Lazer altimetrelerin/mesafe ölçerlerin menzil kabiliyetini ölçmeye yönelik ekipman ve yöntemler
Sönme katsayısı yöntemi, lazer altimetrelerin maksimum menzilini belirlemek için kullanılan geleneksel laboratuvar yöntemlerinden biridir. Bu yöntemin sahada da çalışması gerekse de, saha ölçümüyle aynı değildir. Sönme katsayısı yönteminin özel uygulama süreci şu şekildedir: lazer altimetreden 0,5 km uzaklıkta dağınık yansıtıcı bir plaka yerleştirin, lazeri açın ve yayılan lazer dağınık yansıtıcı plakaya çarpar. Alıcı sisteme ulaşan lazer enerjisini azaltmak için alıcı sistemin önüne bir filtre yerleştirilir. Filtrenin geçirgenliği önceden ayarlanır ve çalışma sırasında hafifçe ayarlanır. Lazer altimetrenin doğru bir mesafe okumasına sahip olduğu geçirgenlik oranı, duyarlılığıdır. Maksimum menzil, duyarlılıktan elde edilebilir. Maksimum menzili hesaplarken, ölçüm anındaki atmosferik görünürlüğü de bilmek gerekir. Sönme katsayısı yöntemi, bir lazer altimetrenin maksimum menzilini ölçmenin basit bir yöntemidir. Ancak, bu yöntem yalnızca sahada gerçekleştirilebildiğinden, deney sahası için yüksek gereksinimler gerektirir. Aynı zamanda atmosfer koşullarından da çok fazla etkilendiği için yüksek doğruluk oranına ulaşmak zordur.
Hedef mesafesinin fiber optik simülasyon yöntemi, farklı lazer altimetrelerinin ölçümünü elde etmek için optik fiberdeki lazer ışığının döngüsel iletimi yoluyla farklı mesafelerdeki hedefleri simüle edebilir. Lazer ışınının çapı optik fiberin çapından çok daha büyük olduğundan, lazer ışınını birleştirmek için bir optik sistem tasarlamak gerekir, bu nedenle bu tür algılama ekipmanının optik yolu karmaşıktır ve optik ekseni hizalamak zordur, aynı zamanda yöntemin optik fiberinin gecikme kapasitesini belirlemek daha zordur, bir lazer simülatörü kullanmanız gerekir. Lazerin simülasyonu, simüle edilmiş yankılar üretmek için kullanılır. Bu, gerçek aralıklandırma sırasında yayılan lazer ışını üzerindeki dış ortamın etkisini simüle ederek, ayarlanabilir performans parametrelerine sahip simüle edilmiş bir lazer ışını elde etmek için donanım ve yazılımın bir kombinasyonu yoluyla lazer simülatörünün dahili bileşenlerinin performansını değiştirerek yapılır. Gecikme devresi, farklı hedef mesafelerini simüle etmek için lazer simülatörü ile yayılan lazer arasındaki gecikmeyi kontrol eder.
Çözülmesi gereken teknik sorun, mevcut teknolojinin yukarıda belirtilen zorluklarını aşmak ve lazer altimetre/mesafe ölçerin mesafe ölçme yeteneğinin maksimum aralığını ölçmek için basit olması gereken bir ekipman ve yöntem sağlamak ve ölçüm yöntemi basit ve etkili olmalıdır.
Bir lazer altimetrenin maksimum menzili belirli koşullara göredir. Farklı atmosfer koşulları altında, farklı yüzey özelliklerine sahip hedeflerin menzilini ölçerek elde edilen maksimum menzil aynı değildir. Bu nedenle, sadece lazer enerjisi farklı mesafelerde aynı yüzey özelliklerine sahip hedefler için farklı olmakla kalmaz, aynı mesafede farklı yüzey özelliklerine sahip hedeflerin menzilini ölçmek için gereken lazer enerjisi de farklıdır. Bu farklı menzil koşullarına karşılık gelen lazer altimetre alıcı sistemi, yankı dedektörünün minimum tespit edilebilir gücü değişmez. Yani, alıcı sistemin tepki verdiği minimum yankı enerjisi belirli bir değerdir. Bu nedenle, lazer altimetreye göre her parametrenin değerine karşılık gelen minimum tespit edilebilir güç değerine ulaşmak için, lazer altimetre mesafe ölçümünün maksimum menzilini çıkarabilirsiniz.
Lazer altimetre mesafe bulma yeteneğinin ölçülmesi cihazının özelliği, bileşimine göre şu şekildedir: lazer altimetre boyunca lazer ışınını ileri yönde sırayla veren lazer verici sistemi, bir ayna, reflektör, zayıflatıcı, analog hedef içerir, aynanın iletim yönünde bir enerji ölçer ile donatılmıştır; ayna ve ışın 45°'ye, reflektör ve ışın 45°'ye ve ikisinin rolü lazer altimetre tarafından verilen lazer ışınının kırılmasıdır. İkisinin rolü lazer altimetreden gelen lazer ışınını, lazer altimetre alıcı sistemi ve dalga formu görüntüleme sistemi ile koaksiyel olacak şekilde katlamaktır.
Söz konusu zayıflatıcı, bir zayıflatıcı tutucusu ve birden fazla zayıflatıcıdan oluşan bir zayıflatıcı setini içerir; zayıflatıcı tutucusu, bu zayıflatıcıların yerleştirilebilmesi için birden fazla zayıflatıcı soketine sahiptir.
Bahsi geçen simülasyon hedefi, bilinen yüzey yansıtıcılığına sahip yansıtıcı bir paneldir.
Aşağıdaki adımlar yer almaktadır:
①. Lazer altimetreyi ölçüm ekipmanına yerleştirin, böylece ayna ile lazer altimetrenin lazer iletim sisteminin optik ekseni arasındaki açı 45° ve ayna ile lazer altimetrenin lazer alım sisteminin optik ekseni arasındaki açı da 45° olur ve ayna tarafından yansıtılan lazer ışınının lazer alım sisteminin optik ekseniyle eş eksenli olduğundan emin olun. Toplam reflektör ile lazer altimetrenin lazer alım sisteminin optik ekseni arasındaki açı da 45° olur;
②. Lazer ışınının ileri yönünde belirli bir Rs mesafesine simüle edilmiş bir hedef yerleştirin;
③. Yayılan lazer ışınının tek bir darbesinin enerjisini, Wo olarak adlandırılan bir enerji ölçer tarafından izlenen belirli bir değere ayarlayın; ④.
④. Zayıflatıcı zayıflatıcı parçasını artırın, aynı zamanda lazer mesafe ölçer lazer alıcı sistemi tarafından lazer dönüş dijital sinyalini izlemek için. dijital sinyal, dönüş dijital sinyali 0 olduğunda, zayıflatıcının geçirgenlik oranını yazın; ⑤.
⑤. Lazer altimetrenin maksimum menzilini aşağıdaki formülü kullanarak hesaplayın:
Formülde:
Wts=Woto- Lazer altimetrenin tespit edilebilir minimum tek darbeli lazer enerjisi
Wo- enerji ölçer, yayılan tek darbeli lazer enerjisi tarafından algılanır
- Geri dönüş dijital sinyali 0 olduğunda zayıflatıcının iletim hızı
Wt- Lazer altimetre tarafından yayılan maksimum tek darbeli lazer enerjisi
Ptar- Hedefin yüzey yansıması
Hedefin Ptars-benzetimli yüzey yansıması
α- Lazerin hedef yüzeyine düşme açısı
simüle edilen hedefin yüzeyindeki lazerin geliş açısı
t²a- lazer altimetreden ölçülen hedefe doğru atmosferik iki yönlü geçirgenlik
T²as- lazer altimetreden simüle edilen hedefe doğru atmosferik iki yönlü geçirgenlik
Rs - Lazer altimetreden simüle edilen hedefe olan mesafe
Avantajları: basit ölçüm ekipmanı, basit ölçüm yöntemi; geçirgen ayna 1 yarı yansıtıcı yarı saydam levha kullanır, enerji ölçer lazer emisyon enerjisinin gerçek zamanlı ölçümünü gerçekleştirebilir; lazerin iki kez yansıtıcı katlanmasının iletilmesinin kullanımı, koaksiyel, iç mekan deneylerinin lazer emisyonunun ve alımının dış ortamdan etkilenmemesini sağlamak için; hedefin dağınık yansıma simülasyonunun kullanımı, gerçek aralığın gerçek simülasyonu, lazer yansımasının hedefi.
İllüstrasyon:
Şekil 1, bir lazer altimetrenin menzil ölçme kabiliyetini ve ölçüm durumunu ölçmek için kullanılan, bu buluşa konu aparatın şematik diyagramıdır.
Şekil 2, bu buluşa konu zayıflatıcının yapısının şematik diyagramıdır.
Belirli uygulama:
Öncelikle, lütfen Şekil 1'e, Şekil 2'ye bakın, Şekil 1, cihazın lazer altimetre mesafe ölçme yeteneğini ölçmek için mevcut buluştur ve ölçüm durumu şematik diyagramıdır, Şekil 2, zayıflatıcı şematik diyagramının yapısıdır. Şekilden görülebileceği gibi, lazer altimetrenin mesafe ölçme yeteneğini ölçmek için mevcut buluşun ekipmanı şunları içerir: geçirgen ayna 1, reflektör 2, enerji ölçer 3, zayıflatıcı 4, analog hedef 5 ve dalga formu görüntüleme sistemi 6. Geçirgen ayna 1 ve reflektör 2, lazer altimetre 7'nin lazer iletme sistemi 71'den yayılan lazeri, lazer alma sistemi 72 ile koaksiyel olacak şekilde dönüştürür. Geçirgen ayna 1, yarı saydam ve yarı yansıtıcı bir levhadır ve reflektör 2 tamamen yansıtıcı bir levhadır. Bir enerji ölçer 3, lazer emisyon sistemi 71 tarafından yayılan lazer ışınının enerjisini ölçmek için kullanılır. Zayıflatıcı 4, bir tutucu 41 ve bir zayıflatıcı levha seti 42 içerir. Tüm zayıflatıcı 4, yayılan lazerin enerjisini zayıflatmak için kullanılır. Zayıflatıcı seti 42, farklı geçirgenlik oranlarına sahip zayıflatıcı levhalar 421'den oluşur ve zayıflatıcı seti 42'nin bileşimini değiştirerek, zayıflatıcı 4'ün farklı geçirgenlik oranları elde edilebilir. Simüle edilen hedef 5, bilinen bir yüzey yansıtma Pars'ına sahip yansıtıcı bir levhadır ve olay lazeri tarafından oluşturulan yansımalar, gerçek hedefi lazer altimetre ile ölçerken hedef tarafından oluşturulan dağınık yansımaları simüle etmek için kullanılabilen Lambert Yansıma Yasası'nı takip eder. Dalga formu görüntüleme sistemi 6, geri dönüş sinyalini izlemek için bir osiloskop kullanılarak uygulanır. Şekil 1'e bakın.
Yukarıdaki ekipman kullanılarak lazer altimetrenin maksimum menzilinin ölçülmesi yöntemi aşağıdaki adımları içerir:
A. Lazer altimetre 7'yi, geçirgen ayna 1 ile lazer iletim sistemi 71'in optik ekseni arasındaki açı 45° ve yansıtıcı ayna 2 ile lazer alıcı sistem 72'nin optik ekseni arasındaki açı da 45° olacak şekilde ölçüm cihazına yerleştirin.
Ayna 2 ile lazer alıcı sistem 72 arasındaki açı da 45°'dir. Bu, ayna 2 tarafından yansıtılan lazer ışınının lazer alıcı sistem 72 ile aynı optik eksende olmasını sağlar;
B. Simüle edilmiş hedef 5'i optik yola yerleştirin ve simüle edilmiş hedef 5 ile lazer altimetre 7 arasındaki mesafeyi ihtiyaca göre ayarlayın, mesafe 20 m'den fazla ise 50 m'den az uygundur ve simüle edilmiş hedef 5 ile lazer altimetre 7 arasındaki tam mesafeyi ölçmek için geleneksel yöntemi kullanın;
C. Lazer iletim sistemi 71 tarafından yayılan lazer enerjisini belirli bir Wo değerine ayarlayın, farklı iletim oranları elde etmek için zayıflatıcı 4'ün bileşimini değiştirin, lazer alıcı sistem 72 tarafından elde edilen yankı dijital sinyallerini görüntülemek için dalga formu görüntüleme sistemi 6'yı kullanın ve dijital yankı sinyali kaybolduğunda, zayıflatıcı 4 To'nun karşılık gelen iletim oranını ve enerji ölçer 3'te gösterilen enerji değerini Wo kaydedin, yani simüle edilmiş hedef 5'in mesafesi verilen Rs mesafesinde ölçülürken, istenen iletim oranı kaydedilecek ve bu, simüle edilmiş hedef 5 ile lazer altimetre 7 arasındaki mesafeyi ölçmek için kullanılacaktır. Bu, belirli bir Rs mesafesinde analog bir hedef 5'in menzilini belirlemek için gereken lazer enerjisi Wo'dur. Bu noktada, karşılık gelen yankı dedektörü gücü, lazer altimetrenin minimum tespit edilebilir gücü WoTo'dur.
D. Verilen koşullar altında lazer altimetre 7'nin maksimum menzilini, maksimum menzil ile her parametre arasındaki ilişkiden hesaplayınız.
Lazer altimetrenin maksimum menzili aşağıdaki denklemle verilir: 
Formülde:
Wts=Woto- Lazer altimetrenin tespit edilebilir minimum tek darbeli lazer enerjisi
Wo-enerji ölçer (3), tek bir lazer enerjisi darbesinin emisyonunu tespit etti
Geri dönüş dijital sinyali 0 olduğunda zayıflatıcının (4) iletimi
Wt- Lazer altimetresi tarafından yayılan maksimum tek darbeli lazer enerjisi (7)
Ptar- hedefin yüzey yansıtıcılığı
Hedefin pars-benzetimli yüzey yansıması (5)
Lazerin hedef yüzeyindeki α-açısının etkisi
simüle edilen hedefin yüzeyindeki lazerin geliş açısı (5)
T²a-Lazer altimetreden (7) ölçülen hedefe doğru iki yönlü atmosferik geçirgenlik
Lazer altimetreden (7) simüle edilen hedefe (5) T²as-atmosferik iki yönlü geçirgenlik
Rs - lazer altimetre (7) ile simüle edilen hedef (5) arasındaki mesafe
