местной оси опорно-поворотного устройства радиолокационной станции. В вычислительное устройство станции вводятся данные об элементах орбиты ИСЗ, по которым вырабатываются сигналы начальной установки углового положения антенны и временного положения строб-импульса дальности приемного устройства радиолокационной станции. После обнаружения цели и перехода в режим се автосопровождения радиолокационными средствами включается лазерная система, основное назначение которой - высокоточное измерение дальности до цели. Радиолокационная информация о дальности используется для установки временного положения строб-импульса дальности в приемном устройстве лазерного локатора.

Радиолокационная станция типа AN/FPQ-6 обеспечивала при работе по геодезическим ИСЗ типа GEOS-I и GEOS-П измерение координат со средними квадратичными отклонениями ±2 м по дальности и ± 15" по угловым координатам с темпом поступления данных 20 Гц. Как показали эксперименты, применение лазерного локатора уменьшало ошибку измерения дальности до ± 1 м (среднее квадратичное отклонение). Радиолокационная станция A\7FPQ-6, работавшая в С-диапазоне, могла осуществлять слежение за целью с эффективной поверхностью рассеяния 1 м на дальностях более 1 тыс. км. Внешний вид станции показан на рис. 5.22. Диаметр параболического отражателя равен 8,8 м. В отражателе и.меются два отверстия диаметром по 36 см каждое, предназначенные для вывода и приема лазерного излучения. В верхнем отверстии установлен приемный телескоп диаметром 20 см, в качестве которого использован оптический визир радиолокационной станции, смонтированный позади антенны на угломестиой оси опорно-пово-

Рис. 5.22. Внешний вид радиолокационной станции AN/FPQ-6, сопряженной с лазерным локатором. Два рядом расположенных отверстия в антенне станции относятся к лазерному локатору. Верхнее - отверстие приемного телескопа, нижнее - отверстие лазерного передатчика

ротного устройства. В нижнем отверстии установлен телескоп передающего устройства диаметром 20,3 см.

В состав станции входит также цифровой вычислитель фирмы RCA. С его помощью производится вычисление координат ИСЗ в реальном масштабе времени.

Особого внимания заслуживает опорно-поворотное устройство станции AN/FPQ-6, выполненное по альтазимутальной схеме. Опорно-поворотное устройство покоится на гидравлическом подшипнике п приводится в движение гидравлическим приводом. Массивная конструкция опорно-поворотного устройства может нести дополнительный груз массой до 1 т на азимутальной платформе без ка-кого-либо.ухудшения параметров. Точность угловой установки опорно-поворотного устройства равна 10". Для измерения углов поворота осей используются девятнадцатиразрядные датчики с ценой младшего разряда 1,24". Зона однозначного отсчета равна при этом 0... 180°.

Передающее устройство лазерного локатора представляло собой лазер на рубине, работавший в режиме модулированной добротности с частотой повторения импульсов 1 Гц, энергией излучения в импульсе 1 Дж и расходимостью выходного излучения 5 мрад. Длительность импульса по уровню 0,5 равнялась 30 не. Режим модуляции добротности осуществлялся вращением призмы полного внутреннего отражения с частотой вращения 24 тыс. об/мин. Так же, как и в лазерно.м локаторе GSFC, формирование отдельного импульса излучения на временном интервале импульса накачки обеспечивалось пассивным просветляющимся затвором, в качестве которого была применена кювета с раствором криптоцианина в метаноле. Длительность выходного импульса лазера составляла при этом 30 НС.

Температура лазерной головки постоянно контролировалась и поддерживалась на заданном уровне автоматической системой термостабилизации. Активный элемент представлял собой рубиновый стержень длиной 152,5 м.м и диаметром 9,5 м.м.

Излучение лазера коллимировалось с помощью семнадцатикратного галилеевского телескопа. Его окуляр имел относительное отверстие 2 при фокусном расстоянии 2,5 см. Выходной объектив телескопа представлял собой многокомпонентную оптическую систему диаметром 20,3 см с фокусным расстоянием 44,5 см. На телескопе был установлен специальный быстродействующий вакуумный фотодиод типа FW-114A фирмы ITT, регистрировавший лазерное излучение, рассеянное поверхностью объектива. Сигнал с выхода фотодиода использовался как запускающий импульс счетчика нз-зерителя дальности. Для этого он обрабатывался с помощью амплитудного дискриминатора фирмы ORTEC (модель 463), который устранял амплитудные флуктуации. Угол расходимости излучения передатчика на выходе телескопа был выбран равным 0,5 мрад. Предполагается [70], что в дальнейшем этот угол будет уменьшен приблизительно в 10 раз до величины, определяемой точностью наведения опорно-поворотного ус-тройства.

Рис. 5.23. Схема приемного устройства лазерного локатора:

/ - ФЭУ; 2 - телевизионная камера; 3 - спектральный фильтр; 4 - диафрагма; 5 - выходной сигнал. ФЭУ; 6 - анодное напряжение; 7 - затвор ФЭУ

В качестве приемного телескопа был использо- JBaH оптический визир ра-"диолокационной CTanunHv £jj Оптическая схема прием-Ного устройства показана на рис. 5.23. Приемный телескоп имеет диа»етр

20 см и фокусное расстояние 203 см. С помощью перемещаемого отрицательного оптического компонента он может настраиваться на дальности от 61 м до бесконечности. Проходя через светодели-тельный куб, 70% принимаемого излучения фокусируется на фотокатод телевизионной камеры 2, а 30% выводится за пределы корпуса визира и, проходя через спектральный фильтр 3 и диафрагму 4, фокусируется на фотокатод 1. Между телевизионной камерой 2 и светоделительным кубом может вводиться дополнительная оптическая система, уменьшающая эквивалентное фокусное расстояние телескопа до 101,5 см. ФЭУ имеет три электрода. С одного из них снимается выходной сигнал, на другой подается высокое напряжение для питания анодной системы ФЭУ, а на третий электрод (затвор) подается запирающее напряжение, предотвращающее перегрузку ФЭУ при сильных фоновых засветках.

Как отмечалось в {70], описанная схема обладает рядом недостатков, которые в дальнейшем предполагается устранить. Прежде всего, узкополосный спектральный фильтр 3 не имел достаточной температурной стабильности. Его температурный коэффициент равнялся 0,02 нм/°С. Поэтому для работы в диапазоне температур 50°С приходилось выбирать ширину полосы пропускания фильтра не менее 1 нм. В условиях дневных фоновых засветок это приводило к существенному ухудшению чувствительности приемного устройства.

Затем, фокусировка принимаемого излучения на фотокатод ФЭУ, как выяснилось, приводила к нежелательным последствиям, выражавшимся в уменьшении чувствительности из-за неодинаковой квантовой эффективности различных участков фотокатода. Устранить указанный недостаток мол<но либо расфокусировкой принимаемого пучка, либо с помощью призмы полного внутреннего отражения.

Кроме того, фокусировка принимаем.ого излучения на спектральный фильтр 3 приводит к уширению его полосы пропускания (для интерференционных фильтров). Дело в том, что наклонное падение 204

ватиаста

Старт

Д Стоп

К ротоприемнпму устройству

Разпеш.аюшм-й импульс -/Код далености или /сшидли 9а.льности

Истаиовка кода дальности

,-П.

/<о ошибки дальности

Установ/<а С, и

Рис. 5.24. Схема устройства измерения дальности:

/ - счетчик дальности; 2 - управляемый счетчик; 3 - стробируемый регистр; 4 - цифроаиа-логовын преобразователь; 5 - преобразователь «напряжение - частота» ; S - интеграторы; 7 - вычислитель; в - синхронизатор; 9 - устройство формирования строб-импульса дальности: - переключатель; /J-схема совпадений

ВОЛНЫ на интерференционный фильтр приводит к сдвигу резонансной частоты в коротковолновую область. В рассматриваемом случае угол при вершине конуса сходящихся лучей около 3°, что на длине волны 0,69 мкм соответствует минимальной ширине полосы пропускания 0,3 нм.

Электрический импульс с выхода ФЭУ обрабатывается с целью устранения амплитудных флуктуации и поступает в устройство из-а:ерения дальности. Упрощенная схема этого устройства показана на рис. 5.24. Оно интересно прежде всего тем, что в нем применена аналого-цифровая схема слежения за дальностью. В состав устройства измерения дальности входят быстродействующий счетчик 1 фирмы Hewlett -Packard модели 5360А, вычислитель 7 фирмы RC.A. модели 4101, а также другие блоки, показанные на рис. 5.24. При работе локатора возможны два режима измерения дальности-рел<им измерения временной задержки и режим слежения за дальностью. Связи, относящиеся ко второму режиму, показаны на рис. 5.24 пунктирными линиями. Рассмотрим сначала режим измерения временной задержки. При этом счетчик 1 предварительно устанавливается в нулевое состояние, переключатель 10 пропускает на вход устройства формирования строб-импульса дальности 9 только код с выхода счетчика /, а все связи, обозначенные пунктирной линией, не задействованы. В момент генерации импульса излучения лазера формируется стартовый импульс, запускающий счетчик дальности 1. Отраженный от цели лазерный импульс, зарегистрированный фотонриемным устройством, останавливает работу счетчика 1. При этом на выходе последнего формируется код дальности, который вводится в вычислитель 7 и в устройство формирования строб-импульса дальности 9. Это устройство представляет собой реверсивный счетчик, на счетный вход которого поступают импульсы от синхронизатора 8. Длительностью этих импульсов определяется длительность строб-импульса дальности. В рассматриваемом устройстве можно было устанавливать дли-

тельность строб-импульса в 100, 50 и 10 мкс. Кроме того, лазерный локатор мог работать вообще без строб-импульсов, а также с перестраиваемым строб-импульсом длительностью менее 10 мкс.

Таким образом, в режиме измерения временной задержки строб-импульс для последующего принимаемого лазерного импульса устанавливается по результатам измерения дальности в предыдущей момент времени. За время между двумя последующими лазерными импульсами (1 с) дальность до цели успевает заметно измениться, так что в реальной ситуации установить длительность строб-импульса менее 50 мкс оказывалось невозможным.

Для того, чтобы можно было устанавливать более короткий строб-импульс и, таким образом, повысить чувствительность приемного устройства, был разработан режим слежения за дальностью. Следящий режим начинался только после регистрации шести последовательных достоверных отраженных лазерных импульсов. Импульс считался достоверным, если во времени он совпадал со строб-импульсом. Факт достоверности регистрировался схемой совпадений и.

Режим слежения за дальностью начинается установкой в управляемом счетчике 2 кода упрежденного значения дальности на последующий момент времени. Код дальности с выхода управляемого счетчика 2 устанавливает начальное состояние счетчика дальности / и вводится в устройство формирования строб-импульса дальности 9. При этом счетчик дальности / работает уже в реверсивном режиме. Приходящий стартовый импульс от лазерного передатчика начинает счет, в процессе которого записанное в регистре счетчика 1 число уменьшается. Отраженный от цели лазерный сигнал формирует стоп-импульс,* останавливающий реверсивный счет. В результате на выходе счетчика дальности 1 фиксируется код числа, равного разности между первоначально записанным упрежденным значением дальности и истинным значением дальности на данный момент времени. Этот код поступает в вычислитель 7 для регистрации и в цифроаналоговый преобразователь 4 через открытый стробируемый регистр 3. Поступление кода ошибки дальности в устройство формирования строб-импульса дальности 9 блокируется переключателем 10. В течение промежутка времени между двумя последующими циклами измерений (1с) на вход преобразователя 5 поступает аналоговый сигнал с выхода второго интегратора 6, пропорциональный изменению дальности до цели относительно предыдущего момента измерения. Кроме того, в преобразователь 5 вводится аналоговый сигнал поправки на скорость изменения дальности R, поступающий из вычислителя 7. На входе преобразователя 5 генерируется последввательность импульсов, частота следования которых пропорциональна амплитуде входного аналогового сигнала. Эти импульсы поступают на вход реверсивного счета управляемого счетчика 2, уменьшая записанное в нем число на величину, пропорциональную ошибке измерения дальности в данный момент времени. Таким образом, происходит замыкание обратной связи аналого-цифровой системы слежения за дальность)*».

Рис. 5.25. Траектория движения ИСЗ

Если постоянные времени аналоговой цепи подобраны правильно, а реверсивный счет в управляемом счетчике 2 идет значительно быстрее, чем изменяется аналоговый сигнал, то ошибка измерения дальности стремится к нулю. В результате в устройство формирования строб-импульса дальности 9 вводится точное значение дальности на данный момент времени. Это, в свою очередь, позволяет сформировать короткий строб-импульс (менее 10 мкс) и увеличить чувствительность приемного устройства.

Для точного слежения за дальностью необходима аналоговая петля обратной связи второго порядка, при условии, что реверсивный счет в управляемом счетчике 2 происходит значительно быстрее, чем изменяется дальность до цели. В самом деле, рассмотрим траекторию движения ИСЗ (рис. 5.25). Из элементарных геометрических соотношений следует

Tpaemopuir локатор

/? (О = + - 2хр cos 6 (t),

где р - радиус Земли; x = p-Я; Я -высота полета ИСЗ. Принимая во внимание, что в() «С 1, получаем

R (t) = /?о - -pSoW -f x?<>fit\

где Rq и во - начальные значения соответственно дальности до цели и угла 0(0; - угловая скорость вращения ИСЗ вокруг центра траектории О (для круговой орбиты). Таким образом, если начальная ошибка измерения дальности равна бо, то в промежутках между двумя последовательными моментами измерений она изменяется по закону

где С\ и Сг - постоянные коэффициенты. Для того, чтобы аналоговый сигнал, поступающий на вход преобразователя 5, изменялся по такому закону, применены два аналоговых интегратора 6 (см. рис. 5.24).

Экспериментальные результаты были получены при локации ИСЗ GEOS-II. В первом эксперименте проводка длилась 6 мин, в течение которых GEOS-II прошел через точку траектории, минимально удаленную от точки стояния локатора. Частота ложных тревог в тракте приемного устройства лазерного локатора была измерена с помощью дополнительного счетчика, подключенного к выходу фотоприемного канала. Она оказалась равной 3-10 имп/с. В пер-