ЛАЗЕРНЫЙ ЦЕЛЕУКАЗАТЕЛЬ-ДАЛЬНОМЕР
LASER TARGET-INDICATOR DISTANCE METER

Изобретение относится к военной технике, а именно к аппаратуре лазерного целеуказания и дальнометрии.
Известны лазерные целеуказатели-дальномеры (далее - ЛЦД), предназначенные для визуальной разведки целей на местности, измерения дальности и угловых координат целей и лазерного целеуказания [1].
Недостатком известного ЛЦД является невозможность оперативной комплексной проверки его готовности к боевому применению.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является лазерный целеуказатель-дальномер, описанный в [2].
Указанный ЛЦД содержит приемопередатчик, в корпусе которого размещены излучающий канал с выходным зрачком, приемно-визирный канал с устройством фотоприемным, включающим фотодиод, датчик стартового сигнала, блок управления с генератором и делителем задающей частоты и измерителем временных интервалов, блок накачки излучающего канала с элементом регулировки энергии накачки и разъем для подключения питания внешних абонентов.
В известном ЛЦД комплексная проверка правильности функционирования в основных режимах работы (режим измерения дальности, режим целеуказания - подсвета) и соответствия основных параметров в режиме целеуказания - подсвета, таких как энергия импульса лазерного излучения и частота повторения импульсов лазерного излучения, может быть проведена только на специально оборудованных стендах в помещениях лабораторного типа, т.е. не обеспечивается оперативность проверки перед боевым применением.
Задачей настоящего изобретения является сокращение времени проверки готовности лазерного целеуказателя-дальномера к боевому применению и обеспечение указанной проверки в автономных условиях.
Указанная задача решается за счет того, что известный лазерный целеуказатель-дальномер, содержащий приемопередатчик, в корпусе которого размещены излучающий канал с выходным зрачком, приемно-визирный канал с устройством фотоприемным, включающим фотодиод, датчик стартового сигнала, блок управления с генератором и делителем задающей частоты и измерителем временных интервалов, блок накачки излучающего канала с элементом регулировки энергии накачки и разъем для подключения питания внешних абонентов, дополнительно снабжен тестером энергии лазерного излучения, включающим фотоприемный блок с пультом управления и индикации для отображения тестируемой энергии лазерного излучения и количества импульсов излучения и тестером частоты с фотоприемником, а в устройство фотоприемное введен формирователь контрольного стопового сигнала в виде светодиода, оптически сопряженный с фотодиодом устройства фотоприемного, в блок управления приемопередатчика дополнительно введен формирователь контрольного времени задержки, импульсный генератор питания формирователя стопового сигнала, узел опорной частоты, связанный с генератором задающей частоты через делитель задающей частоты, и строб-генератор, при этом выход датчика стартового сигнала подключен к входу формирователя контрольного времени задержки, выход которого соединен с входом запуска импульсного генератора питания формирователя стопового сигнала, а выход устройства фотоприемного приемопередатчика подключен к входу измерителя временных интервалов через строб-генератор, причем фотоприемный блок тестера энергии лазерного излучения включает оптически сопряженные входной объектив, плоско-вогнутую линзу, оптический клин, две плоскопараллельные пластины, установленные под углом друг к другу, окуляр и фотодетектор, размещенный в выходном зрачке последнего и выполнен с возможностью подключения к разъему питания внешних абонентов приемопередатчика, информационного сопряжения с пультом управления и индикации и размещения на корпусе приемопередатчика таким образом, чтобы выходной зрачок излучающего канала последнего был оптически сопряжен с входным объективом фотоприемного блока, при этом входной объектив и окуляр последнего образуют трубу Кеплера, плоско-вогнутая линза совместно с входным объективом образуют фокусирующий телеобъектив, предназначенный для вывода пучка лазерного излучения наружу для калибровки тестера энергии, плоско-вогнутая линза, оптический клин и две плоскопараллельные пластины образуют ослабитель для лазерного пучка, а две последние дополнительно предназначены для компенсации смещения оси пучка лазерного излучения и выравнивания коэффициента ослабления для s и p-поляризации лазерного излучения, а элемент регулировки энергии накачки размещен на корпусе приемопередатчика с возможностью оперативного доступа, фотоприемник тестера частоты выполнен с возможностью установки на корпусе приемопередатчика в зоне выходного зрачка излучающего канала и информационного сопряжения с тестером частоты, который включает тактовый генератор, блок частотомера с индикаторами соответствия или несоответствия тестируемых частоты повторения или кодовой последовательности импульсов лазерного излучения нормированным значениям, при этом блок частотомера подключен к выходу тактового генератора и выполнен с возможностью подключения к выходу узла опорной частоты приемопередатчика, а тестер частоты выполнен с возможностью подключения к разъему питания внешних абонентов приемопередатчика.
Снабжение лазерного целеуказателя-дальномера тестером энергии лазерного излучения, включающим фотоприемный блок с пультом управления и индикации для отображения тестируемой энергии лазерного излучения и количества импульсов излучения, и выполнение фотоприемного блока с возможностью подключения к разъему питания внешних абонентов приемопередатчика, информационного сопряжения с пультом управления и индикации и размещения на корпусе приемопередатчика таким образом, чтобы выходной зрачок излучающего канала последнего был оптически сопряжен с входным объективом фотоприемного блока, обеспечивает возможность автономного оперативного контроля энергии импульса лазерного излучения ЛЦД в различных режимах в полевых условиях. Выполнение фотоприемного блока тестера энергии лазерного излучения в виде оптически сопряженных входного объектива, плоско-вогнутой линзы, оптического клина, двух плоскопараллельных пластин, установленных под углом друг к другу, окуляра и фотодетектора, размещенного в выходном зрачке окуляра, при этом входной объектив и окуляр образуют трубу Кеплера, плоско-вогнутая линза совместно с входным объективом образуют фокусирующий телеобъектив, предназначенный для вывода пучка лазерного излучения наружу для калибровки тестера энергии, плоско-вогнутая линза, оптический клин и две плоскопараллельные пластины образуют ослабитель для лазерного пучка, а две последние дополнительно предназначены для компенсации смещения оси пучка лазерного излучения и выравнивания коэффициента ослабления для s- и p-поляризации лазерного излучения, обеспечивает компактность конструкции фотоприемного блока и возможность его установки на корпус приемопередатчиков ЛЦД различного типа, отличающихся уровнем выходной энергии лазерного излучения и поляризацией выходного лазерного пучка.
Размещение элемента регулировки энергии накачки на корпусе приемопередатчика с возможностью оперативного доступа обеспечивает возможность оперативной регулировки в автономных условиях энергии накачки и соответственно энергии импульса лазерного излучения, если по показаниям тестера энергии лазерного излучения установлено, что она не соответствует нормированным значениям.
Снабжение лазерного целеуказателя-дальномера тестером частоты с фотоприемником, выполненным с возможностью установки на корпусе приемопередатчика в зоне выходного зрачка излучающего канала и информационного сопряжения с тестером частоты, который включает тактовый генератор, блок частотомера с индикаторами соответствия или несоответствия тестируемых частоты повторения или кодовой последовательности импульсов лазерного излучения нормированным значениям, при этом блок частотомера подключен к выходу тактового генератора и выполнен с возможностью подключения к выходу узла опорной частоты приемопередатчика, а тестер частоты выполнен с возможностью подключения к разъему питания внешних абонентов приемопередатчика, обеспечивает возможность автономного оперативного контроля частоты повторения импульсов лазерного излучения или временных интервалов кодовой последовательности в полевых условиях.
Введение в устройство фотоприемное приемно-визирного канала приемопередатчика формирователя стопового сигнала в виде светодиода, оптически сопряженного с фотодиодом устройства фотоприемного, введение дополнительно в блок управления приемопередатчика формирователя контрольного времени задержки, импульсного генератора питания формирователя стопового сигнала, узла опорной частоты, связанного с генератором задающей частоты через делитель задающей частоты, и строб-генератора, при этом подключение выхода датчика стартового сигнала к входу формирователя контрольного времени задержки, выход которого соединен с входом запуска импульсного генератора питания формирователя стопового сигнала, а выход устройства фотоприемного приемопередатчика подключен к входу измерителя временных интервалов через строб-генератор, обеспечивает возможность оперативной проверки правильности функционирования дальномерного канала приемопередатчика ЛЦД в условиях отсутствия реальной натурной трассы, когда стоповый сигнал, соответствующий отраженному от цели сигналу, имитируется формирователем стопового сигнала, включаемым по истечении заданного контрольного времени задержки.
Таким образом, совокупность отличительных признаков позволила решить поставленную задачу - сократить время проверки готовности лазерного целеуказателя-дальномера к боевому применению и обеспечить проведение указанной проверки в автономных условиях.
На фиг.1 показана структурная схема приемопередатчика ЛЦД.
На фиг.2 показана структурная схема связи приемопередатчика ЛЦД и тестера энергии лазерного излучения.
На фиг.3 показана структурная схема связи приемопередатчика ЛЦД и тестера частоты с фотоприемником.
На фиг.4 показана оптическая схема фотоприемного блока тестера энергии лазерного излучения.
На фиг.5 показан общий вид приемопередатчика ЛЦД с фотоприемным блоком и пультом управления и индикации тестера энергии лазерного излучения.
На фиг.6 показан общий вид приемопередатчика ЛЦД с фотоприемником и тестером частоты.
На фиг.7 представлена фотография ЛЦД в развернутом положении и сопряженного с тестером энергии лазерного излучения.
На фиг.8 представлена фотография пульта управления и индикации тестера энергии лазерного излучения.
На фиг.9 представлена фотография приемопередатчика ЛЦД, сопряженного с фотоприемником и тестером частоты.
На фиг.10 показана циклограмма работы приемопередатчика в режиме измерения контрольной дальности.
Лазерный целеуказатель-дальномер содержит приемопередатчик 1, в корпусе которого размещены излучающий канал 2 с выходным зрачком 3, приемно-визирный канал 4 с устройством фотоприемным 5, включающим фотодиод 6 и формирователь стопового сигнала 7 в виде светодиода, оптически сопряженный с фотодиодом 6, датчик стартового сигнала 8, блок управления 9 с генератором задающей частоты 10, делителем задающей частоты 11, узлом опорной частоты 12, измерителем временных интервалов 13, формирователем контрольного времени задержки 14, импульсным генератором питания 15 для формирователя стопового сигнала 7, строб-генератором 16, блок накачки 17 излучающего канала 2 с элементом регулировки энергии накачки 18 и разъем 19 для подключения питания внешних абонентов.
Лазерный целеуказатель-дальномер содержит также тестер энергии лазерного излучения, включающий фотоприемный блок 20 с входным объективом 21 и пульт управления и индикации 22. Фотоприемный блок 20 выполнен с возможностью подключения к разъему питания внешних абонентов приемопередатчика 19 с помощью кабеля 23, информационного сопряжения с пультом управления и индикации 22 с помощью кабеля 24 и размещения на корпусе приемопередатчика 1 посредством кронштейна 25, фиксируемого винтами 26, при этом кронштейн 25 снабжен направляющими штифтами и винтами 27 для фиксации фотоприемного блока 20. При указанной установке фотоприемного блока выходной зрачок 3 излучающего канала 2 приемопередатчика 1 оптически сопрягается с входным объективом 21 фотоприемного блока 20.
p
s
Фотоприемный блок 20 тестера энергии лазерного излучения включает в свой состав оптически сопряженные входной объектив 21, плоско-вогнутую линзу 28, оптический клин 29, две плоскопараллельные пластины 30, 31, установленные под углом друг к другу, окуляр 32 и фотодетектор 33, размещенный в выходном зрачке окуляра 32. Входной объектив 21 и окуляр 32 образуют трубу Кеплера, а плоско-вогнутая линза 28 совместно с входным объективом 21 образуют фокусирующий телеобъектив, предназначенный для вывода пучка лазерного излучения наружу для калибровки тестера энергии. Плоско-вогнутая линза 28, оптический клин 29 и две плоскопараллельные пластины 30, 31 образуют ослабитель для лазерного пучка, а плоскопараллельные пластины 30, 31 дополнительно предназначены для компенсации смещения оси пучка лазерного излучения и выравнивания коэффициента ослабления для s- и p-поляризации лазерного излучения (E - электрический вектор с p-поляризацией, параллельной плоскости падения, E - электрический вектор с s-поляризацией, перпендикулярной плоскости падения).
Пульт управления и индикации 22 снабжен цифровыми индикаторами 34, 35, предназначенными для отображения энергии и количества импульсов лазерного излучения, а также органами (кнопками) управления 36 ("СИГНАЛ"), 37 ("СЕРИЯ"), 38 ("ИЗМЕРЕНИЕ"), 39 ("ЗАПУСК/ЧАСТОТА") и 40 ("ПУСК/ВВОД") для выбора режима тестирования энергии.
Лазерный целеуказатель-дальномер содержит также тестер частоты 41 с фотоприемником 42, который может устанавливаться на корпус приемопередатчика 1 посредством кронштейна 43 в зоне выходного зрачка 3 излучающего канала. Фотоприемник 42 подключается к тестеру частоты 41 для питания и информационного сопряжения кабелями 44, 45.
Тестер частоты 41 включает тактовый генератор 46, блок частотомера 47 с индикаторами 48, 49 соответствия или несоответствия тестируемой частоты повторения или кодовой последовательности импульсов лазерного излучения нормированным значениям. Блок частотомера 47 подключен к выходу тактового генератора 46 и выполнен с возможностью подключения к выходу узла опорной частоты 12 приемопередатчика 1, а тестер частоты выполнен с возможностью подключения к разъему питания внешних абонентов 19 приемопередатчика 1 с помощью кабеля 50.
Датчик стартового сигнала 8 формирует стартовый электрический сигнал 51. Импульсный генератор питания 15 формирует импульс питания 52 для формирователя стопового светового сигнала 7. Устройство фотоприемное 5 формирует столовый электрический сигнал 53, а строб-генератор 16 блока управления 9 формирует строб-импульс 54.
Лазерный целеуказатель-дальномер работает следующим образом.
задк
к
к
1. Работа в режиме проверки правильности функционирования дальномерного канала приемопередатчика. Включают питание приемопередатчика 1 и производят запуск приемопередатчика в режиме контроля. При запуске излучающий канал 2 генерирует импульс лазерного излучения, часть лазерного излучения попадает на датчик стартового сигнала 8, который выдает стартовый электрический сигнал 51, поступающий в измеритель временных интервалов 13 и в формирователь контрольного времени задержки 14. Измеритель временных интервалов 13 начинает отсчет временного интервала, формирователь контрольного времени задержки 14 производит отсчет контрольного времени задержки Т, по окончании которого выдает команду на запуск импульсного генератора питания формирователя стопового сигнала 15. Последний подает импульс питания 52 на светодиод формирователя стопового сигнала 7, излучение которого принимается фотодиодом 6 устройства фотоприемного 5, при этом на выходе устройства фотоприемного 5 формируется стоповый электрический сигнал 53, поступающий на вход измерителя временных интервалов 13 через строб-генератор 16 и останавливающий в измерителе временных интервалов 17 отсчет контрольного временного интервала Т. При этом блок управления 9 формирует и отображает на цифроиндикаторе отсчет контрольной дальности Д, связанной с отсчетом контрольного временного интервала соотношением
<mrow><msub><mtext>Д</mtext><mtext>к</mtext></msub><mo>=</mo><mtext>с</mtext><mo>⋅</mo><msub><mtext>Т</mtext><mtext>к</mtext></msub><mtext>/2</mtext><mtext>,                                    (1)</mtext></mrow>
где с - скорость света.
При этом строб-генератор 16 формирует строб-импульс 54 для отсечки возможных стоповых сигналов, отраженных от объектов на местности, если проверка правильности функционирования дальномерного канала производится при открытом выходном зрачке 3 излучающего канала 2 и открытом приемно-визирном канале 4.
2. Работа в режиме тестирования энергии лазерного излучения. Для тестирования энергии импульса лазерного излучения устанавливают на корпус приемопередатчика 1 кронштейн 25 и фиксируют его винтами 26. Устанавливают на кронштейн 25 фотоприемный блок 20 так, чтобы направляющие штифты кронштейна вошли в отверстия на корпусе фотоприемного блока, и фиксируют последний винтами 27. Подключают фотоприемный блок 20 к пульту управления и индикации 22 кабелем 24 и к разъему питания внешних абонентов приемопередатчика 19 с помощью кабеля 23. Включают питание приемопередатчика 1, включают питание тестера энергии излучения.
Для тестирования кнопкой "СИГНАЛ" 36 выбирают режим "ФПБ" (работа с фотоприемным блоком), режимы "НУЛЬ" и "ТЕСТ" используются для контроля работы пульта управления и индикации. Кнопкой "СЕРИЯ" 37 может быть выбран режим измерения энергии, средней за полный цикл излучения или за любые выбранные две секунды в цикле излучения. Кнопкой "ИЗМЕРЕНИЕ" 38 выбирают режим "ТЕКУЩЕЕ" для контроля текущих значений энергии лазерного излучения в цикле, режим "СЕРИЯ" для контроля среднего значения энергии в серии, выбранной кнопкой 37, или режим "ОДИНОЧН" для контроля энергии импульса в режиме одиночных запусков (режим дальнометрирования или контроля). Кнопкой "ЗАПУСК/ЧАСТОТА" 39 выбирают режим ручного запуска измерения, реализуемый кнопкой "ПУСК/ВВОД" 40, или ждущий режим, реализуемый при появлении импульсов лазерного излучения. Кнопками 39, 40 осуществляется также выбор частоты, на которой (или вблизи которой) будет осуществлен запуск приемопередатчика.
р
s
р
s
1
1
р
s
р
s
робщ
sобщ
После выбора режима тестирования энергии производят запуск приемопередатчика 1 на излучение. Генерируемое лазерное излучение из выходного зрачка 3 излучающего канала 2 приемопередатчика 1 попадает на входной объектив 21 фотоприемного блока 20, фокусируется и испытывает Френелевское отражение от плоской поверхности плоско-вогнутой линзы 28 и плоской поверхности оптического клина 29, при этом побочные отражения от вогнутой поверхности линзы 28 и второй поверхности клина 29 не попадают в апертуру трубы Кеплера, образованной входным объективом 21 и окуляром 32. При проходе лазерного излучения через плоскопараллельные пластины 30, 31 происходит выравнивание коэффициента ослабления для s- и p-поляризации лазерного излучения. Например, для материала отражающих поверхностей - стекла К8 с показателем преломления n=1,50625 на длине волны 1,064 мкм для углов падения относительно нормалей N, N', равных 12°, коэффициенты отражения для s- и p-поляризаций на одной плоской поверхности линзы 28 составляют ρ=0,0384, ρ=0,04325, на двух поверхностях (линзы 28 и клина 29) - ρ=0,00148, ρ=0,00187 (разница в 26%). Для углов падения относительно нормалей N, N', равных 38°, коэффициенты пропускания для s- и p-поляризаций для одной пластины 30 составляют т=0,966, т=0,858, для двух пластин 30,31 - т=0,933, т=0,736. Таким образом, общее пропускание отражающих и преломляющих поверхностей составляет: т=0,00148×0,933=0,00138, т=0,00187×0,736=0,00138, т.е. одинаково для s- и р-поляризаций. Далее на выходе окуляра 32 формируется квазипараллельный ослабленный по энергии пучок лазерного излучения, который попадает на входную апертуру фотодетектора 33. С выхода последнего электрический сигнал, пропорциональный входной энергии импульса лазерного излучения, поступает на усилитель-формирователь и далее в пульт управления и индикации 22, который с учетом ранее произведенных с помощью кнопок 36-40 установок режимов тестирования отображает на цифроиндикаторе 35 количество импульсов лазерного излучения, а на цифроиндикаторе 34 - измеренное значение энергии импульса лазерного излучения.
Поскольку орган регулировки энергии накачки 18 выполнен с возможностью оперативного доступа к нему (например, переменный резистор, выведенный в отверстие корпуса, закрытое съемной заглушкой), появляется возможность оперативного изменения (увеличения) энергии накачки и, как следствие, энергии импульса лазерного излучения и последующего ее контроля с помощью тестера энергии, если по результатам предыдущего тестирования установлено, что энергия не соответствует нормированному значению.
При применении фотоприемного блока 20 для тестирования энергии лазерного излучения выход плоско-вогнутой линзы 28 закрыт защитной крышкой с поглощающим светофильтром. В процессе периодической калибровки тестера энергии лазерного излучения (фотоприемного блока) указанная крышка снимается и лазерное излучение, сфокусированное телеобъективом, образованным входным объективом 21 и плоско-вогнутой линзой 28, выводится из фотоприемного блока 20 наружу с целью измерения его энергии стандартными поверенными средствами измерения энергии, при этом производится сравнение показаний стандартного средства измерения энергии (с учетом потерь энергии на объективе 21 и линзе 28) и тестера энергии лазерного излучения. При необходимости, проводится калибровка с использованием органа регулировки (переменного резистора), связанного с усилителем-формирователем в фотоприемном блоке 20.
3. Работа в режиме тестирования частоты повторения импульсов лазерного излучения. Для тестирования частоты повторения устанавливают фотоприемник 42 посредством кронштейна 43 на корпус приемопередатчика 1 и ориентируют его входную апертуру в направлении на выходной зрачок 3 излучающего канала 2. Подключают фотоприемник 42 кабелями 44 (питание) и 45 (выходной сигнал) к тестеру частоты 41. Подключают тестер частоты 41 к разъему 19 питания внешних абонентов приемопередатчика 1 с помощью кабеля 50. Включают питание приемопередатчика 1 и затем тестера частоты 41. Устанавливают на приемопередатчике 1 базовую частоту, тестирование которой предусмотрено в тестере частоты 41, и производят запуск приемопередатчика 1 на излучение. Фотоприемник 42 принимает излучение, рассеянное на выходной апертуре излучающего канала 3, и формирует выходные электрические сигналы, которые поступают на вход блока частотомера 47, который, используя частоту тактового генератора 46, измеряет период повторения поступающих с фотоприемника 42 сигналов и в случае его соответствия нормированному значению включает световой индикатор 48, а в случае хотя бы единичного несоответствия включает световой индикатор 49.
При тестировании кодовой последовательности с изменяемыми временными интервалами между импульсами лазерного излучения блок частотомера 47 подключается к узлу опорной частоты 12 приемопередатчика 1, т.е. использует для тестирования ту же задающую частоту, на основе которой в приемопередатчике реализуется тестируемая кодовая последовательность.
Проведенные испытания показали, что предлагаемый лазерный целеуказатель-дальномер обеспечивает возможность оперативной комплексной его проверки к боевому применению в автономных условиях.
Литература
1. "Лазерный целеуказатель-дальномер", Патент РФ №2269093 от 27.01.2006 г. с приоритетом от 07.07.2004 г.
2. Лазерный целеуказатель-дальномер ЛЦД-3М1. Руководство по эксплуатации, часть 1 ЖГДК.433785.017 РЭ, 2010 г.