CC BY
378
ПРИЧИНЫ НЕКОРРЕКТНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ДАЛЬНОСТЕЙ С ПОМОЩЬЮ ЛАЗЕРНЫХ ДАЛЬНОМЕРОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В ВООРУЖЁННЫХ СИЛАХ
Виталий Александрович Войновский
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, старший преподаватель кафедры специальных устройств и технологии, тел. 89139824068, e-mail: voynovskiy@mail.ru
Андрей Владимирович Купцов
Военный учебно-научный центр Сухопутных войск «Общевойсковая академия Вооруженных Сил Российской Федерации» (филиал г. Новосибирск), 630117, Россия, г. Новосибирск, ул. Иванова, 49, доцент кафедры тактики (и управления войсками), кандидат военных наук, тел. 89833226542, e-mail: mak 95@inbox.ru
В статье рассмотрены возможные причины некорректных измерений дальностей до целей с использованием лазерных дальномеров состоящие на вооружении Вооружённых Сил и возможные пути их решений.
Ключевые слова: лазерный дальномер, помеха.
THE REASONS OF INCORRECT METERING OF RANGE WITH THE HELP OF LASER RANGE FINDERS, USING IN THE ARMED FORCES
Vitaliy A. Voynovskiy
The Siberian State Academy of Geodesy, 10, Plakhotnogo Str., Novosibirsk, 630108, Russia, senior tutor of the department of Special Devices and Technology, tel. 89139824068, e-mail: voynovskiy@mail.ru
Andrey V. Kuptsov
Military Educational-Research Centre of Ground Forces «Combined Arms Military Academy of the Armed Forces of the Russian Federation» (Novosibirsk branch), 630117, Russia, 49, Ivanov Str., Novosibirsk, associate professor of the Department of tactics (and control of the troops), candidate of Military Sciences, tel. 89833226542, e-mail: mak_95@inbox.ru
The paper discusses probable reasons of incorrect measuring of ranges of fire with laser range finders, adopted in the Armed Forces and some possible ways of solutions.
Key words: laser range finder, impediment.
Современные условия ведения боевых действий характеризуются скоротечностью, высокой маневренностью подразделений, их огневой и тактической самостоятельностью. По мере развития боевых действий противоборствующие стороны несут потери в силах и средствах, нарушается система управления подразделениями. При этом успеха в бою достигает сторона, имеющая универсальное и более точное оружие. Одним из основных вспомогательных средств, обеспечивающих высокую эффективность как наступательных, так и оборонительных операций, были и остаются средства наблюдения и измерения дальностей до целей.
Лазерная дальнометрия является одной из первых областей практического применения лазеров в военной технике. Лазерный дальномер - прибор для измерения расстояний. Основан он на измерении времени прохождения волн соответствующего диапазона от дальномера до второго конца измеряемой линии и обратно.
Лазерные дальномеры давно нашли своё применение во многих родах войск и других сферах деятельности, а повышение точности измерений является одной из основных задач науки и техники, поэтому изыскиваются новые пути решения этой проблемы.
Современные лазерные дальномеры в большинстве случаев компактны и позволяют в кратчайшие сроки и с большой точностью определить расстояния до интересующих объектов. Для решения разных задач применяются различные типы дальномеров, но, как ни разнились сферы применения, всех их объединяет одно - необходимость в точном определении расстояния. Можно отметить что ошибки, которые приводят к неточности в определении расстояния при решении разных задач, в большинстве своем, одни и те же. Но методы, которые применяются для их исправления, зачастую, имеют большие отличия.
В основе лазерной локации, так же как и в радиолокации лежат три основных свойства электромагнитных волн:
1) Способность отражаться от объектов. Цель и фон, на котором она расположена, по-разному отражают упавшее на них излучение. Лазерное излучение отражается от всех предметов: металлических и неметаллических, от леса, пашни, воды. Более того, оно отражается от любых объектов, размеры которых меньше длины волны, лучше, чем радиоволны. Это хорошо известно из основной закономерности отражения, по которой следует, что чем короче длина волны, тем лучше она отражается. Мощность отраженного в этом случае излучения обратно пропорциональна длине волны в четвертой степени. Лазерному локатору принципиально присуща и большая обнаружительная способность, чем радиолокатору - чем короче волна, тем она выше. Поэтому-то и проявлялась по мере развития радиолокации тенденция к перехода от длинных волн к более коротким. Однако изготовление генераторов радиодиапазона, излучающих сверх короткие радиоволны становилось все труднее и труднее, а затем вовсе зашло в тупик. Создание лазеров открыло новые перспективы в технике локации.
2) Способность распространяться прямолинейно. Использование узконаправленного лазерного луча, которым проводится просмотр пространства, позволяет определить направление на объект(пеленг цели). Это направление находят по расположению оси оптической системы, формирующей лазерное излучение. Чем уже луч, тем с большей точностью может быть определен пеленг. Простые расчеты показывают - чтобы получить коэффициент направленности около 1.5, при использовании радиоволн сантиметрового диапазона, нужно иметь антенну диаметром около 10м. Такую антенну трудно поставить на танк, а тем более на летательный аппарат. Она громоздка и нетранспортабельна. Нужно использовать более короткие волны.
3) Способность лазерного излучения распространяться с постоянной скоростью дает возможность определять дальность до объекта. Так, при импульсном методе дальнометрирования используется следующее соотношение:
(1)
где L - расстояние до объекта, с - скорость распространения излучения, t - время прохождения импульса до цели и обратно.
Рассмотрение этого соотношения показывает, что потенциальная точность измерения дальности определяется точностью измерения времени прохождения импульса энергии до объекта и обратно. Совершенно ясно, что чем короче импульс, тем лучше.
Принцип действия лазерного дальномера состоит в следующем - посылаемые прибором лучи лазера, невидимого для глаза, отражаются от цели и возвращаются обратно. Далее встроенный микроконтроллер вычисляет расстояние, которое зависит от времени с момента отправки лазерного импульса до момента приема его после отражения. Лазеры, установленные в дальномерах, работают в инфракрасном диапазоне длин волн и их излучение не видно глазу. Различают три метода измерения дальности в зависимости от того, какой характер модуляции лазерного излучения используется в дальномере: импульсный фазовый или фазо-импульсный. Сущность импульсного метода дальномет-рирования состоит в том, что к объекту посылают зондирующий импульс, он же запускает временной счетчик в дальномере. Когда отраженный объектом импульс приходит к дальномеру, то он останавливает работу счетчика. По временному интервалу (задержке отраженного импульса) определяется расстояние до объекта. Погрешность такого метода измерения 30см.
При фазовом методе дальнометрирования лазерное излучение модулируется по синусоидальному закону с помощью модулятора (электрооптического кристалла, изменяющего свои параметры под воздействием электрического сигнала). Обычно используют синусоидальный сигнал с частотой 10... 150 МГц (измерительная частота). Отраженное излучение попадает в приемную оптику и фотоприемник, где выделяется модулирующий сигнал. В зависимости от дальности до объекта изменяется фаза отраженного сигнала относительно фазы сигнала в модуляторе. Измеряя разность фаз, определяют расстояние до объекта.
Известно из практики, предельные дистанции работы дальномеров, заявленные производителями, носят условный характер. Качество и возможность проведения замера зависят от очень многих факторов, которые можно разделить на положительные и отрицательные. Максимальные результаты достигаются только при наличии всех положительных факторов.
1) Положительные факторы: крупный объект; поверхность объекта ровная и плотная, поверхность плоская, поверхность расположена перпендикулярно к линии замера (лучу лазера), поверхность светлая - в идеале белая, но не зеркальная. Атмосфера прозрачная, нет осадков, нет ясного солнца, на пути луча нет посторонних предметов. Дальномер зафиксирован - в идеале на штативе, линзы дальномера чистые, элементы питания заряжены.
2) Отрицательные факторы: мелкий объект; поверхность неровная, рыхлая, угол замера значительно отличается от прямого, поверхность тёмная - хуже всего чёрная. Зеркала настолько точно отражают луч, что он остаётся узконаправленным и не попадает в объектив приёмника. Туман, пыль, дождь, снег, яркое солнце. Дальномер дрожит в руке, линзы загрязнены, батарейка разряжена.
Эти факторы одинаково влияют на любые лазерные дальномеры, любых производителей, поэтому многие разрабатывают специальные режимы, чтобы обойти отрицательные факторы, но полностью их влияния избежать не удаётся.
Наибольшей результативности лазерный дальномер добивается по целям, обладающим максимальным отражающим эффектом. Чем сильнее освещена поверхность визирования, тем хуже видно «точку» от луча. Это попросту означает, что «сигнал», который должен обработать дальномер, слаб. Заявленные точность и дальность в таких условиях, как минимум, не гарантированы. В солнечную погоду эффективность работы лазера снижается, а в темноте увеличивается. Ночью дальномеры без всяких дополнительных приспособлений способны определять сравнительно большие расстояния Идеальной средой для лазерного луча служит прозрачный воздух. Если же на улице туман или пыльно, то сигнал также будет слабеть. В ряде приборов предусмотрен режим “дождь” позволяющий игнорировать такие “ложные цели”. Неустойчивое положение дальномера так же влияет на точность измерения. Удерживая прибор в руках, большие дистанции измерить вряд ли удастся (устройство выдаст ошибку «вне диапазона измерений»). В таких случаях понадобится штатив. Немало важно и свойства поверхности визирования. Например, темные и шершавые покрытия хорошо поглощают излучение. Ну и, наконец, работа дальномера зависит от качества батареек - на “посаженных” источниках питания лазер не сможет дать нужный импульс.
Из всего вышесказанного можно сделать вывод: за счет использования лазерных дальномеров и совершенствования их функциональности, существенно расширятся возможности прибора, что в свою очередь способствует более качественному выполнению боевых задач. Но не стоит забывать и о защите от помех, которые в свою очередь не дают точно определить расстояние до цели. Некоторые виды лазерных дальномеров уже оборудованы специальным режимом, позволяющим мерить расстояние даже в непогоду (дождь), но даже и это
не спасает от погрешностей измерения. Следовательно, необходимо искать пути решения этой проблемы.
Всё это даёт полное основание и ещё раз подтверждает о необходимости и значимости дальнейших исследований влияния помеховых факторов на результат измерений лазерных дальномеров.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Защита от радиопомех / Под ред. М. В. Максимова. - М.: Советское радио, 1976. -
496 с.
2. Отт, Г. Методы подавления шумов и помех в электронных системах / Пер. с англ. -М.: Мир, 1979. - 318 с.
3. Харкевич, А. А. Борьба с помехами. - 2-е изд., доп. и перераб. - М.: Наука, 1965. —
276 с.
4. Хелд, Г. Технология передачи данных. - 7-е изд. - СПб.: Питер, 2003. - 720 с.
5. Т. П. Мишура, О. Ю. Платонов Проектирование лазерных систем Санкт-Петербург 2006. - 23 с.
6. Ю.Г. Якушенков, В.Н. Луканцев, М.П. Коловсов. Методы борьбы с помехами в оптико-электронных приборах - М.: 26 с.
© В.А. Войновский, А.В. Купцов, 2013
