Метод снижения потерь при обнаружении динамического точечного объекта лазерной локационной системой с линейкой фотодетекторов


https://doi.org/10.24108/rdeng.0119.0000144

Полный текст:


Аннотация

Лазерная локация широко используется для определения координат, измерения скоростей и распознавания объектов, движущихся в атмосфере и в космическом пространстве, а также обеспечения безопасности маловысотных полетов летательных аппаратов.

Серьезной проблемой является снижение длительности поиска и обнаружения объекта на больших дальностях в широком угловом поле с одновременным уменьшением энергетических потерь в лазерной локационной системе.

К настоящему времени разработаны бортовые лазерные локационные системы гибридного типа, использующие «ножевую» диаграмму зондирующего излучения и многоэлементные фотоприемные устройства на базе линейки фотодетекторов. При использовании этой технологии длительность просмотра поля обзора не превышает 30 с.

В данной работе представлен метод снижения потерь при обнаружении динамического точечного объекта лазерной локационной системой с линейкой фотодетекторов. Основой данного метода является дефокусировка изображения точечного объекта в плоскости фотоприемного устройства.

В качестве базы для разработки метода использовались теоретические основы радиолокации, оптики, оптоэлектроники.

Дополнительно предложен алгоритм обнаружения эхо-сигнала, принимаемого двумя соседними пикселями, который обеспечивает требуемые характеристики обнаружения при снижении отношения сигнал/шум.

При попадании изображения точечного объекта в «канал» между двумя пикселями многоэлементного фотоприемного устройства снижается максимальная дальность измерений лазерной локационной системы, а также возрастает погрешность измерений дальности.

Совместное использование дефокусировки изображения точечного объекта до значения 4π и предложенного алгоритма, уменьшает падение максимальной дальности измерений лазерной локационной системы до 21...24 %. Также дефокусировка позволяет снизить рост погрешности измерений дальности до 1,9 раз в диапазоне дальностей 500...3000 м. Оценки выполнены для двух типов фотодетекторов: лавинных фотодиодов и pin-фотодиодов.

Практическая значимость состоит в улучшении характеристик лазерных локационных систем при работе по динамическим точечным объектам.

Разработанный метод может быть использован при создании различных лазерных локационных систем.


Об авторах

Е. И. Старовойтов
АО "Концерн радиостроения "Вега", Москва
Россия

Старовойтов Евгений Игоревич

Главный специалист, кандидат технических наук

SPIN-код 1676-8036



И. А. Юрчик
АО "Концерн радиостроения "Вега", Москва
Россия

Юрчик Игорь Аркадьевич

Начальник отдела, кандидат технических наук



Список литературы

1. Бельский А. Оптико-электронные и лазерные системы в современных и перспективных комплексах бортового оборудования вертолетов // Фотоника. 2012. № 6 (36). С. 26–31.

2. Федоров О.В. Функциональное построение оптико-локационной системы летного контроля с полупроводниковыми лазерами // XII Всеросс. совещание по проблемам управления: ВСПУ-2014 (Москва, Россия, 16-19 июля 2014 г.): Тр. М.: Ин-т проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН, 2014. С. 7076–7080.

3. Ивойлов Е.В., Слободян С.М., Цупин А.А., Деева В.С. Моделирование мехатронно управляемой динамической платформы с лазерной системой наведения для задач ориентирования и встреч космических аппаратов // Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы. 2016. Т. 3. № 4. С. 80–88.

4. Старовойтов Е.И. Бортовые лазерные локационные системы космических аппаратов: учеб. пособие. Королев: ОАО «РКК «Энергия», 2015. 160 с.

5. Грязнов Н.А., Купренюк В.И., Соснов Е.Н. Лазерная информационная система обеспечения сближения и стыковки космических аппаратов // Оптический журнал. 2015. Т. 82. № 5. С. 27–33.

6. Липанов С.И. Применение адаптивной развертки в лазерно-локационно-тепловизионной системе при маловысотном полете // Изв. Тульского гос. ун-та. Техн. науки. 2018. № 5. С. 139–151.

7. Trickey E., Church P., Xiaoying Cao. Characterization of the OPAL obscurant penetrating LiDAR in various degraded visual environments // Proc. of the Soc. of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE). 2013. Vol. 8737. 9 p. DOI: 10.1117/12.2015259

8. Бельский А., Жосан Н., Гребенщиков В., Каргаев А., Брондз Д., Горбачев К., Воробьев Д. Лазерные локационные системы для повышения безопасности полетов вертолетов // Фотоника. 2013. № 5 (41). С. 66–75.

9. Дановский В.Н., Ким В.Я., Лисицын В.М., Обросов К.В., Тихонова С.В. Сравнение возможностей радиолокации и лазерной локации как методов информационного обеспечения безопасности маловысотного полета // Изв. РАН. Теория и системы управления. 2007. № 4. С. 153–165.

10. Мельников К.В. Оптимизация фотоприемного устройства лазерной телеметрической системы // Докл. Белорус. гос. ун-та информатики и радиоэлектроники (БГУИР). 2012. № 7 (69). С. 34–39.

11. Малашин М.С., Каминский Р.П., Борисов Ю.Б. Основы проектирования лазерных локационных систем: учеб. пособие. М.: Высш. шк., 1983. 207 с.

12. Старовойтов Е.И. Лазерная локационная аппаратура в системах управления, межбортовой передачи энергии и информации космических аппаратов: учеб. пособие. Королев: ОАО «РКК «Энергия», 2016. 147 с.

13. Near infrared MPPC® (Multi-Pixel Photon Counter). S13720 series. Режим доступа: https://www.hamamatsu.com/resources/pdf/ssd/s13720_series_kapd1060e.pdf (дата обращения 16.02.2019).

14. Меньших О.Ф. Способ лазерного гетеродинного приема излучений: пат. № 2349930 Российская Федерация. 2009. Бюл. № 8. 7 с.

15. Федосеев В.И., Колосов М.П. Оптико-электронные приборы ориентации и навигации космических аппаратов: учеб. пособие. М.: Логос, 2007. 247 с.

16. Прохоров М.Е., Захаров А.И., Тучин М.С. Расчет оптимальных характеристик оптической системы и матричного приемника излучения звездного датчика ориентации по его тактико-техническим характеристикам // Современные проблемы ориентации и навигации космических аппаратов: 3-я Всерос. науч.-техн. конф. (Таруса, Россия, 10-13 сент. 2012 г.): Тр. М.: ИКИ РАН, 2013. С. 80–89.

17. Борн М., Вольф Э. Основы оптики: пер. с англ. 2-е изд. М.: Наука, 1973. 719 с. [Born M., Wolf E. Principles of optics. 2nd ed. N.Y.: McMillan, 1964. 808 p.].

18. Михельсон Н.Н. Оптические телескопы: Теория и конструкция. М.: Наука, 1976. 510 с.


Дополнительные файлы

Для цитирования: Старовойтов Е.И., Юрчик И.А. Метод снижения потерь при обнаружении динамического точечного объекта лазерной локационной системой с линейкой фотодетекторов. Радиостроение. 2019;(1):1-18. https://doi.org/10.24108/rdeng.0119.0000144

For citation: Starovoytov E.I., Yurchik I.A. Loss-reducing Method in Detecting Dynamic Point Object by a Laser Ranging System Based on a Line of Photo-detectors. Radio Engineering. 2019;(1):1-18. (In Russ.) https://doi.org/10.24108/rdeng.0119.0000144

Просмотров: 33

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2587-926X (Online)