УГОЛКОВЫЙ ОТРАЖАТЕЛЬ

Полезная модель относится к локационной технике и может быть использована в качестве отражающего элемента в спутниковой лазерной дальнометрии для точного определения координат навигационных и геодезических спутников.
Известен уголковый отражатель [1], выполненный в виде тетраэдра с тремя металлизированными отражающими гранями, в котором два двугранных угла равны π/2, а третий - π/2(S+1), где s 1,2,3,4. Длины его ребер R1, R2, R3 выбраны из соотношения R1:R2:R3=a:а:1.
Известен также призменный уголковый отражатель [2], выполненный в виде трехгранной пирамиды, двугранные углы между боковыми отражающими гранями которой также равны π/2, π/2 и π/2(S+1), где S - целое положительное число, ребра отражателя выполнены с размерами Р1 и Р2, определяемых из математических соотношений. Показатель преломления материала отражателя также определяется из приведенного соотношения.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности является уголковый отражатель [3], выполненный в виде призмы без нанесения на ее грани какого-либо покрытия. В данном техническом решении отражение происходит за счет явления полного внутреннего отражения.
Известные уголковые отражатели используются для обеспечения отражения лазерного излучения от различных объектов, в том числе спутников Земли, строго в обратном направлении на передатчик.
Недостатками известных технических решений является то, что за счет аберрации скорости отраженный луч возвращается со смещением, достигающим нескольких угловых секунд, которое зависит от орбиты спутника.
Вследствие изменения орбитальных параметров и пространственной ориентации спутника центр распределения энергии отраженного излучения на поверхности Земли (пятна отраженного излучения) в общем случае может занимать любое положение на окружности радиуса r вокруг точки расположения приемника и передатчика лазерной измерительной станции, где величина r зависит от высоты орбиты спутника и тангенциальной составляющей скорости его орбитального движения. Поэтому для обеспечения достаточной энергии отраженного сигнала в точке приема обычно приходится тем или иным способом расширять диаграмму направленности отраженного излучения и оптимизировать ее форму - например, путем небольшого заданного отклонения углов между отражающими гранями призмы от величины π/2, что сопряжено со значительными технологическими трудностями.
При этом в известных уголковых отражателях с металлическим покрытием (аналоги [1] и [2]) основная часть энергии приходится на центр пятна и расходуется впустую. В уголковом отражателе без покрытия (прототип [3]) распределение энергии в отраженном пучке более сложное и представляет собой систему из семи пятен, одно из которых расположено по центру и в нем сосредоточено до 40% всей энергии.
Целью предлагаемого технического решения является повышение точности и надежности локации за счет увеличения доли энергии, которая распределяется по периферии отраженного лазерного пучка (по периферии диаграммы направленности), а также повышение соотношения «сигнал/шум».
покр.общ.
гр.общ.
покр.общ.
Технический результат, заключающийся в получении максимальной угловой апертуры диаграммы направленности, достигается в предлагаемом уголковом отражателе, выполненном, например, из кварца в виде призмы, боковые грани которой выполнены в форме треугольника, тем, что на поверхности боковых граней призмы нанесен слой отражающего металлического покрытия, например, из алюминия или серебра, с выполнением условия S<S, где: S - суммарная площадь
гр.общ.
отражающего покрытия, S - суммарная площадь боковых граней призмы, причем уголковый отражатель выполнен с обеспечением формирования многолепестковой диаграммы направленности с периферийными пятнами освещенности в ее сечении.
В одном из вариантов исполнения указанный технический результат достигается тем, что отражающее металлическое покрытие нанесено на одну боковую грань призмы, другие боковые грани которой выполнены без указанного покрытия.
Во втором варианте исполнения указанный технический результат достигается тем, что отражающее металлическое покрытие нанесено на две боковые грани призмы, третья боковая грань которой выполнена без отражающего покрытия.
покр.i.
гp.i.
В третьем варианте исполнения технический результат достигается тем, что отражающее металлическое покрытие нанесено с выполнением условия где: i=1-3, S - площадь покрытия i-й боковой грани, S - площадь i-й грани призмы.
покр.i.
гр.i.
покр.i.
гp.i.
В четвертом варианте исполнения технический результат достигается тем, что отражающее металлическое покрытие нанесено с выполнением условия S<S, где: i=1-3, S - площадь покрытия i-й боковой грани, S - площадь i-й грани призмы.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
- на фиг.1 приведен чертеж предлагаемого отражательного уголка в 3-х проекциях;
- на фиг.2 приведены различные варианты нанесения металлизированного покрытия на боковые грани призмы.
Уголковый отражатель выполнен в виде призмы 1 (фиг.1) с тремя боковыми отражающими гранями 2, 3 и 4 и входной фронтальной гранью 5. Двугранные углы между гранями 2 и 4, 2 и 3, 3 и 4 равны π/2.
Предлагаемый уголковый отражатель работает следующим образом.
Пучок света входит в отражатель 1 через его фронтальную грань 5. После полных внутренних отражений от боковых граней 2, 3 и 4 он выходит из отражателя 1 через фронтальную грань 5 в направлении, противоположном направлению падения.
В предлагаемом уголковом отражателе грани имеют различные комбинированные отражающие свойства за счет напыления на них металла в соответствии с определенным рисунком (см. фиг.2а, b, с, d, е), что позволяет управлять видом диаграммы направленности.
Например, для покрытия, показанного на фиг.2а, где только одна грань покрыта металлом, формируется диаграмма направленности, в сечении которой образуются три световых пятна, два из которых, являющиеся более яркими, расположены по краям на угловом расстоянии в четыре угловых секунды.
Совокупность уголковых отражателей с развернутыми линиями пятен дает результирующую диаграмму направленности, для которой максимум энергии приходится на периферийную зону.
Для другого покрытия, показанного на фиг.2с, е, где по половине грани покрыта металлом, формируется диаграмма направленности, для которой распределение энергии от нескольких уголковых отражателей происходит в виде совокупности ряда пятен, расположенных на периферии со слабой концентрацией энергии в центральном пятне.
Физический принцип предлагаемого решения основан на том, что различные отражающие свойства обеспечивают различный сдвиг фазы для лучей, которые отражаются от всех трех граней уголкового отражателя. Таким образом, каждый уголковый отражатель со своим определенным рисунком покрытия является радиальным амплитудно-фазовым дифракционным элементом, свойства которого зависят от состояния поляризации падающего излучения. Это обеспечивает в дальней зоне особый вид диаграммы направленности и позволяет управлять как ее угловой шириной, так и распределением энергии внутри нее. Это важно, поскольку для каждой орбиты спутника должна быть определенная угловая ширина и варьируя покрытие можно, не изменяя размера уголкового отражателя, получать требуемые параметры диаграммы.
Сравнение предлагаемого технического решения с известными техническими решениями показывает, что оно соответствует критерию новизны, так как новый,
покр.общ.
гp.oбщ.
покр.общ.
гр.общ.
неизвестный ранее конструктивный признак - нанесение слоя отражающего металлического покрытия с выполнением условия S<S, где: S - суммарная площадь отражающего покрытия, S - суммарная площадь боковых граней призмы, обеспечивает получение многолепестковой диаграммы направленности с образованием в ее сечении круглых пятен освещенности, что приводит к увеличению интенсивности отраженного светового сигнала в точке приема и повышению отношения «сигнал/шум».
Уголковый отражатель выполняется, как правило, из кварца. Материал покрытия: алюминий или серебро. Геометрические размеры: каждая грань представляет собой треугольник со сторонами 24 мм, при этом углы граней срезаны для удобства закрепления.
Источники информации:
1.Патент РФ на изобретение №2020668, М.кл. H01Q 15/18, опублик. 1994.09.30.
2. Патент РФ на изобретение №2101740, М.кл. H01Q 15/18, опублик. 1994.09.30.
3. Г.В.Денисюк, В.И.Корнеев. Оптико-механическая промышленность, №9, 1982; с.1-3.