CC BY
334
УДК 621.375.8
ЗАРУБЕЖНЫЕ ЛАЗЕРНЫЕ СИСТЕМЫ ДАЛЬНОМЕТРИРОВАНИЯ И ЦЕЛЕУКАЗАНИЯ
С.В. Утемов, Т.Ю. Смагина
Разработана информационная модель зарубежных лазерных систем дальнометрирования и целеуказания на основе систематизации, анализа и статистической обработки фактографических данных о принципах построения и основных технических характеристиках лазерных дальномеров и целеуказателей
Ключевые слова: лазерный дальномер, характеристики, гистограммы распределений
Функционирование современных оптикоэлектронных систем (ОЭС) разведки, прицеливания и сопровождения объектов трудно представить себе без использования лазерных дальномеров (ЛД) и дальномеров-целеуказателей (ЛДЦУ). Они обеспечивают точное измерение дальности и угловых координат объектов наблюдения, а в ряде случаев - и скорости их движения.
Пристальное внимание, уделяемое ЛД и ЛДЦУ за рубежом, важность решаемых ими задач (дально-метрирования, целеуказания, локации, навигации и др.) вызывают необходимость разработки информационной модели зарубежных ЛД и ЛДЦУ. Под информационной моделью ЛД (ЛДЦУ) подразумевается их систематизированное прогностическое описание в ожидаемых условиях применения.
В настоящее время абсолютное большинство работ [1-7] содержит сведения о принципах построения и основных технических характеристиках ЛД (ЛДЦУ), принципах измерения дальности и скорости лоцируемых объектов и методах повышения точности этих измерений. В то же время практически отсутствует статистический анализ этих сведений, позволяющий оценивать достигнутый уровень основных технических характеристик ЛД (ЛДЦУ) и прогнозировать направления развития зарубежных систем лазерного дальнометрирования и целеуказания.
Целью статьи являются систематизация и статистический анализ сведений об основных технических характеристиках зарубежных лазерных систем дальнометрирования и целеуказания на основе разработки базы данных (БД) и системы управления БД (СУБД).
Ранее в работе [8] разработаны структура и программное обеспечение единой БД и СУБД оптико-электронных систем, а в [9, 10]рассмотрены практические приложения применения БД и СУБД для приёмных систем предупреждения о лазерном облучении объекта и тепловизионных систем разведки, прицеливания и сопровождения объектов оператором. Данная статья является дальнейшим развитием этих практических приложений БД и СУБД [9, 10].
В основу построения БД о зарубежных ЛД (ЛДЦУ) положена реляционная модель, в которой
Утемов Сергей Владимирович - ВАИУ, канд. техн. наук, ст. науч. сотрудник, тел. (4732) 20-92-36 Смагина Татьяна Юрьевна - ВАИУ, соискатель, тел. (4732) 63-45-01 208
все данные, доступные пользователю, организованы в виде таблиц основных технических характеристик ЛД, а все операции над этими данными сводятся к операциям над этими таблицами. В БД использована технология «клиент-сервер». В качестве сервера выбрана СУБД Firebird, преимуществом которой являются минимальные требования к ПЭВМ, широкий спектр компонент и драйверов для разнообразных сред разработки, возможность обслуживания БД большого объёма. Клиентская часть СУБД написана с использованием среды разработки Borland Delphi 5 [8].
На рис. 1 приведён пример построения таблицы о ЛД (ЛДЦУ) по заданным параметрам.
|7 Группа [ лазерные дальномеры и целеуказатели ^|
&а\ > ш
(Характеристика | Условие | Значение 0
I длина волны излучения, мкм = 1.06
► частота измерения дальности, из м/мин ї 10 !
Название |длина волнь| частота изк|
► ALD-M2 1.06 30 □
ANMSQ-153(V) "Пэ 1.0Є 600
AN/GVS-5 1.06 30
AWFVS-G 1.0Є 30
AN/PVS-X 1.06 30
АРХ М54Є 1.06 30
CLASS 1.0Є 30
GA0-4 1.06 1 200 _ I
ZI
X Cancel |
Рис. 1. Пример построения таблицы о ЛД (ЛДЦУ) по заданным параметрам
Анализ принципов построения ЛД (ЛДЦУ) показал следующее. В настоящее время в абсолютном большинстве лазерных систем дальнометрирования используются импульсные методы измерения дальности [1-7]: моноимпульсный метод и метод накопления отражённых сигналов.
Моноимпульсный метод определения дальности до объекта основан на измерении временного интервала 1 между моментом излучения зондирующего лазерного импульса и моментом приёма отражённого от объекта импульса излучения лазера. В качестве источника излучения в системах этого типа используются твёрдотельные лазеры на рубине или алюмоиттриевом гранате с примесью неодима.
За последние десятилетия благодаря малым весам и габаритам, невысокой стоимости и возможности локации объектов с низким уровнем коэффициента отражения лазерного излучения всё большее применение в ЛД (ЛДЦУ) находят полупроводниковые лазеры. Работают такие дальномеры по методу накопления отражённых сигналов при многократ-
ном зондировании цели в импульсном режиме излучения лазера [11]. Этот метод подразумевает многократное зондирование цели, регистрацию смеси принятого сигнала и шума приёмного тракта и суммирование (накопление) результатов измерений. Аппаратурная реализация процедуры измерений с использованием этого метода обеспечивается средствами цифровой техники, в которых осуществляется аналого-цифровое преобразование принимаемого сигнала с дискретизацией его по времени и амплитуде, статистическая обработка полученных числовых массивов и принятие решения по результатам обработки.
Моноимпульсный метод и метод накопления отражённых сигналов - принципиальное, но не единственное различие между двумя классами импульсных дальномеров. Эти классы дальномеров отличаются мощностью и длительностью зондирующих импульсов, типом и конструктивным исполнением передающей оптической системы, схемой накачки лазера, принципами построения приё-мо-усилительного тракта, точностью измерений.
Обобщённая структурная схема импульсных ЛД (ЛДЦУ) показана на рис. 2, на котором введены следующие обозначения: 1 - лазер; 2 - передающая оптическая система; 3 - приёмная оптическая система; 4 - фотоприёмник; 5 - электронный блок обработки; 6 - пороговое устройство; 7 - усилитель-ограничитель; 8 - временной селектор; 9 - генератор тактовых импульсов; 10 - счётчик импульсов; 11 -дешифратор; 12 - индикатор дальности.
Рис. 2 - Структурная схема импульсного ЛД (ЛДЦУ)
Приёмная оптическая система 3 является одновременно визиром оператора. В схеме оптического визира перед окуляром обычно находится защитный светофильтр для предохранения глаз оператора от воздействия лазерного излучения при приёме отраженного от объекта импульса. Излучатель 1 и фотоприёмник 4 монтируются в одном корпусе. Для исключения ложных сигналов, отраженных от близлежащих предметов, временной селектор 8 снабжен схемой стробирования по дальности, действующей по установке оператора, от сотен метров до нескольких километров. Счётчик 10 подсчитывает число импульсов N генератора 9, следующих с периодом Т, за время 1. Дешифратор 11 преобразует число импульсов N в показания индикатора дальности 12 в соответствии с выражениями 1=№Г, Я=с1/2.
С использованием разработанных структуры и программного обеспечения автоматизированной БД и СУБД проведена статистическая обработка фактографических сведений об основных технических характеристиках зарубежных ЛД (ЛДЦУ). Обработка проводилась по характеристикам 209 образцов
лазерных систем дальнометрирования и целеуказания.
На рис. 3-6 представлены гистограммы распределения зарубежных ЛД (ЛДЦУ) по длинам волн (рис. 3), по частоте измерения дальности (рис. 4), по точности измерения дальности (рис. 5) и по длительности зондирующего импульса (рис. 6).
що т т т
юз
гоя
ад
syo
і—Г
X, мкм
Рис.3 - Гистограмма распределения зарубежных ЛД (ЛДЦУ) по длинам волн
80.0 то,о 60.0
50.0 ^ «.О
50.0
20.0 10.0 0.0
1 Г
<100
100-500
500-1000
нооо
f, шм./мин
Рис.4 - Гистограмма распределения зарубежных ЛД (ЛДЦУ) по частоте измерения дальности
80,0
50.0
40.0 : 30,0
20.0 10,0 0.0
_ _ Л гл _ — =_|
Рис.5 - Гистограмма распределения зарубежных ЛД (ЛДЦУ) по точности измерения дальности
т-
35,D
т
2S.0 * 2С.С H5v0
т -j—
w>-S
tw>
1-Ю
IQ-20
30-40
4Q-5G
50-60
100
1000
Рис.6 - Гистограмма распределения зарубежных ЛД (ЛДЦУ) по длительности зондирующего импульса
Анализ этих гистограмм показал следующее.
Абсолютное большинство (около 72 %) зарубежных ЛД (ЛДЦУ) работает на длине волны 1,06 мкм. Основной тенденцией развития лазерных средств дальнометрирования и целеуказания является переход на безопасную для глаз длину волны излучения ^=1,54 мкм (~ 15 %) и, в перспективе, на длину волны ^=10,6 мкм (~ 4 % в настоящее время). Кроме того, ЛД (ЛДЦУ), работающие на длине волны ^=10,6 мкм, совместимы с тепловизионными средствами и менее подвержены влиянию турбулентности атмосферы и снижению её прозрачности. Точность измерения дальности ~ 64% ЛД (ЛДЦУ)
составляет 4-5 м. В перспективе она может быть повышена до 1... 2 м. Частота измерения дальности у большинства (~ 73 %) ЛД (ЛДЦУ) составляет величину порядка 1,5.2 Гц (до 100 изм./мин.).
У современных ЛД (ЛДЦУ) длительность излучаемых импульсов лежит в диапазоне т=10.. .30 нс (~ 67 %). В перспективе для повышения помехоза-щизенности ЛД (ЛДЦУ) в условиях помех, вызванных отражениями от местных предметов, можно ожидать укорочения длительности импульса до единиц наносекунд (по данным [6 ] т=3 .5 нс).
Таким образом, проведенный анализ современного состояния и перспектив развития зарубежных лазерных систем дальнометрирования и целеуказания позволяет сделать следующие выводы.
В абсолютном большинстве ЛД (ЛДЦУ) (порядка 70%) используются импульсные методы измерения дальности на длине волны 1,06 мкм. Для локации объектов с низким уровнем коэффициента отражения лазерного излучения все большее применение находит метод накопления отраженных сигналов при многократном зондировании целей. Основной тенденцией развития ЛД (ЛДЦУ) является переход на безопасные для глаз оператора длины волн Х=1,54 мкм и Х=10,6 мкм, а также укорочение длительности импульсов до единиц наносекунд.
Литература
1. Волков В.Г. Портативные лазерные дальномеры.
// Специальная техника. - 2001. - № 6. - С. 2-13.
2. Волков В.Г. Малогабаритные лазерные дальномеры. // Специальная техника. - 2007. - № 5. - С. 2-13.
Военный авиационный инженерный университет (г. Воронеж)
3. Волков В.Г. Малогабаритные лазерные дальномеры. // Специальная техника. - 2007. - № 6. - С. 2-11.
4. Волков В.Г. Переносные и возимые лазерные дальномеры и целеуказатели-дальномеры. // Специальная техника. - 2008. - № 1. - С. .
5. Вильнер В., Ларюшин А., Рудь Е. Методы повышения точности импульсных лазерных дальномеров. // Электроника: Наука. Технология. Бизнес. - 2008. - № 3. -С. 118-123.
6. Ермаков Б.А., Возницкий М.В. Получение и обработка информации в импульсных лазерных дальномерах. // Оптический журнал. - 1993. - № 10. - С. 15-31.
7. Гуменюк Г.А., Евдокимов В.И., Ребриков В.Д. Использование лазеров в комплексах танкового и противотанкового вооружения. // Защита и безопасность. -2004. - № 1. - С. 18-19.
8. Утемов С.В., Смагина Т.Ю. Построение структуры автоматизированной базы данных базы данных оптико-электронных средств. // Труды VIII Международной научно-методической конференции «Информатика: проблемы, методология, технологии». - Воронеж, 2008 - Т.2.
- С.330-335.
9. Утемов С.В., Смагина Т.Ю. Зарубежные приёмные системы предупреждения о лазерном облучении объекта. // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2009.- Т. 5. - № 11. - С. 91-98.
10. Утемов С.В., Смагина Т.Ю. Зарубежные тепло-визионные системы разведки, прицеливания и сопровождения объектов оператором // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2010.- Т. 6.
- № 7. - С. 47-50.
11. Ширман Я. Д., Манжос В.Н. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех.
- М.: Радио и связь, 1981.
FOREIGN LASER RANGE FINDERS AND TARGETING SYSTEMS
S.V. Utyomov, T.Yu. Smagina
An information model of foreign laser range finding and targeting systems based on systematic analysis and statistical processing of factual data about the principles of construction and the major's technical characteristics of laser rangefinders and target designators was developed
Key words: laser range finder, characteristics, histograms
