Оптическое приемно-передающее устройство

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЧЧ 1 00 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИДЕТЕЛЬСТВУ АВТОРСКО АН гф-у .)фокусные расстояннофокусного и коров обьектива;евая эона локаторао точки, где лучдит в поле эрен где Т 1 и 12 венно дли го элемент1-о - те от локатор полностью я соотеетст- ткофокусно - расстояние передатчика ия приемниад вхо и приемника,оложения;ния передатка,тояние между осям ка в месте их расп ходимость излучемежду оптичесредатчика. ями приИзобретение онной технике и в оптической дал логических измер Известно оп щее устройство,и приемника апти регистрации и обветовог техчичее приемомальными емопере- положени один от элучения. редатчика а излуче- зэлеме- полевая приемопередаюе из передатчика злучения, блоков принятого сигнаНедостаткомотеря информат ближней зоне,кого диапазона ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 1(71) Институт оптики атмосферы ТФ СОСССР(54)(57) ОПТИЧЕСКОЕ ПРИЕМОПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее передат"чик излучения и приемник, включающийобъектив, полевую диафрагму и фотодетектор, соединенный с блоком регистрации, соединенным с блоком обработки сигнала, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что. с целью увеличения дальности зондирования путем минимизации фоновых засветок на входефотодетектора. объектив выполнен в видеанаморфотной оптической системы из длинотносится к светолокациможет быть использованонометрии и при метеороениях,ическоеостоящеческого иработки этого устроиства является ивности сигнала, особенно так как сжатие динамичеосуществляется путем "выЫ 1112907 А 1 нофокусного и короткофокусного элементов, при этом оптическая ось передатчика излучения совмещена с плоскостью симметрии объектива параллельной образующей цилиндрической поверхности длиннофокусного элемента, а фокусные расстояния элементов объектива связаны соотношениемФ12 о резания" из поперечного сечения с луча полезного сигнала.Наиболее близким по своей ской сущности является оптическо передающее устройство с опти параметрами. Это оптическое при дающее устройство содержит рас ные в непосредственной близост другого передатчик и приемник и Оптические оси приемника и пе пересекаются. В состав приемник ния входят обьектив, состоящий и тов сферической оптики, 111290110 15 20 50 55 диафрагма и фотодетектор, соединенный с блоком регистрации, связанным с блоком обработки сигнала. С помощью указанного объектива и полевой диафрагмы формируется поле зрения приемной системы.Однако в указанном приемопередающем устройстве недостаточная степень подавления фоновых помех на входе детектора и, как следствие этого, недостаточная дальность зондирования Цель изобретения -увеличениедальности зондирования в условиях фоновых помех путем их минимизации на входе фотодетектора,Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем передатчик излучения и приемник, включающий объектив, полевую диафрагму и фотодетектор, соединенный с блоком регистрации, связанным с блоком обработки сигнала, объектив выполнен в виде анаморфотной оптической системы из длиннофокусного и короткофокусного элементов, при этом оптическая ось передатчика излучения совмещена с плоскостью симметрии объектива параллельной образующей цилиндрической поверхности длиннофокусного элемента, а фокусные расстояния элементов объектива связаны соотношениемф йдь1 2 ф-у 1 о)где 0 и 12- фокусные расстояния соответственных длиннофокусного и короткофокусного элементов объектива;Ь - теневая зона локатора, то есть, расстояние от локатора до точки, где луч передатчика полностью входит поле зрения приемника;Ъ - расходимость луча передатчика; ф - расстояние между осями передатчика и приемника излучения;у - угол между оптическими осями передатчика и приемника излучения.На фиг.1 приведена схема расположения элементов предлагаемого приемопередающего устройства; на фиг.2 - схема,иллюстрирующая принцип работы предлагаемого устройства; на фиг.З - блок схемы устройства.Приемопередающее устройство содержит передатчик 1 излучений, приемник 2 излучения, состоящий иэ длиннофокусного формирующего элемента объектива - анаморфота 3, короткофокусного формирующего элемента объектива-анаморфота 4, полевой диафрагмы 5, фотодетектора 6, соединенного с блоком регистрации 7, связанным с блоком 8 обработки сигнала. Одна иэ плоскостей симметрии приемника при 25 30 35 40 45 пересечении с цилиндрической поверхностью длиннофокусного формирующего элемента объектива-анаморфота образует прямую линию, Приемник 2 и передатчик 1 расположены в непосредственной близости один от другого, причем оптическая ось передатчика расположена в плоскости симметрии приемника, которая параллельна цилиндрической поверхности длиннофокусного формирующего элемента объективаанаморфота 3.Устройство работает следующим образом (см. фиг.2),С помощью передатчика 1 формируются световые импульсы, которые распространяются вдоль оптической оси передатчика и рассеиваются от лоцируемых объектов, расположенных на пути распространения этих импульсов, Рассеянное назад излучение поступает на обьектив приемника 2. В приемной системе формируются различные по величине углы. поля зрения в двух вэаимноперпендикулярных направлениях, совпадающих с плоскостями симметрии указанного объектива. В плоскости, проходящей через оптические оси приемника и передатчика, формируется наибольшее значение угла поля зрения, а в ортогональной плоскости - величина поля зрения, совпадающая с углом расходимости лоцирующего пучка (позицией 9 обозначено поперечное сечение передаваемого пучка).Угол раскрытия приемника в плоскости, , проходящей через оптические оси приемника и передатчика представлен соотношени- ем Мх 12 .оа в плоскости ей ортогональнойбу ф1На фиг.2 изображено взаимное расположение приемника и передатчика и сечение поля зрения приемной системы 10 для двух моментов времени т 1 и 2, Пунктиром показано сечение поля зрения приемной системы известного устройства. На фиг.2 видно, что площадь поперечного сечения поля зрения предлагаемого устройства меньше, чем у известного, Следовательно и величина телесного угла приемной системы у предлагаемого устройства на фиксированной дальности меньше, чем у известного, Так как величина фоновых помех, поступающих на вход фотодетектора, пропорциональна величине. телесного угла приемника, то на вход фотодетектора в предлагаемом устройстве поступает меньше фоновых помех, чем у известного. Дальность локации обратноКщах = пропорциональна величине фоновых засве- % ток, поступающих на вход фотодетектора, й поэтому предлагаемое устройство позволяет в условиях фоновых засветок например Из выражения Д) следует, что с умень- днем) увеличить дал ьность локации по срав шением фоновой засветки дальность зондинению с известным. рования возрастает, В свою очередь,Работа устройства в целом показана на мощность фоновой засветки приемной сисфиг.З. темы пропорциональна величине поля зреФормируемый передатчиком 1 мощный ния приемной системы, см. выражение(3), В импульс, рассеивается в атмосфере и час предлагаемом устройстве в результате притично попадает на приемное устройство 2, менения анаморфотной оптической систеДалее сигнал направляется в блок регистра- м ы, о р и е н ти ро в а н н о й оп редел е н н ы м ции 7 и затем в блок 8 обработки. Регистра- образом по отношению к передатчику изтор представляет собой аналого-цифровой лучения, поле зрения приемной системы преобразователь, работающий в реальном 15 представляет собой телесный угол, оптимимасштабе времени и удовлетворяющий па- зированный по отношению к размерам лораметрам сигнала по временному разреше- цируемого пучка. Сравнивая между собой нию и динамике (например Ф), В телесные углы поля зрения приемных сискачестве блока обработки может быть ис- тем известного и предлагаемого устройства пользован вычислительный комплекс наба (см. фиг.2), можно определить во сколько зе любой серийно выпускаемой ЦВМ раз величины Фоновых засветок, поступаю- (например "Электроника) и программно щих нэ вход фотодетектора отличаются одреализующий алгоритм обработки данных в на от другой зависимости от типа решаемой задачи (на- К: Т 1:В пример вычисление прозрачности атмосфе Т 2 52 ры, расчет метеорологической дальности где Т 1 и Т 2 - соответственно телесный угол видимости и т.д.), поля зрения известного и предлагаемогоМощность засветки на входе фотоде- устройств; тектора определяется выражением Я 1 и Я 2 - площадь сечения поля зренияР(т) = Рс + М, . (2) 30 известного и предлагаемого устройств соот.где Ро(1) - мощность обратно рассеянного ветственно на одинаковом удалении от лоизлучения - сигнала; като ра, Й - мощность фоновой засветки. Для известного устройства при равенст- В свою очередь, уровень фоновой за- ве угла зрения приемной системы двум знасветки определяется как 35 чениям угловых размеров лоцируемого пучкаИ=АК В Р) величина Я 1, определяется 31= 4 тгг 2 =12 Ч где Й- телесный угол поля зрения приемни- где г - радиус сечения лоцируемого пучка.Площадь сечения поля зрения предла- А - площадь входной апертуры прием- гаемого устройства может быть оценена порасчетам описанного прямоугольника вок- М-спектральный интервал; руг фигуры сечения, при этом эта оценка К - коэффициент пропускания прием- несколько завышена ного телескопа для длины волны Я; Яг =8 Р, В - спектральная яркость участка не- Таким образом, величина К для этих усбосвода в зондируемом направлении, 45 ловий составляет 1,5, т.е, во столько раз вДальность локации определяется из предлагаемом устройстве величина Фоноурэвнения лазерной локации вых засветок на входе фотодетектора меньше.Примером реализации данного устрой- К Ри Т 2 ства является оптический локатор, состоя- К г (4) 50 щий из приемника и передатчика излучения,В состав передатчика входит источник где К - аппаратурная константа; излучения и передающая антенна. В кэчестВи - коэффициент обратного рассея- ве источника излучения может быть использован оптический квантовый генератор 55Н Т - коэффициент пропускания атмосфе- АРЗНИ, а в качестве передающей антенны - зеркально-линзовый объектив типа К - дальность зондирования. МТ 0-1000, Приемник излучения состоит из Из соотношения р) и (4) нэхо ят макси- Объектива, полевой диафРэгмы и фотодетектора. В качестве обьективэ приемника могут1112907 иг.2 использоваться цилиндрические линзы с280 мм.фокусными расстояниями 11 = 1200Полевая диафрагма представляет собой отве ткруглое (1 мм) или прямоугольно (1 1 )рстие в непрозрачном экране, кото ы установлен в фл н в фокальной плоскости и иемного о.бь ектива на его оптической оси, В качестве ото етф д ектора может использоваться фотоэлектронный умножитель ФЭУ 5 Пбольредлагаемое устройство бо ладаетв условияхаеи дальностью локациифоновых засветок при одина ковых весогабаритных характеристика,х, чем прототип.1112907Составительактор Е.Гиринская Техред М.Моргентал Корректор И.Муска каз 4062 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКН113035, Москва, Ж. Раущская наб., 4/5изводственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина