ПРИЕМОПЕРЕДАЮЩИЙ БЛОК СВЕТОЛОКАЦИОННОГО ИЗМЕРИТЕЛЯ ВЫСОТЫ НИЖНЕЙ ГРАНИЦЫ ОБЛАКОВ

Предлагаемая полезная модель относится к приборостроению, а именно к технике измерения оптических характеристик атмосферы с целью определения высоты обнаружения взлетно-посадочной полосы (ВПП) в интересах метеорологического обеспечения полетной авиации.
В настоящее время в практике метеорологического обеспечения полетов авиации высота обнаружения ВПП оценивается по результатам измерений высоты нижней границы облаков.
Широкое распространение в отечественной и зарубежной практике получили лазерные импульсные измерители высоты нижней границы облаков [1].
Известны измерители, в которых используются приемопередающие блоки, в которых источник и приемник расположены на различных расстояниях друг от друга, то есть имеют некоторую базу. Оптические оси источника и приемника в этом случае могут пересекаться на различном расстоянии от приемопередающего блока.
Преимуществом такой схемы расположения является возможность получения интенсивного автоматического оптического эхо-сигнала от ближней зоны атмосферы.
Наиболее часто используют приемопередающие блоки, у которых источник и приемник имеют совмещенные оси. Например, в устройстве [2], описан приемопередающий блок, содержащий расположенный соосно источник и приемник световых импульсов, при этом апертура источника мала по сравнению с апертурой приемника. Источник создает световой поток, сечение которого в диапазоне измеряемых дальностей постоянно и
значительно меньше неизменяемого поперечного сечения диаграммы направленного приемника.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является приемопередающий блок светолокационного измерителя высоты нижней границы облаков [3], содержащий расположенные на одной оптической оси по ходу оптического луча лазерный источник с оптической системой, формирующей диаграмму направленности в виде параллельного пучка света, и приемник света, оптическую систему приемника, формирующую диаграмму направленности в виде оптического конуса, поле зрения которой составляет угол, обеспечивающий полный охват излучаемого светового потока на расстоянии, равном максимальной дальности обнаружения нижней границы облаков, и защитное стекло, установленное на выходе приемопередающего блока под углом к оптической оси.
Недостатки описанного прототипа заключаются в следующем:
- отсутствие контроля работоспособности измерителя высоты нижней границы облаков (ВНГО), в случае выхода из строя его электронной части, может привести к аварийное обстановке на ВВП, так как, при наличии облаков, будет идти информация об их отсутствии;
- измеритель ВНГО может работать при углах наклона от 0 до 90°, что может привести к случайному наведению в зону солнца или мощных источников излучения, или при движении солнца по небосклону случайного попадания его в зону приемного канала измерителя ВНГО, что вызовет выход из строя фотоприемника, который имеет очень высокую чувствительность.
Основной задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение надежности и помехозащищенности прибора.
Для решения поставленной задачи предложен приемопередающий блок светолокационного измерителя высоты нижней границы облаков, который, как и прототип, содержит расположенные на одной оптической
оси по ходу оптического луча лазерный источник с оптической системой, формирующей диаграмму направленности в виде параллельного пучка света, приемник, оптическую систему приемника, формирующую диаграмму направленности в виде оптического конуса, поле зрения которой составляет угол, обеспечивающий полный охват излучаемого светового потока на расстоянии, равном максимальной дальности обнаружения нижней границы облаков, и защитное стекло, установленное на выходе приемопередающего блока под углом к оптической оси.
В отличие от прототипа, в приемопередающий блок светолокационного измерителя высоты нижней границы облаков дополнительно введены последовательно соединенные между собой датчик освещенности, расположенный перед защитным стеклом, формирователь управляющего сигнала, исполнительный механизм со шторкой, расположенный перед приемником, источник эталонного светового сигнала и генератор контрольного сигнала, подключенный к управляющему процессору, при этом источник эталонного светового сигнала, соединен с генератором контрольного сигнала и установлен перед шторкой вне угла охвата оптической системы приемника, формирующей диаграмму направленности в виде оптического конуса.
Сущность полезной модели заключается в том, что источник эталонного светового сигнала, установленный перед шторкой, дает световые импульсы, которая имитирует тестовый сигнал, поступающий на фотоприемник, а с него на управляющий процессор, который и определяет работоспособность прибора.
Помехозащищенность прибора обеспечивается введением датчика освещенности, формирователя управляющего сигнала, исполнительного механизма со шторкой, размещенной перед приемником. Если поступает мощный источник излучения на датчик освещенности прибора, то срабатывает формирователь управляющего сигнала и через
исполнительный механизм закрывает шторку, при этом управляющим процессором вырабатывается сигнал об ошибке.
Таким образом, благодаря предлагаемому конструктивному решению приемопередающего блока светолокационного измерителя высоты нижней границы облаков появилась возможность контролировать работоспособность измерителя ВНГО и защищать фотоприемник от выхода из строя от мощных световых источников, и сигнализировать об этом, что повышает надежность и помехозащищенность прибора.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен общий вид приемопередающего блока светолокационного измерителя высоты нижней границы облаков.
Устройство состоит из расположенных на одной оптической оси лазерного источника 1, приемника 2 и двух оптических систем 3 и 4, формирующих диаграммы направленности источника 1 и приемника 2.
Оптическая система 3, формирующая диаграмму направленности лазерного источника 1, состоит из телескопической системы Галилея, состоящей из отрицательной линзы 5 и положительной 6 и системы Мерсенна.
Системы Мерсенна содержит расположенные последовательно на одной оптической оси и оптически связанные выгнутое зеркало 7 большого диаметра с центральным отверстием 8, обращенного выпуклостью к лазерному источнику 1, и зеркало 9.
Оптическая система 4, формирующая диаграмму направленности приемника 2, представляет собой объектив Коссегрена, содержащий расположенные последовательно на одной оптической оси вогнутое сферическое зеркало 10 с центральным отверстием и зеркало 11, которое формирует диаграмму направленности приемника 2. В устройстве используется защитное стекло 12.
В качестве лазерного источника 1 может быть применен полупроводниковый лазер, в качестве приемника 2 высокочувствительный фотодиод.
Перед защитным стеклом 12 расположен датчик освещенности 13, имеющий поле зрения большее, чем поле зрения приемника 2, далее формирователь управляющего сигнала 14 и исполнительный механизм 15 вместе со шторкой 16, установленной перед фотоприемником 2.
При этом перед шторкой 16 вне угла охвата оптической системы 4, формирующей диаграмму направленности приемника 2, расположен эталонный источник светового сигнала 17, соединенный с генератором контрольного сигнала 18 от управляющего процессора 19 измерителя высоты нижней границы облаков.
Устройство работает следующим образом.
Импульсный свет от лазерного источника 1, пройдя через центральное отверстие 8 зеркала 7 и оптические элементы 5 и 6, попадает на малое сферическое зеркало 9, отражаясь от него, попадает на зеркало 7.
После отражения от зеркала 7 импульсный свет проходит через защитное стекло 12 и направляется на облачность. Отраженный от облака свет попадает на вогнутое сферическое зеркало 10 объектива приемной системы 4 и далее через зеркало 11, центральное отверстие зеркала 10 и открытую шторку 16 на приемник 2.
Во время отсутствия излучающих лазерных импульсов, которые измеряют высоту нижней границы облаков, управляющий процессор 19 формирует синхронизирующие импульсы, имитирующие тестовые сигналы, которые запускают генератор контрольного сигнала 18, который запитывает источник эталонного светового импульса как по амплитуде, так и по длительности, который формирует тестовый оптический сигнал, который поступает на фотоприемник 2.
Сигнал с фотоприемника 2 поступает на управляющий процессор 19, который определяет работоспособность измерителя ВНГО.
В случае отсутствия тестового сигнала на фотоприемнике 2, управляющий процессор 19 выдает сигнал ошибки работы измерителя ВНГО, а следовательно, гарантирует безошибочную выдачу данных об облаках.
Измеритель ВНГО может работать не только под углом 90°, но и под наклоном к земле.
В этом случае возникает вероятность попадания мощного солнечного излучения в приемную систему, что может вывести из строя фотоприемник 2.
Датчик освещенности 13, расположенный перед защитным стеклом 12, имеет поле зрения больше, чем оптическая приемная система 4. Поэтому при попадании мощного источника излучения, например солнца, на датчик освещенности 13, срабатывает формирователь управляющего сигнала 14 и исполнительный механизм 15, например электромагнит, управляющий шторкой 16, закрывает фотоприемник 2 от фокусированной приемной оптической системой мощной оптической энергии, которая должна бы вывести из строя фотоприемник 2.
Кроме этого, тестовый сигнал эталонного светового сигнала 17 также перестает поступать на фотоприемник 2, а, следовательно, с него и на управляющий процессор 19, который вырабатывает сигнал о неправильности работы измерителя ВИТО.
При уходе с поля зрения мощного постоянного излучения электромагнит исполнительного механизма 15 открывает шторку 16.
Тестовые сигналы от эталонного светового сигнала 17 поступают на фотоприемник 2, которые поступают на управляющий процессор 19 и он вырабатывает сигнал правильности работы измерителя ВНГО и начинает измерять высоту нижней границы облаков.
Благодаря этому измеритель ВНГО не выходит из строя и исключает возможность измерений нижней границы облаков, это повышает надежность и помехозащищенность прибора.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Авторское свидетельство СССР №563658, МПК: G01W 1/00, 1977 г.
2. В.Е.Зуев. Лазер-метеоролог, «Гидрометеоиздат», Ленинград, 1974, с.37, рис.3.
2. Российская Федерация, свидетельство на полезную модель №7210, МПК: G01S 1/66, 1998 г. - прототип.