8.1.2. Лазерные системы управления оружием

Создано большое количество лазерных целеуказателей, которые удерживают лазерный пучок на цели независимо от её движения. Они применяются для управления ракетами (ПТУРС), запускаемыми с вертолётов. Используются лазеры на длинах волн 1,06 и 0,63 мкм. Цель подсвечивается лазерным целеуказателем непосредственно с вертолёта. Удержание луча на цели может осуществляться либо оператором, либо автоматически. В первом случае наведение на цель лазерного луча осуществляется оператором с помощью электронно-оптического преобразователя, а дальнейшее слежение за целью осуществляется автоматически. Луч лазера направляется на цель с помощью двух плоских зеркал. Одно из них устанавливают на карданной подвеске с помощью сервоприводов и сигналов от бортового вычислителя. Это зеркало перемещается под заданным углом. С помощью лазерных систем можно определить дальность, скорость, ускорение ракеты и цели, использовать полученные данные для управления оружием.

8.1.3. Лазерные системы связи и стыковки космических аппаратов

Различают линии связи межспутниковые, межорбитальные и линии связи Орбита-Земля. Межспутниковая линия связи осуществляет связь между спутниками, находящимися на одной орбите. Межорбитальная линия связи – между спутниками, находящимися на разных орбитах. Линия связи Орбита-Земля – между спутниками и Землёй.

Связная система состоит из двух подсистем:

– подсистема определения координат объекта, вхождения в связь и последующего слежения за положением объекта;

– подсистема обеспечивающая передачу информации между абонентами;

Наиболее эффективно антенна лазерной системы работает в дальней зоне, которая определяется соотношением

, ( 8.3)

где D – диаметр антенны, λ – длина волны, R – расстояние до источника излучения. Для λ=0,83 мкм и D=30 см из формулы

(8.3) следует R>220 км.

Рабочие длины волн лазеров выбирают в областях прозрачности атмосферы.

Основным источником излучения для спутниковых лазерных систем являются лазеры, микролазеры, полупроводниковые лазерные диоды (ЛД), решётки ЛД и микролазеров. Используются длины волн 0,53; 0,7; 0,83; 0,87; 0,9; 1,06; 10,6 мкм. В качестве приёмников используются ПЗС – матрицы, чувствительные лавинные фотодиоды и фотоумножители. Для повышения скорости передачи информации используется мультиплексирование каналов по длинам волн.

8.1.4. Расчеты параметров оптической связи

Наиболее важным параметром линии оптической связи является величина мощности, принятой антенной. Ниже приведены основные расчетные соотношения.

В оптической локации также можно ввести понятие эффективной площади рассеяния (ЭПР)., принятое в радиолокации. В оптической локации величина ЭПР определяется по формуле

(8.4)

где К_отр – коэффициент отражения поверхности объекта, S_ц – площадь пятна, освещённого лучом лазера (в связи с малой расходимостью лазерного луча может освещаться не весь объект, а небольшое пятно на его поверхности); Ω – телесный угол, в котором сосредоточено оптическое излучение, отраженное целью. В случае диффузного (равномерного по направлениям) рассеяния материала объекта

(8.5)

где θ – угол падения луча на среднюю плоскость.

Рис.8.3. θ – угол падения луча на среднюю плоскость шероховатой поверхности

Рассчитаем оптическую мощность на выходе приёмной оптики оптического локатора. В радиолокации используется формула

, (8.6)

где G – коэффициент усиления антенны, σ – эффективная площадь рассеяния, λ –длина волны излучения.

В формулу входит G² в связи с тем, что передача и приём радиосигнала производится на одну и ту же антенну. В оптической радиолокации размеры антенн малы, поэтому используются для передачи и приёма сигналов разные антенны. Следовательно, G² заменим на произведение G_прд·G_прм, а G_прм заменим на , где– приёмная площадь приёмной антенны. Тогда

. (8.7)

Телесный угол, занимаемый передающим лучом будем считать равным , где– ширина луча в радианах по уровню половинной мощности. Заменим (/)^-1 на , тогда получим

. (8.8)

Чтобы учесть потери оптической мощности (потери на отражение от поверхности линз, потери в материале оптических элементов, потери в интерференционных полосовых фильтрах, потери, вызванные неравномерностью амплитудно-фазового распределения в раскрыве приёмной антенны), в формулу для P_пр введём коэффициент К_пот

. (8.9)

На практике значения К_пот заключены в интервале 0,2…0,4.

Отметим, что σ ~ S_ц ~ R²Δθ², поэтому P_пр пропорциональна R^-2, а не R^-4.