Оптическое приемно-передающее устройство

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s>)s G 01 W 1/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

О

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3528133/23 (22) 23,12.82 (46) 15,09.92. Бюл. N 34 (71) Институт оптики атмосферы ТФ СО АН

СССР (72) А.И.Гришин и В,П.Галилейский (53) 621.396.965:629.7.05(088.8) (56) Заявка ФРГ N 1853594, кл. G 01 W 1/00, 1980.

Проблемы дистанционного зондирования атмосферы. Сборник статей. СО АН

СССР, Институт оптики атмосферы. Томск, 1976, с. 25. (54)(57) ОПТИЧЕСКОЕ ПРИЕМОПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее передат"чик излучения и приемник, включающий объектив, полевую диафрагму и фотодетектор, соединенный с блоком регистрации, соединенным с блоком обработки сигнала, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что. с целью увеличения дальности зондирования путем минимизации фоновых засветок на входе фотодетектора. объектив выполнен в виде анаморфотной оптической системы из длинИзобретение относится к светолокационной технике и может быть использовано в оптической дальнометрии и при метеорологических измерениях.

Известно оптическое приемопередающее устройство, состоящее из передатчика и приемника оптического излучения. блоков регистрации и обработки принятого сигнала.

Недостатком этого устройства является потеря информативности сигнала, особенно в ближней зоне. так как сжатие динамического диапазона осуществляется путем "вы„„Я „„1112907 А1 нофокусного и короткофокусного элементов, при этом оптическая ось передатчика излучения совмещена с плоскостью симметрии объектива параллельной образующей цилиндрической поверхности длиннофокусного элемента, а фокусные расстояния элементов объектива связаны соотношением

Ф

fz L, уь

Г1 2(р — у () где f1 и f2 — фокусные расстояния соответственно длиннофокусного и короткофокусного элементов объектива;

L — теневая эона локатора — расстояние от локатора до точки, где луч передатчика полностью входит в поле зрения приемника;

P — расстояние между осями приемника и передатчика в месте их расположения; уЪ вЂ” расходимость излучения передатчика; у — угол между оптическими осями пр;;емника и передатчика. резания" из поперечного сечения светового луча полезного сигнала.

Наиболее близким по своей техчической сущности является оптическое приемопередающее устройство с оптимальными параметрами. Это оптическое приемопередающее устройство содержит расположенные в непосредственной близости один от другого передатчик и приемник излучения.

Оптические оси приемника и передатчика пересекаются. В состав приемника излучения входят объектив, состоящий из элеметов -сферической оптики, полевая

1112907

15

50

55 диафрагма и фотодетектор, соединенный с блоком регистрации, связанным с блоком обработки сигнала. С помощью указанного объектива и полевой диафрагмы формируется поле зрения приемной системы.

Однако в указанном приемопередающем устройстве недостаточная степень подавления фоновых помех на входе детектора и, как следствие этого, недостаточная дальность зондирования

Цель изобретения — увеличение дальности зондирования в условиях фоновых помех путем их минимизации на входе фотодетектора, Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем передатчик излучения и приемник, включающий объектив, полевую диафрагму и фотодетектор, соединенный с блоком регистрации, связанным с блоком обработки сигнала, объектив выполнен в виде анаморфотной оптической системы из длиннофокусного и короткофокусного элементов, при этом оптическая ось передатчика излучения совмещена с плоскостью симметрии объектива параллельной образующей цилиндрической поверхности длиннофокусного элемента, а фокусные расстояния элементов объектива связаны соотношением 2, ДЪ

f1 2ф-у 1о) где fi и f2 — фокусные расстояния соответственных длиннофокусного и короткофокусного элементов объектива;

L, — теневая зона локатора, то есть, расстояние от локатора до точки, где луч передатчика полностью входит поле зрения приемника;

po — расходимость луча передатчика;

P — расстояние между осями передатчика и приемника излучения;

) — угол между оптическими осями передатчика и приемника излучения.

На фиг.1 приведена схема расположения элементов предлагаемого приемопередающего устройства; на фиг.2 — схема, иллюстрирующая принцип работы предлагаемого устройства; на фиг.3 — блок схемы устройства.

Приемопередающее устройство содержит передатчик 1 излучений, приемник 2 излучения, состоящий из длиннофокусного формирующего элемента объектива — анаморфота 3, короткофокусного формирующего элемента объектива-анаморфота 4, полевой диафрагмы 5, фотодетектора 6, соединенного с блоком регистрации 7, связанным с блоком 8 обработки сигнала. Одна из плоскостей симметрии приемника при

45 пересечении с цилиндрической поверхностью длиннофокусного формирующего элемента объектива-анаморфота образует прямую линию. Приемник 2 и передатчик 1 расположены в непосредственной близости один от другого, причем оптическая ось передатчика расположена в плоскости симметрии приемника, которая параллельна цилиндрической поверхности длиннофокусного формирующего элемента объективаанаморфота 3.

Устройство работает следующим образом (см. фиг.2), С помощью передатчика 1 формируются световые импульсы, которые распространяются вдоль оптической оси передатчика и рассеиваются от лоцируемых объектов, расположенных нэ пути распространения этих импульсов. Рассеянное назад излучение поступает на обьектив приемника 2. В приемной системе формируются различные по величине углы. поля зрения в двух взаимноперпендикулярных направлениях, совпадающих с плоскостями симметрии указанного объектива. В плоскости, проходящей через оптические оси приемника и передатчика, формируется наибольшее значение угла поля зрения, а в ортогональной плоскости— величина поля зрения, совпадающая с углом расходимости лоцирующего пучка (позицией 9 обозначено поперечное сечение передаваемого пучка).

Угол раскрытия приемника в плоскости,, проходящей через оптические оси приемника и передатчика представлен соотношением

Мх) 2 (-о а в плоскости ей ортогональной о — =фо

fi

На фиг.2 изображено взаимное расположение приемника и передатчика и сечение поля зрения приемной системы 10 для двух моментов времени t> и tz. Пунктиром показано сечение поля зрения приемной системы известного устройства. На фиг.2 видно, что площадь поперечного сечения поля зрения предлагаемого устройства меньше, чем у известного. Следовательно и величина телесного угла приемной системы у предлагаемого устройства на фиксированной дальности меньше, чем у известного. Так как величина фоновых помех, поступающих на вход фотодетектора, пропорциональна величине. телесного угла приемника, то на вход фотодетектора в предлагаемом устройстве поступает меньше фоновых помех, чем у известного. Дальность локации обратно

1112907 пропорциональна величине фоновых засве- () ток, поступающих на вход фотодетектора, поэтому предлагаемое устройство позволяет в условиях фоновых засветок (например Из выражения (5) следует, что с уменьднем) увеличить дал ьность локации по срав- 5 шением фоновой засветки дальность зондинению с известным. рования возрастает. В свою очередь, Работа устройства в целом показана на мощность фоновой засветки приемной сисфиг.З. темы пропорциональна величине поля зреФормируемый передатчиком 1 мощный ния приемной системы, см. выражение(3). В импульс, рассеивается в атмосфере и час- 10 предлагаемом устройстве в результате притично попадает на приемное устройство 2, менения анаморфотной оптической систеДалее сигнал направляется в блок регистра- м ы, о р и е н ти ро в а н н о и оп редел е н н ы м ции 7 и затем в блок 8 обработки. Регистра- образом по отношению к передатчику изтор представляет собой аналого-цифровой лучения, поле зрения приемной системы преобразователь, работающий в реальном 15 представляет собой телесный угол, оптимимасштабе времени и удовлетворяющий па- зированный по отношению к размерам лораметрам сигнала по временному разреше- цируемого пучка. Сравнивая между собой нию и динамике (например Ф-?077), B телесные углы поля зрения приемных сискачестве блока обработки может быть ис- тем известного и предлагаемого устройства пользован вычислительный комплекс наба- 20 (см. фиг.2), можно определить во сколько зе любой серийно выпускаемой ЦВМ раз величины фоновых засветок, поступаю(например "Электроника-60) и программно щих на вход фотодетектора отличаются одреализующий алгоритм обработки данных в на от другой зависимости от типа решаемой задачи (наК= — =— пример вычисление прозрачности атмосфе- 25 Т2 S2 ры, расчет метеорологической дальности где Т1 и Tz — соответственно телесный угол видимОСти и т.д.), поля зрения известного и предлагаемого

Мощность засветки на входе фотоде- устройств; тектора определяется выражением St и Я2 — площадь сечения поля зрения

P(t) = P (t) + N, . (2) 30 известного и предлагаемого устройств соот.где Po(t) — мощность обратно рассеянного ветственно на одинаковом удалении от лоизлучения — сигнала; като ра.

N — мощность фоновой засветки. Для известного устройства при равенстВ свою очередь, уровень фоновой за- ве угла зрения приемной системы двум знасветки определяется как 35 чениям угловых размеров лоцируемого пучка

И= а.д ЛЛ К В„ (3) величина St, определяется S< = 4 тг г2 = 12 Р где Q- телесный угол поля зрения приемни- где r — радиус сечения лоцируемого пучка.

Площадь сечения поля зрения предлаА — площадь входной апер уры прием- гаемого устройства может быть Оценена по расчетам описанного прямоугольника вокЛJ спектральный интервал; руг фигуры сечения, при этом зта оценка

К вЂ” коэффициент пропускания прием- несколько завышена ного телескопа для длины волны Я; Яг =8r,  — спектральная яркость участка не- Таким образом, величина К для этих усбосвода в зондируемом направлении. 45 ловий составляет 1,5, т.е, во столько раз в

Дальность локации определяется из предлагаемом устройстве величина фоноурэвнения лазерной локации вых засветок на входе фотодетектора меньше.

Примером реализации данного устройК ФП т2 ства является оптический локатор, состояК г (4) 50 щий из приемника и передатчика излучения.

В состав передатчика входит источник где К вЂ” аппаратурная константа; излучения и передающая антенна. В качестВи — коэффициент обратного рассея- ве источника излУчениЯ может быть использован оптический квантовый генератор

Н

Т вЂ” коэффициент пропускания атмосфе- АРЗНИ-207, а в качес е передающей антенны — зеркально-линзовый объектив типа

К вЂ” дальность зондирования. MTO-1000, Приемник излучения состоит из

Из соотношения р) и (4) нэхо ят макс - объектива, полевой диафРэгмы и фотодетектора. В качестве обьектива приемника могут

Kmax =

1112907 использоваться цилиндрические линзы с

-- 280 мм. фокусными расстояниями f = 1200

Полевая диафрагма представляет собой отве т круглое(1 мм) или прямоугольно (1 1 ) рстие в непрозрачном экране, кото ы установлен в ф л н в фокальной плоскости и иемного о.бь ектива на его оптической оси. В качестве ото ет ф д ектора может использоваться фотоэлектронный умножитель ФЭУ5 0 боль редлагаемое устройство б о ладает в условиях аеи дальностью локации фоновых засветок при одина ковых весогабаритных характеристика, х, чем прототип.

1112907

Составитель

Редактор Е.Гиринская Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор И.Муска

Заказ 4062 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина, 101