doi: 10.17586/2226-1494-2021-21-1-24-30


УДК 621.035

О ВЫБОРЕ ДИАМЕТРА АПЕРТУРЫ ЗОНДИРУЮЩЕГО ЛАЗЕРА В НАЗЕМНЫХ АДАПТИВНЫХ ОПТИКОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМАХ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ НАТРИЕВОЙ ОПОРНОЙ ЗВЕЗДЫ

Клеймёнов В.В., Новикова Е.В., Олейников М.И.


Читать статью полностью 
Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования:
Клеймёнов В.В., Новикова Е.В., Олейников М.И. О выборе диаметра апертуры зондирующего лазера в наземных адаптивных оптико-электронных системах при формировании натриевой опорной звезды // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2021. Т. 21, № 1. С. 24–30. doi: 10.17586/2226-1494-2021-21-1-24-30


Аннотация

Предмет исследования. Предложен комплексный подход к задаче определения диаметра апертуры зондирующего лазера при его применении в наземных адаптивных оптико-электронных системах с целью формирования лазерной опорной звезды. Актуальность исследования обусловлена тем, что в современных крупноапертурных оптических системах слежения за естественными (звездами) и искусственными (космическими аппаратами, фрагментами космического мусора) объектами широко внедряется технология формирования лазерных звезд и их использование в качестве опорных источников для коррекции фазовых искажений турбулентной атмосферы. Выбор энергетических и пространственно-временных характеристик лазерных опорных звезд связан как с параметрами зондирующего лазера (мощность излучения, диаметр апертуры), формирующего опорную звезду, так и с пространственно-временными характеристиками атмосферы. Метод. Диаметр апертуры зондирующего лазера для ближней и дальней зоны излучения оценивается с учетом пространственного радиуса когерентности атмосферы, интенсивности излучения, угловой расходимости лазерного пучка и его случайного среднеквадратического углового отклонения (дрожания) относительно расчетного направления на космический объект. Основные результаты. Проведен анализ теоретических результатов, выполненных при расчете оптического разрешения в системах получения изображения естественных космических объектов. На основе теории взаимности получены оценки угловой расходимости лазерного пучка для короткой экспозиции. Показано, что при определении размера апертуры наряду с величиной угловой расходимости зондирующего пучка необходимо учитывать снижение его интенсивности излучения при увеличении диаметра по отношению к радиусу когерентности атмосферы. Практическая значимость. Полученные результаты могут быть применены при разработке наземных адаптивных оптико-электронных систем слежения за космическими объектами, а также использованы при решении задач определения географических мест размещения оптико-электронных систем с учетом астроклимата.


Ключевые слова: адаптивная оптико-электронная система, лазерная опорная звезда, оптическая передаточная функция, радиус когерентности турбулентной атмосферы, угловая расходимость лазерного зондирующего луча, интенсивность лазерного зондирующего луча

Список литературы
1. Лукин В.П. Формирование оптических пучков и изображений на основе применения систем адаптивной оптики // Успехи физических наук. 2014. Т. 184. № 6. C. 599–640.
2. Больбасова Л.А., Лукин В.П. Адаптивная коррекция атмосферных искажений оптических изображений на основе искусственного опорного источника. М.: Физматлит, 2012. 125 с.
3. Клейменов В.В., Новикова Е.В. Действующие крупногабаритные наземные оптические телескопы наблюдения за космическими объектами // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2018. Т. 61. № 10. С. 827–843. doi: 10.17586/0021-3454-2018-61-10-827-843
4. Senft D., Hunt S., Swindle T.R., Morris N., Holmes R., Walker E., Lucas J., Toth J., Abercrombie M., Mooney J., Georges T. Sodium guidestar signal levels measured at AMOS and comparison to theory // Proc. of the Advanced Maui Optical and Space Surveillance Technologies Conference. 2019.
5. Бакут П.А., Ершова О.М., Шумилов Ю.П. Расчет энергетики искусственной лазерной звезды // Квантовая электроника. 1996. Т. 23. № 12. С. 1100–1104.
6. Лукин В.П. Остаточные искажения, обусловленные размером опорного источника // Оптика атмосферы и океана. 2014. Т. 27. № 11. С. 949–956.
7. Lutomirski R.F., Yura H.T. Propagation of a finite optical beam in an inhomogeneous medium // Applied Optics. 1971. V. 10. N 7. P. 1652– 1658. doi: 10.1364/AO.10.001652
8. Ji X., Li X. Directionality of Gaussian array beams propagating in atmospheric turbulence // Journal of the Optical Society of America A: Optics and Image Science, and Vision. 2009. V. 26. N 2. P. 236– 243. doi:10.1364/JOSAA.26.000236
9. Hardy J.W. Adaptive Optics for Astronomical Telescopes. Oxford University Press, 1998. 437 p.
10. Уонг Дж. Оптическое разрешение с адаптивной фазовой компенсацией при распространении света в турбулентной атмосфере // Адаптивная оптика. М.: Мир, 1980. C. 374–398.
11. Fried D.L. Optical resolution through a randomly inhomogeneous medium for very long and very short exposures // Journal of the Optical Society of America. 1966. V. 56. N 10. P. 1372–1379. doi: 10.1364/JOSA.56.001372
12. Татарский В.И. Распространение волн в турбулентной атмосфере. М.: Наука, 1967. 548 с.
13. Миронов В.Л., Носов В.В., Чен Б.Н. Дрожание оптических изображений лазерных источников в турбулентной атмосфере // Известия высших учебных заведений. Радиофизика. 1980. Т. 23. № 4. С. 461–469.
14. Шанин О.И. Адаптивные оптические системы коррекции наклонов. Резонансная адаптивная оптика. М.: Техносфера, 2013. 295 с.
15. Konyaev P.A., Kopulov E.A., Kovadlo P.G., Lukin V.P., Selin A.A., Shikhovtsev A.Yu. Works on a set of data measuring turbulence in different seasons of the year // Proceedings of SPIE. 2017. V. 10466. P. 104660N. doi: 10.1117/12.2283000
16. Лукин В.П., Ботыгина Н.Н., Eмалеев О.H., Лавринов В.В. Особенности адаптивной фазовой коррекции искажений оптических волн в условиях проявления «сильных» флуктуаций интенсивности // Квантовая электроника. 2020. Т. 50. № 9. С. 866–875.
17. Hulea M., Tang X., Ghassemlooy Z., Rajbhandari S. A review on effects of the atmospheric turbulence on laser beam propagation - An analytic approach // Proc 10th International Symposium on Communication Systems, Networks and Digital Signal Processing (CSNDSP). 2016. P. 7573975. doi: 10.1109/CSNDSP.2016.7573975
18. Wang J.Y. Phase-compensated optical beam propagation through atmospheric turbulence // Applied Optics. 1978. V. 17. N 16. P. 2580– 2590. doi: 10.1364/AO.17.002580


Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License
Информация 2001-2021 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика