بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله ساختاری جدید برای یک آرایهی اپتیکی در گیرندهی هشداردهندهی لیزری2 معرفی میشود. ساختار ارائه شده به علت وجود فیبر نوری برای کوپلینگ و استفاده از ادوات اپتیکی با آرایش مناسب و ضریب انتقال اپتیکی نسبتا خوب، نسبت سیگنال به نویز قابل توجهی را به دست داده است و عملکرد گیرنده در فواصل دور نسبت به منبع تهدید لیزری و در شرایط جوی مه آلود و دماهای پایین نیز بسیار مناسب است. همچنین چیدمانی برای این آرایهها ارائه میشود و الگوریتمی به منظور تشخیص زاویهی تهدید لیزری معرفی میگردد که گیرنده به وسیلهی آن، قادر به تشخیص زاویهی تهدید3 لیزری با دقت 10 درجهای خواهد بود. استفاده از آشکارساز InGaAs APD نیز محدودهی طول موجی عملکرد گیرنده را به m 1.6 ارتقا میدهد و همزمان حساسیت طیفی و قابلیت آشکارسازی بالایی را فراهم میکند.
کلمات کلیدی: گیرندهی هشدار دهندهی لیزری، زاویهی تهدید، میدان دید، لنز Plano-Convex، فیبرنوری Plano-Concave
.1 مقدمه
امروزه با توسعهی علوم و تکنولوژی، سلاحهای هدایت شوندهی لیزری با دقت بسیار بالا، متداول و غالب گشتهاند. به منظور دفاع موثر در برابر این سلاحها، به سیستم دفاع لیزری با نام "سیستم هشداردهندهی لیزری" نیاز میباشد.این سیستم برای اقدام متقابل در برابر بمبها و موشکهای هدایت شوندهی لیزری و همچنین فاصلهیابها 4 و علامتگذارهای لیزری5 قابل استفاده میباشد. برای پاسخ مناسب در برابر انواع تهدیدات لیزری لازم است تا در ابتدا نوع تهدید شناسایی شده و سپس جهت و زاویهی تهدید با دقت مناسبی اندازهگیری شود .[1]سیستم هشدار دهندهی لیزری در واقع سیستمی است که با شناسایی انرژی لیزری که مشخصات خاصی دارد، سیگنال هشداری تولید میکند که میتواند برای تولید هشدار تصویری و صوتی بکار رود و یا یک سیستم میکروپروسسوریرا از دریافت تابش لیزری مطلع سازد.
در این نوع سیستمها، همهی تابش فرودی از فیلترها، صفحات شفاف و المانهای فیبر نوری عبور کرده و به آشکارساز لیزری رفته و خروجی آشکارساز را تولید میکند .[2]به منظور تشخیص تهدید لیزری و انتخاب یک پاسخ مناسب، بایستی پارامترهای نور ورودی به هشداردهندهی لیزری را تعیین نماییم. در اولین گام، میبایست جهت منبع لیزری را به طور دقیق تعیین نماییم که با این کار، فرمت پاسخ سریع و مناسب به منظور خنثی کردن تهدید منبع لیزری فراهم میشود. گام دوم، تشخیص توان و فرکانس لیزر است که به ما این امکان را میدهد تا نوع تهدید منبع لیزری و پتانسیل تخریب آن را ارزیابی کنیم و قادر باشیم در مورد نوع تهدید و نحوهی فرار از آن یا پاسخ متقابل به آن، تصمیم گیری کنیم. گام سوم تشخیص پهنای باند منبع لیزری به صورت فرکانسی است .[3]
یک سیستم هشدار دهندهی لیزری مطابق شکل 1، شامل یک زیرسیستم اپتیکی، یک زیرسیستم آشکارسازی و یک زیرسیستم پردازشی است.زیرسیستم اپتیکی نور را جمع آوری نموده و توانایی تعیین میدان دید و جهت نور دریافتی را دارد. زیرسیستم آشکارسازی نور متمرکز شده بر روی زیرسیستم نوری را دریافت نموده و سیگنال دیجیتالی در پاسخ به پرتو نوری تولید میکند. زیرسیستم پردازشی سیگنالهای دیجیتالی را از زیرسیستم آشکارسازی دریافت نموده و پردازش کرده و سیگنال خروجی سیستم هشداردهنده را عبور میدهد. سیگنال خروجی میتواند صوتی، ویدئویی و یا ترکیبی از هر دو باشد.
.2 ساختار زیرسیستم اپتیکی پیشنهادی در گیرندهی هشداردهندهی لیزری
همانگونه که اشاره شد، وظیفهی زیرسیستم اپتیکی، جمع آوری نور و تعیین میدان دید و جهت نور دریافتی منبع لیزری میباشد. سیستم نوری ورودی میتواند متشکل از لنز استوانهای ورودی، یک منشور، سطح بازتابنده، فیلتر و لنز استوانهای دوم باشد. نور فرودی از طریق سیستم اپتیکی به آشکارساز و سپس واحد ارزیابی، انتقال داده میشود تا زاویهی ورود، طول موج و دیگر مشخصات آن شناسایی گردد. لنز استوانهای نور فرودی را دریافت میکند و در سطح ورودی منشور جای گرفته است. نور لیزر از سطح منشور عبور کرده و بر روی بازتابنده منعکس می شود. فیلتر، محدودهی طول موجی را محدود میکند. درصورتی که نور از فیلتر عبور کند، از لنز استوانهای دوم عبور داده شده و پس از عبور از دیافراگم بر روی سطح آشکارساز برخورد میکند .[4]
لنزهای استوانهای وظیفهی جمع کردن نور را برعهده دارند. سیستم اپتیکی، مشخص کنندهی توزیع نور فرودی بر روی آشکارساز هستند، بنابراین میتوان از یک شکافندهی پرتو و یا یک فیلتر کنترل شدت نور بهگونهای استفاده نمود که شدت نور فرودی بر روی آشکارساز را کنترل کند و از عبور نور با شدت بالا جلوگیری نماید .[5-6] شکل 2، ساختاری را برای یک آرایهی گیرندهی هشداردهندهی لیزری پیشنهاد میدهد.این ساختار، شامل دو لنز نیمکروی جمع کنندهی نور، یک باندل فیبر نوری، دیافراگم، یک لنز موازیساز، یک فیلتر طیفی و آشکارساز نوری میباشد. لنز شمارهی 1 و لنز شمارهی 2، دارای یک وجه مسطح و یک وجه محدب1 هستند و وجه مسطح لنز دوم به گونهای در مقابل وجه مسطح لنز اول قرار میگیرد که بتواند عملیات کوپلینگ اپتیکی را انجام دهد.
یک باندل فیبر نوری با یک وجه مسطح و یک وجه مقعر2 نیز در این آرایه قرار داده شده است تا عملیات کوپلینگ را انجام دهد. در قسمت بعدی از یک لنز موازیساز استفاده شده است تا پرتوهای دریافتی از فیبر نوری به طور موازی به سطح فیلتر طیفی برخورد کنند. فیلتر طیفی، محدودهی طول موجی را محدود میکند. در نهایت پرتوی لیزری که در محدودهی طول موجی مورد نظر است، به سطح آشکارساز برخورد کرده و سیگنال الکتریکی متناظر با آن برای ارسال به سایر زیرسیستمها تولید خواهد شد.بهتر است در سیستم هشداردهندهی لیزری از شدت نور به منظور تعیین فاصله و یا جهت نور استفاده نشود، به همین منظور میتوان 18 آرایه با میدان دید20 3 درجه را ترکیب نمود تا کل میدان دید 360 درجه را پوششدهی کرد.
این روش در شکل 3 نشان داده شده است. 18 آرایهی اپتیکی در اطراف یک 18ضلعی مرتب شدهاند تا کل میدان دید 360 درجه را پوشش دهند. یک پردازنده نیز سیگنال را از همهی آرایهها دریافت نموده و جهت نور دریافتی را تشخیص میدهد. 18 ضلعی دارای طول مشابه میباشد. بنابراین تشخیص جهت نور با روش زیر انجام میشود:
در این سیستم از روی نحوهی فعال شدن آشکارسازها شامل موقعیت فضایی تحریک هر آشکارساز، اطلاعات موردنیاز استخراج میشود. بدین ترتیب که 18 بلوک در گیرنده، فضای 360 درجه در افق را به 18 2 36 ناحیه تقسیم-بندی میکند و دقتی برابر با 10 را فراهم میآورد. به هر بلوک از گیرنده زاویهای خاص، مطابق جدول 1اختصاص مییابد.
