Файл: Стерлигов, В. Л. Лазеры в авиации.pdf

противником) способны «ослепить» операторов станций. Собственное излучение может превратить

мертвой зоны, внутри которой объекты не могут быть обнаружены. Сигналы, отраженные от объектов, рас­ положенных вблизи, не могут быть приняты ввиду того, что вход приемника еще не открыт из-за неза­ конченного излучения передатчика радиолокацион­ ной станции.

Разумеется, перечисленные недостатки ни в коей мере не умаляют значения радиолокационных стан­ ций и не зачеркивают их достоинств. Однако появле­ ние за рубежом локаторов на лазерах произвело пере­ оценку ценностей в области локационной техники. Человеческим разумом и трудом созданы локаторы высокой точности, работающие в диапазоне волн, ге­ нерируемых лазерами.

Работу лазерного локатора может проиллюстри­ ровать рис. 7. Принцип действия лазерных локаторов совпадает с принципом действия радиолокаторов —

расстояние до объекта. Как всякий другой локатор, простейший оптический локатор имеет в своем соста­ ве передающее п приемное устройства, а также ан­ тенну (сканирующее устройство).

Генератор передатчика на лазере вырабатывает электромагнитные колебания. Мощный пучок моно­ хроматического излучения подается на сканирующее устройство, которое, в свою очередь, состоит из вер-

3 6

тикально и горизонтально отклоняющих устройств. В рассматриваемом локаторе сканирующее устройст­ во, выполняя роль передающей антенны, отклоняет луч света по таким направлениям, которые преду­ смотрены программой обзора.

Воздушное пространство на начальном этапе мо­ жет осматриваться в более широком секторе (напри­ мер, 40X40°), затем после обнаружения объекта и примерного вычисления его координат сектор обзора может быть сужен (например, до 5X5°).

В секторе обзора луч может перемещаться слева направо построчно, как на экранах телевизоров, по спирали либо по .другой программе, заложенной зара­ нее в задатчике программы сканирования луча.

3 7

Направление луча меняется с помощью электри­ ческого или магнитного поля, которое, воздействуя па некоторые кристаллы, изменяет его коэффициент преломления. При некоторых значениях напряженно­ сти поля кристаллы перестают вообще пропускать свет и становятся непрозрачными. Этот эффект и ис­ пользуется для импульсной модуляции луча. Моду­ лятор периодически прерывает генерацию луча. В эти моменты в генераторе на лазере накапливается энергия, чтобы затем в виде мощного светового им­ пульса устремиться по заданному направлению.

Встретив на своем пути объект, отражающий лучи света, импульс, отраженный и в значительной мере ослабленный, поступает на антенну приемного уст­ ройства. Принятый световой сигнал (иногда его назы­

С усилителя импульс подается на измерительное устройство или на индикатор для определения коор­ динат объекта. На индикатор сразу же после излуче­ ния светового импульса с генератора-синхронизатора подается импульс начала отсчета. В локаторах гене­ раторы-синхронизаторы, управляя работой всех изме­ рительных устройств, позволяют определить не толь­ ко дальность и скорость полета, но и угловое поло­ жение объекта.

Воображение поражает точность такого определе­ ния. Например, из опубликованных сообщений изве­ стно, что американский оптический локатор OPDAR (локатор определяет координаты и скорость ракеты для расчета точки ее падения), установленный неда­ леко от пусковой установки, позволяет определить расстояние до ракеты в момент старта и на актив­ ном участке в пределах от 30 до 30 000 м с точностью

3 8

Рис. 8. Оптический ло­ катор:

/ — луч лазера; 2 — тео­ долит; *3 — телескоп; 4 — датчик грубого отсчета уг­ ловой ошибки; 5 — кодиру­ ющее устройство; 6 — дат­

от 3 до 40 мм соответственно (рис. 8). Такую точность современные радиолокаторы обеспечить не могут; лучшие их образцы на удалениях 3—30 км определя­ ют расстояние с ошибкой в десятки метров.

Разрешающая способность оптических локаторов просто фантастична — считается, что на экранах элек­ тронно-лучевых трубок этих локаторов можно видеть не светящуюся точку отраженного от цели светоимпульса.а силуэт самой цели.

Эти безусловные преимущества лазерного локато­ ра перед радиолокационным достигнуты за счет вы­ сокой направленности излучения — если у лучших радиолокационных станций ширина луча составляет единицы градусов, то у лазерных она находится в пределах нескольких угловых секунд.

Радиус мертвой зоны оптических локаторов нич­ тожно мал и не идет ни в какое сравнение с радио­ локационными станциями. Он зависит уже не от дли­ тельности импульса, которая измеряется сотыми и тысячными долями микросекунды, а от быстродейст­

3 9

вия устройства обработки и сравнения излученных и отраженных сигналов. Поскольку антеннами лазер­ ных локаторов (а они в отдельных случаях могут об­ ходиться п без излучающих антенн) служат как пра­ вило телескопы или отражающие зеркальные поверх­ ности, то их компоновка в приборных отсеках современ­ ных самолетов не представляет особых трудностей.

Следует рассказать еще об одном достоинстве оп­ тических локаторов. Для более надежного обнаруже­ ния электромагнитное излучение локаторов всегда направлено в сторону предполагаемого расположения объекта. Такое излучение обычно остронаправлено и, в частности, может иметь вид прожекторного луча.

Радиолокационные антенны в противоположность устройствам, излучающим лучи видимого света, не в состоянии обеспечить такую направленность. Помимо основного луча, антенны радиолокаторов излучают еще несколько дополнительных небольших лучей, на­ правленных в разные стороны. Такая многолепестковость луча затрудняет, а иногда делает и невозмож­ ным однозначное определение направления на объ­ ект на малых дальностях.

Лазерное излучение остро направлено и не имеет боковых лепестков, что повышает надежность работы оптических локаторов.

На разработку и промышленное производство ла-* зерных локаторов за рубежом начинают расходовать крупные денежные средства. Например, в США по

В качестве промышленного серийного образца мо­ жно привести лазерный локатор системы PATS (пре­ цизионная авиационная следящая система) фирмы

4 0

Рис. 9. Структурная схема оптического локатора PATS

«Sylvania», который в 1973 г. демонстрировался во Франции на Международном авиационном салоне в Бурже. Система измеряет полетные характеристики самолетов (вертолетов) быстрее и с меньшими затра­ тами, чем самые точные кинотеодолитные дальномерные системы. При этом локатор эффективно рабо­ тает при слежении за низколетящимн объектами. Дальность действия локатора до 33 км. Система раз­ мещается в транспортном фургоне. Работает она ав­ томатически (за исключением момента первоначаль­ ного обнаружения цели), что позволяет производить ее обслуживание одним оператором.

Система PATS (рис. 9) состоит из передатчика на ИК (инфракрасном) лазере, импульсных лазерных приемников (следящего и дальномерного), антенны-

41

телескопа с зеркалами, управляемыми при помощи механизма управления антенной, цифровой вычисли­ тельной машины (ЦВМ), блока запуска дальномера, служащего для синхронизации работы блоков стан­ ции. Кроме того, для обзора воздушного пространст­ ва и для грубого наведения локатора на объект в со­ став системы включены передающая телекамера и те­ левизионный приемник обзора.

Для обнаружения самолета оператор поворачивает колонку зеркал, отыскивая первоначально самолет по телевизионному приемнику обзора. Когда объект оказывается в центре поля обзора, система включает­ ся и начинается автоматическое слежение за самоле­ том. Для лучшей видимости отраженного лазер­ ного луча на самолете устанавливается отражатель­ ная решетка, состоящая из пяти отражателей. Систе­ ма обеспечивает 100 измерений в 1 с, при этом дли­ тельность импульсов облучения составляет всего 0,000000025 с. Полученные данные (дальность, угол места, азимут) записывают на магнитную ленту для ввода в ЦВМ.

Аппаратура полностью автоматизирована, за иск­ лючением первоначального обнаружения.

В процессе испытаний система обеспечивала сопро­ вождение самолета на расстояниях до 21 300 м при скоростях полета от 0 до 166 м/с. Точность измерений по дальности оказалась не хуже ± 15 см. Наиболее эффективна система PATS при слежении за низколе­ тящими самолетами.

В радиолокаторе PATS концентрация энергии в излучаемом луче уже настолько велика, что может оказаться опасной для человека. Поэтому, несмотря на то, что лазерный луч имеет достаточно узкую ши­ рину (расходимость луча до 10 мрад), а телевизион­ ная система обзора обеспечивает точную индикацию

4 2

излучаемой мощности (максимальная выходная мощ­ ность лазерного передатчика 1 МВт).

Конечно, и лазерные локаторы не лишены недос­ татков, и одним из них, как это ни парадоксально, является очень узкая ширина луча, т. е. тот параметр, от которого зависят и точность определения местопо­ ложения объекта и высокая разрешающая способ­ ность любого локационного устройства. И тут на по­ мощь приходит гибрид: радиолокатор — оптический локатор. Первый служит для обнаружения цели, а второй — для точного определения параметров движу­ щегося объекта. Аналогичные функции по грубому на­ ведению луча квантового генератора на объект часто выполняет телескоп или телевизионная аппаратура.

В экспериментах по измерению параметров орби­ ты космической станции «Салют-4» советскими специ­ алистами был испытан стационарный квантовооптнческий локатор СКОЛ. Дальность измерения в этом эксперименте составляла 350 км, а мощность каждо­ го из десяти излучаемых каждую секунду импульсов была равна нескольким десяткам миллионов ватт.

Вот как описывает корреспондент газеты «Правда» сеанс локации космической станции наземной опти­ ческой установкой: «...Посреди телеэкрана на стекле нарисована окружность. Время от времени по мерца­

вмикрофон: «Объект в кадре. Ввод в центр. Объект

вцентре». ...Оператор прочно остановил летящую станцию в окружности посредине экрана. И тут с зе­ мли устремился к «Салюту» хоро’шо видимый трепе­ щущий рубиновый луч...»

4 3