Оптичний далекомір

Изобретение относится к области квантовой электроники, а именно к лазерной локации и может быть использовано для обнаружения и измерения дальности до объектов. Известно устройство для измерения дальности, содержащее в передающем канале лазер, формирующую оптическую систему, светоделительиый элемент, фотоприемник, импульсный усилитель, в приемном канале приемную оптическую систему, фотоприемник, импульсный усилитель, измеритель временных интервалов. Овальности до объекта судят по величине измеренного фазового сдвига, однозначно связанного с дальностью до объекта. Недостатком данного устройства является невозможность обнаружения и измерения дальности до объекта с малой отражающей способностью. Задачей заявляемого изобретения является создание оптического дальномера, в котором введение новых элементов: логарифмического усилителя, дифференцирующего блока, порогового анализатора полярности, спектрального светофильтра и связей позволяет производить отсчет дальности по измерению временного промежутка между излучением зондирующего импульса и моментом достижения скорости изменения уровня, в том числе отрицательной, рассеянного излучения порогового значения, а это позволяет с большей вероятностью обнаруживать объекты с незначительным коэффициентом отражения. Поставленная задача решается тем, что в устройство измерения дальности - оптический дальномер, содержащий последовательно соединенные лазер, передающую оптическую систему, светоделительный элемент, первый фотоприемник, импульсный усилитель временных интервалов, а также приемную оптическую систему и последовательно соединенные второй фотоприемник и импульсный усилитель, согласно изобретению, введены спектральный светофильтр и последовательно соединенные логарифмический усилитель, дифференцирующий блок, пороговый анализатор полярности, при этом спектральный светофильтр установлен между приемной оптической системой и вторым фотоприемником, вход логарифмического усилителя соединен с выходом импульсного усилителя, выход порогового анализатора полярности соединен со вторым входом измерителя временных интервалов. Сравнение заявляемого оптического дальномера с прототипом показывает, что он отличается введением в приемный канал новых блоков и элементов: логарифмического усилителя, дифференцирующего блока, порогового анализатора, полярности спектрального светофильтра и их связей с другими элементами схемы. Сравнение заявляемого технического решения - оптического дальномера не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники показывает, что применение спектрального светофильтра, логарифмического усилителя, дифференцирующего блока и порогового анализатора полярности в указанной связи с другими элементами проявляет новое свойство, позволяющее отсчет дальности производить по измерению временного промежутка между излучением зондирующего импульса и моментом достижения скорости изменения уровня рассеянного излучения порогового значения. При этом появляется возможность регистрации как по переднему фронту рассеянного импульса, так и его заднему фронту. Последнее делает возможным регистрацию дальности до объектов, обладающих низкими значениями коэффициента отражения (поглощающи х). На фиг. 1 изображена блок-схема оптического дальномера; на фиг. 2а-д приведены зависимости нормированной интенсивности сигнала рассеяния и электрических сигналов от задержки т3 и коэффициента отражения объекта R. Оптический дальномер (фиг. 1) состоит из оптически сопряженных между собой лазера 1, излучающего мощные короткие импульсы, формирующей оптической системы 2 (коллиматор), светоделительного элемента 3, разделяющего излучение на два пучка, один из которых поступает на первый фотоприемник 4, соединенный с входом импульсного усилителя 5, образующи х передающий канал, и сопряженный с лазером 1 приемный канал, состоящий из приемной оптической системы 6, спектрального светофильтра 7 и второго фотоприемника 8, соединенного со входом импульсного усилителя 9, выход которого подключен к последовательно соединенными логарифмическим усилителем 10, дифференцирующим блоком 11, пороговым анализатором 12 полярности и первым входом измерителя 13 временных интервалов. Сигнал с выхода импульсного усилителя 5 поступает на второй вход измерителя 13 временных интервалов, связывающих таким образом передающий канал с приемным, Лазерное излучение импульсного оптического сигнала направляют на объект, расстояние до которого измеряется. Расходимость излучения с помощью формирующей оптической системы 2 доводят до величины, равной аппертуре приемной оптической системы 6. Часть излучения с помощью светоделительного элемента 3 отводится на второй фотоприемник 4, где формируется синхроимпульс. Далее синхроимпульс через импульсный усилитель 5 подается на измеритель 13 временных интервалов. Излучение, направленное на объект, распространяется в пространстве и рассеивается атмосферным воздухом и (или) объектом. На фиг. 2а показано изменение интенсивности рассеянного от атмосферного воздуха и (или) объекта сигнала при различной отражающей способности объекта R1 > R2 > R3 соответственно кривая 1, 2, 3 и без объекта (кривая 4) в зависимости от дальности. Отражающая способность объекта, т.е. доля падающего излучения, которая переотражается в единицу телесного угла в направлении излучателя, зависит, во-первых, от поглощения объекта и, во-вторых, от его коэффициента рассеяния. Последнее справедливо, поскольку повторное рассеяние после отражения (рассеяния) от объекта будет рассеянием второго порядка относительно рассеяния излучения до отражения его от объекта, а значит значительно меньше его. Поэтому перепад (уменьшение) интенсивности рассеянного сигнала на временах больших, чем 2L/c, где L- расстояние до объекта, с - скорость света будет иметь место не только для поглощающих, но и для рассеивающих непоглощающих объектов. В общем случае поглощающие и (или) рассеивающие объекты можно назвать сла-боотражающими объектами с незначительным коэффициентом отражения. Рассеянное излучение равномерно распространяется по всем направлениям, т.е. соответственно, попадает и в приемную систему 6. В зависимости от типа рассеяния (например, комбинационное, молекулярное или аэрозольное) подбираем светофильтр 7. Выделенный светофильтром 7 полезный информационный сигнал подается на второй фотоприемник 8, на выходе которого получают электрический сигнал, представленный на фиг. 26. Далее этот сигнал усиливается импульсным усилителем 9 и поступает на вход логарифмического устройства 10. Сигнал рассеяния от однородной атмосферы изменяется как где і -расстояние до объекта, a - коэффициент экстипкции (Ю.А. Полканов "О точности представления реального сигнала рассеяния через лидарное устройство", ЖПС, 1982, № 3, с. 480). На выходе логарифмического усилителя 10 сигнал UpaccKopp изменяется по закону InU(t) и имеет вид, показанный на фиг. 2в. На выходе дифференцирующего блока 11 получим сигнал, изменяющийся по закону dlnU(t)/dt =1/U(du(t)/dt) и показанный на фиг. 2г. Логарифмический усилитель 10 совместно с дифференцирующим Блоком 11 позволяет получать сигнал, пропорциональный скорости изменения сигнала рассеяния и т.о. не зависеть от абсолютного его значения. Оба эти элементы заявляемого технического решения необходимы для расширения диапазона измерений дальности до объектов с незначительным коэффициентом отражения (поглощающих и рассеивающи х объектов). При дифференцировании области спада интенсивности сигнала, соответствующей пропаданию сигнала, на выходе дифференцирующего блока 11 получают сигнал отрицательной полярности. Затем пороговым анализатором 12 полярности выделяется импульс отрицательной полярности (фиг. 2д), содержащий информацию о дальности и по достижению заданного порога срабатывания в нем формируется сигнал "стоп" для остановки измерителя временных интервалов. Подсчет числа пересчетных импульсов N измерителя временных интервалов служит для измерения времени запаздывания, которое однозначно связано с дальностью до объекта следующим образом - период следования пересчетных импульсов. Использование заявляемого устройства позволяет по сравнению с прототипом регистрировать объекты с незначительной отражающей способностью и расширить диапазон измерений дальности до них. Кроме того, предложенный оптический дальномер позволит заменить комплекс из нескольких дальномеров, работающих, например, в различных частотных диапазонах, необходимых для достижения требуемой информации.