Локаційні лазерні пристрої
Локаційні лазерні пристрої – пристрої, призначені для вимірювання відстані з великою точністю та швидкістю. Поява лазерів та розвиток комп'ютерних технологій стало поштовхом до появи лідерів. Поняття лідер уперше з'явилася в роботі Міддлтона та Спілхауса «Метеорологічні інструменти» 1953 року.
Лідар - технологія отримання та обробки інформації про віддалені об'єкти за допомогою активних оптичних систем, що використовують явища відображення світла та його розсіювання в прозорих та напівпрозорих середовищах, - лазерні локатори, що використовуються для зондування товщі моря, морської та земної поверхні, атмосфери.
Принцип дії
Принцип дії лідара немає великих відмінностей від радара: спрямований промінь джерела випромінювання відбивається від цілей, повертається до джерела і вловлюється високочутливим приймачем (у разі лідара — світлочутливим напівпровідниковим приладом); час відгуку прямо пропорційно відстані до мети. Крім імпульсного методу вимірювання дистанції застосовується фазовий, заснований на визначенні різниці фаз посилаються і приймаються модульованих сигналів.
На відміну від радіохвиль, що ефективно відбиваються тільки від досить великих металевих цілей, світлові хвилі схильні до розсіювання в будь-яких середовищах, у тому числі в повітрі, тому можливо не тільки визначати відстань до непрозорих (відбивають світло) дискретних цілей, а й фіксувати інтенсивність розсіювання світла в прозорі середовища. Відбитий сигнал, що повертається, проходить через те ж розсіююче середовище, що і промінь від джерела, піддається вторинному розсіюванню, тому відновлення дійсних параметрів розподіленого оптичного середовища - досить складне завдання, розв'язуване як аналітичними, так і евристичнимиметодами.
Лідар як прилад є, як мінімум,
активний далекомір оптичного діапазону. Скануючі лідери в системах машинного зору формують двовимірну або тривимірну картину навколишнього простору. «Атмосферні» лідары здатні не тільки визначати відстані до непрозорих цілей, що відбивають, а й аналізувати властивості прозорого середовища, що розсіює світло.
Різновидом атмосферних лідерів є доплерівські лідери, що визначають напрямок і швидкість переміщення повітряних потоків у різних шарах атмосфери.
Розсіювання світла у атмосфері відбувається як молекулами повітря (Релеївське розсіювання), і частками аерозолю. Таким чином, наявність аерозолю в атмосфері збільшує сигнал зворотного розсіювання порівняно з чистою атмосферою, і концентрація аерозолю може бути визначена як функція відстані та інтенсивності сигналу на фоні чистої атмосфери.
Лазерна головка генерує короткі імпульси випромінювання на довжинах хвиль 1064, 532 і 355 нм, які колімуються та вузьким променем прямують в атмосферу.
Блоки живлення та контролю забезпечують накачування активного елемента лазера та керують лазером.
Двоконтурний автономний блок охолодження необхідний охолодження активного елемента лазера. У внутрішньому контурі використовується дистильована вода, у зовнішньому контурі – хладон-12.
Випромінювання лазера, розсіяне аерозолем атмосфери у зворотному напрямку, потрапляє на приймальну апертуру телескопа та фокусується на вхідному вікні чотириканального аналізатора (фотоприймального блоку).
Основними елементами аналізатора є 4 фотопомножувачі (ФЕУ), які є детекторами випромінювання. Для живлення ФЕУ використовуються високовольтні джерела живлення, а для живлення підсилювачів та термоелектричниххолодильників ФЕУ – низьковольтні джерела живлення.
Сигнали з виходу ФЕУ надходять до двоканальних аналого-цифрових перетворювачів АЦП, встановлених у слот комп'ютера. Оцифровані за допомогою АЦП вихідні аналогові сигнали ФЕУ направляються в пам'ять РС для збереження та подальшої первинної та вторинної (тематичної) обробки.
Для вирішення кожного конкретного атмосферного завдання використовується конкретна схема лідара. Однак у всіх випадках у лідері неодмінно присутні три основні блоки: лазерне джерело випромінювання з передавальною антеною; приймальна антена з фотодетектором; реєстратор лідарних сигналів Для багатьох атмосферних завдань необхідно селектувати зібраний приймальною антеною лідарний сигнал спектральними частотами і поляризації. У цих випадках на виході приймальної антени лідара встановлюють аналізатори спектру або поляризації оптичного сигналу, що приймається. Отже, до основних блоків лідара можна віднести аналізатори спектру або поляризації лідарного сигналу. Крім того, реєстрація таких процесів, що швидко протікають, яким є лідарний сигнал, неможлива без використання швидкодіючих процесорів. Як правило, для цих цілей використовують сучасні комп'ютери, які дозволяють не лише обробляти, зберігати та візуалізувати лідарні дані, але й контролювати параметри та керувати всіма компонентами лідара в автоматизованому режимі. Таким чином, узагальнену схему сучасного лідара можна представити п'яти основних блоків, що складається.
Основні блоки лідара
Лідар LSA-2c призначений для оперативного дистанційного аналізу характеристик атмосферного аерозолю за допомогою лазера, що працює на довжинах хвиль 1064 та 532 нм.
У сучасному світі існують мобільні лідарні системи, яківстановлюються на автомобільні та авіаційні платформи, такі системи широко потрібні військовими, метеорологічними та багатьма іншими службами. Також нещодавно було створено лідера, який дозволяє отримати тривимірне зображення.
Лідар дозволяє отримати тривимірне зображення.
Лазерна локація Місяця
Відбивач Лунохода-1 у перші півтора роки роботи забезпечив близько 20 спостережень, але потім його точне положення загубилося, і знайти його досі не вдалося.
Принцип вимірювання
Лазер випромінює сигнал у телескоп, спрямований на відбивач, при цьому точно фіксується час, коли сигнал був випромінюваний. Частина фотонів від початкового сигналу повертається на детектор з метою зафіксувати початкову точку даних. Площа пучка від сигналу лежить на поверхні Місяця становить 25 км² (площа кутових відбивачів у своїй — приблизно 1 м на 1м). Відбите від приладу на Місяці світло протягом однієї секунди повертається в телескоп, далі проходить через систему фільтрації для отримання фотонів на потрібній довжині хвилі і для відсіву шумів.
Точність спостережень
З 1970-х років точність вимірювання відстані збільшилася з кількох десятків (близько 40) до кількох (близько 2-3) сантиметрів.
Точність виміру часу в теперішньому — близько 30 пікосекунд (що відповідає приблизно двом сантиметрам точності вимірювання відстані)
Список літератури
1. Дальноміри. Принцип лазерної далекометрії http://www.opticland.ru/articles.php? >
2. Лазерна локація Місяця http://ua.wikipedia.org/wiki/Лазерна_локація_місяця
3. Спостереження навколоземних космічних об'єктів http://www.stso.net/docs/blagodyr1.html
4. Однією з важливих областей застосування лазерної локаціїє супутникова геодезія http://anlas.at.ua/index/0-5
5. українське світло в космосі (Лазерні далекоміри) http://www.zabor.com/space/projects/slr.html
6. Фізичні основи лазерної локації http://www.laserlocation.ru/chapter3.html