Презентация Лазерные и телевизионные системы траекторных измерений. Оптические системы. Лекция 6 онлайн

Содержание слайда: Лазерные и телевизионные системы траекторных измерений Лекция 6. Оптические системы 2016 г. 9 семестр, кафедра РТПиАС, лектор: доцент, к.т.н. Бугаев Юрий Николаевич

Содержание слайда: Оптические системы Оптические объективы (телескопы) выполняют в оптике роль антенных систем в радиодиапазоне Конструктивно телескоп представляет собой трубу (сплошную, каркасную, ферму), установленную на монтировке, снабжённой осями для наведения на объект наблюдения и слежения за ним. Визуальный телескоп имеет объектив и окуляр

Содержание слайда: Виды телескопов По своей оптической схеме телескопы делятся на: Линзовые (рефракторы) — в качестве объектива используется линза или система линз. Зеркальные (рефлекторы) — в качестве объектива используется зеркало. Зеркально-линзовые телескопы (катадиоптрические) — в качестве объектива используется сферическое зеркало, а линза или система линз служит для компенсации аберраций Телескопы в первую очередь характеризуются двумя параметрами: диаметром объектива (апертурой) и фокусным расстоянием объектива, которые определяют другие характеристики телескопа.

Содержание слайда: Разрешающая способность и Оптическое увеличение Разрешающая способность зависит от апертуры. Приблизительно  определяется по формуле: Оптическое увеличение определяется отношением

Содержание слайда: Проницающая сила Проницающая сила m — звёздная величина наиболее слабых звёзд, видимых с помощью телескопа при наблюдении в зените. Для визуального телескопа может быть оценена по формуле Боуэна m = 3,0 + 2,5lgD + 2,5lgΓ Проницающая сила телескопа сильно зависит от качества оптики, яркости неба, прозрачности атмосферы и её спокойствия. Уровень и тип оптических искажений (аберраций) зависит от конструкции телескопа.

Содержание слайда: Линзовый телескоп

Содержание слайда: Зеркальный телескоп

Содержание слайда: Зеркально-линзовые (катадиоптрические) телескопы Это телескопы системы Ньютона, телескопы Шмидта-Кассегрена и Максутова-Кассегрена.

Содержание слайда: Телескоп Шмидта-Кассегрена

Содержание слайда: Телескопы системы Максутова-Кассегрена

Содержание слайда: Передающая (коллимирующая) оптика   Передающая или ещё как ею ещё называют коллимирующая оптика служит прежде всего для уменьшения расходимости лазерного передатчика с целью увеличения энергетического потенциала системы.

Содержание слайда: Оптические системы для ЛТЛС ближнего действия. Для определенности рассмотрим Мобильную лазерно-телевизионную систему МЛТС (ОКА), разработанную в ОКБ МЭИ в середине 90-х гг. Эта станция предназначенна для очень динамичных целей типа реактивный истребитель или крылатая ракета или ракета «земля – воздух». В качестве лазерного передатчика использовалась матрица полупроводниковых лазерных диодов размером примерно 10 Х 10 мм. Расходимость излучения такой матрицы 40 х 40 угл. град. Для работы ЛТЛС необходимо уменьшить расходимость луча до 10 угл. мин.

Содержание слайда: Объектив передающего канала станция ОКА Объектив передающего канала предназначен для формирования диаграммы луча лазерного передатчика. В оптической схеме передающего канала используется одно-линзовый объектив из асферической линзы с фокусным расстоянием 295,1 мм и относительным отверстием 1: 1,44. Оптическая апертура объектива - 200 мм. Рабочая длина волны объектива передающего канала - 910 нм. Расходимость луча лазерного передатчика на выходе объектива передающего канала не превышает 10 угл. мин (при входной в объектив расходимости луча -40 град.). Для уменьшения потерь отражения от поверхностей, линза передающего канала имеет просветляющее на рабочей длине волны. Коэффициент отражения на поверхностях линзы не превышает 0,005.

Содержание слайда: Малогабаритная лазерно- телевизионная станция «ОКА»

Содержание слайда: Объектив телевизионного канала Объектив телевизионного (TV) канала предназначен для формирования изображения объекта на приемной матрице телевизионной камеры. Объектив TV-канала имеет высокую разрешающую способность. Заднее фокусное расстояние объектива TV-канала изменяется дискретно от 46,3 мм до 257,8 мм. Относительное отверстие объектива составляет 1: 4,5 и 1: 4,8 для каждого фокусного расстояния соответственно. Угловое поле в пространстве предметов изменяется от 20  до 3,5 . Входная апертура объектива составляет 58 мм, апертурная диафрагма - 23,8 мм. Светопропускание объектива - не менее 45%. Все поверхности оптических элементов объектива имеют просветляющее покрытие.

Содержание слайда: Оптические системы для ЛТЛС среднего действия Система средней дальности типа «Вектор» и «Шерна» имеют много унифицированных узлов и отличаются только диаметром приемной оптики 300 и 200 мм соответственно и энергией передатчика 50 и 70 мДж. Устройство изменения расходимости (УИР) передающего канала предназначено для формирования диаграммы луча лазерного передатчика. Оптическая система для изменения расходимости лазерного пучка является двухкомпонентная. Первый компонент этой системы -отрицательный. Применение отрицательного компонента позволяет получить более компактную систему и вынести плоскость перетяжки за ее пределы. Диаметр первого компонента составляет 5 мм, фокусное расстояние – 15 мм Второй компонент - положительный.. Диаметр второго компонента – 30 мм , фокусное расстояние – 75 мм

Содержание слайда: Лазерно-телевизионная система «АТОК», «Вектор», «Шерна»

Содержание слайда: Устройство изменения расходимости (УИР) Устройство изменения расходимости (УИР) передающего канала предназначено для формирования диаграммы луча лазерного передатчика. Оптическая система для изменения расходимости лазерного пучка является двухкомпонентная. Первый компонент этой системы - отрицательный. Применение отрицательного компонента позволяет получить более компактную систему и вынести плоскость перетяжки за ее пределы.

Содержание слайда: Оптическая система приемного канала Оптическая система фотоприемного канала предназначена для сбора отраженного лазерного излучения и формирования его на чувствительной площадке фотоприемного устройства. Оптическая схема приемного канала включает в себя: - объектив; - интерференционный (узкополосный) светофильтр; - диафрагмы ирисовые. В качестве объектива приемного канала используется асферическая линза и корректирующая двухлинзовая сборка. Фокусное расстояние объектива составляет 458 мм. Относительное отверстие 1: 2,3. Рабочая длина волны объектива 1064 нм. Оптическая аппеаратура объектива приемного канала - 200 мм.

Содержание слайда: Оптическая схема объектива фотоприёмника

Содержание слайда: Объектив телевизионного (TВ) канала Объектив телевизионного канала предназначен для формирования изображения объекта на приемной матрице телевизионной камеры. Линейное угловое поле объектива в пространстве изображений равно 5мм4мм . Рабочее угловое поле 2 в пространстве предметов составляет 1 и 5. Рабочий спектральный диапазон объектива определяется спектральной чувствительностью приемника изображения (450...1100нм). Рабочий диапазон дальности до измеряемых объектов составляет 0,2 до 25 км (). Максимальное относительное отверстие для поля зрения 1 - 1:5.6, для поля зрения 5 - 1:2.8. Апертурная диафрагма обеспечивает 100 кратное ослабление светового потока с возможностью его полного перекрытия в случае прямой солнечной засветки. Максимальный световой диаметр объектива 150мм. Объектив телевизионного измерительного канала обеспечивает наблюдение объекта с минимальными размерами 10'' при контрасте объекта 5%.

Содержание слайда: Станция «Юкон-М»

Содержание слайда: Оптические системы ЛТЛС дальнего действия Оптическую часть системы дальнего действия рассмотрим на примере ВКЛ С ТИ «Юкон-М». Станция «Юкон-М» предназначена для точного измерения координат КА типа ИСЗ или боеголовки баллистических ракет при входе их в плотные слои атмосферы. Формирующая оптика передающего канала д. обеспечивать а) формирование двух значений диаграмм передающего луча ВКЛС ТИ "Юкон-М" 2-х (5 угл.мин) и 20- х (30 угл.сек )уменьшение собстенной диаграммы луча передатчика. б) дистанционное автоматическое или ручное переключение этих значений по сигналам аппаратуры управлени ВКЛС ТИ "Юкон-М". в) сканирование лучом передатчика в зоне поиска объекта - 5 угл. мин.(по двум осям в картинной плоскости.) г) дистанционное автоматическое или ручное переключение выходной мощности излучения передатчика для обеспечения заданной зоны безопасности по сигналам аппаратуры управления ВКЛС ТИ "Юкон- д) отвод части лазерного излучения передатчика (около 10 -8 Дж) в приемник дальномерного канала для формирования опорного сигнала "старт" в измерителе дальности.

Содержание слайда:   Формирующая оптика приемного канала Формирующая оптика приемного канала д. обеспечивать: а) прием отраженного от объекта излучения лазерного передатчика в канале лазерного дальномерного и угломерного каналов . б) формирование изображения объекта слежения в телевизионном канале; в) поле зрения : телевизионного канала 1 о х 1 о ; лазерных каналов 10 угл мин х 10 угл мин; д) прием части лазерного для формирования опорного сигнала "старт" в измеритле дальности. е) дистанционное дискретное изменеиние пропускания принимаемого излучения (введение ослабляющих светофильтров ) при изменении уровня отраженного сигнала .

Содержание слайда: ж) дистанционное формирование светового потока в телевизионном канале на уровне 10-2 - 10-3 лк с помощью ослабляющих светофильтров и(или) диафрагмирования по сигналам аппаратуры управления ВКЛС ТИ "Юкон-М". 3.2.11 Общие оптические элементы приемного канала должны иметь просветляющие покрытия для спектрального диапазона 500 - 1100 нм с после­дующей спектральной селекцией по каналам: - телевизионого 500-700 нм: - лазерного 532 нм (ширина полосы дихроичного зеркала). 3.2.12 Объектив приемного канала д. иметь следующие хар-ки: - диаметр входного зрачка не менее 500 мм; - эффективность поверхности 0.85 - фокусное расстояние (уточняется исходя из необходимости получения углового разрешения 5 угл сек ) - 4000- 5000 мм; - размер кружка рассеяния 0.07-0.1 мм; - не менее 75 % принятой энергии д. б. сосредроточенно в заданном кружке рассеяния. - разрешающая способность для телевизионного приемника д.б. не менее 35 лин/мм; - рабочее поле изображения телевизионного канала D = 25 мм.

Содержание слайда: Оптические системы для ЛТЛС сверхдальнего действия Мы их подробно раасматривать не будем. Это глобальные сооружения. Иногда многоэтажные здания. Диаметр приемной оптики 2-3 м, т.е. на пределе возможностей их изготовления. Системы компенсации гравитации, температуры и других дестабилизирующих факторов. Практически никакой динамики там нет, только отслеживание суточного вращения звезд -15 угл.сек /сек. Поле зрения обычно 1-3 угл.сек. расходимость лазерного излучения также 1-3 угл.сек. Обычно работают только ночью и расположены в наиболее благоприятных климатических зонах. Это действительно впечатляющие сооружения. Своя электростанция, своя градирня, свой вычислительный центр с мощным суперкомпьютером.