Metoda laserskega določanja razdalje. Laserska lokacija lune

Oddelek za aplikativno geodezijo.

Povzetek.
Na temo: »Metoda lasersko določanje razdalje»

Tečaj: “Osnove vesoljske geodezije”

1. poglavje Splošna načela lasersko delovanje…………………………………..4

Poglavje 2 Princip merjenja razdalj z laserskimi daljinomeri………9

Poglavje 3 Časovni zamik signala pri laserskem določanju razdalje satelitov……………11

Poglavje 4 Laserska lokacija Lune………………………………………………………………...16

Zaključek………………………………………………………………………………….18

Bibliografija……………………………………………………………...19

Uvod
V vesoljski geodeziji je celoten spekter opazovanj običajno razvrščen glede na območje valovnih dolžin elektromagnetne vibracije, v katerem se izvajajo ta opazovanja (optični in radijski doseg). V optičnem območju izvajamo vizualna, fotografska, fotoelektrična, televizijska in laserska opazovanja. V radijskem območju se izvajajo radijska daljinomerna, dopplerska, interferenčna in fazna opazovanja. Optična opazovanja imajo skupno pomanjkljivost: zahtevajo neposredno vidljivost na satelitu, zato se praviloma uporabljajo ponoči v brezoblačnem vremenu (ob prisotnosti natančnih efemerid se laserska opazovanja izvajajo tudi podnevi).
Poglavje 1. Splošna načela delovanja laserja.
Prvi praktični laserji so se pojavili leta 1960. O pomembnosti razvoja teh naprav priča dejstvo, da so avtorji njihovega ustvarjanja (akademiki Basov, Prohorov in Ameriški fizik Townes) so prejeli Nobelovo nagrado.

Laser običajno imenujemo generator nihanj v območju optičnih valovnih dolžin. Sam izraz laser je okrajšava za angleška fraza Ojačanje svetlobe s stimuliranim oddajanjem sevanja, napisano z ruskimi črkami. Čeprav je prevod izraza laser z angleški jezik govorimo o ne o generiranju, ampak o ojačanju nihanj; to ni bistvenega pomena, saj lahko vsak ojačevalnik spremenimo v generator z izolacijo povratnega tokokroga. To stanje je prikazano na sliki 1
Slika 1 Posplošen blokovni diagram samooscilatorja

Kjer je "K" ojačevalnik z ojačanjem [K]> 1, je "β" povratno vezje z ojačanjem [β]< 1. При [Кβ]= 1 наступает режим генерации.

Ojačevalnik v laserjih je običajno nek aktivni medij - snov, ki ob dovajanju energije od zunaj (imenuje se energija črpalke) pridobi sposobnost ojačanja optičnih vibracij v določenem območju valovnih dolžin Δλ.

Odvisno od agregatno stanje Laserje z aktivnim medijem imenujemo polprevodniški, v poseben razred pa uvrščamo tudi plinske polprevodniške laserje.

Polprevodniški laserji se uporabljajo za merjenje razdalj do satelitov. Prva generacija laserja je bil rubinski laser. Ruby

Palica, gojena v posebnih rastnih komorah, je kristalni aluminijev oksid, ki so mu dodani trivalentni pozitivni ioni kroma, ki ima vlogo aktivatorja. Oglejmo si načelo delovanja laserja na primeru rubinastega laserja. Energijo črpanja v rubinovih laserjih zagotavlja ksenonska (ali živosrebrna) žarnica s praznjenjem v plinu, katere emisijski spekter je blizu absorpcijskega spektra rubina. Črpalna svetilka je nameščena nad rubinasto palico in s pomočjo posebne vžigalne naprave deluje v impulznem načinu.

Trajanje impulza je približno 10 -3 sekund. Povratno vezje je običajno odprt optični resonator - par zrcal, nameščenih na obeh straneh aktivnega medija tako, da vračajo izhodno sevanje nazaj v ta medij. Eno od teh ogledal je slepo z odbojnostjo blizu 100 %, drugo pa je polprosojno, da odstrani sevanje za nadaljnjo uporabo. Optični resonator je nameščen v kvarčni cevi, katere stene delujejo kot reflektor (usmerjajo sevanje črpalke na rubinasto palico). Blokovni diagram rubinastega laserja je prikazan na sliki 2.

Slika 2. Lasersko vezje s preklopom Q
Ko rubinasti kristal obseva tok fotonov iz svetilke črpalke, lahko elektroni kromovih ionov, ki absorbirajo fotone sevanja črpalke, preidejo iz osnovnega stanja v vzbujena stanja, pri tem pa shranijo določeno količino energije. Za atome ali ione katere koli snovi je značilen določen diskreten niz možnih vzbujenih stanj (energijskih ravni), za vsako energijsko raven pa je značilna določena "življenjska doba" - povprečno trajanje atom ostane v danem vzbujenem stanju, nakar se energija, ki jo je akumulirala, izgubi in atom preide na nižjo energijsko raven (v stanje z manj energije).

Poenostavljen diagram ravni energije kromovega iona v rubinu in "življenjske dobe" na vsakem od njih je prikazan na sliki 3, odvisnost populacije ravni energije od gostote moči črpalke pa je predstavljena v obliki grafov na sliki 4

riž. 3. Poenostavljen diagram energijskih nivojev kromovega iona v rubinu

riž. 41. Zasvojenost

Populacije energijskih ravni

Kromovi ioni v rubinu glede na gostoto

Moč črpalke
Struktura energijskih nivojev ustvarja možnost akumulacije vzbujenih ionov na nivoju 2. Ioni, ki vstopijo v nivo 3, se zelo hitro znajdejo "ponastavljeni" na nivo 2, in če vir črpalke še naprej deluje, prenaša vse nove ione iz tal stanje na zgornjo raven, nato pa se jih čez nekaj časa večina kopiči na metastabilni ravni.

Stanje, v katerem je naseljenost nivoja z višjo energijo višja od naseljenosti nivoja z nižjo energijo, se imenuje "populacijska inverzija". Ioni, ki se gibljejo od nivoja 2 do nivoja 1, oddajo akumulirano energijo v obliki fotonov z energijo, ki ustreza razliki v energijah teh stanj: hv = E 21 .

Dokler ni doseženo stanje populacijske inverzije, se pojavi rdeč sij, ki je sevanje z ozkim spektrom. Posamezna dejanja emisije fotonov niso medsebojno povezana, vsak vzbujen ion oddaja »svoje« valovanje, ki se od drugih razlikuje po frekvenci, fazi in. polarizacija. Takšno sevanje imenujemo spontano. Vendar pa lahko med interakcijo oddanega fotona z vzbujenim medijem pride do drugega procesa - stimulirane (spodbujene) emisije, pri kateri je dodatni oddani foton "togo" povezan s prvim, kar prisili enega, po frekvenci, fazi in polarizaciji, tako da njihova skupna emisija predstavlja en sam val (λ= c/v = 6943 im).

Ko je dosežena populacijska inverzija, začne stimulirana emisija prevladovati nad spontano emisijo. Absorpcijski koeficient a aktivnega medija pri frekvenci, ki ustreza prehodu iona z metastabilne ravni na osnovno raven, postane negativen in v skladu z Bouguerjevim zakonom bo intenzivnost sevanja na koncu odseka l 1 večja kot intenzivnost na začetku odseka l 0, tj. medij pridobi ojačevalne lastnosti. Ker je tak medij postavljen v optični resonator (tj. ustvarjen povratne informacije) in če je populacijska inverzija zadostna za pridobitev ojačanja, ki kompenzira izgube v resonatorju in v aktivno okolje, potem pride do generacije; izkaže se, da gre za laser. Sevanje je v tem primeru "glavnik" impulzov s trajanjem 10 -6 sekund, ločenih s kratkimi časovnimi intervali, ki trajajo nekaj mikrosekund. Ta način delovanja laserja se imenuje prosti laserski način. Na sliki 5 je skupaj z obliko sevalnega impulza črpalke prikazan časovni diagram lasersko sevanje.

Za merjenje razdalj z laserjem potrebujete en močan
impulz najkrajšega možnega trajanja, da bi dosegli največjo natančnost določanja razdalje, zato način prostega generiranja ni primeren za te namene.

E

D Za zagotovitev delovanja laserja v načinu merjenja razdalje se uporablja impulzni način Q-preklopa. Za te namene se uporabljajo mehanske, elektrooptične in fototropne zaklopke, ki se vklopijo pri zelo kratek čas proti koncu delovanja črpalke. Večinoma se v optičnem resonatorju umetno vzdržujejo velike izgube (resonator je nenaravnan in zato nizek faktor kakovosti). V tem času se na metastabilu kopičijo vzbujeni kromovi ioni raven energije. Ko je zaklop vklopljen, se faktor kakovosti resonatorja močno poveča in sevanje pojavi v obliki močnega impulza (slika 6).

2. poglavje Princip merjenja razdalj z laserskimi daljinomeri.
Z laserskim daljinomerom se meri časovni interval med trenutkom prihoda impulza, ki se odbija od satelita, in trenutkom njegove emisije.

Slika 7 prikazuje posplošen blokovni diagram satelitskega laserskega daljinomera. Laserski daljinomer je nameščen na vrtljivi nosilni napravi, ki jo krmili računalnik. ne večina Energija laserskega sevanja se skozi fotodetektor pošlje v merilnik časovnih intervalov, kjer »zažene uro«. Glavnina laserskega sevanja potuje skozi kolimacijski optični sistem do izmerjene razdalje. Po odboju od satelita se signal vrne v sprejemni optični sistem, od koder preko fotodetektorja vstopi v merilnik časovnih intervalov, kjer »ustavi uro«.

riž. 7. Splošna shema impulzni laserski daljinomer
Največji obseg delovanja laserskega daljinomera je mogoče oceniti s formulo;

v katerem

E l - impulzna energija laserskega sevanja. J;
S p - skupna površina reflektorjev, m2;

S pr - površina vhodne zenice sprejemnega optičnega sistema, m2;

η k transmisijski koeficient kolimacijskega optičnega sistema;

η р - koeficient prepustnosti reflektorja;

η pr - prenosni koeficient sprejemnega optičnega sistema;

η a - atmosferska prepustnost;

Ω k - trdni kot, v katerem je lasersko sevanje koncentrirano na izhodu kolimacijskega optičnega sistema, cf;

Ω р - trdni kot, v katerem je koncentrirano sevanje, ki se odbija od satelita, cf;

E pr - najmanjša dovoljena energija signala na fotodetektorju, J. Prostorski kot je povezan z ravninskim kotom po formuli:

θ- ravni kot na vrhu sevalnega stožca.

Poglavje 3 Časovni zamik signala pri laserskem določanju dometa umetnega satelita.
Oglejmo si gibanje svetlobnega signala, ki ga oddaja laserski daljinomer, ki se nahaja v točki i zemeljsko površje na reflektorje na satelitu. Z uporabo Schwarzschildove prostorsko-časovne metrike in ob upoštevanju, da je za svetlobni signal interval enako nič, napišimo:

Iz te enačbe najdemo izraz za hitrost širjenja svetlobnega signala v gravitacijskem polju glede na središče mase Zemlje.

Elementarna geometrijska razdalja, ki jo prepotuje svetlobni signal v elementarnem časovnem obdobju, je določena z izrazom

integracijo, ki jo dobimo

IN Drugi člen v tem izrazu je korekcijski člen, tako da lahko približno zapišemo

IN Izrazimo zdaj dr" skozi dr. From pravokotni trikotnik Oks, pri katerem je krak p najkrajša razdalja od središča mase Zemlje do laserskega žarka (slika 8), lahko zapišemo:
Če razlikujemo ta izraz, dobimo

Zdaj lahko integrirate

Z kjer sta t iz in t s trenutki oddajanja signala iz točke i in prihoda signala v točko s vendar v koordinatnem času.

Uporaba izraza z

Omogoča izključitev p in

torej

Slika 8 Na izhod za časovno zakasnitev signala

Če upoštevamo gibanje svetlobnega signala po odboju od satelita s nazaj do postaje i, dobimo formulo

IN kjer je t np trenutek v koordinatnem času prihoda signala v točko i po odboju od retroreflektorja v točki s.

Zato lahko zapišemo:

Kjer je Δt polovična razlika med trenutki prihoda odbitega signala v točko i in njegovo emisijo iz iste točke i.

V tem primeru r` ustreza trenutku, to je trenutku refleksije

Signal iz satelita.

IN Dobljena formula za časovni zamik signala Ai je interval koordinatnega časa, na postaji pa se meri interval lastnega časa. Zato se moramo še premakniti iz koordinatnega časa v pravi čas. Iz Schwarzschildove metrike imamo:

V, - hitrost točke i
Tako končno dobimo:

Pri izpeljavi formule smo upoštevali le relativistični časovni zamik med laserskim določanjem razdalje satelitov. Pravzaprav je treba pri izračunu geometrijske razdalje od točke do satelita upoštevati tudi atmosfersko zakasnitev in zakasnitev električna vezja laserski daljinomer. V praksi se razdalja do satelita izračuna po formuli
c je svetlobna hitrost;

Δτ - polovična razlika med trenutkoma emisije in prihoda odbitega signala;

Δr` p - popravek za troposferski lom;

Δr` L - popravek za zamude pri opremi;

Δr` pel - relativistični popravek.
IN splošni pogled popravek za troposfersko lomnost je izražen z integralom:

n
V praksi se pri obdelavi laserskih opazovanj uporablja formula Marini in Murray.

Δr` p - popravek razdalje za vpliv refrakcije (v metrih); h je kotna višina satelita nad obzorjem;

P.e.T.R h - atmosferski in vodni parni tlak (v milibarih), atmosferska temperatura (v stopinjah Kelvina) in relativna vlažnost zraka (v %) v bližini opazovalne postaje;

λ - valovna dolžina sevanja (v mikrometrih);

φ - širina postaje;

H je višina postaje nad morsko gladino (v kilometrih).
Poglavje 4 Laserska lokacija Lune
21. julija 1969 so astronavti Apolla 11 namestili prvi kotni reflektor na Luno. Pozneje so podobne reflektorje namestili astronavti programov Apollo 14 in Apollo 15 (reflektor Apollo 15 je največji, sestavljen iz panela tristotih prizem). Z vogalnimi reflektorji sta bila opremljena tudi sovjetska lunarna roverja Lunohod 1, dostavljena na Luno v okviru misije Luna 17, in Lunohod 2, dostavljena v okviru misije Luna 21.

V prvem letu in pol delovanja je reflektor Lunohoda-1 zagotovil približno 20 opazovanj, potem pa je bil njegov natančen položaj izgubljen in ga še ni bilo mogoče najti. Z ostalimi štirimi reflektorji ni bilo težav, nenehno sondirajo v tem trenutku v bližini postaj, vključno z laboratorijem reaktivni pogon NASA (Laboratorij za reaktivni pogon ali JPL NASA), ki je izvajala laserska opazovanja reflektorjev od trenutka, ko so bili nameščeni.

^ Glavne postaje, ki izvajajo lasersko določanje razdalje Lune.

JPL NASA, Kalifornija, ZDA

McDonald, Teksas, ZDA

OCA, Grasse, Francija

Haleakala, Havaji, ZDA (trenutno zaprto)

Apache Point, Nova Mehika, ZDA

Matera, Matera, Italija

Podružnica OCA, Južna Afrika(uporablja stari instrument postaje OCA)

^ Princip merjenja

Laser odda signal v teleskop, usmerjen v reflektor, in zabeleži se točen čas, ko je bil signal oddan. Nekateri fotoni iz prvotnega signala se vrnejo nazaj v detektor, da zajame začetno podatkovno točko. Območje žarka signala na površini Lune je 25 km² (površina vogalnih reflektorjev je približno 1 m x 1 m). Svetloba, ki se odbije od naprave na Luni, se vrne v teleskop v približno eni sekundi, nato gre skozi filtrirni sistem, da pridobi fotone na želeni valovni dolžini in filtrira šum.

^ Natančnost opazovanj

Od leta 1970 se je natančnost meritev razdalje povečala z nekaj deset (približno 40) na nekaj (približno 2-3) centimetrov. Nova postaja Apache Point lahko doseže natančnost reda velikosti milimetrov.
Natančnost merjenja časa je trenutno okoli 30 pikosekund (kar ustreza približno dvema centimetroma natančnosti merjenja razdalje)

Zaključek
Za zaključek bi rad poudaril, da sem pri zbiranju informacij za ta esej prebral veliko gradiva tako iz domače kot tuje literature, v ruska literatura zelo malo koristne informacije, vendar učbeniki V.I.Krylova Vesoljska geodezija in K.M. Antonoviča "Uporaba satelitskih radijskih navigacijskih sistemov v geodeziji" so zelo informativni materiali Zveznega državnega enotnega podjetja "Znanstveno-raziskovalni inštitut za precizno instrumentacijo", članek "Laser Ranging" in članek E.Yu Lociranje lune« so bili prav tako koristni.

Ta povzetek zelo podrobno obravnava načelo delovanja laserja v 1. poglavju, načelo merjenja razdalj z laserskimi daljinomeri v 2. poglavju,

časovni zamik signala pri laserskem določanju razdalje satelitov v 3. poglavju in Lasersko določanje razdalje Lune v 4. poglavju.

Bibliografija
1. V.I. Krylov. Vesoljska geodezija: Vadnica za študente geodetskih specialitet / Moskva / MIIGAiK / 2002
2. K.M. Antonovich "Uporaba satelitskih radijskih navigacijskih sistemov v geodeziji" v 2 zvezkih / Moskva / Kartgeotsent / 2006
3. članek E.Yu Aleshkina "Laserska lokacija lune"
4. Daljinomeri. Načelo laserskega določanja razdalje.

Kotni reflektor Apollo 11

merjenje razdalje med dvema točkama na površini Zemlje in Luno z laserskim določanjem razdalje z ali brez kotnih reflektorjev na površini Lune. Znanstveni pomen takih poskusov je razjasniti gravitacijsko konstanto in preveriti teorijo relativnosti; razjasnitev številnih parametrov gibanja dinamični sistem Zemlja-Luna; pridobivanje novih podatkov o fizikalnih lastnostih in notranja struktura Zemlja in Luna itd.

Zgodba

Odprta "škatla" na levi je kotni reflektor Lunohoda-1, zasnovan za določanje oddaljenosti od Lune.

Poskusi z laserskim določanjem Lune, tudi brez uporabe kotnih reflektorjev, so bili izvedeni od zgodnjih šestdesetih let prejšnjega stoletja v ZDA in ZSSR. V ZDA so od 9. do 11. maja 1962 v ta namen uporabljali dva teleskopa MIT Cassegrain, prvi s premerom 30,5 cm je na Luno usmeril rubinasti laserski žarek, drugi s premerom 122 cm. prejeli odbiti signal. Najdeni so bili kraterji Albategnium, Tycho, Copernicus in Longomontanus. V ZSSR leta 1963 je bil v notranjosti trg lunin krater Albategnij, tako za pošiljanje rubinastega laserskega žarka kot za njegov sprejem je bil uporabljen en teleskop s premerom 260 cm Krimskega astrofizičnega observatorija, v katerem je po pošiljanju signala posebno zrcalo spremenilo svoj položaj in usmerilo signal, ki se odbija od površine Lune do fotodetektorja. Na tem observatoriju so bile opravljene prve meritve razdalje do Lune z laserskim določanjem razdalje, ko so jo leta 1965 določili z natančnostjo 200 metrov z novo napravo, izdelano na Fizikalnem inštitutu Lebedev. Poleg tega je bila natančnost takrat omejena močno popačenje laserski žarek na površini lune.

21. julija 1969 so astronavti Apolla 11 namestili prvi kotni reflektor na Luno. Pozneje so podobne reflektorje namestili astronavti programov Apollo 14 in Apollo 15. Reflektor Apollo 15 je največji, sestavljen iz plošče s tristo prizmami; druga dva reflektorja Apollo sta imela po 100 prizem; toplotna izolacija je bila težka škatla iz aluminijeve zlitine. Z vogalnimi reflektorji sta bila opremljena tudi sovjetska lunarna roverja Lunohod 1, dostavljena na Luno v okviru misije Luna 17, in Lunohod 2, dostavljena v okviru misije Luna 21. Sami reflektorji so bili izdelani v Franciji, sistem za zaščito pred prahom in orientacijski sistem pa so razvili sovjetski strokovnjaki. Kotni reflektor Lunohoda je bil sistem 14 steklenih tetraedrskih piramid, nameščenih v eno toplotno izolirano škatlo, tako da so bili njihovi nagnjeni robovi odprti za laserski žarek.

Prve signale z Lunohoda-1 je 5. in 6. decembra 1970 sprejel zgoraj omenjeni 2,6-metrski teleskop Krimskega astrofizikalnega observatorija, istega meseca pa jih je sprejel tudi observatorij Pic du Midi. Reflektor Lunohod-1 je v prvem letu in pol delovanja zagotovil približno 20 opazovanj, nato pa je bil njegov točen položaj izgubljen in ga ni bilo mogoče najti do aprila 2010. Predvidevalo se je, da je bil lunarni rover v nagnjenem položaju, kar oslabi signal, ki se odbija od njega, in otežuje njegovo iskanje, če so podatki o koordinatah na lunini površini netočni. Reflektor Lunohod-1 bi lahko našli, če bi zajček, ki ga je odseval, padel v optične fotografije lunine površine, ki naj bi jih posneli s satelitom Lunar Reconnaissance Orbiter, ali v vidno polje drugih lunine postaje. 22. aprila 2010 so Lunokhod 1 na površju Lune našli Tom Murphy in skupina znanstvenikov, ki so poslali laserske impulze iz teleskopa Apache Point Observatory v Novi Mehiki.

Med prvimi, ki so locirali Luno, je bil tudi teleskop Skol-1. "Skol-1" je bil nameščen na ozemlju NIP-16 in je delal na "Lunokhod-1".

Ni bilo težav z določitvijo lokacije preostalih štirih reflektorjev, vključno s tistim, nameščenim na Lunohodu-2, njihovo stalno sondiranje trenutno izvajajo številne postaje, vključno z Nasinim laboratorijem za reaktivni pogon, ki opazuje lasersko določanje razdalje; reflektorjev od samega trenutka njihove namestitve. Na 2,6-metrskem teleskopu Krimskega astrofizikalnega observatorija, kjer so leta 1978 namestili opremo, ki je omogočala merjenje razdalje do Lune z natančnostjo 25 cm, je bilo opravljenih skupno 1400 določitev te vrednosti, največkrat do kotni reflektorji Lunohoda-2 in Apolla 15." Vendar so leta 1983 dela tam ustavili zaradi omejitve sovjetskega lunarnega programa.

Glavne postaje, ki izvajajo lasersko določanje razdalje Lune

• JPL NASA, Kalifornija, ZDA
• Observatorij McDonald, Teksas, ZDA
• OCA, Nica, Francija
• Haleakala, Havaji, ZDA
• Apache Point, Nova Mehika, ZDA
• Matera, Matera, Italija
• Podružnica OCA, Južna Afrika

Princip merjenja

Laserski žarek usmerjen proti Luni

Laser odda signal v teleskop, usmerjen v reflektor, in zabeleži se točen čas, ko je bil signal oddan. Nekateri fotoni iz prvotnega signala se vrnejo nazaj v detektor, da zajame začetno podatkovno točko. Območje žarka signala na površini Lune je 25 km?. Svetloba, ki se odbije od naprave na Luni, se vrne v teleskop v približno eni sekundi, nato gre skozi filtrirni sistem, da pridobi fotone na želeni valovni dolžini in filtrira šum.

Natančnost opazovanj

Od leta 1970 se je natančnost meritev razdalje povečala z nekaj deset na nekaj centimetrov. Nova postaja Apache Point lahko doseže natančnost reda velikosti milimetrov.

Natančnost merjenja časa v sedanjosti je približno 30 pikosekund.

Lasersko določanje razdalje je področje optoelektronike, ki se ukvarja z odkrivanjem in določanjem lokacije različnih predmetov z uporabo elektromagnetni valovi optično območje, ki ga oddajajo laserji. Objekti laserskega določanja so lahko tanki, ladje, rakete, sateliti, industrijske in vojaške strukture. Načeloma se izvaja lasersko določanje razdalje aktivna metoda. Vemo že, da se lasersko sevanje od temperaturnega razlikuje po tem, da je ozko usmerjeno, monokromatsko, ima visoko impulzno moč in visoko spektralno svetlost. Zaradi vsega tega je optična lokacija konkurenčna v primerjavi z radarjem, predvsem pri uporabi v vesolju (kjer ni absorpcijskega vpliva atmosfere) in pod vodo (kjer so prosojna okna pri številu valov v optičnem območju).

Lasersko določanje razdalje, tako kot radar, temelji na treh glavnih lastnostih elektromagnetnega valovanja:

1. Sposobnost odboja od predmetov. Tarča in ozadje, na katerem se nahaja, različno odbijata sevanje, ki pada nanju. Lasersko sevanje se odbija od vseh predmetov: kovinskih in nekovinskih, od gozdov, obdelovalnih površin in vode. Poleg tega se odraža od vseh predmetov, katerih dimenzije manjša dolžina valovi, boljši od radijskih valov. To je dobro znano iz osnovnega načela odboja, ki pravi, da krajša kot je valovna dolžina, bolje se odbije. Moč odbitega sevanja je v tem primeru obratno sorazmerna z valovno dolžino na četrto potenco. Laserski lokator ima načeloma večjo sposobnost zaznavanja kot radar – krajša kot je valovna dolžina, višja je. Zato je z razvojem radarja prišlo do težnje po prehodu z dolgih valov na krajše. Vendar pa je izdelava radiofrekvenčnih generatorjev, ki oddajajo ultra kratke radijske valove, postajala vse težja in nato zašla v slepo ulico.

Ustvarjanje laserjev je odprlo nove perspektive v lokacijski tehnologiji.

2. Sposobnost širjenja v ravni črti. Uporaba ozko usmerjenega laserskega žarka, ki se uporablja za skeniranje prostora, omogoča določitev smeri na objekt (target bearing).

Ta smer je določena z lokacijo osi optičnega sistema, ki ustvarja lasersko sevanje (v radarju - v smeri antene). Čim ožji je žarek, tem natančneje je mogoče določiti smer. Določimo koeficient usmerjenosti in premer antene z naslednjo preprosto formulo,

G= 4p*S

kjer je G koeficient usmerjenosti, S površina antene, m2, / je valovna dolžina sevanja μm.

Preprosti izračuni kažejo, da je za pridobitev koeficienta usmerjenosti približno 1,5 pri uporabi radijskih valov v centimetrskem območju potrebna antena s premerom približno 10 m. Takšno anteno je težko namestiti na rezervoar, še bolj pa nanj letalo. Je zajetno in neprenosljivo. Uporabiti morate krajše valove.

Znano je, da je kotna odprtina laserskega žarka, narejenega s trdno aktivno snovjo, le 1,0 - 1,5 stopinje in brez dodatnih optičnih fokusnih sistemov (anten). Posledično so lahko dimenzije laserskega lokatorja bistveno manjše od podobnega radarja. Uporaba majhnih optičnih sistemov bo omogočila zožitev laserskega žarka na nekaj ločnih minut, če bo to potrebno.

3. Sposobnost širjenja laserskega sevanja iz konstantna hitrost omogoča določanje razdalje do predmeta. torej. Metoda določanja obsega impulza uporablja naslednje razmerje:

L= ctin

kje L - razdalja do predmeta, km, C - hitrost širjenja sevanja km/s, t in - čas prehoda impulza do cilja in nazaj, s.

Upoštevanje tega razmerja kaže, da je potencialna natančnost merjenja razdalje določena z natančnostjo merjenja časa, ki je potreben, da energijski impulz potuje do predmeta in nazaj. Popolnoma jasno je, da čim krajši je impulz, tem bolje (če je dobra pasovna širina, kot pravijo radijci). Toda že vemo, da sama fizika laserskega sevanja omogoča pridobivanje impulzov s trajanjem 10-7 - 10-8 s. In to zagotavlja dobre podatke za laserski lokator.

Kateri parametri se uporabljajo za karakterizacijo lokatorja? Kakšni so podatki o njegovem potnem listu? Oglejmo si nekatere od njih, glej sl.

Najprej območje. Razume se kot območje prostora, v katerem se izvaja opazovanje. Njegove meje so določene z največjim in najmanjšim dosegom ter mejami gledanja v višini in azimutu. Te dimenzije so določene glede na namen vojaškega laserskega lokatorja.

Drug parameter lokatorja je čas gledanja. Nanaša se na čas, v katerem laserski žarek zagotavlja en sam pregled določenega volumna prostora.

Naslednji parameter lokatorja so določene koordinate. odvisni so od namena lokatorja. Če je namenjeno določanju lokacije zemeljskih in površinskih predmetov, je dovolj, da izmerimo dve koordinati: obseg in azimut. Pri opazovanju zračnih objektov so potrebne tri koordinate. Te koordinate je treba določiti z določeno natančnostjo, ki je odvisna od sistematičnih in naključnih napak. Njihovo obravnavanje presega obseg te knjige. Vendar bomo uporabili tak koncept kot moč ločevanja. Ločljivost pomeni zmožnost ločenega določanja koordinat blizu lociranih ciljev. Vsaka koordinata ima svojo ločljivost. Poleg tega se uporablja takšna značilnost, kot je odpornost na motnje. To je sposobnost laserskega lokatorja za delovanje v pogojih naravnih (Sonce, Luna) in umetnih motenj.

In zelo pomembna lastnost lokatorja je zanesljivost. To je lastnost lokatorja, da ohranja svoje značilnosti v določenih mejah v danih pogojih delovanja.

Za diagram laserskega lokatorja, zasnovanega za merjenje štirih glavnih parametrov predmeta (obseg, azimut, višina in hitrost), glejte sl. na strani 17. Jasno je razvidno, da je strukturno tak lokator sestavljen iz treh blokov: oddajnega, sprejemnega in indikatorskega. Glavni namen oddajnega lokatorja je generiranje laserskega sevanja, njegovo oblikovanje v prostoru, času in smeri na območje objekta. Oddajno enoto sestavljajo laser z virom vzbujanja, Q-stikalo, skenirna naprava, ki zagotavlja pošiljanje energije v danem območju v skladu z danim skenirnim zakonom, ter oddajni optični sistem.

Glavni namen sprejemne enote je sprejemanje sevanja, ki ga odbije predmet, ga pretvori v električni signal in ga obdela za pridobivanje informacij o predmetu. Sestavljen je iz sprejemnega optičnega sistema, interferenčnega filtra, sprejemnika sevanja ter enot za merjenje razdalje, hitrosti in kotnih koordinat.

Indikatorski blok se uporablja za označevanje informacij o ciljnih parametrih v digitalni obliki.

Glede na namen, za katerega lokator služi, ločimo: daljinomere, merilnike hitrosti (Dopplerjev lokator), same lokatorje (dometa, azimuta in elevacije).

DIAGRAM LASERSKOG LOKATORJA

sprejemnik sevanje

optični filter

sprejemni optični sistem

INDIKATORSKI BLOK

SPREJEMNI BLOK

merilna enota obsega

enota za merjenje hitrosti

kotna koordinatna merska enota

Višinski kot

Hitrost

napajalna enota

Načelo laserskega določanja razdalje (LL) temelji na dejstvu, da se svetloba v vakuumu širi premočrtno in s konstantno hitrostjo. Odda se kratek laserski impulz in se zazna čas, laserski žarek se odbije od ciljnega predmeta in vrne nazaj, kjer ga s teleskopom in občutljivimi fotodetektorji ujame in določi čas med oddajo impulza in njegovo vrnitvijo. Če poznate hitrost svetlobe, lahko izračunate razdaljo do predmeta. Če je impulz kratek in je čas med oddajanjem in sprejemom odbitega signala natančno izmerjen, potem lahko z ustrezno natančnostjo izračunamo razdaljo do predmeta. Posebej se upošteva vpliv atmosfere, ki ukrivi žarek (lom) in vnese zakasnitev, vendar so to subtilne podrobnosti. Zamisli o lokaciji Lune so bile izražene že dolgo, že v dvajsetih letih. 20. stoletja, ko še ni bilo laserjev. Takoj ko je bil izumljen laser, se je pojavila ideja za uporabo edinstvene lastnosti lasersko sevanje za lunarno lasersko določanje razdalje (LLR). Prvi poskusi LLL so bili izvedeni v letih 1962-63. v ZDA in ZSSR. Takrat ni bilo govora o kakršnih koli meritvah, preizkušala se je sama možnost izvedbe takšne lokacije. Poskusi so se izkazali za precej uspešne, odbiti signal je bil zanesljivo zabeležen, čeprav trajanje impulza 1 ms ni omogočalo natančnejšega merjenja razdalje od 150 km. V letih 1965-66 so bili izvedeni poskusi s krajšimi impulzi - dosežena je bila natančnost okoli 180 m. Poleg tega natančnost ni bila omejena toliko s trajanjem impulza kot s terenom. Nato je bila predstavljena zamisel o dostavi kotnih reflektorjev (CR) na Luno za izboljšanje natančnosti lokacije. Kotni reflektorji so opazni po tem, da vedno vračajo signal strogo v nasprotni smeri, poleg tega pa signal nima časovnega razmazovanja zaradi terena. Domnevno je bilo na Luno dostavljenih 5 kotnih reflektorjev - dva na sovjetskih lunarnih roverjih in trije Ameriški astronavti– Apollo 11, Apollo 14 in Apollo 15. Tu se dolgočasne floskule končajo in nato začnejo pravljice z neverjetnimi čudeži in detektivskimi skrivnostmi! Začnimo z dejstvom, da se je krmilna naprava, nameščena na Lunohodu-1, nenadoma »izgubila«! Poleg tega obstajata dve mnenji o tej zadevi. Vodilni raziskovalec, vodja. Podiplomski študent na Observatoriju Pulkovo, dr. E.Yu.Alyoshkina v svojem članku trdi, da je njegova krmilna naprava v okvari. To se je zgodilo med vožnjo v zelo težke razmere znotraj enega izmed kraterjev. Na steni tega kraterja je še en, sekundarni, majhen. To je najhujša stvar na luni. Da bi prišli iz tega zanič kraterja, so se operater-voznik in posadka odločili, da lunarni rover obrnejo nazaj. In sončna plošča je bila zložena nazaj. In izkazalo se je, da je s pokrovom sončne plošče zapeljal v steno tega nevidnega kraterja, ker so kamere gledale samo naprej. Zajel je lunina tla na sončno ploščo. In ko smo prišli ven, smo se odločili zapreti to ploščo. Ampak mesečev prah tako grdo, da se je ne moreš tako zlahka otresti. Zaradi prahu sončna baterija Polnilni tok je padel. in zaradi dejstva, da je prah udaril v radiator, je bil toplotni režim moten. Posledično je Lunohod 2 ostal v tem nesrečnem kraterju. Vsi poskusi reševanja naprave so se končali brez uspeha. Druga zgodba se je izkazala za neumno. Na Zemljinem satelitu je bil že štiri mesece. 9. maja sem prevzel krmilo. Pristala sva v kraterju navigacijski sistem izven reda. Kako priti ven? Večkrat smo se že znašli v podobne situacije. Potem so preprosto pokrili sončne celice in odšli ven. In tukaj so novi ljudje v vodstveni skupini. Ukazali so, naj ne zapirajo in naj gredo ven. Pravijo, da ga zapremo in ne bo črpanja toplote iz lunarnega roverja, instrumenti se bodo pregrevali. Nismo poslušali in smo tako poskušali oditi. Zadeli smo lunino zemljo. In lunin prah je tako lepljiv. In potem ukažejo zapreti sončno ploščo - pravijo, prah bo padel sam. Zrušil se je - na notranjo ploščo je lunarni rover prenehal prejemati polnjenje s sončno energijo v zahtevani količini in postopoma izgubil moč. 11. maja ni bilo več signala z Lunohoda. To informacijo potrjuje... LRO! Tukaj je slika Lunohoda 2 z odprtim pokrovom, obrnjenim proti vzhodu: Na splošno je zdaj neuporabno locirati drugi lunarni rover. Delovno območje kotov za kotni reflektor, nameščen na lunarnih roverjih, je ±10 stopinj. Da bi lahko locirali UO, nameščen na Lunohodu, ob upoštevanju lunine libracije približno 7 stopinj, Lunarni rover mora biti pravilno usmerjen proti Zemlji po azimutu (na podzemno točko) in elevaciji z natančnostjo 2-3 stopinj. UPD od 03.11.2013. Poklical sem V.P. Dolgopolova in razjasnil postavitev kotnih reflektorjev na telo lunarnega roverja - nameščeni so strogo naprej vzdolž tečaja, točno tako, kot je prikazano na fotografijah muzejskih modelov. In zdaj se spomnimo Dovganovih besed, da Lunohod 2 gleda proti vzhodu, in pozorno pogledamo zemljevid: Zelene puščice prikazujejo dejansko orientacijo lunarnih roverjev, rumene puščice prikazujejo orientacijo, ki je potrebna za uspešno lokacijo kontrolnih naprav, nameščenih na lunarnih roverjih. Podzemna točka, ki se nahaja v središču slike in na katero bi moral biti Lunohod-2 usmerjen po azimutu, se nahaja jugozahodno od Lunohoda-2, Lunohod-2 pa je obrnjen proti vzhodu (po mojem mnenju azimut je približno 100-110 stopinj) - v tem položaju je vpadni kot locirnega žarka na napravo približno 70 stopinj, kot, ki je za kvarčno napravo popolnoma prepovedan, tj. Kotni reflektor Lunohoda-2 je popolnoma nefunkcionalen. In astronomi ga že skoraj 40 let uspešno locirajo??? Zaprem oči in si predstavljam, kako se fotoni s poskočno pirueto potopijo v kotni reflektor Lunohoda-2, obrnjenega nazaj, da se tam odbijejo in se po obratni pirueti usmerijo proti Zemlji ... Šeherezada živčno kadi ob strani ! Imela je dovolj pravljic le za 1001 noč. Postavlja se naravno vprašanje - kaj so potem (astronomi) locirali? Podrobnosti ameriškega eksperimenta so bolj ali manj podrobno opisane v dokumentu Apollo 11 Preliminary Science Report. Podrobnosti o sovjetskih poskusih laserskega določanja razdalje Lune, izvedenih na Krimskem astrofizičnem observatoriju (CrAO), so podane v drugem zvezku zbirke "Mobilni laboratorij na Luni LUNOKHOD-1". Obstaja tudi formula za izračun velikosti odzivnega signala in prikazan je rezultat izračuna - 0,5 fotoelektrona iz enega impulza, tj. iz dveh laserskih impulzov je treba zabeležiti približno 1 fotoelektron. Število fotonov, ki bodo dosegli Luno, je enako številu, sproščenemu iz laserja, pomnoženemu s tem koeficientom prosojnosti N M = K λ N t. Na primer, za KrAO je v povprečju navedeno kot 0,73. Za observatorije na večjih nadmorskih višinah je atmosfera bolj pregledna. Ovira v obliki atmosfere se bo na poti fotonov spet srečala, ko se odbiti fotoni vrnejo na Zemljo - rezultat bo treba še enkrat pomnožiti s koeficientom prosojnosti atmosfere K λ. Žarek, sprožen iz laserja, se razhaja. Za to obstajata dva temeljna razloga. Prva je širitev uklonskega žarka. Definirana je kot razmerje med valovno dolžino svetlobe in premerom žarka. Zato je za njegovo zmanjšanje potrebno povečati premer žarka. Da bi to naredili, se laserski žarek razširi in spusti skozi isti teleskop, ki bo nato ujel odzivne fotone. Preklapljanje poteka z reverzibilnim zrcalom - glede na to, da bodo odzivni fotoni prispeli šele po 2,5 sekunde, tega sploh ni težko zagotoviti. Pri teleskopu z izhodnim premerom 3 metre je uklonska ekspanzija žarka le 0,05" (ločna sekunda). Drugi razlog je veliko močnejši - turbulenca v atmosferi. Zagotavlja divergenco žarka na ravni približno 1". Ta razlog je v osnovi neodstranljiv. Edini način za boj proti njemu je, da vzamemo teleskop iz ozračja. Torej ima žarek na izhodu iz atmosfere divergenco θ. Za majhne kote θ lahko uporabimo približek θ = tan(θ) = sin(θ). Posledično bo žarek osvetlil točko s premerom D = Rθ, kjer je R razdalja do Lune (povprečno 384.000 km, največ 405.696 km, najmanj 363.104 km). Žarek z divergenco 1" bo osvetlil točko na Luni s premerom približno 1,9 km. Območje pege, kot je znano iz tečaja geometrije, je enako. Količina svetlobe, ki vstopi v teleskop kot posledica odboja od EO ali lunine zemlje, je sorazmerna s površino teleskopa. Za teleskop s premerom d je površina . V primeru odboja od CR ne bodo vsi fotoni, ki zadenejo Luno, zadeli CR in se odbili. Število fotonov, ki se odbijajo od naprave, je sorazmerno s površino reflektorja S 0 in njegovim odbojnim koeficientom K 0 . (To pod pogojem, da se je naprava sploh dotaknila vsaj z robom točke.) Za reflektorje francoske izdelave skupna površina enaka 640 cm 2 s koeficientom refleksije 0,9, vendar ne smemo pozabiti, da je za prizme s trikotno sprednjo stranjo delovna površina 2/3 celotne. Ameriške so bile izdelane iz nemetaliziranih kremenčevih prizm in so imele trikrat manjši odbojni koeficient, vendar velika površina- CV, ki sta ga domnevno posredovali odpravi Apollo 11 in Apollo 14, je 0,1134 m2, Apollo 15 - 0,34 m2 (NASA-CR-113609). Posledično bo število fotonov, ki se bodo odbili od CR. Pravzaprav je porazdelitev fotonov po območju pege precej neenakomerna: Vendar pa se bo ta neenakost zgladila pri seštevanju rezultatov več laserskih "posnetkov", da bi izolirali koristen signal od hrupa v ozadju. Vsi fotoni, odbiti od EO, ne bodo končali v teleskopu. Odbiti žarek ima divergenco θ" in bo osvetlil točko na Zemlji s premerom L=Rθ". Površina točke na Zemlji, po kateri bo razporejen odbiti žarek, je enaka. S tega mesta bo število fotonov padlo v teleskop (če pade, kar je treba tudi preveriti). Za francoske IO, nameščene na lunarnih roverjih, je divergenca odbitega žarka označena kot 6" (za valovno dolžino rubinastega laserja 694,3 nm), kar daje premer odbite točke na Zemlji 11 km; ameriški so bili izdelana iz manjših trojnih prizem in je imela zato nekoliko večjo divergenco 8,6" (tudi za valovno dolžino rubinastega laserja 694,3 nm), bo premer pege na Zemlji približno 16 km. Pravzaprav je divergenca odbitega žarka določena z uklonom, tj. razmerje med valovno dolžino laserja in odprtino enega elementa UO θ" = 2,44 λ/D RR. Zato je lahko uporaba zelenega laserja z valovno dolžino 532 nm povsem upravičena - kljub večji absorpciji in sipanju notri zelena luč zemeljsko ozračje v primerjavi z rdečo in infrardečo. Kot lahko vidimo, smo dobili praktično isto formulo, kot je bila navedena v delu Kokurin et al., le da so bili v tem delu dodani transmisijski koeficienti v oddajni in sprejemni poti ter učinkovitost kvantne pretvorbe fotodetektorja (koliko fotoni iz števila, ki zadenejo teleskop, bodo zapisani v obliki električnega signala). Kar še manjka, je odvisnost efektivnega odbojnega območja od vpadnega kota, tj. formule so izpeljane iz predpostavke, da je vpadni kot locirajočega žarka na tarčo blizu normale. Pravzaprav je odvisnost takšna: V primeru odboja od tal se bo večina svetlobe absorbirala, preostala pa se bo razpršila po zakonu, ki je blizu lambertovemu (enakomerno v vse smeri), v prostorskem kotu 2π steradiana. Pravzaprav je odsev od Lune nekoliko težavnejši - lunina tla imajo izrazito povratno sipanje in opozicijske učinke, zaradi česar se lunina tla odbijajo 2-3 krat strožje v nasprotni smeri kot običajna Lambertova (mat) površina . Grobo rečeno, celotna površina Lune deluje kot kotni reflektor, čeprav ne zelo dober. Lunin albedo je v povprečju enak 0,07, čeprav v različni kraji vidna površina Lunin albedo se giblje od 0,05 do 0,16. (UPD: Po zadnjih podatkih, ki jih je pridobil laserski višinomer LOLA, lahko albedo ob odboju striktno nazaj doseže celo 0,33, v nekaterih trajno temnih kraterjih pa južni pol celo 0,35!) Preverimo, kateri del osvetljene lise bo padel v teleskop. Vidno polje teleskopa je določeno z njegovo največjo povečavo, ki je določena z njegovim premerom. Izračun za teleskop CrAO s premerom 2,64 m daje vidno polje 22", delo daje vrednost 15" - vrednosti so blizu. Velikost osvetljene pege je običajno manjša, tako da se v vidnem polju teleskopa pojavi celotna lisa. Število fotonov, ki se odbijejo od luninih tal in vstopijo v teleskop, je enako. Od tod izpeljemo formulo za oceno učinkovitosti uporabe kotnega reflektorja kot razmerje med svetlostjo IR in svetlostjo luninih tal. Hiter pogled na to formulo je dovolj, da vidimo, da je za povečanje nivoja odzivnega signala naprave v primerjavi z odbojem od tal potrebno zmanjšati kot divergence locirnega laserskega žarka - odvisnost je kvadratna. (UPD: Čeprav je Lunokhod-1 slabo postavljen, je še vedno viden. Izračunani vpadni kot pri njegovem EO je 31,5 stopinj od normale (brez upoštevanja libracije), pri tem kotu se EPR zmanjša za red velikosti in širjenje impulznega odziva od -zaradi nepravokotnosti ciljnega žarka na lokacijski žarek. Toda za Lunohod-2 je izračunani vpadni kot približno 70 stopinj od normale - kot je popolnoma previsok, celo za a. kremenčev ciljni žarek ne pomaga.) Sto fotonov in pol bi moralo pasti v teleskop iz naprave, približno 5 od tal, Aleshkina pa piše o "1 fotonu na 10-20 posnetkov." Kaj to pomeni? Zabeleženih je celo manj fotonov, kot bi jih moralo biti s tal! In tako mora biti! Spomnimo se, da lunina površina, ko se nahaja stran od podzemne točke, ni pravokotna na žarek, zato je odbiti signal zamazan v času, in časovni filter iz njega izreže samo tiste fotone, ki ustrezajo pričakovanemu rezultatu. Če se spomnimo, da Lunina površina ni idealno gladka in da so na njej gore in kraterji, bo prisotnost stene kraterja ali gorskega pobočja, obrnjenega proti Zemlji, na katerega laserski lokacijski žarek pade pravokotno, dala natančno enako časovno zgoščen signal kot in odbit od ZDA, vendar manjše intenzivnosti. Če oslabimo izračunani signal s tal kot razmerje med površino lunine površine, pravokotno na lokacijski žarek, in površino prečnega prereza lokacijskega žarka, bomo dobili popolno ujemanje eksperimentalnih rezultatov z izračun za hipotezo z odbojem od tal. Če upoštevamo, da je premer lokacijskega žarka na Luni 2-7 km, so že dovolj gore ali stene kraterjev višine 2-3 km, takšnih gora in kraterjev pa je na Luni ogromno. Poleg tega niti ni potrebna popolnoma ravna površina. Kot izhaja iz izračuna, z albedom 0,16 (in gore na Luni so lažje od morij), izračunano število fotonov s tal presega eksperimentalne vrednosti za približno 3-krat, tj. Za ujemanje z izračunom je dovolj, da le tretjina osvetljene točke pade na površino, ki leži na pričakovani ravnini. Preostali 2/3 ima lahko poljubno olajšavo. Rdeča črta označuje pogojno površino, od katere bo odbiti signal šel skozi časovni filter. V idealnem primeru bi bil to delček krogle s polmerom 380.000 km in središčem približno v središču Zemlje. Tak fragment krogle se malo razlikuje od ravnine. Hipoteza z odbojem signala iz krmilne naprave ni potrjena z objavljenimi eksperimentalnimi podatki - napaka ni v odstotkih, niti v časih, ampak v velikostih. Na splošno mi je z našo uporabno astronomijo vse jasno - Uvod Do danes so se pojavile glavne smeri, po katerih se laserska tehnologija uvaja v vojaške zadeve. Ta področja so: 1. Laserska lokacija (zemlja, zrak, pod vodo). 2. Laserska komunikacija. 3. Laserski navigacijski sistemi. 4. Lasersko orožje. 5. Laserski sistemi ABM in PKO. Uvedba laserjev v vojaška oprema ZDA, Francija, Anglija, Japonska, Nemčija, Švica. Državne institucije te države v celoti podpirajo in financirajo delo na tem področju. LASERSKA LOKACIJA Lasersko določanje razdalje se v tujem tisku nanaša na področje optoelektronike, ki se ukvarja z zaznavanjem in določanjem lokacije različnih objektov s pomočjo elektromagnetnih valov optičnega območja, ki jih oddajajo laserji. Tanki, ladje, rakete, sateliti, industrijske in vojaške strukture lahko postanejo objekti laserskega določanja razdalje. Načeloma se lasersko določanje razdalje izvaja z aktivno metodo. Lasersko določanje razdalje, tako kot radar, temelji na treh glavnih lastnostih elektromagnetnega valovanja: 1. Sposobnost odboja od predmetov. Tarča in ozadje, na katerem se nahaja, različno odbijata sevanje, ki vpada nanju. Lasersko sevanje se odbija od vseh predmetov: kovinskih in nekovinskih, od gozdov, obdelovalnih površin in vode. Poleg tega se odraža od vseh predmetov, katerih dimenzije so manjše od valovne dolžine, bolje kot radijski valovi. To je dobro znano iz osnovnega načela odboja, ki pravi, da krajša kot je valovna dolžina, bolje se odbije. Moč odbitega sevanja je v tem primeru obratno sorazmerna z valovno dolžino na četrto potenco. Laserski lokator ima načeloma večjo sposobnost zaznavanja kot radar – krajši kot je val, višji je. Zato je z razvojem radarja prišlo do težnje po prehodu z dolgih valov na krajše. Proizvodnja radiofrekvenčnih generatorjev, ki oddajajo ultra kratke radijske valove, pa je postajala vse težja in nato popolnoma zašla v slepo ulico. Ustvarjanje laserjev je odprlo nove perspektive v lokacijski tehnologiji. 2. Sposobnost širjenja v ravni črti. Uporaba ozko usmerjenega laserskega žarka, ki skenira prostor, vam omogoča, da določite smer do predmeta (target bearing). To smer določite po lokaciji osi optičnega sistema, ki ustvarja lasersko sevanje. Čim ožji je žarek, tem natančneje je mogoče določiti smer. Preprosti izračuni kažejo, da je za pridobitev koeficienta usmerjenosti približno 1,5 pri uporabi radijskih valov v centimetrskem območju potrebna antena s premerom približno 10 m. Takšno anteno je težko namestiti na tank, še manj pa na letalo. Je zajetno in neprenosljivo. Uporabiti morate krajše valove. Znano je, da je kotni kot laserskega žarka, proizvedenega s trdno aktivno snovjo, le 1,0 ... 1,5 stopinje in brez dodatnih optičnih sistemov. Posledično so lahko dimenzije laserskega lokatorja bistveno manjše od podobnega radarja. Uporaba majhnih optičnih sistemov bo omogočila zožitev laserskega žarka na nekaj ločnih minut, če bo to potrebno. 3. Sposobnost laserskega sevanja, da se širi s konstantno hitrostjo, omogoča določanje razdalje do predmeta. Tako se pri metodi določanja obsega impulza uporablja naslednje razmerje: L = ct/2, kjer je L razdalja do predmeta, c hitrost širjenja sevanja, t čas, ki ga impulz potrebuje, da potuje do tarča in nazaj. Upoštevanje tega razmerja kaže, da je potencialna natančnost merjenja razdalje določena z natančnostjo merjenja časa, ki je potreben, da energijski impulz potuje do predmeta in nazaj. Povsem jasno je, da čim krajši je impulz, tem bolje. Kateri parametri se uporabljajo za karakterizacijo lokatorja? Kakšni so podatki o njegovem potnem listu? Poglejmo jih nekaj. Najprej območje pokritosti. Razume se kot območje prostora, v katerem se izvaja opazovanje. Njegove meje so določene z največjim in najmanjšim delovnim dosegom ter mejami gledanja v višini in azimutu. Te dimenzije so določene glede na namen vojaškega laserskega lokatorja. Drugi parameter je čas pregleda. Nanaša se na čas, v katerem laserski žarek ustvari en sam pregled določenega volumna prostora. Naslednji parameter lokatorja so določene koordinate. Odvisni so od namena lokatorja. Če je namenjeno določanju lokacije zemeljskih in podvodnih predmetov, je dovolj, da izmerimo dve koordinati: obseg in azimut. Pri opazovanju zračnih objektov so potrebne tri koordinate. Te koordinate je treba določiti iz določeno natančnost, ki je odvisen od sistematičnih in naključnih napak. Uporabili bomo tak koncept kot ločljivost. Ločljivost pomeni zmožnost ločenega določanja koordinat blizu lociranih ciljev. Vsaka koordinata ima svojo ločljivost. Poleg tega se uporablja takšna značilnost, kot je odpornost proti hrupu. To je sposobnost laserskega lokatorja, da deluje v pogojih naravnih in umetnih motenj. In zelo pomembna lastnost lokatorja je zanesljivost. To je lastnost lokatorja, da ohranja svoje značilnosti znotraj določenih meja danih pogojih delovanje. Najnovejši materiali v razdelku: