6.6. Состояние атмосферных оптических системам
Разработаны и сегодня реально применяются лазерные атмосферные системы охраны (ЛАСО). Приемники таких систем строятся как правило на ЛФД либо p-i-n-диодах, снабжаются мощными объективами, обеспечивающими малый угол обзора (порядка 0,5О), используют импульсную модуляцию, работают в ближнем ИК диапазоне (780 - 950 нм) и отличаются от волоконно-оптических систем охраны (ВОСО) лишь средой распространения, что требует больших мощностей излучения (пиковая мощность до 2 Вт, или средняя мощность порядка 20 мВт).
Работают ЛАСО при температуре -40 - +50 ОС (отечественные от -60 до +50 ОС) и обеспечивают высокую скрытность канала (что обеспечивается невидимостью луча, острой направленностью и индивидуальным для каждой модели метода кодирования излучения). Разработаны и специальные меры обнаружения попыток несанкционированного вторжения для определения параметров сигналов в системе охраны, например, на основе обращения волнового фронта, анализа изменения принимаемого сигнала и пр.
Одним из основных факторов ограничивающих применение ЛАСО является воздействие помех естественного и искусственного происхождения, снижающих прозрачность атмосферы (туман, снег, дым и др.)
Теоретически протяженность участка охраны определяется соотношением:
где Pt пиковая мощность лазерного излучения, Pr -пороговая мощность фотоприемного устройства, Sr - площадь апертуры фотоприемного устройства (равна площади линзы объектива), - длительность принимаемых импульсов, - угол расходимости луча передатчика, - суммарный коэффициент потерь сигнала в системе.
Величина суммарного коэффициента потерь в выражении для протяженности участка охраны является самой неопределенной, т.к. зависит от состояния атмосферы и достоверными признаются только экспериментальные методы ее оценки.
Следует отметить, что в ИК диапазоне дождь не оказывает существенных помех для систем охраны в отличие от радиосистем, работающих на частотах в десятки ГГц, что является существенным достоинством ЛАСО. Вместе с тем обе системы способны работать в указанных условиях при введении в систему устройств интегральной памяти предыдущего условия прохождения сигнала. Однако последняя является достаточно дорогостоящей, т.к. требует использования специальных микропроцессорных элементов.
Снижение порога чувствительности фотоприемника определяется состоянием элементной базы, либо применяемыми принципами приема. Пиковая мощность передатчика обычно составляет от 50 до 200 мВт, поскольку дальнейшее ее увеличение приводит (из-за перегрева излучателя) к сокращению сроков службы.
Для увеличения дальности можно использовать линзы большого диаметр (который в ЛАСО обычно не превышает 2 - 5 см), но это существенно увеличивает цену системы охраны.
Уменьшение коэффициента потерь (с целью увеличения дальности) в атмосфере возможно лиши при использовании более длинноволновой части светового диапазона, где снижаются помехи (окно прозрачности атмосферы расположено около 1800 нм, при этом длина волны сравнима с размерами капель тумана и частиц пыли, что снижает рассеяния за счет дифракции), однако сегодня не существует ЛАСО на длинах волн более 950 нм.
Уменьшение угла расходимости требует усложнения настройки системы, монтажа и точности сборки приемо-передающих модулей ЛАСО. Температурный уход луча (из-за расширения несущих конструкций может достигать при средних дальностях связи более 0,5 м) требует чтобы диаметр пятна в области приемника составлял величину около 1 м. Для обеспечения более узкого луча необходимы более дорогие объективы, что в ряде случает экономически не оправдано.
Увеличение дальности может достигаться также применением ретрансляторов (которые решают еще и проблему отсутствия прямой видимости) либо использованием приема рассеянного излучения передатчика (на тумане, осадках либо молеклярное рассеяние), однако подобные методы снижают достоверность информации, повышаю вероятность ложных срабатываний, существенно удорожают систему охраны и применимы лишь в системах локальной связи.
Сегодня эксплуатируется и известны более тысячи ЛАСО различного класса, выпускаемых Canon Inc., Laser Communications Inc, Jolt Communications Ltd, Freebird Communications Ltd, Modular Technology PLC, A.T. Schindler Communications, цена которых лежит в пределах 10 - 20 тыс. долларов США. Протяженность таких ЛАСО от 100 до 600 м и обеспечивается в основном светодиодами, имеющими наработку на отказ порядка 70 тыс. часов. Наиболее дорогой (110 тыс. долларов США) и технологически совершенной считается ЛАСО Canobeam II (фирмы Canon) с протяженностью до 800 м и более.
Большинство отечественных ЛАСО разрабатываются и производятся Воронежским НИИ связи и Институтом лазерной физики Сибирского отделения Академии наук.
Применение ЛАСО иногда оказывается единственно возможным видом охраны, когда СВЧ-каналы и акустические системы неприменимы из-за неблагоприятной электромагнитной обстановки или наличия вибраций. Высокие параметры имеют комплексные системы охраны, использующие несколько дублирующих уровней контроля.