В соответствии с расположением в лазерном локаторе источника и приемника излучения, существуют две основные геометрические схемы лазерной локации - бистатическая и моностатическая.

В бистатической схеме локации источник и приемник излучения разнесены на заметное расстояние либо конструктивно (например, в системах наведения и сопровождения), либо для того, чтобы добиться хорошего пространственного разрешения (например, при дистанционном лазерном зондировании).

При работе лазерного локатора по бистатической схеме лазерной локации поверхности (рис.2) источник И, расположенный в точке (х_и, у_к, z_K) земной системы координат xyz, облучает некоторый участок поверхности (земной, морской или искусственного объекта). Рассеянное поверхностью излучение регистрируется приемником П, расположенным в точке (x_n,y_n,z_n) земной системы координат.

Рис.2. Бистатическая схема лазерной локации:

И - источник;

П - приемник;

ЛП - лазерное пятно подсвета

На рис.3 показаны примеры использования бистатической схемы локации в военных целях для высокоточного наведения ракет, бомб и снарядов. На рис.3, а представлена полуактивная ЛЛС наведения, в которой лазерный подсвет объекта локации осуществляется с борта самолета. Летчик осуществляет поиск, опознавание, выбор объекта, прицеливание, перевод лазерной станции подсвета в режим излучения. Наведение лазерного луча и удержание его на объекте выполняется с помощью специального прицела (оптического, телевизионного, инфракрасного или радиолокационного). На рис.3, б показана аналогичная полуактивная ЛЛС наведения, в которой подсвет объекта осуществляется с наземного пункта.

В моностатической схеме локации источник и приемник излучения конструктивно устанавливаются в одном месте.

На рис.4 приведены примеры использования моностатической схемы локации. На рис.4, а показан бортовой самолетный лазерный локатор, предназначенный, например, для определения высоты самолета над морской поверхностью, измерения параметров морского волнения или контроля нефтяных загрязнений на морской поверхности; на рис.4, б - лазерный альтиметр, установленный на космическом аппарате, а на рис.4, в - наземный лазерный локатор, предназначенный для слежения за искусственными спутниками Земли (ИСЗ).

Моностатическая схема локации с совмещенными источником и приемником излучения используется также, например, в лазерных дальномерных системах и лазерных системах дистанционного зондирования атмосферы. При этом лазерный источник и приемник излучения часто устанавливаются на едином поворотном устройстве, которое позволяет изменять направление луча в зависимости от местонахождения объекта локации.

Рис.3. Примеры использования бистатической схемы лазерной локации:

а - подсвет объекта локации осуществляется с борта самолета;

б - подсвет объекта локации осуществляется с наземного пункта

Рис. 4. Примеры использования моностатической схемы лазерной локации:

а - бортовой самолетный лазерный локатор;

б - лазерный альтиметр, установленный на космическом аппарате;

в - лазерный локатор, предназначенный для слежения за ИСЗ

лазерный локатор оптическая помеха

Моностатический лазерный локатор с совмещенными источником и приемником излучения может иметь как коаксиальное, так и биаксиальное расположение оптических осей источника и приемника. В коаксиальной системе оптическая ось лазерного пучка источника излучения совпадает с оптической осью приемника. Возможные типы оптической схемы моностатического лазерного локатора при коаксиальной конфигурации осей показаны на рис.5. В оптической схеме, представленной на рис.5, а, происходит раздельное распространение луча лазерного источника и принимаемого излучения, а в схеме, изображенной на рис.5, б, луч лазерного источника отражается от зеркала приемной оптической системы (т.е. лазерный пучок источника излучения формируется главным зеркалом приемной оптической системы).

Рис.5. Возможные типы оптической схемы моностатического лазерного локатора с коаксиальной конфигурацией оптических осей:

а - раздельное распространение луча лазерного источника и принимаемого излучения;

б - отражение луча лазерного источника от зеркала приемной оптической системы

В биаксиалъной системе лазерный пучок входит в поле зрения приемника только на некотором, заранее определенном расстоянии (рис.6). Такая схема расположения оптических осей источника излучения и приемника позволяет избежать насыщения фотодетектора приемника, вызванного обратным рассеянием излучения (на атмосферном аэрозоле) в ближней зоне локатора.

В ЛЛС прием сигнала всегда осуществляется на фоне шума, который можно разделить на внешний и внутренний.

Внешние шумы для большинства ЛЛС в основном обусловлены влиянием помехи, вызванной обратным рассеянием лазерного излучения в земной атмосфере и фоновыми помехами. Помеха обратного рассеяния возникает в результате обратного объемного рассеяния лазерного пучка подсвета в толще атмосферы. К фоновым помехам относят помехи, которые не связаны с излучением источника лазерного локатора, а существуют независимо от наличия, лазерного сигнала. К ним можно отнести прямое солнечное излучение и фоновое излучение, обусловленное рассеянием солнечного излучения в земной атмосфере и на земной поверхности. Эти помехи во многих случаях являются определяющими при работе локатора в дневное время.

Внутренние шумы обусловлены шумами фотоприемника и шумами усилительного устройства.

Если лазерный локатор работает в атмосфере, то необходимо учитывать не только помехи атмосферного происхождения, но и явления, происходящие при прохождении лазерного излучения через атмосферу. Последние разделяют на несколько групп, каждую из которых можно рассматривать самостоятельно и учитывать в зависимости от конкретных условий работы локатора. К таким явлениям следует отнести:

ослабление и рассеяние лазерного излучения из-за наличия в атмосфере поглощающих газов и аэрозольных частиц;

искажения лазерного пучка, вызванные турбулентностью атмосферы;

различные нелинейные эффекты.

Нелинейные эффекты затрудняют лазерные измерения и вносят случайные и систематические ошибки, сложным образом зависящие от длины волны излучения, параметров лазерного источника и приемника, схемы локации, длины трассы распространения излучения, метеорологических условий и др.

1.5 Структурная схема лазерного локатора