Lazer Hedef Belirleyici

1.1 Genel Bakış

1. Lazer hedef belirleyicisinin işlevi

Hassas vuruş teknolojisinin gelişiminde, zamanın gerektirdiği şekilde lazer hedef belirleyiciler ortaya çıktı. Şimdi, büyük miktarlarda birliklerle donatıldı ve sayısı lazer mesafe bulucuların sayısına eşit. Lazer hedef belirleyicinin aşağıdaki işlevleri vardır:

Lazer yarı aktif güdümlü silahlar için hedefleri belirtmek ve rehberlik bilgisi sağlamak;

Lazer takip cihazı ile donatılmış uçaklar için rehberlik;

Diğer silahlar için hedef verisi veya optik yol bilgisi sağlayın;

Her türlü hava koşulunda operasyonlar için hedef aydınlatmasını uygulayın.

Lazer hedef belirleyici, yerdeki bir asker tarafından taşınabilir (elde taşınabilir veya bir tripodla desteklenebilir) ve taşınabilir bir ekipman haline gelir. Ayrıca, hareketliliğini, hayatta kalma kabiliyetini ve savaş alanına uyum sağlama yeteneğini geliştirmek için araç üstü, hava veya gemi üstü olarak da kullanılabilir.

2.Temel yapı

Lazer hedef gösterge sisteminin temel yapısı; lazer, verici sistem, lazer alıcı sistem ve mesafe bulucu, hedef nişan alma sistemi ve izleme mekanizması, kendi kendini kontrol eden otonom sistem, sabit yapı, optik eksen sabitleme mekanizması vb.'den oluşmaktadır. Şekil 1 tipik yapısıdır.

Şekil 1 Bir hedef belirleyici

1-pencere; 2-kontrol edilebilir sabit reflektör; 3-jiroskop; 4-köşe prizma; 5-ayarlanabilir reflektör; 6-ışın bölücü; 7-optik sistem; 8, 10-lens; 9-nötr yoğunluk filtresi; 11-prizma; 12-TV kamera; 13-lazer işaretçi verici; 14-lazer mesafe bulucu

Hedef göstergesinde, hedefin optik görüntü sinyali C, optik pencere 1 aracılığıyla sisteme girer, kontrol edilebilir sabit reflektör 2, ayarlanabilir reflektör 5, ışın bölücü 6 ve görüntüleme sistemi 7'den geçer ve televizyon kamerası 12'de görüntülenir; işlem Operatör, ekrandaki görüntüye göre hedefi seçer, jiroskop 3 ve reflektör 2'nin dönüşünü kontrol eder, böylece ekrandaki izleme penceresi hedefi kaplar ve otomatik izleme durumunda tutar. Hedefe nişan alındıktan sonra, kodlanmış lazer ışını A hedefe ateşlenir. Hedefe ulaşan lazer ışığı hedefi "aydınlatır"; hedeften dönen lazer ışığının bir kısmı, hedef mesafesini ölçmek ve rehberlik bilgisi sağlamak için ters yönde lazer mesafe belirleme sistemine girer.

Sistemdeki köşe küpü 4, sistem kendi kendini test etmek için ayarlanmıştır. Jiroskobik sabitlenmiş reflektör köşe küpüne döndüğünde, yayılan lazer orijinal yol boyunca geri döner ve nişan noktasıyla çakışan bir görüntü TV kamerasında görünmelidir; bu, lazer iletim, alma sistemi ve nişan sisteminin üç optik ekseninin tutarlı olduğunu gösterir. Aksi takdirde, düzeltmek için TV ekranındaki izleme penceresinin konumunu ayarlayın. TV nişan sisteminin iki görüş alanı vardır: büyük ve küçük. Bir hedefi ararken, büyük görüş alanı sistemini kullanın (Şekil 5.1); hedefi izlerken ise küçük görüş alanı sistemini kullanmak daha iyidir (bu sırada, lens 10 optik yoldan çıkarılır). Nötr filtre 9, TV görüntülerinde iyi kontrast sağlar.

Tüm sistemin üç optik ekseni birbirine paralel olacak şekilde kalibre edildikten sonra, görsel nişangah sistemini hedefe hizalamak lazer ışınını doğru şekilde yönlendirmenin anahtarı haline gelir. Gündüz ve gece çalışmasını ve kötü hava koşullarını sağlamak için, görsel nişangah sistemi sıradan görünür ışık nişangahlarına ek olarak düşük ışık gece görüş cihazları ve termal görüntüleme kameraları gibi sistemlerle donatılmalıdır.

1.2 Lazer ve optik sistem

1. Lazer

Şu anda donatılmış lazer hedef belirleyicilerinin çoğu Nd:YAG katı lazer (Q-anahtarlı tekrarlama frekansı) kullanır. Şekil 5.2 bir yapıyı göstermektedir.

Şekil 2 YAG Q-anahtarlı lazer sistemi

1-Toplam yansıma ayna penceresi; 2-Q anahtarı; 3-YAG çubuğu; 4-Pompa boşluğu; 5-Soğutucu; 6-Kısmi yansıma aynası; 7-Flaş lambası; 8-Güç kaynağı; 9-Frekans kontrolü/kodlayıcı; 10-Gecikme; 11-Çıkış ışını

Şekil 2'deki Modül 9, bir darbe tekrarlama frekansı kontrolü/kodlayıcıdır. Bir yandan, pompa lambası 7'yi yakmak için bir sinyal gönderir ve diğer yandan, geciktirici 10 aracılığıyla hafifçe gecikmiş bir Q-anahtar sinyali verir; darbe aralığı, içindeki kod tarafından belirlenir. Cihaz karar verir. Lazer hedef belirleyicisinin sabit hedeflerle uğraşırken yeterince yüksek bir veri hızı sağlaması için, darbe tekrarlama frekansı 5p/s (saniyede 5 darbe) olmalıdır; hareketli hedefler için ise 10p/s'nin üzerinde olmalıdır. Ancak deneyler, tekrarlama frekansı 20p/s'den büyük olduğunda, etkinin artık önemli ölçüde iyileşmediğini, ancak lazer sisteminin hacmi ve kütlesinin büyük ölçüde arttığını, bu nedenle genellikle 10 ila 20p/s olduğunu göstermektedir. Bu tekrarlama frekansı aralığında, yalnızca darbe aralığı kodlama (PIM) teknolojisi mevcuttur. Fikir, bir grup olarak iki veya daha fazla darbe kullanmaktır ve her gruptaki darbeler arasındaki zaman aralıkları farklıdır. Bu entegre devre uygulanmış kodlayıcının bir kadran göstergesi vardır. Kullanıcı kodu ayarlamak için kadrana basar ve lazer hedef göstergesi kodlanmış lazer ışınını gerektiği gibi hedefe gönderir. Bu ışın hedef yüzey tarafından dağınık bir şekilde yansıtılır ve aynı kodlama özelliklerine sahip bir bilgi taşıyıcısı haline gelir. Kendi tarafının alıcı ucunda bir kod çözücü (kadranın gösterdiği sayı) vardır ve aynı kod seti savaş sırasında önceden anlaşma (veya geçici temas) ile kurulur.

Açıkçası, "kodlamanın" işlevlerinden biri dış müdahaleyi önlemek ve yanlış lazer sinyallerini reddetmektir. Ayrıca, savaş alanındaki birden fazla hedefin durumuna da uyarlanabilir. Birden fazla hedef belirdiğinde, her gösterge kendi hedefini farklı bir koda göre gösterir ve arayıcı "yerleşmiş" olur.

Elektro-optik Q-anahtarlama teknolojisi genellikle lazer hedef belirleyicilerinde kullanılır. Elektro-optik kristaller (genellikle lityum niyobat veya potasyum dideuterium fosfat KDP kullanılarak) yaklaşık 2000V veya 4000V'da (sırasıyla λ/4 ve λ/2 durumlarına karşılık gelir) çalışır ve karşılık gelen polarizatörle (Glanouac prizması gibi) birleştirilir. Bir Q anahtarı oluşturur.

Lazer hedef göstergesinin etkili menzili, lazerin yaydığı lazer gücü P ile yakından ilişkilidir ve P aşağıdaki formülle hesaplanabilir:

Formülde P, darbe enerjisi E ve darbe genişliği τ ile belirlenir, yani P=E/τ; Ps, alıcı uç tarafından alınan güçtür; Tt, lazer iletim sisteminin geçirgenliğidir; Tr, söz konusu alıcı sistemin geçirgenlik oranıdır; σ, atmosferik zayıflama katsayısıdır; Rd, göstergeden hedefe olan uzaklıktır; RM, söz konusu alıcı uçtan (örneğin arayıcı) hedefe olan uzaklıktır; ρt, hedef yansıtıcılığıdır; θr, hedef yansıma açısıdır; Ar, alıcı Açıklık alanıdır.

Lazerin ana parametrelerine ait deneysel veriler şu şekildedir:

Dalga boyu λ=1.06μm;

Darbe enerjisi E=50~300mJ (göstergenin amacına göre değişir);

Darbe genişliği τ=10~30ns;

Tekrarlama frekansı 10~20p/s (kodlanabilir);

Işın sapma açısı δ=0.1~0.5mrad.

2. Optik sistem

Lazer hedef göstergesinin operasyonel ihtiyaçları açısından, üç set optik sistem içermelidir: lazer ışınları yaymak için bir ışın genişletme kolimasyon sistemi, ışınların menzilini belirlemek için bir alıcı ve yakınsak sistem ve hedefi hedeflemek için bir görüntüleme sistemi. Tüm sistemin hacmini ve kalitesini azaltmak için, üçü genellikle belirli bir derecede "ortak optik yol" tasarımına sahiptir. Aynı zamanda, "ortak optik yol" üçünün ofset hatalarını da azaltabilir, bu da sistemin kararlılığı için faydalıdır.

Şekil 5.3, havadan hedef göstergesinin optik sistemidir. Şekildeki modüller 4 ve 6, lazer emisyon görevlerinden sorumlu olan bir Galileo teleskop tipi ışın genişletme kolimasyon sistemi oluşturur. Aynı zamanda, modül 4, bir lazer alıcı objektif merceği ve bir televizyon kamerası objektif merceği olarak da hizmet eder. Televizyon kamerası 12, prizmalar 10 ve 11'i değiştirerek görüş alanını değiştirebilir. Köşe küpü 13 ve mercek 14, üç eksenli paralelliğin kendi kendini kontrol etmesini tamamlayabilir.

Şekil 3 Havadan lazer hedef belirleyicisi

1-top kapağı; 2-gimbal aynası; 3-gimbal/görüş ayar aynası; 4-objektif lens; 5-ışın bölücü; 6-negatif mercek; 7-reflektör; 8-lazer; 9. 14-Mercek; 10-Geniş alan optik elemanı; 11-Dar alan prizması; 12-TV kamerası; 13-Düzeltici prizma

1.3 Örnekler

1. "Yolu Açan Kuruşlar" Göstergesi

"Pave Penny", ABD Hava Kuvvetleri tarafından erken dönemde kullanılan küçük bir havadan lazer işaretleyicidir. Her türlü hava koşulunda yer hedeflerini gösterebilir ve tanımlayabilir. Bir Phantom uçağının arka koltuğuna monte edilir ve hedef bölgeye bir lazer yayar ve yankıyı alır. Uçaktaki elektronik ekipmanın desteğiyle, lazer tarafından aydınlatılan sahne monitörde görüntülenir.

2.LANTIRN sistemi

LANTIRN ("Blue Shield"), Amerika Birleşik Devletleri'nde yeni nesil bir hava aracı sistemidir. AN/AAQ-13 navigasyon podu ve AN/AAQ-14 hedefleme podundan oluşur. Hem gece alçak irtifa navigasyonu hem de hedefleme için kullanılabilir. Mevcut en eksiksiz pod sistemlerinden biridir.

1.4 Hedef mesafesinin aktif ölçümü

Lazer mesafe ölçer tarafından yayılan ışın hedef tarafından yansıtılır ve daha sonra mesafe ölçere geri döner. Işık dalgasının AB ile atmosferdeki ışık dalgasının yayılma hızı c arasındaki yayılma süresi Δt ölçülerek, mesafe aşağıdaki formüle göre hesaplanır:

Zaman Δt'yi ölçme yöntemine göre, zamanı doğrudan ölçen darbeli ölçüm yöntemi ve zamanı dolaylı olarak ölçen fazlı ölçüm yöntemi olarak ikiye ayrılır. Yüksek hassasiyetli mesafe ölçerler genellikle faz tipini kullanır.

Faz lazer mesafe ölçerin mesafe belirleme prensibi şudur: ışık kaynağı tarafından yayılan ışık modülatörden geçtikten sonra, ışık yoğunluğu yüksek frekanslı sinyalle değişen modüle edilmiş ışık haline gelir. Mesafe, ölçülecek mesafe boyunca ileri geri yayılan modüle edilmiş ışığın faz farkı ϕ ölçülerek hesaplanır. Modüle edilmiş ışığın açısal frekansı ω ise ve ölçülecek mesafe D'de bir gidiş-dönüşle oluşan faz gecikmesi Φ ise, buna karşılık gelen zaman t = Φ/ω olduğundan mesafe D şu şekilde ifade edilebilir:

Faz gecikmesini iki bölümünün toplamı olarak yazın, yani

Φ=2π(N+ΔN)=2πN+ΔΦ （5-4）

Denklem (5-3)'e göre, karşılık gelen mesafe

Formülde, N ölçüm çizgisinde bulunan modülasyon dalga boylarının sayısıdır; ΔN ölçüm çizgisinde bulunan dalga boyunun kesirli kısmıdır; λ/2 "ışık cetveli" olarak da bilinen ölçüm cetvelinin uzunluğudur. Bu noktada, mesafe ölçümü ölçüm çizgisinde bulunan dalga boylarının sayısının ve bir dalga boyundan daha az olan kesirli kısmın ölçümü haline gelir.

Faz mesafe ölçerde, faz ölçer sadece faz farkının mantisi ΔN'yi ölçebilir, ancak integral periyot sayısı N'yi ölçemez, bu nedenle ışık cetvelinden daha büyük mesafeleri ölçemez. Ölçüm aralığını genişletmek için daha uzun bir ışık cetveli seçilmelidir. Ölçüm aralığını genişletmek ile doğruluğu sağlamak arasındaki çelişkiyi çözmek için kısa menzilli telemetreler genellikle iki modülasyon frekansı, yani iki tür ışık ölçeği kullanır. Örneğin, uzun bir ışık cetveli (kaba cetvel olarak adlandırılır) f1=150kHz, λ1/2=1000m, ölçüm aralığını genişletmek ve 100m, 10m ve 1m ölçmek için kullanılır; kısa bir ışık cetveli (ince cetvel olarak adlandırılır) f2=15mHz, λ2/2=10m, doğruluğu sağlamak için kullanılır, 1m, 0,1m, 1 cm ve 1mm ölçer.

Girişimsel aralık ölçümü de bir faz yöntemi aralığı ölçümüdür. Bu aralık ölçümü yöntemi mesafeyi lazer modülasyon sinyalinin fazını ölçerek değil, lazer ışık dalgasının kendisinin girişim saçaklarındaki değişiklikleri ölçerek ölçer. Buna karşılık, lidarın aralık ölçümü ilkesi çok daha karmaşıktır. Zamanlama yöntemi ve girişim yöntemine ek olarak, optik dönüş yöntemi ve kazanç modülasyon yöntemi de vardır.

Lazer hedef belirleyicilerinin geliştirme eğilimi şudur: (1) Çoklu işlevlere sahip bir hedef gösterme ve izleme sistemi oluşturmak için diğer sistemlerle birleştirilir; (2) Lazer dalga boyu orta ve uzun dalga boyu bantlarına doğru gelişir ve sürekli olarak ayarlanabilir; (3) Serileştirmeye, genelleştirmeye ve bileşenleştirmeye doğru gelişir.

Mevcut pazar talebine dayanarak, ERDI TECH LTD kompakt ve minyatür Lazer Hedef Belirleyiciyi piyasaya sürdü. Ürün istikrarlı bir performansa sahiptir ve podlarda, araçlarda, havada ve diğer fotoelektrik karşı önlemlerde yaygın olarak kullanılır. Daha fazla ürün ayrıntısı için lütfen https://erdicn.com adresini ziyaret edin.