АННОТАЦИЯ 3
ВВЕДЕНИЕ 4
1 ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В АТМОСФЕРЕ 5
1.1 Влияние озонного слоя Земли на УФ излучение 5
1.2 Ослабление УФ излучения в земной атмосфере 7
1.3 Оптическая толщина и альбедо однократного рассеяния в атмосфере 10
1.4 Оценка дальности зондирования атмосферы в УФ спектральном диапазоне 12
2 ИСТОЧНИКИ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ 15
3 ПРИЁМНИКИ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ 19
3.1 Электронно-оптические преобразователи 19
3.2 Расчёт приёмной оптической части лазерной системы видения 24
3.3 Оптические фильтры 26
3.4 ПЗС-матрицы 28
4 СХЕМНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ЛАЗЕРНОЙ СИСТЕМЫ ВИДЕНИЯ В УФ
ДИАПАЗОНЕ ДЛИН ВОЛН 31
4.1 Принцип действия лазерной системы видения 31
4.2 Режимы управления системы 34
4.3 Расчёт интенсивности излучения, принимаемой системой от объекта
наблюдения 35
4.4 Оценка интенсивности многократно рассеянного излучения 38
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 43
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 44
ПРИЛОЖЕНИЕ 48
Лазерные системы видения (ЛСВ) являются оптико-электронными системами (ОЭС), предназначенными для обнаружения и дистанционного наблюдения объектов в условиях недостаточной естественной освещенности и низкой метеорологической дальности видимости. Лазерные системы видения используются или могут использоваться в авиационной, космической технике, в охранных и силовых структурах и других областях [1].
На данный момент практически все существующие лазерные системы видения работают видимом, ближнем или среднем инфракрасных диапазонах длин волн, для которых характерно то, что они предназначены для работы в ночных или близких к ним условиях в сопровождении негативно влияющего фонового (рассеянного) излучения. Для эксплуатации подобных систем в круглосуточных условиях при отсутствии или минимальном уровне фонового излучения представляет интерес ультрафиолетовый (УФ) диапазон длин волн. Однако, работ посвященных анализу возможностей таких оптикоэлектронных систем нет [1].
В магистерской работе рассмотрены возможности создания лазерной системы видения в ультрафиолетовом диапазоне длин волн X. Наибольший интерес представляет ближняя УФ область 0,2-0,4 мкм, вызванный резким уменьшением фонового излучения в атмосфере [2].
Цель работы: проектирование активной оптико-электронной системы видения со стробированием приемника в ультрафиолетовом диапазоне длин волн.
Задачи:
- описание процесса распространения УФ излучения в атмосфере;
- обзор существующих источников и приёмников УФ излучения;
- расчет оптического блока системы;
- описание процесса регистрации УФ излучения;
- перспективы создания активной ОЭС с селекцией помехи обратного рассеяния (со стробированием приёмника) в УФ диапазоне.
Положение, выносимое на защиту: активно-импульсная лазерная система видения УФ диапазона спектра позволяет осуществлять круглосуточный мониторинг пространства с дальностью действия, которая может достигать до 250 метров при оптической толщине т=9, мощности излучения лазера P=13 МВт и длительности импульса At=0,6 нс.
Научная новизна: предложена активная УФ лазерная система видения со стробированием приёмника, позволяющая вести круглосуточное наблюдение за объектами при фоновой засветке (солнечное излучение, свет фар транспортных средств, прожекторов и т.п.) и в условиях ограниченной прозрачности атмосферы, обусловленной туманом, смогом, дымом и т.д.
Апробация результатов: результаты по теме магистерской диссертации
докладывались на Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы радиофизики-2015» (Томск, 2015 г.) и на Всероссийской конференции студенческих научно-исследовательских инкубаторов (Томск, 2016).
Выбор солнечного-слепого ультрафиолетового спектра имеет ряд преимуществ, в частности, это позволяет обеспечить работу ЛСВ даже против Солнца, что недоступно никакой другой оптико-электронной системе. Поэтому из-за отсутствия фонового (солнечного) излучения достигается высокая чувствительность и детектор этого диапазона будет работать без помех на ярком солнце. Также, есть основания, использовать возможности УФ диапазона для работы в условиях повышенной влажности, в тумане и даже внутри облаков [8], дополняя и расширяя возможности активных систем видения, созданных и исследованных в ИОА СО РАН [50, 55-58].
Основная задача предполагаемой ЛСВ - это возможность круглосуточного поиска и обнаружения объектов в пространстве в заданном угле поля зрения при сложных метеорологических условиях, вызванные туманом, дымом, смогом, пылью и т.д. Данный прибор может быть применён как в военном деле (обнаружение военной техники, живой силы), так и в гражданских целях (навигация автомобильного транспорта, охрана объектов и т.п.).
Следует также отметить, что при выполнении работы были определены следующие исходные данные для лазерной системы видения: рабочая длина волны 1=0,29 мкм; длительность импульса Дт=0,6 нс; частота следования импульсов - до 1 кГц; мощность излучения - 13*106 Вт; расходимость и угол поля зрения - 12о. В программном
обеспечении «Zemax» был спроектирован объектив для применения в «солнечно-слепой» зоне с коэффициентом пропускания К >90%, фокусным расстоянием 70 мм и диаметром30 мм. С помощью компьютерного моделирования методом Монте-Карло была рассчитана дальность действия ЛСВ, которая может достигать до 250 при оптической толщине т=9.
При существующей элементной базе, источника направленного УФ излучения (лазер) и приёмника [43], чувствительного к излучениям УФ диапазона (электронно-оптических преобразователей), есть возможность практической реализации нового типа оптико-электронной системы в УФ диапазоне спектра.
По результатам работы опубликована одна статья в журнале из перечня ВАК, индексируемый в Scopus и Web of Science. [59].
