10. Фазоимпульсные лазерные

системы селекции объектов

Решение проблемы повышения точности в импульсных системах за счет сокращения длительности без соблюдения условий преобразования энергетического подобия приводит к значительным потерям. В связи с этим весьма перспективными представляются фазоимпульсные методы, в которых импульсный характер излучения сочетался бы с высокоточным фазовым методом дальнометрии. Фазоимпульсные методы обработки сигнала можно подразделить на варианты:

· с оценкой дистанции по фазовым отношениям в контуре ударного возбуждения;

· фиксацией запаздывания отраженного импульса через измерение величины фазы опорного сигнала;

· преобразованием частоты гармонических составляющих огибающих отраженного и излученного сигналов;

· модуляцией излученного импульса колебаниями с определенным законом.

Несмотря на очевидные преимущества, разнообразие вариантов этого метода дальнометрии и большой объем исследований, проведенный в этом направлении, последний имеет весьма ограниченное применение в опытно-конструкторских разработках, так как процесс обработки сигнала наиболее предпочтителен при использовании фотоприемников, с управляемым (модулирующим) электродом.

Существующие фотоэлектронные умножители не отвечают требованиям долговечности работы, радиационной стойкости и т.д., а канальные ФЭУ не подходят для малогабаритных датчиков. Разработанные в последнее время канальные фотоприемники на МДП-структурах позволяют надеяться на широкое использование этих методов в системах лазерной ближней локации. По помехозащищенности фазоимпульсные методы приближаются к импульсным или фазовым системам. С этой точки зрения наиболее предпочтительным является метод с модуляцией излученного импульса высокочастотными колебаниями, в котором неоднозначность устраняется за счет импульсного излучения, а необходимая помехозащищенность достигается за счет создания знакопеременной функции селекции посредством высокочастотного модулирующего сигнала. Опыт отработки такой системы показал, что даже, при простейшей технической реализации этого метода, когда излученный сигнал может быть представлен в виде пакета импульсов, а прием осуществляется в - кратно стробируемом фотоприемнике, внедрение этого метода ограничено сложностью построения и габаритно-весовыми характеристиками генератора накачки ПКГ. Из проведенных исследований в этом направлении следует, что весьма перспективным ключом здесь является применение лавинно-пролетных диодов. При генерации в таких диодах частот < 100 МГц имеется возможность устранить существующие технические ограничения. Не останавливаясь на многочисленных теоретических и экспериментальных исследованиях[159-161, 163-167], рассмотрим из приведенной классификации лишь первые методы, в которых частично снимаются ограничения по применению определенного класса фотоприемников.

10.1. Фазоимпульсный лазерный датчик с оценкой временного положения импульса по фазовым соотношениям в контурах ударного возбуждения

При относительно высокой частоте опорного гармонического колебания возникает ошибка, связанная с привязкой низкой частоты излучения и определенному фазовому набегу опорного сигнала. Особенно острой эта проблема становится при использовании в генераторах накачки ключевых элементов, обладающих значительным разбросом задержки между управляющим сигналом и лавинообразным процессом формирования токового импульса. Формирование функции селекции по дальности возможно по нескольким направлениям: опорный сигнал представляет собой отрезок затухающего колебания, формируемый контуром ударного возбуждения, а принятый сигнал сравнивается с опорным. Для формирования необходимой "мертвой зоны" затухающее колебание задерживается на величину относительно излученного. Функция селекции по дальности повторяет форму опорного колебания. При отсутствии переходного процесса на выходе фотоприемника при действии опорного сигнала количество колебаний в последнем можно ограничить двумя периодами, что позволяет устранить неоднозначность и повысить точность отсчета высоты срабатывания Ноп. Влияние изменения амплитуды на точность фиксации в данном случае устраняется стабилизацией амплитуды входного сигнала и изменением фазы опорного сигнала на в такт с посылкой зондирующих импульсов. Энергетические затраты при этом определяются выбором рациональных параметров фотоприемного тракта с реактивной нагрузкой. Коротко остановимся на этом вопросе.

Согласно эквивалентной схеме (рис.10.1.) передаточная характеристика нагрузки фотодиода равна

, (10.1)

где ; ; - квивалентная емкость; - активное сопротивление нагрузки. С помощью теории вычетов найдем импульсную характеристику фотоприемника, которая при условии имеет колебательный характер

,

где ; .

Пусть на вход фотоприемника, воздействует световой импуль