча 6, который со­ стоит из двух параболических линз. После расширения луч проходит через расщепитель 7 и поступает на спе­ циальное устройство (перфорированную диагональ) и на небольшую параболическую линзу. С линзы энергия возвращается на диагональ, проходит через ее отверстие и попадает на основную линзу, которая формирует коллимированный луч передатчика.

диагонали форму цилиндра диаметром 25 мм. Этот луч отражается на расщепителе из флуорида-бария и после

• меди. Туда же с зеркала опорного луча поступает сигнал гетеродина.

Блок слежения выполнен по схеме, приведенной на рис. 90. Отраженные от Земли сигналы смешиваются с сигналами гетеродина в ИК детекторе, в результате чего выделяется требуемый спектр допплеровских частот. За­

175

спектра. Погрешность при этом должна лежать в преде­ лах ± 3 - 1 О - 5 от средней частоты допплеровского спек­ тра. Ширина этого спектра, как показали эксперименты, не должна превышать 20 кгц.

Сигнал допплеровской частоты с ИК детектора посту­ пает на широкополосный видеоусилитель, а затем на уси­

Со смесителя сигнал подается на УПЧ. Здесь обеспечи­ вается не только дополнительное усиление, но и ограни­ чение спектра полосой в 30 Мгц. Особое внимание уде­ ляется обеспечению минимального искажения формы спектра при одновременном подавлении спектров боко­ вых полос.

Поиск сигнала осуществляется путем качания часто­

стоты этого генератора длится несколько секунд, но в принципе его длительность можно довести до 8 мсек.

Блок слежения работает следующим образом. Если сигнала допплеровского спектра на входе схемы нет, генератор, управляемый по напряжению, производит поиск в заданной полосе частот с регулируемой скоро­ стью. Если в ходе первого периода качания частоты допплеровский сигнал не обнаруживается, управляющее напряжение на входе генератора достигает уровня, при котором происходит срабатывание транзисторного пере­ ключателя, вновь запускающего схему поиска.

В момент появления сигнала допплеровского спектра на входе блока слежения, когда частота генератора, уп­

частоты генератора и /д .

После усиления в УПЧ этот сигнал поступает одно­ временно на кристаллический фильтр, имеющий жесткую настройку на 30 Мгц в схеме захвата, и на дискримина­ тор. Схема захвата вырабатывает сигнал захвата, кото­ рый поступает на детектор. Выходное напряжение детек­ тора фильтруется и используется для переброса транзи­

176