Рис. 5.12. Блок уголковых отражателей со снятой крышкой. (Показан один из пяти уголковых отражателей)

чиками 14 углов поворота угломест-ной и азимутальной оси. Выходной сигнал датчиков представляет собой шестнадцатиразрядный двоичный код.

Для компенсации больших изменений мощности отраженного лазерного сигнала, обусловленных изменением расстояния до цели, введены автоматические аттенюаторы передающего и приемного каналов 5 и 15. Их исходное положение устанавливается вручную до начала поиска цели. Аттенюатор передающего канала имеет три дискретных положения, в которых излучение лазера ослабляется на 20, 40 и 60 дБ. В приемном канале ослабление производится по непрерывной шкале в диапазоне 0...20 дБ. Таким образо.м, общий диапазон ослабления сигнала в приемном канале составляет 0...80 дБ.

Поскольку выходная энергия лазерного передатчика была настолько велика, что могла повредить органы зрения обслул<иваю-щего персонала, осуществлялись специальные меры безопасности. Прежде всего, выходное излучение было достаточно коллимиро-ванным - угол расходимости не превышал Г - и его энергия постоянно контролировалась. Кроме того, специальная отметка в поле зрения телевизира указывала направление луча передатчика, так что оператор всегда имел информацию о том, куда направлено излучение. Каждое из трех положений аттенюатора 5 соответствовало безопасной дальности в 600, 60 или 6 м.

Конструкция блока уголковых отражателей показана на рис. 5.12. Каждый из пяти отражателей работает в угловой зоне приблизительно ±20° и имеет различную азимутальную ориентацию. Таким образом, блок в целом перекрывает зону ±20° по углу места и ±90° по азимуту. Расходимость излучения, отраженного от одного уголкового отражателя, диаметр которого равнялся 7,6 см, составляла 20...100 мкрад в зависимости от температуры.

Рассмотрим теперь подробнее отдельные узлы и подсистемы лазерного локатора PATS. Выбор в качестве системы наведения (рис. 5.13) отдельного поворотного зеркала вместо платформы, вращающейся целиком со всем оптико-механическим трактом, позволил улучшить динамические характеристики системы наведения. При поворотах зеркала в общем случае возникает вращение абсолютной азимутально-угломестной системы координат относительно поля зрения неподвижного пеленгатора. Это приводит к так называемой «завязке» системы координат, когда поворот зеркала вокруг тольт ко одной из осей приводит к отклонению отметки цели в поле зрения пеленгатора одновременно по двум координатам. Для устранения этого нежелательного явления фотодетектор пеленгатора вращался синхронно с поворотом зеркала вокруг азимутальной оси.

DATQ """" "• опорно-поворотного устройствз лазерного локатора

с этой же цельюелевизир был установлен на подвижной части

опорно-повороткого устройства, вращавшейся вокруг азимутальной оси. Коэффициент усиления разомкнутой системы управления приводами составлял 50 дБ. При этом динамическое запаздывание системы слежения составляло 0,4 мрад при работе по целям, двигавшимся с угловыми ускорениями около 80 мрад/с.

Схема приемного устройства системы слеления показана на рис. 5.14. Квадрантный фотодетектор представляет собой высокочувствительный кремниевый фотодиод с квантовой эффективностью более 50%. Предварительные усилители 2 предназначены для уси-

I ( I I

ZHOH

S/ш места

Лзимут

троб-импул!-

Рис. 5.14. Схема приемного устройства системы слежения:

- квадрантный фотодетектор; 2 - предварительные усилители; 3 - ключи- 4 -согласовяи »ые сдвоенные логарифмические снлнтел»! 5 -пиковый детектор

Относительная амплитуда 5юВт

Рис. 5.15. Пеленгационные стики приемного устройства

характери-

35 Угол рассогласования, м рад

ления чрезвычайно слабых электрических сигналов с выходов фотодетектора /. С целью уменьшения уровня наводок они располагаются, как правило, в одном корпусе с самим фотодетектором. Стробируемые ключи 3 отсекают посторонние шумовые выбросы, обусловленные фоновым излучением и рассеянным излучением лазерного передатчика. Сдвоенные попарно согласованные логарифмические усилители 4 имеют динамический диапазон 60 дБ и разноканальность в пределах ± 1 дБ, Они сглаживают амплитудные флуктуации принимаемого сигнала. На рис. 5.15 показано семейство пеленгационных характеристик приемного устройства для различных значений мошности принимаемого сигнала. По оси абсцисс отложено угловое отклонение линии визирования цели от оси пеленгатора (в миллирадианах). По оси ординат отложена относительная величина напряжения на выходе устройства.

В качестве передатчика в локаторе PATS был применен лазер на основе кристалла алюмоиттриевого граната с присадкой ионов Nd3+, работавший в режиме модуляции добротности на длине волны 1,06 мкм. Частота повторения импульсов равнялась 100 Гц. Каждый импульс выходного излучения лазера имел длительность 25 НС и энергию около 25 мДж, что соответствовало пиковой мощности около 1 МВт.

Для измерения дальности до цели в лазерном локаторе PATS была применена стартстопная схема измерения временной задержки, аналогичная схеме примененной в лазерном локаторе GSFC. Однако точность измерения дальности в лазерном локаторе PATS удалось улучшить на порядок по сравнению с точностью, достигнутой

Стоп-импдпк

Рис. 5.16. Схема формирования стоп-импульса:

- аттенюатор; г - логарифмические усилители; 3 - линия задержки; 4 - компаратор

Рис. 5.17. Временная диаграмма работы схемы формирования стоп-импульса

В лазерном локаторе GSFC благодаря специальной схеме формирования стоп-импульса. Дело в том, что при сильных амплитудных флуктуациях принимаемого лазерного сигнала момент прихода импульса регистрируется с точностью до его полуширины, если используется обычная компараторная схема. Это ограничивает точность измерения дальности длительностью зондирующего импульса. Чтобы амплитудные флуктуации принимаемого сигнала не влияли на момент срабатывания компаратора, в лазерном локаторе PATS была применена схема формирования стоп-импульса, показанная на рис. 5.16. На рис. 5.17 показана временная диаграмма работы этой схемы. Сигнал на выходе линии задержки 3

y{t) = kx{t-x) = kah{t-x), max\h{t)\ = \,

где т - задержка, равная по порядку величины половине длительности импульса; й - коэффициент, обратный коэффициенту атте-нюации; а - флуктуирующая амплитуда, h{t)-форма импульса.

Компаратор срабатывает в тот момент, когда x(t) =y{t). Первоначально компаратор срабатывает в момент поступления сигнала x{t), формируя нестабильный во времени передний фронт стоп-импульса. Вторично компаратор срабатывает тогда, когда

x{t) = y{t)

или kh{t - x)-\,

формируя стабильный во времени задний фронт стоп-импульса. Стабильность временного положения заднего фронта стоп-импульса объясняется тем, что условие вторичного срабатывания компаратора не зависит от амплитуды импульса.

В результате применения указанной схемы ошибка измерения дальности сократилась до величины ±30 см в динамическом диапазоне сигналов фотодетектора 60 дБ. Для сильных отраженных сигналов средняя квадратичная ошибка измерения дальности равнялась ±15 см. При приеме слабых сигналов, уровень которых близок к порогу чувствительности приемника, ошибка увеличивалась до ±1,5 м.

В экспериментах проводились измерения мощности принимаемого сигнала Рс в зависимости от дальности до цели R при различных высотах полета цели Н. Результаты этих измерений показаны на рис. 5.18. По оси ординат отложено отношение мощности принимаемого

Рис. 5.18. Экспериментальные результаты измерения отношения принимаемой мощности к излученной мощности лазерного сигнала в зависимости от дальности до цели:

□ -горизонтальная трасса на уровне моря; ---Я=500 м:

О -ft = l,5 км; Д -Я=3 км

т 199

сигнала к мощности излученного лазерного импульса Я.т По оси абсцисс отложена дальность до цели R. На этом же рисунке сплошной линией показана рассчитанная теоретическая зависимость [60]. Экспериментально было установлено, что в режиме измерения дальности и в режиме автосопровождения минимальная мощность принимаемого лазерного сигнала в импульсе, при которой еще возможна работа локатора, равна соответственно 5-10"* и 5-10- Вт. Излучаемая лазерным передатчиком пиковая мощность была равна приблизительно 10 Вт. Коэффициент пропускания светоделительной пластины, показанной на рис. 5.11, составлял 90% на пеленгатор и 10% на приемник дальномерного канала. При этих условиях, как видно из рис. 5.18, максимальная дальность до цели в режиме автосопровождения равна 18...20 км.

Данные, представленные на рис. 5.18, показывают, что в диапазоне дальностей 300 М...18 км отношение pclpa изменяется на 60 дБ. Столь большие изменения мощности отраженного сигнала компенсировались оптическими аттенюаторами. Нулевому уровню атте-нюации (коэффициент пропускания аттенюаторов равен единице) соответствовало отношение Рс/л = 2-10"".

Перед началом экспериментов с реальными целями лазерные локатор PATS был отъюстирован с помощью нескольких контрольных триангуляционных отметок. Было найдено, что точность измерения угловых координат датчиками опорно-поворотного устройства составляла ±0,1 мрад по азимутальной и ±0,2 мрад - по угломестной осям. Точность измерения дальности оказалась равной ±15 см (после усреднения), а точность временной привязки - 1 мс.

В ходе экспериментов осуществлялись проводки самолета DC-10, на котором был установлен блок уголковых отражателей (см. рис. 5.12). Автосопровождение цели осуществлялось на дальностях до 21,3 км при скорости полета до 170 м/с. Кроме того, эксперименты проводились по легким самолетам. Результаты проводки

3J60

О 0,1 0.1 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0.8 0.9t.c

Рис. 5.19. Результаты измерения дальности 200

.... N..

1.018 v

1,615 1.6 П

151 г

1610

1608

t.l $.2 iJ а.Ч- 0,5 0,5 BJ 1.8 0.9 t.c

Рис. 5.20. Результаты измерения азимутального угла

ОДНОГО из таких самолетов показаны на рис. 5.19-5.21. Самолет летал со скоростью около 80 м/с на средней дальности 3,36 км.

Цена младшего разряда шестнадцатиразрядных датчиков углов поворота азимутальной и угломестной осей была равна lO** рад по углу поворота вала. Следовательно, относительно углов поворота оптической оси локатора цена младшего разряда датчиков равнялась соответственно Ю-"* и 2-10-* рад по азимуту и по углу места. При этом на линейной зоне одного квадранта пеленгационной характеристики приемного устройства (см. рис. 5.15) укладывалось 10 угловых дискретов датчиков азимутальной оси и 5 дискретов датчиков угломестной оси. Анализ результатов, представленных на рис. 5.20, 5.21, показывает, что ошибка измерения угловых координат равнялась приблизительно угловой цене младшего разряда датчиков как по азимутальной, так и по угломестной осям.

4. Лазерный локатор NASA, сопряженный с радиолокационной станцией [70], расположен на острове Уоллопс (США) и предназначен для локации ИСЗ. Лазерная система смонтирована на угло-

\1,7Л

±гю рад

о 0,1 0,1 0.J 0,1 0,5 0,5 0J 0,8 0,91.с Рнс. 5.21. Результаты измерения угла Места